电机、用于电机的移位装置及用于机动车辆的动力系的制作方法

1.本发明涉及设计为永磁同步式机器的电机，该电机包括：转子，转子具有布置在转子轴上的至少一个转子本体，所述至少一个转子本体具有设计为永磁体的多个磁体元件；和定子。所述至少一个转子本体和定子布置成能够相对于彼此沿着电机的转子的旋转轴线x轴向移动。所述至少一个转子本体受到弹簧力的作用经由弹簧元件沿轴向方向被引导远离定子。此外，电机包括至少一个移位装置，所述至少一个移位装置被设计成根据在转子轴与所述至少一个转子本体之间沿定子的方向产生的扭矩而在所述至少一个转子本体与定子之间产生相对轴向运动。另外，本发明涉及用于电机的移位装置和用于机动车辆的传动系。


背景技术：

2.轴流式机器在现有技术中已经是众所周知的。
3.从ep 2 985 893 a1中已知一种具有定子和转子的电动轴流式机器，其中，定子包括至少两个定子区段，并且其中，转子连接至转子轴，其中，转子和/或转子轴以可旋转的方式安装在轴承上，并且其中，定子区段布置成不能相对于轴承沿转子的旋转方向移动。定子区段中的至少一个定子区段相对于轴承沿轴向方向或径向方向以可移动的方式布置，以调节转子与定子区段之间的间隙的宽度。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种在与扭矩有关的场放大方面有所改进的电机以及一种改进与扭矩有关的磁场的放大的用于电机的移位装置。
5.该目的通过具有专利权利要求1的特征的电机、具有专利权利要求9的特征的移位装置、以及具有专利权利要求10的特征的用于电气化机动车辆的传动系来实现。
6.根据本发明设计的电机包括：转子，转子具有布置在转子轴上的至少一个转子本体，并且所述至少一个转子本体具有设计为永磁体的多个磁体元件；定子；以及移位装置，该移位装置被设计成根据在转子轴与所述至少一个转子本体之间沿定子的方向产生的扭矩而在所述至少一个转子本体与定子之间产生相对轴向运动。所述至少一个转子本体和定子布置成能够相对于彼此沿着电机的转子的旋转轴线轴向移动。所述至少一个转子本体受到弹簧力的作用经由弹簧元件沿轴向方向被引导远离定子。至少一个移位装置具有第一移位元件、第二移位元件以及布置在第一移位元件与第二移位元件之间的至少一个滚动体。第一移位元件布置成能够至少以有限的方式在不能轴向移动的转子轴上轴向移动和旋转。第二移位元件以在旋转方面固定且不能移动的方式连接至转子轴。第一移位元件在该第一移位元件的面向第二移位元件的侧部上具有第一斜坡元件，并且第二移位元件在该第二移位元件的面向第一移位元件的侧部上具有第二斜坡元件，其中，第一斜坡元件和第二斜坡元件被设计成使得在第一移位元件相对于第二移位元件旋转的情况下或者在第二移位元件相对于第一移位元件旋转的情况下，转子本体抵抗弹簧力在转子轴上被轴向地推动。通
过根据本发明的设计所实现的优点是，提供了一种轴流式机器，在该轴流式电机中利用在结构上简单的装置实现了与扭矩有关的场强化。
7.首先，对本发明的所要求保护的主题的各个元件按照其在权利要求组中命名的顺序进行解释，并且在下面对本发明的主题的特别优选的实施方式进行描述。
8.电动轴流式机器(afm)、比如设计为轴流式机器的电动机动车辆中的磁通量在定子与转子之间的间隙中被轴向地引导成轴流式机器的转子的旋转方向。存在不同类型的轴流式机器。一种已知的类型是所谓的i型布置，在i型布置中，转子轴向地布置成靠近定子或者位于两个定子之间。另一种已知的类型是所谓的h型布置，在h型布置中，两个转子布置在定子的相反的轴向侧部上。
9.电动轴流式机器的定子具有定子本体，该定子本体具有沿周向方向布置的多个定子绕组。沿周向方向看，定子本体可以设计成一件式或分段式。定子本体可以由具有多个层叠电气叠片的层叠定子芯形成。替代性地，定子本体也可以由压缩的软磁材料、比如所谓的smc(软磁复合)材料形成。
10.电机的以可旋转的方式安装的轴被称为转子轴，转子或转子本体以在旋转方面固定的方式与转子轴联接。
11.电动轴流式机器的转子可以至少部分地被设计为层叠转子。层叠转子被设计成沿轴向方向分层。轴向磁通量必须克服堆叠的单个电气叠片之间的粘合剂或绝缘的层，因此，磁路受到剪切(额外的间隙)并损失效率。替代性地，轴流式机器的转子也可以具有转子承载件，该转子承载件被设计成配装有磁片和/或smc材料并且配装有设计为永磁体的磁性元件。
12.在陈述的从属权利要求中对本发明的其他有利的实施方式进行详细说明。从属权利要求中单独列出的特征可以以技术上有意义的方式相互组合并且可以限定本发明的其他实施方式。另外，在说明书中对权利要求中所指示的特征进行更详细地说明和解释，在说明书中示出了本发明的其他优选实施方式。
13.根据本发明的有利的实施方式，可以设置的是，弹簧元件根据其弹簧力定尺寸成使得在电机的空闲状态下，至少一个转子本体和定子在磁吸引力存在于所述至少一个转子本体与定子之间时通过弹簧力彼此压靠，所述至少一个转子本体和定子可以彼此间隔开预定的最大轴向距离，以及在整个移位路径上，弹簧力定尺寸成至少略微大于转子与定子之间存在的阻碍弹簧力的磁力。该构型的优点在于，设置了具有与扭矩有关的场增强的电机，该电机不需要主动致动器来使转子和/或定子移动。
14.根据本发明的其他优选改进方案，还可以设置的是，电机设计为具有连接至第一移位元件的第一转子本体并具有连接至另外的第一移位元件的第二转子本体的转子本体的轴流式机器，特别地为呈h型布置的轴流式机器。因此，形成了具有较小空间需求的结构简单的结构。
15.此外，根据本发明的同样有利的实施方式，可以设置的是，提供了第一止动装置，该第一止动装置相应地设计成和布置成使得在操作状态下在转子轴与转子本体之间存在最大扭矩，产生的扭矩经由止动装置而不是经由第一移位元件和第二移位元件的对应的第一斜坡元件和第二斜元件传递。为此，第一止动装置可以设置在下述两者之间：转子轴或第一移位装置的固定地连接至转子轴的第二移位元件；以及布置成能够在转子轴上轴向移动
的第一转子本体或第一移位装置的连接至第一转子本体的第一移位元件。此外，类似地，第一止动装置也可以设置在下述两者之间：转子轴或第二移位装置的固定地连接至转子轴的第二移位单元；以及布置成能够在转子轴上轴向移动的第二转子本体或第二移位装置的连接至第二转子本体的第一移位单元。该构型的有益效果基于以下事实，即在最大扭矩的操作状态下，通过止动装置释放斜坡元件，减少了移位装置上的磨损。
16.根据本发明的另一特别优选的实施方式，可以设置的是，提供了第二止动装置，第二止动装置作为固定的止动装置限制相应的转子本体在定子本体的方向上的轴向移位路径并确保转子本体与定子本体之间的气隙被限制在预定的最小值。以这种方式，可以以结构简单的方式实现在任何时候都确保转子与定子之间的最小气隙的效果。
17.此外，本发明还可以进一步改进成使得第一移位元件具有至少三个第一斜坡元件并且第二移位元件具有布置且设计成与第一斜坡元件对应的至少三个第二斜坡元件。这种构型的优点是移位装置内的力的优化分布，使得即使更大的移位力也可以用小的摩擦来处理。斜坡元件特别优选地成对构造，使得电机可以独立于其旋转方向设置对应的与扭矩有关的场强化。
18.在本发明的同样优选的实施方式变型中，还可以设置的是，至少一个第一斜坡元件和至少一个第二斜坡元件被设计成使得在第一移位元件和第二移位元件不相对于彼此旋转的状态下，相应的转子本体和定子布置成彼此相距最大轴向距离。因此，在低扭矩设置的操作情况下，可以保证针对电机的使用进行优化的操作。
19.在根据本发明的电机的另一实施方式中，在定子本体与固定的定子保持器之间设置有移位装置，使得定子本体与固定的定子保持器之间的相对轴向移位可以根据定子本体与定子保持器之间产生的扭矩或支承扭矩来实现。
20.电机包括转子和具有布置在固定的定子保持器上的定子本体，其中，定子本体布置成使得其能够相对于固定的定子保持器沿着电机的旋转轴线轴向移动。此外，设置有移位装置，该移位装置被设计成根据在定子本体与固定的定子保持器之间产生的支承扭矩来产生定子本体与固定的定子保持器之间的相对轴向运动。移位装置包括第一移位元件、第二移位元件和布置在第一移位元件与第二移位元件之间的至少一个滚动本体，其中，第一移位元件布置成能够在定子本体中或在定子本体上轴向移动以及旋转至少有限的程度，并且第二移位元件以在旋转方面固定且不可移动的方式连接至固定的定子保持器。因此，此处的第一移位元件在其面向第二移位元件的一侧上具有第一斜坡元件，并且第二移位元件在其面向第一移位元件的一侧上具有第二斜坡元件，其中，第一斜坡元件和第二斜坡元件被设计成使得在第一移位元件抵靠第二移位元件旋转或者第二移位元件抵靠第一移位元件旋转的情况下，定子本体相对于固定的定子保持器被轴向推动。
21.本发明基于的目的还通过一种用于设计为永磁同步式机器的电机的移位装置来实现，其中，移位装置被设计成实现定子和/或转子的轴向运动。为此，移位装置具有第一移位元件、第二移位元件和布置在第一移位元件与第二移位元件之间的至少一个滚动本体。第一移位元件在其面向第二移位元件的一侧也具有第一斜坡元件，并且第二移位元件在其面向第一移位元件的一侧具有对应的第二斜坡元件。第一斜坡元件和第二斜坡元件被设计成使得两个移位元件在第一移位元件相对于第二移位元件旋转的情况下轴向分开移动。
22.因此，可以实现的是，利用结构简单的装置，可以在转子与定子之间和/或定子本
体与定子保持器之间实现轴向移位，以实现电机的与扭矩相关的场强化。
23.最后，本发明基于的目的也可以通过一种用于机动车辆的传动系来实现，该传动系具有被设计为电机的牵引机器，其中，该曳引机被设计为根据本发明的电机。
24.下面参照附图对本发明和技术领域二者进行更详细的解释。应当注意的是，本发明不旨在被示出的示例性实施方式所限制。特别地，除非另有明确说明，否则还可以选取附图中概述的实质性内容的部分方面并将部分方面与来自本说明书和/或附图的其他部件和知识相结合。特别地，应当注意的是，附图和特别地示出的比例仅是示意性的。相同的附图标记指示相同的物体，因此也可以使用根据其他附图的解释。
附图说明
25.在附图中：
26.图1以呈轴向截面的示意性表示示出了根据本发明的可能实施方式的构造为呈h型布置的轴流式机器的电机，其中，该机器被示出为处于具有低扭矩的操作状态或处于怠速状态，
27.图2示出了根据图1的轴流式机器，其中，该机器被示出为处于最大扭矩操作状态，
28.图3示出了转子与定子之间的磁力的特性曲线以及移位装置的抵消磁力的弹力的特性曲线，
29.图4示出了转子本体的轴向俯视图，其中示意性地图示了用于在预定最大扭矩的操作状态下传递扭矩的第一止动装置，以及
30.图5以不同表示示出了移位装置的可能实施方式。
具体实施方式
31.图1以呈轴向截面的示意性表示示出了根据本发明的可能实施方式的构造为呈h型布置的轴流式机器的电机1。电机1被示出为处于低扭矩操作状态或静止状态。根据电机1的设计，在第一转子本体21和第二转子本体22与定子本体7之间设置的气隙l1、l2在该操作状态下处于其最大值。
32.示出的轴流式机器包括转子2，该转子具有布置在转子轴3上的第一转子本体21并具有布置在转子轴3上的第二转子本体22，其中，每个转子本体21、22布置成使得其能够相对于转子轴3旋转有限的程度并且能够在转子轴上轴向移动，并且其中，转子本体21、22中的每一者具有设计为永磁体的多个磁体元件。此外，轴流式机器包括定子5，该定子以固定的方式布置在转子本体21、22之间并且具有布置在固定的定子保持器6上的定子本体7。每个转子本体21、22经由弹簧元件210、220在轴向方向上被弹力f1、f2作用成远离定子5，弹簧元件被居中地支承在布置于转子本体21、22之间的支承元件10上。因此，在转子本体21、22与定子5之间存在的磁力f_磁体可以通过相反的弹力f_弹簧克服，并且转子本体21、22可以在每种操作情况下保持与定子5的距离，同时保持气隙l1、l2。支承元件10可以以浮动的方式布置在转子轴3上，使得两个转子本体21、22彼此支承。此外，两个转子本体21、22可以经由弹簧元件210、220和支承元件10以旋转的方式联接，同时保持摩擦接合链。替代性地，两个转子本体21、22经由销元件等的旋转式联接作为形状配合式连接是可想到的。
33.示出的轴流式机器在轴向两侧包括在转子轴3与转子本体21、22之间作用的移位
装置8、9，移位装置设计成根据转子轴3与相应的转子本体21、22之间产生的在定子5的方向上的扭矩而产生相应的转子本体21、22朝向定子5的轴向运动。每个移位装置8、9具有第一移位元件81、91、第二移位元件82、92和布置在第一移位元件81、91与第二移位元件82、92之间的至少一个滚动本体80、90。因此，第一移位元件81、91相应地设计为用于转子本体21、22的承载件，并且布置成能够在布置成轴向不可移动的转子轴3上轴向移动并且旋转有限的程度。另一方面，第二移位装置元件82、92以在旋转方面固定且不可移动的方式连接至转子轴3。
34.相应的第一移位元件81、91在其面向第二移位元件82、92的一侧具有第一斜坡元件810、910—并且反之亦然，相应的第二移位元件82、92在其面向第一移位元件81、91的一侧具有第二斜坡元件820、920。对应的斜坡元件810、820；910、920被设计成使得在第一移位元件81；91抵靠第二移位元件82；92旋转或者第二移位元件抵靠第一移位元件旋转的情况下，转子轴3上的相应的转子本体21、22抵抗弹力f1；f2被轴向推动并且气隙l1；l2被减小以强化场。
35.图2示出了处于具有最大扭矩的操作状态下的轴流式机器。相应的气隙l1；l1最小并且达到最大场强。在该操作状态下，转子本体21、22经由形成在支承元件10上的第二止动装置41；42而在轴向方向上被限制在其移位路径v1；v2中。可以清楚地看出，利用第一运动装置81、91和第二运动装置82、92而从图1示出的低扭矩操作状态开始向图2中在此示出的最大扭矩的操作状态过渡时，朝着居中布置的定子5的方向对转子本体21；22产生按压，上述过渡通过使相应的第二移位元件82；92固定地连接至转子轴3并由于第一移位元件81；91相对于第二移位元件82；92和转子侧支承件的由扭矩引起的旋转而实现。由于对磁力f_磁体进行抵消的弹力f_弹簧被定大小为使得在转子本体21；22的整个移位路径v1；v2上仅略高于磁力f_磁体，因此需要移位装置8；9的移位力来克服弹力f_弹簧。
36.图3示出了相应的转子本体21；22与定子5之间的磁力f_磁体的特性曲线以及移位装置8；9的弹力f_弹簧(f1；f2)的特性曲线。可以很好地图示，整个移位路径v1；v2上的弹力被定大小为比在定子与相应的转子本体21；22之间作用的磁力f_磁体更大。
37.图4示出了布置在转子轴3上的转子本体21；22的轴向平面图，其中示意性地图示了用于在预定最大扭矩的操作状态下传递扭矩的第一止动装置31；32。为了清晰起见，这些止动装置31；32未在其他附图中示出。如示出的，在转子轴3与在转子轴3上能够移动且能够旋转有限的程度的第一转子本体21或第二转子本体22之间设置有第一止动装置31和第二止动装置32，第一止动装置和第二止动装置各自设计成和布置成使得在转子轴3与转子本体21；22之间的最大扭矩的操作状态下，产生的扭矩经由止动装置31、32而不是经由第一移位元件81、91和第二移位元件82、92的对应的第一斜坡元件810、910和第二斜坡元件820、920传递。
38.图5以不同表示示出了移位装置8；9的可能实施方式。左侧的图示以从外部观察的立体图示出了具有第一移位元件81、91和第二移位元件82、92的移位装置8；9。在右上方处的图示以内部视图示出了第一移位元件81、91的示例性实施方式，而在右下方处的附图以内部视图示出了互补的第二移位单元82、92。总的来说，移位装置8；9的每个移位元件81、91；82、82具有七对斜坡元件810、910；820、920，其中，斜坡元件810、910；820、920成对设计成使得轴向移位基本上可以由旋转的两个方向启动。在对应的移位元件81、91；82、92之间
布置有设计为球状件的滚动元件80；90。
39.本发明不限于附图中示出的实施方式。因此，以上描述不应被视为限制性的，而是解释性的。以下权利要求应理解为意味着指定的特征存在于本发明的至少一个实施方式中。这不排除其他的特征的存在。如果专利权利要求和上述描述定义了“第一”和“第二”特征，则该名称用于区分相同类型的两个特征而不定义优先顺序。
40.附图标记列表
[0041]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电机
[0042]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转子
[0043]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一转子本体
[0044]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二转子本体
[0045]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转子轴
[0046]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定子
[0047]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定子保持器
[0048]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定子本体
[0049]
8、9
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
移位装置
[0050]
31、32 第一止动装置
[0051]
41、42 第二止动装置
[0052]
80、90 滚动元件
[0053]
81、91 第一移位元件
[0054]
82、92 第二移位元件
[0055]
810、910 第一斜坡元件
[0056]
820、920 第二斜坡元件
[0057]
x 转子的旋转轴线
[0058]
v1、v2 移位路径
[0059]
d 距离(转子本体/定子)
[0060]
l1、l2 轴向气隙
[0061]
f_spring f_弹簧
[0062]
f_magnet f_磁体。