CN105119410B - 电动机器、电动机器的线圈组件及生产线圈组件的方法 - Google Patents
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Abstract
用于电动机器的线圈组件(11),包括一个线圈架(12)并且包括一个线圈(13),该线圈架由一种非导电性材料构成,该线圈被该线圈架(12)固持并且是由一种导电性材料构成,其中该线圈架(12)是由陶瓷材料生产的,并且该线圈(13)是线圈模制件的形式。
Description
技术领域
本发明涉及电动机器。本发明进一步涉及用于电动机器的线圈组件、以及用于生产所述线圈组件的方法。
背景技术
在例如电动车辆中或者在混合动力车辆中用作驱动组件的电动机器具有一个转子和一个定子,其中至少一个转子端磁铁与该转子相关联,并且至少一个定子端线圈组件与该定子相关联。电动机器的线圈组件具有一个由非导电性材料构成的线圈架并且还具有一个被该线圈架固持且由导电性材料构成的线圈。该线圈架典型地是由塑料生产的,并且该线圈典型地是由金属材料生产的。在实践中已知的用于电动机器的线圈组件中,通过将金属丝缠绕在塑料线圈架上从而形成线圈的线圈绕组,以此将线圈装配到线圈架上。
电动机器的容许功率通过量受这些定子端线圈组件的热负载承载能力的限制。当损失的热量可以有效耗散时,可以确保这些线圈组件并且因此该电动机器具有更高的功率通过量,以便确保在给定的恒定安装空间时具有更高的机器功率。
DE 10 2011 003 400 A1披露了包括一个转子和一个定子的电动机器基本结构,其中至少一个定子端线圈组件与该定子相关联。
DE 10 2010 022 523 A1披露了使用包裹化合物来包裹线圈的线圈匝,该化合物具有包含纳米颗粒的填充物。
US 2011/0121930 A1披露了将线圈嵌入陶瓷材料中。
发明内容
本发明的目的是提供一种新颖的用于电动机器的线圈组件、一种用于生产该线圈组件的方法、以及包括至少一个此种线圈组件的电动机器。
这个目的是通过如下述1所述的线圈组件实现的。
1.一种用于电动机器的线圈组件(11),包括一个线圈架(12)并且包括一个线圈(13),该线圈架由一种非导电性材料构成,该线圈被该线圈架(12)固持并且是由一种导电的、尤其是金属的材料构成,该线圈架(12)是由陶瓷材料生产的,并且该线圈(13)是线圈模制件的形式。
2.如上述1所述的线圈组件,该线圈(13)是模制到该线圈架(12)上的或模制到该线圈架(12)之中的。
3.如上述1或2所述的线圈组件,该线圈架(12)是由陶瓷烧结材料生产的、尤其是由陶瓷氧化铝材料或陶瓷氮化铝材料或陶瓷氮化硅材料生产的。
4.如上述1至3之一所述的线圈组件,该线圈(13)是由铝材料或由铜材料生产的。
5.如上述1至4之一所述的线圈组件,该线圈架(12)具有多部分设计、具体包括一个主体(14)和多个腹板(15),该多个腹板被***该主体中并且形成了用于该线圈(13)的线圈匝(18)的多个分隔元件。
6.如上述1至4之一所述的线圈组件,该线圈架(12)具有一体式设计。
7.一种用于生产如上述1至6之一所述的用于电动机的线圈组件
(11)的方法,该方法包括以下步骤:
提供一个由陶瓷材料构成的线圈架(12);
由金属材料模制成该线圈(13)。
8.如上述7所述的方法,该线圈架(12)被用作模具或模具的一部分,并且该线圈(13)被模制到该线圈架(12)上或者之中。
9.如上述8所述的方法,该线圈架(12)被用作一个多部分模具的内壳,该内壳与一个外壳一起形成该模具,其中在模制了该线圈(13)之后,该模具的内壳作为一个线圈架(12)仍旧是该线圈组件(11)的组成部分,并且其中在模制之后将该外壳与该线圈组件(11)分离。
10.如上述7至9之一所述的方法,提供一个一体式的线圈架(12)。
11.如上述7至9之一所述的方法,提供一个如上述6所述的多部分式线圈架(12)。
12.一种电动机器,包括至少一个定子端线圈组件(11)以及至少一个转子端磁铁,该线圈组件或每个线圈组件(11)是如上述1至6之一所述来设计的。
13.如上述12所述的电动机器,该线圈组件或每个线圈组件(11)连接至一个定子端支架(10)上,其方式为使得相应线圈组件(11)借助于相应线圈架(12)中的一个凹陷(16)被安装到该定子端支架(10)的一个突出部(17)上。
14.如上述13所述的电动机器,该定子端支架(10)的相应突出部(17)突出到该线圈架(12)中的相应凹陷(16)之中,这样使得该相应线圈组件(11)圆周地环绕该定子端支架(10)的相应突出部(17)。
15.如上述14所述的电动机器,至少该定子端支架(10)的相应突出部(17)是由铁材料生产的。
根据本发明,线圈架是由陶瓷材料生产的,并且线圈是线圈模制件的形式。
本发明第一次提出了在用于电动机器的线圈组件中将由陶瓷材料构成的线圈架与通过模制生产的线圈来组合使用。从相应线圈组件的线圈到电动机器的定子端支架的热传递(相应线圈组件连接至所述定子端支架上)可以通过使用由陶瓷材料构成的线圈架来改善。
因此,陶瓷材料具有高水平的导热性,并且因此可以有效地从相应线圈组件的线圈耗散热量。由陶瓷材料构成的线圈架的另外一个优点是,该陶瓷材料具有非常好的电绝缘特性,因此可以防止电击穿。
由于所使用的线圈是线圈模制件,也就是线圈是通过模制来生产的,线圈材料与线圈架的热耦合可以得到改善。由此,可以更好地从线圈耗散热量。
此外,通过使用通过模制生产的线圈,增大了电动机器的所谓的槽缝占空系数(Nutfüllfaktor),由此可以改善电动机器的功率输出和效率程度。
由陶瓷材料构成的线圈架与通过模制而生产的线圈的组合相应地提高了可实现的功率输出并且因此提高了具有此种线圈组件的电动机器的效率程度。
根据一个改进,该线圈是模制到线圈架上或模制到线圈架之中的。本发明的这一改进是特别有利的。当线圈是模制到由陶瓷材料构成的线圈架上或模制到由该陶瓷材料构成的线圈架之中时,通过模制而生产的线圈不需要脱模。
该线圈架形成了用于模制该线圈的模具的至少一部分。因而该线圈架不仅用于固持线圈、还充当了模具。根据这个有利的改进,相应地该线圈架被用作有待通过模制来生产的线圈的模具。这样就允许根据本发明来特别有利地生产线圈组件。
根据一个改进,该线圈架具有一体式设计。作为替代方案,该线圈架具有多部分式设计、具体包括一个主体和多个腹板,这些腹板形成了用于模制的线圈的线圈匝的分隔元件。
线圈架具有多部分式设计的这个变体是特别有利的。在此情况下,由陶瓷材料构成的线圈绕组的分隔元件有可能生产得特别薄、并且有可能接着将所述这些分隔元件***该线圈架的主体的槽缝中,该主体同样是由陶瓷材料生产的。接着该主体和这些腹板一起形成了线圈架,该线圈架提供了用于模制该线圈所需的模具的内壳。这些腹板在借助于外壳进行模制之前被固定到主体中的这些槽缝之中。在模制了线圈且将外壳移除之后,通过该模制在上面或模制在其中的线圈将主体和这些腹板保持在一起。不将线圈从内壳中脱模,而是,形成该模具内壳的这个线圈架是电动机器中使用的线圈组件的一个一体的组成部分。
在上述7中限定了用于生产线圈组件的方法,并且在上述12中限定了电动机器。
附图说明
在上述2-6、8-11和13-15以及以下说明中可以发现本发明的优选的发展。在不局限于附图的情况下,参考附图更加详细地说明本发明的示例性实施例。在附图中:
图1示出了根据本发明的电动机器在根据本发明的线圈组件的区域中的示意性细节。
具体实施方式
本发明涉及用于电动机器的线圈组件、用于生产此种线圈组件的方法、并且还涉及包含此种线圈组件的电动机器。
本发明特别优选被用于在混合动力车辆或电动车辆中提供驱动动力的电动机器中。
根据本发明的电动机器具体是带有永磁体激励或外部激励的同步机器、或者通过位于铁芯上的导电线圈来产生磁场的异步机器。
虽然本发明可以特别优选地用于此种电动机器中,但还有可能将本发明用于其他电动机器中。
图1示出了处于带有永磁体激励的同步机器形式的电动机器的在定子端支架10和位于定子端支架10上的线圈组件11的区域中的高度示意性细节。
该同步机器的定子端支架10是由铁材料构成的支架并且典型地也称为铁芯。图1所示的这些组件、具体是定子端支架10和线圈组件11,均是该同步电动机器的定子端组件,它们与转子端组件、具体与未示出的多个转子端磁铁相互作用。
根据本发明的线圈组件11具有一个由非导电性材料构成的线圈架12并且还具有一个被该线圈架12固持且由导电性材料构成的线圈13。
根据本发明,线圈组件11的线圈架12是由陶瓷材料、优选由陶瓷烧结材料(例如,陶瓷氧化铝材料或陶瓷氮化铝材料或陶瓷氮化硅材料)生产的。线圈13是由金属材料、具体由铝合金或铜合金生产的,其中根据本发明,线圈13是线圈模制件的形式,也就是通过模制工艺生产的。
由于线圈模制件形式的金属线圈13与由陶瓷材料构成的线圈架12的组合使用,可以对线圈组件11或具有至少一个此种线圈组件11的电动机器提供特别高的功率输出并且因此提供特别高的效率程度。
因此,由于线圈模制件形式的金属线圈13与由陶瓷材料构成的线圈架12的组合使用,在电动机器的定子端支架10的方向上对线圈组件11的线圈13实现最佳的热量去除是可能的。
通过模制而生产的线圈13以最佳方式热耦合至线圈架12的材料上。线圈架12的陶瓷材料具有高程度的导热性并且相应地能以最佳形式耗散掉在线圈13的区域中产生的热量。
线圈13优选被模制到线圈架12上或者之中。根据本发明的有利改进,相应地提出了使用由陶瓷材料构成的线圈架12至少作为一个为通过模制来生产线圈13所需要的模具的一部分。根据这个有利改进,线圈13相应地被模制到由陶瓷材料构成的线圈架12之中或模制到所述线圈架上,这样使得线圈13相应地不需要从充当模具的线圈架12上脱模,而是用于模制该线圈13所需的模具的至少一部分形成了相应线圈组件11的一个一体式组成部分。
根据本发明的第一变体,有可能使用由陶瓷材料构成的一体式线圈架12。
具体包括一个主体14和多个腹板15的本发明的一个变体(根据该变体,相应线圈组件11的线圈架12具有多部分式设计)是优选的。
形成了用于线圈13的线圈匝18的电绝缘分隔元件的这些腹板15是由陶瓷材料作为分开的组件生产的并且优选被***线圈架12的主体14中的多个槽缝中,该主体同样是由陶瓷材料分开地生产的。因此,有可能在该模制的线圈13的线圈匝之间形成特别薄的分隔元件。带有***主体14中的槽缝之中的腹板15的这个主体14形成了有待通过模制来生产的线圈13的模具的内部件,其中该模具的内部件的外部被该模具的外部件径向地包围。
在线圈13被模制之前,线圈架12的主体14中的这些腹板15借助于模具的外部件被固持。为了模制该线圈13,用线圈13的金属材料填充这个模具,其中在该材料已硬化之后将该模具的外部件移除,并且其中通过模制生产而成的线圈13将这些腹板15连接到线圈架12的主体14上。主体14和形成该模具的内部件的这些腹板15用作线圈架12、是以此方式生产的线圈组件11的一体式组成部分。省却了将线圈13从该模具的内部件上脱模,并且相反地,将以此方式生产的且包括线圈架12和线圈13的线圈组件11借助于线圈架12安装在定子端支架10上。
优选地将线圈组件11按以下方式安装在定子端支架10上:使得线圈组件11的线圈架12具有一个凹陷16,定子端支架10的一个突出部17被引入该凹陷之中。
相应地将线圈组件11装配到定子端支架10上或安装在所述定子端支架上,其中定子端支架10的突出部17接合到线圈架12中的凹陷16之中。在此过程中,相应线圈组件11在外部圆周地环绕定子端支架10的相应突出部17。
相应地,为了生产根据本发明的线圈组件11,首先提供一个一体式的或多部分式的线圈架12,具体是由陶瓷材料、优选由包含氧化铝或氮化铝或氮化硅的陶瓷烧结材料构成。
这个线圈架12至少用作一个模具的一部分,其中由金属材料构成的线圈13被模制到线圈架12上或模制到所述线圈架之中。如上所述,线圈架12在此过程中形成一个模具的至少一部分、具体是一个多部分式模具的内壳或内部件。在已经模制了线圈组件11之后可以将该模具的外壳或外部件移除并再使用。
相应地,本发明覆盖了由陶瓷材料构成的线圈架12在电动机器的线圈组件11的情况下的用途。由金属材料构成的线圈13是线圈模制件的形式,其中线圈架12是用于模制该线圈13的一个模具的组成部分。这确保了线圈13的金属材料最佳地连接到线圈架12的陶瓷材料上,由此在线圈13的区域中产生的热量可以在操作过程中以最佳方式耗散。
这样可以确保相应线圈组件11并且因此最终该电动机器具有高的电功率通过量,由此可以实现该电动机器的高的效率程度。
此外,线圈13的这些单独的线圈匝18可以通过线圈架12的陶瓷材料以最佳方式彼此电绝缘。
Claims (13)
1.一种用于电动机器的线圈组件(11),包括一个线圈架(12)并且包括一个线圈(13),该线圈架由一种非导电性材料构成,该线圈被该线圈架(12)固持并且是由一种导电的材料构成,其中该线圈架(12)是由陶瓷材料生产的,并且该线圈(13)是线圈模制件的形式,其特征在于,该线圈架(12)具有多部分设计、包括一个主体(14)和多个腹板(15),该多个腹板被***该主体中并且形成了用于该线圈(13)的线圈匝(18)的多个分隔元件。
2.如权利要求1所述的线圈组件,其特征在于,该线圈(13)是模制到该线圈架(12)上的或模制到该线圈架(12)之中的。
3.如权利要求1或2所述的线圈组件,其特征在于,该线圈架(12)是由陶瓷烧结材料生产的。
4.如权利要求1或2所述的线圈组件,其特征在于,该线圈(13)是由铝材料或由铜材料生产的。
5.如权利要求1或2所述的线圈组件,其特征在于,该线圈是由一种金属的材料构成。
6.如权利要求3所述的线圈组件,其特征在于,该线圈架(12)是由陶瓷氧化铝材料或陶瓷氮化铝材料或陶瓷氮化硅材料生产的。
7.一种用于生产如权利要求1至6之一所述的用于电动机的线圈组件(11)的方法,该方法包括以下步骤:
提供一个多部分线圈架(12),该线圈架(12)具有多部分设计并且包括一个主体(14)和多个腹板(15),该多个腹板被***该主体中并且形成了用于该线圈(13)的线圈匝(18)的多个分隔元件;
由金属材料模制成该线圈(13)。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,该线圈架(12)被用作模具或模具的一部分,并且该线圈(13)被模制到该线圈架(12)上或者之中。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,该线圈架(12)被用作一个多部分模具的内壳,该内壳与一个外壳一起形成该模具,其中在模制了该线圈(13)之后,该模具的内壳作为一个线圈架(12)仍旧是该线圈组件(11)的组成部分,并且其中在模制之后将该外壳与该线圈组件(11)分离。
10.一种电动机器,包括至少一个定子端线圈组件(11)以及至少一个转子端磁铁,其特征在于,该线圈组件或每个线圈组件(11)是如权利要求1至6之一所述来设计的。
11.如权利要求10所述的电动机器,其特征在于,该线圈组件或每个线圈组件(11)连接至一个定子端支架(10)上,其方式为使得相应线圈组件(11)借助于相应线圈架(12)中的一个凹陷(16)被安装到该定子端支架(10)的一个突出部(17)上。
12.如权利要求11所述的电动机器,其特征在于,该定子端支架(10)的相应突出部(17)突出到该线圈架(12)中的相应凹陷(16)之中,这样使得该相应线圈组件(11)圆周地环绕该定子端支架(10)的相应突出部(17)。
13.如权利要求12所述的电动机器,其特征在于,至少该定子端支架(10)的相应突出部(17)是由铁材料生产的。
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