CN110024274A - 电机部件、初级组件和线性电机 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于线性电机的电机部件(1)，所述电机部件特别是初级组件和/或定子，所述电机部件包括层叠芯(2)和冷却体(3)，其中在层叠芯(2)中布置至少两个凹槽(5)，以将至少两个绕组(6)和/或至少两个永磁体安装在凹槽(5)中，其中凹槽(5)平行地布置在层叠芯(2)中的一个平面中。为了能够产生良好的冷却并且仍然提供成本有效的电机部件(1)，冷却体(3)连接到层叠芯(2)并且平行于凹槽(5)的布置来布置，其中层叠芯(2)和冷却体(3)彼此粘接地结合。

Description

电机部件、初级组件和线性电机

技术领域

本发明涉及用于线性电机的电机部件，特别是根据权利要求1的前序部分的初级组件或定子，涉及根据权利要求14的前序部分的初级组件，并且还涉及根据权利要求15的前序部分的线性电机。

背景技术

在现有技术中提出了各种用于线性电机的冷却***。例如，从DE 10 2007 020057 A1中已知一种具有集成冷却的线性电机，其中通过冷却管道获得冷却，冷却管道结合到设置有用于绕组的凹槽的层叠芯中，也就是说，这里，层叠芯的相应的各个单片设计成使得在组装状态下形成相应的冷却管道。

发明内容

本发明的目的是能够提出一种用于线性电机的电机部件，该电机部件能够提供可靠的冷却并且还能够廉价地制造。

该目的分别通过权利要求1、14和15的特征部分根据上述类型的电机部件、初级组件和线性电机实现。

借助于从属权利要求中提到的措施，可以实现本发明的各个有利形式和进一步改进。

因此，根据本发明的用于线性电机的电机部件首先包括层叠芯和散热器。这种类型的电机部件尤其可以是初级谷或定子。该初级组件还包括用于形成磁场的绕组和/或永磁体，利用该磁场最终推进线性电机的可动部分，该可动部分例如以次级组件的形式存在。

层叠芯通常包括相互电绝缘的组合在一起的单独板组成，以避免涡流，如果旨在传导场线并增强磁场的相应主体由铁磁性固体材料形成，则可能在层叠芯中感应产生涡流。线圈或绕组和/或相应的永磁体布置在层叠芯中的凹槽中。

本发明的特征在于，散热器连接到层叠芯并且平行于凹槽的布置来布置，所述层叠芯和所述散热器彼此粘接地结合。通过在平行于凹槽的平面中的布置，使得散热器可以布置成靠近相应的绕组，在适当的情况下也可以与绕组保持恒定或基本不变的间隔，从而可以进行均匀的冷却。此外，能够实现特别经济的制造，因为两个部件(层叠芯和散热器)能够作为分离的部件制造，因此使得相应的冷却管道不必形成在由单独板构成的材料中，在由单独板构成的材料中形成冷却管道是相对昂贵的。另一方面，由于这种提出的构造形式，材料能够以直接的方式彼此连接，而没有气隙或阻碍热传导的其他因素。

通过粘合结合令人惊讶地使得可以在层叠芯和散热器之间进行这种连接，特别是，所述粘合结合是用非常薄的粘合剂层进行。一方面，导致层叠芯和散热器之间的间隔可以证实变得非常小，以有利于良好的散热；另一方面，结果，使得可以在层叠芯和散热器之间获得非常稳定的连接。以令人惊讶的方式，这还能够承受非常大的力，该力通常作用于运行中的电机的有效部分。而且，在所提出的结构的情况下，能够避免散热器和层叠芯之间的气隙。虽然原则上，一些粘合剂也可明显地表现出较差的导热性能，但是在当前情况下，证明粘合剂层本身仅能非常薄地形成是有利的，因此由该粘合剂层引起的阻热性证明相当低。

为了在层叠芯和散热器之间获得尽可能大的接触面积，层叠芯和散热器中的至少一个或两者都可以采用板的形式，使得散热管道和作为热源布置在层叠芯的凹槽中的绕组能够在平行的平面中延伸。此外，也可以使得管道和绕组彼此之间的间隔较小，从而总体上可以实现良好且均匀的散热。

就此而言，在本发明的优选的进一步改进中，层叠芯和散热器可以以夹层形式的构造彼此连接。除了发热绕组和散热冷却管道之间的短距离之外，还可以增加机械刚性，因为相应的“夹层”彼此稳定并确保较高的弯曲力矩或面积惯性矩。根据本发明并且还根据具有夹层形式的构造的结构的所讨论的实施例，与通常提供初级组件的固体封装的根据现有技术的常规结构相比，其提供了进一步的优点；因为根据现有技术，已证明不利的是在灌封材料中经常发现空气泡。

特别是在本发明的一个实际变型中，层叠芯可以采用烤漆层叠芯的形式，以增加机械刚性。除此之外，至少一个灌封的烤漆绕组可以布置在凹槽中，从而通过这种方式也能够增加机械刚性。此外，在这种实际形式中，可以想到的是，也可以使用常规的绝缘绕组线来代替涂布有烤漆的导线。在优选的实施例中，提供了正交缠绕的烤漆线圈作为绕组。在其他方面，尽管通常使用圆形线，其因此具有圆形横截面，但是原则上，也可以采用例如方形线。尤其是如果要获得尽可能紧的卷绕包，则横截面可以起作用。在尽可能小的空间要求情况下，借助于尽可能紧密缠绕的绕组，能够产生尽可能强的场，由此能够增加电机的功率。

如上所述，有利地，散热器可以具有至少一个用于传导冷却液的管道。作为冷却液，例如可以使用水。本发明的这种类型的实施例的冷却管道能够以有利的方式布置，使得其尽可能均匀且紧密地穿过散热器的表面，该表面平行于布置所述凹槽所在的平面，使得能够获得尽可能均质和均匀的散热。例如，板中的这种冷却管道可以具有曲折的路线。还可以想到的是，若干个冷却管道穿过所述板。

特别是当相应的散热器不是被直路径的冷却管道穿过时，有利的是将相应的冷却管道铣削到板中，该板例如特别是平行于布置有凹槽的平面。为了继而紧密地终止冷却管道，没有提供这样的盖，该盖紧固在板或散热器的冷却管道的敞开部分所在的一侧上。盖能够作为单独的部分廉价地制造。

为了将层叠芯和散热器彼此连接，优选地使用耐高温粘合剂，因为部分地，在电机的操作期间，可以达到相对高的温度，正是在这样的情况下，必须在散热器和层叠芯之间存在良好的机械联结。为此，例如可以使用各种耐高温粘合剂，特别是基于环氧树脂的双组分粘合剂。为了产生稳定的层(其意味着低热阻性)，特别地提供厚度至多为0.25mm的粘合剂层。

出于良好的散热目的，同时为了获得相对低重量的电机部件，散热器可以例如由铝制成。另外，这种材料比较廉价。

在实际情形中，散热器中的冷却管道必须被限制，与此相关地，已经解释了冷却管道的该敞开区域必须被覆盖，其例如借助于盖进行覆盖。首先，当散热器本身由铝制成时，有利的是，盖同样可以由铝制成，这具有以下优点：当加热时，盖和散热器因此具有相同的或者至少非常相似的热膨胀系数，并且因此，在相同的加热条件下，两者也表现相同，并且不会发生机械应力。盖代表一种具有成本效益的变型，以覆盖和密封整个冷却管道。

然而，如果冷却管道由被施加高压的液体流过，则原则上盖有可能将向上凸起，特别是如果相对于散热器的其余部分，盖是由相对薄的材料制造时。通常，盖可以例如由平坦板制成。在这种情况下，在适当的情形下，仅仅将盖紧固到散热器的边缘是不够的，如特别是在现有技术中也经常提供的那样。在本发明特别优选的进一步改进中，通过摩擦搅拌焊接将盖紧固到散热器的板，以能够增加在流过管道的冷却液体的高压下的机械稳定性，以及此外还能够增加机械刚性。特别优选的是这样的变型，其中盖紧固到散热器的板，使得至少一个管道至少部分地、特别是完全地被焊接路径包围。这意味着，在冷却管道的各个区段平行定位的情况下，要求焊接路径也至少部分地位于所述区段之间。

在摩擦搅拌焊接的过程中，焊接工具的焊接柱旋转或设置为旋转状态，并且在此过程中被压入材料中直到焊接肩部搁置在改材料上。当焊接柱继续旋转时，焊接工具沿着待焊接的焊接路径被引导，在此过程中材料被置于面团状态(也就是说，其变成塑性的)并且是可加工的。在待彼此连接的两个工件之间产生细粒连接区域。以有利的方式，仅发生少量的热输入，从而小心地处理工件，然而，能够实现突出且非常稳定的连接特性。

因此，根据本发明的初级组件和根据本发明的线性电机的特征在于，使用根据本发明的相应的电机部件，并且在线性电机的情况下，使用根据本发明或根据其中一个实施例的相应的初级组件，能够获得上述优点。

附图说明

附图中示出了本发明的实施例，并且将在下面更详细地阐述本发明的实施例，其中详述了进一步的细节和优点。详细地示出了：

图1是通过根据本发明的线性电机的初级组件(没有盖)的示意截面图；

图2是图1中的初级组件(没有盖)的示意图示；以及

图3是图1和图2的带有盖的初级组件的示意图。

具体实施方式

图1示出了通过线性电机的初级组件1的示意性截面图，初级组件1具有层叠芯2和散热器3。层叠芯2和散热器3都采用板的形式，各个板以夹层形式的构造彼此粘接地结合。粘合剂层用附图标记4表示。凹槽5位于层叠芯2中，凹槽5继而设置有绕组6。在散热器3中，还铣削出冷却管道7，冷却管道7具有基本上曲折的路线并且实际上穿透散热器3的整个表面。为了紧固初级组件1，在散热器中设置了孔8。在初级组件1的端面上，分别定位有终端板9，每个终端板9构成电机的壳体的一部分。用于向绕组6供应能量的引线也能够通过这些板9输送。

绕组6可以设置为正交缠绕的烤漆线圈，例如使用圆形线。该措施使得可以进行高密度填充。层叠芯2也可以采用烤漆包的形式。将烤漆用于层叠芯2和绕组6使得可以获得高机械刚性。

以有利的方式，层叠芯2和散热器3组合从而形成一个部件，并且将两者彼此连接的粘合剂层4形成得非常薄。借助于粘合剂的大面积涂覆和粘合表面因此也被选择为非常大，从而获得了层叠芯2和散热器3之间的这种连接的高度稳定性。此外，夹层形式的构造本身又可以实现高度的机械加固。即使当相应的电机部件承受大的力时，仍然可以获得特别稳定的构造形式。此外，获得一种非常紧凑的构造形式，一方面，其尽可能充分地利用可用空间，因此能够作为整体非常好地集成到一系列机器中。在当前情况下，紧凑形式的构造通常对机械刚性和稳定性具有积极影响。

从图1中同样显而易见的是，布置有凹槽5的平面平行于定位冷却通道7所在的平面。当前夹层形式的构造使得冷却通道7和凹槽5可以以彼此相对较小的间隔定位。布置有凹槽5的表面上方的整个区域基本上均匀地被冷却管道7穿入。由于这个原因，通过粘合剂层4也能够或得特别好地散热，粘合剂层4在任何情况下都仅非常薄地形成。冷却表面在一定程度上最大化。通过由铝形成散热器3，再次实现了高度的导热性。距离构成热源的绕组6的间距保持尽可能小。特别好的冷却还确保不会对正使用电机部件或相应的线性电机的机器的其他部件产生过度的热传递。

与现有技术的常规线性电机相比，所实现的优点(即，一方面，在本发明的当前实施例中，获得高的堆积密度，但是另一方面，也能够获得良好的散热和冷却)具有电机的持续功率能够明显地增加的结果。

将散热器3和层叠芯2简单地粘合在一起使得继而可以进行简单的组装和成本有效的制造。在其他方面，线性电机不必手工制造，而是同样可以进行至少部分自动化的制造。

根据图2的图示再次示出了与图1相同的视图，但不是截面图。在此，可以看到冷却通道7的整个路线，特别是其在散热器3的表面上曲折的路线。

同样在图3中，再次可见相同的视图，但是这里盖10已经被施加到散热器3上。盖10继而隐藏冷却管道7并且在图中的向上方向密封冷却管道7。为了获得尽可能紧凑的冷却管道7的路线，通过摩擦搅拌焊接将盖10施加并紧固到散热器3上。特别地，焊接路径布置在冷却管道7的曲折环部之间。这些区域在图2中以示例性方式通过附图标记11标记。摩擦搅拌焊接的过程使得可以在盖10和散热器3之间形成非常牢固且稳定的材料闭合连接，使得冷却管道7也可以借助于冷却液处于高压下(大约6巴的数量级)。以这种方式，还实现了高抗弯刚性。

本发明的所有实施例共有的特征是散热器连接到层叠芯并且平行于凹槽的布置来布置，所述层叠芯和所述散热器彼此粘接地结合。借助于这种技术措施，以令人惊讶的方式，使得可以形成具有良好散热的特别稳定的结构，因为通常更可能预期，如果大约为20kN至30kN的大吸引力作用在线性电机的有效部分上，则粘合结合将很不稳定，而且(如结合本发明所证实的)反之亦然。但是，特别简单的组装还可以特别地减少组装时间，这同样对组装成本具有有利的影响。此外，本发明还可以以令人惊讶的方式在制造过程中实现高度的经济和成本节约，因为与现有技术相比，能够将层叠芯、散热器等相对有利地制造为单独部件。在本发明的其中盖通过摩擦搅拌焊接连接到散热器的一个实施例中，这种成本节约也可以明确地(通过摩擦搅拌焊接)补偿当前仍可能导致的较高成本。

附图标记列表：

1 初级组件

2 层叠芯

3 散热器

4 粘合剂层

5 凹槽

6 绕组

7 冷却管道

8 螺纹孔

9 终端板

10 盖

11 焊接路径的中间区域。

Claims (15)

1.一种用于线性电机的电机部件(1)，特别是初级组件和/或定子，所述电机部件包括层叠芯(2)和散热器(3)，其中，至少两个凹槽(5)布置在所述层叠芯(2)中，以附接至少两个绕组(6)和/或附接在所述凹槽(5)中的至少两个永磁体，其中，所述凹槽(5)平行地布置在所述层叠芯(2)中的平面中，其特征在于，所述散热器(3)连接到所述层叠芯(2)并且平行于所述凹槽(5)的布置来布置，其中，所述层叠芯(2)和所述散热器(3)彼此粘接地结合。

2.根据前述权利要求所述的电机部件(1)，其特征在于，所述层叠芯(2)和/或所述散热器(3)采用板的形式。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，所述层叠芯(2)和所述散热器(3)以夹层形式的构造彼此连接，从而特别是能够增加机械刚性。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，所述层叠芯(2)采用烤漆层叠芯的形式，从而能够增加机械刚性。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，至少一个烤漆绕组(6)布置在所述凹槽(5)中，所述绕组被灌封，从而能够增加机械刚性。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，所述烤漆绕组(6)采用用圆形线正交缠绕的烤漆线圈的形式。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，所述散热器(3)具有至少一个用于传导冷却液的管道(7)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，所述至少一个管道(7)在所述板中铣削形成，特别是平行于布置所述凹槽(5)所在的平面。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，所述层叠芯(2)和所述散热器(3)借助于耐高温粘合剂、优选地借助于基于环氧树脂的双组分粘合剂彼此粘接地结合，所述粘合剂层(4)特别优选地具有至多0.25mm的厚度。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，所述散热器(3)至少部分地由铝制成，其中，特别地，所述散热器(3)的板由铝制成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，设置有特别是由铝制成的盖(10)，用于覆盖所述至少一个管道(7)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，所述盖(10)通过摩擦搅拌焊接紧固到所述散热器(3)的所述板，从而在所述冷却液流过时能够增加机械稳定性和/或机械刚性。

13.根据前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)，其特征在于，所述盖(10)紧固到所述散热器(3)的所述板，使得所述至少一个管道(7)被焊接路径至少部分地、特别是完全地包围。

14.一种用于线性电机的初级组件(1)，特别是定子，其特征在于，设置了如前述权利要求中任一项所述的电机部件。

15.一种线性电机，具有如前述权利要求中任一项所述的电机部件(1)和/或具有如前述权利要求中任一项所述的初级组件，并且还具有次级组件，特别是作为可动部分的动子。