多相电机的制作方法

本发明涉及包括定子装置和转子的多相电机，该转子相对于定子装置可旋转地安装并且形成在外侧围绕定子装置的外转子。

背景技术：

1、诸如挖掘机、履带式车辆或起重机之类的大型建筑机械和诸如叉车、自卸车之类的输送机以及用于重物或农业机械和附件的通用提升机构在其驱动技术方面通常依赖于液压概念，因为为了以合理的尺寸提供适当的性能，需要高功率密度，众所周知，液压调节器可以很好地满足这一要求。在此方面，经常通过内燃机(例如大型柴油机的形式)来驱动液压驱动器的泵。

2、然而，为了能够至少在本地无排放地工作，电驱动概念最近也被用于此类能源密集型大型电机，其中，由于所需的高功率密度，经常使用多相电机。例如，这些多相电机可以是永磁体励磁同步电机，其被认为是功率密度最大的电机类型。在此方面，可实现的功率密度很大程度上取决于电流密度，而电流密度又需要充分的冷却以允许更高的电流密度。

3、在此方面，电机不仅必须实现高功率密度，而且还必须提供高驱动扭矩，以便能够取代液压驱动概念。外转子电机特别适合高扭矩，因为它们通常可以比具有相同外部尺寸的内转子电机提供更高的扭矩。然而，外转子在构造尺寸方面提出了特定的挑战。特别是细长的设计很难实现。外转子通常被设计为具有短的铁芯长度和短的直径的圆盘转子，以便能够通过单侧调节轴承来控制较低的倾斜力矩。然而，这种具有短的铁芯长度和长的直径的圆盘转子由于安装空间有限而难以容纳在建筑机械、输送车辆或提升机构中。

4、为了能够实现高电流密度并从而获得高功率密度，可以集中地缠绕绕组线圈，但这往往会导致在扭矩输出中出现较大的脉动。同时，由于当绕组集中时，突出在定子叠片上方的绕组头部处的通常冷却不再可用或不再充分发挥作用，因此在绕组上存在高温负载。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的是创造一种改进的多相电机，其避免了现有技术的缺点并且以有利的方式进一步发展了现有技术。特别地，本发明的目标是实现紧凑的构造尺寸，以允许高电流密度并且可以提供高扭矩和高功率密度，而不会由于高电流密度而过热。在此方面，扭矩输出优选地不应表现出过多的脉动，且还应实现多相电机的高可用性和低故障率。

2、根据本发明，所述目的通过根据权利要求1的多相电机来实现。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。

3、因此，提出了用液体对定子绕组进行冷却，并且在此方面用冷却剂直接全面冲洗绕组线，以实现直接热传递，并从而针对性地有效冷却电机的热点。根据本发明，为定子侧绕组设置液体冷却装置，其中，该绕组包括容纳在定子槽中的绕组线圈，每个定子槽被构造成冷却剂通道，并且流过定子槽的冷却剂全面冲洗定子槽中的绕组线。

4、有利地，在本发明的改进例中，绕组线圈未被包封，并且在线圈的绕组线的相邻部分之间设置有允许冷却剂从中流过的冷却间隙。这允许冷却剂从多个侧面直接全面冲洗绕组线并渗透到相邻的绕组线部分之间。

5、有利地，绕组线圈的绕组线可具有梯形的横截面，而不是圆形或矩形的横截面。这在缠绕线圈时很容易在相邻的线部分之间产生间隙。以类似的方式，这也可以通过三角形的线横截面或通常从一侧到相反侧逐渐变细的横截面来实现。

6、在此方面，有利地，绕组线缠绕成使得横截面的较宽的背面相邻于定子叠片或定子叠片齿部，且/或横截面的较窄侧朝向定子间隙中心突出。这使得两个相邻的线部分之间的间隙朝向定子槽的中心变宽，使得冷却剂更容易渗透。

7、有利地，绕组线圈可以有利地缠绕成单层。这允许绕组线基本上完全被全面冲洗。

8、在本发明的改进例中，绕组线圈的绕组线可以以电绝缘的方式例如涂覆有由耐高温的热塑性塑料制成的涂层，特别是peek涂层。

9、作为替代方案或与此无关地，至少一个定子的定子槽可以在定子的一个轴向端面上与设置在定子的该端面上的用于供应冷却剂的环形空间流体地连接，且/或在定子的相反端面上与设置在该相反端面上的收集出口流体地连接。

10、此外，冷却剂可以首先从冷却回路的冷侧通过用于绕组线圈的定子槽在轴向方向上沿相反方向并行地从定子的一个端面流动到相反端面，并且然后，被绕组线圈加热的冷却剂通过定子托架在相反轴向方向上朝上游侧往回流动。

11、此外，定子槽并行连接到用于供应冷却剂的入口分流部，并且冷却剂能够并行地流过这些定子槽。

12、在本发明的改进例中，定子装置划分成多个定子并且为它们提供公共转子，该公共转子可以通过在所述定子之间的定子划分部来支撑。由此，可以获得对倾斜载荷不太敏感的更好平衡的轴承，并且与单侧调节轴承相比允许更长的转子设计。

13、特别地，定子装置包括在外周侧上被公共转子包围的两个定子，其中，转子在两个定子之间通过支撑件支撑在被定子包围的内置电机轴或轴线上。由于转子的中心支撑件的缘故，与带有单侧斜角轴承的圆盘转子相比，在轴承力方面可以控制更大的转子长度，因此可以实现总体上明显更细长的设计，其中，尽管如此，仍可以同时实现高扭矩。因此，所提出的布置将内转子的易于安装和形状与外转子的较高扭矩密度结合起来。

14、根据另一方面，组合在公共外转子下的这些多个定子可以通过液体冷却系统来冷却，该液体冷却系统为两个定子均匀地供应尚未被另一个定子加热的新鲜或冷的冷却剂，由此两个定子可以特别地被并行冷却，以提高冷却效果。

15、在此方面，两个定子可以并行地布置在冷却剂回路中，使得两个定子可以被均等地供应仍然冷的冷却剂，并且一个定子不会被供应已被另一定子加热的冷却剂，如串行冷却剂布置或甚至具有单个连续且长的定子的情况都是如此。

16、作为在公共冷却回路中并行连接两个定子的替代方案，还可以为两个定子提供两个单独的冷却回路，以便能够将冷却剂均等地施加到两个定子。

17、在本发明的改进例中，两个定子被构造为至少基本上具有相等的长度并且关于公共转子对称地布置，其中，在两个定子上延伸的转子可以被居中地支撑并因此平衡。所述转子可以在支承点两侧以相同的程度突出，或者可以被构造成关于中心支承点对称。不管怎样，所述两个定子可以形成关于转子的中心支撑点的对称布置。

18、通过对称地划分定子，与单个定子相比，每个定子的有效铁芯长度可以减半，这也改善了定子装置的整体冷却。

19、由于定子布置被划分成至少两个定子而导致定子的铁芯长度较短，因此通过并行冷却剂供应可以实现显著改善的冷却效果，这反过来又能够实现更高的电流密度，以实现高功率密度。

20、有利地，定子侧绕组也可以被构造为多相的并且可以省去星点。特别地，定子侧绕组包括至少四个相或至少五个相或至少六个相或更多个相并且在此方面被构造为非星形的。即使绕组线圈集中地缠绕，这种没有星点的多相绕组也可以显著减少扭矩脉动，尤其减少50％以上。尤其具有集中缠绕的绕组的电机往往在扭矩曲线中具有相对较高的脉动。然而，所提出的高相数增加了扭矩脉动的频率，并同时减小其幅度。

21、优选地，相数是奇数以便获得最大绕组系数，其中，优选地，可以提供五个相或七个相或九个相或更多个相。

22、在此方面，极数可以大于或小于相数。

23、不管怎样，根据负载范围和转子位置，可以通过向各个相提供智能、单独的电源来实现操作优化。例如，对于某些负载范围，可以通过调整电流供应来降低平均的铜温度或线温度。由于无星点的多相绕组通常不存在零和电流条件，即相电流之和不一定为零，因此基本上可以实现不同的或任意的电流形式。

24、这例如在发生诸如两相之间短路或断线之类的故障的情况下允许电机操作至少在有限的程度上继续。这可以显著降低故障概率并提高可用性。

25、特别地，定子侧绕组可以被设计成无星点的九相绕组。九相绕组是在扭矩特性的低脉动与紧凑设计下的仍适度的装配工作量之间的良好折衷方案。原则上，可以考虑多于九个的绕组相，例如十一个相或十三个相或甚至十五个相。然而，九相绕组可以充分降低转矩脉动，并且即使采用集中绕组也可以轻松安装。

26、绕组有利地被构造为集中的。在此方面，集中绕组是指定子的定子叠片的每个齿部上都缠绕有绕组线，并且线圈的绕组线不会同时缠绕在多个齿部上。这种集中绕组自动化程度高，并允许较短的绕组头。因此，由于减少了铜的使用，可以降低线圈中的损耗，并且由于更小的安装空间要求，可以实现更高的功率密度。结合多相绕组设计，可以补偿集中绕组的常见缺点，即扭矩输出中的脉动。

27、在此方面，定子侧绕组的绕组相有利地连接到控制电路，该控制电路能够单独且可变地向各个相通电。特别地，所述控制电路可以包括具有全桥(优选地为h桥的形式)的逆变器，以用于向各个相通电。

28、有利地，控制电路可以被构造为以单独的时间偏移单独地向各个相通电，使得例如，如果一个相由于故障而发生失效，则可以调整剩余相的通电时序，以便实现平稳、调和的操作。作为在脉冲通电的情况下对脉冲的开始的可变控制的替代方案或附加方案，还可以改变电流脉冲的长度和/或高度，以便实现操作优化，例如通过调节通电针对特定负载范围减少平均线温度。

29、在本发明的改进例中，多相电机可以是永磁体激励电机，例如永磁体激励同步电机的形式。在此方面，特别地，定子可以设置有多相绕组，而转子设置有永磁体。

30、在此方面，可以在转子上设置至少两个永磁体或两块永磁体，它们布置在转子的中心支撑件的两侧上，特别地布置在转子的中心轴承凸缘的两侧上，其中转子利用中心轴承凸缘在定子之间支撑在内置电机轴或轴线上。

31、转子的支撑件或轴承可以不同地构造，例如包括两个成角度接触的轴承，例如圆锥滚子轴承的形式。然而，在本发明的改进例中，转子还可以通过简单的固定且浮动的轴承支撑在两个点处，其中，浮动支承基本上只能吸收径向力，而固定支承可以吸收径向力和轴向力。

32、根据转子与输出轴的连接(或者在发电机的情况下与输入轴的连接)，轴承可以被构造成不同的规格。例如，转子可以通过中心支撑件以抗扭转的方式连接到内置电机轴，优选地以轴向固定且抗倾斜的方式，例如通过型材轴连接或通过轴向地夹紧在齿槽上而连接到内置电机轴。

33、无论转子的具体驱动连接如何，内置电机轴或轴线可以例如通过前述的固定且浮动的轴承安装在相对的端部部分或相对的壳体部分上。例如，电机轴或轴线的轴承可以设置在定子装置的相对的轴向端面的区域中。由此，可以通过相应较大的轴承间隔实现稳定的支撑。

34、为了以紧凑、细长的设计实现高功率密度，转子可具有大于转子外径的轴向长度。例如，转子的轴向长度可以在转子直径的125％至500％或125％至200％的范围内。

35、两个定子可以一起具有在转子的轴向长度的范围内的轴向长度，但是相比之下可以稍小或稍大。例如，两个定子的总和(每个定子被测量为它们的铁芯长度)可以是转子的总轴向长度的75％至100％。特别地，作为整体，两个定子的总铁芯长度可以大约对应于附接至转子的两块永磁体的轴向长度之和。

36、有利地，所提出的多相电机的结构可以用于创建电机系列，其中，电机或电机模型可以基本上具有相同的结构，但是相数可以根据构造尺寸而变化。

37、在此方面，相和极数的组合也可以根据应用进行调整和变化。以此方式实现了模块化系统。