电动径流式机器和动力系的制作方法

1.本发明涉及电动径流式机器，该电动径流式机器被设计为永久励磁同步机器，该电动径流式机器包括定子和连接至转子轴的转子本体、以及弹簧元件，该弹簧元件在轴向方向上对转子本体施加弹簧力，使得在第一操作位置，转子本体被保持在这样的轴向位置，在该轴向位置，转子本体与定子的相对表面之间的重叠小于100％。此外，设置有移位装置，该移位装置设计成基于在转子轴与转子本体之间产生的扭矩而抵抗弹簧力在转子本体与定子之间产生轴向运动。此外，本发明涉及用于机动车辆的动力系。


背景技术：

2.电动径流式机器在现有技术中已经众所周知。de 10 2009 038 928 a1公开了一种电动马达，该电动马达具有定子、转子以及形成在定子与转子之间的空气间隙。空气间隙的大小基于电动马达的速度是可变的，其中，空气间隙在转子的速度较高时变大。空气间隙通过转子或定子的轴向滑动而变大。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种电动径流式机器，该电动径流式机器在与扭矩相关的磁场放大方面被优化。此外，本发明的目的是提供一种用于由电动马达驱动的机动车辆的动力系，在该动力系中，电动驱动机器在与扭矩相关的磁场放大方面得到改进。特别地，电动径流式机器将被创建为具有在不同扭矩的操作阶段中被优化的操作行为。
4.该目的通过具有权利要求1或8的特征的电动径流式机器以及通过具有权利要求9的特征的用于由电动马达驱动的机动车辆的动力系来实现。
5.根据本发明设计的电动径流式机器被设计为永久励磁同步机器，该电动径流式机器包括定子和连接至转子轴的转子本体、以及弹簧元件，该弹簧元件沿轴向方向对转子本体施加弹簧力，使得在第一操作位置，转子本体被保持在这样的轴向位置，在该轴向位置，转子本体和定子的相对表面之间的重叠小于100％。此外，该径流式机器包括至少一个移位装置，所述至少一个移位装置设计成基于在转子轴与转子本体之间产生的扭矩而抵抗弹簧力在转子本体与定子之间产生轴向运动。所述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元件，其中，第一移位元件连接至转子本体，特别地以在旋转方面和滑动方面固定的方式连接至转子本体，并且以轴向可滑动且可旋转的方式(如果必要，以受限的可旋转性)布置在轴向上不可滑动的转子轴上，并且第二移位元件以不可旋转且不可滑动的方式连接至转子轴。此外，第一移位元件在其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其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推动。这实现了这样的优点，即可以利用结构简单的装置确保了电动径流式机器的与扭矩相关的场增强。不需要用于使转
子和/或定子滑动的附加的主动式致动器。确切地说，使转子本体在转子轴上轴向滑动所需的能量从电动机器本身的旋转能量获得，并且基于扭矩自动转换成用于转子本体的滑动力。
6.首先，对本发明的所要求保护的主题的各个元件按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。
7.电动机器用于将电能转换成机械能以及/或者将机械能转换成电能，并且通常包括被称为定子、支架或电枢的静止部分、以及被称为转子或转轮并且相对于静止部分以可移动的方式布置的部分。
8.在被设计为旋转机器的电动机器的情况下，特别是在径流式机器与轴流式机器之间进行区分。径流式机器的特征在于，磁场线在形成于转子与定子之间的空气间隙中沿径向方向延伸，而在轴流式机器的情况下，磁场线在形成于转子与定子之间的空气间隙中沿轴向方向延伸。
9.径流式机器的定子通常构造成圆柱形并且通常包括电层压片，这些电层压片彼此电绝缘，并构造成多层并且被封装以形成层压式芯部。利用这种结构，定子中由定子场引起的涡流保持较低。分布在圆周上的凹槽或周缘封闭的凹部通向平行于转子轴延伸的电层压片，并容纳定子绕组或定子绕组的一部分。基于朝向表面的结构，槽可以用诸如锁定楔形件或覆盖件等的锁定元件封闭，以防止定子绕组分离。
10.转子是电动机器的旋转(转动)部分。特别地，当还设置有定子时，使用转子。
11.转子本体通常被理解为是指没有转子轴的转子。因此，转子本体特别地由层压式转子芯部和磁性元件构成，磁性元件被引入到层压式转子芯部的凹穴中或者周向地固定至层压式转子芯部和用于封闭凹穴的任何轴向覆盖部件等。
12.层压式转子芯部被理解为是指多个层压式的单独层压片或转子层压片，这些层压片通常由电工金属片材制成并且以一个在另一个顶部上的方式进行堆叠和封装以形成堆叠件，该堆叠件被称为层压式转子芯部。然后，各个层压片可以通过胶粘、焊接或螺纹连接在层压式芯部中保持在一起。
13.待引入到层压式转子芯部的凹穴中的永磁体被理解为磁性元件。可以为每个凹穴提供被设计为条形磁体的单个较大的磁性元件、或若干个较小的永磁体元件。替代性地，磁性元件也可以分布在面向定子与转子之间的空气间隙的外周转子本体表面上、或内周转子本体表面上。
14.本发明的其他有利的实施方式在从属权利要求中予以说明。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彼此组合并且可以限定本发明的其他实施方式。另外，权利要求中所示的特征在说明书中进行了更详细的说明和解释，在说明书中示出了本发明的其他优选的实施方式。
15.根据本发明的有利的实施方式，可以提供的是，弹簧元件根据其弹簧力定尺寸成使得：当径流式机器静止时，转子本体和定子可以通过弹簧力在克服存在于转子本体与定子之间的磁性吸引力时彼此隔开预定的最大轴向距离。该距离定尺寸成使得转子本体和定子的相对表面的重叠为至少20％且至多80％、优选地至少30％且至多70％、并且特别优选地至少40％且至多60％。这种构型的优点在于，从针对低扭矩要求的操作状态的重叠开始，基于增加的扭矩，具有适应的场增强的操作状态可以被无级地设定，可以被调节到具有转
子表面与定子表面的100％重叠的操作状态，在该操作状态下给出最大的场增强。
16.根据本发明的另一优选的改进，还可以提供的是，弹簧元件根据其弹簧力来定尺寸成并且移位装置设计成使得在径流式机器的达到最大预定扭矩的操作状态下，转子本体抵抗弹簧力被轴向推动，使得转子本体与定子的相对表面的重叠为100％。有利地设置有止挡件，该止挡件被设计和布置成使得转子本体在最大扭矩的操作状态下经由止挡件将转子本体的扭矩传递至转子轴。这种构型的有利效果是基于下述事实：一方面，随着扭矩的增加提供了无级场强度调节，并且当达到具有最大扭矩的操作状态时，扭矩经由为此目的而设置的止挡件传递，而不是经由移位装置传递，以限制转子本体在转子轴上的旋转。这样，磨损促进力可以保持远离移位装置。
17.根据本发明的另一特别优选的实施方式，可以提供的是，弹簧元件抵靠止挡件支承，其中，止挡件以不可滑动的方式布置在转子轴上，这产生结构上简单且节省空间的解决方案。同时，止挡件也可以用于限制轴向滑动路径。
18.此外，本发明还可以被进一步改进，使得弹簧元件被设计为压缩弹簧，特别地被设计为片簧组件和平行于片簧组件作用的板簧元件的组合，或者被设计为作用于扭转的弹簧，由此可以提供节省空间的布置。
19.在本发明的同样优选的实施方式变型中，也可以提供的是，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并构造成与第一斜坡元件相对应的至少三个第二斜坡元件，从而提供了针对力传递在几何方面优化的结构。有利地，斜坡元件各自成对地形成，使得能够在转子的两个旋转方向上旋转。因此，可以针对电动机器的两个旋转方向提供机械地建设性实施的、与扭矩相关的场增强。
20.另外，本发明所基于的目的是通过一种电动径流式电动机器来实现的，该电动径流式电动机器被设计为永久励磁同步机器并包括：
[0021]-定子和固定的定子保持器，以及
[0022]-连接至转子轴的转子本体，
[0023]-弹簧元件，该弹簧元件沿轴向方向对定子施加弹簧力，使得定子保持在轴向位置中的第一操作位置，在该第一操作位置，转子本体与定子的彼此相对布置的表面之间的径向重叠小于100％，以及
[0024]-移位装置，该移位装置被设计成基于在定子与固定的定子保持器之间产生的抵抗弹簧力的支承力矩而在定子与定子保持器之间产生轴向运动。提供的是，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元件，并且
[0025]-第一移位元件连接至定子并布置在固定的定子保持器上，使得第一移位元件可以轴向滑动和旋转，并且第二移位元件以不可旋转且不可滑动的方式连接至固定的定子保持器，并且
[0026]-其中，第一移位元件在其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其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，定子抵抗弹簧力相对于固定的定子保持器被轴向推动。在此说明了一种替代性的设计方案，在该设计方案中，转子与定子之间的轴向滑
动可以单独地或部分地另外通过布置在定子本体与固定的定子保持器之间的移位装置来实现。
[0027]
有利地，根据本发明设计径流式机器，其中，转子与定子之间的必要轴向滑动于是通过转子本体与转子轴之间的移位装置成比例地发生，以及通过定子本体与定子保持器之间的移位装置成比例地发生。
[0028]
径流式机器也可以被设计成使得，转子本体具有锥形形状，并且定子本体具有用于容纳锥形设计的转子本体的对应的内部空间。
[0029]
此外，还可以设想到的是，具有圆柱形设计的转子本体的电动径流式机器的转子被设计成两部分，并具有第一转子本体和第二转子本体，其中，弹簧力经由轴向布置在转子本体之间的弹簧元件从定子本体沿轴向方向向外施加至转子本体。
附图说明
[0030]
下面参照附图对本发明和技术领域两者进行更详细的说明。应当指出的是，本发明并非意在通过所示出的示例性实施方式来加以限制。特别地，除非另有明确说明，否则还可以提取出附图中所概述的实质性主题的部分方面，并且可以将这些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，附图并且特别是所示出的比例仅是示意性的。相同的附图标记表示相同的物体，因此也可以使用来自其他附图的解释。
[0031]
在附图中：
[0032]
图1以示意性表示的轴向截面示出了根据本发明的径流式机器的第一实施方式，该径流式机器处于低扭矩操作状态，
[0033]
图2示出了根据图1的径流式机器处于最大扭矩操作状态，
[0034]
图3以示意性表示的轴向截面示出了根据本发明的径流式机器的第二实施方式，该径流式机器处于不同的操作状态——上图，处于低扭矩操作状态，以及下图，处于最大扭矩操作状态，
[0035]
图4以示意性表示的轴向截面示出了根据本发明的径流式机器的第三实施方式，该径流式机器处于不同的操作状态——上图，处于低扭矩操作状态，以及下图，处于最大扭矩操作状态，
[0036]
图5以三种不同的表示示出了移位装置——顶部为封闭的整体单元的立体图——中间为具有滚动元件的第一移位元件的立体图——底部为第二移位元件的立体图。
具体实施方式
[0037]
图1以示意性表示的轴向截面示出了根据本发明的径流式机器1的第一实施方式，该径流式机器处于低扭矩操作状态。图2示出了处于最大扭矩操作状态的同一径流式机器。
[0038]
所示出的电动径流式机器1被设计为永磁内转子同步机器，并且包括定子2、连接至转子轴3的转子本体4、以及弹簧元件5，该弹簧元件沿轴向方向对转子本体4施加弹簧力f，使得转子本体4保持在其如图1所示的第一操作位置、既保持在其中转子本体4与定子2的相对表面之间重叠小于100％的轴向位置。在所示示例中，转子本体4从定子本体21被侧向地推出其轴向长度的约三分之一。转子本体4借助于抵靠固定地布置在转子轴3上的止挡件7的弹簧元件5通过施加远离止挡件7作用的弹簧力f而被作用于一个轴向侧部，并且转子本
体被保持在示出为抵抗转子本体4与定子本体21之间的磁引力的静止位置。在转子本体4的与止挡件7相反的轴向侧部上，转子本体通过移位元件6以受限的方式保持在该转子本体的轴向滑动路径中。如果在电动径流式机器1的操作期间(在转子本体4与转子轴3之间)现在达到特定扭矩，并且借助于移位装置检测到特定该扭矩，则移位装置开始抵抗弹簧力f将转子本体4沿止挡件7的方向按压到定子本体21中，使得转子本体4与定子2的相对表面的重叠量增加，并且使得电动径流式机器1的场强度增加。随着扭矩的增加，定子本体4被进一步推动并被进一步推动到定子本体21中，直至最终转子本体4与定子本体21的相对表面重叠100％为止，如图2所示。在图2所示的位置中，在最大扭矩操作状态下，扭矩经由止挡件7在转子轴3与转子本体4之间传递，止挡件为此目的与转子本体4围绕圆周形成形状配合连接。
[0039]
设计成基于在转子轴3与转子本体4之间产生的扭矩而抵抗弹簧力f在转子本体4与定子2之间产生轴向运动的移位装置6具有第一移位元件61、第二移位元件62以及布置在第一移位元件61与第二移位元件62之间的至少一个滚动元件63。第一移位元件61以在旋转方面固定且不可滑动的方式连接至转子本体4，并且以可轴向滑动且可有限旋转的方式布置在转子轴3上，该转子轴以不可轴向滑动的方式布置。另一方面，第二移位元件62以在旋转方面固定且不可滑动的方式连接至转子轴3。出于移位的目的，第一移位元件61在其面向第二移位元件62的侧部上具有第一斜坡元件610，并且第二移位元件62在其面向第一移位元件61的侧部上具有第二斜坡元件620，其中，第一斜坡元件610和第二斜坡元件620设计成使得如果第一移位元件61相对于第二移位元件62旋转或者第二移位元件相对于第一移位元件旋转，则转子本体4抵抗弹簧力f在转子轴3上被轴向地推动。第一移位元件61和设计成与其对应的第二移位元件62被设计成使得能够实现沿两个旋转方向的相互旋转。为此目的，这两个移位元件61、62的斜坡元件610、620成对地设计。
[0040]
图3以示意性表示的轴向截面示出了根据本发明的径流式机器1的第二实施方式，该径流式机器处于不同操作状态——上图，处于低扭矩操作状态(与图1类似)，以及下图，处于最大扭矩操作状态(与图2类似)。所图示的径流式机器还构造为永磁机器和内转子。与根据图1和图2的径流式机器1相比，图3中所示的径流式机器1构造成具有锥形的转子本体4和具有对应设计的定子本体21。根据本发明的作用原理类似地适用于该实施方式，这是在这一点上参考关于图1和图2的描述的原因。
[0041]
图4示出了根据本发明的处于不同操作状态的径流式机器的第三实施方式。电动径流式机器1在上图表示中示出为处于低扭矩操作状态，在下图表示中示出为处于最大扭矩操作状态。这些表示各自以示意性表示的轴向截面示出了径流式机器1。在此呈现的实施方式还示出了构造为永磁机器和内转子的径流式机器1。图4中所示的径流式机器1示出了与图1和图2中的结构类似的结构。在此，定子本体21也设置有用于圆环筒形转子本体4的圆环筒形接纳部。与根据图1的实施方式相比，转子本体4被设计成两部分，其中，弹簧元件5被设计为布置在两个转子本体4之间的压缩弹簧，该压缩弹簧将支承的这两个转子本体4相对于彼此向外推动。在电动径流式机器1的低扭矩操作状态或怠速状态下，两个转子本体4在相反的轴向端部处被侧向地推出定子本体21，并且经由侧向地布置在转子轴3的外侧的移位装置6的移位元件62而在转子本体的向外侧的移位路径中受到限制。随着扭矩的增加，两个定子本体4通过移位装置6抵抗弹簧力f而被进一步按压并被进一步按压到定子本体21中，直至最终转子本体4和定子本体21的相对表面实现100％重叠为止，如图4中的下图所
示。
[0042]
图5以三种不同的表示示出了移位装置6。在上部图示中，移位装置6以封闭的整体单元的立体图示出。在这种情况下，第一移位元件61和第二移位元件62各自形成壳体半部，将壳体半部连接以形成将设计为滚珠的滚动元件63封围的壳体。在示出的示例性实施方式中，总共七个滚动元件63容纳在斜坡元件610、620的七对斜坡元件之间。在中间的图示中，以立体图从内部示出了带有滚动元件63的第一移位元件61。在下面的图示中，以立体图从内部示出了第二移位元件62。在两个内部视图中，可以特别好地观察到对应的成对的斜坡元件610、620。
[0043]
设计为滚珠的滚动元件63容纳在第一移位元件61的凹部中，该凹部限定了移位装置的静止位置或中央位置。仅当第一移位元件61(连接至转子本体4)与第二移位元件62(连接至转子轴3)之间超过预定扭矩时，移位元件61、62才会相对于彼此旋转，并且由于斜坡元件61、62的几何形状以及布置在它们之间的滚动元件63而被推动分开。
[0044]
本发明不限于附图中所示出的实施方式。因此，上述描述不应被认为是限制性的，而应被认为是说明性的。下面的权利要求应被理解为意味着在本发明的至少一个实施方式中存在命名的特征。这并不排除其他特征的存在。如果专利权利要求和以上描述限定了“第一”特征和“第二”特征，这种指定用于在同一类型的两个特征之间进行区分，而不是限定优先的次序。
[0045]
附图标记列表
[0046]
1电动径流式机器
[0047]
2定子
[0048]
21定子本体
[0049]
22定子绕组
[0050]
3转子轴
[0051]
4转子本体
[0052]
5弹簧元件
[0053]
6移位装置
[0054]
61第一移位元件
[0055]
610第一斜坡元件
[0056]
62第二移位元件
[0057]
620第二斜坡元件
[0058]
63滚动元件
[0059]
7止挡件
[0060]
8定子保持器
[0061]
f弹簧力
[0062]
x旋转轴线。