用于轴向磁通机器的定子及其生产方法
阅读：738发布：2021-01-10
专利汇可以提供用于轴向磁通机器的定子及其生产方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于轴向磁通机器(1)的无轭 定子 (4)，其包括： 外壳 (41)，所述外壳包括圆周部分(44，48)和从其径向向内延伸的多个细长部分(45，72)；以及多个离散定子齿(5)，其布置在所述圆周部分内，每个离散定子齿(5)包括 铁 磁材料(51)和电绕组；所述外壳进一步包括填充所述外壳内部的空白空间的 电隔离 填充材料(6)。所述外壳的所述圆周部分由第一非铁磁材料制成，并且所述细长部分由第二非铁磁材料制成。所述外壳包括 层压 结构，所述层压结构包括所述多个向内指向的细长部分的至少一部分。，下面是用于轴向磁通机器的定子及其生产方法专利的具体信息内容。
1.一种用于轴向磁通电机(1)的无轭定子(4)，其包括：
-外壳(41)，其包括圆周部分(44；48)；
-多个离散定子齿(5)，其布置在所述圆周部分内，每个离散定子齿包括铁磁材料和缠绕在所述铁磁材料周围的电绕组(52)；
-所述外壳(41)进一步包括在径向向内方向上从所述圆周部分延伸的多个细长部分(45；72)，
所述细长部分(45；72)具有机械连接到所述圆周部分并且与所述圆周部分成热接触的近端，并且具有物理上位于邻近定子齿(5)的所述电绕组(52)之间的远端部分或远端；
-电隔离填充材料(6)，其填充所述圆周部分(44；48)内的在所述多个定子齿(5)与所述多个细长部分(45；72)之间的空白空间，
其中所述外壳的所述圆周部分由第一非铁磁材料制成并且所述细长部分由第二非铁磁材料制成，并且
其中所述外壳包括层压结构，所述层压结构包括所述多个向内指向的细长部分中的至少一些。
2.根据权利要求1所述的定子(4)，其进一步包括布置在所述外壳(41)内部的中心元件；
-所述多个离散定子齿(5)布置在所述圆周部分与所述中心元件之间的空间中；
-所述细长部分(45；72)在径向向内方向上从所述圆周部分朝向所述中心元件延伸；
-电隔离填充材料(6)填充所述圆周部分(44；48)与所述中心元件以及所述多个定子齿(5)与所述多个细长部分(45；72)之间的空白空间。
3.根据权利要求1或2所述的定子(4)，其中所述第一非铁磁材料和所述第二非铁磁材料是相同的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的定子(4)，其中所述层压结构包括堆叠在彼此之上的多个层压片(43)，所述层压片(43)具有包括所述圆周部分(44)的至少一部分的形状。
5.根据权利要求4所述的定子(4)，其中所述层压片(43)中的所述至少一些包括两个或更多个层压片段，每个具有跨越小于360°的弧的所述圆周部分(44)的所述部分。
6.根据权利要求4或5所述的定子(4)，其中所述层压片(43)中的所述至少一些进一步包括与所述圆周部分(44)一体式形成的所述多个径向向内指向的细长部分(45)的所述部分。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的定子(4)，其中所有层压片是相同的，或者其中所述层压片(43)包括第一类型的层压片以及第二类型的层压片，所述第一类型的层压片包括与所述圆周部分(44)一体式形成的多个径向向内指向的细长部分(45)，所述第二类型的层压片仅包括圆周部分(44)而不包括径向向内指向的细长部分(45)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(4)，其中所述定子外壳(41)包括作为所述圆周部分的单片环形体(48)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的定子(4)，其中所述外壳的所述圆周部分的内壁包括用于安装所述多个细长部分(72)的多个凹口或凹槽(49)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的定子(4)，其中所述层压结构包括堆叠在彼此之上的多个细长板，形成所述多个向内指向的细长部分中的至少一些。
11.根据权利要求9或10所述的定子(4)，其中所述层压结构包括多个梳状元件，形成所述多个向内指向的细长部分中的至少一些。
12.根据前述权利要求中任一项所述的定子(4)，其中所述填充材料(6)是树脂或包括树脂和纤维材料。
13.轴向磁通电机(1)，其包括根据前述权利要求中任一项所述的无轭定子(4)以及可旋转地安装到所述定子(4)的至少一个转子(2a，2b)。
14.一种生产用于轴向磁通电机(1)的无轭定子(4)的方法，其包括以下步骤：
a)提供(1101)定子外壳(41，48)，其包括由第一非铁磁材料制成的圆周部分(82；87)以及由第二非铁磁材料制成并且在径向向内方向上从所述圆周部分延伸的多个细长部分(45；72)，
所述细长部分(45；72)具有机械连接到所述圆周部分并且与所述圆周部分成热接触的近端，
所述细长部分适于界定用于接纳多个离散定子齿(5)的多个空腔(88，89)；
所述细长部分中的至少一些包括在所述定子外壳的层压结构中，
b)在所述多个空腔(88，89)中布置(1103)多个离散定子齿(5)，每个离散定子齿(5)包括铁磁材料或铁磁芯以及缠绕在所述铁磁材料或铁磁芯周围的电绕组(52)；
c)将所述布置的温度提高(1104)到在50℃至250℃的范围内的温度，并且在维持这个温度的同时，用电隔离填充材料(6)填充所述圆周部分(82，87)内的空白空间；
d)允许(1105)所述填充材料(6)硬化和/或固化。
15.根据权利要求14所述的生产无轭定子(4)的方法，其中所述提供所述外壳的步骤(1101)包括以下替代方案之一：
i)将多个层压片(43)堆叠在彼此之上，所述层压片(43)中的至少一些具有包括圆周部分(44)和在径向向内方向上从所述圆周部分(44)延伸的多个细长部分(45)的形状；
ii)将多个层压片(43)堆叠在彼此之上，所述层压片的第一群组(43a)具有包括圆周部分(44)和在径向向内方向上从所述圆周部分延伸的多个细长部分(45)的第一形状，所述层压片的第二群组(43b)具有仅包括外圆周部分(44)而没有在径向向内方向上从所述圆周部分(44)延伸的细长部分的形状；
iii)将多个层压片(43c)堆叠在彼此之上，所述层压片中的至少一些具有包括圆周部分(44)和多个凹口(46)的形状，所述多个凹口用于安装梳状元件(7)中所包括的所述多个细长部分(72)中的一者或多者；
iv)提供包括多个凹口或凹槽(49)的一体环形体(48)，所述多个凹口或凹槽用于安装梳状元件(7)中所包括的所述多个细长部分(72)中的一者或多者。
16.根据权利要求15所述的方法，在替代方案iii)或iv)的情况下，所述方法进一步包括借助于焊接、软钎焊、硬钎焊、压配合或胶合来将所述梳状元件(7)安装到所述定子外壳的所述圆周部分(82，87)的步骤。
17.一种生产轴向磁通电机(1)的方法，其包括以下步骤：
-根据权利要求14至16所述的方法中的任一者生产无轭定子(4)；
-将一个或多个转子(2a，2b)可旋转地安装(1107)到所述无轭定子(4)。
用于轴向磁通机器的定子及其生产方法
技术领域
背景技术
[0002] 现有技术中存在许多不同类型的电机(电动机和发电机两者)，例如无刷直流(BLDC)电动机/发电机、同步或异步交流电动机/发电机、开关磁阻电动机/发电机(SRM)、轴向磁通(AF)电动机/发电机等，并且每种类型都有其特定的优点和缺点，例如在物理电机本身方面、在其驱动电路(例如，需要DSP或简单的微控制器)方面、在所需的传感器(例如，电流传感器、位置传感器)方面、在特性(例如，转矩脉动)方面等。
[0003] 本发明涉及“轴向磁通机器”类型，并且更明确地说，涉及所谓的无轭轴向磁通机器。
[0004] 轴向磁通机器本身在本领域中是已知的，例如从WO2010/092400和US2015/0364956知道，并且因此，这里不需要解释基本操作原理。
[0005] 不熟悉轴向磁通机器的读者可以查阅A.Parvainen的论文：“Design of axial flux permanent magnet low-speed machines and performance comparison between radial-flux and axial-flux machines”(2005年，拉彭兰塔理工大学博士)。在所述论文的图1.3中，本文中复制为图12，展示了几种轴向磁通拓扑：(a)单面电机；(b)具有双定子和单转子的电机；(c)具有双转子和单定子的电机；(d)多级电机。本发明仅涉及拓扑(c)和(d)。
[0006] 在这两种拓扑内，两种变型是有可能的，这取决于两个转子盘上的磁体的取向：环面型和无轭分段电枢(YASA)型。这在图13中示出。本发明仅涉及第二种变型：YASA型。这种变型没有定子轭，而第一种变型具有定子轭。图13清楚地表明在第一种变型中这种轭对闭合磁路的必要性，而在第二种(YASA)变型中在不使用轭的情况下闭合磁路。虚线表示磁场线。上述电机在定子上具有用于绕组的狭槽。
[0007] 图14展示具有狭槽的YASA型电机的示意性配置。更多信息可以在[J.Gieras、R.Wang、M.Kamper的Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines，Kluwer，2004年，ISBN:1-4020-2661-7]中找到。
[0008] 由于本发明主要涉及定子的构造，因此还参考出版物“Mechanical Construction and Analysis of an Axial Flux Segmented Armature Torus Machine”(B.Zhang、Y.Wang、M.Doppelbauer和M.Gregor，电机国际会议(ICEM)，2014年9月2日至5日，柏林，第1293至1299页)。
[0009] 例如，轴向磁通机器优于径向磁通机器的优点是较高功率和转矩密度，它们是这种类型的电机所固有的，并且在YASA电机的情况下，它们与主要由于没有定子轭及其相关联损耗引起的较高效率相结合。
[0010] 然而，YASA拓扑确实带来一些技术挑战。紧凑性增加了冷却电机的重要性和技术难度。此外，存在与以适当精度和足够刚性将离散定子齿机械地固定在电机中相关的挑战。
[0011] 文献DE 100 48 492公开了一种用于轴向磁场电机的定子。所述定子具有包含在具有定子环的定子外壳内的许多定子线圈，所述定子环具有许多向内突出的径向辐条，线圈位于所述径向辐条之间。每个线圈具有铁磁材料的线圈芯和外部定子绕组。线圈布置在径向辐条之间，并且胶合到这些辐条上。线圈与邻近的径向辐条和定子环的内周表面成热接触。
[0012] 申请US2014/009009涉及一种轴向间隙旋转电机。定子包括在圆周方向上布置的许多定子芯。线圈被配置为缠绕相应定子芯的外围。树脂模制缠绕有线圈的定子芯。所述定子芯各自包括在旋转轴方向上部分地从线圈突出的突出部分。提供导电构件以便与定子芯的突出部分的外围表面形成接触。
[0013] JP 2000 295801提出了一种用于径向磁通机器的分裂定子芯。多个芯块包括层压铁磁钢片。每个芯块具有梳状部分，所述梳状部分被制作为在邻近芯块的外圆周侧上突出并且塑性变形。在与属于邻近芯块的电磁钢片形成接触的每个铁磁钢片的表面上形成突出的弯曲突出部或凹口。
[0014] US2008/098587公开了一种用于制造径向磁通机器的层压定子芯的方法。铁磁定子芯的轭体是层压的。
发明内容
[0015] 本发明的实施例的一个目的是提供一种用于轴向磁通电机的无轭定子以及一种包括此类无轭定子的轴向磁通电机，其中所述无轭定子和所述轴向磁通电机具有拥有良好或改进的机械稳定性和/或良好或改进的冷却能力的结构，同时避免冷却液体接近或靠近定子齿或定子线圈。
[0016] 本发明的实施例的另一个目的是提供一种生产此类无轭定子的方法和一种生产此类轴向磁通电机的方法，其中所述方法执行起来相对比较容易，特别就以不负面影响机械稳定性和/或冷却能力或两者的方式精确定位定子齿而言。
[0017] 这些目的是通过根据本发明的实施例的方法和装置来实现的。
[0018] 根据第一方面，本发明提供一种用于轴向磁通电机的无轭定子，其包括：外壳，其包括圆周部分；布置在圆周部分内的多个离散定子齿，每个离散定子齿包括铁磁材料和缠绕在所述铁磁材料周围的电绕组；所述外壳进一步包括在径向向内方向上从所述圆周部分延伸的多个细长部分，所述细长部分具有机械地连接到所述圆周部分并与所述圆周部分成热接触的近端，并且具有物理上位于邻近定子齿的电绕组之间的远端部分或远端；电隔离填充材料，其填充所述圆周部分内的在所述多个定子齿与所述多个细长部分之间的空白空间。外壳的圆周部分由第一非铁磁材料制成，并且细长部分由第二非铁磁材料制成。外壳包括层压结构。这个层压结构包括所述多个向内指向的细长部分中的至少一些。由于非铁磁材料的高磁阻，非铁磁结构不形成磁路的一部分。
[0019] 所述多个离散定子齿优选地布置在圆周部分内部的等距角位置处。
[0020] 一个优点是细长部分可以实现四个功能：(1)在组装期间界定用于接纳离散定子齿的空腔，(2)在生产定子期间将离散定子齿固持在适当位置，(3)在实际使用轴向磁通电机期间将离散定子齿固持在适当位置，以及(4)在实际使用电机期间通过将热量从定子内部排到圆周来冷却定子齿。
[0021] 细长部分可以与外壳的圆周部分一体式形成，但是这并不是绝对需要的。在一些实施例中，它们可以与圆周部分分开地形成，之后再固定地安装到圆周部分。
[0022] 细长部分的主要优点是其在电机运作期间用作机械固持构件(通过提供结构强度来抵抗施加在定子齿上的力，特别是切向力)，同时在电机的正常运作期间显著降低介质的热阻，热量能够通过所述介质从产生热量的位置(定子齿和绕组)流到耗散热量的位置(圆周)。换句话说，细长部分在定子结构内部提供增大的冷却能力。不应低估这个优点。
[0023] 具有此类细长部分的电机提供改进的功率密度，这意味着具有此类细长部分的电机能够具有比没有此类细长部分的相同电机更高的功率。
[0024] 这种电机的主要优点是其不需要内部水冷却，尤其是因为水冷却由于需要诸如泵等额外设备而增加复杂性。尽管如此，所述电机与水冷却策略兼容。外壳能够以任何常规方式从外部进行冷却，例如借助于强制空气或水冷却等。在一些实施例中，有可能在外壳的圆周部分中提供水通道。
[0025] 有利的是用填充材料填充空白空间而不留下气泡，因为树脂具有比空气更好的导热性(例如：树脂为约0.3W/m.K，并且空气为约0.026W/m.K)。
[0026] 优选地，细长部分径向向内延伸直到定子齿的最内径向位置或甚至更远，因为这允许更多的热传递，并且因此改进冷却能力。
[0027] 在一个实施例中，定子进一步包括中心元件，其布置在所述外壳内部；所述多个离散定子齿布置在所述圆周部分与所述中心元件之间的空间中；所述细长部分在径向向内方向上从所述圆周部分朝向中心元件延伸；电隔离填充材料填充所述圆周部分与所述中心元件以及所述多个定子齿与所述多个细长部分之间的空白空间。
[0028] 在一个实施例中，中心元件是适于固持轴承的元件。
[0029] 在一个实施例中，中心元件是或包括轴承。
[0030] 在一个实施例中，所述第一非铁磁材料和所述第二非铁磁材料是相同的。
[0031] 在一个实施例中，定子外壳包括堆叠在彼此之上的多个层压片，所述层压片具有包括圆周部分的至少一部分的形状。
[0032] 在一个实施例中，形成层压结构的一部分的细长部分彼此电隔离。如此避免称为“涡电流”的循环电流。在另一个实施例中，其中梳状元件经由那个梳状元件的背面连接细长部分的各种层压片，显然只有部分地产生电隔离。即使在这种情况下，也在很大程度上避免了涡电流。换句话说，细长部分的各种层压片可以彼此完全电隔离，或者可以在其径向最内或最外点处彼此连接，但不是在两个点处均连接在一起。
[0033] 一个优点是提供由电隔离层压片制成的外壳而不是由导电材料制成的单片件，因为层压片允许进一步减少由于涡电流造成的损耗。薄氧化物层或涂层可以足够作为隔离。层压片的厚度可以在1.0mm至6.0mm的范围内，例如在1.0mm至4.0mm的范围内，例如在1.5mm至2.5mm的范围内。
[0034] 在一个实施例中，至少一些层压片包括两个或更多个层压片段，其各自具有跨越小于360°的弧的圆周部分的部分。
[0035] 在一个实施例中，至少一些层压片进一步包括多个径向向内指向的细长部分，其与圆周部分一体式形成。
[0036] 一个优点是此类层压片可以容易地使用经典生产技术来生产，诸如切割、轧切、冲压、激光切割、等离子切割等。另一个优点是细长部分与圆周部分一体式形成，因此根据定义，提供极好的机械接触和极好的热接触，并且自动导致定子齿的正确定位。一个优点是在这种情况下，不需要硬钎焊或软钎焊或者其它紧固技术来将例如梳状元件连接到圆周部分。
[0037] 在一个实施例中，所有层压片都是相同的；或者层压片包括第一类型的层压片，其包括与圆周部分一体式形成的多个径向向内指向的细长部分，以及第二类型的层压片，其仅包括圆周部分而不包括径向向内指向的细长部分。
[0039] 在使用两种类型的层压片的情况下，可以省略层压片的涂覆或氧化或者其它形式的隔离而不会增加由于涡电流引起的损耗，因为涡电流在外壳的圆周处较小，并且由于轴向距离而在细长部分中被防止。
[0040] 在一个实施例中，至少一些层压片包括多个凹口或凹槽以用于安装所述多个细长部分中的一者或多者。所述细长部分任选地包括在多个梳状元件中。
[0041] 在一个实施例中，外壳的圆周部分的内壁包括多个凹口或凹槽。
[0042] 在一个实施例中，定子外壳包括作为圆周部分的单片环形体。
[0043] 这个实施例的一个优点是环形体可以作为单件来生产，这可以提供生产优势。这个实施例的另一个优点是由单件制成的单片体可以更进一步改进机械稳定性。相信由于在这个环形结构中流动的涡电流引起的损耗相对较小，此外，其中生成的任何热量都可以直接传递到外部环境。
[0044] 一个优点是此类材料提供相对较低磁导率和相对较高热导率。优选使用铝或铜或者铝合金或铜合金。铝(或铝合金)的另一个优点是其低质量密度(只有约2700kg/m3，而相比之下，铜：约8900kg/m3，或钢：7800kg/m3)。第一非铁磁材料可以与第二非铁磁材料相同，或者可以不同。使用相同非铁磁材料的一个优点是可以更容易经由焊接或软钎焊或硬钎焊来连接。另一个优点是所述结构将经历相同的热膨胀(相同的热膨胀系数)，这减小了热应力。
[0046] 优选地，选择具有相对较高热导率(例如，至少0.2W/m.K)和相对较低电导率(例如，低于1×1016欧姆.cm)以及相对较低磁导率的树脂。
[0048] 优选地，选择具有足够机械强度并且即使在高达200℃或甚至高达225℃或甚至高达250℃的工作温度(温度等级IEC60085)下也不会变弱的树脂。在特定实施例中，树脂是诸如环氧树脂、BMI树脂、苯并恶嗪树脂、酚醛树脂等热固性树脂或诸如PA、PPS、PPSU、PAI、PEEK等热塑性树脂。
[0049] 如果树脂进一步包括长度为3mm至15mm的选自诸如玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维等非导电材料群组的纤维或者选自由诸如氧化铝、硅石、钙硅石、氮化硼或氮化铝等无机填料或诸如CSR(核壳橡胶)抗冲改性剂或其它聚合物增韧剂等有机添加剂组成的群组的粉末以进一步改进机械和/或热性能，则这是有利的。
[0050] 根据第二方面，本发明提供一种轴向磁通电机，其包括：根据第一方面的无轭定子以及可旋转地安装到所述定子的至少一个转子。
[0051] 根据第三方面，本发明提供一种生产用于轴向磁通电机的无轭定子的方法。所述方法包括：a)提供外壳，所述外壳包括由第一非铁磁材料制成的圆周部分以及由第二非铁磁材料制成并在径向向内方向上从所述圆周部分延伸的多个细长部分，所述细长部分具有机械地连接到圆周部分并与所述圆周部分成热接触的近端，所述细长部分适于界定用于接纳多个离散定子齿的多个空腔；所述细长部分中的至少一些包括在所述定子外壳的层压结构中；b)在所述多个空腔中布置所述多个离散定子齿，每个离散定子齿包括铁磁材料或铁磁芯以及缠绕在所述铁磁材料或铁磁芯周围的电绕组；c)将所述布置的温度提高到在50℃至250℃的范围内的温度，并且在维持这个温度的同时，用电隔离填充材料填充所述圆周部分内的空白空间；d)允许填充材料硬化和/或固化。
[0052] 在一个实施例中，所述方法进一步包括在步骤a)与步骤b)之间或在步骤b)与步骤c)之间的在所述外壳内部布置中心元件或轴承的步骤x)。
[0053] 在一个实施例中，所述方法进一步包括在步骤d)之后的主动地或被动地冷却定子的步骤e)。
[0054] 在一个实施例中，步骤a)包括以下替代方案之一：i)将多个层压片堆叠在彼此之上，所述层压片中的至少一些具有包括圆周部分和在径向向内方向上从所述圆周部分延伸的多个细长部分的形状；ii)将多个层压片堆叠在彼此之上，所述层压片的第一群组具有包括圆周部分和在径向向内方向上从所述圆周部分延伸的多个细长部分的第一形状，所述层压片的第二群组具有仅包括外圆周部分而没有在径向向内方向上从所述圆周部分延伸的细长部分的形状；iii)将多个层压片堆叠在彼此之上，所述层压片中的至少一些具有包括圆周部分和用于安装梳状元件中所包括的所述多个细长部分中的一者或多者的多个凹口的形状；iv)提供包括用于安装梳状元件中所包括的所述多个细长部分中的一者或多者的多个凹口或凹槽的一体环形体。
[0055] 在替代方案iii)或iv)的情况下，所述方法可以进一步包括：借助于焊接、软钎焊、硬钎焊、压配合或胶合将所述梳状元件安装到定子外壳的圆周部分。
[0056] 根据第四方面，本发明还提供一种生产轴向磁通电机的方法，其包括以下步骤：根据第三方面生产无轭定子；将一个或多个转子可旋转地安装到无轭定子。
[0059] 图1展示根据本发明的一个实施例的示例性轴向磁通电机的分解图，所述轴向磁通电机包括无轭定子(在中间展示)和两个转子。
[0060] 图2更详细地展示图1的示例性定子作为本发明的一个实施例。
[0061] 图3是本领域已知的轴向磁通电机，其具有嵌入水冷却的定子。图3是背景技术部分中提到的Bo Zhang的出版物的图8的复制物。
[0062] 图4展示可以在本发明的实施例中使用的本领域中本身已知的具有“集中绕组”的所谓“离散定子齿”的示例。
[0063] 图5展示可以在本发明的实施例中使用的层压片的示例。层压片具有圆周部分和径向向内延伸的多个细长部分。
[0064] 图6是展示图2的定子可以如何构建为层压堆叠的示例。图6(a)展示图5的单个层压片。图6(b)展示包括堆叠在彼此之上的多个层压片的部分堆叠。图6(c)展示形成图2所示的定子的外壳的完整层压堆叠。
[0065] 图7是图2的定子在垂直于转子轴线的平面中的横截面图。其示出了一个层压片和多个离散定子齿的相对位置和大小的示例。
[0066] 图8(a)和图8(b)展示可以在根据本发明的定子的实施例中一起使用的两种不同层压片的示例。图8(a)的层压片是具有圆周部分和径向向内延伸的多个细长部分的一体层压片。图8(b)的层压片具有圆周部分，但没有细长部分。
[0067] 图8(c)展示可以在根据本发明的定子的实施例中与如(例如)图9所示的梳状元件组合并且任选地与图8(b)的层压片组合使用的层压片类型的示例。
[0068] 图10展示根据本发明的用于形成无轭定子的定子外壳的另一个实施例的示例。定子外壳包括具有环形形状并且在其内表面上具有多个凹槽的单个单片体，所述多个凹槽适于接纳各自包括多个细长部分的多个梳状元件。
[0069] 图9以分解视图分开展示在组装前的单片环形体和梳状元件。图10展示在组装后的定子外壳，所述定子外壳包括形成外壳的圆周部分的单片环形体，并且包括从环形体径向向内延伸的多个细长部分。
[0070] 图11展示根据本发明的一个实施例的制造用于轴向磁通机器的无轭定子的方法的示例。任选步骤展示用于制造包括此类无轭定子的轴向磁通电机的进一步步骤。
[0071] 图12是本领域已知的来自A.Parvainen的论文的图1.3的复制物。
[0073] 图14展示本领域已知的如J.Gieras等人所描述的具有狭槽的YASA型电机的示意性配置。
[0074] 附图仅仅是示意性的而不是限制性的。在附图中，为了说明性目的，一些元件的大小可能被放大并且未按比例绘制。权利要求书中的任何参考标号不应被解释为限制范围。在不同图式中，相同的参考标号指代相同或类似的元件。
具体实施方式
[0075] 将相对于特定实施例并且参考某些图式来描述本发明，但是本发明不限于此，而是仅由权利要求书来界定。所描述的图式仅仅是示意性的而不是限制性的。在附图中，为了说明性目的，一些元件的大小可能被放大并且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸与本发明的实际实施不一致。
[0076] 此外，说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等用于区分相似元件，而未必用于描述时间、空间、等级或任何其它方式的顺序。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以除本文描述或示出的顺序之外的其它顺序进行操作。
[0077] 此外，说明书和权利要求书中的术语“上方”、“下方”等用于描述目的，而未必用于描述相对位置。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以除本文描述或示出的取向之外的其它取向进行操作。
[0078] 应当注意，权利要求书中使用的术语“包括”不应被解释为限于其后列出的构件；其不排除其它元件或步骤。因此，其应被解释为指定所提到的所述特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤或部件或者其群组的存在或添加。因此，表述“包括构件A和B的装置”的范围不应限于仅由部件A和B组成的装置。这意味着相对于本发明，装置的仅有相关部件是A和B。
[0079] 贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各种地方出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必都指同一实施例，但是可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以以任何合适方式进行组合，如本领域的普通技术人员将从本公开中显而易见。
[0080] 类似地，应当了解，在对本发明的示例性实施例的描述中，为了精简本公开并帮助理解各种发明性方面中的一者或多者，本发明的各种特征有时在单个实施例、图式或其描述中分组在一起。然而，这种公开方法不应被解释为反映所要求保护的发明需要比每项权利要求中明确陈述的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求书所反映，发明性方面存在于单个所述公开实施例的不到所有特征。因此，附随详细描述的权利要求书特此被明确地并入到这个详细描述中，其中每项权利要求独立地作为本发明的单独实施例。
[0081] 此外，尽管本文描述的一些实施例包括其它实施例中所包括的一些特征而不包括其它特征，但是不同实施例的特征的组合意图属于本发明的范围内，并且形成不同的实施例，如本领域的技术人员将理解。例如，在所附权利要求书中，任何要求保护的实施例都能够以任何组合来使用。
[0082] 在本文提供的描述中，阐述了许多具体细节。然而，应当理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其它情况下，尚未详细展示众所周知的方法、结构和技术以免模糊对本描述的理解。
[0083] 在本文献中，术语“层压片”和“片材”被用作同义词。
[0084] 在本文献中，术语“层压堆叠”用于指示堆叠在彼此之上的多个层压片(或片材)。堆叠的层压片可以是相同的或者可以是不同的。
[0085] 在本文献中，术语“单片”或“一体”被用作同义词，并且意味着某块材料被形成为单个连续部分(如可以例如通过模制、挤压、轧切、切割等来生产)。
[0086] 在本文献中，术语“离散定子齿”用于指示周围缠绕有导线(例如，铜线)(本文称为“绕组”或“集中绕组”)的定子齿(通常由铁磁材料制成)。本文献中有时省略词“离散”。
[0087] 本发明涉及包含固定部分(称为定子)和活动部分(称为转子)的电机，尤其是电动机和发电机，并且更明确地说，涉及具有无轭定子的种类的电机。尽管移除轭在例如减轻重量或提高电机效率方面增加了优势，但是其产生了与定子齿的正确定位、机械稳定性(还称为“结构完整性”)和冷却能力相关的严重挑战/问题。
[0088] 电动机将电能转换成机械能(运动)，而发电机将机械能(运动)转换成电能，但是在实践中，此类转换不会以100.00％的效率发生，并且由于例如由铜绕组的电阻造成的“电损耗”、例如定子齿中的“磁损耗”以及例如来自轴承中的摩擦的“机械损耗”而发生损耗。这些损耗产生了需要传输的热量。
[0089] 发明人面临的第一个具体问题是足够的冷却，这对于具有相对较高功率密度的电机尤其重要。发明人特别感兴趣的是找到一种不使用靠近定子齿或绕组的冷却液的解决方案，因为那样会使电机复杂化。
[0090] 发明人面临的第二个具体问题是将定子齿精确地定位在定子外壳中。事实上，在此类电机中缺少轭使得定子齿基本上处于不确定的物理位置中，而这些齿相对于彼此和相对于转子的精确位置有利于获得电机的高效率和良好操作。轴向位置影响定子与转子之间的轴向气隙，其对性能有影响。
[0091] 发明人面临的第三个具体问题是在电机运行期间将定子齿保持在刚性固定位置中，尽管施加在其上的机械力巨大，特别是由于磁体引起的轴向力和由于正被传递的转矩引起的切向力，并且尽管定子经受到高温。
[0092] 本发明解决了这些问题中的至少一者、优选两者并且最优选全部。
[0093] 发明人想到了为轴向磁通电机1提供无轭定子4的想法，所述无轭定子4包括：外壳41，其包括圆周部分82、87；多个离散定子齿5，其布置在圆周部分82、87内部，每个离散定子齿包括铁磁材料或磁芯以及缠绕在所述铁磁材料或所述磁芯周围的电绕组。外壳41进一步包括在径向向内方向上从所述圆周部分82、87延伸的多个细长部分45、72。所述细长部分
45、72具有机械地连接(例如，机械地固定)到圆周部分82、87并与所述圆周部分成良好热接触(例如，通过与所述圆周部分一体式形成，或者通过焊接或软钎焊或硬钎焊或压配合到其上)的近端，并且具有物理上位于邻近定子齿5的电绕组之间的远端部分或远端。定子进一步包括电隔离填充材料6，其填充所述圆周部分82、87内的空白空间，尤其是所述多个定子齿5与所述多个细长部分45、72之间的空白空间。
45、72具有机械地连接(例如，机械地固定)到圆周部分82、87并与所述圆周部分成良好热接触(例如，通过与所述圆周部分一体式形成，或者通过焊接或软钎焊或硬钎焊或压配合到其上)的近端，并且具有物理上位于邻近定子齿5的电绕组之间的远端部分或远端。定子进一步包括电隔离填充材料6，其填充所述圆周部分82、87内的空白空间，尤其是所述多个定子齿5与所述多个细长部分45、72之间的空白空间。
[0094] 所述多个离散定子齿优选地布置在等距角位置处。所述多个离散定子齿优选地布置为使得每个定子齿位于第一与第二同轴假想圆柱表面之间，并且使得所述齿位于垂直于所述圆柱表面的轴线的两个假想平面之间，所述两个假想平面与定子齿的相对侧相切。
[0095] 圆周部分可以是大致圆柱形部分或环形部分，具有(例如)圆形横截面或多边形横截面。
[0096] 所述细长部分45、72可以是外壳41的圆周部分的一体部分，或者可以机械牢固地连接到外壳41的圆周部分，以便能够承受预定义量级的轴向力和切向力(其值取决于电机的额定功率)。细长部分45、72还与外壳41的圆周部分成“良好热接触”，这被技术人员理解为提供相对较低热阻，其数量级通常是在两块金属被焊接或硬钎焊或软钎焊或压配合在一起时获得的。
[0097] 如将进一步解释，细长部分45、72具有四个功能：(1)在组装期间界定用于接纳离散定子齿5的空腔，(2)在生产定子4期间将离散定子齿5固持在预定义角位置中，(3)在轴向磁通机器的实际使用期间将离散定子齿5固持在适当位置，以及(4)在电机的实际使用期间通过将热量从定子4的内部传递到外壳41的圆周部分82、87来冷却定子齿5。
[0098] 现在转向附图。
[0099] 图1展示根据本发明的一个实施例的轴向磁通电机1的分解图，其包括定子4(在中间展示)和布置在定子4的相对侧上的两个转子2a、2b，但是本发明不限于这个具体实施例。转子2a、2b能够以已知方式安装到轴承或轴承组件3，例如直接地或经由轴杆(未示出)间接地安装。在图1所示的特定示例中，转子具有圆盘的形式，并且具有固定地安装到所述圆盘的多个永久磁体21，但是还可以使用其它转子类型。例如，代替永久磁体，圆盘可以包含电磁体，或者可以根本不包含磁体。
[0100] 然而，本发明的主要焦点在无轭定子4的结构上，将对其进一步做出更详细解释。如上所述，本发明的定子4还包括电隔离填充材料6，其优选填充外壳41与轴承3之间的所有空白空间，所述空白空间未被离散定子齿5或细长部分45占据，但是为了说明性目的，附图中未展示填充材料6。
[0101] 事实上，不需要轴承3位于定子内部，因为轴承(例如)还可以位于定子外部。在这方面预期三种变型：(1)轴承位于定子内部的定子；(2)具有适于固持或安装轴承的中心元件的定子；(3)没有离散中心元件的定子。本文将仅更详细地描述第一种变型，但是本发明不限于此。
[0102] 图2更详细地展示图1的定子4。定子4包括外壳41。图2的外壳41被形成为形成管状体的层压堆叠。管状体包括圆周部分，其具有大致圆柱形形状并且具有从所述圆周部分径向向内延伸的多个细长元件。外壳41进一步包括布置在所述外壳41内部的多个离散定子齿5。
[0103] 术语“管状体”以及“圆柱形”和“环形”不应被理解为意味着或暗示轴向方向上的尺寸大于横截面尺寸。其仅仅希望意味着所述结构在轴向维度上是开放的。根据本发明的定子的外壳的圆周部分的轴向尺寸H与横截面尺寸D的比率可以大于1.0，或者在通常情况下，可以小于1.0，例如小于0.5。
[0104] 离散定子齿5以彼此相距某个角距离来布置，优选等距地布置。外壳41形成围绕多个离散定子齿5的壳体，并且进一步包括用于在生产定子4期间并且还在电机的正常运作期间将多个离散定子齿5保持在适当地方的构件。这些构件是从圆周部分径向向内延伸的细长部分45。细长部分45可以一体式形成为层压片43(或片材)的一部分，所述层压片43(或片材)被堆叠以形成管状外壳41(如将在图5至图8中更详细地描述)，或者可以以指状物72的形式提供作为梳状元件7的一部分，所述梳状元件7与外壳41的圆周部分87分开地形成并且固定地连接到其(如将在图9和图10中更详细地描述)，例如通过焊接、软钎焊、硬钎焊、压配合或在圆周部分与细长部分之间提供良好机械接触和良好热接触的任何其它合适技术。
[0105] 在图2所示的具体示例中，定子4包括具有管状形状的外壳41。管状形状具有圆周部分和从所述圆周部分径向向内延伸的多个细长部分。圆周部分可以具有圆形横截面，但是多边形横截面也将是有可能的。
[0106] 在所示示例中，定子4包括15个离散定子齿5，其周向地布置在层压堆叠的圆周部分与轴承3之间，但是本发明不限于此，并且定子齿5的数目还可以小于15个或者大于15个。离散定子齿5的数目可以是偶数或者可以是奇数。
[0107] 轴承3可以是本领域已知的任何合适类型的轴承。
[0108] 在图2所示的示例中，定子的轴向尺寸H与径向尺寸D(外径)的比率为约30％，但是本发明不限于此并且还可以使用其它比率。
[0109] 图3展示本领域已知的轴向磁通电机。展示具有嵌入式水冷却的无轭定子200。尽管水冷却对于某些应用来说具有优点，但是在其它应用中可能是不合需要的。图2的结构在背景技术部分中所提到的Bo Zhang的出版物中进一步描述，尤其是在其图8中进一步描述，并且因此本文中将不再更详细地描述。只要说这种结构没有在定子齿的绕组之间延伸的细长部分就足够了。
[0110] 图4展示可以在本发明的实施例中使用的离散定子齿5。离散定子齿本身在本领域中是已知的，并且因此，在本文中仅简要地进行论述。
[0111] 离散定子齿5具有铁磁材料的芯，其优选由第一隔离层包围，由至少一个导电绕组或线圈(通常为铜绕组)包围，优选由第二隔离层包围。所述芯优选地被制成包括多个铁磁材料片(例如，包含Fe或Ni或者FeNi合金)的层压堆叠。在图4的示例中，出于说明性目的，展示仅具有八个层压片的定子齿，但是在实践中，定子齿层压片的数目可以高得多。使用层压芯减少了由所谓的“涡电流”造成的损耗。层压片的形状优选地被选择为以本领域已知的方式优化电机的性能。尽管采取了这些措施，但在铜绕组中仍然存在电损耗(由于电阻引起)并且在铁磁材料中仍然存在磁损耗，从而导致热量(在电机运行时)，所述热量需要从源(定子4的内部)传输离开到定子的外部，传输到环境中。
[0112] 根据本发明的一个重要方面，这种热传输可以借助于多个细长部分45、72来有利地实现或改进，所述细长部分优选地位于产生热量的位置附近。细长部分可以(例如)具有位于离散定子齿5之间或之外的远端部分或远端，并且具有与外壳41的圆周部分一体式形成或以提供与管状外壳41的圆周部分的良好机械接触和良好热接触的方式(例如，借助于焊接、硬钎焊、软钎焊或压配合)固定地连接到外壳41的圆周部分的近端。细长部分45、72优选地由具有相对较高热导率的非铁磁材料(诸如铜或铝或者铜合金或铝合金)制成。其优选地以减少由于“涡电流”造成的损耗的方式来设定形状和取向。即使单个细长部分45、72可能不像它们作为群组那样提供大的机械强度或大的热量流。填充材料6进一步改进了结构的机械刚度。
[0113] 发明人发现此类定子4的两个特别令人感兴趣的实施例，它们可以方便地生产。第一个实施例是基于层压堆叠82，其中每个层压片43包括圆周部分44和多个细长部分45，圆周部分44的堆叠形成圆周体，如将在图5至图8中描述。第二个实施例是基于单片体87，其具有形成外壳41的圆周部分的环形形状，具有多个凹口或凹槽49等，多个梳状元件7安装到所述多个凹口或凹槽49，每个梳状元件7包括多个细长部分72。接下来将更详细地描述这些实施例。
[0114] 相对于层压片的取向，应注意以下几点。考虑一个坐标系，其中r为径向方向，fi为圆周方向，并且z为轴向方向。从热角度来看，层压片可以使用方程式fi＝常数或z＝常数沿2D平面定位。在这两种情况下，实现了适当的热传输。从电磁角度来看，层压片可以位于平面r＝常数或平面z＝常数中。在这两种情况下，避免了大量涡电流。因此，为了同时实现两种效果，z＝常数的解决方案是优选的。
[0115] 第一优选实施例：
[0116] 图5展示可以在根据本发明的实施例中使用的层压片43或片材的示例，并且图6示出此类层压片43可以如何堆叠在彼此之上以形成层压堆叠82，所述层压堆叠82形成定子外壳41，所述定子外壳41具有圆周部分和从其径向向内延伸的细长元件45。层压片43具有包括圆周部分44和从所述圆周部分44径向向内延伸的多个细长部分45的形状。
[0117] 优选地，层压片43由非铁磁金属或金属合金(诸如铜或铝或者铜合金或铝合金)制成，因为非铁磁金属或合金是具有相对较低磁导率和相对较高热导率的材料。这提供了低磁损耗和高热传输。
[0118] 此类层压片43可以(例如)通过切割或冲压或轧切金属片来生产，例如通过激光切割或等离子切割，但是还可以使用其它合适的技术。金属片通常具有约1.5mm或2.0mm或2.5mm的厚度，但是本发明不限于此，并且还可以使用厚度小于1.5mm或大于2.5mm的金属片，例如在1.0mm至6.0mm的范围内的任何厚度。
[0119] 图5的示例中所示的细长部分45具有拥有预定义长度“Lx”(见图7)和预定义恒定宽度“W”的矩形形状，但是本发明不限于此，并且还可以使用其它形状，例如三角形或梯形或甚至锯齿形，或者任何其它合适的形状。为了避免机械应力集中，并且为了紧密地遵循离散定子齿5上的绕组52的轮廓以便保持绕组52与细长部分45之间的热阻尽可能低，细长部分的近端(即，靠近圆周部分44的端部)优选地不具有尖锐的90°边缘，而是优选地为圆化或锥化或圆锥形，如(例如)图5所示。在其近端与其远端之间，细长部分45优选具有与绕组52的形状大致互补的形状。可以在定子齿5的绕组52与细长部分45之间提供小空隙。依据具有集中绕组52的定子齿5的尺寸，这个空隙优选小于3.0mm，例如小于2.0mm，例如约1.0mm。选择较小空隙降低了热阻，从而改进热传输，但是使得定子4的组装稍微更难。
[0120] 仍然参看图5，层压片43的圆周部分44可以具有闭合圆或闭合多边形的形状，并且可以任选地具有一个或多个开口或间隙83。这个任选间隙83可以存在于层压堆叠41的一些层压片43中，但是优选地不是在所有层压片中。当存在时，开口或间隙83可以例如用于促进与定子绕组52的电连接，但是当然，本发明不限于这种连接方式，并且还可以使用用于连接这些绕组的任何其它合适方式。
[0121] 圆周部分44可以进一步包括多个通孔47，所述通孔可以在生产期间用于对准层压片43(例如，在XY平面中)和/或用于在填充填充材料6时夹紧堆叠41(例如，在Z方向上)和/或在定子4的实际使用期间用于在层压片43上施加轴向夹紧力。例如，有可能将螺纹钢棒插入在这些孔47中，并且借助于螺母(未示出)或以本领域已知的任何其它合适方式将它们夹紧在一起。
[0122] 尽管图5展示由单件制成的层压片，但是还有可能提供两个或更多个“层压片段”，其可以被布置为形成如图5所示的大致相同物体，并且各自包括圆周部分(例如，两个跨越约180°的弧的部分，或者三个跨越约120°的弧的部分，或者四个跨越约90°的弧的部分)并具有径向向内指向的至少一个细长部分45。这些部分中的每一者可以具有至少两个通孔47，但是这不是绝对必要的。如将从图6理解，这些层压片段可以堆叠在彼此之上，并且通过合适构件固持在一起。将层压片43作为“单件”来提供的优点在于其提供了增大的机械强度，并且在生产期间需要较少处理。将层压片43以“两个或更多个互补件”来提供的优点在于其允许以较少材料浪费来生产层压片。这对具有相对较大直径的轴向磁通机器尤为重要。
[0123] 层压片43的圆周部分44可以包括额外孔(未示出)以用于在堆叠中形成通道，或者用于接纳管道或导管(在轴向方向上定向)，所述管道或导管可以用于允许使用流体(诸如水套)进行冷却。此外，圆周部分44可以具有径向向外延伸部(未示出)以用于充当去往环境的散热片。
[0124] 图6(a)以透视图展示图5的单个层压片43。图6(b)展示多个相同层压片43可以如何堆叠在彼此之上以形成部分堆叠81。图6(c)展示由堆叠在彼此之上的多个层压片43构成以用于形成定子4的外壳41的层压堆叠82的示例。
[0125] 在图6的示例中，所有层压片43都是相同类型的，并且其都具有开口83，所有开口都位于彼此之上，但是本发明不限于此，并且不同层压片的开口83可以提供在不同的角位置处(未示出)，这可以在组装期间通过在堆叠层压片之前或同时简单地旋转层压片来容易地获得。
[0126] 如可以看到，堆叠的细长部分45形成一种“内部壁”或者“内部栅格”或“内部网格”，这取决于细长部分45是否被间隔开，本文中共同地称为“内部壁”。这些内部壁或者栅格或网格84有助于在定子4的生产期间容易地且精确地定位定子齿5。由于其是由层压片堆叠制成的，所以这些“内部壁”84仅造成极小损耗(通过防止或减少大的涡电流)。由于细长部分45与圆周部分44一体式形成，所以其还提供与圆周部分44的极好机械连接和极好热连接，从而允许外壳41经受住相对较大的轴向力和切向力并且允许从产生热量的外壳41的内部向圆周部分44和外壳41的外部进行有效热传递，在外壳41的外部处热量被移除。
[0127] 在实践中，层压片43并不是都具有开口83，但是其中一些可以具有开口83。优选地在堆叠82的底部处的至少两个层压片43以及优选地在堆叠的顶部处的至少两个层压片43是封闭的，即没有开口83。在图1的示例中，在底部处的五个层压片(图1的左侧)和在顶部处的五个层压片(图1的右侧)是闭合的。
[0128] 图7展示在生产定子4时离散定子齿5(见图4)与图5和图6的层压片43的相对位置的示例。如上所述，定子齿5可以简单地插入在形成于两个“内部壁”84a、84b之间以及外壳的圆周部分的内表面42与轴承3(图6c中未示出)的外表面之间的空腔88(见图6c)中。或者，轴承或轴承组件3可以在将离散定子齿5插入在所述空腔88中之后添加。
[0129] 一般来说，位于定子齿上的集中绕组52附近或紧邻处并且因此与其成良好热接触的“内部壁”84的表面积越大，热传递就越有效(即，针对给定温度差，传输的热量就越多)，并且因此，在定子4内部的温度就越低。
[0130] 不仅细长部分45的长度Lx，而且其形状和尺寸(例如，图5中的宽度W及其厚度)都对热传递有影响。根据经验，对于给定厚度的细长部分45，宽度W越大，热传递能力就越大。
[0131] 另一个重要方面是细长部分45与电绕组52之间的距离，其中热量必须穿过填充材料6。这个距离优选尽可能小。优选地，细长部分45的形状被选择为与定子齿5的集中绕组52的外形互补。
[0132] 如上所述，定子4内部的在外壳41的圆周部分的内表面42(见图6c)与轴承(或轴承组件)3的外表面之间的所有剩余空白空间(其没有例如被细长部分45和定子齿5占据)将被电隔离的但优选高导热的填充材料6(诸如环氧树脂)填充。有利的是在填充材料6内部没有留下气泡，因为此类气泡会增大热阻并且因此降低冷却的有效性。
[0133] 在图6(c)的实施例中，所有层压片43均为相同的并且细长部分的数目“Nep”等于定子齿的数目“Nst”，因此Nep＝Nst，这允许针对堆叠的每个层在每对邻近定子齿5之间提供一个细长部分45。在这种情况下，堆叠在彼此之上的两个层压片43中的层压片43或至少其细长部分45应当彼此电隔离，例如借助于它们之间的绝缘涂层和/或绝缘环氧树脂和/或绝缘胶，以便减少“涡电流”。在这个方面中应当注意，外壳41本身的圆周部分的层压不是绝对需要的，因为“涡电流”在外壳的圆周处相对较小，但是在定子齿之间非常重要。
[0134] 现在参看图8。在根据本发明的定子的另一个实施例中，定子4可以包括至少两种不同类型的层压片，例如图8(a)所示的第一类型43a和图8(b)所示的第二类型层压片43b。第一类型的层压片具有细长部分45，而第二类型的层压片43b没有细长部分45。第一类型
43a可以例如占据层压堆叠的偶数层，并且第二类型可以例如占据堆叠的奇数层，反之亦然。这是避免邻近层压片的细长部分45之间的电接触以便减少涡电流的另一种方式，即通过在它们之间提供轴向间隔。
43a可以例如占据层压堆叠的偶数层，并且第二类型可以例如占据堆叠的奇数层，反之亦然。这是避免邻近层压片的细长部分45之间的电接触以便减少涡电流的另一种方式，即通过在它们之间提供轴向间隔。
[0135] 图8(c)展示包括多个凹口46的一类层压片43c的示例，其中堆叠在彼此之上的不同层压片43c的对应凹口适于接纳梳状元件7，如(例如)图9中所示的那些梳状元件。梳状元件7可以例如胶合或焊接或硬钎焊或软焊接或压配合在凹口或凹槽46中。在特定示例中，凹口46可以具有圆锥形或燕尾形，并且梳状元件7可以在轴向方向上滑入到堆叠中并且接着固定地安装到其。管状外壳41可以主要包括图8(c)所示的类型的层压片43c或者层压片43c(见图8c)与层压片43b(见图8b)交替的组合。类似于如上所述，层压片43c可以包括开口83，但是优选地，至少预定义数目的层压片(例如，在堆叠的底部处的至少两个层压片和在堆叠的顶部处的至少两个层压片)不包括此类间隙83，而是具有封闭的圆周部分44。
[0136] 在另一个实施例(未示出)中，至少一些层压片43的细长部分45的数目“Nep”仅等于定子齿5的数目“Nst”的一半，因此Nep＝Nst/2。如果定子齿的数目是2的整数倍，则这种配置可能会令人感兴趣。在这种情况下，层压片43优选地被布置为使得偶数层压片和奇数层压片的细长部分45不直接位于彼此之上。这是在细长部分45之间提供轴向间隔以避免直接接触的另一种方式。
[0137] 当然，原则上还将有可能提供如下层压片43，其中细长部分的数目“Nep”仅为定子齿的数目“Nst”的1/3，因此Nep＝Nst/3，这允许在不同层的细长部分45之间产生甚至更大的轴向距离。如果定子齿的数目是3的整数倍，那么这种配置可能令人感兴趣，并且可能适用于较低功率密度电机，但是与上述示例相比，此类定子具有较低机械稳定性并且提供效率较低的热传递，因为细长部分45的总数减少了三倍。
[0138] 第二优选实施例：
[0139] 图9和图10以分解图(图9)和以组装形式(图10)展示根据本发明的定子4的另一实施例。一方面的图9和图10的实施例与另一方面的图5至图8的实施例之间的主要差异在于，在图9和图10的实施例中，定子4包括形成外壳41的圆周部分的具有环形形状的单片体87。圆周部分在其内表面上具有多个凹槽49或狭缝等以用于安装多个梳状元件7，所述梳状元件7分开地形成，但是例如通过焊接、按压、软钎焊或硬钎焊来安装到圆周部分。
[0140] 在这个实施例中，外壳41的圆周部分不被层压，但是如上提到，这并不重要，因为在圆周位置处涡电流较小。相反，梳状元件7具有包括适于接纳在凹槽或狭缝49中的第一部分71以及与第一部分71正交延伸的多个指状物72的形状。这些指状物72具有与上述细长部分45相同的功能。梳状确保指状物72在其远端处不彼此接触，因此防止形成导电环，并且减少由于涡电流引起的损耗。
[0141] 同样在这个实施例中，梳状元件具有四个功能：(1)在组装期间界定用于接纳离散定子齿5的空腔89，(2)在生产定子4期间将离散定子齿5固持在适当位置，(3)在轴向磁通机器的实际使用期间将离散定子齿5固持在适当位置，以及(4)在电机的实际使用期间通过将热量从定子4的内部传输到圆周来冷却定子齿5。
[0142] 梳状元件7以任何已知方式固定地安装到圆周部分87。例如，梳状元件7可以具有至少两个圆柱形突起以插入到在圆周部分中形成的对应开口(未示出)中，所述突起接着像铆钉一样变形。在另一个实施例中，梳状元件7被压配合。梳状元件7和凹槽49可以具有燕尾形，在所述情况下梳状元件7可以通过轴向插入来插入在凹槽49中。在另一个实施例中，梳状元件7是平面元件，在所述情况下梳状元件7可以径向插入在凹槽49中。优选地，梳状元件7具有与凹槽49的形状互补的形状，以用于允许良好机械接触和良好热接触。焊接或硬钎焊或软钎焊进一步改进了圆周部分87与梳状元件7之间的此类机械接触和热接触，并且允许有效的热传输。梳状元件7优选由非铁磁材料或合金(诸如铝或铜或者铝合金或铜合金)制成。
[0143] 图9所示的单片环形体87具有相对较大开口83，但是如上所述，这不是必需的，并且这个开口83可以出于上述相同原因而省略。
[0144] 虽然不是绝对需要的，但是单片环形体87可以进一步包括多个通道86以用于允许使用冷却液(例如，水)冷却环形体87。这些通道的入口和出口可以提供在环形体的顶部和底部上(见图10的左侧)或环形体的外表面85上(如图10的中部所示)。
[0145] 图11展示根据本发明的制造用于轴向磁通机器1的定子4的方法的示例。所述方法1100包括：
[0146] -提供1101外壳41、48，其包括圆周部分和在径向向内方向上从所述圆周部分延伸的多个细长部分45、72；(见图6(c)和图10的示例)，
[0147] -提供1103多个离散定子齿5并且将其布置在所述多个空腔88、89中，每个离散定子齿5包括铁磁材料51或磁芯以及缠绕在所述铁磁材料或磁芯周围的导电绕组52；
[0148] -将所述布置的温度提高1104到在50℃至250℃或例如100℃至250℃的范围内的温度以用于使所述结构热膨胀，并且在维持这个温度的同时，使用电隔离填充材料(诸如环氧树脂)填充所述圆周部分82、87内的任何剩余空白空间，尤其是在所述多个离散定子齿5与所述细长部分45、72之间的空白空间；
[0149] -允许1105填充材料6硬化和/或固化。
[0150] 所述方法可以进一步包括在步骤1101与步骤1103之间或在步骤1103与步骤1104之间的在所述外壳内部布置1102中心元件或轴承的步骤1102。
[0151] 所述方法可以进一步包括跟随步骤1105之后的主动或被动地冷却定子4从而收缩定子(4)并且预张紧外壳41、48的步骤1106。这种预张紧是由外壳41、48的圆周部分(例如，铝或铝合金)的热膨胀系数与磁芯(例如，包含Fe或Ni)、绕组(例如，铜)和树脂的热膨胀系数之间的差异造成的。
[0152] 图11还展示用于生产轴向磁通电机1(其示例在图1中以分解图展示)的进一步步骤，即将至少一个(例如，两个)转子2a、2b安装到所述定子4的步骤1107。
[0153] 其它实施例也是有可能的，例如，包括堆叠在彼此之上的与图8(b)所示的层压片类似但是在圆周部分44的内侧上具有多个凹口的多个层压片43的实施例(未示出)，这些凹口在圆周部分的内表面上在轴向方向上形成凹槽，与图9所示的梳状元件类似的梳状元件7例如通过焊接、软钎焊、硬钎焊或压配合来安装在所述凹槽中，从而导致与图10所示的组件类似但是包括呈层压堆叠形式而不是在单片环形体87上的圆周部分的组件。
[0154] 为了完整起见，提到一旦定子4被生产并且用电隔离填充材料6填充，其当然能够以任何已知方式在其外表面85上进行冷却，例如通过被动空气冷却(例如，通过暴露在户外)，或者通过主动空气冷却(例如，通过将空气吹过定子)，或者通过主动水冷却。请注意，在外表面上冷却定子4与图3中提供的解决方案有根本不同，在图3中在内部使用液体来冷却电机。
[0155] 参考标号：
[0156] 1：轴向磁通电机，2：转子，21：永久磁体，3：轴承，31：轴承的外表面，32：轴承的内表面，4：定子，41：包括圆周部分和细长部分的定子外壳，42：内表面，43：层压片，44：层压片的圆周部分，45：径向向内指向的细长部分，46：层压片中的凹口(或空腔或凹槽等)，47：孔，49：单片环形体中的凹口(或空腔或凹槽等)，5：离散定子齿，51：铁磁材料或铁磁芯，52：绕组，53：电隔离，6：填充材料，7：梳状元件，71：第一部分，72：指状物，81：部分层压堆叠，82：
形成管状体的层压堆叠，所述管状体包括圆周部分和从其延伸的多个细长部分，83：(任选的)圆周部分中的开口，84：形成“壁”的细长部分堆叠，85：外壳的外表面，86：通道，87：具有环形形状的整体，88：空腔，89：空腔。
形成管状体的层压堆叠，所述管状体包括圆周部分和从其延伸的多个细长部分，83：(任选的)圆周部分中的开口，84：形成“壁”的细长部分堆叠，85：外壳的外表面，86：通道，87：具有环形形状的整体，88：空腔，89：空腔。
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