CN105048662A - 电机的散热 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有转子(4)的电机(2)，该转子包括转子组合叠片(6)，该转子组合叠片布置在轴(8)上。此外，电机(2)具有定子，该定子包括定子组合叠片(12)。最后，电机(2)还附带有壳体(22)，该壳体围绕转子组合叠片(6)和定子组合叠片(12)。本发明的目的在于，简单地进行散热。该目的通过使定子组合叠片(12)具有轴向地从定子组合叠片(12)的第一轴向端部延伸直至相对置的第二轴向端部的冷却通道(24)来实现。此外，电机(2)包括输送装置(34)，其构造用于输送冷却介质轴向地穿过冷却通道(24)。

Description

电机的散热

技术领域

本发明涉及一种具有转子的电机，该转子具有转子组合叠片。此外，电机具有定子，该定子包括定子组合叠片。最后，电机还附带有壳体，其围绕转子组合叠片和定子组合叠片。

背景技术

在将电能转换成机械能时产生了热量形式的损耗。这种热量损耗必须排出，以避免机器的过热或损伤。此外，排出热量能够导致更高的效率。然而，附加的用于散热的装置又能够导致损耗，例如在风扇中能够出现通风损失。

通常，电动机的冷却通过将空气或水作为散热介质来实现。如果散热介质是水，那么在电动机内则有与空气的情况中不同的部件。在某种程度上，将设计用于空气冷却的电动机改造成水冷却必然极其困难。这甚至能够导致改变了带电部分、即转子组合叠片或定子组合叠片的叠片剪切。

在特定的运行状态时，在带电部分的绕组端部中例如由于振动而能够产生导体之间的相对移动。在没有合适的措施时，由于导体的相互摩擦能够损害其绝缘，这能够导致短路并最终导致机器故障。此外，绕组端部由于损耗而也遭受有热负载。

电机冷却的一种方式是通过电机的壳体中的肋来进行冷却。在此，风扇隐藏在风扇罩下方并且在电机上的冷却肋之间输送有空气。通过承载件固定在壳体处的定子通过接触到壳体处来输出其热量。铸造壳体中的肋的大表面积用于所吹过的空气的散热。转子和绕组端部的冷却通过内部空气循环来实现。在内部循环中，第二风扇输送流体穿过转子经由绕组端部到壳体中的溢流通道中并经由其他的绕组端部再次输送到转子中。这种冷却方式需要两个冷却循环。

为此，例如在出版物DE1882592A1中记载了一种用于电机冷却的布置。在此，电机具有由单个叠片组成的组合叠片，其中在组合叠片处布置有多个直接在外侧圆周处的冷却肋，其通过在各个叠片共有的部段中的冲压的凸起来构成。

在出版物US5，491，371中记载了一种具有定子组合叠片的电机，其中组合叠片的各个叠片形成了在定子组合叠片的外圆周处的冷却肋。

能够应用水冷却来代替空气冷却。在此，电机在其壳体处、在带电部分的区域中在周向上具有轴向延伸的水通道。该通道充满水，带电部分将余热输出到水中。内部冷却循环的冷却根据与空气冷却相同的原理来进行。

对此，例如出版物DE102010001488A1示出了一种具有轴热虹吸管的电机。该电机具有定子，定子通过冷却循环利用液态冷却剂来冷却。转子具有带有蒸发器和至少一个冷凝器的热虹吸管。该冷凝器连接到冷却循环处以用于冷却。

在DE102010064010A1中记载了一种电机，其具有基体和转子轴，其中，基体包括至少一个定子。转子轴如下地支承在基体中，以使得转子轴能围绕旋转轴线旋转。在基体中布置有用于液态冷却介质的冷却通道。

在第三实施方式中，电机能够实施成具有空气冷却的或者具有水冷却的。在以空气冷却来实施时，空气通过风扇从非驱动装置侧吹到壳体与定子组合叠片之间。由于壳体内部有外部气流，因此必须利用所谓的保护管保护绕组端部以抵御外部空气，以便遵守必要的保护类型。内部循环通过另外的风扇经由绕组端部进入到组合叠片中、轴向相对置的绕组端部中的轴向通道中，并通过转子和气隙再次回到风扇。

由出版物WO2012/159660A2得知一种具有自承式壳体的电动发电机，该壳体具有组合叠片部段，其中，组合叠片部段容纳、固定并且至少部分地围绕了定子的由轴向层叠的叠片构成的组合叠片，其中各个叠片具有特别是带有八角形横截面的外部基本形状，且具有由径向布置的均匀分布在定子孔圆周处的槽所围绕的定子孔、径向地连接至其上的到定子孔等距离地延伸的磁轭背部、在磁轭背部与叠片的外部基本形状之间的区域中的轴向的叠片空隙。

由EP2058926A2得知一种电动机冷却系统。在此，用于电动机的组件包括具有多个肋的换热器。肋确定了多个冷却空气通道，该冷却空气通道干扰了冷却气流走向，以便减少边界层的形成并改进热传递。

由DE102011003597A1得知一种具有高效的定子冷却的电机。在此，电机具有定子，定子带有定子组合叠片和布置在定子组合叠片中的定子绕组。定子径向外侧地围绕了能围绕转子轴线旋转的转子。定子组合叠片通过压合或形状配合保持在电机的壳体中。定子组合叠片在径向外侧具有轴向延伸的接片，从而每两个在切向上相邻的接片与壳体限定了一个用于冷却介质的冷却通道。壳体在定子组合叠片的入口侧的端部区域中具有入口侧空隙并在定子组合叠片的出口侧的端部区域处具有出口侧空隙，从而冷却介质穿过入口侧空隙径向外侧地进入到冷却通道中，随后穿过冷却通道轴向地流向出口侧空隙并最终通过出口侧空隙朝向径向外侧地从冷却通道排出。

在US2735950中记载了一种电动机和一种冷却方法。在此，电机包括具有肋的定子组合叠片，通过肋形成了冷却通道。通过穿流过冷却通道的冷却剂能够排出定子中的热量损耗。

在US20100176668A1中记载了一种具有柱形定子芯的定子。在此，定子芯具有多个狭槽，狭槽布置为在周向上到定子芯的内部圆周面有预定的距离。此外，定子包括具有端部部段的绕组，绕组从定子芯的轴向端部伸出。

由DE102006005316A1得知一种用于电机的、特别是用于电动机的具有定子和转子的冷却装置。在定子的外侧设置有轴向延伸的槽状留空部，冷却管或冷却软管能够插入到该留空部中和/或该留空部能够借助通向冷却空气通道的盖板来闭合。

在EP0039493A2中记载了一种电机，其具有在转子轴中的热导管(Heat-Pipe)和多个在定子中的通风狭槽。在电动机运行期间，通过热导管冷却布置在转子轴处的转子。同时，定子通过穿引过定子的气流来冷却。

发明内容

本发明的目的在于，简单地进行散热。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的内容来实现。本发明的有利的改进方案由属权利要求的特征得出。

根据本发明，该目的通过具有转子的电机来实现，该转子包括布置在轴上的转子组合叠片。此外，电机具有包括定子组合叠片的定子，其中定子组合叠片具有冷却通道，该冷却通道轴向地从定子组合叠片的第一轴向端部延伸直至相对置的第二轴向端部。此外，电机具有输送装置，该输送装置构造用于输送冷却介质轴向地穿过冷却通道。最后，电机还包括壳体，该壳体围绕转子组合叠片和定子组合叠片。冷却介质能够是气态的冷却介质、特别是空气。由此实现了简单地布置具有集成的冷却通道的电机。

根据本发明，定子组合叠片的绕组凸缘由塑料、尤其是树脂围铸。通过围铸的绕组凸缘提供了密封件，该密封件使得一侧的内部冷却循环和/或转子室与另一侧的外部冷却循环相互分开。在此，围铸的绕组凸缘能够通过外部冷却循环来冷却。

优选地，定子组合叠片的绕组凸缘能够如下地由树脂围铸，即形成了光滑的柱形表面。压入的定子组合叠片能够优选地通过这两个树脂空心柱将定子的内部空间、特别是转子相对于外部空气进行密封，该情况通过在已装配的电动机中利用树脂空心柱通过相对于相应的轴承端盖的密封来挤压该内部空间的方式来实现。这具有以下优点，即浇铸的绕组端部能够通过外部空气直接冷却。其优点在于，不再需要用于冷却绕组端部的附加的内部循环。此外，能够取消另外必需的保护管并且在没有附加措施的情况下就能确保绕组端部的加固。

本发明的一个实施方式提出，定子组合叠片在其圆周处能够具有肋，其中在分别相邻的肋之间能够构造有肋基底。借助于肋，定子组合叠片能够力配合地与壳体相连，并且同时在分别相邻的肋、壳体以及相应的肋基底之间能够构造有相应的冷却通道。换而言之，定子组合叠片能够借助于压配合压入到例如能够由铸铁或钢制成的壳体中。这具有以下优点，通过这种配合，机械转矩能够均匀地从定子组合叠片传递到壳体，而不需要附加的用于定子组合叠片的支撑装置。换句话说，在叠加单个定子片时形成了柱状的定子组合叠片，该定子组合叠片在圆周处具有在轴向方向上的肋，其中通过压配合与定子组合叠片相连的壳体同样具有柱状的形状。其优点在于，通过这种配合能够使热量从肋尖端传递到壳体中。此外，所压入的外侧肋化的定子组合叠片具有以下优点，由于直接冷却了组合叠片，而能够实现高效的冷却。通过壳体产生了与组合叠片处的肋连接的通道，该通道一方面更好地引导空气并且另一方面实现了更大的散热面积。

以有利的方式，构造在壳体与各一个肋之间的接触面能够布置在回路上。接触面在此处指的是以下平面，在该平面处壳体的内表面与轴向延伸的肋表面相接触。由此产生以下优点，通过这种配合将热量从肋传递到壳体中。

本发明的另一个实施方式提出，定子组合叠片形状配合地和/或材料配合地组装、特别是夹住和/或焊接在至少一个肋基底中。由此产生以下优点，定子组合叠片具有高稳定性、即自固定。

有利地，肋能够在肋基底中具有卡锁装置。在此，卡锁装置能够借助于肋形状来形成。换句话说，例如在肋的左右侧面处构造有拱起，该拱起伸入到冷却通道中。本发明的另一个实施方式提出，至少在一个肋基底上布置有用于输送冷却流体的冷却管。通过卡锁装置能够将冷却管以简单的方式和方法固定在冷却通道中。换句话说，例如能够夹住冷却管，即冷却管通过径向的挤压来固定，使得其卡锁到卡锁装置中。以有利的方式，冷却管也能够扩口到肋基底中。在此，管能够通过扩管设备来扩大，从而产生压合并且由此产生连接。这具有以下优点，即仅通过安装冷却管就实现了水冷却的电机的转换。因此，冷却通道管的半径能够与肋基底处的冷却通道轮廓的半径相对应。由此产生以下优点，即能够实现改进了的热传递。

在另一个实施方式中，定子能够具有定子绕组，该定子绕组具有绕组凸缘和所谓的绕组端部，绕组端部在定子组合叠片的第一轴向端部处伸入到第一绕组端部空间中并且在相对置的第二轴向端部处伸入到轴向相对置的第二绕组端部空间中，其中，第一绕组端部空间与第二绕组端部空间经由冷却通道流动地耦合。第一绕组端部空间能够布置在输送装置、特别是风扇与冷却通道之间，其中电机能够设计用于，借助输送装置输送冷却介质穿过第一绕组端部空间、穿过冷却通道以及穿过第二绕组端部空间。换句话说，电机能够具有第一绕组端部空间和第二绕组端部空间，第一绕组端部空间能够布置在非驱动装置侧，并且第二绕组端部空间能够布置成与第一绕组端部空间轴向对置的、即布置在驱动装置侧。定子绕组的绕组凸缘能够伸入到第一绕组端部空间和第二绕组端部空间中。风扇能够是电机的自有风扇，其布置在电机处的轴处、例如在转子的第一轴向端部处、例如在非驱动装置侧处，并且能够通过轴来驱动。代替使用自有风扇，能够使用独立风扇，其能够布置在定子端部处并且使绕组端部进流。

电机具有围铸的绕组凸缘这一特征是本发明的一个独立方面。因而本发明还包括一种电机，具有：

-转子，其包括布置在轴上的转子组合叠片；

-定子，其包括定子组合叠片，其中定子组合叠片具有冷却通道，该冷却通道轴向地从定子组合叠片的第一轴向端部延伸至相对置的第二轴向端部；

-输送装置，其构造用于输送冷却介质轴向地穿过冷却通道；以及

-壳体，其围绕转子组合叠片和定子组合叠片，其中定子组合叠片的绕组凸缘由塑料、特别是树脂围铸，其中通过围铸的绕组凸缘提供了密封件，该密封件使得一侧的内部冷却循环和/或转子室与另一侧的电机外部冷却循环相互分开。

转子室在此指的是在轴承端盖与转子之间延伸的空间。其具有以下优点，浇铸的绕组端部能够直接通过外部冷却循环来冷却。此外，通过树脂空心柱、即浇铸的绕组端部能够将热量从转子室排放到外部冷却循环。

本发明的另一个实施方式提出，轴能够设计为热虹吸管。热虹吸管在转子区域中具有热的端部并在风扇区域中具有冷的端部。换句话说，将轴向延伸的通道集成到轴中，该通道密封地闭合并且其中循环有冷却剂。热虹吸管的在转子外部的冷端部能够构造在风扇与定子的冷却通道之间。在其他的实施方式中，热虹吸管的冷区域能够从风扇出发沿非驱动装置侧、即背离转子的一侧延伸，或者风扇能够构造成，使得热虹吸管的冷端部无缝地过渡到构成了风扇叶片的平面中。热虹吸管能够在一端具有锥形的形状，如DE102007043656A1中所示。

有利地，在热虹吸管中能够提供冷却剂、特别是水。换句话说，能够提供用于循环的冷却剂，其首先吸取转子的损耗热量，进而蒸发并且在热虹吸管的冷端部处、冷凝部分处将该损耗热量例如排放到周围环境中。换句话说，所构造的热虹吸管能够将转子组合叠片的热量从转子中排出。其具有以下优点，即能够省弃内部的空气冷却循环。这也导致了省弃溢流通道并由此简化了壳体。

附图说明

下面说明本发明的实施例。其示出：

图1是根据本发明的电机的一种实施方式的横截面的示意图；

图2是具有冷却的定子组合叠片和转子组合叠片以及绕组的电机的示意图；

图3是具有夹子或焊缝的定子组合叠片的剖面的剖面示意图；

图4是具有肋、壳体和构造在其中的冷却通道的定子组合叠片的剖面示意图；

图5是具有肋和卡锁装置的定子组合叠片的剖面示意图；以及

图6是具有肋和在肋基底中的冷却管的定子组合叠片的剖面示意图。

具体实施方式

下面阐述的实施例涉及本发明的优选的实施方式。在实施例中，实施方式的所说明的组成部分分别代表本发明的单个的、视为彼此独立的特征，这些特征分别也彼此独立地改进了本发明并由此也应单独地或以不同于所示出的组合地视为本发明的组成部分。此外，所说明的实施方式也能通过本发明的已说明的特征中的其它特征来补充。

图1中示出了电机的一般性构造。示出的是电机2，其能够是根据本发明的电机。电机2能够是异步机或同步机。图1中的转子轴线A也代表了视图的对称轴线。电机2包括定子10，在该定子中布置有电线圈的绕组W，其中在图1中仅示出绕组W中的一个。绕组W通过三相电源C交流地通电，由此在定子10内部产生在电机2的气隙L中的旋转磁场。三相电源C例如能够是受控的逆变器或固定频率的公共电网或变频器。转子4位于定子10的内部，该转子与轴8抗扭地连接。轴8能围绕旋转轴线A旋转地支承在定子10中。

在图2至图4中更准确地示出了电机2。电机2例如能够是发动机或发电机。此外，电机2具有轴8、带有转子组合叠片6的转子4和带有定子组合叠片12的定子10。在轴8的一个端部、优选地在非驱动装置侧能够布置有输送装置34、特别是风扇34。定子10在其圆周处具有轴向延伸的肋14，其中，在各个相邻的肋14之间构造有肋基底16。此外，定子10具有带有绕组凸缘30的定子绕组，该绕组凸缘伸入到第一绕组端部空间32中并伸入在与第一绕组端部空间32轴向相对置的第二绕组端部空间中。在此，壳体22围绕了转子组合叠片6和定子组合叠片12，其中定子组合叠片12借助于肋14与壳体22力配合地连接。在肋14、壳体22与相应的肋基底16之间构造有冷却通道24。

对于空气冷却的电机2而言，轴承端盖在轴向方向上具有开口。例如，在非驱动装置侧上的输送装置、如风扇34输送冷却空气穿过在轴承端盖中的开口、经过在定子组合叠片12的第一轴向端部处伸入到第一绕组端部空间中的绕组凸缘30、穿过冷却通道24、经过在定子组合叠片12的相对置的第二轴向端部处伸入到第二绕组端部空间中的第二绕组凸缘30，并最终穿过在从动侧的轴承端盖。如图2所示，通过将轴向延伸的其中循环有冷却剂、特别是水的冷却通道集成到轴8中，轴8能够设计为热虹吸管36。利用热虹吸管36能够使转子4的废热穿过轴承端盖排出。

在图3中示出了具有夹子或焊缝的定子组合叠片12的剖面的剖面示意图。为了稳定定子组合叠片12，定子组合叠片夹紧20或焊接18在肋基底16中。

在图4中示出了具有肋14，壳体22和所构造的冷却通道24的定子组合叠片12的剖面示意图。通过壳体22产生与定子组合叠片12处的肋14相连接的冷却通道24，冷却剂能够穿引过该冷却通道。

图5示出具有肋14和卡锁装置28的定子组合叠片12的剖面示意图。该卡锁装置28借助肋形状来形成。

图6示出了具有设置在肋基底16中的冷却通道24的定子组合叠片12的剖面示意图。卡锁装置28特别地通过肋轮廓来产生。如图5中所示，在肋14的左右侧面分别构造有伸入到冷却通道24中的升高部或凸起。通过卡锁装置28能够将冷却管38固定在冷却通道24中，冷却剂、特别是水能够被输送穿过该冷却管。换句话说，能够夹住冷却管38，即冷却管38通过径向的挤压来固定，此时冷却管卡锁到卡锁装置28中。在图6中，该冷却管例如扩张到肋基底16中。在此，冷却管38例如通过扩管设备来扩张，从而产生压合并且由此产生连接。

因此总之，由本发明得知一种具有定子组合叠片的电机，该定子组合叠片在外圆周处具有锯齿状的轮廓。在叠加单个定子片时形成了柱形的组合叠片，该组合叠片在圆周处具有在轴向方向上的肋。定子组合叠片能够夹紧、焊接或以另外的形式组装在肋基底中。在水冷却的实施方案中，能够将冷却管焊入到肋基底中。而在空气冷却的实施方案中，肋基底保持空白。

定子组合叠片能够借助压配合压入到定子壳体中。通过这种配合将力矩从带电部分传递给壳体。此外，通过这种配合将热量从肋尖端传递到壳体中。定子组合叠片的绕组凸缘能够以树脂来浇铸，从而产生光滑的柱形表面。树脂空心柱的长度取决于叠片的和壳体的长度。所压入的带电部分通过这两个树脂空心柱使带电部分的内部空间相对于外部空气密封，该情况通过在已装配的发动机中利用树脂空心柱通过相对于相应的轴承端盖的密封挤压该内部空间的方式来实现。热虹吸管将热量形式的转子损耗排出。对于空气冷却的机器，将热量引导到风扇处，该风扇同时也是用于外循环的风扇和用于转子散热的换热器。在水冷却的机器中，能够取消风扇。对于空气冷却的机器而言，轴承端盖具有在轴向方向上的开口。在非驱动装置侧上的风扇(轴固定的或独立运行的)输送空气穿过轴承端盖中的开口、经过所浇铸的绕组端部、穿过由组合叠片肋和壳体组成的通道、经过所浇铸的第二绕组端部并最终穿过从动侧的轴承端盖。

由于直接冷却组合叠片，所压入的外部肋化的组合叠片导致了高效冷却。通过壳体产生了与组合叠片处的肋相连接的通道，该通道一方面更好地引导空气并且另一方面实现了更大的散热面积。通过布置所浇铸的绕组端部，该绕组端部能够直接通过外部空气来冷却。内部循环对于冷却绕组端部来说不再是必需的。能够取消其他必需的保护管并且在没有附加措施的情况下就确保了绕组端部的加固。构造在转子中的热虹吸管将转子带电部分的空气从发动机排出给风扇。完全可以省弃内部的空气冷却循环。这也导致了取消溢流通道并由此实现简化壳体。

总而言之，通过实施例示出了用于使电机高效散热的方案的作用方式。

Claims (10)

1.一种电机(2)，包括：

转子(4)，所述转子包括转子组合叠片(6)，所述转子组合叠片布置在轴(8)上；

定子(10)，所述定子包括定子组合叠片(12)，其中，所述定子组合叠片(12)具有冷却通道(24)，所述冷却通道轴向地从所述定子组合叠片(12)的第一轴向端部延伸至相对置的第二轴向端部；

输送装置(34)，所述输送装置构造用于输送冷却介质轴向地穿过所述冷却通道(24)；以及

壳体(22)，所述壳体围绕所述转子组合叠片(6)和所述定子组合叠片(12)，

其特征在于，

所述定子组合叠片(12)的绕组凸缘由塑料、特别是树脂所围铸，其中通过围铸的所述绕组凸缘(30)来实现密封件，所述密封件使得一侧的内部冷却循环和/或转子室与另一侧的外部冷却循环相互分开，其中围铸的所述绕组凸缘(30)能够通过所述外部冷却循环来冷却。

2.根据权利要求1所述的电机(2)，其中，所述定子组合叠片(12)在所述定子组合叠片的圆周处具有肋(14)，其中，在各自相邻的所述肋(14)之间构造有肋基底(16)并且其中，所述定子组合叠片(12)借助于所述肋(14)与所述壳体(22)力配合地相连，并且在各自相邻的所述肋(14)、所述壳体(22)与相应的所述肋基底(16)之间构造有相应的冷却通道(24)。

3.根据权利要求1或2所述的电机(2)，其中，在回路上布置有接触面(26)，所述接触面构造在所述壳体(22)与所述肋(14)之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电机(2)，其中，所述定子组合叠片(12)在至少一个所述肋基底(16)中形状配合地和/或材料配合地组装，特别是夹住或焊接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电机(2)，其特征在于，所述肋基底(16)中的所述肋(14)具有卡锁装置(28)。

6.根据权利要求5所述的电机(2)，其中，所述卡锁装置(28)借助于肋形状来构成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电机(2)，其中，所述定子(10)具有带有绕组凸缘(30)的定子绕组，该绕组凸缘在所述定子组合叠片(12)的所述第一轴向端部处伸入到第一绕组端部空间(32)中并且在相对置的所述第二轴向端部处伸入到轴向相对置的第二绕组端部空间中，其中，所述第一绕组端部空间和所述第二绕组端部空间经由所述冷却通道(24)流动地耦合，其中，所述第一绕组端部空间(32)布置在所述输送装置(34)、特别是风扇(34)与所述冷却通道(24)之间，并且其中，所述电机(2)设计用于，借助于所述输送装置(34)输送所述冷却介质穿过所述第一绕组端部空间(32)、穿过所述冷却通道(24)并穿过所述第二绕组端部空间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电机(2)，其特征在于，所述轴(8)设计为热虹吸管(36)。

9.根据权利要求8所述的电机(2)，其中，在所述热虹吸管(36)中提供冷却剂、特别是水。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电机(2)，其中，至少在一个所述肋基底(16)上布置有用于输送冷却流体的冷却管(38)。