CN108886301A - 具有冷却装置的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机10，其包括具有定子支架14和固定在该处的定子叠片组16的定子12，定子叠片组载有具有沿轴向超过定子叠片组16伸出的绕组头部20的定子绕组18，其中，用导热的浇注材料22浇注绕组头部20，浇注材料形成外周面24和内周面26，其中，外周面24与定子支架28热接触，并且其中，定子12具有圆柱形的内腔30，在内腔中在形成径向气隙32的情况下布置可借助于转子轴34旋转地支承的转子36。电机10具有用于利用冷却流体湿润绕组头部20的内周面26的第一流体冷却装置38，其中，设置至少一个第一流体引导元件40，其固定在绕组头部20处并且构造成，在电机10运行时基本上防止被引入内腔30中的冷却流体侵入位于转子36和定子12之间的气隙32中。

Description

具有冷却装置的电机

技术领域

本专利申请涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的具有冷却装置的电机。

背景技术

已经通过文件DE 101 14 321 A1已知这种类型的电机，其中，定子绕组的轴向超过定子叠片组的绕组头部被导热的塑料包封，并且通过铸造与流体冷却装置的冷却套热交换地接触。以这种方式，在绕组头部中产生的损耗热与在定子叠片组中出现的损耗热通过共同的冷却系统散发，并且提高了电机的功率。

然而，存在的问题是，在从绕组头部到布置在其径向外部的冷却装置的径向热传导中，必须通过由于实际几何结构而相对厚实的、具有相对很低的导热能力的径向铸造介质层进行传热，在电机运行中该径向铸造介质层可导致不期望的热阻滞，运行温度升高和效率降低。

发明内容

基于此，本发明的目的是，在预设的结构尺寸下实现电机功率的进一步提升。本发明旨在，通过采取改善损耗功率导出的措施，进一步提高电机的功率密度。

上述目的通过具有权利要求1所述的特征的电机实现。在从属权利要求中给出本发明的有利的设计方案和改进方案。

根据本发明规定，被导热塑料浇注的绕组头部不仅可经由其外周面而且附加地可经由其内周面冷却，并且由此可在量上提高损耗热的排出。

在内转子电机的情况中，为了散热，绕组头部的外周面以已知的方式与外部的定子支架导热接触，而绕组头部的内周面可经由第一流体冷却装置被冷却流体湿润，并且由此能够实现直接从电机的内腔中散热。经由绕组头部的内周面的冷却特别是在内转子电机中有效，因为在此浇注材料从待冷却的面到绕组的径向延伸相对很小。由此，与绕组头部的外周面相比，热阻滞的风险相对不重要。通过第一流体冷却装置的作用，同样从绕组头部的轴向端侧散热。

此外，在所建议的电机中设有第一流体引导元件，其固定在绕组头部处并且构造成，在电机运行时基本上防止被引入内腔中的冷却流体侵入位于转子和定子之间的气隙中。这意味着，尽管在内腔中在绕组头部的区域中存在自由流体，但其不能侵入电机的气隙中并进而产生不期望的拖拽和功率损失。同时，也保护作为油存在的冷却流体免受在气隙中出现的不期望的热负荷，热负荷可导致油的化学链结构破坏并且由此导致不期望的油品提前降级。

因此，所建议的措施的结果是，可实现明显的电机功率提升。由此，第一流体冷却装置特别是也可实施成油冷却部，其中，其同时如以下还将详细阐述的那样可考虑用于润滑转子轴的轴承。

根据一种有利的设计方案，流体引导元件特别是可构造成盘形的或盆形的，并且具有隔离壁区域，隔离壁区域利用径向外部的固定区段必要时在包含密封元件的情况下基本上流体密封地固定在绕组头部的内周面处，并且除了用于转子轴的中央的通孔之外，隔离壁区域实施成封闭的。以这种方式，将电机的内腔再次划分为基本上干燥的转子腔和与此轴向相邻的用于端侧地位于定子处的绕组头部的湿式腔。

有利地，第一流体引导元件可具有与绕组头部共同作用的轴向止挡。这种类型的轴向止挡固定流体引导元件在转子方向上的轴向位置，并且防止流体引导元件被拉入转子的区域中并被破坏。如已经阐述的那样，第一流体引导元件可整体基本上实施成盆形，其中，隔离壁区域形成盆底部，并且其中，轴向止挡实施在与底部连接的圆柱形区段处。在此，轴向止挡特别是可构造为单侧的径向凸缘，其贴靠由浇注材料和绕组头部形成的浇注体。此外，圆柱形的壁区域可布置成与绕组头部具有径向距离，确切地说与绕组头部具有径向距离地伸延，并且在周向上具有多个、用于冷却流体通过的、特别是尽可能大面积的凹部。例如，可通过卡锁连接并通过粘合剂实现第一流体引导元件的附加的位置锁定。

根据另一实施方式，第一流体引导元件也可在端侧沿轴向超过绕组头部延伸出来，并且利用轴向支撑面轴向地支撑在罩壳元件、例如轴承盖处。有利地，在这种流体引导元件处设置沿轴向在两侧作用的支撑面，从而使得流体引导元件在其安装时沿轴向嵌入或卡入，并且由此能不可丢失地固定在定子处或相对于定子固定。在这种情况中，可省去其他锁定件。

更为有利地，第一流体引导元件在用于转子轴的中央通孔的区域中可具有相对于电机的端侧敞开的流体抵挡面，通过该流体抵挡面将在此处出现的流体挡向端侧的方向。特别是，流体抵挡面可实施成锥形的或球形的，由此，指向转子的流体流被反射回绕组头部的轴向区域中。

为了避免涡流和由此引起的放热，此外提出，由非铁磁性材料制造第一流体引导元件。优选地，第一流体引导元件可由耐热的塑料、特别是由热塑性或热固性材料制成。

根据本发明一种适宜的设计方案，可经由转子轴输送冷却流体，为此，在转子轴中形成流体输入通道，该流体输入通道借助于至少一个第一流体排出孔与内腔的面对定子端侧的区域、也就是说之前提到的湿式腔流体连通。以适宜的方式，多个流体排出孔分布在转子轴的侧周上，并且同样设置在位于定子端侧的绕组头部的两个区域处。

通过在第一流体排出孔的区域中形成与第一流体引导元件共同构成用于冷却流体的迷宫密封部的第二流体引导元件，实现了转子腔相对于流体的更好分离。此外，在转子轴处的该轴向区域中设置凹部或轮廓，其在电机运行时使流体从转子腔甩回湿式腔中，并且为此，所述结构与第一流体引导元件的流体抵挡面径向相对。

如已经阐述的那样，第一流体引导元件可用于冷却绕组头部，同时用于润滑转子轴承，在其中，转子轴在第二流体引导元件的区域中具有至少一个第二流体排出孔，其布置成与转子轴承轴向相邻。为了实现指向转子轴承的流体流动，第二流体引导元件可向转子轴承的方向延伸，并且在此以径向间隔开的方式在轴向上覆盖第二流体排出孔轴向。由此，从第二流体排出孔中离开的流体流通过第二流体引导元件直接被输送给相邻的转子轴承。

特别有利地，第一流体冷却装置构造为油循环，其通过冷却介质泵和热交换器进行补充。在经由转子轴输送润滑介质或冷却介质时，为了导出冷却介质，构造有流体输出通道，参考电机的正常运行位置，其在测地学上相对于定子构造在下方。该流体输出通道至少利用一个流体进入孔与电机的内腔流体连通。

如已经谈及的那样，在绕组头部中产生的损耗热的一部分经由其外周面导出至定子支架。就此而言，为了进一步改善散热，可为有利的是，电机具有第二流体冷却装置，其具有构造在定子处的流体冷却套。第二流体冷却装置可构造为水冷却部或油冷却部，其中，流体冷却套具有第一壁元件和第二壁元件，其基本上构造为圆柱形，沿径向彼此间隔开并且彼此密封。

适宜地，第一壁元件在此可包括定子支架，并且第二壁元件可构造为电机的罩壳。第二流体冷却装置由此用于导出经由定子叠片组给出的损耗热并且同时用于导出在绕组头部中出现的热损耗。为了该目的，流体冷却套有利地沿轴向完全或至少部分地延伸经过利用浇注材料浇注在定子处的绕组头部。

附图说明

下面根据附图示例性地描述本发明。其中：

图1以纵剖视图示出了电机的示意图；

图2a、图2b示出了图1中的电机在定子绕组头部区域中的局部放大图，在此处布置有第一流体引导元件；

图3a、图3b示出了根据一种替代实施方式的电机在定子绕组头部区域中的另一视图，在此处布置有第一流体引导元件。

在附图中以相同的附图标记表示相同的对象、功能单元或相似的部件。此外，对于多次在实施例或示图中出现的、然而在一个或多个特征方面共同描述的部件和对象，使用概括的附图标记。以相同的或概括的附图标记描述的部件或对象可在单个、多个或所有特征方面、例如在其尺寸方面实施成相同的，然而如有必要也可实施成不同的，只要说明书中没有明确地或暗示地另做说明。为了避免重复，在不同的实施例中省去了多次描述相同的对象、功能单元或相似部件，并且就此而言仅仅描述实施例的区别。

具体实施方式

图1示出了构造为异步电动机的电机10，其设置在机动车辆的传动系中用于将驱动力矩传递到车轮上。电机10为此包括布置在罩壳64中的定子12和可旋转地支承在定子12中的转子36，转子36布置在转子轴34上，可经由转子轴34截取用于驱动车辆的功率。

定子12包括圆柱形的定子支架14，在所述定子支架上固定有定子叠片组16。定子叠片组16以已知的方式实施成具有轭和指向径向内部的定子齿，定子齿载有具有沿轴向伸出超过定子叠片组16的绕组头部20的定子绕组18。定子绕组18借助于功率联接单元76在实施在罩壳64之内的开关盒72之内与多个外部的联接导线74相连接，通过联接导线74可从未示出的蓄能器中将电功率引入定子绕组18中。

如可在图1、图2a、图2b中看到的那样，定子绕组18沿轴向两侧延伸超过定子叠片组16并且在该区域中形成绕组头部20。利用导热的浇注材料22、特别是导热塑料浇注绕组头部20，由此分别沿轴向在定子12两侧形成外周面24和内周面26。在此，外周面24与定子支架41导热接触，定子支架构造为流体冷却套58的第一壁元件60。流体冷却套58还包括同样基本上构造成圆柱形的、径向上与第一壁元件60间隔开的且相对于此借助于密封元件66密封的第二壁元件62，第二壁元件62在此实施为电机10的罩壳64。螺旋形的流体冷却通道63在壁元件60、62之间伸延，在流体冷却通道中，在电机10和在此未示出的热交换器之间引导例如作为油或水循环的冷却介质。因此，总地来说，通过所描述的组件提供了流体冷却装置56。

转子36以已知的方式构造为短接转子并且在形成径向气隙32的情况下借助于转子轴34可旋转地支承在由定子12形成的圆柱形内腔30中。转子轴34通过两个实施为滚动轴承的转子轴承52a、52b承载，转子轴承52a、52b一方面固定在实施为罩壳底部的轴承盖68a中并且另一方面固定在轴承盖68b中。从罩壳底部或轴承盖68a中沿轴向伸出的转子轴34的区段可经由在此处设置的齿部34a与车辆传动系的其他部件相连接。在沿轴向相对而置的一侧上，轴承盖68b被罩壳盖70封闭。

除了流体冷却装置56，电机10具有另一流体冷却装置38，特别是具有油作为冷却流体，利用油可湿润绕组头部20的内周面26并且至少也可部分地湿润其端面27a、27b。为了该目的，在转子轴34之内实施流体输入通道46，其在绕组头部20的两个轴向位置处具有多个第一流体排出孔46a(图2a、图2b)。由此，流体排出孔46a与内腔30的面对电机10的端侧42、44的区域流体连通。为了避免流体过流到转子36的轴向区域中，在此在两个绕组头部位置处设置第一流体引导元件40，其分别固定在浇注的绕组头部20处并且构造成，在电机10运行时基本上防止被引入内腔30中的流体侵入位于转子36和定子12之间的气隙32中。

特别是，这种类型的第一流体引导元件40具有基本上封闭的隔离壁区域40a，其在嵌入密封元件40e的情况下利用径向外部的固定区段40b基本上流体密封地固定在绕组头部20的内周面26处。在此，除了用于转子轴34的中央的通孔40c之外，隔离壁区域40a实施成封闭的。

如可在图1、图2a、图2b中看出的那样，流体引导元件40基本上实施成盆形，其中，隔离壁区域40a形成底部。圆柱形的区段40f从隔离壁区域40a开始向端侧44的方向延伸并且利用径向向外伸出的环形凸缘40h端侧地作用在绕组头部20的浇注材料处。圆柱形的区段40f在此与绕组头部20的内周面26径向间隔开地被引导，并且具有多个分布在侧周上的大面积的凹部40i，冷却流体可穿过凹部40i到达绕组头部20。第一流体引导元件40在径向内部在通孔40c的区域中形成朝向电机10的端侧42、44敞开的流体抵挡面40g，通过该流体抵挡面40g将在该处出现的流体挡向端侧42、44的方向并且使其远离转子腔。此外可设想的是，转子轴34在第一流体排出孔46a的区域中具有第二流体引导元件48，其与第一流体引导元件40共同形成用于冷却流体的迷宫密封部50。这种第二流体引导元件48实施为被推到转子轴34上的套管，并且以与在流体抵挡面40g的区域中的第一流体引导元件40径向相对的方式形成径向向外伸出的环形凸缘48a，从而由此也由元件40g和48a形成迷宫密封部50，其在转子36旋转时基本上防止了冷却流体侵入转子36的空腔区域中。在此，第一流体引导元件40由非铁磁性的材料、特别是由耐热的塑料制成，而第二流体引导元件48可描述为塑料或金属元件、例如为板套。

为了润滑转子轴承52a、52b，在转子轴34处，在第二流体引导元件48的区域中设置第二流体排出孔46b。该流体排出孔46b布置成与转子轴承52a、52b轴向相邻，并且覆盖第二流体引导元件48的引导区段48b。换句话说，第二流体引导元件48向转子轴承52a、52b的方向延伸并且在此以径向间隔开的方式覆盖第二流体排出孔46b。由此，通过第二流体引导元件48有目的地使从第二流体排出孔46b出来的流体流指向转子轴承52a、52b。

为了导出位于内腔30中的流体，流体冷却装置38具有在电机10的正常运行位置中在测地学上相对于定子12构造在下方的流体输出通道54(图1)，其借助于流体进入孔54a与内腔30流体连通。在图1中，绘出了可被冷却流体占据的最高液位Pmax.，在该运行位置中，所述最高液位可径向设定地在气隙32和流体进入孔54之间。此外，回到流体冷却装置56，可看出，在定子12处的流体冷却套58在轴向方向上几乎完全延伸经过用浇注材料22浇注的绕组头部20。

为了制造电机，首先可制造具有定子叠片组16和定子绕组18的定子12，其中，绕组头部20沿轴向在两侧超过定子叠片组16。在另一步骤中，将该预制的结构单元插入圆柱形的定子支架14中，随后，可用浇注材料22浇注绕组头部20。之后，可将由此实现的单元插入罩壳64中，其中，通过形成罩壳底部的轴承盖68a已经将第一流体引导元件40固定在绕组头部处。此外，现在可插入带有第二流体引导元件48的转子36，其中，在轴承盖68a的所述侧42上引导转子轴34穿过转子轴承52a。随后，在自由的轴向侧、确切地说端侧44上，同样将第一流体引导元件40固定在绕组头部20处。在布置功率联接单元76之后，也可通过轴承盖68b和罩壳盖70封闭该端侧。

通过图3a、图3b，局部地示出了作为以上解释的电机10的替代的电机10的实施方式，其中，在其基本结构方面参考上述附图说明。根据该实施方式，第一流体引导元件40在端侧沿轴向延伸超过绕组头部20，并且沿轴向利用支撑面40k直接或间接支撑在罩壳64处、特别是轴承盖68b(图3a)或罩壳底部64a(图3b)处。

有利地，在这种流体引导元件40处，设置沿轴向在两侧作用的支撑面，从而便于流体引导元件40在其安装时沿轴向嵌入或卡入内腔30中，并且由此不可丢失地固定在定子处、确切地说相对于定子固定。为了使径向地从转子轴34中流出的冷却流体穿过到达绕组头部20，在这里为盆形的或杯形的第一流体引导元件40处在周向上再次设置多个凹部40i，其沿轴向超过绕组头部20的端部向定子12的端侧42、44的方向延伸。由此，冷却流体可到达并冷却内周面26以及绕组头部20的端面27a、27b。向转子的方向观察，第二流体引导元件48从第一流体排出孔46a开始，实施成与在图1、图2a、图2b中的相同。相反地，为了向转子轴承52a、52b输送冷却或润滑流体，在轴承盖68a、68b处分别设置固定的环形帽形的引导元件78，其以径向间隔开的方式在轴向上覆盖第二流体排出孔46b。

附图标记列表

10 电机

12 定子

14 定子支架

16 定子叠片组

18 定子绕组

20 绕组头部

22 浇注材料

24 外周面

26 内周面

27a、27b 端面

30 内腔

32 气隙

34 转子轴

34a 齿部

36 转子

38 第一流体冷却装置

40 第一流体引导元件

40a 隔离壁区域

40b 固定区段

40c 通孔

40d 轴向止挡

40e 密封元件

40f 圆柱形的区段

40g 流体抵挡面

40h 环形凸缘

40i 凹部

40k 轴向支撑面

42、44 端侧

46 流体输入通道

46a 第一流体排出孔

46b 第二流体排出孔

48 第二流体引导元件

48a 环形凸缘

48b 引导区段

50 迷宫密封部

52a、52b 转子轴承

54 流体输出通道

54a 流体进入孔

56 第二流体冷却装置

58 流体冷却套

60 第一壁元件

62 第二壁元件

63 流体冷却通道

64 罩壳

66 密封元件

68a、68b 轴承盖

70 罩壳盖

72 开关盒

74 联接导体

76 功率联接单元

Pmax. 最大冷却流体液位

78 引导元件

Claims (13)

1.一种电机10，其包括：

-具有定子支架14和固定在所述定子支架处的定子叠片组16的定子12，所述定子叠片组

-载有定子绕组18，所述定子绕组具有沿轴向超过所述定子叠片组16伸出的绕组头部20，其中，

-用导热的浇注材料22浇注所述绕组头部20，所述浇注材料

-形成外周面24和内周面26，其中

-所述外周面24与定子支架28热接触，并且其中

-所述定子12具有圆柱形的内腔30，在所述内腔中在形成径向气隙32的情况下布置能借助于转子轴34旋转地支承的转子36，

其特征在于，

-所述电机10具有用于利用冷却流体湿润绕组头部20的内周面26的第一流体冷却装置38，其中

-设置至少一个第一流体引导元件40，其固定在所述绕组头部20处并且构造成，在所述电机10运行时基本上防止被引入所述内腔30中的冷却流体侵入位于转子36和定子12之间的气隙32中。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一流体引导元件40具有隔离壁区域40a，所述隔离壁区域利用径向外部的固定区段40b基本上流体密封地固定在绕组头部20的内周面26处，并且除了用于所述转子轴34的中央的通孔40c之外，所述隔离壁区域为封闭的。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述第一流体引导元件40具有与绕组头部20共同作用的轴向止挡40d。

4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述第一流体引导元件40在所述通孔40c的区域中具有朝向所述电机10的端侧42、44敞开的流体抵挡面40g，通过所述流体抵挡面将在该流体抵挡面处出现的流体挡向所述端侧42、44的方向。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，所述第一流体引导元件40由非铁磁性的材料制成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机，其特征在于，所述第一流体冷却装置38包括构造在所述转子轴34中的流体输入通道46，所述流体输入通道借助于至少一个第一流体排出孔46a与所述内腔30的面对所述定子12的端侧42、44的区域流体连通。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述转子轴34在第一流体排出孔46a的区域中具有第二流体引导元件48，所述第二流体引导元件与所述第一流体引导元件40共同形成用于所述冷却流体的迷宫密封部50。

8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述转子轴34在所述第二流体引导元件48的区域中具有至少一个第二流体排出孔46b，该第二流体排出孔布置成与转子轴承52a、b轴向相邻，并且其中，所述第二流体引导元件48向所述转子轴承52a、b的方向延伸，并且在此以径向间隔开的方式沿轴向覆盖所述第二流体排出孔46b。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电机，其特征在于，所述第一流体冷却装置38包括在所述电机10的运行位置中在测地学上相对于所述定子12构造在下方的流体输出通道54，所述流体输出通道借助于至少一个流体进入孔54a与所述内腔30流体连通。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机10具有第二流体冷却装置56，所述第二流体冷却装置具有构造在所述定子12处的流体冷却套58。

11.根据权利要求10所述的电机，其特征在于，所述流体冷却套58具有第一壁元件60和第二壁元件62，所述第一壁元件和第二壁元件基本上为圆柱形的、沿径向彼此间隔开并且相对彼此密封。

12.根据权利要求11所述的电机，其特征在于，所述第一壁元件60包括所述定子支架28，并且所述第二壁元件62为所述电机10的罩壳64。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的电机，其特征在于，在所述定子12处的所述流体冷却套58轴向上完全或至少部分地延伸经过用浇注材料22浇注的绕组头部20。