CN117121348A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(1)、特别是用于机动车辆中的电动传动系的电机，该电机包括相对于定子(2)以可旋转的方式安装的转子(3)，转子(3)具有转子轴(30)，该转子轴具有至少一个第一转子构件(31)，该第一转子构件以不可滑动的方式布置在转子轴(30)上以用于与该转子轴共同旋转，定子(2)具有彼此间隔开的第一定子构件(21)和第二定子构件(22)；第一定子构件(21)具有第一定子绕组(41)，并且第二定子构件(22)具有第二定子绕组(42)，第一定子绕组(41)布置在第一液压室(51)内，并且第二定子绕组(42)布置在第二液压室(52)内，在所述液压室中，定子绕组(41、42)的至少一部分能够与液压流体(5)接触；电机(1)还包括将第一液压室(51)液压地连接至第二液压室(52)的液压连接元件(6)；第一定子绕组(41)和/或第二定子绕组(42)的至少一个电导体(7)布置在液压连接元件(6)内。

Description

电机

技术领域

本发明涉及电机、特别是用于机动车辆中的电动传动系的电机，该电机包括相对于定子以可旋转的方式安装的转子，其中，转子具有转子轴，该转子轴具有至少一个第一转子构件，该第一转子构件以不可滑动的方式布置在转子轴上以用于与该转子轴共同旋转，其中，定子具有彼此间隔开的第一定子构件和第二定子构件，并且第一定子构件具有第一定子绕组，并且第二定子构件具有第二定子绕组，其中，第一定子绕组布置在第一液压室内，并且第二定子绕组布置在第二液压室内，在液压室中，定子绕组的至少一部分能够与液压流体接触。

背景技术

电动马达越来越多地用于驱动机动车辆，以便产生需要化石燃料的内燃发动机的替代方案。已经做出巨大努力来改进电驱动对日常使用的适用性，并且还能够为用户提供他们习惯的驾驶舒适性。

可以在由Erik Schneider、Frank Fickl、Bernd Cebulski和Jens Liebold在ATZ杂志、2011年5月第113卷第360页至365页中的题为：Hochintegrativ und FlexibelElektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge[用于电动车辆的高度集成且灵活的电驱动单元]的文章中找到电驱动装置的详细描述。该文章描述了用于车辆的轮轴的驱动单元，该驱动单元包括电动马达，该电动马达与锥齿轮差速器同心且同轴地布置，其中，在电动马达与锥齿轮差速器之间的传动系中布置有可切换的2速行星齿轮组，所述行星齿轮组也与电动马达或锥齿轮差速器或直齿轮差速器同轴地定位。驱动单元非常紧凑，并且由于可切换的2速行星齿轮组而在爬坡能力、加速度与能量消耗之间允许良好的折衷。这样的驱动单元也被称为电子轮轴或可电操作的传动系。

除了纯电动传动系之外，混合动力传动系也是已知的。混合动力车辆的这种传动系通常包括内燃发动机和电动马达的组合，并且能够实现——例如在城市地区中——具有足够里程和可用性两者的纯电动操作模式，特别是在陆地上行驶时。另外，在某些操作情况下，存在同时驱动内燃发动机和电动马达的可能性。

在开发意在用于电子轮轴或混合动力模块的电机时，需要不断增加它们的功率密度，使得为此目的所需的电机的冷却变得越来越重要。由于必要的冷却能力，液压流体、比如冷却油在用于从电机的热应力区域散热的大多数概念中占主导地位。

例如，从用于借助于液压流体冷却电机的现有技术中已知护套冷却和绕组悬伸部冷却。在护套冷却将定子叠片的外表面上产生的热传递到冷却回路中时，利用绕组头部冷却，到流体中的热传递直接发生在绕组头部的区域中的定子叠片外部的导体上。

其他改进方案通过单独的冷却通道来提供，除了导体之外，冷却通道既被引入到定子的叠片式芯部中(例如，参见EP3157138 A1)，并且又被引入到槽中(例如，参见MarkusSchiefer:Indirekte Wicklungskühlung von hochausgenutzten permanenterregtenSynchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung[具有带齿线圈绕组的高利用率永磁同步电机的间接绕组冷却]，论文，Karlsruher Institut für Technologie(卡尔斯鲁厄理工学院)(KIT)，2017年)。

其中液压流体直接围绕绕组流动以便增加功率密度的概念也是已知的。原则上从现有技术中已知通过液压流体与凹槽中的导体之间的直接接触来改善冷却。例如，DE102015013018 A1描述了一种用于具有单齿绕组的电机的解决方案，其中，流体直接围绕绕齿卷绕的绕组流动。

发明内容

本发明的目的是提供一种由于优化的冷却和优化的电磁设计而具有高功率密度的电机。此外，本发明的目的是电机可以成本有效地生产并且被设计为易于组装。

该目的通过一种电机、特别是用于机动车辆中的电动传动系的电机来实现，该电机包括相对于定子以可旋转的方式安装的转子，转子具有转子轴，该转子轴具有至少一个第一转子构件，该第一转子构件以不可滑动的方式布置在转子轴上以用于与该转子轴共同旋转，其中，定子具有彼此间隔开的第一定子构件和第二定子构件，并且第一定子构件具有第一定子绕组，并且第二定子构件具有第二定子绕组，第一定子绕组布置在第一液压室内，并且第二定子绕组布置在第二液压室内，在液压室中，定子绕组的至少一部分能够与液压流体接触，其中，电机还包括液压连接元件，该液压连接元件将第一液压室或湿室液压地连接至第二液压室或湿室，其中，第一定子绕组和/或第二定子绕组的至少一个电导体布置在液压连接元件内。

液压连接元件可以具有任何封闭的横截面几何形状，并且可以被设计为例如用于桥接第一定子构件的第一液压室与第二定子构件的第二液压室之间的一个或更多个接合件的管道或软管。该液压连接元件还确保定子绕组的电导体在其中被导引并且同时被冷却剂环绕。对液压连接元件的材料和对应的壁厚度的适当选择可以同时实现相对于导电壳体部件的电绝缘效果。液压连接元件可以优选地插塞或插入到现有开口中。此外，电机内的空气间隙和爬电距离可以利用液压连接元件进行调节。

液压连接元件对邻接壳体部件的密封效果可以例如通过密封元件与壳体之间的限定间隙，通过使用单独的密封元件或密封剂将液压连接元件与邻接壳体部件一起压入密封区域中来实现。优选地，密封元件还可以集成到用于密封且电绝缘的通路的液压连接元件中。

首先，本发明的要求保护的主题的各个元件按照这些元件在权利要求中提及的顺序进行解释，并且下面描述了本发明的主题的特别优选的实施方式。

电机用于将电能转换为机械能以及/或者将机械能转换为电能，并且电机通常包括被称为定子或电枢的静止部分以及被称为转子并且相对于静止部分以可移动的方式布置的部分。在电机被设计为旋转式机器的情况下，特别地，在径向通量型机器与轴向通量型机器之间进行区分。径向通量型机器的特征在于，磁场线在形成在转子与定子之间的空气间隙中沿径向方向延伸，而在轴向通量型机器的情况下，磁场线在形成在转子与定子之间的空气间隙中沿轴向方向延伸。根据本发明的电机可以被设计为轴向通量型机器或径向通量型机器。

电机的定子可以特别地设计为用于径向通量型机器的定子。径向通量型机器的定子通常以筒形的方式构造并且优选地包括电叠片，电叠片彼此电绝缘并且分层构造并被封装以形成叠片式芯部。分布在圆周上的凹槽或通道可以嵌入到平行于转子轴延伸的电叠片中，并且可以容纳定子绕组或定子绕组的一部分。针对径向通量型机器设计的定子可以设计为用于内部转子或外部转子的定子。例如，在内部转子的情况下，定子齿径向向内延伸，而在外部转子的情况下，定子齿径向向外延伸。

根据本发明的电机特别地意在用于在混合动力机动车辆或全电动机动车辆的传动系内使用。特别地，电机定尺寸成使得可以实现超过50km/h、优选地超过80km/h、并且特别地超过100km/h的车辆速度。电机特别优选地具有超过30kW、优选地超过50kW、并且特别地超过70kW的输出。此外，优选的是，电机提供大于5000rpm、特别优选地大于10000rpm、非常特别优选地大于12500rpm的速度。

定子绕组是导电导体，其长度延伸范围远大于垂直于其长度延伸范围的延伸范围。定子绕组通常可以具有任何横截面形状。矩形横截面形状是优选的，因为这些矩形横截面形状允许高封装密度，并且因此实现高功率密度。特别优选地，定子绕组由铜形成。优选地，定子绕组具有绝缘件。为了使定子绕组绝缘，例如，可以将云母纸以带的形式围绕一个或更多个定子绕组卷绕，定子绕组借助于固化树脂来浸渍，云母纸出于机械原因可以通过玻璃纤维承载件来增强。原则上，也可以使用不带有云母纸的可固化的聚合物或清漆层来使定子绕组绝缘。

根据本发明的有利实施方式，可以设置的是，电机被设计为轴向通量型机器，包括相对于定子以可旋转的方式安装在干燥室中的转子，其中，转子具有转子轴，该转子轴至少具有第一盘状转子构件，该第一盘状转子构件以不可滑动的方式布置在转子轴上以用于与该转子轴共同旋转，其中，定子包括第一环形盘状定子构件和第二环形盘状定子构件，第一环形盘状定子构件和第二环形盘状定子构件彼此同轴布置并且与转子轴同轴布置，并且在轴向上彼此间隔开，使得转子布置在第一环形盘状定子构件与第二环形盘状定子构件之间。这种构型的优点是电机可以被设计成在轴向上非常紧凑。

这种轴向通量型电机(AFM)、比如机动车辆的被设计为轴向通量型机器的电动驱动机器中的磁通量在定子与转子之间的空气间隙中轴向地指向轴向通量型机器的转子的旋转方向。存在各种类型的轴向通量型机器。一种已知的类型是所谓的I型布置，在该布置中，转子布置成在轴向上邻近于定子或者位于两个定子之间。另一已知的类型是所谓的H型布置，在该布置中，两个转子布置在定子的相反的轴向侧上。在本发明的上下文中，I型布置是优选的。

根据本发明的另一优选的进一步改进方案，还可以设置的是，液压连接元件由不导电的材料形成。因此可以实现的是，可以为电机的导电部件提供良好的电绝缘效果。

此外，根据本发明的同样有利的实施方式，可以设置的是，液压连接元件具有基本上筒形、环形的三维形状。

根据本发明的另一特别优选的实施方式，可以设置的是，液压连接元件径向地定位在第一定子构件和/或第二定子构件上方。

此外，本发明还可以进一步发展成使得液压连接元件具有第一密封件，该第一密封件将第一液压室相对于转子的干燥室密封，并且/或者液压连接元件具有第二密封件，该第二密封件将第二液压室相对于转子的干燥室密封。在本发明的同样优选的实施方式变型中，在该连接中还可以设置的是，第一密封件和/或第二密封件与液压连接元件一体地形成。

进一步发展本发明使得液压连接元件借助于压配合连接至至少部分地环绕第一液压室的第一壳体部件，并且/或者液压连接元件借助于压配合连接至至少部分地环绕第二液压室的第二壳体部件也可以是有利的。

根据本发明的主题的另一优选实施方式，可以设置的是，多个液压连接元件在周向上分布在第一液压室与第二液压室之间。

最后，本发明还可以以有利的方式实施，使得液压连接元件被设计成基本上相同，由此可以降低部件的复杂性并且因此降低电机的制造成本。

还优选的是，轴向通量型机器的绕组端部延伸成使得在组装时，绕组端部平行于或近似平行于机器的主轴线定向。在组装期间，绕组端部优选地通过轴向通量型机器中的适当设计的局部间隙被导引至轴向通量型机器的端面中的一个端面，并且在将对应的机器部件对应地轴向推动到一起之后，以合适的方式进行电连接和机械连接。以这种方式连接的定子的绕组端部经由连接导体以特别优选的方式被引导至面侧部上的轴向定位的相连接部。这些连接导体可以通过绕组端部无缝地连接至绕组，或者可以以合适的方式电连接和机械连接至绕组。机器的星形点(多个星形点)优选地不实现到相连接部。

为了在电机的湿室与干燥室之间提供电接触，可以特别优选地设置特别是至少一个电连接元件。为此目的，电连接元件具有接触构件，该接触构件借助于压配合固定在接纳套筒中。特别地，可以设置的是，使用压入到接纳套筒中的螺栓或者螺纹衬套作为接触构件，该接触构件的主要功能是例如经由支承横截面和底切部来支承夹持力。螺栓或螺纹衬套的材料与接纳套筒的材料相比有利地具有更高的机械负载能力(屈服点)。与接触构件相比，接纳套筒的一部分优选地具有更高的比电导率。另一方面，接纳套筒的材料较软，并且因此与接触构件的材料相比具有更低的机械负载能力(屈服点)。

设计为螺栓或螺纹衬套的接触构件优选地压入到壳体部件中使得较软的材料弹性地且塑性地变形，使得密封效果足以将壳体部件的两侧上的两个室相对于彼此密封或将一个室相对于环境密封。为此目的，特别优选地在接触构件上、例如在螺栓或螺纹衬套上设置有针对较软材料的变形设计的横截面的加宽部。变形部的弹性部分确保保持接触压力，并且变形部的塑性部分确保延长为此目的而设置的区域中的密封部段。来自对应部分的多余材料将在指定区域中被吸收。同时，接触构件、例如螺栓或螺纹衬套的横截面的加宽产生了底切部，该底切部抵消接纳套筒的拉出。用于在压入过程期间容纳多余材料的室还可以优选地配备有附加密封装置或密封元件，并且因此进一步提高密封效果。

具有压入式接触构件、例如螺栓或螺纹衬套的容纳套筒特别优选地以电绝缘的方式安装在壳体部件中。例如，壳体部件可以由导电性差的材料或绝缘材料制成，或者壳体部件可以插入到不导电适配器中，该不导电适配器在壳体部件与接触构件和接纳套筒的组件之间实现电绝缘效果。密封效果可以例如经由接纳套筒与相邻壳体部件或适配器之间的密封元件来实现。

附图说明

下面将在不限制本发明的总体构思的情况下参照附图更详细地解释本发明。

在附图中：

图1以示意性轴向截面图示出了轴向通量型电机，

图2以立体分解图示出了轴向通量型电机，以及

图3以示意性框图示出了具有电机的机动车辆。

具体实施方式

图1示出了用于机动车辆11的电动传动系10的电机1，如通过图3中的示例的方式示出的。图3的上部图示示出了混合动力驱动车辆的传动系10，并且下部图示示出了全电力驱动的机动车辆11，每个传动系都具有电机1。

电机1包括相对于定子2以可旋转的方式安装的转子3，其中，转子3具有转子轴30，该转子轴具有至少一个第一转子构件31，该第一转子构件以不可滑动的方式布置在转子轴30上以用于与该转子轴共同旋转。定子2具有沿轴向方向彼此间隔开的第一定子构件21和第二定子构件22，其中，第一定子构件21具有第一定子绕组41，并且第二定子构件22具有第二定子绕组42，其中，第一定子绕组41布置在第一液压室51内，并且第二定子绕组42布置在第二液压室52内，在第一液压室和第二液压室内，相应的定子绕组41、42的至少一部分各自能够与液压流体5接触。

电机1还具有多个液压连接元件6，这些液压连接元件将第一液压室51液压地连接至第二液压室52。第二定子绕组42的至少一个电导体7布置在液压连接元件6中的每个液压连接元件内。多个基本上相同设计的液压连接元件6沿周向分布在第一液压室51与第二液压室52之间，这从图1和图2的组合中可以特别清楚地看出。

从图1还可以看出的是，电机被设计为轴向通量型机器1，其中，转子3相对于定子2以可旋转的方式安装在干燥室32中。转子3包括转子轴30，该转子轴具有至少第一盘状转子构件31，该第一盘状转子构件以不可滑动的方式布置在转子轴30上以用于与该转子轴共同旋转。定子2具有第一环形盘状定子构件21和第二环形盘状定子构件22，第一环形盘状定子构件和第二环形盘状定子构件彼此同轴布置并且与转子轴30同轴地布置，并且在轴向上彼此间隔开，使得转子3布置在第一环形盘状定子构件与第二环形盘状定子构件之间。

第一定子绕组41具有从第一定子构件21伸出并且沿轴向方向在定子构件21上方径向地延伸的第一绕组端部。第二定子绕组42也具有从第二定子构件22伸出的第二绕组端部，第二绕组端部沿轴向方向在第一定子构件21和第二定子构件22上方径向地延伸。结合图1和图2观察，还可以看出的是，第一液压室51至少部分地被界定的第一壳体部件91环绕，该界定的第一壳体部件具有供第二绕组端部通过的多个周向分布的开口。

第一绕组端部布置在具有第一直径的圆形路径上，并且第二绕组端部布置在具有第二直径的圆形路径上，其中，第一直径不同于第二直径。

第一绕组端部和第二绕组端部朝向轴向通量型机器1的相同轴向端面定向并且连接至轴向通量型机器1的相同轴向端面。第一定子绕组41和第二定子绕组42各自构造成具有星形点连接的三相。

液压连接元件6由不导电材料形成并且具有基本上筒形、环形的三维形状。

在所示出的实施方式中，液压连接元件6径向地定位在第一定子构件21和第二定子构件22上方。

图2还示出了每个液压连接元件6具有第一密封件81，该第一密封件将第一液压室51相对于转子2的干燥室32密封，并且液压连接元件6具有第二密封件82，该第二密封件将第二液压室52相对于转子2的干燥室32密封。在所示出的示例性实施方式中，第一密封件81和第二密封件82被设计为密封环，这在图2中可以特别清楚地看到。

液压连接元件6各自借助于压配合连接至至少部分地环绕第一液压室51的第一壳体部件91以及至少部分地环绕第二液压室52的第二壳体部件92。

本发明不限于附图中所示出的实施方式。因此，以上描述不应被视为是限制性的，而应被视为是说明性的。所附权利要求应当理解为是指在本发明的至少一个实施方式中存在指定的特征。这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，则这种命名用于区分相同类型的两个特征，而不限定优先顺序。

附图标记列表

1 电机

2 定子

3 转子

4 定子绕组

5 液压流体

6 连接元件

7 导体

8 密封件

9 壳体部件

10 传动系

11 机动车辆

21 定子构件

22 定子构件

30 转子轴

31 转子构件

32 干燥室

41 定子绕组

42 定子绕组

51 液压室

52 液压室

81 密封件

82 密封件

91 壳体部件

92 壳体部件。

Claims (10)

1.一种电机(1)、特别是用于机动车辆中的电动传动系的电机，所述电机包括相对于定子(2)以可旋转的方式安装的转子(3)，所述转子(3)具有转子轴(30)，所述转子轴具有至少一个第一转子构件(31)，所述第一转子构件以不可滑动的方式布置在所述转子轴(30)上以与所述转子轴共同旋转，所述定子(2)具有彼此间隔开的第一定子构件(21)和第二定子构件(22)，并且所述第一定子构件(21)具有第一定子绕组(41)，并且所述第二定子构件(22)具有第二定子绕组(42)，所述第一定子绕组(41)布置在第一液压室(51)内，并且所述第二定子绕组(42)布置在第二液压室(52)内，在所述液压室中，所述定子绕组(41、42)的至少一部分能够与液压流体(5)接触，

其特征在于，

所述电机(1)还包括液压连接元件(6)，所述液压连接元件将所述第一液压室(51)液压地连接至所述第二液压室(52)，其中，所述第一定子绕组(41)和/或所述第二定子绕组(42)的至少一个电导体(7)布置在所述液压连接元件(6)内。

2.根据权利要求1所述的电机(1)，

其特征在于，

所述电机被设计为轴向通量型机器(1)，包括相对于所述定子(3)以可旋转的方式安装在干燥室(32)中的所述转子(2)，其中，所述转子(3)具有所述转子轴(30)，所述转子轴至少具有所述第一盘状转子构件(31)，所述第一盘状转子构件以不可滑动的方式布置在所述转子轴(30)上以用于与所述转子轴共同旋转，其中，所述定子(2)包括所述第一环形盘状定子构件(21)和所述第二环形盘状定子构件(22)，所述第一环形盘状定子构件和所述第二环形盘状定子构件彼此同轴布置并且与所述转子轴(30)同轴布置，并且在轴向上彼此间隔开，使得所述转子(3)布置在所述第一环形盘状定子构件与所述第二环形盘状定子构件之间。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的电机(1)，

其特征在于，

所述液压连接元件(6)由不导电材料形成。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的电机(1)，

其特征在于，

所述液压连接元件(6)具有基本上筒形、环形的三维形状。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的电机(1)，

其特征在于，

所述液压连接元件(6)径向地定位在所述第一定子构件(21)和/或所述第二定子构件(22)上方。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的电机(1)，

其特征在于，

所述液压连接元件(6)具有将所述第一液压室(51)相对于所述转子(3)的所述干燥室(32)密封的第一密封件(81)，并且/或者所述液压连接元件(6)具有将所述第二液压室(52)相对于所述转子(3)的所述干燥室(32)密封的第二密封件(82)。

7.根据权利要求6所述的电机(1)，

其特征在于，

所述第一密封件(81)和/或所述第二密封件(82)与所述液压连接元件(6)一体地设计。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的电机(1)，

其特征在于，

所述液压连接元件(6)借助于压配合连接至至少部分地环绕所述第一液压室(51)的第一壳体部件(91)，并且/或者所述液压连接元件(6)借助于压配合连接至至少部分地环绕所述第二液压室(52)的第二壳体部件(92)。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的电机(1)，

其特征在于，

多个液压连接元件(6)在周向上分布在所述第一液压室(51)与所述第二液压室(52)之间。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的电机(1)，

其特征在于，

所述液压连接元件(6)基本上相同。