CN118020229A

CN118020229A - 用于电驱动机器的定子的定子叠片组

Info

Publication number: CN118020229A
Application number: CN202280062509.1A
Authority: CN
Inventors: C·赛登贝格尔
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-11-22
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-05-10
Also published as: DE102021130498A1; WO2023088643A1

Abstract

本发明涉及一种用于机动车电驱动机器的定子的定子叠片组，具有定子外套，所述定子外套具有用于容纳冷却剂的凹部，并且具有套密封层，所述套密封层构造用于阻止冷却剂从定子外套进入定子叠片组的径向延伸部中。

Description

用于电驱动机器的定子的定子叠片组

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的电驱动机器的定子的定子叠片组、一种电驱动机器和一种用于安装机动车的电驱动机器的定子的方法。

背景技术

电驱动机器中的定子和转子的有效冷却是对于高持续力矩和高持续功率的主要要求之一，特别是在电流励磁的同步电机(SSM)中。但本发明对于异步电机、永久励磁同步电机和其它也需要高冷却功率的电机也可以是有意义的。

高持续功率对于动态的行驶行为(即在动态的乡村道路行驶或在动态的上山行驶中)至关重要。

在某些已知的用于机动车的电驱动机器中，电驱动机器的转子用油冷却，尤其是从内部通过中空轴冷却并且在端侧上通过端侧冷却来冷却，而定子则通过水套冷却来冷却。用于定子芯的油冷却本身也是已知的。

这种冷却可以通过不同的解决途径实现，在这些解决方案之一中，水套或其它冷却介质径向地围绕定子设置。该套根据当前的现有技术通过壳体制造工艺、如消失模或硬模铸造来制造。另一种替代方案是两件式压铸解决方案。套通常导致高的额外成本和高的额外重量。

在已知的用于机动车的电驱动机器中，定子通常包括具有定子叠片组的定子芯，所述定子叠片组具有多个相邻的定子叠片，这些定子叠片相同地构造并且沿电驱动机器的纵向轴线相邻。

由EP 3 157 138 A1已知一种定子叠片组和一种用于冷却叠片组的方法。叠片组由叠片形成。这些叠片具有留空部，所述留空部在叠片接合成叠片组之后形成用于冷却介质的通道。通道的特征在于，在叠片组的轭区域中由留空部形成流入通道和回流通道，其它通道与流入通道和回流通道并联地延伸并且所述其它通道定位在叠片组的齿区域中。

发明内容

在该背景下，本发明的任务在于改进、尤其是简化定子、尤其是定子叠片组的冷却。

每个独立权利要求以其特征决定解决该任务的技术方案。从属权利要求涉及本发明的有利扩展方案。

根据一个方面，公开了一种用于机动车的电驱动机器的定子、尤其是定子芯的定子叠片组。定子叠片组至少具有：(a)定子外套，所述定子外套具有多个彼此间隔开的用于容纳冷却剂的凹部、尤其是凹槽；和(b)套密封层，所述套密封层构造用于阻止冷却剂从定子外套、尤其是从凹部和/或设置在其之间的非凹部区域径向向内进入定子叠片组的径向延伸部中和/或穿过定子叠片组的径向延伸部。

具有液态冷却剂的冷却套(Kühlmantel)不是(如在已知解决方案中那样)借助附加的或铸造的构件(例如定子支架)实现，而是直接通过定子实现。通过省却定子支架消除了在定子和定子支架之间的热传递并且也节省了用于附加构件的成本和其重量。

根据一种实施方式，套密封层构造用于使周围环境相对于水基和/或油基的冷却剂不透水地密封。

因此，对于干式运行的驱动机器也可以直接在定子中实现液冷，在其中还能够基于冷却通道(即各个定子叠片的相应堆叠的凹部)的布置实现来自壳体套的简单的冷却剂供应。

根据另一方面，公开了一种用于机动车的电驱动机器，包括具有根据本发明实施方式的定子叠片组的定子和具有壳体盖和壳体罐的机器壳体，所述壳体罐具有壳体内套，定子的定子外套设置在、尤其是压入该壳体内套上。

电驱动机器、尤其是机器壳体具有用于将定子外套上的凹部相对于壳体底部密封的壳体底部密封装置和用于将定子外套上的凹部相对于壳体盖密封的壳体盖密封装置。

根据另一方面，公开了一种用于安装定子的和/或用于将定子安装在机动车电机的机器壳体中的方法，至少包括以下给出的方法步骤，这些方法步骤并非必须按给出的顺序执行：(i)在至少一部分定子叠片的外轮廓中加工出(einbringen)凹部；(ii)将多个定子叠片在其侧面上相向地(zueinander)设置成定子叠片组；(iii)将套密封层施加在定子叠片和/或定子叠片组上、尤其是定子外套上。

现在，本发明尤其是基于这样的构思，即，通过涂层的定子直接在壳体中形成套冷却装置，冷却套的冷却通道形成于定子外套的外轮廓和壳体内套的内轮廓之间，从而定子叠片组的相邻设置的定子叠片的凹部形成冷却剂通道横截面。

定子叠片组例如可以通过(本身已知的)级进过程(Folgeverbundprozess)来制造。定子的外部几何结构、即定子外套(其之后用于在冷却套中引导冷却剂)于是借助于级进模具这样成形，使得产生有效的冷却几何结构。例如在各个定子叠片的外周上分别在相同的周向位置处加工出(例如U形或V形或矩形的)凹部，使得组装的定子叠片组具有轴向延伸的冷却通道。替代地，可以加工具有(尤其是两个)不同外径的不同叠片，从而通过布置径向较大和较小的叠片来形成凹部并且组装的定子叠片组具有沿周向方向延伸的冷却通道。

定子叠片组逐片地堆叠并且因此在定子外径上基于凹部产生3D几何结构，该几何结构增大了表面并且因此提高了冷却效率。然后，该定子根据所使用的漆例如通过烘烤工艺固定粘接、冲压叠装(Stanzpaketieren)或例如借助于激光焊接。在结束之后，对该定子例如进行掩蔽(maskieren)，从而在该实施方式的后续过程中只需对外部几何结构以及最上方的叠片进行涂层，以便实现足够的冷却剂密封。该涂层可以通过粉末或漆以不同的工艺来施加。漆在此必须是冷却剂密封的并且具有足够的导热性。

然后，将定子、即被绕线的定子叠片组插入驱动机器的机器壳体中并且在A轴承侧和B轴承侧分别借助于一个密封装置进行密封。将定子与B轴承端盖(即壳体盖)拧紧并夹紧。附加地，根据一种实施方式，定子在A轴承侧和B轴承侧具有用于扭矩支撑的锁止装置。本发明实现一种制造简单、低成本且冷却效率极高的套冷却装置，因为在介质与定子之间不存在附加的热传递。

根据一种实施方式，所述套密封层在凹部中、尤其是在槽壁和槽底上和/或非凹部区域中、尤其是在整个定子外套(包括槽壁和槽底)上具有周向密封层，所述周向密封层沿定子的周向方向和轴向方向延伸。这种密封装置可以简单地施加，例如通过给已经安装的定子叠片组涂漆。

根据一种实施方式，所述套密封层在相邻的定子叠片对之间分别具有径向密封层，所述径向密封层沿定子的径向方向和周向方向延伸。借助这种密封装置能够非常过程可靠地形成密封，因为已经用烤漆(Backlack)预处理的定子叠片在堆叠成定子叠片组之后只需被定义地加热，以便防失效地形成密封。

根据一种实施方式，径向密封层借助于(尤其是在切削加工定子几何结构之前施加的)烤漆形成，所述烤漆构造用于在将定子叠片组加热到尤其是预定烘烤温度时在相互贴靠的叠片之间形成密封层。

根据一种实施方式，所述彼此间隔开的凹部通过如下方式成形，即关于定子的轴向延伸交替地分别设置有一个或多个具有定子套的最大直径的定子叠片和一个或多个具有定子套的凹部直径的定子叠片，从而尤其是以这种方式在定子外套上形成彼此轴向间隔开的凹部、尤其是周向冷却通道/凹槽。因此，能够以可想到简单的方式形成套冷却装置，其具有多个冷却通道，这些冷却通道分别沿周向方向延伸并且在轴向上彼此间隔开，例如通过具有套直径的定子叠片，所述定子叠片必要时为了引导冷却介质的连接而具有点状的一个或多个凹部，以便连接相邻的冷却通道。

根据一种实施方式，在设置定子叠片之后将套密封层以周向密封层施加在定子外套上。

根据一种实施方式，在设置定子叠片之前将套密封层以径向密封层施加在定子叠片的表面侧上。

根据一种实施方式，该方法附加地包括以下步骤：(I)引入定子绕组；(II)将定子推入机器壳体的壳体罐中，直至与壳体底部密封装置相触；-将壳体盖这样安放并固定、尤其是拧紧到壳体罐上，使得在安放和/或固定时在轴向两侧不透流体地密封一方面定子外套的凹部和另一方面壳体内部空间、即机器内部空间的剩余部分，这尤其是通过在固定、尤其是拧紧时施加的夹紧力实现。

由此可以制造简单的密封装置和因此在定子中液冷的、干式运行的驱动机器。

附图说明

本发明的其它优点和应用可能性由下面结合附图的说明得出：

图1示意性示出在将定子安装到定子壳体中之后的、具有根据本发明的示例性实施方式的定子叠片组的电机；

图2示意性示出在将定子安装到定子壳体中之前的、具有根据本发明的示例性实施方式的定子叠片组的电机。

具体实施方式

图1和2示意性示出在安装定子之前的、具有根据本发明一种示例性实施方式的包括多个定子叠片3的定子叠片组2的电机(仅示出将定子叠片组2安装到机器壳体4中，所述机器壳体具有壳体罐6和壳体盖8)。

在图1中示出电机1完成安装，在图2中示出在将定子推入壳体罐6中之前并且在安装壳体盖8之前的电机。图2中的粗箭头粗略地示出安装运动的方向。

该实施例涉及一种低成本且高效的用于电气套冷却的套冷却装置。在此关注点是用于可电驱动的机动车、例如电动车辆或混合动力车辆的电驱动单元。这种电驱动单元通常具有电机1，该电机具有定子2以及可相对于定子转动地支承的转子(未示出)，该转子又与电机1的转子轴(未示出)不可相对转动地连接。转子轴可以与机动车的变速器耦联以用于转矩传递并且在本实施例中被引导穿过壳体罐6中的留空部10。

电机1可以与变速器(未示出)和功率电子装置(未示出)一起设置在电机壳体4中。该电机1通常基于所需的持续功率须被冷却。这在本实施例中借助于冷却套12实现，该冷却套在壳体罐6中具有一个冷却剂入口14、多个冷却通道16和一个冷却剂出口18。

在本实施例中，冷却套12在没有单独的套构件的情况下借助定子叠片组2直接利用机器壳体4形成。

为此，借助于级进冲压设备(Folgeverbundstanzanlage)制造定子叠片组2，通过该级进冲压设备加工出定子叠片组2的具有凹部15的外部几何结构。

凹部15形成用于冷却通道16的横截面，其用于在冷却套12中引导水并且这样设计，使得得到有效的冷却几何结构。在本实施例中，凹部15通过如下方式成形，即，关于定子的轴向延伸，多个具有定子套的最大直径的定子叠片3a和多个具有定子套的凹部直径的定子叠片3b分别交替地设置，从而以这种方式在定子外套13上形成在轴向上彼此间隔开的凹部15作为周向冷却通道16。这种冷却套几何结构通过逐片堆叠出定子叠片组2产生，即，交替地，堆叠多个叠片3a，然后再堆叠多个叠片3b。

堆叠的定子叠片3a、3b在其侧面上涂有烤漆20并且在堆叠之后借助于烘烤工艺固定连接，在该烘烤工艺中烤漆基于高温产生粘接作用。

因此，定子叠片组2由各个叠片3a和3b形成。然后，用套密封层22掩蔽定子叠片组2，在此仅对外部几何结构(即定子叠片组的外套)以及两个轴向的外叠片进行涂层。该掩蔽部例如可以通过粉末或漆以不同工艺、本身已知的工艺来施加。套密封层22在此必须是冷却剂密封的以及能导热的，以便一方面使冷却剂远离冷却通道16以外的机器内部空间9，但另一方面能实现从定子叠片到冷却通道16中的冷却剂的良好热传递。

然后，将绕组(未示出)引入定子叠片组2中并且将由此形成的定子压入到机器壳体4中，使得在壳体内套7和定子外套13之间(在具有定子套的最大直径的叠片3a上)形成固定连接并且也朝向机器壳体4界定冷却通道16。

冷却剂流的界定或者说密封在轴向上借助于A支承侧和B支承侧上的密封装置、即借助于壳体底部密封装置24和壳体盖密封装置26实现。定子与B轴承端盖拧紧并夹紧。

此外，定子可以在A支承侧和B支承侧上具有用于扭矩支撑的锁止装置。

在所描述的或其它的实施例中，套密封层可以这样构造，使得作为套密封层22施加在外套上的掩蔽物作为周向密封层或分别设置在定子叠片之间的烘烤的烤漆层(尤其是与轴向的密封装置24和26一起)形成机器内部空间9相对于冷却剂的(尤其是径向的)密封。

附图标记列表

1 电机

2 定子叠片组

3 定子叠片

3a 具有最大直径的定子叠片

3b 具有凹部直径的定子叠片

4 机器壳体

6 壳体罐

7 壳体内套

8 壳体盖

9 机器内部空间

10 留空部

12 冷却套

13 定子外套

14 冷却剂入口

15 凹部

16 冷却通道

18 冷却剂出口

20 烤漆

22 套密封层

24 壳体底部密封装置

26 壳体盖密封装置

A 轴向延伸

Claims

1.用于机动车的电驱动机器(1)的定子的定子叠片组(2)，所述定子叠片组具有：

-定子外套(13)，所述定子外套具有多个彼此间隔开的凹部(15)，以用于容纳冷却剂；和

-套密封层(20、22)，所述套密封层构造用于阻止冷却剂从定子外套径向向内进入。

2.根据权利要求1所述的定子叠片组，其特征在于，所述套密封层构造用于相对于水基和/或油基的冷却剂不透水地密封。

3.根据前述权利要求中任一项所述的定子叠片组，其特征在于，所述套密封层在所述凹部中和/或在非凹部区域中具有周向密封层(22)，所述周向密封层沿定子的周向方向和轴向方向延伸。

4.根据前述权利要求中任一项所述的定子叠片组，其特征在于，所述套密封层在相邻的定子叠片(3)对之间分别具有径向密封层(20)，所述径向密封层沿定子的径向方向和周向方向延伸。

5.根据权利要求4所述的定子叠片组，其特征在于，所述径向密封层借助于烤漆(20)形成，所述烤漆构造用于在加热定子叠片组时在彼此贴靠的叠片之间形成密封层。

6.根据前述权利要求中任一项所述的定子叠片组，其特征在于，所述彼此间隔开的凹部通过如下方式成形，即，关于定子的轴向延伸(A)，一个或多个具有定子套的最大直径的定子叠片(3a)和一个或多个具有定子套的凹部直径的定子叠片(3b)分别交替地设置。

7.用于机动车的电驱动机器(1)，所述电驱动机器包括具有根据前述权利要求中任一项所述的定子叠片组(2)的定子和具有壳体盖(8)和壳体罐(6)的机器壳体(4)，所述壳体罐具有壳体内套(7)，定子的定子外套(13)设置在该壳体内套上，其特征在于，设有用于将定子外套上的凹部相对于壳体底部密封的壳体底部密封装置(24)和/或用于将定子外套上的凹部相对于壳体盖密封的壳体盖密封装置(26)。

8.用于安装机动车的电机的定子的方法，所述方法包括：

-在至少一部分定子叠片(3b)的外轮廓(13)中加工出凹部(15)，

-将多个定子叠片(3a、3b)彼此设置成一个定子叠片组(2)，

-将套密封层(20、22)施加在定子叠片和/或定子叠片组上。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在设置定子叠片之后将套密封层以周向密封层(22)施加在定子外套(13)上。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在设置定子叠片之前将套密封层以径向密封层(20)施加在定子叠片的表面侧上。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于以下步骤：

-将定子推入机器壳体的壳体罐(6)中，直至与壳体底部密封装置(24)相触，

-将壳体盖(8)安放并固定到壳体罐上，使得在安放和/或固定时形成对一方面定子外套(13)的凹部和另一方面机器内部空间(9)的在轴向两侧的不透流体的密封。