CN106716794B - 具有冷却的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转的电机（1），其包括具有内部空间（23）的壳体（2），布置在壳体（2）的内部空间（23）中的定子结构（3），该定子结构具有定子本体（31），该定子本体至少部分贴靠在壳体（2）的内壁上；一个或者多个冷却剂通道（8），所述一个或者所述多个冷却剂通道布置在定子结构（3）和壳体（2）之间和/或布置在定子本体（31）中并且将定子本体（31）的第一和第二端面（35、36）彼此连接；用于容纳冷却剂和用于分配冷却剂到一个或者多个冷却剂通道（8）的分配区（9）。

Description

具有冷却的电机

技术领域

本发明涉及一种电机、尤其是具有液体冷却的旋转电机。

背景技术

根据电机的功率密度必须保证，以合适的方式引出所产生的运行热。在较小功率的电机中通过转动体的运动产生的空气运动常常足够用以通过周围空气引出运行热。在闭合的电机中可以在壳体的外侧面上布置相应的散热片。

与此相比，在较高功率的电机中必须设有用于冷却的附加的措施。常见的是所谓的水套冷却，在水套冷却的情况下，在电机的壳体中设置有一个或者多个冷却通道，这些冷却通道被冷却流体、主要是水穿流并且这些冷却通道通过其几何形状具有尽可能有利的热传导和压力降。

此外，已知油冷却的电机，这些电机具有被油穿流的轴或者设有冷却介质直接湿润或流入绕组或者卷绕体头部。在此，油作为冷却介质具有如下优点，不同于水，在导电的部分之间无需设置分离，因为油不导电并且由此用作绝缘体。

文献US 2012/0074739 A1公开了一种具有壳体和带有定子绕组的定子的电机。在壳体和定子之间构造多个冷却通道。冷却通道沿轴向延伸并且与壳体的内部空间连接，其中，定子绕组的卷绕体头部可以被冷却介质淹没。

由文献DE 103 61 864 A1也已知一种电机，在该电机中在定子和壳体之间设有用于冷却剂流动的流动路径，通过多个沿着轴向延伸的通道构造该流动路径。

然而为了实现充分冷却效果，必须通过轴向地在壳体和定子之间延伸的冷却剂通道引起足够大的冷却剂流动，从而保证连续热传导到后续流动的冷却液体上。

发明内容

因此本发明的任务在于，提供用于利用液体的冷却介质来对电机的改善的冷却。

该任务通过根据本发明的电机得以解决。

根据一方面设置有旋转的电机，其包括：

-具有内部空间的壳体；

-布置在壳体的内部空间中的定子结构，该定子结构具有定子本体，该定子本体至少部分地贴靠在壳体的内壁上；

-一个或者多个冷却剂通道，所述一个或者所述多个冷却剂通道布置在定子结构和壳体之间和/或布置在定子本体中并且定子本体的第一和第二端面彼此在流体上连接；以及

-分配区，用于容纳冷却剂和用于分配冷却剂到所述一个或者所述多个冷却剂通道中。

上述电机的想法在于，沿轴向方向通过定子本体延伸的冷却剂通道或者在定子本体和壳体的内壁之间延伸的冷却剂通道被液体的冷却介质穿流。对此在电机的壳体中在定子本体的第一端面上设置分配区，从而在那里供给液体的冷却介质并且从那里通过轴向延伸的冷却剂通道朝向第二端面的方向流动。通过将液体的冷却介质的供给收集在分配区，防止了冷却介质在电机的壳体中扩散并且结果以仅仅很小的流动穿流冷却剂通道。

此外，分配区可以通过在壳体中的隔离元件尤其与内部空间分离并且这样连接到定子结构的第一端面上，使得所述一个或者所述多个冷却剂通道的开口通到分配区中。尤其是隔离元件沿轴向方向上看呈环形地在定子结构的第一端面和壳体的壳体壁的内表面之间延伸并且尤其是与壳体或者壳体部分一体地构造。

由此通过壳体、定子本体和环形的隔离元件构造出分配区，该环形的隔离元件可以例如共轴地布置在定子本体的第一端面和壳体的内壁之间。由此分配区与壳体的剩余的内部空间隔开。这示出了分配区的特别简单的设计方案，该设计方案可以利用简单的器具制造。

隔离元件可以具有一个或者多个在隔离元件的周向上彼此相邻贯通的流出口，用以将冷却剂从分配区中排出到定子结构的定子绕组的卷绕体头部上。

通过与定子绕组的卷绕体头部径向错开的分配区布置，可以通过在隔离元件中的附加的流出口设置出从分配区附加地经过在定子的第一端面处的卷绕体头部的冷却剂流，用以在那里实现在第一端面处的卷绕体头部的冷却。

隔离元件可以具有一沿轴向方向的长度，用以在隔离元件面向第一端面的末端和定子结构的第一端面之间构造出泄漏缝隙，从而将冷却剂从分配区排出到定子结构的定子绕组的卷绕体头部上，其中，特别是泄漏缝隙仅仅被设置在分配区的尤其是上部区段中。

隔离元件可以通过一用于定子绕组的卷绕体头部的浇铸结构在定子本体中构造在第一端面上，其中，浇铸结构覆盖卷绕体头部并且延伸直至壳体的壳体壁。

此外，一收集区可以与内部空间分离，冷却剂通道的开口在定子结构的第二端面处通到该收集区中。

可以规定，收集区通过另一隔离元件与内部空间分离，其中，该另一隔离元件环形地在定子结构的第二端面和壳体的壳体壁的内表面之间延伸并且尤其是与壳体或者壳体部分一体地构造。

根据一实施方式定子本体可以包括堆叠的叠片并且所述一个或者所述多个冷却剂通道通过在定子本体上在其配属于壳体壁的外表面上的槽构造成。

可以规定，在电机的第一、尤其是下部的区域中的冷却剂通道中的一个或者多个冷却剂通道比在电机的第二、尤其是上部的区域中的冷却剂通道中的一个或者多个冷却剂通道具有更大的流动阻力。

附图说明

接下来借助附图进一步说明实施方式。其中：

图1示出了具有冷却液引导的电机的示意性的横截面图；

图2a和2b以截断横向于轴向方向示出了定子本体的截面图；

图3示出了具有通过浇铸结构形成的分配区的另一电机的示意性的横截面图；

图4示出了在定子本体的第二端面处具有在冷区剂通道的出口侧的收集区的另一电机的示意性的横截面图；以及

图5示出了在定子本体的第一端面处具有定子绕组的卷绕体头部的附加冷却的另一电机的横截面图。

具体实施方式

图1示出了沿着转动轴线D的电机1的示意性的横截面图。在当前的情况下电机1包括两部分构造的壳体2，其具有作为壳体部分的壳体罐21和壳体盖22。壳体盖22安置在壳体罐21的开口处，用以这样构造出闭合的内部空间23。

在壳体2 的内部中布置有定子结构3，该定子结构以圆柱的方式构造。定子结构3具有定子本体31，该定子本体可以由堆叠的叠片构造。定子结构3限定内部空隙4，在该内部空隙中转子5可转动地布置在转子轴6上。该转子轴6可转动地支承在轴承7上，该轴承设置在壳体2中。尤其是一个轴承可以布置在壳体罐21的底面上并且另一个轴承可以布置在构造为轴承盖的壳体盖22上。转子轴6的支承优选液体密封地构造。

包括定子结构3和转子5的电机1被构造为电子整流电机并且因此具有定子绕组33，该定子绕组包括多个定子线圈，多个定子线圈绕相应的一个或者多个定子齿32进行缠绕。定子齿32主要在径向方向上从圆柱形的定子轭34突出。

转子5具有转子本体51，在该转子本体中嵌入永磁体52用于提供励磁磁场。转子5的其它的拓扑也是可以实现的。例如永磁体52可以套插到转子极上或者布置成轮辐磁体。

在壳体2的壳体罐21的壳体壁和定子3的外表面之间设置有冷却剂通道8，冷却剂通道将壳体2 的内部空间23中的在定子3的第一端面35处的区域与壳体2 的内部空间23中的在定子3的第二端面36处的区域在流体上连接。定子本体31的相应的设计方案在图2a的横截面图中作为一个截断示出。如在图2b中所示，替选地冷却剂通道8也可以整合到定子本体31中并且从第一端面35至第二端面36贯穿定子本体31。在由堆叠的叠片构造成定子本体31的情况下，相应的片截面具有从图2a和2b中可得知的用于构造冷却剂通道8的槽或者空隙的位置。

现在规定，液体的冷却剂、例如油或者水性的冷却剂可以通过冷却剂通道8流过，从而在那里定子本体31的运行热量可以充分地放出到穿流的冷却剂中。

因为在定子本体31的端面35、36处的冷却剂通道8是敞开的，所以有必要规定冷却剂引导，用以通过冷却剂通道8引导冷却剂的至少针对有目的的冷却而言重要的一部分。对此在定子3的第一端面35的区域中设置有分配区9，该分配区匹配冷却剂通道8的开口的布置。分配区9示出了用于冷却液的容积，该容积与冷却剂通道8的开口在定子3的第一端面35的区域中连接。

分配区9的容积通过定子本体31的第一端面35、壳体罐21的内壁的一区段以及壳体盖22的一区段形成，从而该容积基本上环形地分布在壳体2中。

此外，设置隔离元件10，该隔离元件将分配区9的容积与壳体2的剩余的内部空间23的容积分离。该隔离元件10基本上是圆柱形的并且在壳体盖22的内表面和定子3的第一端面35之间延伸。

根据一实施方式，隔离元件10可以将分配区9的容积与剩余的内部空间23完全隔离。尤其是隔离元件10也可以与壳体盖22或者壳体2一体地构造。

在定子3的第一端面35和隔离元件10之间可以设置有密封件（未示出），该密封件防止液体的冷却剂从分配区9的容积中流出到壳体2的剩余的内部空间23中。

如在图3中所示，在替选的实施方式中定子绕组33的卷绕体头部也利用浇铸结构16浇铸在定子3的第一端面35上，从而卷绕体头部浇铸构造出分配区9与壳体2的内部空间23的隔离。

壳体盖22可以设置有冷却剂供给开口24，该冷却剂供给开口通到分配区9的容积中，用以供给冷却剂。在那里供给的冷却剂于是沿着周向方向被分配并且通过冷却剂通道8朝向第二端面36的方向流动。在冷却剂通过冷却剂通道8的流动的期间可以从定子本体31中获取运行热量。

在定子3的第二端面36的区域中冷却剂从冷却剂通道8的相应的开口中流出并且于是可以流经定子3的第二端面36处的卷绕体头部。在壳体2的底面或者在下部区段中可以设置冷却剂流出开口25，通过该冷却剂流出开口在壳体2中收集好的冷却剂可以从下部流出或者泵出。

必要时可以设置多个冷却剂流出开口25，尤其是多个冷却剂流出开口可以设置到电机1的第一和第二端面的区域中的轴向位置上。冷却剂流出开口25的布置可以例如取决于在在电机内部的哪个位置冷却剂到达内部空间中（例如通过缝隙、开口或者自由的流出）。

在图4所示的另一电机1中，设置另一隔离元件12，该另一隔离元件基本上将冷却剂通道8的开口在第二端面36处与壳体2的内部空间23分离。另一隔离元件12形成收集区13的在周向上环绕的环形容积，在该收集区中收集加热了的冷却剂并且通过冷却剂流出开口25排出。另一隔离元件12可以与壳体2单独地或者一体地构造。

图5示出了另一电机1，在该电机中隔离元件10设有在周向上分布的贯通的去往内部空间23的流出口14，所述流出口将携带的冷却剂的一部分排出到内部空间23中。由此冷却剂可以从分配区9的容积中流经在定子3的第一端面35处的定子绕组33的卷绕体头部并且在那里引起附加的冷却。

替代在隔离元件10中的附加的流出口14，隔离元件10的间隙尺寸可以这样设置，使得实现通过第一端面35上的定子绕组33的卷绕体头部的用于冷却剂的有针对性的泄漏流动。在此，在隔离元件10的面向定子本体3的末端和定子本体3的第一端面35之间形成泄漏缝隙。该泄漏缝隙有意义地仅仅设置在电机1（前提是固定的安装位置）上侧面处的角度范围中，例如，从径向指向上的方向出发在+/-10︒至+/-70︒之间，因为冷却剂（在较小的压力下）否则会在泄漏缝隙的下部区域中就已经完全流出到内部空间23中。

另一隔离元件12的设置以及在第一端面35上在定子绕组33的卷绕体头部的区域中的隔离元件10流出口14也可以结合。

在设置另一隔离元件12用于构造收集区13的情况下，为了淹没卷绕体头部，在另一隔离元件12的面向定子本体3的末端和定子本体3的第二端面35之间设置相应的另一流出口或者相应的另一泄漏缝隙可以是有意义的。

当没有收集区13设置在电机1的第二端面36上时，冷却剂流出到第二端面上的卷绕体头部上。于是必须注意，由于重力，在第一端面35上的分配区9中在下部的区域中比在上部的区域中作用更高的压力。这可以导致，在不利的设计方案中冷却剂不到达置于上部的冷却剂通道8而是完全地通过下部的冷却剂通道8流出。由此冷却剂通道8必须这样设计，冷却剂通道8中的压力差在设计点中是足够高的，由此冷却剂在分配区9中会在整个高度被阻拦并且在上部的区域中冷却剂也还存在有足够的压力，该足够的压力可以引起在上部的冷却剂通道8中的流动。这也可以通过冷却剂通道8上的节流阀实现。特别有利的是，更强地节流下面的冷却剂通道8，或者设置更高的压力差，用以实现在在周向上布置的、轴向延伸的冷却剂通道8的流动的均匀分布。

上述电机1可以实现在液体冷却的电机中有效的和节省空间的套冷却并且由此提高的持续功率密度。与在壳体2中的冷却剂通道8相比，直接在定子本体31上的叠片上的冷却剂通道8的布置造成内部路径的缩短，在前一种情况中存在附加的接触电阻。此外，尤其是在图1和4中的实施方式提供了冷却在定子3的第一和/或第二端面35、36处的卷绕体头部的可能性。

Claims (10)

1.旋转的电机（1），其包括：

-具有内部空间（23）的壳体（2）；

-布置在壳体（2）的内部空间（23）中的定子结构（3），该定子结构具有定子本体（31），该定子本体至少部分地贴靠在壳体（2）的内壁上，所述定子本体（31）包括堆叠的叠片和带有卷绕体头部的定子绕组（33）；

-一个或者多个冷却剂通道（8），所述一个或者所述多个冷却剂通道将定子本体（31）的第一和第二端面（35、36）彼此在流体上连接；

-分配区（9），用于容纳冷却剂并且用于分配冷却剂到所述一个或者所述多个冷却剂通道（8）中，其中，所述分配区（9）在壳体（2）的内部空间（23）中设置在定子结构（3）的第一端面（35）上，并且通过壳体（2）、定子结构（3）和隔离元件（10）限定，其中，所述隔离元件（10）在定子结构（3）的第一端面（35）和壳体（2）的壳体壁的内表面之间环形地延伸；

- 收集区域（13），冷却剂通道（8）的开口在定子结构（3）的第二端面（36）处通到该收集区域中，其中，收集区域（13）通过壳体（2）、定子结构（3）和另一隔离元件（12）限定，其中，所述另一隔离元件（12）在定子结构（3）的第二端面（36）和壳体（2）的壳体壁的内表面之间环形地延伸，其特征在于，

- 所述冷却剂通道（8）布置在定子结构（3）和壳体（2）之间并且通过在定子本体（31）的配属于壳体壁的外表面上的槽构造成，

- 所述隔离元件（10）和所述另一隔离元件（12）相对于定子绕组的卷绕体头部径向向外地错开布置。

2.按照权利要求1所述的电机（1），其中，所述分配区（9）在壳体（2）中通过隔离元件（10）与内部空间（23）分离并且连接到定子结构（3）的第一端面（35）上，使得所述一个或者所述多个冷却剂通道（8）的开口通到分配区（9）中。

3.按照权利要求2所述的电机（1），其中，所述隔离元件（10）与壳体（2）或者壳体部分（21、22）一体地构造。

4.按照权利要求2或3所述的电机（1），其中，所述隔离元件（10）具有一个或者多个在隔离元件（10）的周向上彼此相邻的贯通的流出口（14），用以将冷却剂从分配区（9）排出到定子结构（3）的定子绕组（33）的卷绕体头部上。

5.按照权利要求2或3所述的电机（1），其中，所述隔离元件（10）具有一沿轴向的长度，用以在隔离元件的朝向第一端面的末端和定子结构（3）的第一端面之间构造一泄漏缝隙，从而将冷却剂从分配区（9）排出到定子结构（3）的定子绕组（33）的卷绕体头部上。

6.按照权利要求5所述的电机（1），其中，所述泄漏缝隙仅仅设置在分配区的上部区段中。

7.按照权利要求2所述的电机（1），其中，所述隔离元件（10）通过用于定子本体（31）中的定子绕组（33）的卷绕体头部的浇铸结构（16）构造在第一端面（35）上，其中，浇铸结构（16）覆盖卷绕体头部并且延伸直至壳体（2）的壳体壁。

8.按照权利要求1所述的电机（1），其中，所述另一隔离元件（12）与壳体（2）或者壳体部分（21、22）一体地构造。

9.按照权利要求1至3中任一项所述的电机（1），其中，在电机（1）的第一区域的一个或者多个冷却剂通道（8）比在电机（1）的第二区域的一个或者多个冷却剂通道（8）具有更高的流动阻力。

10.按照权利要求9所述的电机（1），其中，所述第一区域是电机（1）的下部区域并且所述第二区域是电机（1）的上部区域。