CN103620919B - 用于电动机的转子电枢 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动机（2）的转子电枢，其包括：轴向布置的、用于供给冷却剂的供给通道（5）；至少一个与所述电枢（1）的旋转轴线径向间隔开的冷却通道（27），所述冷却通道通过径向连接部（23）与所述供给通道（5）连接；冷却通道出口（31），用于排出所供给的冷却剂，其中所述冷却通道出口（31）与所述供给通道（5）具有径向间距。

Description

用于电动机的转子电枢

技术领域

本发明涉及一种用于电动机的转子电枢（Rotorläufer）、尤其带有冷却通道的转子电枢。此外，本发明还涉及一种电动机，其中用冷却剂对转子电枢进行冷却。

背景技术

在设计用于高转速的电驱动装置中，依赖于频率的涡流损耗和磁滞损耗在电动机的总损耗中占有显著的份额。由于由分层的片板形成的转子电枢中的交变磁化，通过外部场的交替的极性感应引起涡流。依赖于转数的涡流在转子电枢中引起损耗，所述损耗产生热量。

如果导电的材料交变磁化，则产生磁滞损耗，其中为了变化地对准内部基本结构必须耗费能量。由于由此产生的交变磁化，会在导电材料内释放热量，所述热量作为磁滞损耗来表示。在高速电动机中，电枢片内部的涡流损耗和磁滞损耗造成总电磁损耗。电磁损耗能够在电动机的内部导致运行温度的提高和热学方面有条件的退磁。因此在这种电动机中需要对电枢进行冷却。

JP 9046973 A公开了一种用于冷却电动机的装置，其中电枢轴构造为空心轴。在所述空心轴的内部设置有轴向延伸的供给通道，所述供给通道给溢流通道提供冷却剂，所述溢流通道将冷却剂输送到进行包围的空心轴中。冷却剂在空心轴中的流动方向与供给通道中的流动方向相反地走向。在将冷却剂输送到供给通道中的区域中，将冷却剂引导至储存容器。

此外，在US 2008/0231126 A1中示出了空气经过冷却的电动机，其中每个通风机与一个外部的和一个内部的冷却循环***连接。内部的冷却循环***在马达壳体的内部延伸并且包括冷却通道，所述冷却通道穿过电动机的电枢。外部冷却循环***则使马达壳体的外侧通风。

由US 5,424,593已知一种装置，其用于冷却电动机的整流器电枢。冷却剂管路穿过在电枢端壳体内部的电枢的电枢绕组并且相对于电枢作为热交换器起作用。

JP 2008 219 960A公开了一种电动机，其中电枢片布置在电枢轴上。电枢轴局部地构造为空心轴。在冷却剂供给的区域中，冷却剂通道沿轴向在电枢轴内部延伸并且在电枢片的区域中分支到相对于电枢轴径向延伸的冷却剂通道。径向的冷却剂通道在片组的***区域中通入到与电枢轴径向间隔开的连接通道中。在冷却剂出口的区域中，连接通道在下游通过其他相对于电枢轴径向延伸的冷却剂通道与电枢轴的第二个局部地构造为空心轴的区域连接，通过所述连接通道将冷却剂从电枢的内部供给到接收容器。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种用于电动机的有效的并且防漏密封的冷却装置，就所述电动机而言，尤其在高转速的情况下，能够减小转子电枢的热负载并且因此保证了遵循构件温度限定、如例如转子绕组的退磁温度或者寿命温度。

该任务通过根据本发明的转子电枢以及根据本发明的电机解决。

其他有利的设计方案也在下文中给出。

根据第一方面，规定了用于电动机的转子电枢。所述转子电枢包括：

- 轴向布置的、用于供给冷却剂的供给通道；

- 至少一个与所述电枢的旋转轴线径向间隔开的冷却通道，所述冷却通道通过径向连接部与所述供给通道连接；

- 冷却通道出口，用于排出所供给的冷却剂，

其中所述冷却通道出口与所述供给通道具有径向间距。

上述用于电动机的转子电枢的构思在于，通过轴向布置的供给通道供给冷却剂，并且在沿径向与供给通道间隔开的位置中从转子电枢排出所述冷却剂。所述转子电枢具有电枢轴，所述电枢轴能够至少部分地构造为供给通道。所述供给通道能够局部地构造为空心轴并且用于向转子电枢供给冷却剂。电枢的假想的旋转轴线沿轴向在电枢轴内部延伸，围绕所述旋转轴线所述电枢轴在操作电动机时连带其电枢片旋转。所述供给通道通过径向延伸到供给通道的连接通道（径向连接部）与至少一个冷却通道连接。所述冷却通道在此与供给通道径向间隔开。

供给通道确保了冷却液从冷却剂入口到电动机的最大发热位置、如例如转子电枢的电枢片或者轴承的传输。所述冷却剂有助于避免电动机的转子电枢的热学方面的过热，从而延长高速旋转的电动机的寿命。所述冷却剂通过转子电枢的供给通道的冷却剂入口从定子结构的上游区域的冷却剂入口流出。

随着电枢轴的旋转在运转的电动机中冷却剂由于离心力抵达穿过径向连接部并且从那里从接下来冷却剂的汇集流继续供给到至少一个与电枢轴径向间隔开的冷却通道中。由于冷却剂依赖于离心力流入到径向连接部中而向上游在供给通道中形成吸入作用，所述吸入作用实现了，在运转的电动机中当供给通道围绕电枢轴的旋转轴线持续不断地转动时，冷却剂连续流入到供给通道中。再次流入的冷却剂依赖于离心力通过径向连接部流入到至少一个冷却通道中。在冷却通道的下游的端部处，冷却剂通过冷却剂出口从冷却通道排出到例如位于转子电枢与定子结构的下游区域之间的间隙中。

所述至少一个冷却通道与供给通道以径向间距在转子电枢的电枢片的***区域中与电枢的旋转轴线轴向平行地延伸并且从其连接到径向连接部的连接处延伸到配属的冷却剂出口。所述电枢片关于电枢的旋转轴线径向内侧由电枢轴围住并且径向外侧由至少一个冷却通道围住。在上游，转子电枢沿轴向邻接到径向连接部上。在下游，转子电枢沿轴向邻接到曲径式密封部上，所述曲径式密封部面向定子结构的下游区域。替代地，所述径向连接部也能够在转子电枢的上游的边缘区域中延伸。上述转子电枢的使用实现了电动机的电枢片的相当有效的冷却。电枢片的造型在此独立于径向连接部的结构或者说冷却剂通道的结构。

在另一种实施方式中能够规定，供给通道沿轴向向下游在径向连接部之后封闭。于是，冷却剂的汇集流整体流入到径向连接部中并且从那里流向至少一个冷却通道。电枢片***中冷却剂的提高的流量实现了，有针对性地提高转子电枢中的散热。如果要冷却剂也在整个长度上穿流供给通道，则供给通道能够在整个范围内构造为空心轴。

所述径向连接部能够设置在盘状的、支承在供给通道上的冷却剂分配器中。所述冷却剂分配器在此构造为两部分组成的车削件或铣削件。所述冷却剂分配器也能够是铸造件，将至少一个带有配属的冷却剂出口的冷却通道整合到所述铸造件中。

上述用于电动机的转子电枢实现了，提高电动机的功率，而不依靠额外的用于改变马达转速的传动装置。在马达高转速的运行状态中无需分开的用于影响电磁场控的调节单元。通过这种方式能够降低电动机的制造成本。冷却剂分配器在形状和大小上适合转子电枢并且能够整合到转子电枢中。还可考虑，转子电枢借助其上游的端面贴靠在冷却剂分配器上。以这种方式能够有针对性地冷却转子电枢的端面。

此外，另一种实施方式规定，冷却剂分配器由两个盘状物（Scheibe）组成，在所述两个盘状物之间布置有径向连接部。

在另一种实施方式中，所述径向连接部能够由多个星形的连接通道组成，所述连接通道分别通入到冷却通道中。所述连接通道和所述冷却通道能够分别具有相互不同的直径。同样能够设想，冷却通道或者说连接通道的直径在冷却通道或者说连接通道的长度内变化。

另一种实施方式规定，所述径向连接部在电枢***封闭并且用于容纳冷却液。所述径向连接部容纳从供给通道出来要流入的冷却液并且将所述冷却液引导到至少一个冷却通道。将所述径向连接部定位在转子电枢内部或者在其***处实现了由转子电枢内部提高发热的区域有针对性地散热。

替代地还能够设想，借助径向连接部将冷却剂供给转子电枢的轴承用于继续冷却功率特别大的电动机。在电枢轴上，至少又一个其他的径向连接部能够沿轴向设置在第一径向连接部后面。径向连接部在此能够例如成直角或者相对于电枢轴有角度地进行布置。通过这种方式，冷却剂能够被供给到转子电枢的尤其承受高发热的区域。

此外能够规定，电机包括上述转子电枢和定子结构。电枢的供给通道与上游的定子结构的冷却剂出口连同。在下游，在上游的定子结构与供给通道之间并且在供给通道或者说冷却通道的冷却剂出口与下游的定子结构之间优选设置曲径式密封部。所述曲径式密封部沿径向相对于电枢轴对布置在定子结构的相应区域与供给通道或者说冷却通道之间的间隙进行密封并且阻止冷却剂从间隙中溢出。

所述曲径式密封部能够不可旋转地处于电枢轴上并且以密封体相对于电枢轴径向向外延伸。在曲径式密封部的密封体上成形有密封舌，所述密封舌嵌入到相应的、构造在定子结构中的槽中。所述曲径式密封部在高转速和压力的情况下可靠防漏地相对于固定的构件（例如定子结构）对转动的构件（例如电枢轴）进行密封。所述曲径式密封部能够构造为非接触式的轴密封部，其密封效果相对于现有技术中传统的密封元件通过延长密封路径而提高。

根据另一种优选的实施方式规定，在转子电枢与定子结构之间布置至少一个轴向作用的曲径式密封部。此外还能够设想，在电枢轴上向下游安装两个曲径式密封部。所述两个曲径式密封部分别关于电枢轴径向地并且相互径向地布置。径向外部的曲径式密封部具有穿通通道，所述穿通通道在转子电枢的侧面上与冷却通道连通。所述穿通通道在下游侧与定子结构的冷却剂入口相一致，所述冷却剂入口将冷却剂引导至冷却剂储备容器。

另一种实施方式规定，在曲径式密封部与定子结构之间布置有径向轴密封部。所述径向轴密封部关于电枢轴沿径向在曲径式密封部的密封体外部固定在定子结构处。所述径向轴密封部相对于定子结构对密封体的径向指向外的端部进行密封。径向轴密封部的结构实现了，在电动机静止时，防止曲径式密封部与定子结构之间的冷却剂溢出。所述径向轴密封部用在曲径式密封部相对于定子结构的动态的和静态的密封的冷却剂压力高的情况中。径向轴密封部能够是环形轴密封部。

此外还能够规定，冷却通道出口径向向内借助第二密封件、尤其是第二曲径式密封部密封并且径向向外借助第三曲径式密封部密封以防止泄漏。

电枢或者说动子（Läufer）能够在实现所提到的实施方式中的一个或多个实施方式的特征的情况下用在电动机中。

所述实施方式主要改善了从电枢片和/或从电枢轴承的散热并且/或者提出了一种有效避免冷却剂溢出的措施。

附图说明

下面借助附图对优选的实施方式进行详细阐述。其中：

图1示出用于带有径向连接部和配属的定子结构的电动机的转子电枢；

图2示出图1中带有径向轴密封部的截取部分；并且

图3示出穿过根据图1的径向连接部的剖面A-A。

具体实施方式

如图1得知，电动机2的电枢1（转子）包括带有配属的电枢片3的转子电枢13，所述电枢片布置在电枢轴4上。在其整个长度内，供给通道5构造为空心轴。所述空心轴借助轴承15可旋转地支承。

供给通道5的冷却剂入口22与定子结构的入口侧区域7的冷却剂入口6连通。所述定子结构的入口侧区域7在此能够用于容纳传动装置（未示出）。

在供给通道5贯通的情况下，供给通道5的冷却剂出口8与定子结构的下游区域9连通。因此，供给通道5将定子结构的入口侧区域7的冷却剂入口6与定子结构的下游区域9的冷却剂出口10连接起来。

在供给通道5的上游的面向定子结构的冷却剂入口6的端部处，第一曲径式密封部11对定子结构与转子电枢13之间的间隙12进行密封。

第二和第三曲径式密封部14、28对供给通道5的冷却剂出口8相对定子结构的下游区域9的冷却剂出口10进行密封。图1中示出的第一、第二和第三曲径式密封部11、14、18构造成环状并且牢固地耦接到电枢上。所述曲径式密封部分别包括一个中央的开口，供给通道5穿过所述开口。所述第一、第二和第三曲径式密封部11、14、28从供给通道5的***径向向外延伸并且与一个或多个密封舌18嵌合，所述密封舌与供给通道5轴向平行地延伸到定子结构区域的槽19中。

在图1中设置有冷却剂壳体20，所述冷却剂壳体借助壳体壁20包围电枢1。冷却剂壳体20的壳体壁与定子结构防漏密封地连接。为了更换冷却剂，冷却剂壳体20具有能够封闭的冷却剂出口21。在冷却剂壳体20内部，在供给通道5的冷却剂入口22与供给通道5的冷却剂出口8之间下游处，电枢片3位于电枢轴4的***上。

在电枢片3的面向供给通道5的冷却剂入口22的端面处，设置有形式为冷却剂分配器23的径向连接部23。冷却剂分配器23具有径向的连接通道24，所述连接通道与供给通道5的缺口25处于连接中。从冷却剂入口22向下游到冷却剂出口8穿流供给通道5的冷却剂由于重力和转动的供给通道5中的离心力穿过缺口25被挤压到径向连接部23中。

与电枢轴4相距间距26，径向连接部23转入到相对于电枢轴4轴向平行地延伸并且与电枢轴4径向间隔开的冷却通道27中或者说与所述冷却通道处于连接中。冷却通道27在电枢片3的***区域中延伸并且从径向连接部23沿轴向在电枢片3的整个长度上延伸至其冷却通道出口31。

由图1可看出，向下游在电枢片3之后、在供给通道5的冷却剂出口8的区域中、在第二曲径式密封部14旁还设置有额外的第三曲径式密封部28，所述第三曲径式密封部对冷却通道出口31相对于定子结构的下游区域9进行密封。所述额外的第三曲径式密封部28沿流动方向看去处于电枢片3与第二曲径式密封部14之间，所述其他曲径式密封部对供给通道5相对于定子结构的下游区域9进行密封并且其密封舌18嵌入到定子结构的槽19中。在所述额外的第三曲径式密封部28中设置有穿通通道29，所述穿通通道沿轴向与冷却通道27相一致。所述额外的第三曲径式密封部28不可旋转地位于空心轴上并且实现了定子结构的下游区域9的冷却通道出口31与至少一个其他冷却剂出口38之间的可靠防漏的连接。

第二曲径式密封部14的面向定子结构的下游区域9的密封舌18以及第三曲径式密封部28的密封舌18包围了冷却通道出口31并且防止了冷却剂从额外的第三曲径式密封部28与定子结构的下游区域9之间的间隙30沿径向方向溢出到供给通道5。

在一种替代的实施方式中，供给通道5在电枢轴4中能够构造为直到转子电枢中的冷却通道27的缺口25的孔。在这种情况下不存在冷却剂出口10。于是完全通过第三曲径式密封部28以及冷却剂出口38中的孔实现了冷却剂排出。

冷却剂出口10、38容纳冷却剂。将冷却剂从冷却剂出口10、冷却剂通道27和冷却剂出口21供给未示出的冷却剂泵。

电枢轴4的旋转轴线32与供给通道5的内壁之间的间距33小于所述旋转轴线32与冷却通道27的背离电枢片3的内壁之间的间距34。

下面以图2借助第一曲径式密封部11的径向外侧的端部相对于定子结构区域的密封来说明密封方案。在定子结构区域的面向冷却剂壳体20的内侧的侧面处，将支架35设置在径向向外连接到第一曲径式密封部11上的位置处，所述支架容纳径向轴密封部36。径向轴密封部36用于额外地相对于定子结构对第一曲径式密封部11的关于电枢轴4位于径向外侧的端部进行密封，从而使得密封部的泄漏尤其在低转速的情况下能够得以减少或者说得以避免。

为了更好的理解，图3以示意图示出了沿切线A-A穿过图1中的冷却剂分配器23的径向剖面。供给通道5随电枢1的电枢片3朝箭头方向37旋转。在供给通道5的***设置有缺口25，穿过所述缺口冷却剂从转动的供给通道5流入到径向连接部23、在此为连接通道24中。径向的连接通道24在图3中相对于供给通道5星形地布置在电枢片3中。在其外侧的端部处，径向的连接部通道24在电枢片3的***的区域中转入到与供给通道5轴向平行地延伸并且与供给通道5径向间隔开的冷却通道27中，所述冷却通道轴向穿过电枢片3。

Claims (9)

1.用于电动机（2）的转子电枢，包括：

-轴向布置的、用于供给冷却剂的供给通道（5）；

-至少一个与所述转子电枢（13）的旋转轴线径向间隔开的冷却通道（27），所述冷却通道通过径向连接部（23）与所述供给通道（5）连接；

-冷却通道出口（31），用于排出所供给的冷却剂，

其特征在于，

所述冷却通道出口（31）与所述供给通道（5）具有径向间距，其中所述供给通道（5）沿轴向方向向下游在所述径向连接部（23）之后封闭，

其中在所述供给通道（5）的上游的面向定子结构的冷却剂入口（6）的端部处，第一曲径式密封部（11）对所述定子结构与所述转子电枢（13）之间的间隙（12）进行密封。

2.根据权利要求1所述的转子电枢，其特征在于，所述径向连接部（23）设置在盘状的、支承在所述供给通道（5）上的冷却剂分配器（23）中。

3.根据权利要求2所述的转子电枢，其特征在于，所述冷却剂分配器由两个盘状物组成，在所述两个盘状物之间布置有径向连接部（23）。

4.根据权利要求1所述的转子电枢，其特征在于，所述径向连接部（23）具有多个星形的连接通道（24），所述连接通道分别将所述供给通道（5）与所述冷却通道（27）连接起来。

5.根据权利要求1至4中任一个或多个所述的转子电枢，其特征在于，所述径向连接部（23）在转子电枢***处封闭并且用于容纳冷却液。

6.电机，其包括：

-根据权利要求1至5中任一项所述的转子电枢（13），

-定子结构，

其特征在于，

所述转子电枢（13）的供给通道（5）布置在所述定子结构的冷却剂入口（6）处，其中所述冷却剂入口（6、10）到所述供给通道（5）的通道借助第一曲径式密封部（11）进行密封。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，在所述第一曲径式密封部（11）与所述定子结构之间布置有径向轴密封部（36）。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的电机，其特征在于，冷却通道出口（31）径向向内借助第二密封部进行密封并且径向向外借助第三曲径式密封部（28）进行密封以防止泄漏。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述第二密封部是第二曲径式密封部（14）。