CN104285361A - 具有用于冷却电机的转子的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(1，51)、特别是异步电机，包括：定子(2)；能围绕旋转轴线(3)旋转支承的转子(4)，该转子在电机(1，51)运行时与定子(2)磁性地共同作用；轴(5)，转子(4)固定在轴上并且轴具有轴向孔(6)；流入元件(7，47)，该流入元件延伸到轴向孔(6)中，以使得冷却介质(15)、特别是冷却液体(15)能从流入元件(7，47)流入轴向孔(6)中。此外本发明涉及一种冷却***，该***包括电机(1，51)和用于将冷却介质(15)、特别是冷却液体(15)输送穿过轴向孔(6)的冷却介质循环(55)，本发明还涉及包括冷却***(50)的车辆(61)。

Description

具有用于冷却电机的转子的电机

技术领域

本发明涉及一种电机、特别是一种异步电机，具有用于冷却电机的转子。此外本发明涉及一种用于冷却电机的冷却***和一种车辆，该车辆包括用于冷却电机的冷却***。

背景技术

电机用于将能量由电能转换为机械能并且反之亦然。

在将能量由机械能转换为电能时电机作为发电机。

在将能量由电能转换为机械能时电机作为发动机。

在这两种情况下希望在高功率密度时达到高效率。为了能成本低廉并且不破坏资源地提供能量，高效率是必需的。因为希望成本更低廉地制造具有较少的材料应用的电机，或者由于电机的对于重量敏感的应用而希望可能以更小的质量来制造电机，所以高功率密度是必需的。

对重量敏感的应用的实例是这样的应用，其中电机的承载结构是昂贵的，或者在应用中将电机从一个地点运输到另一个地点。

作为对重量敏感的应用的两个实例在这里称为风力发电设备或电驱动的车辆。

为了在高功率密度时达到高效率，电机的原理和结构以及其冷却被改善。

发明内容

因此本发明的目的在于，提供一种具有用于有效地冷却的可能性的电机。

该目的由具有根据权利要求1的特征的电机来实现。

根据本发明的电机，其特别是异步电机，包括

-定子，

-能围绕旋转轴线旋转支承的转子，该转子在电机运行时与定子磁性地共同作用，

-轴，转子固定在轴上，并且轴具有轴向孔，

-流入元件，流入元件这样延伸到轴向孔中，以使得冷却介质、特别是冷却液体能从流入元件流入轴向孔中。

该目的也由具有根据权利要求9的特征的冷却***来实现。

根据本发明的冷却***包括根据本发明的电机和用于运输冷却介质、特别是冷却液体穿过轴向孔的冷却介质循环。

此外，该目的由根据权利要求10的车辆来实现。根据本发明的车辆包括根据本发明的冷却***。

根据本发明的电机具有定子和能围绕旋转轴线旋转支承的转子。转子固定在轴上；轴借助于轴承能旋转地支承在电机的壳体中。作为轴承例如可以使用滑动轴承或滚动轴承。在滚动轴承中，通过布置在内环和外环之间的滚动体实现了能旋转的支承。在此，内环布置在轴上并且外环这样布置在电机的壳体中，以使得轴能旋转地支承在壳体中。在球轴承中，滚动体例如是球。为了减少在内环和滚动体或者说外环和滚动体之间的摩擦，可以使用润滑剂。

在滑动轴承中，外环相对于内环转动。在此可以使用润滑剂，以便减少在外环和内环之间的摩擦。

在电机运行时转子可以用于旋转，并且其通过在转子和定子之间的磁性的相互作用将机械能转换为电能。电能可以在定子的绕组处通过连接电消耗器而引出。

在电机运行时也可以经由定子的绕组输送电能，并且由于在定子和转子之间的磁性相互作用将电能转换为机械能。在此转子用于旋转并且能够在轴处将机械能以旋转运动的形式向机械消耗器给出。

为了在电机运行时能实现在定子和转子之间的磁性的相互作用，转子具有永磁体，或者其具有绕组，利用该绕组能产生磁场。转子的绕组可以由多个线圈或-如在异步电机的情况下-由一个线圈构成。绕组可以与电路连接或短接。具有在转子上短接的绕组的电机实例是具有笼形转子的异步电机，其中笼形转子具有转子的功能。

定子具有多个绕组，它们在圆周方向上布置在定子上。利用绕组在电机的运行中形成磁性旋转场。在应用电机作为发动机时，也就是用于将电能转换为机械能时，绕组相位推移地被供电，以便因此以简单的方式使转子进行旋转运动。可以通过从三相电网中或从变频器中获取电能来实现驱控绕组。变频器能实现利用电流或者是电压的任意相位偏移以及不同频率来驱控定子的绕组，以使得轴的转数在电机运行时能够变化。

转子也可以具有多个绕组，即为了与定子磁性地共同作用，或者为了启动电机的运行，为了保持运行或保持电机，上述情况是必需的。

在应用电机作为发电机时，如将电机用作发动机时那样，对绕组使用相同的布置。

为了实现电机的有效冷却，轴具有轴向孔。在此“轴向”理解为沿着轴的旋转轴线的方向。通过延伸到轴向孔中的流入元件，冷却介质能流入轴向孔中。那么也可能的是，在电机中由于冷却液体作为冷却介质而实现了有效冷却。应用冷却液体与利用气体、例如空气进行冷却相比由于热容更高，因此能实现将在电机中产生的废热更好地排出。

此外在根据本发明的电机中有利的是，流入元件和轴向孔通过冷却液体能实现对电机的有效冷却，而无需冷却液体部分地与电机接触，其在电机运行时引导电流。由于冷却液体通常具有一定的电导率，因此冷却液体与电机的引导电流的组成部分的接触妨碍了电机的运行或者将其完全破坏。

此外避免的是，冷却液体基于其质量在电机运行时阻碍转子的旋转运动。这例如是冷却液***于定子和转子之间的情况。

此外有利的是，电机设有轴中的流入元件和轴向孔，即电机的转子构造在运行时、特别是在确定的运行状态时导致转子的提高的升温。转子升温提高的运行状态例如可以在运行开始时、在能量输出需要提高的运行阶段时、或者在电机的运行结束时出现。

由此特别是在异步电机中有利的是，即这个异步电机具有带轴向孔的轴，以及流入元件延伸到轴向孔中，以使得转子能通过冷却液体来冷却。

根据本发明的冷却***除了已经提及的优点，此外还具有以下的优点，即根据本发明的电机的冷却可以不依赖于其运行或运行状态利用冷却介质来冷却。

根据本发明的车辆除了已经提及的优点，此外还具有以下的优点，即在静止的车辆中或在具有降低的速度的车辆中，由行车风借助于通过冷却***的冷却来对用于电机的更少的或者说不存在的冷却进行补偿。这由此是可行的，即通过与转子的转速无关地、也就是说与电机的运行无关地能由流入元件和转子的轴线孔来运输冷却介质，由此具有根据本发明的电机的冷却***也可以冷却静止的转子。这也适用于电机用于驱动车辆的情况。

本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。

由此根据本发明的电机的改进方案有利的是，其中电机包括腔体，其布置在轴的开放的端部处，以使得冷却介质、特别是冷却液体能从轴向孔流入该腔体中，并且该腔体在轴向方向上由轴向边缘界定，轴向边缘能实现将冷却介质、特别是冷却液体围绕旋转轴线螺旋形地导入冷却介质出口。冷却介质、特别是冷却液体通过转子在电机运行中的旋转而产生旋流。该旋流被轴向边缘有利地使用，以便将冷却介质、特别是冷却液体沿着轴向边缘导入冷却介质出口中。由此无需或只需要较少的能量，冷却介质、特别是冷却液体因此能流动经过电机、特别是转子。由此实现了对电机的有效冷却。

这个设计方案也能在电机中实现有效率的冷却，这些电机在两个转动方向上围绕旋转轴线运行。电机的运行在确定的应用中通常实现了在这两个转动方向中的一个中占有更大的时间份额。轴向边缘可以这样设计，即对于具有时间份额较大的转动方向而言，轴向边缘能实现将冷却介质、特别是冷却液体围绕旋转轴线螺旋状地导入冷却介质出口中。

轴线边缘在轴向方向上位于腔体的与轴向孔相对布置的侧面上，以便在那里这样地对该腔体限定边界，即冷却介质、特别是冷却液体在这个相对布置的侧面处不能在轴向方向上离开该腔体。

冷却介质出口可以被安置在腔体的径向边缘中，由此冷却介质、特别是冷却液体的轴向边缘借助于离心力导入冷却介质出口中。

冷却介质出口可以经过在腔体的轴向边缘中的缺口延伸到该腔体中。由此冷却介质、特别是冷却液体能够通过轴向边缘无需借助于离心力支持地导入冷却介质出口中。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，流入元件具有轴向开口。由此冷却介质、特别是冷却液体轴向平行于旋转轴线地进入该腔体中或进入轴向孔中。

在根据本发明的电机的另一个有利的实施方案中，流入元件具有输入管，其延伸到轴向孔中。

特别地，输入管这样远地延伸到轴向孔中，即在利用冷却液体冷却时，冷却液体从安置在第二端部的周围环境中的组件附近的流入元件中流出，该第二端部与轴的开放的端部轴向相对置，这些组件几乎如同位于轴的开放的端部附近的组件那样被良好地冷却。这些组件需要被冷却，这是因为其在过于强烈的升温时导致电机的电或机械的故障功能。其升温能导致机械故障功的组件的实例是在轴的第二端部处的用于支承转子的轴承。其升温能导致电故障功能的组件的实例是转子的绕组。

当输入管应该继续延伸到轴向孔中时，这有利地以这样的方式实现，即流入元件设计为输入管。

有利的是在第二端部的附近封闭轴向孔。第二端部因此是封闭的端部。这能实现的是，冷却液体在电机冷却时穿过输入管直至轴向孔的封闭的端部，并且从那里穿过通道能在轴的开放的端部处离开轴向孔，其中该通道通过轴向孔的边缘和输入管的外表面构成。特别地，输入管的外表面能够与轴向孔的边缘一起形成空心圆柱形的通道。空心圆柱形的通道可以在轴的端部处延伸到一个腔体中，该腔体可以是与空心圆柱形的通道同心的空心圆柱形的腔体，以便容纳从轴向孔中流出的冷却液体。在此冷却介质出口可以至少以其横截面的一部分穿过空心圆柱形的腔体的径向边缘的缺口延伸到空心圆柱形的腔体中。由此冷却液体可以穿过轴向边缘无需借助于离心力支持地导入冷却介质出口中。冷却液体经由冷却介质出口离开特别是空心圆柱形的通道或空心圆柱形的腔体。

所确定的是，随着转子的转速增加，根据本发明的电机不是以较大的阻力来抵抗流动的冷却液体，而是该阻力甚至减小。

因此可能的是，根据本发明的电机在转子的高转速情况下，特别是在大约4000转/分钟至20000转/分钟的范围中被有效地冷却。基于转子的高转速，电机在小的结构空间的情况下能够输出高功率。冷却液体根据电机的冷却需求穿过输入管泵入轴向孔中。基于以下的认知，即随着转子转速的增加，特别是在高转速时，根据本发明的电机在冷却液体中引起较小的压力损失，因此冷却液体可以从轴向孔的开放的端部流至与远离的封闭的第二端部，在那里转向并且再次返回流至轴的开放的端部，这在高转速时并不导致对于泵送冷却液体的更高的能量使用。由此对电机的有效冷却是有可能的。基于更少的压力损耗，成本低廉的构造也是可能的，因为冷却液体仅仅从一侧流入到能转动地支承的轴中并且由此流出。

输入管可以基于其简单的形式成本低廉地制造而成。在发动机的静止状态中、也就是说在转子不运动时，冷却液体也无阻碍地泵送穿过输入管以及轴向孔，并且由此在电机的静止状态中提供了有效的冷却可能性。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，输入管的外表面是光滑的表面。基于在冷却液体和输入管的外表面之间的较小的摩擦，冷却在其效率方面被附加地改善。

这例如可以由此成本低廉地实现，即输入管是压铸件。

输入管也可以这样制造，即外表面的算术平均粗糙度比50μm、特别是比3.2μm更好。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，输入管的内表面是光滑的表面。由此在穿过输入管泵送的冷却液体和内表面之间实现了较小的摩擦。由此提供了效率改善的冷却可能性。

输入管的相应的内表面可通过输入管的制造来实现，该制造确保了内表面的算术平均粗糙度比50μm、特别是比3.2μm更好。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，输入管具有高热导率。在管道中流回的冷却介质、特别是冷却液体通过其与轴向孔的边缘的直接接触吸收了转子的废热。管道中的冷却介质越近地靠近轴向孔的开放的端部，那么其温度越高并且从转子经由轴接收的废热会越少。这导致了电机至少在运行中沿着其轴向延伸具有不同的温度。由于输入管具有高导热率，管道中的冷却介质可以将废热也直接穿过输入管传递给位于输入管中的冷却介质。因此沿着电机的轴向延伸实现了其更均匀的温度分布，并且进而能实现更有效的冷却。为此输入管应具有的热导率至少相应于轴的热导率或比其更好。特别是输入管应该由具有比导热率的材料构成，其相应于轴材料的比导热率或比其更好。由此例如对于轴而言可以应用钢，并且对于输入管而言可以应用铝。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，轴向孔的封闭的端部具有传递元件，其在朝向流入元件的侧面上具有用于使冷却介质、特别是冷却液体转向的凹陷部。通过传递元件，压力下降在包括流入元件和轴向孔的冷却介质循环中减少，其原因在于，在冷却介质中涡流保持得很小。在压力下降较小时，在冷却介质循环中需要冷却介质泵的较小功率，并且由此节省能量。当流入元件具有输入管时，该凹陷部可以是环状的。

对于其中流入元件具有输入管的设计方案而言有利的是，凹陷部与旋转轴线旋转对称。

特别是有利的是，这样设计凹陷部，即，使得离心力支持冷却介质的转向。这能由此实现，即凹陷部的边缘这样指向，即由于离心力而被向外压的冷却介质部分获得了轴向运动分量。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，传递元件具有高导热率。因为传递元件在轴中处于这样的一个位置中，其必须满足相对于机械稳定性而言较小的需求，对于传递元件而言，可以与稳定性要求无关地选择高导热率的材料。可以非常大地选择传递元件的厚度、也就是其在旋转轴线方向上的延伸，以使得在传递元件的横截面也能实现高导热率。

因此可以使用铜作为传递元件的材料。

高热导率在这里也理解为，传递元件和轴一样良好地或更好地传导热量。在传递元件和轴的废热所流经的横截面相同时，这意味着，传递元件材料的比导热率等于轴材料的比导热率或比其更好。

有利的是，传递元件具有这样的材料，其不仅具有比轴的材料更高的比导热率，而且也具有更高的热拉伸系数。由此实现的是，在温度较高时，传递元件比轴更显著地延伸，并且因此在温度更高时在传递元件和轴之间存在更好的接触。由此实现了更好的热传递。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，转子包括由第一材料构成的板叠和由第二材料构成的一体浇铸的短路环，该第二材料的比导热率大于第一材料的比导热率，其中一体浇铸的短路环具有固定区域，该固定区域直接连接在轴处。用于转子的板叠的第一材料通过电机的电磁特性来确定。对于板叠而言通常应用电工钢片。作为第一材料因此通常应用铁硅合金。现在公认的是，短路环可以包括第二材料，其比导热率小于第一材料的比导热率，而并不会使得电机的电磁特性变差。特别公认的是，应用用于将转子的废热传递给轴的短路环是有利的。

有利的是，第二材料是铝。

也有利的是，即短路环在轴向方向上位于紧邻传递元件的附近。由此能够利用高导热率的材料在简短的路径上将在轴向孔中的废热传递给冷却介质。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，在收缩环和轴之间布置有固定区域。因为收缩环随着增加的加热延伸了比一体浇铸的短路环的固定区域更小的尺寸，该收缩环抵靠轴挤压固定区域。由此特别是在高温时在一体浇铸的短路环和轴之间保持了接触面积。由此转子的废热可以有利地传递给轴。这能实现有效的冷却。

有利的是，收缩环由这样的材料构成，其至少具有比第二材料小了两倍的线性的延伸系数。作为实例在这里收缩环设计由钢构成。

此外有利地，收缩环具有平衡孔。对于电机的转子而言,在很多情况下必须补偿通过不对称的质量分布而引起的不平衡度。收缩环有利地沿着转子的圆周提供了定义的质量，以使得沿着收缩环的圆周能确定一个的位置，在其中由于取消质量能消除不平衡度。质量的取消能够有利地由钻适当深度的孔来实现。

有利地，能在转子中应用由于将废热从转子经由一体浇铸的短路环导出的有效率冷却可能性，其中铜棒***板叠的槽中。铜棒具有高导热率，以使得将废热有利地从铜棒输送至短路环中，并且在那里以根据本发明的方式经由固定区域能输送至冷却介质中。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，在轴处这样布置密封件和泄漏腔，以使得除了泄漏残余之外，密封件能阻碍冷却介质、特别是冷却液体流入泄漏腔中。密封件和泄漏腔利用冷却液体作为冷却介质能实现对电机的冷却以及进而实现有效率的冷却。在轴处的密封件根本不能满足所有需求。密封件应一方面防止冷却液体渗入并且另一方面不能阻碍轴的转动运动。这些是彼此相互排斥的需求。特别是如果转子以及进而轴以高转速、也就是说在4000和20000转/分钟之间的速度转动，那么密封件经受高磨损，或当这些密封件由更贵的耐磨损材料构成时，阻碍了转子的转动运动。

可以将已知的密封件应用到所有的变体中。密封件例如可以设计为围绕旋转轴线的径向的密封件或者设计为在轴的开放的端部处的轴向密封件。对于密封件而言也可以例如应用密封***，其包括多个部件，这些部件相互作用，以便能防止除了泄漏残余之外，冷却介质、特别是冷却液体流入泄漏腔中。

通过将泄漏腔布置在密封件的后面，在这些需求中可能的是，利用冷却液体来实现有效率的冷却。因为作为渗入密封件和轴之间的泄漏残余的冷却液体到达至泄漏腔中。冷却液体在轴承中导致机械故障的概率减小或在转子的以及定子的绕组中导致电故障的概率减小。由此在轴中尽管应用了流动的冷却液体，但还是能够保证在电机中对于电机的功能而言足够的寿命。

泄漏腔可以具有这样的尺寸，其不取决于密封件地这样设置，以使得其超过规定的寿命也能容纳在密封件和轴之间穿流的冷却液体。由此泄漏腔有利地能阻碍冷却液体流入壳体中、特别是轴承中、转子绕组中或流入定子绕组中，泄漏腔不必须具有用于流出冷却液体的开口。

泄漏腔也可以具有用于流出冷却液体的开口。由此泄漏腔能设计地更小些，并且不必做出关于电机的寿命的假设，以便相应地确定泄漏腔的尺寸。

泄漏腔也可以具有能移除的封闭装置。由此有利地可以在泄漏腔外溢之前，在那里收集的冷却液体通过移除封闭装置而排出。封闭装置可以在泄漏腔有威胁的外溢之前或者在维修的范畴中被移除，以便能将已经收集的冷却液体从电机中排出。紧接着可以利用封闭装置再次封闭泄漏腔。

泄漏腔可以通过电机的组成部件部分地限定边缘。这些组成部件例如是轴承座或密封件保持装置。作为其中布置有轴承的腔体的分离装置的隔板也可以对泄漏腔限定边缘。随后，隔板有利地形成另外的障碍，冷却液体必须克服该另外的障碍以便进到轴承中、到达转子或定子。隔板可以形状配合地或力传递地固定在电机的壳体中、流入元件的支架中或轴承座中。隔板也可以一体地与壳体、流入元件的支架或轴承座连接。隔板可以设计为盖板。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，密封件这样布置在轴处，以使得流体能作用在密封件的朝向流体的表面上用于减小泄漏残余流入。由此较少的冷却介质到达泄漏腔中。

流体可以这样作用在朝向流体的表面上，以使得密封件压向轴。当密封件是密封***时，该密封***包括多个部件，其相互作用，以便除了泄漏残余之外，能阻碍冷却介质、特别是冷却液体流入泄漏腔中，那么流体可以作用在朝向流体的表面上，以使得不同的部件相互挤压。

当冷却液体基于保持元件不能作用在密封件的朝向流体的表面上时，那么流体是气体、特别是空气，其位于在保持元件和密封件之间的空心腔体中。在此情况下，保持元件位于轴向孔的自由的端部和空心腔体之间。保持元件阻碍或者说避免了冷却液体渗入空心腔体中。保持元件可以是密封件、特别是缝隙密封件。

当不存在保持元件时，冷却液体在密封件旁导向经过并且将其压向轴。在这种情况下流体是冷却液体。

在这两种情况下，随着转子的转速增加，特别是在发动机高转速时，流体的增强的压力作用在密封件上。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，泄漏腔至少部分地通过轴的径向表面限定边缘，并且在轴的径向表面处存在离心盘。离心盘这样与轴连接，以使得其通过轴的转动而进行运动。通过离心盘的运动，在密封件和轴之间穿过渗入的冷却液体向着泄漏腔的边缘离心，以使得冷却液体不能渗入电机中、特别是不能渗入轴承、转子或定子中。在泄漏腔的边缘处收集渗透的冷却液体，其可以保存在该处或能经由泄漏腔的开口流出。

特别是这样设计离心盘，从而将冷却液体、特别是冷却液体滴通过在离心盘转动时出现的离心力径向地输送至离心盘的外边缘并且在那里被离心盘抛掷。

冷却液体或冷却液体滴可以特别是由此到达离心盘上，即其在轴的径向的表面处沿着流至离心盘。

通过轴中的直径差异可以形成离心盘。该直径差异可以由轴中的槽或凸肩构成。它们可以非常简单地在车床上在轴处产生。

离心盘也可以具有大直径并且由此附加地如同罩一样遮盖在电机的内部腔体中的轴承或开口。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，从轴的开放的端部沿着旋转轴线看，在转子之前布置有密封件，并且在密封件之后布置有泄漏腔，其中泄漏腔至少部分地由轴的和密封件的径向表面限定边缘。由此在密封件的后面布置泄漏腔，其至少部分地由轴的和密封件的径向表面限定边缘，利用冷却液体作为冷却介质能实现对电机的节省腔体的冷却，由此实现了对电机的有效冷却。

在根据本发明的电机的另一个有利的设计方案中，密封件这样布置在轴处，以使得流体能作用在密封件的朝向流体的表面上，其比密封件的朝向泄漏腔的表面离轴向孔的开放的端部更近，以使得流体能将密封件压向轴。通过流体将密封件压向轴，由此更少的冷却液体可以在密封件和轴之间穿流并且由此流入泄漏腔中。

当冷却液体由于保持元件不能作用在密封件的朝向流体的表面上时，流体是气体、特别是空气，其位于在保持元件和密封件之间的空心腔体中。在这种情况下保持元件位于轴向孔的开放的端部和空心腔体之间。保持元件阻碍或避免了冷却液体渗入空心腔体中。保持元件可以是密封件、特别是缝隙密封件。

当不存在保持元件时，冷却液体在密封件旁引导经过并且将其压向轴。在这种情况下流体是冷却液体。

在这两种情况下随着转子的转速增加，特别是在发动机高转速时，流体的增强的压力作用在密封件上。

在这两种情况下，在冷却液体中的压力越高，那么密封件被更强烈地压向轴。

密封件可以在朝向流体的表面上具有凹陷部，其改善了通过流体将密封件压向轴的情况。

密封件也可以具有弯曲的区域，其能实现改善了通过流体将密封件压向轴的情况。弯曲的区域也可以是备用件，其在密封件的磨损时调整，以使得密封件尽管有磨损总是还良好地抵靠在轴处。

在根据本发明的冷却***的另一个有利的设计方案中，冷却循环包括用于将冷却介质从冷却介质泵传输至电机的冷却介质出口以及将冷却介质从电机的冷却介质出口传输至冷却介质泵的冷却介质泵。不取决于电机的运行地利用冷却介质泵通过冷却介质循环来传输冷却介质。因此借助于冷却介质泵设定对于有效冷却所必需的冷却介质的、也就是说冷却介质的体积流的流速，用于引导出废热。

在根据本发明的冷却***的另一个有利的设计方案中，冷却介质包括水和防冻介质。由此基于冷却介质的高热容而实现了有效冷却。在低温度中因此少量能量也足以用于传输冷却介质。这能实现对电机的有效冷却。

防冻介质是有利的，其避免了或仅仅以很小的程度地允许冷却***的、特别是在电机中的腐蚀。因此防冻介质特别是较少地保持或避免了对电机的组成部件的腐蚀，其具有钢作为材料。

根据本发明的车辆的有利的设计方案包括根据本发明的冷却***。

附图说明

结合以下对联系附图示出以及详细地阐述的实施例的说明来使得前面描述的本发明的性质、特征以及优点以及如何使其实现的方式和方法变得更加清楚以及容易理解。在此示出：

图1是电机的第一实施例，

图2是根据在具有根据本发明的电机的冷却***中的转速所测量的压降，

图3是图1中在轴的开放的端部的周围的放大的部分区域，

图4是电机的另一个实施例，其中示出围绕轴的开放的端部的区域，

图5是冷却***的一个实施例，

图6是车辆的一个实施例。

具体实施方式

图1示出了电机1的一个实施例，电机包括定子2和转子4。定子2固定在壳体101中。通过用轴承8将轴5支承在壳体101中，实现将转子4围绕旋转轴线3能转动地支承住。轴承8在这个实施例中是球轴承。

为了冷却将冷却液体15用作冷却介质15，其由水和乙二醇水溶液防冻剂以比例50:50来构成。

轴5具有轴向孔6，在轴上固定有转子4。流入元件7从轴5的开放的端部延这样伸入轴向孔6中，以使得冷却液体15能从流入元件7流入轴向孔6中。流入元件7具有输入管9，其固定在流入元件7的支架37中。支架37固定在电机1的壳体101上。

箭头21确定了电机1的轴向方向。箭头22确定了电机1的径向方向。

为了冷却电机1，冷却液体15经过冷却介质入口34流入输入管9中。在输入管9中，冷却介质15在轴向孔6的封闭的端部的方向上流动，在那里其从输入管9中流出并且通过传输元件13转向。传输元件13为此具有凹陷部14，其相对于旋转轴线3旋转对称地设计，以使得冷却液体具有仅仅较少的通过冷却液体的转向而引起的涡流。传输元件13由铝构成，以使得其能够以良好的程度地将废热传输给冷却液体15，废热在轴向孔6的边缘12处或在轴向孔6的封闭的端部处被吸收。轴5以传统的方式由钢制成。由于传输元件13相对于轴5的常规钢具有更大的热膨胀系数，因此传输元件压向轴向孔6的边缘12，以使得随着温度升高在轴向孔6和传输元件13之间存在更好的热传递。在冷却介质液体15通过传输元件13转向之后，冷却液体15流入空心圆柱形的通道31中，该通道由轴向孔6的边缘12和输入管9的外表面10构成。在轴5的开放的端部处，冷却液体15然后从空心圆柱形的通道31流入空心圆柱形的腔体32中。由此，冷却液体15穿过冷却介质出口33离开空心圆柱形的腔体32，该冷却介质出口利用其横截面的一部分穿过空心圆柱形的腔体32的径向边缘的缺口延伸到空心圆柱形的腔体32中。

转子4具有板叠16以及布置在板叠16的槽4中的铜棒23。铜棒由通过铝一体浇铸的短路环17短接。在图1中在径向方向上除了铜棒23以外的剩余横截面以另一种阴影线示出作为短路环17。槽4的剩余横截面能与短路环17的一体浇铸无关地浇铸、或者在利用铝来一体浇铸短路环17时浇铸。

一体浇铸的短路环17具有固定区域18。其直接连接在轴5上。也就是说，短路环17的表面在固定区域18的附近接触轴5的表面。为了确保在短路环17和轴5之间在大温度区域上的该接触，收缩环19这样布置在短路环17上，以使得固定区域18位于收缩环19和轴5之间。收缩环19由钢构成，其随着温度的升高比短路环17的铝更小地膨胀。收缩环19在转子平衡时用于引入平衡孔20。平衡孔20的数量和深度以及其在收缩环上的布置取决于转子4的单独的载荷。

如果现在转子4的组成部件、特别是短路棒23在电机1运行时发热，那么废热经由铜棒23的良好的导热率传输至短路环17中，并且由短路环17经由其固定区域18传输至轴5中。

对于短路环17来说这在图1中由箭头35再现，其表示热传递到传递元件13中的方向。冷却液体15从传递元件13吸收废热并且可以将其输送至冷却介质出口33。

在另一个短路环17中，热量从轴5直接传递至冷却液体15，这如箭头36所示。

输入管9是由铝构成的压铸件。通过铝的良好导热率，实现了对轴5沿着旋转轴线3的均匀冷却。冷却液体15在空心圆柱形的通道31中所吸收的废热则可以通过输入管9的良好导热率以更高的程度传递至在输入管9内部的冷却液体15。通过使来自空心圆柱形的通道的冷却液体经过输入管9的铝已经吸收的一定量的废热，由此在输入管9内部在轴向孔6的开放的端部附近的相对冷的冷却液体15支持了在空心圆柱形的通道31中的冷却液体15。

图3示出图1中在轴5的开放的端部的周围的放大的部分区域。

在与轴向孔6相对布置的侧面上看轴向边缘320，其界定了空心圆柱形的腔体32，并且其能使得螺线地将冷却介质15、特别是冷却液体15围绕旋转轴线3从轴向边缘320的轴向上布置在轴5附近的部件321传导至轴向边缘320的轴向上远离轴5地布置的部件322。由此冷却介质15沿着轴向边缘320引导到冷却介质出口33中。

冷却介质出口33经过在空心圆柱形的腔体32的径向边缘324中的缺口延伸到空心圆柱形腔体32中。这在图3中能识别出，即冷却介质出口33的边缘323位于空心圆柱形腔体32之中。

在图1和在图3中看出泄漏腔25，其至少部分地通过轴5的径向表面26和密封件27限定边缘。在图1和3中也看出离心盘28以及排出开口29，在泄漏腔25中收集的冷却液体15能经过该排出开口排出。

离心盘28引起轴5的冷却液体15离心。离心盘28通过轴5中的槽301和凸肩30形成。凸肩30具有附加形成的槽。密封件27这样布置在轴5上，即冷却液体15能够挤压密封件27抵靠轴5。

此外图3示出，泄漏腔通过隔板39部分地限定边缘。隔板39将泄漏腔体与其中布置有轴承8的腔体分开。隔板由此有利地形成另外的障碍，冷却液体15必须克服该另外的障碍进入轴承8，以便进到轴承8中、到达转子4或定子2。

图4示出电机1的另一个实施例，其中示出围绕轴5的开放的端部的区域。图4在此仅仅示出电机1的局部图，其相对于图1的电机的实施例有所变化。电机的所有其余的组成部件如在图1中实施的那样。

冷却液体15经由冷却介质入口45渗入流入元件7的支架437中，并且从那里到达输入管9中。在冷却液体流经输入管9之后，其经过传递元件13转向流入空心圆柱形的通道41。从这个通道冷却液体15经由空心圆柱形的腔体42流入冷却介质出口43中。

在与轴向孔6相对的侧面上看轴向边缘420，其限定了空心圆柱形的腔体42，并且其能实现螺线地将冷却液体15围绕旋转轴线3从轴向边缘420的轴向靠近轴5布置的部件421引导至轴向边缘420的轴向远离轴5布置的部件422。由此将冷却介质15沿着轴向边缘420引导入冷却介质出口43中。

冷却介质出口43安装在空心圆柱形的腔体42的径向边缘424中，由此轴向边缘420借助于离心力引导冷却介质15进入冷却介质出口43中。

在图4的实施例中，在轴5到支架437的过渡处设有以空隙密封件49形式的保持元件。密封件27由空气340挤压抵靠轴15，该空气位于在保持元件、也就是说空隙密封件49和密封件27之间的空心腔体中。

离心盘48在这个实施例中设计具有深入达到泄漏腔45中的大直径。由此离心盘48的任务不仅包括使渗入的冷却液体深入地离心进入泄漏腔45中，还遮盖了用于轴承8的隔板409的保留的开口。

泄漏腔在这个实施例中由封闭件451封闭，由此在泄漏腔中的收集位置46处收集冷却液体15，并且其在必要的维护措施的范畴中能通过去除封闭件451而流出。

图2示出在具有根据本发明的电机1的冷却***50中根据电机1的转子的转速n_测量的测量压降△p_测量。在根据图4的实施例的第一构造中确定出测量点。

图2示出，压降并不随着转速增加而升高。更确切地说测量点示出，甚至压降从大约4000转/分钟的转速起开始减少。

图5示出冷却***50的实施例。冷却***50包括用于将冷却液体15传输通过轴向孔6的冷却介质循环55。冷却介质循环55包括用于将冷却液体15从冷却介质泵52传输至电机51的冷却介质入口54以及将冷却液体从电机51的冷却介质出口53传输至冷却介质泵52的冷却介质泵52。

由此冷却介质泵52将冷却液体15从冷却介质泵52泵送至电机51的冷却介质入口54并且从那里经由冷却介质出口53再次返回至冷却介质泵52。

冷却介质入口54在图1，3和4的实施例中与具有参考标号34和44的相同示出的冷却介质入口连接，以使得冷却液体能流入输入管9中。与此类似地，冷却介质出口53与具有参考标号33和43的同名的冷却介质出口连接。

图6示出车辆61的实施例。车辆61是机动车辆，其由电机1驱动地在方向63上以第一速度行驶。这导致，行驶风62扫过在车辆61中或其上固定的电机52。这导致，电机52在一定程度上被冷却。此外电机52由冷却***50来冷却。能通过电机52的根据本发明的实施方式与电机52的运行或运行状态无关地冷却冷却***50。

在图4的实施例中，在轴5至支架437的过渡处，替代以空隙密封件49形式的保持元件也可以设有轴向密封件，其包括两个彼此相对挤压的部分。那么可以取消密封件27或保持其为附加的密封件。

尽管本发明细节上由优选的实施例详细地阐述以及描述，但是本发明不仅仅局限于所公开的实例，并且其他的变体可以由专业人员推导出，这并不脱离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机(1，51)、特别是异步电机，包括

-定子(2)，

-能围绕旋转轴线(3)旋转支承的转子(4)，所述转子在所述电机(1，51)运行时与所述定子(2)磁性地共同作用，

-轴(5)，所述转子(4)固定在所述轴上并且所述轴具有轴向孔(6)，

-流入元件(7，47)，所述流入元件延伸到所述轴向孔(6)中，以使得冷却介质(15)、特别是冷却液体(15)能从所述流入元件(7，47)流入所述轴向孔(6)中。

2.根据权利要求1所述的电机(1，51)，其中，所述电机(1，51)包括腔体(32，42)，所述腔体布置在所述轴(5)的开放的端部处，以使得所述冷却介质(15)、特别是所述冷却液体(15)能从所述轴向孔(6)流入所述腔体(32，42)中，并且所述腔体(32，42)在轴向方向上由轴向边缘(320，420)界定，所述轴向边缘能实现将所述冷却介质(15)、特别是所述冷却液体围绕所述旋转轴线(3)螺旋形地导入冷却介质出口(33，43)中。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电机(1，51)，其中，所述流入元件(7，47)具有输入管(9)，所述输入管延伸入所述轴向孔(6)中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电机(1，51)，其中，所述轴向孔(6)的封闭的端部具有传输元件(13)，所述传输元件在朝向所述流入元件(7，47)的侧面上具有用于使所述冷却介质(15)、特别是所述冷却液体(15)转向的凹陷部(14)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电机(1，51)

-其中，所述转子(4)包括由第一材料构成的板叠(16)和由第二材料构成的一体浇铸的短路环(17)，所述第二材料具有比导热率，所述比导热率大于所述第一材料的比导热率，

-其中，一体浇铸的所述短路环(17)具有固定区域(18)，所述固定区域直接连接在所述轴(5)处。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电机(1，51)，其中，在所述轴(5)处布置有密封件(27)和泄露腔(25)，除了泄露残余物之外，所述密封件(27)能阻碍所述冷却介质(15)、特别是所述冷却液体(15)流入所述泄露腔(25)中。

7.根据权利要求6所述的电机(1，51)，

-其中，所述泄露腔(25)至少部分地由所述轴的径向表面(26)限定边缘，

-其中，在所述轴的所述径向表面(26)处存在离心盘(28)。

8.根据前述权利要求6至7中任一项所述的电机(1，51)，其中，所述密封件(27)布置在所述轴(5)处，以使得流体(15，340)为了减少所述泄露残余物的流入而能作用在所述密封件(27)的朝向所述流体(15，340)的表面上。

9.一种冷却***(50)，包括根据权利要求1至8中任一项所述的电机(1，51)和用于运输所述冷却介质(15)、特别是所述冷却液体(15)穿过所述轴向孔(6)的冷却介质循环(55)。

10.一种车辆(61)，包括根据权利要求9所述的冷却***(50)。