CN104638838A - 具有集成到壳体中的冷却通道的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机，所述电机具有转子、定子和围绕的壳体。在壳体中构造有冷却剂入口、冷却剂出口以及将它们连接起来的冷却通道。壳体在此由两部分构造：形成内壁的壳体内部件和形成外壁的壳体外部件（图中被切去）。销栓从壳体件之一一体地伸向其中另一个壳体件并且如此构造使得销栓直接与所述其中另一个壳体件邻接。一方面销栓能够用于改进穿流的冷却剂和围绕冷却通道的壳体之间的热传递。另一方面销栓能够有利于例如管状壳体外部件机械地支撑在罐状壳体内部件上。当壳体如所述那样由两部分构造时，这两个壳体件都能简单地得以制造并且还能够带有小尺寸的销栓进行生产。总的来说能够实现薄壁的壳体并且由此实现更小的结构空间及更小的重量。

Description

具有集成到壳体中的冷却通道的电机

技术领域

本发明涉及一种电机，所述电机具有壳体，冷却通道被集成到所述壳体中。

背景技术

电机能够为各种目的用作电动机或者发电机。尤其当在结构空间小时电机应实现高的电动机模式的和/或发电机模式的功率时，会有必要对所述电机进行有效地冷却，以便能够导出例如由于效率损耗而产生的热。有效的冷却例如对永磁电机而言能够是重要的，因为对永磁电机而言过高的温度会促使其中安装的永磁体加速消磁。此外，用于有待使用的磁性材料的通常的成本随着其可能的使用温度范围提高。

因此研究出一种电机，在所述电机上定子和围绕定子的转子被壳体围绕，其中在所述壳体中设置有冷却通道，经由冷却剂入口进来的冷却剂能够通过所述冷却通道被导向冷却剂出口。在此，所述壳体大多如此构造，从而使得冷却通道回形纹地沿着所述壳体的柱形罩或者沿着沿所述壳体的柱形罩的轴向相互平行构造的肋延伸，这例如在DE 101 41 693 A1中得以说明。此外在DE 10 2009 047 215 A1中描述了一种电机，在所述电机中在冷却通道中设置有形式为小销栓的热传递器件，从而改进穿流的冷却剂和所述壳体之间的热传递。

发明内容

本发明的实施方式实现了，电机装备有有效的冷却部，其中所述冷却部被集成到所述电机的壳体中并且所述壳体在此不仅能够简单且价格低廉地得以制造还能够负责对由所述壳体围绕的定子和转子进行有效的、尤其均匀的冷却。

根据本发明的一方面提出一种电机，所述电机具有转子、围绕所述转子的定子以及围绕所述定子的壳体。在所述壳体中构造有冷却剂入口、冷却剂出口和将所述冷却剂入口和所述冷却剂出口沿周向连接起来的冷却通道。在所述冷却通道中在所述壳体的内壁和所述壳体的外壁之间布置有多个销栓。所述电机的特征在于，所述壳体由两部分构造，即形成内壁的壳体内部件和形成外壁的壳体外部件。所述销栓在此与所述壳体部件之一是一体的（也就是说要么与所述壳体内部件是一体的要么与所述壳体外部件是一体的）并且基本上沿径向朝向其中另一个壳体部件延伸地构造。在此，所述销栓应直接邻接（也就是以机械接触的方式贴靠）到所述其中另一个壳体件上（也就是说相应地邻接到所述壳体外部件或者说壳体内部件上）。

此外，本发明的实施方式的构思能够视作基于下面所描述的认识和想法。

首先，应为电机设计出带有集成的冷却通道的壳体，所述壳体具有高的冷却功率并且能够尽可能以传统的并且广泛流行的生产方法来制造。提升的冷却功率能够实现电机的提升的持久功率、用于有待应用在所述电机中的永磁体的更低的成本和/或更小的结构尺寸以及由此得到的电机的更小的重量。

在传统的电机中，有待配备冷却通道的壳体大多作为一体的构件来制造，例如作为复杂的铝铸件。这种一体的壳体能够实现构造在其中的冷却通道的可靠的密封性以及有待在其中导流的冷却剂和有待冷却的定子之间良好的热传递。但是应该注意到，构造所述冷却通道所能够利用的几何形状受到很大约束，所述约束来自于为了制造这种一体式的壳体所使用的生产方法。所述冷却通道例如不能以细小的结构构造在所述壳体的内部中。

在此提出，所述壳体由两部分构造。在此，壳体内部件应形成所述壳体的内壁或者说有待集成到所述壳体中的冷却通道的内壁，并且壳体外部件应形成与此互补匹配的外壁。所述壳体内部件例如能够构造成罐状并且所述壳体外部件例如能够构造成管状。

换句话说，所述壳体内部件例如能够构造为柱状的部件，在其一个端部上设置有底盘，所述底盘法兰状地径向向外伸出所述柱状的部件。所述壳体外部件同样能够构造为柱状并且具有管状的几何形状。所述柱状的部件尤其能够是圆柱状的并且为了形成壳体优选相互同轴地布置。在此，从所述罐状的壳体内部件径向向外伸出的底部能够向外密封地封闭所述壳体内部件和所述壳体外部件之间形成的空腔的端侧。这个空腔的对置的端侧例如能够借助匹配的另外的部件或者密封环来密封。能够有利的是，将所述壳体内部件和所述壳体外部件之间的径向间距选择得尽可能小，从而能够良好地引导有待在位于其间的中间腔中导引的冷却剂流并且从而能够使所述壳体有高的机械稳定性。

在所述壳体内部件和所述壳体外部件之间设置有多个销栓，所述销栓在所述壳体的内壁和外壁之间延伸。所述销栓在此与所述两个壳体部件之一一体地构造并且从该壳体部件伸向其中另一个壳体部件。在此如此设计所述销栓以及所述壳体部件的尺寸，使得所述从其中一个壳体部件伸出的销栓延伸到其中另一个壳体部件上并且直接邻接到所述另一个壳体部件上。所述销栓例如能够一体地设置在壳体内部件上并且向外伸出并且在所述壳体外部件处贴靠在通过所述壳体外部件形成的外壁上。由此能够相对于所述壳体内部件稳定地定位并且保持所述壳体外部件。

此外，所述销栓用于提升由所述冷却剂穿流而过的壳体的冷却功率。所述销栓横穿所述冷却通道并且由此被穿过所述通道流动的冷却剂环流。此外，因为所述销栓要么一体地构造在壳体内部件上，要么至少直接机械地邻接在所述壳体内部件上，所以例如从定子向所述壳体内部件传递的热量能够经由所述销栓良好地排出到穿流而过的冷却剂上。

在此，所述壳体的两部分的结构能够使所述销栓能够以对于热传递有利的布置方式来构造。当壳体按传统方式由单部分构成时，位于冷却通道内部的结构一般以相对较大的尺寸来构造，而当壳体由两部分构造时则能够更加细小地构造这种随后位于组装好的壳体内部中的结构。

所述销栓例如能够以大于每平方米100个销栓、优选大于每平方米1000个销栓的密度来布置。相邻销栓之间的最大间距例如能够小于100mm、优选小于30mm。在冷却通道内部以这样紧密相邻的布置方式构造多个销栓或者说小销栓，看来不可能以传统的制造方法并且尤其以一体式构造壳体来实现。

此外，以尽可能简单的方式将销栓构造在所述壳体部件上能够以以下方式来实现，即布置在冷却通道内部的销栓的面密度在冷却剂入口附近处选择得比在冷却剂出口附近处更小。换句话说，所述销栓不需要在所述壳体的周边均匀地分布布置而是能够不均匀地布置，其中在冷却剂出口附近处比在冷却剂入口附近处能够配置更大数量的销栓并且由此设置更大的销栓面密度。

因此能够考虑到下述状况：在所述冷却通道中经由所述冷却剂入口引入的冷却剂首先更冷并且因此具有更强的冷却效果，从而在这个区域中少量的用于改善冷却的销栓就足够；反之已经朝向所述冷却剂出口流向远处之后的冷却剂由于此处出现的热交换已经具有了更高的温度并且由此在冷却剂出口附近处具有更小的冷却效果，从而在这个区域中更多的销栓或者说更大的销栓面密度则是有利的。

能够有利的是，所述壳体内部件和/或所述壳体外部件由铝构造。铝制壳体一方面在具有高机械稳定性的同时具有微小的重量并且另一方面能够由于铝的高导热性能将热量从定子良好地导出到穿流而过的冷却剂上。然而尤其所述壳体外部件也能够替代地由其他材料、例如不锈钢制成。

所述壳体内部件和/或壳体外部件尤其能够构造为铝铸件。铝铸件具有高机械强度并且通常情况下能够相对简单地制造。但是对构件、如迄今为止的具有内置空腔的一体式壳体而言，以铝铸造也很难构造小的结构、例如小尺寸的销栓。对这里提出的由两部分构造的壳体而言，不仅所述壳体内部件而且所述壳体外部件都能够分别简单地制造成铝铸件，其中要设置的销栓能够不在内部的空腔中构造而是置于外部来构造并且因此也能够构造形式为小销栓的结构。作为替代方案，所述壳体外部件也能够不同地构造，例如构造为挤压型材或者挤压型管。

在此能够有利的是，在所述壳体内部件或者所述壳体外部件的罩段上以延伸方向相互平行地构造多个销栓。优选所有要设置在壳体内部件或者说壳体外部件上的销栓都能够以延伸方向相互平行地构造。相互平行地延伸的销栓能够以铸铝方法特别简单地制造，因为所述销栓通过在铸造中使用的铸模形成并且所述铸模此后能够以简单的方式沿所述销栓的延伸方向脱出。

为了使经由所述冷却剂入口输送的冷却剂流入量能够有利地分布在冷却通道内部，能够在冷却通道中在冷却剂入口附近处设置合适的导肋。所述导肋能够长形地从冷却剂入口附近的区域延伸到远离冷却剂出口的区域。所述导肋在此能够在冷却通道的整个高度上或者在冷却通道的部分高度上延伸。

在此指出，本发明的可能的特征和优点在此参照不同的实施方式得以说明。本领域技术人员知道，所述特征能够以合适的方式组合或者互换。

附图说明

下面参照附图描述了本发明的实施方式，其中无论说明书还是附图都不局限本发明。

图1示出了穿过电机的剖视图；

图2示出了用于传统的电机的壳体的透视图；

图3示出了按照本发明的电机的壳体的透视图；

图4示出了按照本发明的电机的壳体的剖视图；

图5（a）、5（b）示出了用于按照本发明的电机的壳体的冷却销栓的可能的布置方式；

图6示出了用于按照本发明的电机的壳体的冷却销栓的替代形式；

图7示出了穿过用于按照本发明的电机的壳体的壳体内部件的剖视图；

图8示出了穿过用于按照本发明的电机的壳体的替代的壳体内部件的剖视图；

图9示出了穿过按照本发明的电机的壳体的冷却剂流的剖视图。

所述图示仅仅是示意性的并且不遵循比例。

具体实施方式

图1示出了电机1的剖视图。内置的转子3由定子7围绕，其中转子3具有由该转子驱动的轴5。所述定子7通过小间隙6与所述转子3隔开。在所述定子7周围设置有壳体9。所述壳体9在此紧紧贴靠在所述定子7的外表面上并且例如挤压或者热压到所述定子的外表面上。

在所述壳体9中设置了冷却通道11，在所述冷却通道中能够通过冷却剂入口15输入冷却剂并且随后将其沿着所述壳体9的周向导流至冷却剂出口13。

图2透视地示出了传统的电机的壳体9。所述壳体9在此通过切去外置的罩面的方式示出，从而能够示出在内部回形纹状延伸的冷却通道11。所述冷却通道11径向内部由内壁17限定并且径向外部由外壁19（图2中切去）限定。在所述内壁17和所述外壁19之间围出的空腔21中，所述冷却通道11得以延伸，其中通过合适的隔片23使所述冷却通道内的冷却剂流形成期望的回形纹状。包括内壁17和外壁19以及其间布置的隔片23在内的整个壳体9在此一体地构造，由此所述隔片23必然要构造成相对粗大的结构。

图3和4示出了用于按照本发明的电机的壳体9的透视图以及极其示意性的剖视图。内置的冷却通道11在此也由内壁17和外壁19限定。然而这两个壁17、19由两个单独的构件构成。所述内壁17是壳体内部件25的一部分，而所述外壁19通过壳体外部件29形成。这两个壳体部件25、29基本上圆柱形地并且互相同轴地布置。在所述壳体内部件25上法兰状的底部件27构造在一个端面上，所述底部件朝向该端面密封了所述内壁17和所述外壁19之间所占据的空腔21。

销状的销栓31从所述壳体内部件25从其内壁17径向向外伸向所述壳体外部件29并且直到邻接到所述外壁19上。所述管状的壳体外部件29通过这些销栓31径向支撑在所述壳体内部件25上。所述销栓31在此如此之多并且相互紧紧间隔地设置，从而实现了将壳体外部件29均匀地、稳定地支撑在壳体内部件25上。

此外，在所述冷却剂入口15附近设置了细小的导肋33，所述导肋将有待流入的冷却剂沿轴向分配在所述冷却通道11内部。

在图5a和5b中示出了销栓31的布置方式的不同可行方案。

在图6中示出了销栓31的形式的不同可行方案。所述销栓的横截面例如能够是圆形的、椭圆形的、矩形的、类矩形的、菱形的、三角形的等等。

在图7和8中示出了穿过壳体内部件25连同其上伸出的销栓31的剖视图。在图7中示出的例子中，壳体内部件25的罩段35的多个销栓31分别相互平行地构造。此外，多个销栓31关于经过所述壳体内部件25的或者所述壳体外部件29的中点延伸的平面镜面对称地布置。带有这样相互平行构造的销栓31的壳体内部件25能够简单地通过铸铝来制造，其方式为在用于向外限定的铸模中设置相应的空腔，所述空腔应形成所述销栓31，其中在每个所述空腔中设置各自的模子并且所述模子在填充的铝凝固之后能够沿着箭头37向外脱出。在图8中示出的例子中，所述壳体内部件25的所有销栓31相互平行地构造。

在图9中示意性地示出了穿过构造在壳体9中的冷却通道11的冷却剂流。冷却剂通过冷却剂入口15输入并且在这个位置还相对较冷。因此销栓31的面密度在所述冷却剂入口15附近的区域内能够选择得较小。所述冷却剂随后穿过所述冷却通道11逆时针流向冷却剂出口13，在这个过程中不断吸收来自定子的热能并因此变热。相应地，销栓31的面密度同样朝向所述冷却剂出口13增大。

Claims (11)

1.电机（1），具有：

转子（3）；

围绕所述转子（3）的定子（7）；

围绕所述定子（7）的壳体（9）；

其中在所述壳体（9）中构造有冷却剂入口（15）、冷却剂出口（13）和将所述冷却剂入口（15）与所述冷却剂出口（13）沿周向连接起来的冷却通道（11）；

其中在所述冷却通道（11）中在所述壳体（9）的内壁（17）和所述壳体（9）的外壁（19）之间布置有多个销栓（31），

其特征在于，

所述壳体（9）由两部分构成：形成所述内壁（17）的壳体内部件（25）和形成所述外壁（19）的壳体外部件（29），并且

其中所述销栓（31）与所述壳体件（25、29）之一是一体的并且基本上沿径向朝向其中另外的壳体件（29、25）延伸并且直接邻接到所述另外的壳体件上。

2.按权利要求1所述的电机，其中布置在所述冷却通道（11）中的销栓（31）的面密度在所述冷却剂入口（15）附近小于在所述冷却剂出口（13）附近。

3.按权利要求1或2所述的电机，其中所述壳体内部件（25）构造成罐状并且所述壳体外部件（29）构造成管状。

4.按权利要求1至3中任一项所述的电机，其中所述销栓（31）以大于每平方米100个销栓的密度来布置。

5.按权利要求1至4中任一项所述的电机，其中相邻的销栓（31）之间的最大间距小于10 cm。

6.按权利要求1至5中任一项所述的电机，其中多个销栓（31）在所述壳体内部件（25）的或者所述壳体外部件（29）的罩段（35）上关于所述销栓的延伸方向相互平行地构造。

7. 按权利要求1至5中任一项所述的电机，其中所述壳体内部件（25）的或者所述壳体外部件（29）的全部销栓（31）关于所述销栓的延伸方向相互平行地构造。

8.按权利要求1至7中任一项所述的电机，其中所述多个销栓（31）关于经过所述壳体内部件（25）的和/或所述壳体外部件（29）的中点延伸的平面镜面对称地布置。

9.按权利要求1至8中任一项所述的电机，其中所述壳体内部件（25）和/或所述壳体外部件（29）由铝制成。

10.按权利要求1至9中任一项所述的电机，其中所述壳体内部件（25）和/或所述壳体外部件（29）构造为铝铸件。

11.按权利要求1至10中任一项所述的电机，其中在所述冷却通道（11）中邻近所述冷却剂入口（15）处，导肋（33）构造用于分配通过所述冷却剂入口（15）输送的冷却剂流入量。