CN105375689B - 具有第一循环和第二循环的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(10)，具有能由第一工作流体穿流的第一循环(18)和能由第二工作流体穿流的第二循环(20)。在此，第一循环(18)和第二循环(20)密封地设计。本发明的目的在于，特别良好地冷却电机。为此，第一循环(18)和第二循环(20)具有共同的热交换面(26)，其中，该热交换面(26)设计为，通过热交换面(26)能够将热能从第一循环(18)的第一工作流体传递到第二循环(20)的第二工作流体上或者相反地从第二工作流体传递到第一工作流体上。

Description

具有第一循环和第二循环的电机

技术领域

本发明涉及一种电机，具有能由第一工作流体穿流的第一循环和能由第二工作流体穿流的第二循环。在此，第一循环和第二循环密封地设计。此外，本发明还包括一种用于冷却电机的方法，其中第一循环由第一工作流体穿流并且第二循环由第二工作流体穿流。

背景技术

在将电机、例如电动机中的电能转换成机械能时，产生了热量形式的损失。该热损失必须被排出，以避免电机的过热和损坏。此外，热量的排出能够引起更优的效率。

当今，变流器和电动机的冷却***由以下冷却循环构成，在该冷却循环中循环有冷却剂混合物，该混合物吸收了热损失并且将其输出到工作介质、例如周围环境空气处。如果电机具有转子集成(rotorintegriertes)的、利用油来冷却的变速箱，那么为此需要具有两个热交换器的两个冷却循环，即电动机冷却循环和变速箱冷却循环。图2(现有技术)例如示出了具有转子集成的变速箱的这种电动机。如由图2可见，电机10具有第一循环18和第二循环20。在此，第一循环18由第一工作流体穿流并且第二循环20由第二工作流体穿流。第一循环18例如能够是用于变速箱的油冷却循环。为此，冷却循环18具有油冷却器，借助该油冷却器能够将热能从第一循环18的第一工作流体传递到另外的(第三)工作流体上，例如传递到周围环境空气处。此外，第一循环18具有泵22，该泵用于输送穿流了第一循环18的第一工作流体。第二循环在此设计为电动机的冷却循环。

发明内容

本发明的目的在于，在电机中以很小的技术耗费并且节省空间地提供特别高的冷却功率。

根据本发明，该目的通过一种电机实现，该电机具有能由第一工作流体穿流的第一循环和能由第二工作流体穿流的第二循环。在此，第一循环和第二循环密封地设计。此外，第一循环和第二循环具有共同的热交换面，其中，该热交换面如下地设计，使得通过热交换面能够将热能从第一循环的第一工作流体传递到第二循环的第二工作流体上或者相反地从第二工作流体传递到第一工作流体上。传递方向例如能够随时间而交替。

换句话说，第二循环的第二工作流体至少有时用于冷却或者加热第一循环的第一工作流体。为此，在希望的或者预设的热传递的区域中，例如在第二循环的管的现有的外周面上，能够以预设的间距布置第二外周面，在该间距中使第一循环的第一工作流体沿着第二循环的外周面导向。第二冷却循环的外周面的该区域因此形成了第一和第二循环的共同的热交换面。通过密封地设计循环，获得了借助共同的热交换面的间接的热传递，从而使材料流在空间上通过透热的壁隔开。因此实现了第一循环至第二循环的连接。工作流体(第一和第二)能够如下地在第一和第二循环中循环，即以对流、也就是说相向于彼此流动，和/或以同向流、也就是并排以相同的方向流动。

热交换面能够以有利的方式由具有在20和400W/(m*K)、特别是在250和400W/(m*K)之间的导热能力的材料构成。该材料例如能够是铜和/或铝和/或塑料和/或玻璃和/或碳化硅。

通过将第一循环布置在第二循环处获得以下的优点，即电机能够紧凑地构造。在用于电动机的冷却装置中，该构造上的措施能够通过使用电动机作为冷却器的半部来降低成本。

本发明的一个实施方式提出，第二循环具有热交换器，其布置在热交换面的上游并且借助该热交换器能够将热能从第二工作流体传递到第三工作流体。第三工作流体例如能够是冷却剂，其能够在第三循环中被输送。此外，来自第二工作液体的热能能够输出到周围环境处。因此，第三工作流体例如是周围环境空气。通过与第二循环耦合连接的热交换器能够实现特别高的特定的冷却效率。

有利地，第一工作流体是油，尤其是变速箱油。由此得到以下优点，即变速箱油同时具有两个功能。一方面，变速箱油用于为变速箱组件进行润滑，并且同时确保了变速箱内部的热稳定。不需要附加的必须排出热损失的冷却剂。有利地，第一工作流体能够是润滑剂，尤其是流体润滑材料。

本发明的另外的实施方式提出，第二工作流体是冷却剂，尤其是水乙二醇混合物。换句话说，第二工作流体能够是流体的冷却剂。作为流体的冷却剂例如能够使用水和/或水酒精混合物。混合物(材料混合物)应理解成一种材料，其由至少两种原材料构成。此外，冷却剂例如能够具有在2.2和之间的特定的热容，尤其是在和之间的热容。冷却剂的这些热容值在20℃的温度时被测量。通过第二工作流体的特别高的特定的热容，第一冷却流体的散热是特别高效的。

有利地，第一循环能够具有用于输送穿流了第一循环的第一工作流体的输送装置，其中，输送装置能够集成到电机的壳体中。输送装置例如能够是泵。输送装置例如也能够根据阿基米德原理工作和/或借助阿基米德装置、例如阿基米德螺旋蜗杆在循环中输送。有利地，第一和/或第二工作流体例如能够通过对流和/或扩散和/或离心力在循环中循环。此外，根据本发明提出，第一循环完全地集成到电机的壳体中。

换句话说，其中循环有第一工作流体的第一循环由电机壳体结构性地封闭。由此，不再需要附加的管线或者特别的外部的电路连接或者管线导引装置。换句话说，第一循环能够集成到电机的结构中，例如轴承端盖中。由此获得以下优点，即为了进行连接而能够使用较短的循环通道。附加的是能够节省附加的外部冷却器的外部的布管和机械固定。对于顾客方面则能够节省成本，因为不仅为顾客省却了泵的安装还为顾客省却了冷却器和冷却管的安装。

有利地，机械的变速箱能够集成到电机中，其中第一循环是用于变速箱的冷却循环并且第二循环是用于电机的转子和/或定子和/或变流器的冷却循环。换句话说，第一循环的第一工作流体吸收了来自变速箱的热损失并且将该热损失通过热交换面继续传递到第二工作流体，相反，第二工作流体除了接收来自变速箱的热损失之外还接收电机中的热损失、尤其是电动机和/或变流器的热损失并且将这些热损失输出到周围环境和/或第三工作流体。

在电机的运行中，根据本发明提供了用于冷却电机的方法，在该方法中，第一循环由第一工作流体穿流并且第二循环由第二工作流体穿流。在此，第一循环和第二循环通过共同的热交换面彼此耦合，其中，热能通过热交换面从第一循环的第一工作流体传递到第二循环的第二工作流体上和/或相反地从第二工作流体传递到第一工作流体上。

有利地，来自第二循环的第二工作流体的热能能够借助布置在热交换面上游的热传递器传递到第三工作流体。

本发明的另外的实施方式提出，在预热阶段中，只要第一工作流体的温度还低于第一工作流体的预设的运行温度，热能此时才从第二工作流体传递到第一工作流体上。预热阶段在此意味着用于产生电机的最优的运行状态的主动预热。电机的预热阶段例如能够是电动机的启动阶段。运行温度在此意味着事先预设的温度水平，其确保了电机的最优运行。换句话说，第一工作流体一直被加热直至希望的运行温度为止。由此获得以下优点，即由此实现了第一工作流体的快速变热并且由此降低了启动阶段中的变速箱损耗。

本发明的另一个实施方式提出，当第一工作流体的温度高于预设的运行温度时，热能此时才从第一工作流体传递到第二工作流体上。通过与第一和/或第二工作流体的相应的温度水平相关的连续热传递，该***/电机处于动态的平衡中。

在研发电机的构造计划时，在此所应用的第一工作流体的质量流能够被改变，从而在确定的预设质量流的情况下，在运行期间能够出现对于第二工作流体而言的预设的状况，例如在第一和第二循环中这两个工作流体的最大温度水平。根据在运行期间所假设的或者模拟的电机的热损失能够反推出第一工作流体的质量流并且对其进行调整，从而能够确保电机的无磨损的运行。换句话说，在第一循环和第二循环之间，能够通过第一工作流体的质量流的变化来调整温度平衡。

参考根据本发明的电机描述的改进方案可以相应地传递给该方法。

具有根据本发明的电机的机动车也属于本发明。

附图说明

下面描述本发明的实施例。其示出：

图1是根据本发明的电机的实施方式的横截面的示意图；

图2是根据现有技术的具有两个冷却循环的电机的示意图；

图3是具有第一和第二循环的电机的横截面的示意图；

图4是具有集成的泵的电机的壳体的示意图；以及

图5是电机的壳体的示意图。

具体实施方式

接下来描述的实施例是本发明的优选实施方式。但是，在实施例中，所描述的实施方式的元素分别代表了本发明的各个彼此独立地考虑的特征，其也分别彼此独立地改进了本发明并进而也各个地或者以另外的示出的组合被视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也能通过本发明的另外的已经描述的特征加以补充。

在图1中示出了电机的一般结构。示出的是电机10，其能够是根据本发明的电机。该电机10例如能够是电动机或者发电机。在图1中，旋转轴线A也是图示的对称轴线。电机10包括定子14，在该定子中布置有电线圈的绕组W，其中，在图1中仅仅示出了绕组W之一。绕组W通过三相电源C交变地通电，由此在定子14的内部产生了在电机10的气隙L中的磁旋转场。三项电源C例如能够是受控的逆变器或者固定频率的公共供电网或者变频器。转子16处于定子14的内部，该转子与轴12抗扭地连接。轴12能够围绕旋转轴线A转动地支承在定子14中。

在图3中示出了具有第一和第二循环的电机的横截面的示意图。电机10在此包括能由第一工作流体穿流的第一循环18和能由第二工作流体穿流的第二循环20。这两个循环在此设计为密封的。如从图3中可获悉的，第一循环18的一部分与第二循环20的部分部段形成共同的热交换面26。通过该热交换面，热能能够通过热交换面26从第一循环18的第一工作流体传递到第二循环20的第二工作流体上和/或相反地从第二工作流体传递到第一工作流体上。

通过在第二循环20的一个区域处围绕其管表面、也就是其外周面以预定的距离布置第二外周面的方式，形成了热交换面26，从而第一工作流体能够在第二外周面和第二循环20的外周面之间沿着第二循环20的外周面流动。换句话说，第二循环的部分区域、外周面的一个区域形成了与第一循环18共同的热交换面26。共同的热交换面26在图3中轴向地沿着电机延伸。然而，热交换面26的布置也能够布置在电机10的另外的位置处并且相应地另外地例如垂直于电机10的轴线地布置。还更复杂的布置也能够是可行的。换句话说，这两个循环(第一循环18和第二循环20)例如也能够共同与热交换面形成热传递器。

第一循环18在此具有输送装置22，其例如能够设计成泵，以用于输送穿流了第一循环18的第一工作流体，其中，输送装置22能够集成到电机的壳体(在图3中未示出)中。第二循环20除了热交换面26之外还具有热交换器(图3中未示出)，其布置在热交换面26的上游，借助该热交换器能够将热能从第二工作流体传递到第三工作流体或者周围环境。

在电机10的运行中，第一循环18由第一工作流体穿流并且第二循环20由第二工作流体穿流。第一工作流体例如能够是油，特别是变速箱油。第二工作流体能够是冷却剂，其中该冷却剂尤其能够是水乙二醇混合物。如从图3中可见，变速箱能够集成到电机10中，其中第一循环18是用于变速箱的冷却循环并且第二循环20是用于电机的转子16和/或定子14和/或变流器的冷却循环。换句话说，第一循环18的第一工作流体从变速箱吸收热损失并且通过热交换面26将该热损失传递到第二循环20中的第二工作流体，相反，第二工作流体除了接收来自变速箱的热损失之外还接收电机的热损失，尤其是电动机和/或变流器的热损失并且将这些热损失输出到周围环境和/或第三工作流体。

该热能(热损失)例如能够借助布置在热交换面26上游的并且与第二循环20耦合的热传递器从第二工作流体、即冷却剂传递到第三工作流体和/或周围环境。第三工作流体例如能够是周围环境空气或者是常用的冷却剂。

在一个实施方式中，在预热阶段中、例如在电动机的启动阶段中，只要第一工作流体的温度还低于第一工作流体的预设的运行温度，热能此时才能够从第二工作流体、即从冷却剂传递到第一工作流体、即变速箱油上。在这种情况中，第一工作流体的温度在启动阶段中还低于第一工作流体的运行温度，从而第二工作流体在启动阶段中具有比第一工作流体更高的温度水平，从而使热能从第二工作流体传输到第一工作流体上。由此，在启动阶段中实现了第一工作流体的快速变热，即变速箱油的快速变热，并进而实现了在启动阶段中减少第一循环18的损失。

在电机10的另外的运行方式中，第一工作流体的温度由变速箱热损失所决定地上升到高于第一工作流体的预定的运行温度。在这种情况中，只要第一工作流体的温度高于第二工作流体的预设的运行温度，热能从第一工作流体、即变速箱油传递到第二工作流体、即冷却剂上。由此，该***总是处于热的和动态的平衡。

在图4和5中示出了根据本发明的电机的壳体。图4示出了电机的壳体的内侧。在此，壳体28的一部分包括轴承端盖30。此外，第一循环的泵22能够集成到该壳体中。在图5中示出了电机10的壳体28的外侧。

由此，在总体上提出了将电动机冷却循环作为附加的热交换器，以用于冷却第二冷却介质。本发明的技术目的在于，将电动机的冷却循环用作用于冷却具有其它的冷却介质的其他冷却循环的热交换器。在此，通过减少冷却管和附加的第二热交换器实现了优点，这在结构空间和成本(材料，装配和附加的组件)上是显著的。下面根据在电动或者混合动力的机动车的领域中的应用来详细说明技术上的解决方案。

当前，变流器和电动机的冷却***由具有水/乙二醇混合物的冷却循环构成。此外，研发出了转子集成的变速箱，该变速箱利用油来冷却。为此需要具有两个热交换器的两个冷却循环：用于电动机和变流器和可能的另外组件的水乙二醇和用于变速箱的油。

当前，现有技术已经能够将油泵集成在电动机壳体中。目的在于使用电动机的现有的水乙二醇循环，以用于冷却变速箱油。为此，在现今存在的冷却外周面上罩上第二外周面，在该外周面中使油沿着现有的冷却器导向。冷却器到变速箱冷却循环的连接能够不同地实现：一方面通过短的冷却管来连接并且另外一方面是通过集成到机械结构(例如轴承端盖)中的冷却通道来连接。用于另外的、类型上不同的冷却介质(例如油)的必要的外部冷却器是电动机的组成部分。用于另外的冷却介质的冷却循环在结构上集成到电动机壳体中，从而不需要附加的管线或者管线导引装置的特别的外部布线。由此，因为取消了附加的油冷器而产生一种紧凑的结构方式。此外，在冷却器中通过使用电动机作为冷却器的半部时，导致了成本的降低并进而节省了外部冷却器的外部的布管和机械固定。另外的优点在于，变速箱油快速地变热并且进而降低了在启动阶段中的变速箱损失。变速箱油的散热通过热交换器通过水乙二醇的高的特殊的热容来确保。

总体上，通过实例示出了，如何能够通过本发明提供电动机冷却循环作为附加的热交换器，以用于冷却第二冷却介质。

Claims (13)

1.一种电机(10)，具有：

能由第一工作流体穿流的第一循环(18)，

能由第二工作流体穿流的第二循环(20)，

所述第一循环(18)和所述第二循环(20)密封地设计，

其特征在于，所述第一循环(18)和所述第二循环(20)具有共同的热交换面(26)，所述电机具有电机的壳体，所述第一循环(18)完全地集成到所述电机(10)的所述壳体中，其中，所述热交换面(26)设计为，通过所述热交换面(26)能够将热能从所述第一循环(18)的所述第一工作流体传递到所述第二循环(20)的所述第二工作流体上和/或相反地从所述第二工作流体传递到所述第一工作流体上，其中所述第一工作流体和所述第二工作流体能够相向于彼此流动和/或并排以相同的方向流动。

2.根据权利要求1所述的电机(10)，其中，所述第二循环(20)具有热交换器，所述热交换器布置在所述热交换面(26)的上游并且借助所述热交换器能够将热能从所述第二工作流体传递给第三工作流体。

3.根据权利要求1或2所述的电机(10)，其中，所述第一工作流体是油。

4.根据权利要求3所述的电机(10)，其中，所述第一工作流体是变速箱油。

5.根据权利要求1或2所述的电机(10)，其中，所述第二工作流体是冷却剂。

6.根据权利要求5所述的电机(10)，其中，所述第二工作流体是水乙二醇混合物。

7.根据权利要求1或2所述的电机(10)，其中，所述第一循环(18)具有用于输送穿流了所述第一循环(18)的所述第一工作流体的输送装置(22)，其中，所述输送装置(22)集成到所述电机(10)的壳体(28)中。

8.根据权利要求1或2所述的电机(10)，其中，机械的变速箱集成到所述电机(10)中，其中所述第一循环(18)是用于所述变速箱的冷却循环，并且所述第二循环(20)是用于转子(16)和/或定子(14)和/或变流器的冷却循环。

9.一种用于冷却电机(10)的方法，其中，第一循环(18)由第一工作流体穿流并且第二循环(20)由第二工作流体穿流，其特征在于，所述第一循环(18)和所述第二循环(20)通过共同的热交换面(26)彼此耦合，所述电机具有电机的壳体，所述第一循环(18)完全地集成到所述电机(10)的所述壳体中，其中，通过所述热交换面(26)将热能从所述第一循环(18)的所述第一工作流体传递到所述第二循环(20)的所述第二工作流体上和/或相反地从所述第二工作流体传递到所述第一工作流体上，其中所述第一工作流体和所述第二工作流体能够相向于彼此流动和/或并排以相同的方向流动。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，来自所述第二循环(20)的所述第二工作流体的热能借助布置在所述热交换面(26)的上游的热传递器传递给第三工作流体。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，在预热阶段中，只要所述第一工作流体的温度还低于所述第一工作流体的预设的运行温度，热能此时才从所述第二工作流体传递到所述第一工作流体上。

12.根据权利要求9或10所述的方法，其中，当所述第一工作流体的温度高于预设的运行温度时，热能此时才从所述第一工作流体传递到所述第二工作流体上。

13.一种具有根据权利要求1至8中任一项所述的电机(10)的机动车。