CN107093933A - 用于机动车的电机，用于电机的线圈架和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电机，该电机包括转子(3)和定子(2)，该定子具有叠片组(8)和至少一个具有多个定子线圈(14)的线圈装置(15)，其中，设有能由冷却流体流过的线圈架(6)，在该线圈架中布置有所述线圈装置(15)，该线圈架相对于叠片组(8)和转子(3)以液体密封的方式封装。

Description

用于机动车的电机，用于电机的线圈架和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的电机，该电机包括转子和定子，该定子具有叠片组和至少一个具有多个定子线圈的线圈装置。
背景技术
这种电机应该——特别在其用于驱动机动车时——具有尽可能高的转矩-或功率密度，然而由此在定子线圈内出现高的电流密度。电机的总损耗的主要部分可以归因于在此产生的电热损耗。就此来说，这种高频率使用的电机的热承受能力方面是工业研发追求的焦点。因为用于制造电机的材料的特性也在很大程度上依赖于温度，所以已经存在多个用于冷却策略的方案，以便既实现所追求的电磁功能又满足热和机械方面的要求。
已知的是，定子连同其定子线圈由冷却液体流过。在此，冷却液体被沿叠片组的槽引导并且可以要么流过槽中多个定子线圈之间的间隙要么流过特别设置的、在各个定子线圈中的缺口。定子在此相对于转子通过完全沿周向和轴向环绕的密封件封闭，然而这由于电机气隙的增大而引起对电机的电磁性能的负面影响。
US 2012/0248904 A1公开了一种液体冷却的定子-和转子装置，用于电动马达或发电机，其中，具有定子铁心和多个绕组的定子固定在壳体的定子凹进部中。为了相对于转子封闭定子凹进部，定子铁心具有多个布置在槽中的间隔垫片和壳体侧的端环。
在这种电机中，金属叠片组与冷却流体接触。该电机因此具有以下缺点，即电机仅适合于特定的冷却流体，该特定的冷却流体不会对与冷却流体接触的叠片组产生腐蚀性作用。因此不能实现借助于特别高效的冷却流体进行冷却。
发明内容
因此本发明的目的在于，提出一种用于改进地冷却用于机动车的电机的可能方式。
该目的在开头所述类型的电机中根据本发明由此实现，即设有能由冷却流体流过的线圈架，在该线圈架中布置有所述线圈装置，该线圈架相对于叠片组和转子以液体密封的方式封装。
本发明基于以下考虑：为了直接冷却定子线圈，使转子和叠片组都不与冷却流体接触并且此外使线圈装置不直接布置在叠片组的槽中，而是布置在额外设置的线圈架中。线圈架是能由冷却流体流过的空心体，在该空心体中设计有多个线圈接纳空间，用于布置线圈装置的分别一个定子线圈。线圈接纳空间可以特别这样实现，即该线圈接纳空间将定子线圈保持在以下所述的位置中，在该位置中其与转子相互作用用以产生磁动力(magnetmotorischen Kraft)。术语“封装”特别可如下所述地理解，即线圈架闭合，然而其中可以设置用于输入冷却流体或用于线圈向外电连接的开口。作为冷却流体优选地使用油、水、酯或特殊的致冷介质/冷却剂，该致冷介质也可能对叠片组产生腐蚀性作用。当然也可以考虑使用气态的冷却流体，其中，随后也以合适的方式气密地封装线圈装置。电机的转子既可以设计为外转子也可以优选地设计为内转子。
根据本发明的电机能够有利地实现使用更多种类的冷却流体，这是因为通过以液体密封的方式封装不可能发生冷却流体与转子和定子的接触。因此可以使用不能用于传统电机的、特别高效的冷却流体。
在根据本发明的电机中特别优选的是，所述叠片组具有多个齿部，其中，线圈架具有多个通过壁界定的通孔，该通孔由齿部贯穿。齿部在此被理解为从定子铁心或定子轭上突出的叠片组部件，其形成设置用于接纳线圈装置的槽。因此通过齿部朝向转子的方向引导由定子线圈产生的磁流。齿部在此以合适的方式与面向转子的线圈架外表面齐平地闭合，因此定子与转子之间的气隙不会扩大。通孔有利地设计为与齿部相匹配。齿部优选地这样实现，即该齿部形成平行齿面的槽，以便简化线圈架在叠片组上的插装。
在这种电机中还可以设计为，在线圈架内部形成在壁之间的流动通道能分别沿轴向由冷却流体流过。流动通道因此平行于齿部沿转子的转动轴线延伸并近似形成线圈架的肋结构。在齿部和流动通道横剖面之间的间距在此这样选择，即遵循对于线圈的有效的电磁绝缘所需要的最小间距。
在前述电机的改进方案中还可以设计为，至少一个流动通道借助于沿轴向和径向延伸的隔板分开。由最小间距典型地产生了仅允许冷却流体低流速流动的通道横剖面。因此提出，流动通道借助于一个或多个隔板分成分流通道并因此能够实现用于冷却流体的更高的流速。
为了进一步改进流动通道的流体动力学性能可以附加地设计为，所述隔板具有用于产生流过的冷却流体的涡流的至少一个部件。在识别出根据电机的轴向长度从入口之后的某一路段起以流体动力学和热的方式流入到流动通道中之后，提出，通过用于产生涡流的部件在流动通道内产生漩涡。流动由此具有较高的努谢尔特数(Nuβelt-Zahl)并因此实现了较高的传热系数。用于产生涡流的部件可以特别通过切口式的、波浪式的、凹进的或之字形的隔板结构形成。
在包括具有齿部的叠片组的电机中还可能的是，齿部设计为能***到叠片组中并固定在该叠片组中。由此可以在制造电机时首先将线圈架布置在叠片组上，其中，随后将齿部通过线圈架***叠片组中。电机因此也可以配备有齿部，该齿部在固定布置在叠片组上时不能穿过通孔。特别有利地因此也可以在电机中实现具有平行齿面的齿部或具有齿顶的叠片组。
在根据本发明的电机中特别适合的是，所述线圈架具有用于冷却流体的输入管道和输出管道。其例如可以分别设计为线圈架外壁中的开口，在该开口上可以连接软管。优选地，输入管道和输出管道设置在线圈架的端面上。线圈架同样可以具有以液体密封的方式密封的开口，在该开口中可以布置有用于线圈装置的供电线。
此外，可以在根据本发明的电机中设计为，所述线圈架具有多个相对彼此以液体密封的方式封装的、弧形的线圈架区段，在该线圈架区段中布置有多个设置的线圈装置中的分别一个。线圈架区段可以沿轴向延伸并具有弧形的横剖面。特别地，线圈架区段包括多个流动通道。在制造具有设计为内转子的转子的电机时，线圈架区段因此可以从内部***到定子中，特别是插到其叠片组的齿部上，据此，转子***到电机中。在此当然可以在线圈架区段和优选平行齿面的槽之间设置足够的间距。而如果转子设计为外转子，则线圈架区段可以相应地从外部套装到定子上。原则上应该在线圈架区段之间设置足够大小的间距，使得其能够依赖于叠片组的直径在不歪斜的情况下布置在叠片组上。
用于将线圈架布置在根据本发明的电机中的另一个可能性由此得出，即所述叠片组由多个弧形的叠片组区段组成。换句话说，叠片组设计为多部件形式，从而例如叠片组区段能够安放在一件式的、即不由多个线圈架区段组成的线圈架之上或之中用以制造电机。叠片组区段当然可以在布置线圈架之后可松开地或不可松开地相互连接并组合成叠片组。
在具有线圈架区段和叠片组区段的电机中一方面可能的是，线圈架区段与叠片组区段套合地在定子上布置。也就是说，为每个叠片组区段分配有线圈架区段，其中，它们彼此之间不重叠地布置。但是在具有线圈架区段和叠片组区段的电机中也可能的是，线圈架区段沿周向与叠片组区段错位地在定子上布置。因此在至少一个线圈架区段与多个叠片组区段之间或在至少一个叠片组区段与多个线圈架区段之间设置重叠部。
为了实现在线圈架中简单的布置定子线圈，在根据本发明的电机中最后优选的是，所述线圈架或相应的线圈架区段设计为具有外壁和朝向外壁侧敞开的基体的多部件形式，其中，外壁封闭基体并固定在该基体上。这种固定优选地通过适配于线圈架材料的接合方法实现。在此提出，外壁沿轴向和沿周向延伸，也就是说在具有通孔的线圈架中包括相应的用于通孔的凹进部。基体可以在这种情况下被视为盆形件。另选地但也可以考虑的是，设置用于固定在基体上的端侧的外壁，这虽然需要略微费事地将线圈布置在线圈架中，然而能够实现利用仅一个环绕的接合缝特别简单地使用基体和外壁。
此外，本发明涉及一种用于根据本发明的电机的线圈架。该线圈架的特征在于，线圈架是能由冷却流体流过的空心体，在该空心体中设计有多个线圈接纳空间，用于布置电机的线圈装置的分别至少一个定子线圈，其中，空心体设计为用于相对于叠片组和转子以液体密封的方式封装线圈装置。
在根据本发明的线圈架中优选的是，线圈架具有多个通过壁界定的通孔，该通孔能由电机的齿部贯穿。
在前述的线圈架中还可以设计为，在线圈架内部形成在壁之间的流动通道能分别沿轴向由冷却流体流过。
在前述线圈架的改进方案中可以设计为，至少一个流动通道借助于沿轴向和径向延伸的隔板分开。
为了改进流体动力学性能，还可以在这种线圈架中设计为，所述隔板具有用于产生流过的冷却流体的涡流的至少一个部件。
在根据本发明的线圈架中优选的是，设有用于冷却流体的输入管道和输出管道和/或以液体密封的方式密封的开口，在该开口中能布置有用于线圈装置的供电线。
最后在根据本发明的线圈架中特别有利的是，所述线圈架设计为具有外壁和朝向外壁侧敞开的基体的多部件形式，其中，外壁能固定在基体上。
此外本发明还涉及一种机动车，包括根据本发明的电机。该电机可以特别设计为用于至少暂时地和/或至少辅助性地驱动机动车。
根据本发明的电机的全部实施方式可以类似地转用于根据本发明的线圈架和根据本发明的机动车，从而也可以通过它们实现前述优点。
附图说明
本发明的其它细节和优点由下面描述的实施例以及根据附图得出。附图是示意性的显示并且其中：
图1在横剖面图中示出根据本发明的电机的原理图；
图2示出具有根据本发明的线圈架的、在图1中示出的电机的定子的透视图；
图3示出在图1中示出的电机的线圈架区段的透视图；
图4示出在图3中示出的线圈架区段的基体的透视图；
图5示出在图3中示出的线圈架区段的隔板的另一个根据本发明的设计方案的透视图；和
图6示出根据本发明的机动车的原理图。
具体实施方式
图1示出电机1的原理图，包括定子2和转子3，该转子与围绕转动轴线4转动的轴5耦合。
电机1具有线圈架6，该线圈架插在定子2的叠片组8的槽7中，并设计为能由冷却流体朝向箭头9的方向流过的空心体。槽7分别设计在叠片组8的两个齿部10之间，该齿部贯穿通过壁11界定的线圈架6通孔12。在多个线圈接纳空间13中分别布置有多个线圈装置15的定子线圈14。在两个通孔12或定子线圈14之间分别布置有线圈架6的隔板16，冷却流体沿该隔板流过线圈架6，为此在其端侧上布置有多个输入管道17和输出管道18。此外，线圈架6同样具有布置在端侧的开口19，在该开口中布置有用于线圈装置15供电线。线圈架6因此相对于叠片组8和转子3以液体密封的方式封装。
图2示出电机1的定子2的透视图，具有线圈架6。该线圈架由四个弧形的线圈架区段20组成，该线圈架区段分别相对彼此以液体密封的方式封装。在此，每个线圈架区段20接纳一个线圈装置15。同样在每个线圈架区段20上分别设置输入管道17，输出管道18和用于相应的供电线的开口19。
显而易见的是，叠片组8的齿部10贯穿线圈架6的分别一个通孔12，从而分别一个定子线圈14围绕齿部10布置并且通过其产生的磁流被朝向转子3引导。通过将线圈架6分成多个线圈架区段20，其可以在安装电机1时插到齿部10上，为此在线圈架区段20之间设置依赖于/取决于定子2周部的自由空间，槽7设计为平行齿面的。在电机1的其它实施例中，齿部10可以设计为能***到叠片组8中并固定在其上。因此也可以实现如下的齿部几何结构，线圈架区段20不能插到其上，如平行齿面的齿部或特殊的齿顶。
此外，叠片组8由四个叠片组区段21组成，其与线圈架区段6套合地布置。在安装电机1时可以将线圈架区段20首先插到分别与其对应的叠片组区段21上，据此随后将叠片组区段21通过可松开或不可松开的固定而彼此组合成叠片组8。由此可以特别放弃前述的在线圈架区段20之间的自由空间。在另外的实施例中，线圈架区段20和叠片组区段21也可以沿周向彼此错位地布置，从而产生重叠。同样可以考虑的是，使用一件式的线圈架6，在安装电机1时从外部将叠片组区段21插到该线圈架上。
图3是电机1的线圈架区段20的透视图。在此可以详细地看到各个通孔12，其分别在四个侧面上通过壁11界定。因此得出线圈架区段20的肋结构，其能由齿部10贯穿。
线圈架区段20包括基体22和单独的外壁23，该外壁沿轴向和沿周向延伸。这种两部分结构能实现通过***盆状的基体22中特别简单地布置定子线圈14，其随后借助于接合方法通过外壁23封闭。基体22和外壁23由电绝缘的以及在热和机械方面特别耐受的材料——例如聚醚醚酮——制成。在其制造的范围内优选地使用立体平面印刷术或选择性的激光烧结。由此可以实现壁11、基体22和外壁23的特别小的材料厚度。
在另一个实施例中替代外壁23将端侧的外壁24设计为单独的部件。在此，将定子线圈14布置在相应的基体中虽然是费事的，然而为了关闭线圈架区段20仅需要一个围绕外壁24的连续的接合缝。
图4是在图3中示出的线圈架区段20的基体22的透视图。围绕每个通孔12的壁11显而易见的是设计有分别一个所述线圈接纳空间13。在通孔12之间还设计有分别一个流动通道25。流动通道25分别通过隔板16分成两个分流通道，由此得出冷却流体的较小的流动横剖面和因此得出改进的热输出。沿箭头9的方向流过分流通道的冷却流体首先明显较晚地以热和流体动力学方式流入，从而实现流动过程的改进的努谢尔特数。
图5示出隔板16的另一个设计方案的透视图，其沿轴向具有多个切口式的结构26作为用于产生流过的冷却流体的涡流的部件，该部件通过其产生的漩涡使得定子线圈14到冷却流体的热输出进一步改进。此外在另外的实施例中也可以实现波浪式的，凹进的或之字形的结构26作为用于产生涡流的部件。
如已经说明地，在电机1的另外的实施例中也可能的是，设有一件式的线圈架6，其具有唯一一个沿周向封闭的空腔。此外根据电机1的另一个实施例也可能的是，其转子3不像图1中所示的那样设计为内转子，而是设计为外转子。
图6示出机动车27的原理图，包括多个能通过传动线路28驱动的车轮29以及电机1，该电机设计为用于至少暂时地和至少辅助性地驱动传动线路27。

Claims (19)

1.一种用于机动车的电机，该电机包括转子(3)和定子(2)，该定子具有叠片组(8)和至少一个具有多个定子线圈(14)的线圈装置(15)，
其特征在于，
设有能由冷却流体流过的线圈架(6)，在该线圈架中布置有所述线圈装置(15)，该线圈架相对于叠片组(8)和转子(3)以液体密封的方式封装。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述叠片组(8)具有多个齿部(10)，其中，线圈架(6)具有多个通过壁(11)界定的通孔(12)，该通孔由齿部(10)贯穿。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，在线圈架(6)内部形成在壁(11)之间的流动通道(25)能分别沿轴向由冷却流体流过。
4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，至少一个流动通道(25)借助于沿轴向和径向延伸的隔板(16)分开。
5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述隔板(16)具有用于产生流过的冷却流体的涡流的至少一个部件。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的电机，其特征在于，所述齿部(10)设计为能***到叠片组(8)中并固定在该叠片组上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述线圈架(6)具有用于冷却流体的输入管道(17)和输出管道(18)和/或以液体密封的方式密封的开口(19)，在该开口中布置有用于线圈装置(15)的供电线。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述线圈架(6)具有多个相对彼此以液体密封的方式封装的、弧形的线圈架区段(20)，在该线圈架区段中布置有多个设置的线圈装置(15)中的分别一个。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述叠片组(8)由多个弧形的叠片组区段(21)组成。
10.根据权利要求8和9所述的电机，其特征在于，所述线圈架区段(20)与叠片组区段(21)套合地布置或沿周向与叠片组区段(21)错位地布置在定子(2)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述线圈架(6)或相应的线圈架区段(20)设计为具有外壁(23，24)和朝向外壁(23，24)侧敞开的基体(22)的多部件形式，其中，外壁(23，24)封闭基体(22)并固定在该基体上。
12.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的电机的线圈架，其特征在于，线圈架(6)是能由冷却流体流过的空心体，在该空心体中设计有多个线圈接纳空间(13)，用于布置电机(1)的线圈装置(15)的分别一个定子线圈(14)，其中，空心体设计为用于相对于叠片组(8)和电机(1)转子(3)以液体密封的方式封装线圈装置(6)。
13.根据权利要求12所述的线圈架，其特征在于，线圈架(6)具有多个通过壁(11)界定的通孔(12)，该通孔能由电机(1)的齿部(10)贯穿。
14.根据权利要求13所述的线圈架，其特征在于，在线圈架(6)内部形成在壁(11)之间的流动通道(25)能分别沿轴向由冷却流体流过。
15.根据权利要求14所述的线圈架，其特征在于，至少一个流动通道(25)借助于沿轴向和径向延伸的隔板(16)分开。
16.根据权利要求15所述的线圈架，其特征在于，所述隔板(16)具有用于产生流过的冷却流体的涡流的至少一个部件(26)。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的线圈架，其特征在于，设有用于冷却流体的输入管道(17)和输出管道(18)和/或以液体密封的方式密封的开口(19)，在该开口中能布置有用于线圈装置(15)的供电线。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的线圈架，其特征在于，所述线圈架(6)设计为具有外壁(23，24)和朝向外壁(23，24)侧敞开的基体(22)的多部件形式，其中，外壁(23，24)能固定在基体(22)上。
19.一种机动车，包括根据权利要求1至11中任一项所述的电机。
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