CN109698574A - 电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机(1)，其具有在机壳(2)中布置的定子(3)和相对于定子可绕转轴转动地被支承的转子(4)，其中，机壳具有用于向机壳中输入冷却剂的至少一个冷却剂入口接头(9)和用于从机壳中排出冷却剂的至少一个冷却剂出口接头(10)。在此提出，冷却剂入口接头通入环形分配空间(13)中以及从环形分配空间中伸出多个壳体冷却通道(14)，壳体冷却通道沿轴向方向看延伸超出于定子且在其背离环形分配空间的侧上在流动技术方面连接在形成在定子中的定子冷却通道(16)的定子冷却通道入口(19)上，定子冷却通道在轴向方向上完全贯穿定子且在其背离定子冷却通道入口的侧上通过定子冷却通道出口(20)连接在冷却剂出口接头(10)上。

Description

电机
技术领域
本发明涉及一种电机，其具有布置在机壳中的定子和相对于定子能够围绕转轴转动地被支承的转子，其中所述机壳具有至少一个用于向机壳中输入冷却剂的冷却剂入口接头和至少一个用于从机壳中排出冷却剂的冷却剂出口接头。
背景技术
电机用于将电能转化为动能或反之将动能转化为电能。在将电能转换为动能的情况下电机作为电动机运行，在将动能转换为电能的情况下电机作为发电机运行。电机例如以机动车的牵引电机形式存在。相应地，它用于驱动机动车，即提供旨在驱动机动车的扭矩。电机具有定子和转子，它们布置在机壳中。转子相对于定子能够围绕转轴转动地被支承。
在电机运行期间产生热量，热量特别是在高功率密度的电机中必须借助于冷却剂排出。由于该原因，机壳具有冷却剂入口接头和冷却剂出口接头。通过冷却剂入口接头能够为机壳输入冷却剂。而通过冷却剂出口接头能够从机壳排出冷却剂。
现有技术例如由文献EP 3 054 565 A1公开。这涉及一种用于冷却布置在发电机壳体中的发电机定子的定子绕组的冷却结构，该冷却结构具有大量的轴向冷却通道，其中在布置在相邻的定子齿上的绕组之间延伸有一条轴向冷却通道。此外设有遮盖设备，用于将轴向冷却通道与发电机的气隙隔开，其中遮盖设备的轴向遮盖部具有至少一个入口孔，该至少一个入口孔将气隙与轴向冷却通道连通。最后设有流动装置，用于将气态的冷却剂流引入到气隙中和轴向冷却通道中。
发明内容
本发明的目的是提出一种电机，该电机相对于已知电机具有优点，尤其是具有特别有效的冷却。
这根据本发明利用具有权利要求1特征的电机实现。在此提出，冷却剂入口接头通入环形分配空间中且从环形分配空间伸出多个壳体冷却通道，这些壳体冷却通道沿轴向方向看延伸超出于定子且在壳体冷却通道的与环形分配空间相背离的一侧上在流动技术方面连接在形成在定子中的定子冷却通道的定子冷却通道入口上，定子冷却通道在轴向方向上完全贯穿定子且在定子冷却通道的与定子冷却通道入口相背离的一侧上通过定子冷却通道出口连接在冷却剂出口接头上。
通过冷却剂入口接头输入的冷却剂因此首先流入环形分配空间中且从环形分配空间向多个壳体冷却通道分配。壳体冷却通道沿轴向方向看从环形分配空间起延伸超出于定子，即覆盖定子的一个轴向端部。接着，冷却剂通过定子冷却通道入口进入到定子冷却通道中，沿轴向方向流过定子冷却通道且然后通过定子冷却通道出口向着冷却剂出口接头的方向从定子冷却通道流出。定子冷却通道在轴向方向上在整个定子上延伸，即在轴向方向上完全贯穿定子。
这样实现的电机冷却既通过流过壳体冷却通道(壳体冷却通道与机壳处于传热连接或者形成在机壳上或机壳中)确保了机壳的冷却，又确保了定子的冷却。为此，定子冷却通道与定子处于传热连接或者形成在定子中或定子上。
为了实现特别有效的冷却，壳体冷却通道在轴向方向上从环形分配空间起延伸超出于定子，从而随后，流过定子冷却通道的冷却剂能够在轴向方向上完全流过定子。壳体冷却通道的在纵剖面中重叠的范围相对于定子在轴向方向上的长度而言例如为至少0.5、至少0.6、至少0.7、至少0.75、至少0.8或至少0.9。也就是说，壳体冷却通道覆盖定子的大部分，而定子冷却通道则在轴向方向上完全贯穿定子。
壳体冷却通道优选绝大部分或甚至完全平直地延伸，尤其是严格沿轴向方向延伸。这优选也适用于定子冷却通道。冷却剂经由壳体冷却通道首先沿第一轴向方向流动，然后转向并沿着第二轴向方向流过定子冷却通道，该第二轴向方向与第一轴向方向反向。因此冷却剂在两个相反的方向中流过机壳。
冷却剂出口接头优选在纵截面中看位于冷却剂入口接头的与定子冷却通道入口相背离的一侧上。例如冷却剂入口接头在轴向方向上与定子重叠，而冷却剂出口接头在轴向方向上与定子相距一段距离地布置。利用电机的这种设计方案实现了机壳和定子与冷却剂之间的特别有效的热传递，从而即使在电机高功率密度时在电机运行期间产生的热量也能够被有效排出。
设置环形分配空间的优点在于，冷却剂均匀地或至少近似均匀地分配至壳体冷却通道。例如壳体冷却通道为此具有不同的流动阻力，该流动阻力由冷却剂入口接头与相应的壳体冷却通道之间的流动路径长度所决定。因此为电机实现液压平衡，从而实现机壳的均匀冷却以及因此使机壳中出现热应力的可能性减到最小。
本发明的另一实施方式提出，环形分配空间形成在机壳的壳体壁中或被壳体壁限界，和/或壳体冷却通道形成在壳体壁中或被壳体壁限界。在纵截面中看，环形分配空间和/或壳体冷却通道在径向方向上不仅向内、而且向外都被壳体壁限界，从而其完全地形成在壳体壁中。
替代地，当然也可以将环形分配空间和/或壳体冷却通道仅部分地使用壳体壁形成。例如，它们以凹部的形式形成在壳体壁中，该凹部被定子的外周面封闭。在此情况下环形分配空间和/或壳体冷却通道在径向方向上看被形成在壳体壁与定子之间或者说壳体壁与定子外周之间。同样当然也可以设置成，环形分配空间和/或壳体冷却通道以凹部形式形成在定子中，该凹部被壳体壁的内周面封闭。在此情况下它们也由壳体壁和定子共同形成。
本发明的改进方案提出，环形分配空间被设计成沿周向方向连续，且壳体冷却通道在机壳周部上均匀分布地从环形分配空间通出。环形分配空间因此在周向方向上完全包围定子。这具有的优点是，实现冷却剂向壳体冷却通道上的特别均匀的分配。壳体冷却通道本身在机壳的周部上均匀分布地布置，从而实现机壳的均匀冷却。
本发明的特别优选的另一实施方式提出，壳体冷却通道在其与环形分配空间相背离的一侧上通入集流室中，定子冷却通道从该集流室中伸出，或者壳体冷却通道中的每个壳体冷却通道都以与其他壳体冷却通道在流动技术方面分开/独立的方式与定子冷却通道之一连接。原则上可以区分电机的两种不同的实施方案。
在第一种实施方式中，冷却剂在离开壳体冷却通道之后首先汇集到集流室中，然后才分配到定子冷却通道上。集流室在此起到使冷却剂均匀化的作用，从而均衡流过壳体冷却通道的冷却剂之间可能存在的温度差。
另选地可以在第二实施方式中提出，壳体冷却通道在流动技术方面彼此分开地连接在定子冷却通道上。例如即正好一个壳体流动通道分别与正好一个定子冷却通道在流动技术方面连接。当然也可以多个定子冷却通道连接在一个壳体冷却通道上或反之多个壳体冷却通道连接在一个定子冷却通道上。但在每种情况下这都以在流动技术方面与其他壳体冷却通道分开的方式实现。
本发明的另一种优选的实施方式提出，壳体冷却通道由壳体壁和定子的外周共同限界。对此前文已经指出。这类设计方案具有的优点是，壳体冷却通道能够简单且低成本地制造，这是因为壳体冷却通道仅作为在壳体壁和/或定子中的凹部存在。壳体冷却通道在此在定子安装在机壳中时才形成且之后被壳体壁和定子共同限界。
本发明的一种改进方案提出，环形分配空间在轴向方向上看以与定子重叠的方式布置。冷却剂的输入因此在电机的或机壳的如下区域中进行，该区域在纵截面中看位于定子的区域中。在环形分配空间中存在的冷却剂在此已经起到冷却电机、即特别是机壳的作用，但还起到冷却定子的作用，该定子优选传热地贴靠在机壳上。
优选环形分配空间具有比冷却剂入口接头和壳体冷却通道大得多的通流横截面。相应地，冷却剂的流动速度在环形分配空间中较小，从而避免或至少在很大程度上避免了会加大流动阻力的紊流。尤其是实现冷却剂向壳体冷却通道中的低损耗的流入。
本发明的另外的实施方式提出，冷却剂出口接头在轴向方向上看位于定子的与定子冷却通道入口相背离的一侧上。由于流过壳体冷却通道和定子冷却通道已经变热的冷却剂在从机壳中排出之前会首先从定子被输送走。由此有效避免了对冷却效果的不利影响。此外冷却剂出口接头的所述布置使得能够利用冷却剂完全通流定子，从而实现特别有效的冷却。
本发明的另一优选实施方式提出，定子冷却通道布置在定子的各个定子齿之间。定子齿从定子的内周出发沿径向方向向内向着转子的方向延伸。在定子齿上布置有电线圈的绕匝或绕组，它们起到在电机中产生磁场的作用。定子冷却通道沿周向方向位于定子的定子齿之间。例如，定子冷却通道沿周向方向被定子齿至少部分限界。
本发明的另一设计方案提出，定子冷却通道位于定子的相邻的定子绕组之间或形成在定子绕组中。定子绕组包围定子的定子齿或至少在周向方向上看位于定子齿之间。优选定子冷却通道至少部分地被定子绕组限界。为此定子冷却通道位于相邻的定子绕组之间或形成在定子绕组中。因此还可通过冷却剂直接冷却定子绕组。
最后可以在本发明的其他优选设计方案中提出，形成在定子绕组中的定子冷却通道作为边缘敞开的凹部存在于定子绕组的绕组叠片(Wicklungsblechen)中，从而相邻的绕组叠片在横截面中看分别共同限界至少一个定子冷却通道。定子绕组由绕组叠片组成，绕组叠片分层地相对于彼此布置。
在绕组叠片中形成有边缘敞开的凹部，所述凹部被分别相邻布置的绕组叠片覆盖。因此，相邻的绕组叠片在横截面上看共同限界至少一个定子冷却通道。这使得一方面能够特别有效地引导冷却剂，另一方面能够特别有效地从定子绕组排出热量。
附图说明
下面借助附图中所示实施例详述本发明，但本发明并不局限于此。附图示出：
图1示出电机的示意性纵剖视图，
图2示出电机在第一实施方式中的示意性部分横剖视图，以及
图3示出电机在第二实施方式中的示意性部分横剖视图。
具体实施方式
图1示出了电机1的纵剖视图，该电机具有机壳2、在机壳2中固定不动地布置的定子3以及相对于定子3能够围绕转轴转动地被支承的转子4。机壳2在此所示实施例中具有第一壳体元件5、第二壳体元件6以及第三壳体元件7。第一壳体元件5在轴向方向上布置在壳体元件6和7之间。例如，壳体元件6和7用于在轴向方向上和/或在径向方向上固持定子3。机壳2具有壳体壁8，该壳体壁延伸跨越所述三个壳体元件5、6和7。每个壳体元件5、6和7因此构成了壳体壁8的至少一部分。
为了冷却电机1，在机壳2上设计有冷却剂入口接头9和冷却剂出口接头10。冷却剂入口接头9用于向机壳2中输入冷却剂，冷却剂出口接头10用于从机壳2中排出冷却剂。冷却剂的输入通过箭头11表示，排出通过箭头12表示。冷却剂入口接头9通入到环形分配空间13中，该环形分配空间沿周向方向完全包围定子3。从环形分配空间13伸出多个壳体冷却通道14，这些壳体冷却通道延伸超出于定子3的一个轴向端部，该轴向端部在轴向方向上比另一轴向端部距离环形分配空间13更远。
壳体冷却通道14通入到转向通道15中，在该转向通道中流动方向在轴向方向上看转向了180°。冷却剂从转向通道15进入定子冷却通道16。由于冷却剂的转向，冷却剂从环形分配空间13出发按照箭头17流动通过壳体冷却通道14且接下来向着相反方向按照箭头19流动通过定子冷却通道16。冷却剂通过定子冷却通道入口19进入到定子冷却通道16中并且在沿轴向方向相反的端部处通过定子冷却通道出口20从定子冷却通道流出。
在流动技术方面可以在壳体冷却通道14与定子冷却通道16之间、尤其是在转向通道15与定子冷却通道16之间设有集流室21，在集流室中首先汇集了多个或所有壳体冷却通道14的冷却剂，然后再输送给定子冷却通道16。在定子冷却通道16的下游，定子冷却通道通过定子冷却通道出口20在流动技术方面连接在冷却剂出口接头10上。为此定子冷却通道16例如通入到集流室22中，通过该集流室，所有定子冷却通道16与定子冷却通道出口20建立流动连接。
图2示出了电机1的第一种实施方式的部分横截面图。可以看出，壳体冷却通道14被设计为壳体壁8中的凹部并且被定子3封闭。壳体冷却通道14因此由壳体壁8和定子3共同形成。此外可以看出，定子冷却通道16布置在定子3的定子齿23之间。在此，定子冷却通道位于绕组25的绕组叠片24之间。定子冷却通道16被设计成绕组叠片24中的边缘敞开的凹部，从而相邻的绕组叠片24共同界定定子冷却通道16中的至少一个。
图3中示出了电机1的第二实施方式的部分横截面图。该第二实施方式基本相应于第一实施方式，因而参见上述实施方案且下面仅讨论不同之处。不同之处在于，壳体冷却通道14作为边缘敞开的凹部形成在定子3中，该凹部被壳体壁8封闭。此外可以设有另一壳体冷却通道26，该另一壳体冷却通道完全位于定子3中，即以在横截面中边缘封闭的方式形成在该定子中。在壳体冷却通道26的这种设计方案中，定子3以传热的方式连接在机壳2上或壳体壁8上，从而确保机壳2的有效冷却。
电机1的该设计方案实现了机壳2和定子3的特别有效的冷却。此时尤其提出，从环形分配空间13出发的壳体冷却通道14具有不同的流动阻力，该流动阻力取决于相应的壳体冷却通道14与冷却剂入口接头9的在流动技术方面的距离。因此可以实现在壳体冷却通道14之间的液压平衡，从而在给定的通过冷却剂入口接头9的质量流量的情况下这些壳体冷却通道分别被相同的冷却剂质量流量流过。这实现了机壳2的特别均匀的冷却，从而避免了热应力。

Claims (10)

1.一种电机(1)，该电机具有在机壳(2)中布置的定子(3)和以能够相对于定子(3)围绕转轴转动的方式被支承的转子(4)，其中，所述机壳(2)具有用于向机壳(2)中输入冷却剂的至少一个冷却剂入口接头(9)和用于从机壳(2)中排出冷却剂的至少一个冷却剂出口接头(10)，其特征在于，冷却剂入口接头(9)通入环形分配空间(13)中，从环形分配空间(13)中伸出多个壳体冷却通道(14)，所述多个壳体冷却通道沿轴向方向看延伸超出于定子(3)，所述多个壳体冷却通道在壳体冷却通道的与环形分配空间(13)相背离的一侧上在流动技术方面连接在形成在定子(3)中的定子冷却通道(16)的定子冷却通道入口(19)上，所述定子冷却通道在轴向方向上完全贯穿定子(3)，所述定子冷却通道在定子冷却通道的与定子冷却通道入口(19)相背离的一侧上通过定子冷却通道出口(20)连接在冷却剂出口接头(10)上。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述环形分配空间(13)形成在机壳(2)的壳体壁(8)中或被壳体壁(8)界定，和/或所述壳体冷却通道(14)形成在壳体壁(8)中或被壳体壁(8)界定。
3.根据上述权利要求之一所述的电机，其特征在于，所述环形分配空间(13)设计成沿周向方向贯通，所述壳体冷却通道(14)以在壳体(2)的周部上均匀分布的方式从环形分配空间(13)中通出。
4.根据上述权利要求之一所述的电机，其特征在于，壳体冷却通道(14)在壳体冷却通道的与环形分配空间(13)相背离的一侧上通入集流室(21)中，定子冷却通道(16)从集流室中伸出，或壳体冷却通道(14)中的每个壳体冷却通道以与其他壳体冷却通道(14)在流动技术方面分开的方式与定子冷却通道(16)之一在流动技术方面连接。
5.根据上述权利要求之一所述的电机，其特征在于，所述壳体冷却通道(14)被壳体壁(8)和定子(3)的外周共同界定。
6.根据上述权利要求之一所述的电机，其特征在于，所述环形分配空间(13)布置成在轴向方向上看与定子(3)交叠。
7.根据上述权利要求之一所述的电机，其特征在于，所述冷却剂出口接头(10)在轴向方向上看位于定子(3)的与定子冷却通道入口(19)相背离的一侧上。
8.根据上述权利要求之一所述的电机，其特征在于，所述定子冷却通道(16)布置在定子(3)的各个定子齿(23)之间。
9.根据上述权利要求之一所述的电机，其特征在于，所述定子冷却通道(16)位于定子(3)的相邻的定子绕组之间或形成在定子绕组中。
10.根据上述权利要求之一所述的电机，其特征在于，形成在定子绕组中的所述定子冷却通道(16)作为边缘敞开的凹部位于定子绕组的绕组叠片(24)中，从而使相邻的绕组叠片(24)在横截面中看分别共同界定定子冷却通道(16)中的至少一个。
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