CN102341998B - 具有冷却通道的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机(5)，特别是一种用于机动车辆的电机，所述电机包括壳体(9)、具有轴线(30)的轴(8)、定子和转子、引导用于冷却所述电机(5)的冷却液通过的至少一个通道(11)，其中所述至少一个通道(11)的至少一个区段(12)的几何结构或定向被设计成，使得冷却液沿轴(8)的轴线(30)的方向，特别是仅仅沿轴(8)的轴线(30)的方向，以小于40°的偏转流过所述至少一个通道(11)。

Description

具有冷却通道的电机
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电机和一种根据权利要求15的前序部分所述的驱动装置。
背景技术
驱动装置，优选的是特别地具有内燃机和电机的混合动力驱动装置例如被用于驱动机动车辆。在机动车辆中的用作电动机和发电机的电机具有轴线或轴，在该轴线或轴上设有定子或转子。
在电机中，特别是在定子和/或转子中会产生废热，因此需要对电机进行冷却。定子和转子被设置在电机的壳体内部。在该壳体中加工有螺旋形或蜗形的通道，以引导用于冷却电机的冷却液通过。螺旋形冷却通道所围绕的轴线在此与电机的轴的轴线相一致。在将冷却液导入到通道中之后，该冷却液吸收热量，因而温度升高。这导致在电机的轴向长度上不均匀的温度分布。由此以不利的方式降低了冷却液对热量的吸收。
DE 199 28 247 B4示出了一种电动机，该电动机具有电动机壳体、圆柱形的固定在电动机壳体上的定子、可转动地设置在定子内部的内部转子、可转动地围绕定子设置的外部转子，其中内部转子、定子和外部转子同心地设置，并且具有多个用于将定子固定在电动机壳体上的螺栓，其中设有冷却系统，该冷却系统具有在定子中形成的多对冷却通道、用于将冷却剂导入到冷却通道中的冷却剂进入口、用于将冷却剂从冷却通道导出的冷却剂排出口，该冷却剂进入口和该冷却剂排出口被设置在内部转子的轴向端部上并且与冷却通道相连接，该冷却系统还具有用于连接每个冷却通道对的冷却剂回流区段，该冷却剂回流区段被设置在内部转子的另一轴向端部中，并且其中所述冷却通道由定子和多个螺栓构成。
发明内容
发明的优点
依据本发明的电机，特别是用于机动车辆的电机，包括壳体、具有轴线的轴、定子和转子、引导用于冷却所述电机的冷却液通过的至少一个通道，其中该至少一个通道的至少一个区段的几何结构或定向被设计成，使得冷却液沿轴的轴线的方向，特别是仅仅沿轴的轴线的方向，以小于40°的偏转流过该至少一个通道。
由于冷却液在该至少一个通道中的轴向流动，在电机的轴向方向产生了基本上恒定的温度分布。由此，特别地由于定子和/转子在电机的中间平面的区域中散发最多的热量，因此可以改善冷却液对热量的吸收。
特别地，所述至少一个通道的几何结构或定向被设计成，使得在由所述至少一个通道的两个区段组成的至少一个第一区段对中冷却液在A区段中以与B区段相反的方向流动。在冷却液以相反的方向且沿轴向以小于40°的偏转在A区段中和B区段中流动时，热量可以特别好地被冷却液吸收并且能够均匀分布，因为由于相反的方向实现了沿轴向方向的分布。
在另一种设计方案中，通过所述至少一个通道的所述A区段以及通过所述B区段能够分别引导冷却液的一个分流。冷却液被分成分别被引导通过A区段和B区段的两股分流，其优点是，在两股分流汇合之后，这些被分开的液流能够充分混合。
在一种补充的实施方式中，两个分流大致相同，例如具有小于30％的偏差。
优选地，至少一个通道的几何结构或定向被设计成，使得所述冷却液在所述A区段中和所述B区段中流向所述电机或所述电机的一个部件的轴向端侧。因此，在A区段中和B区段中流动的冷却液从电机的中间平面分别被引导到电机的两个轴向端侧。在该中间平面的区域中，即在电机的中间，释放出最多的废热，从而这些废热被引导到轴向端侧，并且在那里热量能够由冷却液散发到周围环境中去。
在一种变型方案中，所述至少一个通道的几何结构或定向被设计成，使得在由所述至少一个通道的两个区段组成的至少一个第二区段对中冷却液在C区段中以与D区段相反的方向流动。
有利的是，通过所述至少一个通道的C区段以及通过D区段能够分别引导冷却液的一个分流。
在另一种实施方式中，这两个分流大致相同，例如具有小于30％的偏差。
特别的是，该至少一个通道的几何结构或定向被设计成，使得冷却液在C区段中和D区段中流向所述电机或所述电机的一个部件的垂直于所述轴的轴线的中间平面。有利的是，该中间平面相对于电机或电机的一个部件的两个轴向端侧具有相同的间距。
在另一种设计方案中，冷却液能通过至少一个通道的两个转弯区段从具有A区段和B区段的至少一个第一区段对被引导到具有C区段和D区段的至少一个第二区段对和/或反之。在这两个转弯区段中，冷却液从第一对被引导到第二对，并且反之。在这两个转弯区段中，该冷却液至少部分沿径向流动，从而由此冷却液也能够沿径向被引导流过壳体和/或定子。
在一种补充的变型方案中，具有A区段和B区段的所述至少一个第一区段对与具有C区段和D区段的至少一个第二区段对借助于分隔片相互间在流体方面被分隔开。该分隔片使具有A区段和B区段的所述第一区段对与具有C区段和D区段的第二区段对能够在结构上简单地在流体方面分隔开。
在另一种变型方案中，例如通过使所述冷却液能够通过至少一个通道的至少两个转弯区段和/或通过至少一个通道的至少一个连接区段被引导，使得所述冷却液能够沿径向被引导流过所述电机。
在另一种设计方案中，所述冷却液能够通过所述至少一个通道的至少一个连接区段从具有A区段和B区段的至少一个第一区段对被导向到具有C区段和D区段的至少一个第二区段对和/或所述冷却液能够通过至少一个通道的至少一个连接区段从具有C区段和D区段的至少一个第二区段对被导向到具有A区段和B区段的至少一个第一区段对。
在至少一个连接区段中，所述冷却液至少部分地沿径向流动，从而由此冷却液也能够沿径向被引导流过电机。此外，在该至少一个连接区段中，冷却液的通过C区段和D区段引导的分流汇合，从而通过在该至少一个连接区段中的混合，在C区段和D区段之间的区域中的可能的温度差基本上能够被均衡。此外，该至少一个连接区段优选地设置在电机的中间平面的区域中，在该区域中散发出最大量的热量。该连接区段，特别是该连接区段的流动横截面在此优选地被设计为使得该连接区段引导冷却液以紊流的形式流过。由此，一方面冷却液能良好地混合，并且另一方面在紊流的情况下能实现特别好的热量吸收，这样的优点是，在电机的因为产生最大量的热量而最需要冷却的区域中，由于在至少一个连接区段中的紊流而实现了冷却液的特别好的冷却效果。
特别的是，在壳体中和/或在定子中构造至少一个通道和/或所述冷却液是一种液体，特别是一种油或一种水-乙二醇混合物，和/或所述冷却液能够通过所述至少一个通道沿所述电机的径向和轴向以及优选地呈回形特别地以方向相反的轴向流动方式被引导。
一种依据本发明的驱动装置，特别是一种依据本发明的用于机动车辆的驱动装置，优选的是混合动力驱动装置，优选地包括内燃机，特别是用于驱动所述机动车辆的内燃机，优选地还包括至少一个壳体、优选设置在所述至少一个壳体中且具有定子和转子的至少一个电机，其中所述至少一个电机依据此专利申请文件中所描述的电机进行构造。
在另一种设计方案中，该至少一个壳体是多件式的。
在一种附加的设计方案中，该壳体是单件式的。
在另一种设计方案中，该至少一个电机用作电动机和/或发电机。
一种依据本发明的机动车辆包括该专利申请文件所描述的电机和/或在该专利申请文件中所描述的驱动装置。
在另一种设计方案中，该机动车辆包括可充电电池。该电池为电机供以电流，并且在该机动车辆减速时可以借助于电机通过由电机产生的电流为电池充电。此外，在机动车辆静止期间，可以通过例如公共电网为该电池充电。特别地，该电池为锂电池。
附图说明
下面将依照附图对本发明的实施例进行详细描述。附图中：
图1以非常示意性的视图示出了混合动力驱动装置，
图2以侧视图示出了电机，
图3示出了依据图2的剖视图A-A，
图4以立体视图示出了依据图1的电机的壳体，其中该壳体具有用于引导冷却液通过的通道，
图5以俯视图示出了依据图1的电机的壳体，其中该壳体具有用于引导冷却液通过的通道，以及
图6示出了机动车辆的视图。
具体实施方式
在图1中示出了用于机动车辆3的构成混合动力驱动装置2的驱动装置1。该用于机动车辆3的混合动力驱动装置2包括一个内燃机4和一个电机5，该电机作为电动机32和发电机33分别用于驱动机动车辆3或使该机动车辆3减速。该内燃机4与电机5借助于驱动轴20相互连接。内燃机4与电机5之间的机械联接可以借助于离合器19建立或脱离。此外，在将内燃机4与电机5相互联接的驱动轴20中设有弹性体21。电机5与差速器23机械联接。在将电机5与差速器28相互连接的驱动轴20中设有变矩器22和变速器28。借助于差速器23通过车轮轴24对驱动轮25进行驱动。
作为在图1中示出的用于机动车辆3的内燃机4和电机5的布置方式的替代，还可以想到其他的方案(未示出)。例如可以将电机5设置在内燃机4的旁边，并且借助于皮带或链条或齿轮与内燃机4机械连接(未示出)，以取代如在图1中所示出的驱动轴20。此外，还可以将电机5设置在传动装置，例如差速器上或者电机5可以起轮边电动机和/或轮边发电机的功能，即设置在轮毂的区域中(未示出)。
图2和图3以非常简化的视图示出了混合动力驱动装置2的在第一实施方式中作为极式电机的用于混合动力驱动装置2的电机5，该电机5具有固定的定子6和转动的转子7，因此未示出或仅非常简化地示出了例如电导线、定子6和转子7的绕组和用于定子6的固定装置。轴8由金属例如钢制成，在该轴上同心地设有转子7，其中轴8和转子7借助于未示出的轴承结构在固定的壳体9上。轴8、转子7和定子6都设置在壳体9的内部。定子6同心地围绕转子7设置在壳体9上，该定子借助于未示出的固定装置固定在所述壳体上。该定子6也可以被固定在壳体9上而无需附加的固定装置，例如借助于压紧连接和/或热压配合。该壳体9例如借助于消失模铸造法、精密铸造法或金属模铸造法制造。壳体9的壁厚例如在2mm至6mm的范围内。在此，轴8在混合动力驱动装置2的内部与该混合动力驱动装置2的驱动轴20连接，或者是该驱动轴20的一部分。
电机5具有用于引导用于冷却电机5的冷却液通过的通道11。该通道11被集成在电机5的壳体9中。在电机5的壳体9的外侧上构造有用于将冷却液导入到通道11中的进入口36和用于将冷却液从该通道11中导出的排出口37(图2至图5)。该进入口36和排出口37都被构造在电机5的中间平面29的区域中。该中间平面29垂直于轴8的轴线30。由定子6和/或转子7的最大部分热量都在中间平面29的区域中散出。由于将冷却液导入到在中间平面29的区域中的进入口36中，因此实现了在这个在电机5内部释放最多热量的区域中的冷却液供应，从而在电机5的这个重要的区域中能够特别好地进行冷却。通道11是电机5的未完全示出的冷却回路10的一部分，该冷却回路具有用于冷却液的导路和用于使冷却液冷却的热交换器或散热器。
在将冷却液导入到进入口36中后，通道11分成A区段15和B区段16(图4和图5)。该A区段15和B区段16构成通道11的区段15、16的第一区段对13。该A区段15和B区段16两个都沿轴向对准，从而使冷却液在A区段15和在B区段16中沿电机5的轴向流动。由于冷却液被分流到A区段15和B区段16中，因此冷却液在A区段中沿与在B区段中相反的方向流动。因此，冷却液既在A区段15中，又在B区段16中流向电机5的轴向端侧26。该壳体9作为电机5的一个部件27具有两个轴向端侧26(图4和图5)。
在流经通道11的A区段15后，冷却液到达通道11的转弯区段31，并且继续流到通道11的C区段17中。此外，流经B区段16的冷却液以类似的方式通过另一转弯区段31流入通道11的D区段18中(图4和图5)。C区段17和D区段18共同构成通道11的区段17、18的第二区段对14。在C区段17和D区段18中，冷却液沿电机5的轴向流动。A区段15、B区段16、C区段17和D区段18代表通道11的区段12，在这些区段中冷却液仅沿轴向流动。此外，冷却液在C区段17和D区段18中沿相反的方向流动，从而冷却液从轴向端侧26朝电机5的中间平面29流动。第一区段对13和第二区段对14分别借助于分隔片34在流体方面被分隔开或相对彼此隔离开。冷却液的流经C区段17和D区段18的分流在通道11的连接区段35中相互汇合并充分混合并且流向通道11的另一具有A区段15和B区段16的第一区段对13中。在流经连接区段35后，冷却液再次分为两股分流流入另一具有A区段15和B区段16的第一区段对13中。这种流动过程不断重复直至冷却液从进入口36围绕壳体9的整个圆周流到排出口37。在排出口37上，冷却液又从壳体9中被导出，并借助于冷却回路10的未示出的热交换器被冷却并且紧接着又被导入到进入口36中。
因此，冷却液既沿电机5的轴向又沿其径向呈回形地流过在壳体9中的通道11。由此，由于冷却液在壳体9中的这种方向相反的流动形式实现了电机5的，特别是壳体9的特别良好且均匀的冷却。在电机5的中间平面29的区域中产生最多的热量。这些热量在此被冷却液吸收并且通过具有A区段15和B区段16的第一区段对13到达电机5的两个轴向端侧26。在两个轴向端侧26上，由定子6散发出的热量大幅少于在中间平面29的区域中的热量。由此，壳体9在轴向端侧26的区域中的温度低于在中间平面29的区域中的温度。因此，冷却液可以在轴向端侧26的区域中，例如在通道11的转弯区段31的区域中将热量散发到壳体9上。这实现了沿壳体9的轴向的均匀的温度分布，从而使壳体9也能够将热量均匀地散发到周围环境中。通道11的连接区段35具有很小的流动横截面，从而使冷却液以紊流的方式流过该连接区段35。这以有利的方式一方面能在电机5的中间平面29的区域中通过冷却液特别好地吸收热量，并且另一方面来自C区段17和D区段18的冷却液的分流由此能够特别好地充分混合。
总地看来，依据本发明的驱动装置1以及电机5具有实质上的优点。冷却液通过通道11沿电机5的径向和轴向呈回形地被引导，从而使壳体9能够被均匀地冷却。

Claims (11)

1.一种用于机动车辆(3)的电机(5)，所述电机包括：
-壳体(9)，
-具有轴线(30)的轴(8)，
-定子(6)和转子(7)，
-引导用于冷却所述电机(5)的冷却液通过的至少一个通道(11)，
其中所述通道(11)具有进入口(36)并且通入到排出口(37)中，其中所述进入口(36)和所述排出口(37)设置在垂直于电机的轴(8)的轴线(30)的中间平面(29)的区域中，其特征在于，
所述通道(11)具有两个区段(15、17、31；16、18、31)，所述两个区段从共同的进入口(36)出发并且在所述进入口(36)之后分成沿相反的轴向方向延伸的部分，其中所述两个区段分别在经过转弯之后在设置在所述中间平面(29)的区域中的连接区段(35)中汇合以混合两个分流，并且随后又沿相反的轴向方向延伸地分开。
2.按照权利要求1所述的电机，
其特征在于，
所述至少一个通道(11)的至少一个区段(12)的几何结构或定向被设计成，使得冷却液沿轴(8)的轴线(30)的方向以小于40°的偏转流过所述至少一个通道(11)。
3.按照权利要求1所述的电机，
其特征在于，
通过所述两个区段(15、17、31；16、18、31)的在所述进入口(36)之后沿相反的轴向方向分开的部分能够分别引导冷却液的一个分流。
4.按照权利要求3所述的电机，
其特征在于，
所述两个分流具有小于30％的偏差。
5.按照权利要求1所述的电机，
其特征在于，
所述至少一个通道(11)的几何结构或定向被设计成，使得冷却液在所述两个区段(15、17、31；16、18、31)的在所述进入口(36)之后沿相反的轴向方向分开的部分(15、16)中流向所述电机(5)的轴向端侧(26)。
6.按照权利要求1所述的电机，
其特征在于，
通过所述两个区段(15、17、31；16、18、31)的汇合的部分(17、18)能够分别引导冷却液的一个分流。
7.按照权利要求6所述的电机，
其特征在于，
所述两个分流具有小于30％的偏差。
8.按照权利要求1所述的电机，
其特征在于，
所述两个区段(15、17、31；16、18、31)借助于分隔片(34)相互间在流体方面被分隔开。
9.按照权利要求1所述的电机，
其特征在于，
在所述壳体(9)和／或所述定子(6)中构造所述至少一个通道(11)和／或所述冷却液是一种液体和／或所述冷却液能够通过所述至少一个通道(11)沿所述电机(5)的径向和轴向呈回形被导向。
10.按照权利要求1所述的电机，
其特征在于，所述冷却液是一种油或一种水-乙二醇混合物。
11.一种用于机动车辆(3)的驱动装置(1)，所述驱动装置是混合动力驱动装置(2)，所述驱动装置：
-包括内燃机(4)，用于驱动所述机动车辆(3)，
-包括至少一个具有定子(6)和转子(7)的电机(5)，用于驱动所述机动车辆(3)，
其特征在于，
所述至少一个电机(5)依据前述权利要求中1-10中的任意一项进行构造。
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