CN102906972A - 用于电动机的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于冷却电动机（10）的装置，该电动机包括具有护套表面/定子背部（35）的定子（30），其中，壳体（40）布置为围绕定子（30），该装置包括至少一个冷却通道（50），液冷介质用于在通道中流动，以冷却电动机（10），其中，壳体（40）布置为与定子（30）隔开且沿定子（30）的以热固塑料包裹的护套表面（35）的主要部分而延伸，用于在壳体（40）与所述护套表面（50）之间形成所述冷却通道（50），其中定子的定子绕组（32）布置为沿所述护套表面（35）延伸且从所述护套表面轴向伸出并在其外侧转向，其中包含伸出的定子绕组（32）的定子（30）嵌有所述热固塑料（E），其中，所述冷却通道（50）也形成在壳体（40）和这样伸出的定子绕组（32）之间。本发明也涉及一种具有用于冷却的装置的电动机，以及一种包括电动机的车辆。

Description

用于电动机的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于电动机的冷却装置。本发明也涉及一种电动机。本发明还涉及一种机动车辆。

背景技术

在驾驶期间，电动机发热，从而需要冷却，以转移热量。可通过不同类型的冷却介质（例如，空气、水或油）实现电动机的冷却。

US 6800971B1公开了一种装置，用于一起动电机的定子的液冷。该定子具有冷却通道，冷却通道形成在围绕定子的壳体与定子的定子背部的涂有合成树脂的护套表面之间，其中，冷却旨在通过液冷介质实现，液冷介质布置为在冷却通道中流动，从而冷却可直接作用于定子背部的涂有合成树脂的护套表面。该装置具有金属端板，其焊接在定子背部的相应端部。

EP 0434845A1公开了一种装置，用于定子的液冷。该定子的芯部紧靠设有冷却通道的护套，液体可布置成在冷却通道中流动。在定子芯的端部设置有密封环。具有密封功能的粘合剂布置在定子叠片（laminate）之间。

某些高性能电动机的问题在于，绕组的温度变得过高，可能会导致损坏电动机，并且为保护电动机，电流需减小，使得电动机性能受损。

此外，难以提供电动机定子与冷却部分之间的良好接触，导致大量受损的热传递，并且从而由于定子温度非期望的增加而导致性能受损。

发明目的

本发明的一个附加目的在于，提供一种用于电动机的冷却装置，其有利于电动机的高效冷却、紧凑设计，并具有成本有效的构造。

发明内容

此类目的和其他目的（将从以下描述中显而易见）通过用于电动机的冷却装置、电动机以及机动车辆而实现，它们的类型以介绍方式陈述，并且其附加地显示了所附权利要求1、9和10的特征部分所列举的特征。所述权利要求2-8限定了该冷却装置的优选实施例。

根据本发明，该目的通过一种用于电动机冷却的装置实现，所述电动机包括具有护套表面/定子背部（以导热热固塑料包裹）的定子，其中，壳体布置成围绕所述定子，其中，所述装置包括至少一个冷却通道，液冷介质用于在所述至少一个冷却通道中流动以冷却所述电动机，其中，所述壳体布置成与所述定子隔开且沿所述定子的以热固塑料包裹的护套表面（又称为包裹热固塑料的护套表面）的主要部分而延伸，用于在所述壳体与所述护套表面之间形成所述冷却通道，其后，所述定子的定子绕组布置为沿所述护套表面延伸且从所述护套表面轴向地伸出并在所述护套表面外侧转向，其中，包含伸出的所述定子绕组的所述定子嵌有所述热固塑料，其中，所述冷却通道也形成在所述壳体与这样伸出的所述定子绕组之间。从而冷却介质直接接触包裹热固塑料的定子，并且通过液体介质产生的冷却直接作用于嵌有热固塑料的线圈端部，这产生的情况是，有利于嵌入的热固塑料的高效冷却。这使得，为了消散来自绕组的热，需要从带有线圈端部的绕组经由热固塑料将温度转移至冷却介质，因此获得高效冷却。直接冷却因此作用在线圈端部，线圈端部最热并且出现比周围区域更热的局部点（所谓的热点），其中，对最热的地方进行高效冷却。从而可以在保持性能的情况下避免出现绕组温度变得过高而损坏电动机的情况。

通过对于导热热固塑料的直接冷却，可确保定子绕组/线圈端部与液冷介质之间的良好热接触。由于该高效冷却，进一步有利于在保持冷却效果的情况下减少冷却通道的径向延伸，因此减少包含壳体的电动机的半径，从而可获得更紧凑的电动机单元，使得在安装入车辆时有足够的空间。由于壳体布置成沿包裹热固塑料的定子的大部分而隔开地延伸，该电动机可形成为所谓的无架（frameless）电机，即，没有壳体的电动机，其中，电动机连接至壳体，用于形成冷却通道。据此，带有嵌入所述热固塑料定子的电动机以及带有通到转子轴的固定接口的转子可由供应商独立地生产，而壳体可形成在车辆中，这使得电动机的采购和安装成本减少，从而减少车辆整体生产的成本。

根据本装置的实施例，所述热固塑料由导热环氧树脂组成。具有诸如液密、导热、固化、热持续性和粘合性能的环氧树脂组成用于该目的的极好的热固塑料。导热环氧树脂具有良好的导热性，从而将热量从电动机的线圈端部高效地传输至壳体，壳体布置为支撑电动机的定子。该壳体然后布置为，使用合适的冷却介质进行冷却，诸如，空气、水、油或其他合适的冷却介质。此外，环氧树脂也使绕组中不同位置上的温度达到平衡。

根据本装置的实施例，所述液冷介质基本由水组成。用水作为液冷介质，可获得非常好的冷却。

根据本装置的实施例，壳体通过密封装置在定子的相应端部区域密封地连接至所述热固塑料，从而可避免液冷介质的泄露。

根据该装置的实施例，所述液冷介质布置为在所述冷却通道中基本轴向地流动。

根据实施例，该装置包括支撑元件，支撑元件布置为在壳体和包裹热固塑料的定子之间轴向延伸，形成所述冷却通道的轴向冷却部分，从而避免壳体弯曲且以此种方式减少冷却通道的空间。通过冷却介质在冷却通道部分中的分布来实现对冷却介质的进一步控制。

根据该装置的实施例，所述液体介质布置为，在所述冷却通道中基本成周向地流动。

根据实施例，该装置包括支撑元件，支撑元件布置为在壳体与包裹热固塑料的定子之间周向地延伸，形成所述冷却通道的周向延伸的冷却通道部分。从而避免壳体弯曲且以此种方式减少冷却通道的空间。此外，通过冷却介质的分布实现了冷却介质的控制。

附图说明

通过参考以下结合附图的详细描述，能更好地理解本发明，其中相同的附图标记在这些视图中始终表示相同的部件，附图中：

图1示意性示出机动车辆的侧视图；

图2示意性示出根据本发明实施例的电动机的轴向横截面图；

图3a和图3b分别示意性示出根据本发明实施例的电动机的轴向和径向的横截面图；

图4示意性示出根据本发明实施例的电动机的一部分的横截面侧视图；

图5示意性示出根据本发明实施例的电动机的一部分的在轴向上分布的视图。

具体实施方式

参考图1，示出机动车辆1的侧视图。该车辆可以是重型车辆，如施工车辆或军用车辆。该车辆可以是轮式车辆或履带式车辆。作为替换，该车辆可以是汽车。根据以下任意实施例，车辆1包括至少一个电动机，该电动机包括用于冷却电动机的装置。

图2示意性地示出电动机10的轴向横截面的侧视图，并且图3a和图3b分别示出根据本发明实施例的电动机的轴向和径向的横截面视图。

电动机10包括转子20和定子30，所述转子连接至传动轴22并且布置为转动所述传动轴22。该转轴22布置为与转子同中心地延伸，其中，该转子布置为围绕转轴20。根据变型，转子20由堆叠的转片（rotor plate）20a组合而成。转子20包括磁体24，磁体24布置在转子20外围。

定子30布置为围绕转子20，其中，转轴22和因此的转子20相对于定子30同心地布置。转子20的外表面与定子30的内表面相邻且隔开布置。根据变型，定子30由堆叠的定片（stator plate）30a组合而成。定子30包括定子绕组32，定子绕组32包括一组导电线32a/导体32a，优选是铜线，电流可通过其进行传导，用于驱动电动机10。所述导体10厚度可不同。所述定子绕组32布置成轴向延伸，从而该绕组邻接在转子附近。该定子绕组32布置为从定子30端部部分而轴向伸出，在该端部部分外侧转向，并再引入穿过该端部，其中，所述定子绕组32的所述伸出部分32’形成所谓的线圈端部32’。

根据变型，绕组32的铜线32a布置为在定片30a的隔室/凹槽34中轴向延伸，并且从定子30的端部部分导出且导回进入定片30a的另一个隔室/凹槽34。所述导线/导体32a可以具有不同形状，用于隔室/凹槽的不同填充。

定子30嵌入粘合液密、导热和热持续的热固塑料材料，即，热固塑料E，其优选由环氧树脂E组成。因此定子30外部包裹有所述热固塑料E。因此定子的护套表面35（即，所谓的定子的定子背部35）包裹有所述热固塑料E，从而形成定子的包裹热固塑料的护套表面35。定子30的定子绕组32根据本发明布置为沿定子30的所述护套表面35延伸且从该表面35轴向伸出，并该表面35外侧转向。因此根据本发明，包括定子绕组32的相应伸出部分32’（即，相应线圈端部32’）的定子30嵌有所述热固塑料E。

壳体40或罩（casing）40布置为连接至电动机10，以围绕电动机10，电动机10包括电动机的定子30。壳体40布置为沿定子的包裹热固塑料的护套表面35的大部分且与定子的护套表面隔开地延伸，用于在壳体和所述护套表面35之间形成所述冷却通道50。

该壳体还布置为，在所述护套表面35外侧沿轴向延伸，用于形成所述冷却通道50的附加部分。所述冷却通道50因此也形成在壳体40和定子绕组32的相应的这样伸出的部分32’之间。从而，该冷却通道50的一部分延伸并连接定子绕组的相应的伸出部分32’/线圈端部32’（嵌有热固塑料），其中，通过液体介质实现的冷却直接作用于嵌入热固塑料的线圈端部32’，这使得有利于嵌于热固塑料中的线圈端部的高效冷却。

根据本实施例，该壳体布置为沿定子30的包裹热固塑料的几乎整个护套表面35且与该护套表面隔开地延伸，形成所述冷却通道50。因此，该壳体的布置使得，冷却通道50形成在壳体40和包裹热固塑料的定子30之间，从而冷却通道50中流动的冷却介质将与定子30的包裹热固塑料的护套表面35直接接触，即，与热固塑料E直接接触。

由于定子30包裹有液密的、导热的热固塑料，因此水可有利地用作液冷介质，有利于高效冷却。

壳体40通过密封装置60在定子30的相应端部区域密封地连接至所述热固塑料。根据变型，密封装置60由密封件构成，根据变型，所述密封件由O形环构成。根据变型，该密封装置60由具有密封性能的附着材料构成。根据变型，密封装置60由配合装置（fitting means）构成，该配合装置旨在使嵌于环氧树脂的定子和壳体之间的表面具有一定的表面光洁度和/或形态校正性（form correctness）。该配合装置包括机加工件（machining），该机加工件布置于环氧树脂表面，该壳体将布置与该表面。从而设置成O形环形状的密封装置连接至所述机加工件，以确保密封，其中，布置O形环，使其被夹持并密封在定子表面和壳体表面之间。

热固塑料E施加于定子30且被允许固化，其中，热固塑料E附着至定子30，从而定子30的外表面包裹有所述热固塑料E。在热固塑料E固化之后，施加壳体40，从而形成所述冷却通道50。由于沿定子30的热固性的护套表面35的主要部分且隔开地围绕的壳体40是后来施加的，可根据应用而不同地形成壳体40，例如，根据壳体外部形状。从而可获得模块化，其中，同一电动机可用于多种应用，其中，针对新产品，只需变化壳体。

此外，所谓的无架电动机可由电动机的制造商生产，而实际的壳体可生产和适用于沿热固性的护套表面的大部分隔开地延伸，这减少了生产车辆的成本。

根据实施例，所述液冷介质布置为经由至少一个入口（未示出）在所述冷却通道中基本轴向地流动。

图4示意性示出根据本发明实施例的电动机10a的一部分的横截面的侧视图。该实施例与根据图2和图3a-图3b的电动机的不同点在于，径向支撑元件52a布置为在壳体和包裹热固塑料的定子30之间周向地延伸，形成所述冷却通道的周向延伸的冷却通道部分50a。

图5示意性示出根据本发明实施例的电动机10b的一部分的在轴向上分布的横截面视图。该实施例与根据图2和图3a-图3b的电动机的不同点在于，轴向支撑元件52b布置为在壳体和热固性定子30之间轴向延伸，形成所述冷却通道50的轴向冷却通道部分50b。从而，根据实施例，该冷却介质可在轴向延伸的冷却通道部分50b总流动，且在电动机的一端转向并被导入另一个轴向延伸的冷却通道部分50b，并紧靠先前冷却通道部分中的冷却介质流而进行流动。

根据实施例，所述液体介质布置为经由至少一个入口在所述冷却通道中基本周向地流动。

根据本发明的冷却通道50在径向上的延伸例如适应于电动机的冷却需要和尺寸、冷却介质期望的流速、以及冷却介质的温度等。该冷却通道可具有任何期望的配置，包括任何合适形式的通道部分。

此处的壳体应该是围绕电动机的元件，其中，壳体可以是任何合适材料并且其中术语壳体包括术语罩和盖。

根据变型，壳体40布置成支撑该定子30。根据变型，定子30布置成由例如车辆的其他装置支撑，因此固定地设置成与壳体40隔开，但密封地连接至壳体40。

本发明优选实施例的之前描述的目的仅在于提供说明和描述的目的。其不旨在穷尽地描述本发明或将本发明限制为所公开的细节形式。明显地，许多修改和变型将对本领域技术人员显而易见。选定和描述实施例，目的是最佳地说明本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能理解本发明，并且针对具体应用，利用各种修改而设想出各种实施例。

Claims (10)

1.一种装置，用于电动机（10）的冷却，所述电动机包括具有护套表面/定子背部（35）的定子（30），其中，壳体（40）布置成围绕所述定子（30），所述装置包括至少一个冷却通道（50），液冷介质用于在所述至少一个冷却通道中流动以冷却所述电动机（10），其中，所述壳体（40）布置成与所述定子（30）隔开且沿所述定子（30）的以热固塑料包裹的护套表面（35）的主要部分而延伸，用于在所述壳体（40）与所述护套表面（50）之间形成所述冷却通道（50），其特征在于，所述定子的定子绕组（32）布置为沿所述护套表面（35）延伸且从所述护套表面轴向地伸出并在所述护套表面外侧转向，其中，包含伸出的所述定子绕组（32）的所述定子（30）嵌有所述热固塑料（E），其中，所述冷却通道（50）也形成在所述壳体（40）与这样伸出的所述定子绕组（32）之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述热固塑料（E）由环氧树脂组成。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述液冷介质由水组成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，所述壳体（40）通过密封装置（60）在所述定子（30）的相应端部区域处密封地连接至所述热固塑料（E）。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述液冷介质布置成在所述冷却通道（50）中基本轴向地流动。

6.根据权利要求5所述的装置，包括支撑元件（52b），所述支撑元件布置成在所述壳体（40）与以热固塑料包裹的所述定子（30）之间轴向地延伸，形成所述冷却通道（50）的轴向冷却通道部分（52b）。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述液体介质布置成在所述冷却通道（50）中基本周向地流动。

8.根据权利要求7所述的装置，包括支撑元件（52a），所述支撑元件布置成在所述壳体（40）与以热固塑料包裹的所述定子（30）之间周向地延伸，形成所述冷却通道的周向延伸的冷却通道部分（50a）。

9.一种电动机（10），包括根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置。

10.一种机动车辆（1），包括至少一个根据权利要求9所述的电动机（10）。

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