CN103368288A - 具有有效的内部冷却的电机 - Google Patents

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Abstract

电机，具有定子装置（1）和转子（4）。转子抗扭布置在转子轴（5）上。其支撑在电机的轴承（6）中，使转子轴连同转子一起围绕旋转轴线（7）旋转。在定子装置上轴向两侧上安置有限位件（8），使它们径向在外侧上和轴向在两侧上限定转子内腔（9）的边界。在定子装置中布置轴向延伸的第一冷却通道（10），其在轴向端部上与转子内腔导通连接，使从它穿过第一冷却通道返回到其中的内部空气冷却回路借助第一冷却通道变完整。液态冷却介质被输送给定子装置且重新导出。介质至少部分通过布置在定子装置中的第二冷却通道（12）引导。在第一冷却通道中布置第三冷却通道（16），其在第一冷却通道的整个轴向长度上延伸且介质通过第三冷却通道引导。

Description

具有有效的内部冷却的电机
技术领域
本发明涉及一种电机，
-其中，电机具有定子装置和转子，
-其中，转子抗扭地布置在转子轴上，
-其中，转子轴支撑在电机的轴承中，使得转子轴连同转子一起能围绕旋转轴线旋转，
-其中，在定子装置上轴向地在两侧上安置有限位件，使得定子装置和限位件径向地在外侧上和轴向地在两侧上限定转子内腔的边界，
-其中，在定子装置中布置轴向延伸的第一冷却通道，其在其轴向的端部上与转子内腔导通地连接，使得从转子内腔穿过第一冷却通道返回到转子内腔中的内部的空气冷却回路借助于第一冷却通道变得完整，
-其中，液态的冷却介质被输送给定子装置并且随后重新被从定子装置中导出，
-其中，液态的冷却介质至少部分地通过布置在定子装置中的第二冷却通道引导。
背景技术
这种电机是普遍公知的。纯粹示例性地可以参考DE102008036124A1和相应的US2011/140550A1或者DE1116797B。
由DE1813190U和由DE1802282U已知了其它的液体冷却的电机。
由DE19905539A1已知了，将电机用作为机动车的主驱动装置。
在电机中，在运行时出现的损耗导致热量增加。产生的热量必须被从电机中导出。热量部分地在定子装置中和部分地在电机的转子中产生。
定子装置的冷却通常是没有问题的。其可替换地利用空气或利用液态的冷却介质、例如利用水进行。在具有相对较低的保护类型的电机中，大多情况下将热量从转子内腔中导出也是相对没有问题的。
在以相对较高的保护类型-IP55或更佳的-封装的电机中，不能利用外部空气直接冷却转子内腔。因此提供了一种内部的冷却回路，其中，空气在转子内腔和定子装置之间循环。通过定子装置间接地冷却转子内腔。
发明内容
因此本发明的目的在于，一方面完全地实现对电机的有效的冷却并且另一方面特别将在转子内腔中产生的热量输送给冷却介质，使得能在其它方面利用相应的热能。
该目的通过一种具有权利要求1所述特征的电机来实现。根据本发明的电机的有利的设计方案是从属权利要求2至12的主题。权利要求13提出了一种对电机的优选的应用。权利要求14和15提出了用于导出的热量的优选的应用可能性。
根据本发明设计为，这样设计开头所述类型的电机，即在第一冷却通道中布置有第三冷却通道，第三冷却通道至少基本上在第一冷却通道的整个轴向的长度上延伸，并且液态的冷却介质也通过该第三冷却通道引导。
在电机的一个优选的设计方案中，第一冷却通道和第二冷却通道通过定子装置的分隔壁彼此分隔，并且分隔壁在其面对第一冷却通道的侧面上具有冷却肋片形式的主突出部。
在电机的另一个优选的设计方案中设计为，主突出部自身又在其面对第一冷却通道的侧面上具有冷却肋片形式的次突出部。通过该设计方案，可以改进从内部的空气冷却回路到液态的冷却介质的热传递。在电机的另一个优选的设计方案中进一步地设计为，冷却肋片形式的主突出部设计为内部空心的并且被液态的冷却介质流过。也通过该设计方案可以改进从内部的空气冷却回路到液态的冷却介质的热传递。特别是当主突出部的、被液态的冷却介质流过的部分是第二冷却通道的组成部分时，这是适用的。
优选地，第二和第三冷却通道是相关于液态的冷却介质的流动彼此不同的冷却通道。在这种情况下，第二和第三冷却通道特别可以相关于液态的冷却介质的流动可替换地彼此并联地（parallel）或彼此串联地（in Serie）布置。
第三冷却通道可以设计为布置在第一冷却通道中的管。在此，不同的具体设计方案是可能的。
因此例如可能的是，布置在第一冷却通道中的管具有第一和第二管部段，管部段在液态的冷却介质的流动方向上看串联地布置，第一管部段轴向地延伸，并且第二管部段螺旋形地围绕第一管部段延伸。
可替换地可能的是，布置在第一冷却通道中的管具有第一和第二管部段，该第一和第二管部段在液态的冷却介质的流动方向上看串联地布置，并且第一和第二管部段双螺旋形地环绕平行于旋转轴线的通道轴线。
可替换地还可能的是，布置在第一冷却通道中的管轴向地延伸，并且在管上布置空气引导元件，使得内部的空气冷却回路的空气螺旋形地环绕布置在第一冷却通道中的管。
电机可以设计为无壳体的电机。然而通常，定子装置具有定子和壳体，其中，壳体径向在外部围绕定子。
根据本发明的电机可以特别用作为机动车的主驱动装置。在这种情况下，从壳体中导出的液态的冷却介质例如可以在机动车内部用于加热的目的。特别地，液态的冷却介质可以用于加热机动车的电蓄能器和/或用于加热机动车的乘员室。
附图说明
对本发明的上述的特性、特征和优点以及如何实现它们的方式和方法根据下面对实施例的说明结合附图更清楚和可明确理解地详细加以说明。在此在示意图中示出：
图1示出穿过电机的纵截面图，
图2示出穿过根据图1的电机的横截面图，
图3示出穿过根据图1和2的电机的横截面图的一部分，
图4示出根据图3的一个可能的设计方案，
图5示出根据图3的一个可替换的设计方案，
图6示出根据图5的一个可替换的设计方案，
图7至9示出管的可能的设计方案，和
图10示出根据本发明的电机的一种可能的应用。
具体实施方式
根据图1和2，电机具有定子装置1。定子装置1包括电机的至少一个定子2。根据图1和2，定子装置1还包括壳体3。壳体3径向在外部包围定子2，使得定子2抗扭地保持在壳体3中。可替换地，可以取消壳体3。在这种情况下电机可能设计为无壳体的电机。
电机还具有转子4。转子4抗扭地布置在转子轴5上。转子轴5支撑在电机的轴承6上，使得转子轴5连同转子4一起能围绕旋转轴线7旋转。
只要下面需要概念“轴向的”，则其始终涉及旋转轴线7。“轴向的”表示平行于旋转轴线7的方向。只要下面（并且也在上面）使用了概念“径向的”，则其同样也涉及旋转轴线7。它表示正交于旋转轴线7朝向于旋转轴线7或远离于该旋转轴线的方向。如果在下面应用了概念“切向的”，则其同样也涉及旋转轴线7。它表示正交于旋转轴线7并且也正交于径向方向的方向。它也就表示一个方向，该方向以不变的径向距离并且在轴向的位置不变的情况下成圆形地围绕旋转轴线7对准。
在定子装置1上-在存在壳体3的情况下是在壳体3上-，轴向地在两侧上安置有限位件8。定子装置1和限位件8径向地在外侧上和轴向地在两侧上以相对较高的保护类型、通常是以保护类型IP55或更佳的保护类型限定转子内腔9的边界。
在定子装置1中-在存在壳体3的情况下是在壳体3中-，布置轴向地延伸的第一冷却通道10。第一冷却通道10在其轴向的端部上与转子内腔9导通地连接。使得内部的空气冷却回路借助于第一冷却通道10变得完整。在内部的空气冷却回路中循环的空气在图1中以箭头A表示。内部的空气冷却回路从转子内腔9径向向外地引导至第一冷却通道10的轴向的端部，随后穿过第一冷却通道10通向第一冷却通道10的另一个轴向的端部并且最后径向向内地重新回到转子内腔9。为了强制实现（Erzwingen）强制对流，可以-但不是必须的-在转子轴5上在转子内腔9内部布置通风元件。
如果定子装置1具有基本上为正方形的横截面，则第一冷却通道10优选地布置在横截面的对角线的区域中。在图2中示出了其角落之一。然而，布置在角落中不是强制性必需的。
液态的冷却介质11-例如水-被输送给定子装置1，该冷却介质在流过定子装置1之后重新被从定子装置1中导出。液态的冷却介质11至少部分地通过第二冷却通道12引导，该第二冷却通道布置在定子装置1中。第二冷却通道12优选地-但不是强制性的-布置在定子装置1的同样的元件2，3中，和第一冷却通道10一样，也就是说在存在壳体3的情况下优选地在壳体3中。
如迄今为止所述地，根据图1和2的电机-除了壳体3之外-相应于由DE102008036124A1中已知的电机。
第二冷却通道12，如已经描述地，优选地布置在定子装置1的同样的元件2，3中，特别是布置在第一冷却通道10附近。在这种情况下，第一冷却通道10和第二冷却通道12相应于图3中的显示通过定子装置1的分隔壁13彼此分隔。分隔壁13相对壁较薄。其壁厚d应该优选最大为第一冷却通道10的横截面延伸距离q的20%，其中，横截面延伸距离q的方向正交于相应的分隔壁13。
分隔壁13根据图3在其面对第一冷却通道10的侧面上具有冷却肋片形式的主突出部14。冷却肋片形式的主突出部14扩大了通向内部的冷却回路的空气的接触表面。通过这种表面扩大，使得从流过第一冷却通道10的空气到流过第二冷却通道12的液态的冷却介质11的热传递更容易。图3中的箭头B应标明从第一冷却通道10到第二冷却通道12的热流。
图4示出了根据图3的不同的可能的设计方案。这些设计方案可以彼此独立地实现。此外，箭头B也应该在图4中标明从第一冷却通道10到第二冷却通道12的热流。
第一个设计方案在于，主突出部14在其面对第一冷却通道10的侧面上具有冷却肋片形式的次突出部15。由此，还进一步地优化了从第一冷却通道10到第二冷却通道12的热传递。第二个设计方案在于，冷却肋片形式的主突出部14设计为内部空心的。在这种情况下，相应的空腔同样被液态的冷却介质11流过。
相应于根据图4的显示可能的是，主突出部14的、被液态的冷却介质11流过的部分是第二冷却通道12的组成部分。可替换地，它可以是独立的冷却通道。
相对于根据图3和4的设计方案可替换地或附加地，根据图5和6可能的是，在第一冷却通道10中布置有第三冷却通道16，该第三冷却通道-至少基本上-在第一冷却通道10的整个轴向的长度上延伸。在这种情况下，液态的冷却介质11不仅通过第二冷却通道12，而且也通过第三冷却通道16引导。
第二冷却通道12和第三冷却通道16根据图5和6中的显示，是相关于液态的冷却介质11的流动彼此不同的冷却通道12，16。在这种情况下，第二和第三冷却通道12，16可以可替换地相应于图5中的显示彼此并联地或相应于图6中的显示彼此串联地布置。在彼此串联的布置的情况下，液态的冷却介质11优选地首先流过第三冷却通道16并且随后流过第二冷却通道12。
第三冷却通道16特别可以设计为布置在第一冷却通道10中的管。随后联系图7至9详细描述这种设计方案。
根据图7和8，管16例如可以具有第一和第二管部段17，18。第一和第二管部段17，18在液态的冷却介质11的流动方向上看串联地布置。根据图7，第一管部段17轴向地、即平行于旋转轴线7延伸。第二管部段18在这种情况下螺旋形地围绕第一管部段17延伸。根据图8的可替换的设计方案，两个管部段17，18-也就是说第一管部段17和第二管部段18-双螺旋形地环绕通道轴线19。通道轴线19平行于旋转轴线7延伸。
图9示出了管16的另一个、相对于图7和8的设计方案可替换的可能的设计方案。根据图9，管16轴向地、即平行于旋转轴线7延伸。在管16上布置空气引导元件20。空气引导元件20定义了螺旋形地环绕管16的、用于内部的空气冷却回路的空气的轨道。内部的空气冷却回路的空气由此螺旋形地环绕布置在第一冷却通道10中的管16。
根据本发明的电机原则上可以任意地设计，例如设计为同步电机或异步电机或直流电机。然而特别地，设计为异步电机是优选的。此外，根据本发明的电机原则上可任意地使用。根据图10然而优选的是，将电机用作为机动车的主驱动装置21。这种方式特别地（尽管并不仅仅）在这种情况下适用，即电机设计为异步电机。
在用作为机动车的主驱动装置的情况下，定子装置1通常不仅具有定子2，而且也具有壳体3。在这种情况下，从壳体3中导出的（加热的）液态的冷却介质11可以特别在机动车内部用于加热的目的。例如，液态的冷却介质11可以用于，加热机动车的乘员室22。可替换地或附加地，液态的冷却介质11可以用于，加热机动车的电蓄能器23。利用电蓄能器23来为根据本发明的电机供给电能。同样可以-例如在制动机动车时-也将电能反馈到蓄能器23中。
本发明具有许多优点。特别地，根据本发明的电机的转子内腔9以高效的方式被冷却。此外在很大范围中可以实现热能反馈。当应用在机动车中时可以-特别是在冬天-加热蓄能器23和/或乘员室22。
尽管通过优选的实施例详细阐述和描述了本发明，本发明也并不受到公开的实施例的限制并且其它变体可以由技术人员从中推导出，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种电机，
-其中，所述电机具有定子装置（1）和转子（4），
-其中，所述转子（4）抗扭地布置在转子轴（5）上，
-其中，所述转子轴（5）支撑在所述电机的轴承（6）中，使得所述转子轴（5）连同所述转子（4）一起能围绕旋转轴线（7）旋转，
-其中，在所述定子装置（1）上轴向地在两侧上安置有限位件（8），使得所述定子装置（1）和所述限位件（8）径向地在外侧上和轴向地在两侧上限定转子内腔（9）的边界，
-其中，在所述定子装置（1）中布置轴向延伸的第一冷却通道（10），所述第一冷却通道在其轴向的端部上与所述转子内腔（9）导通地连接，使得从所述转子内腔（9）穿过所述第一冷却通道（10）返回到所述转子内腔（9）中的内部的空气冷却回路借助于所述第一冷却通道（10）变得完整，
-其中，液态的冷却介质（11）被输送给所述定子装置（1）并且随后重新被从所述定子装置（1）中导出，
-其中，所述液态的冷却介质（11）至少部分地通过布置在所述定子装置（1）中的第二冷却通道（12）引导，
其特征在于，在所述第一冷却通道（10）中布置有第三冷却通道（16），所述第三冷却通道至少基本上在所述第一冷却通道（10）的整个轴向的长度上延伸，并且所述液态的冷却介质（11）也通过所述第三冷却通道（16）引导。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一冷却通道（10）和所述第二冷却通道（12）通过所述定子装置（1）的分隔壁（13）彼此分隔，并且所述分隔壁（13）在其面对所述第一冷却通道（10）的侧面上具有冷却肋片形式的主突出部（14）。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述主突出部（14）自身又在其面对所述第一冷却通道（10）的侧面上具有冷却肋片形式的次突出部（15）。
4.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于，所述冷却肋片形式的主突出部（14）设计为内部空心的并且被所述液态的冷却介质（11）流过。
5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述主突出部（14）的、被所述液态的冷却介质（11）流过的部分是所述第二冷却通道（12）的组成部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述第二和第三冷却通道（12，16）是相关于所述液态的冷却介质（11）的流动彼此不同的冷却通道（12，16）。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述第二和第三冷却通道（12，16）相关于所述液态的冷却介质（11）的流动彼此并联地或彼此串联地布置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述第三冷却通道（16）设计为布置在所述第一冷却通道（10）中的管。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，布置在所述第一冷却通道（10）中的所述管（16）具有第一和第二管部段（17，18），所述第一和第二管部段在所述液态的冷却介质（11）的流动方向上看串联地布置，所述第一管部段（17）轴向地延伸，并且所述第二管部段（18）螺旋形地围绕所述第一管部段（17）延伸。
10.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，布置在所述第一冷却通道（10）中的所述管（16）具有第一和第二管部段（17，18），所述第一和第二管部段在所述液态的冷却介质（11）的流动方向上看串联地布置，并且所述第一和第二管部段（17，18）双螺旋形地环绕平行于所述旋转轴线（7）的通道轴线（19）。
11.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，布置在所述第一冷却通道（10）中的所述管（16）轴向地延伸，并且在所述管（16）上布置空气引导元件（20），使得所述内部的空气冷却回路的空气螺旋形地环绕布置在所述第一冷却通道（10）中的所述管（16）。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述定子装置（1）具有定子（2）和壳体（3），并且所述壳体（3）径向在外部围绕所述定子（2）。
13.一种机动车，其特征在于，所述机动车具有根据权利要求12所述的电机，作为主驱动装置（21）。
14.根据权利要求13所述的机动车，其特征在于，从壳体（3）中导出的液态的冷却介质（11）在所述机动车内部用于加热的目的。
15.根据权利要求14所述的机动车，其特征在于，从所述壳体（3）中导出的所述液态的冷却介质（11）用于加热所述机动车的电蓄能器（23）和/或用于加热所述机动车的乘员室。
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