CN103609003B - 冷却壳和用于冷却壳的偏转单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于冷却电动机、尤其定子（23）的冷却壳（14），其中，在冷却壳（14）上至少部分地构成用于输送冷却介质的第一盘旋式线路（16）。要展示一种安装空间上优化的冷却，它保证轴向平衡的冷却，其方式是，在冷却壳（14）上至少部分地构成用于输送冷却介质的第二盘旋式线路（17），两个盘旋式线路（16，17）相对于公共的盘旋轴线（R）而言形成一轴向组合的双盘旋，其中，第一盘旋式线路（16）设置为流入线路而第二盘旋式线路（17）设置为回流线路。此外给出一种用于导回到第二线路（17）中的偏转单元（12），它最大程度地防止静压力下降。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于冷却电动机、尤其定子的冷却壳，其中，电动机的排放热被在第一线路中流动冷却介质接收并送出。所述冷却壳至少部分地构成用于输送冷却介质的第一螺旋式线路。本发明还涉及一种偏转单元，它允许线路导向的高自由度。
背景技术
由DE102005052364A1已知一种电动机，在其定子上构成用于输送冷却介质的盘旋式线路。这些冷却介质线路通过外壳和在壳体外侧面上平行于电动机纵轴线螺线形走向的凸起、而且通过杯状的盖构成。冷却线路的输入口和出口加工在杯状的盖中，为此必须在轴向上在两侧制出与冷却介质线路的连接。
在此有问题的是，对于轮毂电动机、而且也对于其它电动机，不利地损失了径向安装空间，因为例如软管形式的冷却介质管路必须或者从流入口或者从出口沿轴向在电动机旁边经过。由于这些特有的输送管路，相当大的环形安装空间不能用于电动机。
此外不存在使这种输送管路或者穿过定子线圈、或者靠近轮辋来安置的替换可能性，因为在两种情况下同样会有一大的环形安装空间不能利用，或者由于穿引而会产生新的问题。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种用于电动机的冷却壳，该冷却壳在径向上能够扁平地设计并且还仍然保证电动机的均匀冷却。
该任务通过开头所述类型的冷却壳这样解决：在冷却壳上至少部分地构成一用于输送冷却介质的第二盘旋式线路，并且，两个盘旋式线路关于公共的盘旋轴线而言形成一轴向组合的双盘旋，其中，第一盘旋式线路设置为流入线路而第二盘旋式线路设置为回流线路。
冷却壳是一种确保尽可能大面积冷却的冷却装置，其中，冷却线路的导向这样构造，使得排放热、尤其定子上的排放热尽可能有效地被吸收。因此，金属、尤其铝用于制造该冷却壳是有利的。尤其在具有外转子的电动机上，冷却壳可以基本圆柱形地、空心圆柱形地或者作为圆环段或以类似方式构成。此外不必一定是圆形的底面。该冷却壳也可以构造为具有完全不同的底面的棱柱，其中，棱柱的高度理想地相应于电动机的旋转轴线。
在冷却壳上构成第一和第二盘旋式线路。在此盘旋式意味着，所述线路围绕一盘旋轴线布置并且不仅在周向上、而且在轴向上沿着该盘旋轴线延伸，其中，该盘旋轴线理想地与电动机旋转轴线重合或者非常接近该电动机旋转轴线。盘旋式的一种特殊情况是螺线形。在此，各个线路形成一螺线形状，它们以几何形状布置在圆柱形的或空心圆柱形的冷却壳上并且以限定的螺旋导程在关于盘旋轴线的轴向上延伸，其中，盘旋轴线形成该圆柱或该空心圆柱的对称轴线。
在此，盘旋式线路可以径向敞开并且例如分别形成一槽。因此可以仅部分地通过冷却壳构成。该部分地构成的线路的径向限界通过一适配的盖实现。在此该盖可以替换地径向向外或径向向内遮盖，根据该部分地构成的线路或槽在哪个方向上取向而定。为此，该盖可以选择式地在径向上延续该线路并且在连接时径向遮盖该线路，或者直接径向遮盖该线路。
两个盘旋式线路相对于一公共的盘旋轴线形成轴向组合的双盘旋，其中，第一盘旋式线路设置为流入线路而第二盘旋式线路设置为回流线路。因此一方面保证，径向上总是或者仅第一线路、或者仅第二线路被遮盖，或者说能够截取产生的热能。第一和第二线路通过分别形成的螺旋在轴向上彼此相对定向，因此形成双盘旋。为了相对于公共盘旋轴线形成双盘旋，两个线路在轴向上具有相同的导程，以便可以在轴向上彼此组合。在此，可以与第一盘旋式线路的左侧和右侧直接轴向紧邻地分别设置第二盘旋式线路的一个分段。但是替换地也可以在那里安置另外的冷却线路或其它元件。
由于在双盘旋中流入和回流，冷却液通过两个线路的两个轴向相邻的分段平均地提供轴向平衡的冷却功率。这可以与使用相关地带来非常保护电动机的效果。
平衡的冷却例如可以用于提高冷却介质的初始温度（冷却介质温度）。而在单螺旋情况下，从电动机到冷却线路的温度梯度差在入口附近比在出口处大得多。因为在双盘旋情况下相邻线路具有温度极不同的冷却介质，在冷却壳与电动机之间引起的温度梯度在轴向上变化小得多。公知，原则上在温度梯度尽可能大的情况下能够最好地冷却，小的温度梯度要避免。在双盘旋中正好是这种情况。流入线路的冷却介质温度明显低于回流线路的冷却介质温度。但是因为两个线路始终非常靠近地并排延伸，各自的向电动机的温度梯度被平均，由此，合成的温度梯度在轴向上明显变化更小。因此，冷却介质的初始温度可以相对较高，由此在控制冷却介质温度时只需使用更少的冷却功率。替换地或选择地，在保持相同的初始温度的情况下可以减小双盘旋中的线路的通流横截面，由此节省安装空间。
此外，借助双盘旋的、轴向平衡冷却的还具有一优点，即，由于平衡不必再费事地借助传感器监控电动机内部所有对热敏感的部位，而是可能仅还需要一个传感器，它通过适当的校准也能够评价其它测量部位。
另一优点是，第一和第二线路在冷却壳的一轴向端部上通过偏转单元相互连接，由此，不仅冷却系统的入口而且出口都可以设置在一个轴向侧上。在此选择式地存在这种可能性：使入口/出口在径向上或轴向上接通，即借助于接头或插头在轴向上或径向上继续引导。例如也可以有利地借助双软管在工作过程中使两个接头与冷却介质储备罐、例如水箱连接。尤其在轮毂电动机中、但是也在其它电动机中，不能在轮侧触及到冷却介质线路。这种触及在径向上由于轮辋而不能实现。因此能够以有效的方式保证在轴向上在车辆侧供给冷却介质。
在一有利实施方式中，所述冷却壳形成一第三盘旋式线路和一第四盘旋式线路，与第一盘旋式线路和第二盘旋式线路共同形成一轴向组合的四重盘旋。换言之，能够以类似方式再将两个双盘旋组合成一个四重盘旋。因此，总是能够由双盘旋构成一多重螺旋。这是有意义的，当例如需要具有不同线路、泵和冷却介质储备罐的自主的冷却系统时。
也有利地是，具有第一、第二、第三和/或第四线路的冷却壳在径向上可通过一盖遮盖。
在冷却壳上例如在冷却壳的第二轴向侧上布置有第一盘旋式线路的流入口以及第二盘旋式线路的流出口，由此，对于冷却循环可以有利地使用双盘旋。在此所述冷却壳的第二轴向侧应该是对于冷却软管或管道而言能够良好触及的那侧。在轮毂电动机中第二轴向侧将是面对车辆的那侧，而第一轴向侧是被轮辋遮盖的那侧。
在一有利实施方式中，第一与第二盘旋式线路并且第三与第四盘旋式线路在冷却壳的第一轴向侧上借助一引导冷却介质的偏转单元连接。由此可以在第二轴向侧上使第二盘旋式线路与第三盘旋式线路或者连接（只一个回路）或者不连接（两个回路）。
由两个盘旋式线路组成的双盘旋可以有利地具有用于冷却介质流的方向改变的偏转单元，该偏转单元有利地具有一冷却介质入口、一冷却介质出口和一多线路系统，该多线路系统具有至少一个叶片元件用于将冷却介质流分成至少两个分流并且接着使这些分流合并。偏转单元不仅连接在第一盘旋式线路上，而且连接在第二盘旋式线路上，由此使冷却介质流从第一线路偏转到第二线路（或者反之）。在此各流动方向可以基本上或者正好构成一180度的转向。同样可以设想90至180度之间的转向。在此优选160至180度的急转向，因为它们与要冷却的电动机或定子的几何形状无关地大多导致极大地节省安装空间。
多个级联的叶片元件借助叶片臂构成在两个叶片元件之间被引导和转向的分流。即不发生总流的整体转向，而是发生多个、大多是全部分流的各自转向。分流的方向变化越大，通流横截面就必需设计得越大。在叶片背面与相邻叶片元件的叶片底部之间，对应分流的通流横截面最大。就整个线路导向而言，这些部位可视为顶点或拐点。
在该顶点或拐点上冷却介质的流动速度最慢，因为这些分流的总通流横截面比冷却介质入口或出口的通流横截面大多倍。按照伯努利定律，静压力和动压力的总和是恒定的，据此，在通流横截面保持相同并且向相反方向（180度）转向情况下，动压力将强烈升高并且由此的静压力不可避免地下降，该静压力为了冷却介质回路的运行而应尽可能在所有位置上保持相同大小。因此，在通流横截面保持相同情况下向相反方向转向形成堵塞状况或者梗死状况，该状况可以通过基于分流的偏转单元来避免，因为分流的流动速度与总通流横截面的增大成反比地下降。
通流横截面是冷却介质线路的或分流的这样的截面：对应的冷却介质线路的或者分流的流动方向与该截面垂直。总通流横截面是多个分流在相互对应的位置上的通流横截面的总和。
有利地，这些分流的最大通流横截面比偏转单元的冷却介质入口的或冷却介质出口的通流横截面的两倍、三倍、四倍或五倍大，由此也可以最佳地利用安装空间。
有利地，分流的最大通流横截面上的平均流动速度比冷却介质入口的或冷却介质出口的通流横截面上的流动速度缓慢，两者为两倍、三倍、四倍或五倍的关系。通过构成多个具有相应数量叶片元件的分流，可以任意地降低流动速度，使得借助静压力（冷却介质泵）保证冷却介质流的控制、尤其减小。
在一有利实施方式中，叶片元件使该叶片元件的叶片底部上的分流与该叶片元件的叶片背面上的相邻分流分开。该叶片元件在流动方向和对流方向上分别具有逐渐变细的叶片臂。叶片臂的间距确定分流与主流的分开（例如主流的百分之10，20或30）。
所述偏转单元有利地实施为闭合的环、实施为环段和/或实施为注塑件。闭合的环使径向定位容易并且可以通过相应的嵌入元件也在轴向上正确定位。相应情形适用于环段。作为注塑件构成与切屑加工相比成本有利。
也有利的是，所述偏转单元的几何形状迫使角度正确地安装在冷却壳上。由此可以保证：第一与第二或第三与第四盘旋式线路在没有不利的泄漏的情况下相互连接，或者根本不会这样错误地连接，使得不能保证通流连接。这样会使冷却不能起作用。
本发明的其它有利扩展结构和优选改进方案在附图说明和/或从属权利要求中给出。
附图说明
下面借助在附图中所示的实施例详细说明和解释本发明。
附图示出：
图1空心圆柱形的冷却壳连同局部放大的、环形的偏转单元，
图2相对于冷却组件旋转轴线的纵剖面，该冷却组件由冷却壳、偏转单元和盖组成，
图3图1的冷却壳的与偏转单元对置的一侧，
图4偏转单元的多线路系统在周向上的剖面图，
图5图4的多流系统的相邻的叶片元件。
具体实施方式
图1示出空心圆柱形的冷却壳14，连同在局部A中放大的、环形的偏转单元12。
偏转单元12构造为环并且连接第一与第二线路16，17的沿直径对置的开口。由此，偏转单元布置在相对于（未示出的）电动机的与盘旋轴线重合的旋转轴线R而言的第一轴向侧上，并且避免该第一轴向侧上的附加接口。
盘旋形的、实施为槽的线路16和17构成空心圆柱形的冷却壳14上的螺旋线并且径向向外敞开。径向法兰13用于盖18的贴靠和固定（见图2）。
图2和3示出相对于冷却组件的旋转轴线的纵剖面，该冷却组件由冷却壳14、偏转单元12和盖18组成。
盖18借助至少一个（未示出的）螺钉以及孔20固定在环形法兰13上，由此在径向上封闭该冷却系统。螺钉的数量可以根据所需的固定力或密封力变化。该冷却系统现在仅还在车辆侧（第二轴向侧）具有处于径向法兰13上的流入口41和流出口42，并且可以仅从该侧连接，这节省了安装空间。此外，轴向交替设置的第一和第二线路导致均匀的排热。
定子23大面积地被冷却壳14冷却，其中，该冷却壳由于环形的壳底部15而能够容易地安装到定子23上。此外，偏转单元12也被盖18在轴向上压到冷却壳14上并因此固定。因为该冷却系统被加载以冷却介质，在盖18与冷却壳14之间设置密封环22是有意义的。也可以在其它部位上设置密封环，例如在第一轴向侧上在偏转单元12附近、在盖18与冷却壳14之间或者也在环形的壳底部15与冷却壳14之间，其中，壳底部15可以与盖18一体地构成。
图中示出了图1的冷却壳14的与偏转单元12对置的一侧以及示出了从所述沿直径对置的开口引到该偏转单元12的线路。
有利地，第一和/或第二线路构成槽纹或打毛部，它引起涡流（与层流相对），保证更好地分配冷却介质并且由此也保证更好地分配吸收的能量。替换地，也可以引起冷却介质（大多是流体）的围绕流动纵轴线的旋转，例如通过线路内部的螺旋式构造。
此外有利的是，借助盲孔来实现入口或出口，其中，在冷却壳14上在径向上将一切削加工刀具导入或导出。由此使线路在周向上中断，以便借助轴向孔能够在轴向上达到该线路。
替换地，也可以使入口或出口由逐渐终止的槽实施，其中，开口也在圆周的一个长的部分上延伸并且不必一定具有圆的形状。
图4示出图1的偏转单元12多线路系统的在周向上的剖面图。叶片元件19级联地布置并且将总流分成多个缓慢流动的分流40。和与线路16连接的入口38相比，这些分流具有约比入口38的通流横截面大四倍的总通流横截面。相应的情况适用于出口39的通流横截面。
这些叶片元件19在周向U上布置并且引导冷却液体沿着圆周向相反的方向转向。
图5示出图4的多线路系统的相邻叶片元件19。叶片臂33分别成对地形成一个叶片入口31和一个叶片出口34，由此确定分流40的大小。最大通流横截面30设置在叶片底部32与相邻的叶片背面35之间。在该实施例中，最大通流横截面30沿着周向U取向。
相应地，沿着沿叶片臂33的通流方向发生体积扩宽，它在最大通流横截面处最大，在该最大通流横截面之后再相应减小。
总之，本发明涉及一种用于冷却电动机、尤其定子23的冷却壳14，其中，在冷却壳14上至少部分地构成一用于输送冷却介质的第一盘旋式线路16。要展示一种在安装空间方面优化的冷却，它保证轴向上平衡的冷却，其方式是，在冷却壳14上至少部分地构成一用于输送冷却介质的第二盘旋式线路17，并且，两个盘旋式线路16，17关于公共的盘旋轴线R而言形成一轴向上组合的双盘旋，其中，第一盘旋式线路16设置为流入线路而第二盘旋式线路17设置为回流线路。此外，给出一用于导回到第二线路17中的偏转单元12，它最大程度地防止静态压力下降。
附图标记列表
10 止挡
11 线路过渡部
12 偏转单元
13 径向法兰
14 冷却壳
15 环形的壳底部
16 第一线路
17 第二线路
18 盖
19 叶片元件
20 孔
22 密封环
23 定子
30 叶片通道
31 叶片入口
32 叶片底部
33 叶片臂
34 叶片出口
35 叶片背面
36 第一轴向侧
37 第二轴向侧
38 入口
39 出口
40 分流
41 流入口
42 流出口
R 盘旋轴线
A 局部
U 周向
X 轴向
Claims (4)
1.用于冷却电动机的冷却壳(14)，其中，在该冷却壳(14)上至少部分地构成一用于输送冷却介质的第一盘旋式线路(16)，其特征在于，在该冷却壳(14)上至少部分地构成一用于输送冷却介质的第二盘旋式线路(17)，两个盘旋式线路(16，17)相对于公共的盘旋轴线(R)而言形成一轴向组合的双盘旋，其中，第一盘旋式线路(16)设置为具有流入口(41)的流入线路而第二盘旋式线路(17)设置为具有流出口(42)的回流线路，所述流入口(41)和所述流出口(42)设置在所述冷却壳(14)的第二轴向侧(37)，所述两个盘旋式线路(16，17)在该冷却壳(14)的第一轴向侧(36)上借助一引导冷却介质的偏转单元(12)连接，所述偏转单元(12)用于防止静态压力下降。
2.如权利要求1所述的冷却壳(14)，其中，一第三盘旋式线路和一第四盘旋式线路与该第一盘旋式线路(16)和该第二盘旋式线路(17)共同形成一轴向组合的四重盘旋。
3.如权利要求2所述的冷却壳(14)，其中，第一、第二、第三和第四盘旋式线路中的至少一个在径向上能够通过一盖(18)遮盖。
4.如权利要求1所述的冷却壳(14)，其中，第一和/或第二盘旋式线路在径向上能够通过一盖(18)遮盖。
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