CN103959606A - 电动机的定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动机的定子（1），它包括带有绕丝的、基本上为空心圆柱体形状的定子叠片（2）和在轴向方向上连接在定子叠片（2）上的绕组端部（6），其中，所述定子叠片（2）包括多个凹槽（4），其中，冷却剂管路（8）插入相应的凹槽（4）中，由此能够进一步改善电动机的效率。为此，相应的冷却剂管路（8）的部段（10）延伸到绕组端部（6）的区域内。

Description

电动机的定子

技术领域

本发明涉及一种用于电动机的定子，它包括设置有绕丝的、基本上为空心圆柱体形状的定子叠片和在轴向方向上连接在定子叠片上的绕组端部，其中，定子叠片包括多个凹槽，其中，冷却剂管路插入相应的凹槽中。

背景技术

在电动机中要将电能转换成机械能。特别是由磁场向线圈的、电流流过的导体施加的力被转化成运动。电动机虽然也可以实施平移运动，但是通常实现为旋转电机。

这种构造成用于产生旋转运动的电动机通常包括固定不动的定子和进行旋转的转子。定子的磁场由永磁体或者由设置有线圈绕组的金属构件（也称为定子叠片）产生。定子叠片通常构造成空心圆柱体的形式，并且缠绕着金属线线圈。绕丝的相应的末端通常在定子叠片的一个或者两个轴向侧面上伸出去，并且在那里分别形成称为绕组端部的金属线网。

在定子的内部布置着转子，它在大部分情况下由带有铁芯的线圈（即所谓的电枢）构成，其可旋转地支承在定子的磁场内。通过定子和转子的磁场的排斥和吸引产生旋转运动。在直流电机中，为了实现持久的力的效果并且因此实现旋转，总是通过由换向器旋转定子来为正确的绕组接通电流。在其他的构造形式下，例如在利用三相电流或者交流电运行的异步电机中，可以不要换向器，作为代替，异步电机的转子中具有短路绕组。

近几年来，由于人们逐渐提高环保意识并且自然资源紧缺，越来越多地将电动机作为车辆驱动器。电驱动器在许多方面都比内燃机优越，例如在效率以及电动机的有利的扭矩和功率特性方面。此外，驱动系在大部分情况下还能够构造得简单得多。

然而，缺点常常是电动车辆的行车距离较短，这是由于在目前的现有技术中在像蓄电池这样的能量存储器中能够携带的电量比较少造成的。因此特别在电动车辆上具有这样的任务，即，尽可能高效地利用可支配的能量，也就是说优化车辆的效率。

这例如可以通过使用废热实现，否则这些废热会被排放到电机室内并且因此浪费掉。在此经常通过穿流的液体冷却电动机的壳体，然后该液体可以将热量输送给不同的机组，例如内室加热系统继续加以利用。液体被导入相应的、被插入的或者被铸入的冷却剂管路中。壳体在这种情况下经常与定子叠片处于直接的接触状态，所以能够直接地导走在定子叠片中产生的热量。

这里的缺点经常是由于在运行时造成的定子叠片和被冷却的壳体之间的温度差而产生因为热膨胀造成的极高的应力。这可能导致定子叠片或者壳体上发生不允许出现的变形。因此也部分地将冷却剂管路直接集成到定子叠片中，为此要为定子叠片设置相应的凹槽，冷却剂管路插入该凹槽中。

发明内容

现在，本发明的目的在于提供一种前述类型的定子，它能够进一步改善电动机的效率。

根据本发明，该目的通过让相应的冷却剂管路的部段延伸到绕组端部的区域内得以解决。

其中，本发明从这样的构想出发，即，不仅定子叠片本身产生热量，而且连接在其上的绕丝也在绕组端部中产生热量。这些在绕组端部上发出的热量利用迄今的措施大部分都无法输送给液体，这意味着效率的损失。因此，需要设置将损耗热量有目的地从绕组端部排放到液体内。在此不应该设置额外的冷却剂管路，因为这可能意味着比较复杂的构造方式。作为代替，定子叠片的现有的冷却剂管路应该以双重利用的方式也用来冷却绕组端部。这可以通过将相应的冷却剂管路的部段延伸到绕组端部的区域内得以实现。

在有利的构造方案中，相应的冷却剂管路在此构造成冷却旋管。也就是说，冷却剂管路构造成具有多次扭转和弯曲，而不是构造成简单的差不多仅在一个方向上延伸的管路。由此增加可冷却的表面积，因为冷却剂管路在相同的面积上形成更大的总长度。因此实现定子叠片的更加均匀的冷却效果。

在另一种有利的构造方案中，其中，相应的冷却剂管路的入口和出口布置在定子叠片的同一个轴向侧面上。因此，冷却剂管路或冷却旋管布置在相反的流向上。由此也使得更均匀的冷却效果成为可能，因为冷的和已经由于来自定子叠片的热量的排放而被预热的冷却剂区域被相邻地布置。此外还通过将入口和出口布置在同一个位置上使简单的安装成为可能。

在特别有利的构造方案中，冷却片与相应的布置在绕组端部的区域内的部段连接。这样的冷却片通过绕组端部的区域内的能够促进绕组端部和冷却剂管路之间的热交换。为此，冷却片应该具有至到冷却剂管路的优化的热联接。其中，或者通过直接的接触或者也可以通过强制的对流实现向绕组端部的热传递。其中，冷却片的表面应该根据热传递法最佳地构造而成。

在另外的有利的构造方案中，相应的冷却片布置在绕组端部的径向外侧上。通过在运行时普遍地扩张绕组端部能够由此减少冷却片和绕组端部之间的间距或者改善接触效果。于是进一步优化了热传递。

在另一种有利的构造方案中，相应的部段和/或可能是相应的冷却片设置有电绝缘体。特别是在绕组端部与进行冷却的元件直接接触时，就确保了良好的电绝缘。然而，这里的热绝缘体应该是可导热的，例如可以使用薄膜。

在定子叠片内也应该优化向冷却剂管路的热传递。以有利的方式，定子叠片为此在未设置有凹槽的区域内具有在凹槽方向上延伸的空腔。因为空腔具有比定子叠片的金属更差的导热属性，所以在切线上阻挡了热流，并且转向进入凹槽内。由此使得热量更迅速并且更快递传递到处于凹槽内的冷却剂管路中。此外，空腔还使得重量减轻，者特别是在运用到机动车内时有利。

在有利的构造方案中，所描述类型的定子是电动机的组成部分。这种电动机以有利的方式在机动车内有助于特别有效的运行。

利用本发明实现的优点特别是在于，通过将冷却系统扩展到定子叠片的绕组端部的区域能够有目的地将损耗热量从绕组端部导入冷却剂，进而通过这些热量的可用性提高整体效率。因为现在可以用于加热和除霜目的的废热增加，并且不必为了这些目的消耗电池的能量，所以在电动车辆中特别是在外界温度较冷的情况下实现了能量的节约。此外，通过将采用的冷却剂管路直接集成到定子叠片中，还使与电动机的壳体的温度差最小化，从而避免了由于不同的热膨胀度而造成的不允许出现的变形。这对延长使用寿命是有利的。

附图说明

借助附图更详尽地阐述本发明。图中示出：

图1是用于电动车辆的电动机的定子的一部分的示意性透视图，

图2是图1所示的定子的冷却旋管的示图，

图3是图1所示的定子的绕组端部的区域的放大示图，以及

图4是图1所示的定子的定子叠片的截面图。

相同的部件在所有的图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出用于例如在电动车辆中使用的定子1的一部分的示意性透视图。示出的是定子的由磁性金属构造的定子叠片2，它基本上构造成空心圆柱体的形式并且构成电磁体的金属芯。电磁体由多个绕组形式的金属线构成，为了简单起见没有示出这些绕组。在定子叠片2的每个轴向端部上，金属线向外伸出，并且分别构成仅示意性示出的绕组端部6。

定子叠片2在其轴向外侧上具有朝着轴向定向的、穿过定子叠片的整个轴向部段的凹槽4。这些凹槽在切线方向上均匀地间隔开。冷却剂管路8插入凹槽4中，它们将由定子叠片2发出的热量导入冷却剂并且运输走。然后在机动车中进一步利用这些热量。

现在，为了在总体上提高机动车的效率，也要将由绕组端部6发出的热量输送给进一步的利用。为此，冷却剂管路8的部段10在绕组端部6的区域内延伸。这些部段10弯曲成U形，使得它们与冷却剂管路8的、位于凹槽4内的部分相互连接。于是它们就形成冷却旋管12。冷却旋管12的入口14和出口16在此位于定子叠片2的同一个轴向侧面上，并且布置在两个相邻的凹槽4的轴向延长线上。

为了进一步改进从绕组端部6到冷却剂的热传递，在冷却旋管12的部段10上安装冷却片18。它们被设计用于向冷却旋管12最佳地传递热量。这些冷却片18也同样分别以空心圆柱体的形式布置，并且在绕组端部的径向外侧处包围相应的绕组端部。然而，冷却片18不构成封闭的空心圆柱体，而是在轴向上具有断口20。该断口与冷却旋管12的这样的区域相互关联，在该区域中冷却旋管12不具有在切向上延伸的区域，该不具有在切向上延伸的区域在由断口20构成的线上延伸过。由此能够利用冷却片18扩张冷却旋管12，例如为了插入定子叠片2中。

冷却片18设置有绝缘体，绝缘体也可靠地防止了在电动机运行时扩张绕组端部6时，绕组端部6的金属线和冷却片18之间在触碰时发生电短路。

为了更好地将热流导入冷却剂管路8内，定子叠片2具有在轴向上延伸的、布置在凹槽4之间的空腔22。这阻止了热流从凹槽4流出。

图2示出在插入定子叠片2之前的带有冷却片18的冷却旋管12。这里可以看出各个组成部分、部段10、冷却剂管路8和冷却片18的断口20以及冷却旋管12的一般适用的形状，它蛇形地围绕着整个空心圆柱体延伸。

图3示出从倾斜的轴向方向上观察图1中的围绕着断口20的区域的放大视图。

最后，图4示出定子叠片2的径向切线截面。特别是示出了在切线方向上均匀地相互间隔的、交替地布置的凹槽4和空腔22。在径向内侧上，定子叠片2具有用于容纳定子绕组的金属线的结构24。

通过定子1的所描述的构造方式实现对热量的更好的排放，这些热量能够用在电动车辆的其他的组件内，并且因此提高效率。

Claims (9)

1.一种用于电动机的定子（1），包括带有绕丝的、基本上为空心圆柱体形状的定子叠片（2）和在轴向方向上连接在所述定子叠片（2）上的绕组端部（6），其中，所述定子叠片（2）包括多个凹槽（4），其中，冷却剂管路（8）插入到相应的所述凹槽（4）中，其中，相应的所述冷却剂管路（8）的部段（10）延伸到所述绕组端部（6）的区域内。

2.根据权利要求1所述的定子（1），其中，相应的所述冷却剂管路（8）设计为冷却旋管（12）。

3.根据权利要求1或2所述的定子（1），其中，相应的所述冷却剂管路（8）的入口和出口（14，16）布置在所述定子叠片（2）的同一个轴向侧面上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的定子（1），其中，冷却片（18）与相应的所述部段（10）连接。

5.根据权利要求4所述的定子（1），其中，相应的所述冷却片（18）布置在所述绕组端部（6）的径向外侧上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的定子（1），其中，相应的所述部段（10）和/或在可能的情况下相应的所述冷却片（18）设置有电绝缘体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的定子（1），其中，所述定子叠片（2）在未设置有凹槽（4）的区域内具有在凹槽方向上延伸的空腔（22）。

8.一种电动机，具有根据前述权利要求中任一项所述的定子（1）。

9.一种机动车，具有根据权利要求8所述的电动机。