CN104143884A - 具有冷却转子轴的电动机器 - Google Patents

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CN104143884A CN201410180976.1A CN201410180976A CN104143884A CN 104143884 A CN104143884 A CN 104143884A CN 201410180976 A CN201410180976 A CN 201410180976A CN 104143884 A CN104143884 A CN 104143884A
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Abstract

本发明涉及一种电动机器，具有一个转子轴以及用于冷却转子轴的一个装置，转子轴被配置成一个空心轴。该冷却装置具有轴向贯穿空心轴的一个静止的冷却枪形件，冷却枪形件具有用于一种冷却介质的一个进口和一个出口以及一个冷却通道，冷却通道是与进口和出口相连的并且轴向地贯穿冷却枪形件以用于引导冷却介质穿过冷却枪形件，并且冷却枪形件具有用于油的一个进口和一个出口以及一个油通道，其与油进口和油出口相连并且轴向地贯穿冷却枪形件以用于引导油穿过冷却枪形件，用于油的出口被连接到一个环形空间上。这种机器确保了转子轴的最佳冷却以及转子轴区域中的最佳油路径布置，而不会实质性地加热该油。

Description

具有冷却转子轴的电动机器
技术领域
本发明涉及一种电动机器，其具有一个转子轴以及一个用于冷却该转子轴的装置，该转子轴是被配置成一个空心轴。
背景技术
从EP0660492A1中已知一种此类电动机器。在所述电动机器中，该转子轴是通过变速器的变速器油来冷却的，该变速器的输入齿轮被固定地连接到该转子轴上以便与该转子轴一起旋转。变速器油作为冷却剂是被从一个齿轮箱引导至该转子轴中，并且该变速器油的返回是从该转子轴回到该齿轮箱中而发生的。
具有这种设计的电动机器的缺点是该转子轴的冷却依赖于该变速器油的体积流量和温度，并且该变速器油在流动穿过该转子轴的过程中变热。此外，通常必须相对于该转子轴的那些引导该变速器油的区域，在该转子轴的区域中提供多个专用密封件。
发明内容
本发明的一个目的是要开发一种在开头处所述类型的电动机器，其方式为确保对该转子轴最佳冷却以及在该转子轴区域中的最佳油路径布置，而不会实质性地加热这种油。
1.一种电动机器，具有一个转子轴以及一个用于冷却该转子轴的装置，该转子轴是被配置成一个空心轴，其中，该冷却装置具有轴向贯穿该空心轴的一个静止的冷却枪形件，该冷却枪形件具有用于一种冷却介质的一个进口和一个出口以及一个冷却通道，该冷却通道是与该进口和该出口相连并且轴向地贯穿该冷却枪形件以用于引导该冷却介质穿过该冷却枪形件，并且该冷却枪形件具有用于油的一个进口和一个出口以及一个油通道，该油通道是与该进油口和该出油口相连并且轴向地贯穿该冷却枪形件以用于引导该油穿过该冷却枪形件，用于该油的出口是被连接到一个环形空间，该环形空间是被形成在该冷却枪形件与该转子轴之间的，并且该环形空间具有用于该油的一个开口。
2.根据前述1所述的电动机器，其中，该冷却枪形件是被安装在一个变速器壳体中。
3.根据前述1或2所述的电动机器，其中，该变速器壳体具有一个壳体鳍片，该壳体鳍片具有一个油通道，该油通道是与该冷却枪形件的进油口相连。
4.根据前述2或3所述的电动机器，其中，该冷却枪形件贯穿该变速器壳体而到达外侧并且在该变速器壳体的外侧上具有该冷却通道进口和该冷却通道出口。
5.根据前述1至4之一所述的电动机器，其中，该冷却通道具有两个通道区段，这两个通道区段是被安排在该转子轴的轴线的方向上，一个通道区段具有该冷却通道进口并且另一个通道区段具有在该冷却枪形件的相同末端区域中的该冷却通道出口，这两个通道区段是通过它们在对应地与该冷却通道进口和冷却通道出口相背离的末端区域中的另一个通道区段而彼此相连。
6.根据前述1至5之一所述的电动机器，其中，该冷却通道基本上在该冷却枪形件的整个轴向长度上延伸。
7.根据前述1至6之一所述的电动机器，其中，该转子轴在一个轴向末端区域中具有封闭构型。
8.根据前述1至7之一所述的电动机器，其中，该冷却枪形件基本上在该转子轴的整个轴向长度上贯穿该转子轴。
9.根据前述1至8之一所述的电动机器，其中，该冷却枪形件具有圆柱形构型。
10.根据前述1至9之一所述的电动机器，其中，一个变速器轴是被连接到该转子轴上，该变速器轴的旋转轴线对应于该转子轴的旋转轴线。
11.根据前述1至10之一所述的电动机器，其中，固定地连接到该变速器壳体上的这个冷却枪形件是在与该变速器壳体相背离的末端区域中通过一个轴承安装在该转子轴中的。
12.根据前述1至11之一所述的电动机器，其中，贯穿该冷却枪形件的油通道是被安排成平行于这两个通道区段，这两个通道区段是被安排在该转子轴的轴向方向上。
13.根据前述1至12之一所述的电动机器，其中，用于该油的开口是用于从该环形空间中排放油的一个开口，该环形空间具有所述开口。
14.根据前述13所述的电动机器，其中，用于来自该环形空间的油的该排放开口是被配置成一个组合台阶。
15.根据前述14所述的电动机器，其中，该组合台阶是由该环形空间到一个油通道的过渡段形成的，该油通道贯穿该变速器轴、特别地是在一个轴承和/或一个径向轴密封件的区域中开放的油通道。
实现该目的所凭借的事实是该冷却装置具有轴向贯穿该空心轴的一个静止的冷却枪形件，该冷却枪形件具有用于一种冷却介质的一个进口和一个出口以及一个冷却通道，该冷却通道是与该进口和该出口相连并且轴向地贯穿该冷却枪形件以用于引导该冷却介质穿过该冷却枪形件，并且该冷却枪形件具有用于油的一个进口和一个出口以及一个油通道，该油通道是与该油进口和该油出口相连并且轴向地贯穿该冷却枪形件以用于引导该油穿过该冷却枪形件，用于该油的出口是被连接到一个环形空间，该环形空间是被形成在该冷却枪形件与该转子轴之间的，并且该环形空间具有用于该油的一个开口。
由于根据本发明的电动机器的这种构型，该油用于该转子轴区域的润滑并且该冷却介质用于冷却该转子。具体地讲，从抵靠着该转子轴的这些热的转子叠片传送到该转子轴的热量可以因此借助于该冷却介质而被排放。相应地，该油仅仅起到该转子与该冷却介质之间的热桥的作用。特别是这使得不依赖于油的体积流量和温度的冷却成为可能，并且可能免除该转子轴区域中的密封件。特别是可以将水提供作例如该电动机器的常态定子冷却的冷却剂。
该冷却枪形件优选是被安装在一个变速器壳体中。所述变速器壳体特别地具有一个壳体鳍片，该壳体鳍片具有一个油通道，该油通道是与该冷却枪形件的进油口相连。
认为特别方便的是该冷却枪形件贯穿该变速器壳体而到达外侧并且在该变速器壳体的外侧上具有该冷却通道进口和该冷却通道出口。这使得该冷却回路到该冷却枪形件的简单连接成为可能。
该冷却通道特别地以如下方式设计，即，使得该冷却通道具有两个通道区段，这两个通道区段是被安排在该转子轴的轴线的方向上，一个通道区段具有该冷却通道进口并且另一个通道区段具有在该冷却枪形件的相同末端区域中的该冷却通道出口。这两个通道区段是通过它们在对应地与该冷却通道进口和冷却通道出口相背离的末端区域中的另一个通道区段而彼此相连。冷却介质因此是通过该冷却通道进口而被输送至指配给该进口的通道区段中，从该指配给该进口的通道区段到该另一个通道区段并且从该另一个通道区段到指配给该冷却通道出口的另一个冷却通道。由于该冷却枪形件的这种静止安装，在该冷却通道进口和该冷却通道出口的区域中对冷却介质的密封能够以一种简单的方式完成。
该冷却通道优选是基本上在该冷却枪形件的整个轴向长度上延伸。相应地，该冷却枪形件基本上是在其整个轴向长度上通过该冷却介质来冷却的。
该转子轴在一个轴向末端区域中优选地具有封闭构型。相应地，该转子轴仅仅在一个末端区域是开放的并且该冷却枪形件通过所述末端可以被插入该转子轴中。
该冷却枪形件优选是基本上在该转子轴的整个轴向长度上贯穿该转子轴。在该转子轴具有封闭轴向末端的构型的情况下，该冷却枪形件因此是被引导得尽可能靠近所述末端。
如果该冷却枪形件具有圆柱形构型，则它具有结构特别简单的设计。该油通道和冷却通道能够以一种特别简单的方式被引入一个此类冷却枪形件中。当然，对冷却枪形件和/或油/冷却通道的其他截面构型也是可以的。例如，可以相对于流动特性和/或热传导来优化该冷却枪形件的形状。
该电动机器的转子轴通常与一个变速器的齿轮相互作用。确切地讲，该转子轴是被连接到具有该齿轮的一个变速器轴上。特别是该变速器轴的旋转轴线是与该转子轴的旋转轴线相同的。
由于该冷却枪形件通常是一个细长形部件，有利的是不仅在一个末端区域中以一种静止的方式安装该冷却枪形件、特别是安装到该变速器壳体上，而且还对该冷却枪形件的另一个末端加以支持。依此背景，认为有利的是该冷却枪形件是在与这种静止的安装或该变速器壳体相背离的末端区域中来通过一个轴承安装在该转子轴中的。
贯穿该冷却枪形件的油通道优选是被安排成平行于冷却通道的这两个通道区段，这两个通道区段是被安排在该转子轴的轴向方向上。
用于该油的开口特别地是用于从该环形空间中排放油的一个开口，该环形空间具有所述开口。用于排放油的这个开口能够以不同的方式进行设计。认为特别有利的是用于来自该环形空间的油的这种排放开口是被配置成一个组合台阶(Staustufe)。所述组合台阶特别是由该环形空间到一个油通道的一个过渡段形成的，该油通道贯穿该变速器轴、特别地是在一个轴承和/或一个径向轴密封件的区域中开放的一个油通道。
根据本发明的、被说明为包括所述电动机器的已阐述的多个有利发展的这种电动机器具有多个优点：
-固定在该壳体上的冷却枪形件从该变速器延伸经由/穿过一个变速器输入轴，而远至该电动机器的转子。在此，该冷却枪形件具有用于确定油路径布置以及用于引导冷却介质的多项措施或多个装置。从该变速器开始，油通过该冷却枪形件被输送或泵送进入该电动机器的空心轴，这可以是借助于一个油泵、或者例如在飞溅润滑的情况下借助于相对应的油路径布置而发生的。借助于一个组合台阶和/或多个密封件或密封系统，该电动机器的转子与该冷却枪形件之间的环形间隙被油填充并且由此该转子被热连接到该冷却枪形件上。冷却介质、特别是一种冷却液流动穿过该冷却枪形件并且因此被冷却。由于该转子轴的这种旋转运动，该组合台阶使得油均匀地(如在轴向方向上观看到的)湿润该油分配器的表面。该转子中的热量因此可以通过该环形油间隙、该冷却枪形件以及该冷却介质而排放。
-该油主要用于热量传导。于是该油取决于对应的油体积流量而部分地参与热量排放。
-由于通过该冷却枪形件传输热量，与没有冷却枪形件的系统的情况相比，该转子内部中的油温度甚至在低的油体积流量的情况下也可以被保持在低的水平上。
-在该转子轴与变速器的界面处，来自该转子的油可以被用于润滑该电动机器和/或该变速器的多个部件。在此，有利的是与该转子轴的温度低相比更低的相对低油温。
-与已知的具有冷却转子轴的电动机器相比，本冷却系统并不要求有旋转密封件、例如径向轴密封件以及类似物。
-可以省去用于冷却介质的循环密封件，如对于已知的液压冷却系统中为进行转子内部冷却所要求的密封件。
附图说明
在前述2-15、附图以及对附图中所再现的优选示例性实施例的说明中得出本发明的进一步的特征，而本发明并不局限于此。
在附图中：
图1示出了有一个电动机器以及与该电动机器相互作用的一个变速器的一个区域的纵向中心截面，具体是穿过该电动机器的一个转子轴以及一个冷却枪形件，该冷却枪形件是被安装在一个变速器壳体中并且贯穿这个具有空心构型的该转子轴，并且
图2示出了在线A-A区域穿过该冷却枪形件的截面。
具体实施方式
图解展示了一个电动机器1的区域以及与该电动机器1直接相互作用的一个变速器2的区域。
电动机器1具有一个转子轴3，该转子轴被配置成一个空心轴。该转子轴是被安装在彼此背离的两个末端区域的抗摩擦轴承4和5中。转子轴3在抗摩擦轴承4的区域具有开放构型并且在抗摩擦轴承5的区域具有封闭构型。在开放末端的区域中，该转子轴3被连接到一个变速器轴6上，该变速器轴是被安装在抗摩擦轴承7和8中。变速器2的一个变速器壳体9通过一个径向轴密封件10而朝向电动机器1被密封。
此外，关于电动机器1，展示了多个转子叠片11，这些转子叠片在该电动机器1的运行期间会加热并且抵靠转子轴3。转子轴3因此由这些转子叠片11加热。
电动机器1具有用于冷却该转子轴3的一个冷却装置12。该冷却装置12具有一个冷却枪形件13，该冷却枪形件是静止的、确切地讲是被安装在变速器壳体9中并且在这种情况下贯穿该变速器壳体9的。在背离变速器壳体9的壳体空间的一侧上，该变速器壳体9至少在冷却枪形件13的区域中具有一个壳体鳍片14。
冷却枪形件13具有圆柱形构型并且轴向地贯穿这个配置成空心轴的转子轴3。在此，该冷却枪形件13是通过一个轴承15在背离冷却鳍片14的末端区域中安装在转子轴3上的。
该冷却枪形件13具有用于一种冷却介质的一个进口16和一个出口17，所述冷却介质特别地是一种冷却液。所述冷却剂可以是水，例如是在该电动机器的常态定子冷却的情况下提供的。轴向贯穿冷却枪形件13的一个冷却通道18与该进口16和出口17相连。所述冷却通道18用于引导该冷却介质穿过该冷却枪形件13。
确切地讲，该冷却通道18具有两个通道区段20和21，这些通道区段被安排在该转子轴3和变速器轴6的轴线19的方向上；并且此外具有另一个通道区段22，该通道区段在通道区段20和21的面向转子轴3底部23的末端区域中连接这两个通道区段。就对应的通道区段20或21的长度而言，冷却通道18因此基本上在冷却枪形件13的整个轴向长度上延伸。冷却枪形件13基本上在转子轴3的整个轴向长度上贯穿该转子轴。
此外，该冷却枪形件13具有用于油、确切地讲用于变速器油的一个进口24和一个出口25以及一个油通道26，该油通道与该进油口24和该出油口25相连并且贯穿该冷却枪形件13以用于引导该油穿过该冷却枪形件13。该出口25是被连接到一个环形空间27或环形间隙上，该环形空间或环形间隙是被形成在冷却枪形件13与转子轴3之间。所述环形空间27或环形间隙具有用于该油的一个开口28。
壳体鳍片14具有一个油通道29，该油通道被连接到冷却枪形件13的进油口24上。
贯穿冷却枪形件13的油通道26被安排成平行于这两个设置在转子轴3轴向方向上的通道区段20和21。在此，仅仅是出于更好地理解具有冷却装置的电动机器的功能的方面，在图1的图示中展示了这些通道区段20和21相对于油通道26的安排。相对于冷却枪形件13的截面，这两个冷却区段20和21的以及该油通道26的准确安排可从图2的图示中得出。
开口28是由一个组合台阶30形成的，油通过该开口来从环形空间27中排放。确切地讲，组合台阶30是由该环形空间27到一个油通道31的过渡段形成的，该油通道31贯穿变速器轴3并且在一个轴承、在本实例中是在抗摩擦轴承8的和/或一个径向轴密封件的区域中打开。
冷却枪形件13因此具有用于确定油路径布置和用于引导该冷却介质或该冷却液用的多项措施或多个装置。从变速器2开始，油通过冷却枪形件13被输送或泵送进入电动机器1的转子轴3中，该转子轴3是被配置成一个空心轴。这可以是借助于一个油泵、或者例如在飞溅润滑的情况下借助于相对应的油路径布置而发生的。借助于该组合台阶30和/或多个密封件或密封系统，转子轴3与冷却枪形件13之间的环形空间27或环形间隙被油填充并且由此该转子轴3被热连接到该冷却枪形件13上。该冷却液或冷却介质流动穿过冷却枪形件13并且因此被冷却。转子轴3中的热量因此可以通过环形空间27、冷却枪形件13以及流动穿过该冷却枪形件13的冷却剂而排放。
该油因此主要用于热量传导。该油根据对应的油体积流量而仅仅部分地参与热量排放。由于通过该冷却枪形件13传输热量，转子轴3内部中的油温度甚至在低的油体积流量的情况下也可以保持在低的水平上。离开油通道31的油具有比较低的油温度并且可以被用于润滑该电动机器和该变速器的多个部件。
箭头32展示了该冷却介质的流动路径，并且箭头33展示了该油的流动路径。箭头34说明了借助于冷却枪形件13和冷却介质的热量排放(冷却)。
标号清单
1   电动机器
2   变速器
3   转子轴
4   抗摩擦轴承
5   抗摩擦轴承
6   变速器轴
7   抗摩擦轴承
8   抗摩擦轴承
9   变速器壳体
10  径向轴密封件
11  转子叠片
12  冷却装置
13  冷却枪形件
14  壳体鳍片
15  轴承
16  进口
17  出口
18  冷却通道
19  轴线
20  通道区段
21  通道区段
22  通道区段
23  底部
24  进口
25  出口
26  油通道
27  环形空间
28  开口
29  油通道
30  组合台阶
31  油通道
32  箭头，冷却介质
33  箭头，油
34  箭头，热量排放

Claims (15)

1.一种电动机器(1)，具有一个转子轴(3)以及一个用于冷却该转子轴(3)的装置(12)，该转子轴是被配置成一个空心轴，其特征在于，该冷却装置(12)具有轴向贯穿该空心轴的一个静止的冷却枪形件(13)，该冷却枪形件(13)具有用于一种冷却介质的一个冷却通道进口(16)和一个冷却通道出口(17)以及一个冷却通道(18)，该冷却通道是与该冷却通道进口(16)和该冷却通道出口(17)相连并且轴向地贯穿该冷却枪形件(13)以用于引导该冷却介质穿过该冷却枪形件(13)，并且该冷却枪形件(13)具有用于油的一个进油口(24)和一个出油口(25)以及一个油通道(26)，该油通道是与该进油口(24)和该出油口(25)相连并且轴向地贯穿该冷却枪形件(13)以用于引导该油穿过该冷却枪形件(13)，用于该油的出油口(25)是被连接到一个环形空间(27)，该环形空间是被形成在该冷却枪形件(13)与该转子轴(3)之间的，并且该环形空间(27)具有用于该油的一个开口(28)。
2.根据权利要求1所述的电动机器，其特征在于，该冷却枪形件(13)是被安装在一个变速器壳体(9)中。
3.根据权利要求1或2所述的电动机器，其特征在于，该变速器壳体(9)具有一个壳体鳍片(14)，该壳体鳍片(14)具有一个油通道(29)，该油通道是与该冷却枪形件(13)的进油口(24)相连。
4.根据权利要求2所述的电动机器，其特征在于，该冷却枪形件(13)贯穿该变速器壳体(9)而到达外侧并且在该变速器壳体(9)的外侧上具有该冷却通道进口(16)和该冷却通道出口(17)。
5.根据权利要求1或2所述的电动机器，其特征在于，该冷却通道(18)具有两个通道区段(20，21)，这两个通道区段是被安排在该转子轴(3)的轴线(19)的方向上，一个通道区段(20)具有该冷却通道进口(16)并且另一个通道区段(21)具有在该冷却枪形件(13)的相同末端区域中的该冷却通道出口(17)，这两个通道区段(20，21)是通过它们在对应地与该冷却通道进口(16)和冷却通道出口(17)相背离的末端区域中的另一个通道区段(22)而彼此相连。
6.根据权利要求1或2所述的电动机器，其特征在于，该冷却通道(18)基本上在该冷却枪形件(13)的整个轴向长度上延伸。
7.根据权利要求1或2所述的电动机器，其特征在于，该转子轴(3)在一个轴向末端区域中具有封闭构型。
8.根据权利要求1或2所述的电动机器，其特征在于，该冷却枪形件(13)基本上在该转子轴(3)的整个轴向长度上贯穿该转子轴。
9.根据权利要求1或2所述的电动机器，其特征在于，该冷却枪形件(13)具有圆柱形构型。
10.根据权利要求1或2所述的电动机器，其特征在于，一个变速器轴(6)是被连接到该转子轴(3)上，该变速器轴(6)的旋转轴线(19)对应于该转子轴(3)的旋转轴线。
11.根据权利要求1或2所述的电动机器，其特征在于，固定地连接到该变速器壳体(9)上的这个冷却枪形件(13)是在与该变速器壳体(9)相背离的末端区域中通过一个轴承(15)安装在该转子轴(3)中的。
12.根据权利要求5所述的电动机器，其特征在于，贯穿该冷却枪形件(13)的油通道(26)是被安排成平行于这两个通道区段(20，21)，这两个通道区段是被安排在该转子轴(3)的轴向方向上。
13.根据权利要求1或2所述的电动机器，其特征在于，用于该油的开口(28)是用于从该环形空间(27)中排放油的一个开口(28)，该环形空间(27)具有所述开口(28)。
14.根据权利要求13所述的电动机器，其特征在于，用于来自该环形空间(27)的油的该排放开口(28)是被配置成一个组合台阶。
15.根据权利要求14所述的电动机器，其特征在于，该组合台阶是由该环形空间(27)到一个油通道(31)的过渡段形成的，该油通道贯穿该变速器轴(6)、特别地是在一个轴承(8)和/或一个径向轴密封件的区域中开放的油通道。
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