CN104838563A - 具有组合的空气水冷却系统的电机 - Google Patents

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Abstract

一种电机，具有壳体(1)，在壳体中布置有定子(2)并且转子(4)能围绕旋转轴线(5)旋转地支承在壳体中。壳体(1)在旋转轴线(5)的方向上看从前端(6)延伸至后端(7)。壳体(1)或者在前端(6)附近具有进气口(10)并且在后端(7)的附近具有出气口(11)或者在前端(6)和后端(7)的附近分别具有进气口(10)和在其之间在平行于旋转轴(5)的一侧(9)处具有出气口(11)。电机在运行时在进气口(10)处抽取空气并且在出气口(11)出排出所抽取的空气。在壳体(1)的平行于旋转轴线(5)的一侧(9)上安装有顶盖(13)，其罩式地覆盖进气口(10)和出气口(11)，从而使在出气口(11)处从壳体(1)排出的空气再次输送给进气口(10)。在定子(2)中布置有用于冷却介质(15)的管(14)，借助该冷却介质在运行中直接冷却定子(2)。在旋转轴线(5)的方向上看，管(14)的至少一些管在朝向前端和后端(6，7)的方向上伸出定子(2)，从而使管在运行中吸收了所抽取的、在壳体(1)内部流动的空气的热量。

Description

具有组合的空气水冷却系统的电机
技术领域
本发明涉及一种电机，
-其中，电机具有壳体，在壳体中布置有定子并且转子围绕旋转轴线能旋转地支承在壳体中，
-其中，壳体在旋转轴线的方向上看从前端延伸至后端，
-其中，壳体或者在前端附近具有进气口并且在后端的附近具有出气口，或者在前端的附近和后端的附近分别具有进气口并且在其之间在平行于旋转轴线的一侧处具有出气口，
-其中，电机在运行时在进气口处抽取空气并且在出气口处排出所抽取的空气，
-其中，使顶盖安装到壳体的平行于旋转轴线的一侧处，该顶盖罩式地覆盖了进气口和出气口，从而使在出气口处从壳体排出的空气再次输送给进气口。
背景技术
这种电机是普遍公知的。纯示例性地请参照DE 37 24 186 A1。
在开头所述类型的电机中，通常在顶盖中布置有管，管由气态的或者液态的冷却介质-通常是空气或者水-穿流并且由此吸收了使电机冷却的空气的热量。基于管必要的安装空间，对于顶盖来说通常需要很大的结构高度。此外，尽管对电机的冷却是有效的，但并不是最优的。
发明内容
本发明的目的在于，进一步改进开头所述类型的电机，即优化冷却并且紧凑地构造电机。
该目的通过具有权利要求1的特征的电机实现。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10的内容。
根据本发明，开头所述类型的电机由此来设计，即
-在定子中布置有用于液态的冷却介质的管，借助冷却介质在运行中直接冷却定子，并且
-在旋转轴线的方向上看，管中的至少一些管在前端和后端的方向上伸出定子，从而管在运行中吸收了所抽取的、在壳体内部流动的空气的热量。
通过这种方式，定子能够直接利用液态的冷却介质高效地冷却。转子的冷却至少如现有技术中一样有效。此外，根据本发明的电机能够紧凑地构造。
在定子中布置有定子绕组系统，该定子绕组系统从定子出发在旋转轴线的方向上看具有朝向前端的前绕组头部和朝向后端的后绕组头部。在本发明的优选的设计方案中，管在旋转轴线的方向上看覆盖了绕组头部的至少50％，更好的是至少75％。通常，管并不完全伸出绕组头部。然而，在个别情况中，完全地伸出绕组头部或者甚至越过绕组头部伸出也是可能的。
通常，围绕着旋转轴线来看，管均匀分布地布置。可行的是，管朝向前端和后端伸出定子相同的距离，即所有的管与其布置在定子的圆周处的位置无关地都是相同长度的。替代地可行的是，与布置在电机的朝向顶盖的区域中的管相比，至少布置在电机的远离顶盖的区域中的管朝向前端和后端伸出定子更小的距离。
通常，在其中管朝向前端和后端伸出定子的区域中，管由所抽取的、在壳体内部流动的空气来环流。在这种情况中，优选地在管朝向前端和后端伸出定子的区域中，在管处布置有从管处突出的冷却肋。
此外可行的是，在管处布置有冷却体，该冷却体在旋转轴线的方向上看伸出管向着壳体的端部延伸。无论管本身是否由所抽取的、在壳体内部流动的空气环流并且是否在管处布置有冷却肋，前述设计方案都能够实现。
此外可行的是，管在其轴向端部处通过相应的环形汇聚管彼此连接。在这种情况下，在环形汇聚管处布置有冷却体，该冷却体在旋转轴线的方向上看伸出环形汇聚管朝向壳体的端部延伸。
在电机的特别优选的设计方案中提出，
-转子具有至少一个在旋转轴线的方向上延伸的纵向冷却空气通道，在旋转轴线的方向上看、在预定的轴向位置处，从该纵向冷却空气通道起径向向外分支出径向朝向旋转轴线延伸的、转子侧的横向冷却空气通道，
-在旋转轴线的方向上在预定的轴向位置之间看，定子分别具有定子部段和在预定的轴向位置处径向向着旋转轴线延伸的定子侧的横向冷却空气通道，以及
-在运行中在进气口处抽取的空气在壳体内部至少部分地在旋转轴线的方向上流入到至少一个纵向冷却空气通道中，并且然后通过转子侧的横向冷却空气通道和定子侧的横向冷却空气通道径向向外流动。
通过这种设计方案尤其能够使冷却效果优化。
附图说明
本发明的上述属性、特征和优点以及实现这些的方法和方式，结合下面借助附图详细阐述的对实施例的描述而更清楚易懂。在此以示意图示出：
图1和2是电机的实施方式的纵向剖面图，以及
图3是定子的横截面图。
具体实施方式
根据图1和2，电机具有壳体1。在壳体1中布置有定子2。此外，在壳体1中，转子4支承在轴承3中，从而使转子4能围绕旋转轴线5旋转地支承。在旋转轴线5的方向上看，壳体从前端6朝向后端7延伸。壳体利用底侧8竖立在(未示出的)基体上。
旋转轴线通常水平延伸。该设计方案涉及以下实施方式。然而，在个别情况中，旋转轴线能够替代性地垂直地延伸。
优选地，转子具有至少一个纵向冷却空气通道4a。纵向冷却空气通道4a在旋转轴线5的方向上延伸。在预定的轴向位置处-即在旋转轴线5的方向上看的预定位置处-从(至少一个)纵向冷却空气通道4a起径向向外分支出转子侧的横向冷却空气通道4b。该横向冷却空气通道4b径向朝向旋转轴线5延伸。其径向向外打开，即向着定子2打开。此外，定子2在预定的轴向位置处具有定子侧的横向冷却空气通道2b。该定子侧的横向冷却空气通道2b径向地朝向旋转轴线5延伸。在预定的轴向位置之间，定子分别具有定子部段2a。
壳体1能够具有(唯一的)进气口10和出气口11。在这种情况中，进气口10布置在前端6附近，出气口11布置在后端7附近。在这种情况中，进气口10和出气口11多数布置在壳体1的上侧9上(或者通常布置在与旋转轴线5平行的一侧9上)。然而，在个别情况中，其能够布置在壳体1的端面侧处。这种设计方案在图1中示出。替代地也可行的是，壳体1在上侧9上具有两个进气口10和一个出气口11。在这种情况中，各一个进气口10布置在前端6和后端7的附近。出气口11在该种情况中布置在两个进气口10之间。这种设计方案在图2中示出。即使在该种情况中，进气口10也多数布置在上侧9上或者布置在与旋转轴线5平行的一侧9上。然而，在个别情况中，其也能够布置在壳体1的端面侧处。出气口11一直布置在上侧9上或者布置在与旋转轴线5平行的一侧9上。
下面始终使用术语进气口10(复数)。然而，这种使用仅仅以普遍意义来实现。因此，相应的实施方案同样适用于根据图1的具有唯一进气口10的设计方案。
无论实现两个设计方案中的哪一个(具有唯一的进气口10或者具有两个进气口10)，电机在电机运行时在进气口10处抽取空气，引导空气穿过壳体1(特别是穿过定子2和转子4)并且在出气口11处将空气再次排出。相应的空气循环在图1和2中以虚线12示出。在图1和图2的图示中特别能观察到，在电机运行时在进气口10处抽取的空气在壳体1的内部(至少部分地)在旋转轴线5的方向上流入到至少一个纵向冷却空气通道4a中并且然后穿过转子侧的横向冷却空气通道4b和定子侧的横向冷却空气通道2b径向向外流动。
此外，在壳体1的上侧9上或者与旋转轴线5平行的一侧9上安装有顶盖13。顶盖13罩式地覆盖进气口10和出气口11。由于顶盖13，在出气口11处排出的空气又输送给进气口10。因此，空气以封闭的冷却循环来循环。其冷却了转子4并且也通过对流来部分地冷却定子2。
在定子2中-这不仅适合于图1中的设计方案也适合图2中的设计方案-布置有管14。该管14根据图1和2并且也根据图3在旋转轴线5的方向上延伸。替代地，其能够具有围绕旋转轴线5的轻微扭转。管14引导液态冷却介质15，通常是水。借助液态的冷却介质15，在电机运行时直接冷却了定子1、即直接液体冷却。从定子2到管14上的热传递通过热传导来实现。根据图3，管14例如能够在定子1的外圆周处压入到槽16中。替代地或者附加地，管14能够插入到孔中。
根据图1和2，管14-至少管14中的一些管-在旋转轴线5的方向上看在朝向前端6和后端7的方向上伸出定子2。由此可行的是，管14在电机运行时吸收了通过进气口10抽取的、在壳体1内部流动的空气的热量。
在最简单的情况中，为此目的如下地实现对在壳体1内部流动的空气的引导，即在其中管14朝向前端6和后端7地伸出定子2的区域中，空气环流了管14。在这种情况中特别地，在其中管朝向前端6和后端7地伸出定子2的区域中，能够在管14处布置从管14突出的冷却肋10。冷却肋17例如能够粘接到管14上。
替代于或附加于通过在壳体1内部流动的空气直接环流管14地，在管14处能够布置冷却体18。在这种情况中，在旋转轴线5的方向上看，冷却体18伸出管14向着壳体的端部6，7延伸。
相应于图1中的视图，管14能够具有U形的部段，从而使冷却介质15在管14的第一部分中在从前端6向后端7的方向上流动，并且在管14的第二部分中在从后端7向前端6的方向上流动。替代地，相应于图2中的视图，管14在定子2的两侧上-即在其轴向端部处-借助相应的环形汇聚管19连接。如果在这种情况中存在冷却体18，那么其根据图2布置在环形汇聚管19处。
在定子2中布置有定子绕组系统。该定子绕组系统本身在图1和2中并不可见，因为其被定子2覆盖。定子绕组系统具有前绕组头部20和后绕组头部21。绕组头部20，21在图1和2中示出。前绕组头部20从定子2起在旋转轴线5的方向上看朝向前端6延伸。后绕组头部21以类似的方式从定子2起在旋转轴线5的方向上看朝向后端7延伸。根据图1和2，管14在旋转轴线5的方向上看覆盖绕组头部20，21的至少50％。优选地，其甚至覆盖绕组头部20，21的至少75％。覆盖率涉及管14伸出定子2的轴向长度L1与绕组头部20，21伸出定子2的伸出部L2的比例。
通常，管14在旋转轴线5的方向上看不完全覆盖绕组头部20，21。然而在个别情况中，完全地覆盖或者探出绕组头部20，21也是可能的。
根据图3，围绕着旋转轴线5来看，管14均匀分布地布置。可行的是，管14朝向前端6和后端7伸出定子2相同的距离。当管14的端部借助环形汇聚管19连接时，前述设计方案特别有利。替代地可行的是，与布置在电机的上部区域中的或者一般地布置在电机的朝向顶盖13的区域中的管14相比，至少布置在电机的下部区域中或者一般地布置在电机的远离顶盖13的区域中的管14朝向前端6和后端7伸出定子2更小的距离。
本发明具有多种优点。尤其是能够以简单的方式实现电机的紧凑组合的水-气-冷却系统。也能够提高功率。
尽管通过优选的实施例在细节上详细地说明和阐述了本发明，然而本发明并不局限于公开的实例，并且本领域技术人员可以由此推导出另外的变体，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机，
-其中，所述电机具有壳体(1)，在该壳体中布置有定子(2)并且转子(4)围绕旋转轴线(5)能旋转地支承在所述壳体中，
-其中，所述壳体(1)在所述旋转轴线(5)的方向上看从前端(6)延伸至后端(7)，
-其中，所述壳体(1)或者在所述前端(6)附近具有进气口(10)并且在所述后端(7)的附近具有出气口(11)，或者在所述前端(6)的附近和所述后端(7)的附近分别具有进气口(10)并且在所述前端和所述后端之间在平行于所述旋转轴线(5)的一侧(9)处具有出气口(11)，
-其中，所述电机在运行时在所述进气口(10)处抽取空气并且在所述出气口(11)处排出所抽取的空气，
-其中，使顶盖(13)安装到所述壳体(1)的平行于所述旋转轴线(5)的所述一侧(9)处，所述顶盖罩式地覆盖所述进气口(10)和所述出气口(11)，从而使在所述出气口(11)处从所述壳体(1)排出的空气再次输送给所述进气口(10)，
其特征在于，
-在所述定子(2)中布置有用于冷却介质(15)的管(14)，借助该冷却介质在运行中直接冷却所述定子(2)，并且
-在所述旋转轴线(5)的方向上看，所述管(14)中的至少一些管在所述前端和所述后端(6，7)的方向上伸出所述定子(2)，从而使所述管在运行中吸收了所抽取的、在所述壳体(1)内部流动的空气的热量。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在所述定子(2)中布置有定子绕组系统，该定子绕组系统从所述定子(2)出发在所述旋转轴线(5)的方向上看具有朝向所述前端(6)的前绕组头部(20)和朝向所述后端(7)的后绕组头部(21)，并且所述管(14)在所述旋转轴线(5)的方向上看覆盖了绕组头部(20，21)的至少50％，更优的是至少75％。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，围绕着所述旋转轴线(5)来看，所述管(14)均匀分布地布置；并且所述管(14)朝向所述前端(6)和所述后端(7)伸出所述定子(2)同等距离。
4.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，围绕着所述旋转轴线(5)看，所述管(14)均匀分布地布置；并且与布置在所述电机的朝向所述顶盖(13)的区域中的所述管(14)相比，至少布置在所述电机的远离所述顶盖(13)的区域中的所述管(14)朝向所述前端(6)和所述后端(7)伸出所述定子(2)更小的距离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，在其中所述管朝向所述前端(6)和所述后端(7)伸出所述定子(2)的区域中，所述管(14)由所抽取的、在所述壳体(1)内部流动的空气来环流。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，在其中所述管朝向所述前端(6)和所述后端(7)伸出所述定子(2)的区域中，在所述管(14)处布置有从所述管(14)突出的冷却肋(17)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电机，其特征在于，在所述管(14)处布置有冷却体(18)，该冷却体在所述旋转轴线(5)的方向上看伸出所述管(14)朝向所述壳体(1)的端部(6，7)延伸。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的电机，其特征在于，所述管(14)在所述管的轴向端部处通过相应的环形汇聚管(19)彼此连接。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，在所述环形汇聚管(19)处布置有冷却体(18)，该冷却体在所述旋转轴线(5)的方向上看伸出所述环形汇聚管(19)朝向所述壳体(1)的端部(6，7)延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，
-所述转子(4)具有至少一个在所述旋转轴线(5)的方向上延伸的纵向冷却空气通道(4a)，在所述旋转轴线(5)的方向上看、在预定的轴向位置处，从该纵向冷却空气通道起径向向外地分支出径向地朝向所述旋转轴线(5)延伸的、转子侧的横向冷却空气通道(4b)，
-在所述旋转轴线(5)的方向上在所述预定的轴向位置之间看，所述定子(2)分别具有定子部段(2a)和在所述预定的轴向位置处径向地朝向所述旋转轴线(5)延伸的定子侧的横向冷却空气通道(2b)，以及
-在运行中在所述进气口(10)处抽取的空气在所述壳体(1)内部至少部分地在所述旋转轴线(5)的方向上流入到至少一个所述纵向冷却空气通道(4a)中并且然后穿过所述转子侧的横向冷却空气通道(4b)和所述定子侧的横向冷却空气通道(2b)径向向外流动。
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