CN105684276A - 驱动装置 - Google Patents

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CN105684276A CN201480056850.1A CN201480056850A CN105684276A CN 105684276 A CN105684276 A CN 105684276A CN 201480056850 A CN201480056850 A CN 201480056850A CN 105684276 A CN105684276 A CN 105684276A
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约翰·利斯
斯蒂芬·杜埃利
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Abstract

本发明涉及一种用于工作机械的车轮的驱动装置，该驱动装置具有电动机，所述电动机具有可转动地容纳于定子内的转子，该转子被支撑在布置在端侧的支承板处，在支承板之间设置有用于容纳线圈头端的线圈头端空间，其中，用于冷却定子和转子的冷却装置包括穿过线圈头端空间的至少一个冷却剂路径，能够经由优选设置在周侧的冷却剂入口从周侧向所述冷却剂路径提供冷却剂。根据本发明的优选实施例，提出从定子的外周侧冷却定子及其定子绕组，并且为此，利用为了电动机的安装环境而存在于电动机或电动机定子周围的空间，使得冷却气流能够在定子的外周侧流动。导入电动机内部空间中的冷却剂仅能在电动机的端侧处通过一个支承板再次流出，而优选地面向传动装置的另一个支承板可以配置为封闭的。

Description

驱动装置
本发明涉及一种用于工作机械的车轮的、具有电动机的驱动装置，所述电动机具有可转动地容纳于定子内的转子，并且所述转子被支撑在布置在端侧处的支承板上，并且在支承板之间设置有用于容纳线圈头端的线圈头端空间，其中，用于冷却定子和转子的冷却装置包括穿过线圈头端空间的至少一条冷却剂路径，能够通过有利地设置在周侧处的冷却剂入口从周侧向该冷却剂路径提供冷却剂。
通常，通过贯穿通风使一些结构类型的电动机冷却。对此，既可以通过位于电动机轴上的叶轮实现自通风，也可以通过独立驱动并独立供电的风扇实现外部通风。可以通过设计电力机械以及相关联的被驱动部件(例如车轮驱动部件)来对通过用于冷却的冷却剂流进行冷却进行多变地配置。在此，通常使用空气或空气流作为冷却剂，但是原则上也可以考虑其他的冷却气体或冷却流体。
在用于工作机械(例如建筑机械和/或诸如卡车、自卸卡车或采矿设备形式的采矿机械)的车轮驱动的电动机的情况中，根据设计以两种不同的方式来实现电动轮的电动机的贯穿通风。
在一方面，已提出将冷空气流导入所谓的自卸卡车后轮驱动装置的轴箱中，其中，该冷空气流沿定子和/或外壳流到电动机的轮侧。空气通过轮侧支承板中的开口进入电动机的内部，并在处于定子和转子内的通孔和在定子与转子之间的空隙之间分流，并流到远离车轮的一侧。在那里被加热的空气流动通过电动机的远离车轮的支承板中的开口。
该方案中与用于例如自卸卡车之类的建筑机械或采矿机械的驱动装置有关的主要问题是轮侧处的支承板的开放式设计。车轮驱动装置的传动装置(典型地通过机油来对其进行润滑和冷却)通常安装在电动机轮侧端面的后面。然而，如果在油路中或者驱动轴密封件处出现泄露，那么电动机就会被传动油污染。油滴及其它污染物被通过传动侧的支承板进入电动机内部的冷却剂流携带进到电动机的内部空间中。所发生的电动机污染使电动机处于通常无法修复的状态，在该状态下，油路中的小损伤都能够导致电力驱动组件的完全故障。
另一方面，已知电动机的设计，参见例如DE10317593A1，其中，从外周侧以几乎在中心的方式(即，在电动机外壳的中心处)将冷空气供给到电动机，并且在冷空气在电力机械内部在端侧的两端处转向之后将其再次排至支承板上。尽管以此方式能够保护电动机不受机油及其它污染物的侵入，但是其仍然需要用于进行空气分流的外壳。然而，这样就增大了电动机的外径和重量，使得由于空间的原因，至少无法将电动机用于小型工作机械的车轮驱动，并且非簧载质量明显增大，使得电动机的此类设计主要用于非常大的自卸卡车。
由此出发，本发明的目的在于提供一种开篇所述类型的驱动装置，其避免了现有技术的缺点，并且以有利的方式使后者(现有技术中的驱动装置)得到改进。尤其应该在对于电动机内部空间而言没有污染问题并且具有轻质结构的电动机的空间紧凑设计的情况下实现充分冷却，从而使得也能够将驱动装置用于小型自卸卡车以及类似的建筑机械或采矿机械的轮驱动。
根据本发明，通过如权利要求1所述的驱动装置实现了此目的。本发明的优选实施例是从属权利要求的对象。
根据本发明的有利实施例，提出从定子的外周侧冷却定子及其定子绕组，并且为此利用出于电动机的安装环境而存在于电动机或其定子周围的空间，从而使得冷却空气流也能够在定子的外周侧流动。导入电动机内部空间中的冷却剂只能通过一个支承板再次在电动机端侧处流出，而有利地面向传动装置的另一个支承板可以被配置为封闭的。围绕定子的空间有利地在外周边由与定子隔开的外壳部件所界定，在所述外壳部件中在周侧冷却剂形成入口，并且所述冷却剂入口能够通过连通开口在内周侧与线圈头端空间连通，所述连通开口设置在支承板中的定子的端部处。有利地，在电动机的此种实施例中，冷却剂能够有利地经过冷却剂入口从周侧流入所述空间中，在其中分散并且能够在定子的外周侧流动以便使定子冷却，并且能够通过连通开口流入电动机内部的线圈头端空间以便使转子和线圈头端冷却，并且最终能够在所述一个支承板中的冷却剂出口处排出。
通过这样的贯穿通风能够避免电动机内部空间的端侧的机油污染，同时还能够达到尤其是在定子处的充分冷却，其中，通过对电动机对于安装环境本身已存在于电动机周围的空间的利用，能够尽可能以最佳可行的方式利用或者节约径向结构空间，使得驱动装置整体也适合于轻型自卸卡车中的小型车轮驱动装置。
特别地，进入一个线圈头端空间的冷却剂能够流动通过转子中的通孔或者通道和/或通过在定子和转子之间的空隙，从在封闭的支承板一侧的所述线圈头端空间流到具有至少一个冷却剂出口的线圈头端空间中。
在本发明的进一步的有利实施例中，可以将电动机本身配置为无外壳，其中，在外周侧上界定所述空间的外壳部件能够由电动机的安装环境的结构部件构成。根据电动机安装情况的不同，所述结构部件能够具有不同的配置，然而，所述结构部件并非主要用于容纳电动机，而是满足不同的功能性主要目的，并且使自身由于该另外的主要目的(例如用于支撑由电动机所驱动的组件的目的)而已经存在。
在将电动机用于例如自卸卡车中的车轮驱动装置时，所述结构部件可以是由电动机驱动的车轮的轮轴的轴部件，其中，所述电动机容纳于电动机的所述轴部件中。若将电动机用于驱动履带式底盘，则所述结构部件也可以是电动机布置在其中的轴部件，在这种情况下，所述轴部件可以与传动小齿轮或者与链装置的链齿轮相关联。
在电动机的所述无外壳式设计中，特别地，定子的外周面能够以暴露于所述空间的形式进行布置并且能够界定所述空间的内部周边。特别地，定子金属叠片和/或布置于所述定子金属叠片处的定子绕组能够以至少部分地暴露的形式与所述空间相邻，以便使在电动机的安装环境和定子金属片或定子绕组之间的空间中冷却空气能够直接吹拂定子。
在本发明的有利实施例中，还可以在没有任何独立外壳介入的情况下，通过设置在定子处的定子端环和/或通过与之相连的支承板而将电动机直接安装并且紧固在安装环境的结构部件上，尤其是安装并且紧固在轮轴外壳上。在本发明的进一步的实施例中，布置于电动机的定子处的端侧处的所述定子端环能够与具有定子绕组的定子金属叠片形成整体，并且能够具有紧固点，凭借该紧固点能够将电动机紧固到所述结构部件。例如，所述定子端环能够横向于电动机转轴在定子金属片之外突出一小部分，并且能够在突出的凸缘部分处具有例如以轴向通孔形式的所述紧固点，其允许在被驱动的车轮处或与之相连的轮轴向部件处的轴向螺旋紧固。
为了提高通过所述空间流向定子的空气流的冷却效果，在本发明的进一步有利的改进方案中，定子可以在外周侧具有突出到所述空间内的冷却肋。例如，可以通过定子金属叠片中的开孔或者铣出的部分而形成所述冷却肋。在本发明的进一步的实施例中，所述连通开口(所述空间通过该连通开口与电动机内部空间或者线圈头端空间连通)可以在定子的不同侧具有不同的表面，或者配置具有不同的大小，其中使在封闭的支承板一侧的至少一个连通开口有利地形成为比在另一支承板一侧的至少一个连通开口更大。当在定子的每侧都设置有多个连通开口时，设置在定子一侧的、尤其是在封闭的支承板一侧的所有连通开口在整体上能够具有比设置在另一支承板处的、定子另一侧的其他连通开口更大的表面(以整体观察)。
在此，特别地，可以将所述连通开口配置为穿过定子或者定子金属片，以便使得电动机内部空间或者线圈头端空间横向于电动机转轴地与布置在外部的空间连通。
在此，特别地，对所述连通开口的大小进行设计，使得在封闭的支承板一侧流入电动机内部空间的冷却剂比在设置有冷却剂出口的另一支承板一侧所流入的冷却剂多。在此，特别地，能够对通孔的大小进行设计，使得在封闭的支承板一侧流入电动机内部空间或线圈头端空间的冷却剂为在具有冷却剂出口的支承板一侧所流入的冷却剂的两倍。
为了使电动机内部的转子充分冷却，所述转子能够具有冷却剂通道或者冷却剂通孔，冷却剂能够穿过所述通道或通孔从封闭的支承板一侧流到具有冷却剂排出口的支承板。
通过所述冷却剂入口所进行的冷却剂供给通常能够发生在所述空间的不同位置点，其中冷却剂入口能够有利地布置在周侧，以便能够从周侧将冷却剂导入围绕定子的冷却空间中。在此，能够将所述冷却剂入口设置在中间的空间部分中与所述空间的轴向端部隔开的。在此，可以将冷却剂入口的精确居中布置设置为在轴向空间长度的50％处。在本发明的替代的有利实施例中，可以将冷却剂入口从所述中心向着具有冷却剂排出口的支承板移动一些，例如将其布置在空间(从具有冷却剂出口的支承板开始的空间开始)的轴向长度的大约三分之一处。
有利地，将所述冷却剂入口布置在所述结构部件的上侧。
冷却剂流动穿过并且围绕定子的空间能够具有不同的设计，例如其能够只围绕定子的一部分或者只沿着定子的一个扇形区域延伸。在本发明的进一步的有利改进方案中，所述空间能够形成在所有侧都围绕定子的环形空间。
电动机能够连接到工作机械被驱动的车轮以及传动装置的中间连接部分，以便以所期望的方式或所期望的加速比/减速比将电动机轴的速度转换为驱动轮的速度。在此，传动装置有利地位于形成为封闭的支承板的一侧。
在下文中参照优选实施例和附图更详细地描述本发明。在附图中示出：
图1为示出了根据本发明的有利实施例的、通过用于自卸卡车的车轮的驱动装置的纵剖面图，其中，分别以剖面示出了电动机和围绕所述电动机的、车轮驱动装置的轴箱形式的结构部件。
如图1所示，由驱动装置驱动的车轮可以是机动式工作机械的底盘车轮，例如后轮或前轮，尤其是自卸卡车车轮1，该车轮可以包括与轮辋3适合的轮胎2。在此，如图1所示，能够驱动单个车轮，或者也能够由共同的电动机5驱动处于公共轴上的两个车轮，例如双轮配置的形式的两个车轮。
在此，能够有利地将驱动轮1被支撑在轮轴24上，所述轮轴24能够包括拉长的、空心的(例如近似为空心圆柱的)轴外壳4，其中，能够以本身已知的方式将所述轴外壳4以弹性和/或可换向的方式悬挂于车辆或工作机械的底盘上。尤其是，如会更详细阐释的，所述轴外壳4能够形成通常所说的轴箱，电动机5能够被容置在所述轴箱中。
在此，能够有利地通过传动装置23将电动机5的驱动运动传递到车轮1，其中，可以将所述传动装置23布置在电动机5的端面上，以便获得电动机5和传动装置23在轴向上前后设置的位置结构。电动机5的电动机轴25可旋转地固定连接到传动装置23的传动输入轴并且能够布置为与其同轴。例如以传动装置外壳形式的传动输出元件能够可旋转地固定连接到轮辋3，尤其是能够构成轮辋3所紧固到的轮毂。
如图1进一步示出的，能够将电动机5本身配置为无外壳，并且仅被以车轮悬架的轴箱形式的所述轴外壳4所包裹，尤其能够被周侧包围其中。
在此，如图1所示，电动机5能够以已知的方式包括布置在外部的定子6，转子7可转动地容纳于所述定子6中，所述转子7可旋转地固定连接到所述电动机轴25并且通过所述电动机轴25可转动地支撑在支承板8和9上(所述支承板8和9布置在定子6的端部处的端侧)。
在此，定子6可以包括定子金属叠片6a，可以以本身已知的方式在所述定子叠片组6a上布置定子绕组6b，所述定子绕组6b的线圈头端6c朝着支承板8和9延伸并且被容置于由所述支承板8和9所遮蔽的线圈头端空间10和11中。
能够与所述定子金属叠片6a形成整体的定子端环6d能够附接到定子金属叠片6a的端侧端部。通过这些定子端环6d中的一个，尤其是传动装置侧的定子端环，就能够将电动机5紧固于安装环境、尤其是紧固到所述轴外壳4。为此，所述定子端环6d可以包括横向于电动机5的转轴突出的紧固法兰，在所述紧固法兰上可以设置有例如以螺栓孔形式的紧固点22，以便能够将定子端环6d紧固地旋紧于轴外壳4的一部分上或者以其他方式将其紧固于此。
由于电动机5本身没有外壳，所以定子6、尤其是其定子金属叠片6a就以暴露的方式布置在外周边并且仅被在轴外壳4和电动机5之间延伸的空心空间16所直接包围。轴外壳4的内部周边大于定子6的外周边，以便在定子6和轴外壳4之间形成限定所述空间16的环状间隙。
在外周侧，定子6、尤其是其定子金属叠片6a能够包括突出到所述空间16中的冷却肋，其中，所述冷却肋能够在轴向上和/或在周边方向上延伸。
为了使电动机5冷却，在轴外壳4中设置有冷却剂入口14；可以将所述冷却剂入口14设置在所述轴外壳4的上侧、在所述空间16中围绕定子6延伸的区域中，以便能够将冷却剂径向地导入所述空间16中。在此，所述空间16在外周侧由轴外壳4界定并且在内周侧由定子6或其金属叠片6a界定。如图1所示，在一方面，所述空间16在轴向上由支承板8的径向突出的紧固法兰和由与之连接的轴外壳4的紧固部来界定，另一方面，由具有环形形状并且在轴外壳4和定子6之间延伸的边界腹板26界定。
通过所述冷却剂入口14导入空间16中的冷却剂首先分散进入所述空间16中并且从冷却剂入口14流向中心到达空间16的两个轴向端部，并且与此同时在周边方向上分散到定子6周围。通过在定子6的外周边吹拂冷却肋从而使定子6获得相应的冷却。
在空间16的轴向端部处，冷却剂能够通过连通开口18流入电动机5的内部。在此，所述连通开口18设置在定子6的端部并且使线圈头端空间10和11与空间16连通，所述线圈头端空间10和11在端侧由所述支承板8和9界定。特别地，所述连通开口18能够布置在线圈头端6c的区域中，或者能够布置所述连通开口18，使得通过所述连通开口18流入的冷却剂在所述线圈头端6c周围流动和/或流动穿过所述线圈头端6c。
可转动地容纳于定子6中的转子7有利地包括从转子7的一个端侧端部通向其另一个端侧端部的冷却剂通道28，尤其是所述冷却剂通道28能够在轴向上延伸穿过转子7。
流入电动机内部空间的冷却剂能够部分地流动穿过转子7中的所述冷却剂通道28以及穿过在转子7和定子6之间的空隙27，并且部分地(即如图7所示的直接流入左侧线圈头端空间中的部分)直接流向支承板9，所述支承板9设置在电动机5的远离传动装置23的一侧并且包括至少一个冷却剂出口19，冷却剂能够通过所述冷却剂出口19从电动机内部空间再次流出。如图1所示，轴外壳4能够在周侧包括冷却剂排出孔29，使得被加热的冷却剂也能够从轴外壳4再次排出。
当所述远离传动装置23的支承板9为开放的并且包含以冷却剂出口19形式的冷却剂通道时，面向传动装置23的另一个支承板8则为封闭的，并且使电动机5的面向传动装置23的端侧密闭。特别地，所述支承板8能够密封地连接到定子端环21，并且还能够相对于电动机轴25是密封的，从而使布置在支承板8后面的线圈头端空间10以及从而使电动机5得到保护免于遭受从传动装置23进入机油的损害。

Claims (14)

1.一种用于例如自卸卡车之类的工作机械的车轮的驱动装置，所述驱动装置具有电动机(5)，所述电动机(5)包括可转动地容纳于定子(6)内的转子(7)，所述转子(7)被支撑在布置在端侧的支承板(8，9)处，在所述电动机(5)内设置有两个线圈头端空间(10、11)，所述线圈头端空间(10、11)由所述定子(6)、所述转子(7)、轴(25)和所述支承板(8)或所述支承板(9)界定，其中，用于冷却所述定子(6)和所述转子(7)的冷却装置(12)包括穿过所述线圈头端空间(10、11)的至少一条冷却剂路径(13)，能够通过冷却剂入口(14)向所述冷却剂路径(13)提供冷却剂，所述驱动装置的特征在于：所述冷却装置(12)包括围绕所述定子(6)的空间(16)，并且所述空间(16)在外周侧由与所述定子(6)隔开的并且具有所述冷却剂入口(14)的外壳部件(17)界定，并且所述空间(16)通过设置在所述定子(6)的端部处的连通开口(18)与所述线圈头端空间(10、11)连通，其中，一个支承板(8)是封闭的且不含冷却剂通道，而另一个支承板(9)或者所述定子(6)在电动机端部、在所述支承板(9)的一侧具有至少一个冷却剂出口(19)，使得能够经由所述冷却剂入口(14)将所述冷却剂导入所述空间(16)中，所述冷却剂能够被导入所述空间(16)在所述定子(6)的外周侧(15)上扩散，能够通过所述连通开口(18)将冷却剂引入到所述线圈头端空间(10、11)中并且能够通过所述至少一个冷却剂出口(19)将冷却剂排出。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其中，进入所述线圈头端空间(10)的所述冷却剂通过所述转子(7)中的通孔(28)和/或通过所述定子(6)和所述转子(7)之间的空隙(27)在所述封闭的支承板(8)的一侧从所线圈头端空间(10)流到具有所述至少一个冷却剂出口(19)的所述线圈头端空间(11)中。
3.如权利要求1和2中任一项所述的驱动装置，其中，所述电动机(5)配置为没有外壳而具有暴露的定子(6)，其中，界定所述空间(16)的所述外壳部件(17)由所述电动机(5)的安装环境的结构部件形成。
4.如权利要求3所述的驱动装置，其中，所述结构部件为轮轴的轴部件(4)，所述电动机(5)容纳于所述轴部件(4)中。
5.如权利要求3和4中任一项所述的驱动装置，其中，所述定子(6)的外周表面以暴露的方式布置在所述空间(16)中，并且在内周侧界定了所述空间(16)。
6.如权利要求5所述的驱动装置，其中，在所述定子(6)设置有突出到所述空间(16)中的冷却肋(20)。
7.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其中，在所述端侧，在所述定子(6)处设置有定子端环(21)，所述定子端环(21)与具有定子绕组的定子金属叠片形成整体，并且具有用于将所述电动机(5)紧固到所述安装环境的紧固点(22)。
8.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其中，所述不含冷却剂通道的封闭的支承板(8)将所述电动机(5)密封地闭锁在所述线圈头端空间(10)的一侧。
9.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其中，在所述封闭的支承板(8)的一侧的、在所述空间(16)和所述线圈头端空间(10、11)之间的连通开口(18)比在具有所述冷却剂出口(19)的所述线圈头端空间(11)的一侧的连通开口(18)大。
10.如权利要求9中所述的驱动装置，其中，确定在所述空间(16)和所述线圈头端空间(10、11)之间的连通开口(18)的尺寸，使得在所述封闭的支承板(8)的一侧进入所述线圈头端(10)的冷却剂的量与在所述冷却剂出口(19)的一侧进入所述线圈头端空间(11)的空气的量之间的比例为1.5:1到3:1，优选为大约2:1。
11.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其中，所述冷却剂入口(14)布置在分别与所述空间(16)的轴向端部间隔开的、所述空间(16)的中间部分内。
12.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其中，所述冷却剂入口(14)布置在对驱动轮(1)进行支撑的轴外壳(4)的上侧。
13.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其中，所述电动机(5)在所述封闭的支承板(8)的一侧连接到传动装置(23)。
14.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其中，所述空间(16)至少基本上延伸超过所述定子(6)的总轴向长度，特别地，延伸超过定子金属叠片(6a)的总轴向长度。
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