CN105981270A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机，其具有：定子和由定子包围的、以能转动的方式支承的转子，其中定子具有叠片铁芯(BP)；在叠片铁芯(BP)中的绕组槽(WN)，所述绕组槽容纳绕组(W)；和至少一个冷却环(KR)，所述冷却环在绕组头部(WK)的区域中连接到叠片铁芯(BP)上，其中在绕组槽(WN)中在绕组(W)和绕组槽(WN)的底部之间装入呈热管形式的导热管(WR)，其中导热管(WR)的散热区域位于冷却环(KR)的区域中。

Description

电机

技术领域

本发明涉及一种电机，其具有定子和由定子包围的、以能转动的方式支承的转子，其中定子具有叠片铁芯，具有在叠片铁芯中的绕组槽，所述绕组槽容纳绕组并且具有至少一个冷却环，所述冷却环在绕组头部的区域中连接到叠片铁芯上。

背景技术

具有转子和定子的电机产生热量，所述热量从内部区域中导出。为了冷却定子已知的是，定子的叠片铁芯用冷却罩包围。在此，来自铜绕组的热量经由适度导热的叠片铁芯导出到冷却罩的冷却水中。

DE 10 2005 002 564 A1中说明一种具有带有绕组的定子的电机。为了散热，在定子的叠片铁芯中设置有热管，所述热管将热量输送到被冷却的法兰中。热管在电机中的使用还从DE 10 258 778 A1、US 2005156470 A1和US 2008023177 A1中已知。

DE 10 2009 051 114 A1说明一种电机，所述电机具有转子的空心轴，所述空心轴构成为封闭的空腔并且用冷却剂填充。在空腔中设有三维的运输结构，所述运输结构用于冷却剂的运输。具有用于传热的空心轴的电机还从DE 10 2007 043 656 A1和GB 1 361047 A中已知。

发明内容

本发明基于的目的是，相对于改进的形式的已知的解决方案提供一种电机。尤其，本发明基于的目的是改进电机，使得实现均匀的温度分布和到冷却介质上的改善的散热，并且使得尽管在有效冷却的情况下电机的外直径是尽可能小的。

所述目的的解决方案通过具有权利要求1的特征的电机实现。

根据本发明，提出一种电机，其具有：定子，所述定子具有叠片铁芯、在叠片铁芯中的绕组槽，所述绕组槽容纳绕组；至少一个冷却环，所述冷却环在绕组头部的区域中连接到叠片铁芯上，其中在绕组槽中在绕组(铜绕组)和绕组槽的底部之间装入呈热管形式的导热管，其中导热管的散热区域位于冷却环的区域中。在此，导热管的散热区域能够位于冷却环的内部的环周区域上或者也位于冷却环的侧面的区域上。

在电机的运行中，位于绕组槽的底部中的导热管将在铜绕组中产生的热量朝冷却环的方向导出。此外，损耗热量从叠片铁芯中输出到导热管上并且经由导热管进一步传导到冷却环上。在冷却环中通过在冷却通道中流动的冷却液体吸收热量并且输出到连接的冷却装置。通过冷却环也还直接吸收和引出在绕组头部中产生的热量。通过上述热传递和将在冷却环中的热量相应的导出能够实现改善的散热。同时实现在定子中的均匀的温度分布。

在本发明的一个优选的实施方式中提出，叠片铁芯在两侧上由各一个冷却环限界，并且导热管在两个端部处贴靠到各一个冷却环上。由此实现特别有效的散热和均匀的温度分布。尤其，能够通过导热管的特殊的设置方式提高马达功率。

在此，本发明的一个优选的改进方案提出，冷却环由冷却液体穿流。

根据本发明的一个改进方案，在冷却环之间的叠片铁芯由马达壳体包围。通过电机的具有位于定子的绕组槽的底部中的导热管的根据本发明的设计方案，其中导热管具有至少一个散热区域，所述散热区域位于冷却环的区域中，电机的外直径能够减小。即由于导热管在槽中的设置方案，槽本身必须具有较大的深度进而增大叠片铁芯的直径。然而，能够不用考虑围绕电机的整个壳体的冷却罩。

在定子的、叠片铁芯的端部处设置有各一个冷却环，所述冷却环具有由冷却液体穿流的通道。冷却环在其靠外的边缘区域上具有与罩形的马达壳体的接触部，所述马达壳体包围定子的叠片铁芯。马达壳体不具有冷却罩或者不由冷却罩包围。

导热管在绕组和绕组槽的底部之间伸展。导热管在叠片铁芯的、定子的长度上延伸并且在两个端部上具有各一个散热区域，所述散热区域在绕组头部的区域中在冷却环的内侧上终止或者与冷却环接触。

根据本发明的电机通过如下方式进一步改进，即承载转子的轴本身空心地构成并且构成为热管(导热管)。在机器部件旋转时产生损耗或摩擦热量，所述损耗或摩擦热量能够造成构件或相关联的支承部位的热过载。通过将电机的转子构成为导热管，实现从机器内部到表面的改善的传热。在用于旋转的构件的导热管中以特别有利的方式利用旋转或离心力，以便将冷凝物运送到热侧(散热区域)。

优选地，转子轴的空腔上在其内壁上设有结构化部，所述结构化部通过旋转引起对被冷凝的冷却液体的输送。

根据本发明的冷却方案，使用冷却环代替包围马达壳体的水套，所述冷却环尽可能直接设置在绕组头部上。在此，绕组头部的热量能够直接导入冷却环中。来自定子内部、即来自铜绕组和叠片铁芯的损耗热量经由设置在叠片铁芯和铜绕组之间的导热管(热管)朝冷却环方向传导。在叠片铁芯和铜绕组之间，在绕组槽的底部中沿纵向方向伸展的导热管能够通过上文提到的设置方式吸收来自铜绕组以及来自叠片铁芯中的热量。通过根据本发明的实施方案，实现在定子中的均匀的温度分布。通过弃用包围定子的冷却罩能够实现减小电机的外直径。

附图说明

在下文中根据实例描述电机的优选的实施方式，其中参照附图进行说明。

附图示出：

图1示出贯穿具有设置在绕组槽中的导热管的定子的剖面；

图2示出贯穿构成为导热管的转子轴的剖面；

图3示出贯穿构成为导热片的转子元件的剖面；

图4示出贯穿构成为导热管的转子轴的另一实施例的剖面；

图5示出根据图4的剖面的立体视图；以及

图6示出构成为导热管的转子轴的另一设计方案的剖面的立体视图。

具体实施方式

图1示出贯穿未进一步示出的电机的定子的剖面。在此，剖面居中地穿过定子的绕组槽WN，所述定子包围未示出的转子。绕组槽WN沿转子的轴向在叠片铁芯BP的内侧上伸展，所述内侧由多个片形成进而形成管状的定子。叠片铁芯BP在定子的长度上延伸。

绕组槽WN容纳绕组的、通常铜绕组W的束，所述绕组在定子的两个端部处以形成绕组头部的方式朝向下一绕组槽伸展。由此，定子的、叠片铁芯BP的内环周具有多个平行的绕组槽WN，所述绕组槽容纳绕过的绕组W。

在定子的、叠片铁芯PB的端部处设置有各一个冷却环KR，所述冷却环具有由冷却液体穿流的环形的通道。冷却环KR在其朝向叠片铁芯的边缘区域上分别具有与罩形的马达壳体MG的接触部，所述接触部包围叠片铁芯BP。马达壳体不具有包围马达壳体的附加的冷却罩。

在绕组W和绕组槽WN的底部之间装入呈热管形式的导热管WR。导热管WR在叠片铁芯BP的长度上延伸并且在两个端部处分别具有散热区域，所述散热区域在绕组头部WK的区域中在冷却环KR的内侧上终止。

导热管将在铜绕组W中和叠片铁芯BP中产生的热量朝其至冷却环KR的端部的方向导出。原则上，导热管已经是已知的并且在此不详细地说明。总的来说，导热管是封闭的管道，所述管道的一部分用水填充并且在所述管道中设定负压。通过铜绕组的热输入蒸发在热管内部的水并且使水流向冷却面，在所述冷却面上再将蒸汽冷凝。经由毛细管作用将冷凝物输送回热面。

如上文已经说明的，将热量导向导热管的端部(散热区域)并且在那导入冷却环KR中。在冷却环KR中容纳和运出流过冷却通道的冷却液体的热量。从铜绕组W以及叠片铁芯BP起经过导热管WR到达冷却环KR的热传递在图中由箭头表明。通过冷却环KR也还直接容纳和导出在绕组头部WK中产生的热量。如从剖面图中能看到的，冷却环和绕组头部经由环形的区域RB直接上下重叠。经由环形的区域RB的从绕组头部WK至冷却环的热传递同样由箭头示出。

在下文中，根据图2、4-6说明导热管(热管)的设计方案，所述导热管能够用作电机的转子轴。如上文已经说明的，导热管由封闭的空腔构成，在所述空腔中存在负压并且所述空腔包含少量的水。由于存在负压，在低的温度水平下水已经在导热管的内部的热端部处蒸发。然后蒸汽流向冷端部并且在那冷凝。由于在构成为导热管的转子的运行中的旋转和/或离心力，冷凝物能够再输送到热侧上。

在图2中示出电机的构成为导热管的转子R的第一实施例。旋转轴以虚线示出。旋转由箭头表明。如已经阐述的，轴构成为空心轴HW。轴的端部区域限定热侧和冷侧。热侧H设置在图的右侧上。在热侧的区域中，轴的空腔具有最大的直径并且在第一部段A1上圆柱形地构成。在所述圆柱形的第一部段A1上连接有锥形的第二部段A2。从剖面图中能看到，锥形K1朝向冷侧K的端部区域逐渐变细地构成。在部段A2中，锥形的管道K2沿着部段A3装入。锥形的管道K2与装入轴中的锥形同轴地设置并且与在部段A2中的所述锥形的端部区域隔开地终止。附加的管道K2的设置防止冷凝物流被蒸汽流阻挡。

从锥形的管道K2的端部区域出发分别至冷区域或热区域的内部的端面，在内部的壳面上装入金属网或金属泡沫M。这在该部位上用于增大表面积进而改善热传递。

在未示出的实施例中，空心轴的内直径也能够从热侧起阶梯状以较小的直径朝向冷侧伸展地构成。

如已经阐述的，热侧设置在最大的内直径的部位处。在空心轴作为在电机中的转子/转子轴的运行中，在空腔中的水由于离心力而流向最大直径的部位。现在，在该部位处，输入热量并且位于空腔中的水蒸发。因为通过锥形的部段的构成和设置而再输送水，所以蒸汽在热侧的区域中被挤出并且流向导热管的具有最小直径的部位，即冷侧。然后，在冷侧上提取热量，由此蒸汽冷凝。现在，冷凝物经由在锥形的管道K2的外部的壳面和锥形的内部的壳面之间的缝隙沿着部段A3朝热侧方向流回。

图4和5示出导热管的另一设计方案。附图示出圆柱形的空心轴H1，所述空心轴在端侧上经由盖元件D1封闭地构成。在空心轴内部同轴地设置有管状的元件。管状的元件R3分别与盖元件D1隔开地设置。在端部区域、即热区域和冷区域中分别如对于图2已经说明的，设置有金属泡沫或金属网。这在图中未示出。如从剖面图中能看到的，在管状的元件和空心轴H1的内壁之间的环形通道R中设置有阿基米德螺旋AS。所述阿基米德螺旋用于从冷侧至热侧的冷凝物输送。总的来说，示出的设计方案仅可用于缓慢旋转的轴。阿基米德螺旋仅在重力大于离心力时用于将冷凝物从冷侧引回热侧。

在相对于图4和5中示出的设计方案的变型中，图6示出导热管，在导热管中管状的元件R4以穿孔的构成方式设计。

图3示出导热片S1的剖面图。所述导热片构成为平坦的、空心的板状的元件并且同样封闭地或密封地构成。导热片S1也用少量水填充并且设置有负压。热区H位于片的具有最大片直径D1的外部的边缘区域中。冷区或散热区域设置在片的旋转轴线的区域中。如从剖面图中能看到的，不仅在热区H的区域中而且在冷区的区域中在片状的元件的内壁的区域中设置有用于增大表面积的金属网或金属泡沫M。这用于改善热分布和冷凝物的均匀的分布。

如对于根据图2、4-6的旋转的导热管已经说明的，冷凝物通过离心力向外朝向热区H离心分离。在此，冷凝物通过将热量经由热区导入而蒸发并且蒸汽通过随后到来的冷凝物而朝向冷区挤压。在冷区中，蒸汽在散热到在该区域中的金属网或金属泡沫上并且经由冷区向外输出的情况下冷凝。如对于其他实施方式已经说明的，在导热片中也能够设置有附加的板，所述板起将冷凝物流和蒸汽流隔开的作用。

之前所描述的导热片S1通常用于在构件旋转时沿径向方向传热。应用领域例如是转子叶片、制动盘、离合器从动盘、电动机、涡轮机转子和压缩机转子。

在未示出的实施变型中，导热片和导热管的组合也是可能的。在此，首先能够经由导热片将热量沿径向方向传导到导热管上并且随后经由导热管的热区将热量沿轴向方向传送至冷区/散热区域并导出。

附图标记列表

R 转子

ST 定子

W 绕组、铜绕组

WK 绕组头部

WN 绕组槽

BP 叠片铁芯(定子)

WR 导热管

KR 冷却环

KK 冷却通道

MG 马达壳体

RB 环形的区域

Claims (10)

1.一种电机，其具有：定子和由所述定子包围的、以能转动的方式支承的转子，其中所述定子具有叠片铁芯(BP)；在所述叠片铁芯(BP)中的绕组槽(WN)，所述绕组槽容纳绕组(W)；至少一个冷却环(KR)，所述冷却环在绕组头部(WK)的区域中连接到所述叠片铁芯(BP)上，其中在所述绕组槽(WN)中在绕组(W)和所述绕组槽(WN)的底部之间装入呈热管形式的导热管(WR)，其中所述导热管(WR)具有至少一个散热区域并且所述散热区域位于所述冷却环(KR)的区域中。

2.根据权利要求1所述的电机，

其中所述定子的所述叠片铁芯(BP)在两侧上配设有冷却环(KR)。

3.根据权利要求1或2所述的电机，

其中所述冷却环(KR)具有能由冷却液体穿流的冷却通道(KK)。

4.至少根据权利要求1所述的电机，

其中所述热管(WR)的所述散热区域具有与冷却环(KR)的接触部，并且其中所述接触部优选经由环形的区域(RB)实现。

5.至少根据权利要求1所述的电机，

其中所述转子轴(R)在内部具有空腔，所述空腔填充有流体并且所述转子轴形成导热管。

6.至少根据权利要求5所述的电机，

其中所述转子轴的所述空腔在其内环周上具有结构，所述结构通过旋转引起对所述流体的输送。

7.根据权利要求5或6所述的电机，其中所述转子轴的所述空腔至少在一个部段中以锥形伸展的方式构成。

8.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其中所述转子轴(R)的所述空腔包括至少两个具有不同直径的部段。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其中与所述转子轴的锥形伸展的内部的壳面隔开地同轴地设置有锥形的管道(K2)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其中在所述转子轴(R)的内部的表面区域中在冷区和热区的区域中设置有金属网和/或金属泡沫(M)。