CN106068600A - 电机 - Google Patents

Abstract

介绍了一种具有壳体（20）、定子（30、32）和转子（40、42）的电机（10）。所述定子（30、32）包围所述转子（40、42）。所述转子（40、42）具有轴（42）。所述电机（10）配备有在所述壳体（20）内的电力电子器件（40）。所述电机（10）具有冷却通道（62、64、66），该冷却通道沿着纵向区段（62、64）和端面区段（66）而延伸。所述纵向区段（62、64）沿着空心柱体而延伸，所述轴（42）的旋转轴线（50）引导穿过所述空心柱体的内部。所述端面区段（66）朝向所述轴（42）而延伸。

Description

电机

背景技术

已知的是，借助于所引导的热介质对电机进行冷却，以便尤其在功率使用时能够有效地引出损耗热量。但是因为电动马达内的多个部件都能产生损耗热量并且因此不仅仅要对定子进行冷却，所以对热介质的导送需要高的结构上的花费。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种可行方案，利用该可行方案可以将损耗热量从电机中以简单的方式去除。

本发明的公开内容：

该任务通过根据权利要求1所述的电机来解决。利用从属权利要求的特征以及如在下面的描述中所列出的那样的特征得到优选的实施方式。

已经认识到，当冷却通道具有纵向区段和端面区段时，冷却通道可以特别简单地形成，其中纵向区段沿着定子而延伸并且冷却通道的连接在其上的端面区段沿着一个面被引导，电机的旋转轴线延伸穿过该面。所述纵向区段并且因此热介质流在那里沿着轴向方向伸展，而端面区段并且因此热介质流在那里则沿着径向方向或者至少沿着一个方向垂直于轴向方向而伸展。所述轴向方向对应于电机的（轴的）纵向延伸方向。所述流在端面区段中由该端面区段沿着割线来引导，所述割线延伸穿过所述端面区段。

所述端面区段基本上垂直于下述方向来导引热介质，沿着该方向热介质在纵向区段内被导引，由此不仅定子的周缘面而且定子的端面处的部件（例如绕组头和/电力电子器件）可以被冷却。所述端面区段能够实现在端面区段的两个侧面的冷却，也就是说在定子的用于冷却绕组头的侧面上以及在端面区段的对置的侧面上（沿着电机的旋转轴线的方向），电力电子器件或轴承盖可以位于所述对置的侧面处。

通过这种方式同样可以实现紧凑的结构方式以及对热介质的简单的引导。通过将冷却通道划分为纵向区段和关于此弯成角度的端面区段，可以利用相同的冷却通道对不同定向的面（例如定子的周缘面和端面的绕组头或端面的电力电子器件）并且因此也对不同的部件进行冷却。因为在此所述纵向区段可以直接过渡到端面区段中，其中所述纵向区段和端面区段模仿电机的外部的基本形状（从对置的端面来看），所以冷却通道的设计特别简单并且尤其不需要附加的流体技术方面的措施，例如分配器或类似物。

将冷却通道的沿着电机（的外侧面）而延伸、也就是说沿着电机的旋转轴线的方向或者沿着电机的轴的方向而延伸的区段称为纵向区段。也能够被称为横向区段的端面区段关于旋转轴线或者所述轴基本上径向地或沿着穿过端面的割线而延伸。由此，所述端面区段和纵向区段形成对于一个空间的限制，电机的部件（定子、转子以及还有绕组头）可以位于该空间内，其中特别地，端面区段的两个侧面（沿着所述旋转轴线或者所述轴的方向来看）被使用，以便在那里安装部件，其损耗热量（也就是说绕组头和电力电子器件的损耗热量）可被引出。因为电力电子器件平行于下述平面而延伸，绕组头沿着该平面延伸（并且该平面垂直于所述轴），所以可以以简单的方式在电力电子器件和绕组头或定子绕组之间建立电连接。

介绍了一种电机，该电机配备有壳体、定子和转子。所述定子包围所述转子。换而言之，所述电机是内转子。但是一些实施方案也可以作为外转子来实现，其中转子在结构方面取代定子的位置并且反之亦然。所述转子具有一轴。电机的旋转轴线延伸穿过该轴。所述旋转轴线对应于电机的纵向轴线或者与该纵向轴线平行。

所述电机此外配备有电力电子器件。该电力电子器件布置在所述壳体内。电力电子器件尤其包括至少一个（单相或多相的）功率操控级，该功率操控级对所述定子并且必要时也对转子供给电流。功率输出级包括功率半导体器件、例如功率晶体管、如IGBT或MOSFET和/或功率二极管。此外，功率输出级可以具有其他功率部件，例如功率电容器、功率电阻和/或功率电感。功率输出级此外配备有冷却体，该冷却体尤其具有冷却面，该冷却面邻接到以下所介绍的冷却通道上（尤其是在其中的端面区段上）或者至少热传递地与其连接。电力电子器件的表面的至少一个区段或者还有电力电子器件的整个表面都邻接到所述端面区段上或者导热地与其连接。冷却体和/或电力电子器件例如借助于绝缘层和/或借助于功率半导体上的绝缘元件相对于冷却通道电绝缘，所述绝缘层沿着电力电子器件的冷却面而延伸。

所述电机具有冷却通道。该冷却通道位于壳体内。该冷却通道沿着纵向区段并且沿着端面区段而延伸。冷却通道的纵向伸展部因此包括被划分为至少一个纵向区段和至少一个端面区段的划分部。所述纵向区段沿着定子的周缘面来引导。所述端面区段沿着定子或电机的端面（然而在壳体内）来引导。端面区段尤其沿着轴承盖来引导。端面区段此外尤其沿着定子的内侧面（即面向定子而指向的侧面）、例如沿着定子的绕组头来引导。

纵向区段沿着空心柱体而延伸或者设计为空心柱体的形状或者具有包围的面，该包围的面具有空心柱体的形状。该空心柱体尤其是圆柱体，但是也可以具有其他横截面形状（卵形、椭圆形、多边形、带倒圆角的多边形,…）。轴引导穿过空心柱体的内部。电机的纵向轴线或旋转轴线因此可以延伸穿过空心柱体的内部，并且尤其对应于空心柱体的纵向轴线。圆柱体和转子（或者还有定子）彼此同心地布置。

端面区段朝向所述轴而延伸。所述电机的轴或纵向轴线（即旋转轴线）延伸穿过一平面，所述端面区段沿着该平面的方向而延伸。所述电机的轴或纵向轴线尤其基本上垂直于该平面。所述端面区段可以具有环的形状，所述轴或纵向轴线延伸穿过所述环的内部的自由区域。所述环可以基本上是圆形的或圆柱形的，尤其在面向所述轴而指向的面上，其中所述圆形形状也可以通过凹部或外翻部而中断。

所述端面区段（沿着电机的纵向轴线方向来看）的高度可以是恒定的，但是优选是可变化的，尤其当具有不平坦的面的电力电子器件和/或绕组头邻接到端面区段上时。在高度方面，所述端面区段一方面通过定子或通过其绕组头来限制并且通过电力电子器件或轴承盖来限制。端面区段可以延伸直至所述轴或者在所述轴的方向上延伸。端面区段以下述方式来连接：穿流过的热介质（即冷却介质如气体或者液体、例如空气、油或者水）沿着轴的方向被引导。纵向区段以下述方式来连接：穿流过的热介质沿着定子的周缘面被引导。在纵向区段中流动方向沿着柱体的外壳面来引导，而在端面区段中流动方向沿着柱体的端面来引导。该柱体和空心柱体可以是直筒柱体或者斜截柱体。

纵向区段可以一方面通过定子的周缘面来限制并且另一方面通过壳体的壁来限制。壳体的壁可以是单壁或者双壁或多重壁。该壁的内侧面（在周缘上）形成纵向区段的外侧面。定子的外侧面（或者包围定子的绕组体）（在周缘上）形成纵向区段的外侧面。纵向区段与端面区段在该纵向区段的端面处连接，尤其是与端面区段的（在定子侧的）沿着所述轴的方向延伸的面相连接。所述面可以对应于定子的下面要提到的端面或者定子的端面的面向外部而指向的延续部。

端面区段一方面通过定子的端面来限制并且另一方面通过电力电子器件来限制。特别地，端面区段在定子的侧面上通过定子的绕组头（或者邻接到绕组头上的电绝缘层）来限制。此外，端面区段可以如已经提到的那样邻接到电力电子器件的（例如冷却体的）面向定子而指向的冷却面上。电力电子器件或其冷却面以及定子或其绕组头相对置。 端面区段设置在定子和电力电子器件之间的如此设置的空隙内。定子和电力电子器件之间的空隙沿着一个方向延伸，该方向对应于所述纵向轴线的方向或者所述轴的纵向延伸方向或者旋转轴线的方向。所述端面区段被连接，以便垂直于所述空隙的方向来引导热介质。与之相反，所述纵向区段被连接，以便沿着该方向（或者沿着定子的外壳或者周缘面）来引导热介质。

电力电子器件沿着一个环形面而延伸，所述轴穿过该环形面的（自由的）中心。该环形面可以对应于圆环形面或者可以具有其他基本形状，例如卵形、椭圆形、多边形或者带倒圆角的多边形。特别地，所述电力电子器件可以被划分为多个节段，这些节段分别仅仅通过圆弧段或者环段在电机的端面上延伸。所述节段在周缘上分布在该端面上。所述电力电子器件优选具有一冷却面，该冷却面（沿着远离所述定子而指向的方向）限制所述端面区段。

所述纵向区段直接过渡到所述端面区段内。在如此形成的过渡部上可以布置连接元件，该连接元件在冷却通道的两个区段之间形成直接的流体连接，例如沿着朝向所述轴（或者旋转轴线）延伸的壁，该壁具有将两个区段连接起来的孔。纵向区段的横截面在定子和壳体之间延伸。该横截面因此对应于空心柱体的横截面或者对应于包围空心柱体的包围部的横截面。端面区段的横截面在定子和电力电子器件之间延伸并且因此沿着所述轴或者上面所提到的空隙的方向而延伸。特别地将下述的面视为横截面，该面的法线对应于流动方向，流动通道（基于其与接头的连接）预先给定所述流动方向。两个区段的横截面的法线基本上彼此垂直。

纵向区段（沿着电机的纵向方向来看）可以具有第一子区段，该第一子区段由绕组体的周缘来限制。该绕组体包围所述定子。所述纵向区段此外（沿着电机的纵向方向来看）可以具有第二子区段，该第二子区段由所述定子的绕组头的周缘来限制。绕组体的周缘和绕组头的周缘对于第一和第二子区段而言形成朝向电机的纵向轴线的限制部。这两个子区段被壳体向外限制，尤其被壳体的内侧面限制。所述第一子区段和第二子区段彼此连接并且优选（直接地）过渡到彼此内。第二子区段优选直接与所述端面区段相连接。

两个区段优选直接或者通过连接元件、如在端面延伸的壁内的孔过渡到彼此内。第一子区段通过第二子区段与端面区段相连接。可以在第一子区段的端部处设置热介质入口或热介质出口，其与所述第一子区段的端部相对置，所述第一子区段的端部连接到第二子区段上。端面区段由绕组头的端面限制。端面可以位于一个平面内，其中此外在纵向区段和端面区段之间布置了过渡部或连接部。所述过渡部或连接部位于所述端面的远离所述轴而指向的延续部或延长部内。

电机此外还具有轴承盖。该轴承盖配备有承载所述电力电子器件的内侧面。可以在所述轴承盖内设置凹部，所述电力电子器件布置在所述凹部内。所述凹部在轴承盖的一侧面上，该侧面面向定子或绕组头而指向。另一轴承盖可以设置在电机的对置的端部上，尤其是在纵向区段的一个端部上，该端部与纵向区段的、同冷却通道的端面区段相连接的端部相对置。所述轴由所述轴承盖（该轴承盖承载电力电子器件）的轴承能转动地支承。此外，所述轴穿过承载电力电子器件的轴承盖。电力电子器件或者其中的部件（例如功率晶体管）可以设置在轴承盖的在周缘上分布的节段中。特别地，可以设置3个、6个、9个（或者三的其他倍数个）节段。这些节段尤其相同地构造并且布置在轴承盖的不同的节段（彼此成角度）上。

所述纵向区段优选至少通过一个壁被划分为至少两个部分。由此所述纵向区段可以形成一个朝向端面区段的前行通道和从所述端面区段起的反向通道。所述壁可以至少分区段地直线式地伸展，然而其中也可以设置曲折形的走向。壁的纵向延伸方向在定子的周缘面上或者在外壳上伸展，所述外壳反映出定子的周缘的走向或者壳体的内侧面的走向。因此，所述壁在一个方向上延伸，所述轴沿着该方向伸展。此外，所述壁（沿着壁的横向延伸方向）从定子延伸至壳体。所述壁（流体密封地）将所述定子或绕组体与所述壳体连接起来。所述壁流体密封地将所述定子的（周缘面的）外侧面与壳体的内侧面连接起来。所述壁在纵向区段的内部限制所述冷却通道。换言之，所述壁被设计用于引导热介质。所述壁与壳体的内侧面和定子的（周缘面的）外侧面一起形成冷却通道的纵向区段的周缘的限制部。

此外，所述电机具有热介质入口和热介质出口。冷却通道在所述热介质入口和热介质出口之间延伸。所述冷却通道优选将所述热介质入口和热介质出口连接起来。所述热介质入口和热介质出口可以布置在壳体的相同的端面上，尤其是与下述端面对置的端面上，该端面上设置了所述端面区段。热介质入口和热介质出口（沿着电机的纵向方向来看）可以设置在电机的对置的端部上或者电机的相同的端部上。优选地，热介质入口和热介质出口布置在电机的对置的端面上（尤其是在对置的轴承盖上），或者替代地，或者布置在相同的端面上（尤其是在相同的轴承盖上）。

所述热介质入口和热介质出口可以伸展穿过另一轴承盖，该另一轴承盖关于电机与轴承盖对置，该轴承盖对端面区段进行限制并且尤其承载电力电子器件。

纵向区段可以沿着多个被切分（geschnittener）的空心柱体延伸，所述空心柱体沿着所述轴的纵向延伸方向被划分为部段。所被切分的空心柱体和不同的被切分的空心柱体的端面通过端面区段彼此连接。由此，不同的、被切分的空心柱体形成前行通道和反向通道。被切分的空心柱体尤其通过一个壁得到，该壁从定子的外侧面延伸至壳体的内侧面。所述壁可以在一个或多个平面内延伸，电机的轴或者纵向轴线位于所述平面内。

附图说明

图1示出了在此介绍的电机的一种示例性的实施方式的横截面。

图2示出了在此介绍的电机的一种示例性的实施方式的俯视图。

具体实施方式

图1示出了在此介绍的电机10的一种示例性的实施方式的横截面，该电机具有壳体20以及定子30、32和转子40、42。

在图1中示出的横截面沿纵向伸展穿过所述电机、尤其是穿过所述电机的轴或旋转轴线50。图1仅仅示出了电机的一部分，该部分包括所述电机的端面或轴承盖。

转子配备有轴42，该轴具有旋转轴线50。此外，在所述电机10内设置有电力电子器件70。该电力电子器件沿着在图1中垂直地伸展的端面而延伸。所述电力电子器件包括功率电容器（用最上面的和最下面的矩形70来表示）以及功率操控级，所述功率操控级用两个矩形70来表示，它们位于最上面的和最下面的矩形之间。

功率输出级具有冷却面，该冷却面具有用于增大表面的冷却指或类似结构，所述冷却指或类似结构伸入冷却通道的端面区段66内或者所述冷却通道邻接到其上。轴承盖72在图1中示出的端面处将壳体20封闭并且此外用于借助于滚动轴承能转动地支承所述轴42。

所述定子包括绕组体30和连接在该绕组体上的绕组头32。纵向区段62、64可以被划分为第一子区段62，该第一子区段沿着定子的纵向延伸部（关于轴线50）并且因此沿着绕组体30而延伸，而第二子区段64则沿着绕组头32的周缘面而延伸。第二子区段64连接到所述纵向区段的第一子区段62上。

第二子区段64（并且因此纵向区段）在绕组头32的端部处过渡到端面区段66内，所述端部背离所述绕组体30。

图1示出：在图1的上方示出了第一子区段62的一部分，热介质从第一子区段62（的这部分）开始过渡第二子区段64的一部分内。流动方向（基本上以90°的角度）随着纵向区段或第二子区段的端部而变化。

如在图1中所示出的那样，冷却介质不再沿着所述方向—轴42沿着该方向延伸—流向纵向区段，而是朝向所述轴流动或者在达到所述轴之前/时围绕该轴流动，以便如在下半图中所示出的那样到达纵向区段的第二部分，该第二部分在下半图中示出并且具有附图标记64。用纵向区段的下方的部分来将热介质首先通过第二区段64（的一部分）并且随后通过第一区段62（的一部分）从冷却通道的端面区段66运走，所述第一区段又通向热介质出口。在端面区段66中的流动方向因此一方面朝向所述轴来引导，以及远离所述轴来引导，并且尤其在所述轴的附近、也就是说在到达支承所述轴的轴承盖72的区段前不远处围绕该轴或者围绕支承该轴的区段来引导。在端面区段66中的流动方向由此基本上垂直于在纵向区段62、64中的流动方向。

在纵向区段62、64的下方的部分中的流动方向与在纵向区段62、64的上方的部分中的流动方向相反，其中壁80（在图2中示出）将所述纵向区段划分成两个部分。纵向区段的这些部分中的一个部分将所述介质（从热介质入口）朝向端面的区段66来引导，其中纵向区段的另一部分—在图1的下方示出—将热介质从端面区段66引走（并且传导给热介质出口）。

在图1中的是在上半图中示出的电力电子器件70，其在图1的下半图中示出。但是这是简化了的图示，其中所述电力电子器件不一定划分为节段，其中两个关于纵向轴线50精确地对置（也就是说以180°彼此错开）。换而言之，所述电力电子器件也可以以其他方式是有利的，如其例如在图2中示出的那样。

图2示出了在此介绍的电机的一种示例性的实施方式的俯视图。在此，所述电力电子器件70被分配到三个区段（这些区段在此也被称为节段）上，这些区段彼此以120°（沿着定子的周缘方向）来分配。

所述电力电子器件70位于轴承盖处或者位于电机的端面处，该端面与在图1中示出的端面或轴承盖72对置，而热介质入口90和热介质出口92则位于与其对置的端面处。热介质入口90和热介质出口92设置在轴承盖的内部，该轴承盖与在图1中示出的轴承盖对置地定位。

壁80、82在两个区段上延伸并且如在图2中示意性示出的那样对定子和壳体之间的空心柱形的空间进行划分，从而产生两个（一般更多个）被切分的空心柱体。被切分的空心柱体设置在热介质入口处，而另一被切分的空心柱体则连接在热介质出口处。由此如在图1中在图2中在上半图中那样地得到沿着定子的周缘面的第一冷却剂方向，该第一冷却剂方向与在下半图中的冷却剂方向相反。

在图2中示出：壁80、82能够划分为第一纵向区段80和第二纵向区段82。这些纵向区段80、82主要沿着一个平面而伸展，所述轴42也延伸穿过该平面。但是，这一点并不是绝对必要的，从而所述纵向区段80、82能够设置在电机的在横截面方面对置的侧面处，然而不必一定沿着定子的周缘方向彼此错开180°。

在图2中所示出的、划分为两个（或者两个以上）相同大小的被切分的空心柱体的情况下得到下述优点：冷却通道的区段朝向端面区段具有与冷却通道的下述区段相同的横截面积，该区段远离所述端面区段地引导。

替代于在图2中示出的实施方式，也可以设置多个热介质入口和/或多个热介质出口，其中所述入口或出口分别与一个壁—如在图2中作为点划线而示出的那样—分开。

附图标记列表：

10 电机

20 壳体

30 定子的绕组体

32 定子的绕组头

30+32 定子

40 转子

42 转子的轴

50 转子的旋转轴线或电机10的纵向延伸方向

60 冷却通道

62、64 冷却通道的纵向区段，该纵向区段被划分为纵向区段的第一子区段62和第二子区段64

70 电力电子器件（具有功率半导体器件的功率操控级以及必要时其他的功率部件如功率电容器）

80、82 壁的壁区段，所述壁从定子延伸直至壳体的内侧面

90 热介质入口

92 热介质出口。

Claims (10)

1.具有壳体（20）、定子（30、32）和转子（40、42）的电机（10），其中所述定子（30、32）包围所述转子（40、42），所述转子（40、42）具有轴（42），并且所述电机（10）配备有在所述壳体（20）内的电力电子器件（40），其中所述电机（10）具有冷却通道（62、64、66），该冷却通道沿着纵向区段（62、64）和端面区段（66）延伸，其中所述纵向区段（62、64）沿着空心柱体延伸，所述轴（42）的旋转轴线（50）引导穿过所述空心柱体的内部，并且所述端面区段（66）朝向所述轴（42）而延伸。

2.按权利要求1所述的电机（10），其中，所述纵向区段（62、64）一方面通过所述定子（30、32）的周缘面来限制并且另一方面通过所述壳体（20）的壁的周缘面来限制，并且其中所述端面区段（66）一方面通过所述定子的端面来限制并且另一方面通过电力电子器件（70）的端面来限制。

3.按权利要求1或2所述的电机（10），其中所述电力电子器件（40）沿着环形面而延伸，所述轴（42）穿过该环形面的中心，其中所述电力电子器件（40）具有一冷却面，该冷却面对所述端面区段（66）进行限制。

4.按前述权利要求中任一项所述的电机（10），其中所述纵向区段（62、64）直接过渡所述端面区段（66）中，所述纵向区段（62、64）的横截面在所述定子（32、32）和所述壳体（20）之间延伸，并且所述端面区段（66）的横截面在所述定子（30、32）和所述电力电子器件（70）之间延伸。

5.按前述权利要求中任一项所述的电机（10），其中所述纵向区段包括第一子区段（62），该第一子区段由绕组体（30）的周缘来限制，并且所述纵向区段包括第二子区段（64），该第二子区段由所述定子的绕组头（32）的周缘来限制，其中所述第一子区段（62）通过所述第二子区段（64）与所述端面区段（66）相连接，并且所述端面区段（66）由所述绕组头（32）的端面来限制。

6.按前述权利要求中任一项所述的电机（10），该电机此外还具有轴承盖（72），该轴承盖具有承载所述电力电子器件（70）的内侧面，其中所述轴（42）借助于所述轴承盖（72）的轴承能转动地得到支承，并且所述轴（42）穿过所述轴承盖（72）。

7.按前述权利要求中任一项所述的电机（10），其中所述纵向区段（62、64）被至少一个壁（80、82）划分为至少两个部分，其中所述壁（80、82）一方面从所述定子（30、32）延伸到所述壳体（20），并且另一方面沿着一个方向而延伸，所述轴（42）沿着该方向而伸展。

8.按前述权利要求中任一项所述的电机（10），该电机此外还具有热介质入口（92）和热介质出口（90），所述冷却通道（60）在所述热介质入口和所述热介质出口之间而延伸，其中所述热介质入口（92）和所述热介质出口（90）布置在所述壳体（20）的同一端面上，尤其是布置在与下述端面相对置的端面上，在所述端面上设置了所述端面区段（66）。

9.按权利要求8所述的电机（10），其中所述热介质入口（92）和所述热介质出口（90）穿过另一轴承盖（72）而伸展，所述另一轴承盖关于所述电机（10）与一个轴承盖相对置，该轴承盖对所述端面区段（66）进行限制并且尤其承载所述电力电子器件（70）。

10.按前述权利要求中任一项所述的电机（10），其中所述纵向区段（62、64）沿着多个被切分的空心柱体而延伸，所述空心柱体沿着所述轴（42）的纵向延伸方向被划分为部段，其中所被切分的空心柱体和不同的空心柱体的端面通过端面区段（66）彼此连接。