CN106208441A - 包括集成散热器的定子 - Google Patents

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Abstract

电动马达(10)包括框架(12)，框架限定出内部容积并包括转子(14)和定子(16)、初级冷却回路(20)以及次级冷却回路(30)，初级冷却回路包括至少一个初级管道(26)并与框架(12)的外部流体连通以用于使源于框架(12)外部的气体在框架的内部容积中循环，次级冷却回路在框架(12)的内部容积中延伸并与框架的外部隔离，次级冷却回路包括穿过转子(14)的至少一个第一冷却通道(32)以及穿过定子(16)的至少一个第二冷却通道(34)，其特征在于，电动马达包括至少一个隔热通道(40)，该至少一个隔热通道插入在初级冷却回路(20)的初级管道(26)和次级冷却回路(30)的第二冷却通道(34)之间。

Description

包括集成散热器的定子
技术领域
本发明涉及一种电动马达，该电动马达包括用于冷却定子的初级冷却回路和用于冷却转子的次级冷却回路。
背景技术
初级冷却回路通常与马达的框架的外部流体连通，以允许通过在初级冷却回路中具有环境空气循环而冷却定子。关于次级回路，它通常不与电动马达的框架的外部流体连通，以便避免粉尘或其他材料堵塞或淤塞马达的移动部分。因此，次级冷却回路包括穿过转子的第一冷却通道，冷气体流体在第一冷却通道中循环以用于通过热交换来冷却转子。第一冷却通道中的气体流体变热并被送至第二冷却通道，第二冷却通道穿过定子的主体，并被布置成用于再次冷却次级冷却回路内部的气体流体。该第二冷却通道通常被集成到形成定子的堆叠的金属片中，以沿叠堆方向穿过金属片。
这种电动马达例如在文献EP 2 308 150中被描述。
然而，这种电动马达的架构不完全令人满意。实际上，由于包含热气体流体的该初级冷却回路和次级冷却回路之间的热交换，初级冷却回路的初级冷却通道热态地影响次级冷却回路。
次级冷却回路的效率因此被降低，并且当马达以高功率运行时，马达将有过热的风险。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种电动马达，该电动马达包括使电动马达的转子和定子能够有效且简单地进行冷却的冷却回路。
为此，本发明的目的在于一种电动马达，该电动马达包括：
-框架，该框架限定出内部容积并包括：
·转子和定子，该转子和定子定位在框架的内部容积中，
·初级冷却回路，该初级冷却回路包括至少一个初级管道，该至少一个初级管道穿过框架的内部容积并与框架的外部流体连通，以用于使源自框架外部的气体在框架的内部容积中循环，
·次级冷却回路，该次级冷却回路在框架的内部容积中延伸并与框架的外部隔离，所述次级冷却回路包括穿过转子的至少一个第一冷却通道以及穿过定子的至少一个第二冷却通道，
其特征在于，电动马达包括：
-至少一个隔热通道，该至少一个隔热通道插入在初级冷却回路的初级管道和次级冷却回路的第二冷却通道之间。
这种电动马达的优点是多样化的，并将在下文中以非穷举的方式进行总结。
隔热通道给出了形成用于次级冷却回路的热屏障以允许次级冷却回路对电动马达的转子进行高效冷却的可能性，这给出了增加马达的寿命和/或以更高的功率运行马达的可能性。实际上，通过隔热通道，次级冷却回路的第二冷却通道和初级冷却回路之间的热交换被大大减小，或者甚至被抑制，这给出了不对初级冷却回路中循环的空气加热的可能性。因此，次级冷却回路的冷却效率被增强。
有利地，根据本发明的电动马达可包括以下特征中的一个或多个，所述特征被单独地或根据所有技术上可能的组合进行考虑：
-隔热通道属于初级冷却回路；
-隔热通道属于内部次级冷却回路；
-隔热通道至少部分地包围内部次级冷却回路的至少第二冷却通道；
-隔热通道被布置成叶片，并且具有的垂直于旋转轴线X-X'的厚度小于初级冷却回路的初级管道的直径并小于次级冷却回路的第二冷却通道的直径；
-径向扇叶被安装在马达的轴上，以用于使次级冷却回路中的气体流加速；
-径向扇叶给出了使初级冷却回路中的气体流和次级冷却回路中的气体流同时加速的可能性；
-与外部连通的初级冷却回路包括定位在定子的外周处的数个初级冷却管道；
-次级冷却回路包括数个第二冷却通道，所述第二冷却通道在定子的边缘和与外部连通的初级回路之间的至少一个外周部分中成组分布；以及
-初级冷却回路和次级冷却回路包括多个通道。
附图说明
根据阅读以下的仅作为示例给出的并且参考附图的说明，本发明将被更好地理解，在附图中：
-图1为根据本发明的电动马达的沿旋转轴线X-X'的轴向截面视图；
-图2为沿图1的电动马达的平面A-A的截面视图；
-图3为本发明的第三示例性实施例的沿横向于旋转轴线的平面的截面视图；
-图4为本发明的第二示例性实施例的沿图3的平面B-B的截面视图；
-图5为根据本发明的第四示例性实施例的电动马达的沿旋转轴线的轴向截面视图。
具体实施方式
根据本发明的第一实施例的电动马达10在图1和图2中示出。电动马达10包括限定出马达10的内部容积的框架12，转子14和定子16被容置在内部容积中。转子14被安装成旋转地固定在框架12内部的旋转轴18上，并被安装成相对于定子16围绕旋转轴线X-X'旋转地移动。定子16在框架12内部平行于旋转轴线X-X'包围转子14。照惯例，转子14和定子16给出了将电能转换成通过转子14的轴18传递的机械能的可能性。
通常，定子16的主体由沿轴向方向的堆叠的铁硅金属片形成，该轴向方向由旋转轴线X-X'限定。定子16还包括铜线圈。
根据一个实施例，初级冷却回路20包括初级入口22和初级出口24，初级入口22和初级出口24各自与框架的外部流体连通。这意味着环境空气能够通过初级入口22穿入到初级冷却回路20中并通过初级出口24回到外部。初级入口22和初级出口24通过至少一个初级管道26而彼此连接，该至少一个初级管道26穿过定子16并例如沿大体平行于旋转轴线X-X'的轴线延伸。
图2中示出的初级冷却回路20给出了使源于框架12外部的气体流体(即，环境空气)流动到初级入口22中的可能性。外部气体流FE通过初级冷却回路20被引导以穿过框架12的内部容积，并且尤其穿过定子16以便冷却定子16。实际上，初级管道26允许外部气体流体FE和定子16之间的热交换。初级出口24最终给出了将变热的外部气体流体FE朝向框架12的外部排放的可能性。因此，框架12和定子16由来自马达的环境中的环境空气来冷却。
在本说明书中，术语“上游”和“下游”相对于气体流体在马达10中的流动循环方向被定义。
图2中示出的次级冷却回路30包括穿过转子14的至少一个第一冷却通道32。第一冷却通道32平行于旋转轴线X-X'延伸，并因此形成穿过转子14的至少一个开孔。
次级冷却回路30的第一冷却通道32允许在次级冷却回路30的内部循环的内部气体流体FI和转子4的结构之间的热交换。
次级冷却回路30与初级冷却回路20隔离，即，初级冷却回路和次级冷却回路之间没有流体连通。内部气体流体FI填充次级冷却回路30。由于次级冷却回路和框架12的外部之间没有流体连通，因此该气体流体(例如空气)与环境空气隔离。
次级冷却回路30包括至少一个第二冷却通道34，该至少一个第二冷却通道34平行于旋转轴线X-X'在形成定子16的主体中延伸。该第二冷却通道34接近马达10的框架12的边缘，或在框架的外部延伸，以便在内部气体流体和框架12外部的环境空气之间产生热交换。定子16的主体通常包括如图1所示的矩形边缘，使得马达具有与没有次级冷却回路30的马达大体相同的尺寸。
第二冷却通道34在其端部处穿过径向通路被连接至穿过转子14的第一冷却通道32的端部，以使得第一冷却通道32和第二冷却通道34形成封闭回路并且流体连通。
转子14的轴18配备有扇叶50，扇叶50包括至少两个次级叶片54，该至少两个次级叶片54能够与内部气体流体FI产生在次级冷却回路30中循环的次级气体流。次级叶片54例如位于穿过定子16的第二冷却通道34的上游，并位于穿过转子14的第一冷却通道32的下游。
转子14的轴18例如在其两个端部中的一个上承载扇叶50，这在图2和图4中示出。在这种情况下，扇叶50位于马达10的框架12的外部。
初级冷却回路20的初级管道26和次级冷却回路30的第二冷却通道34穿过定子16的主体，定子16因此形成用于排放马达10的热能的散热器。与传统的电动马达相比，将散热器集成到定子16中使马达10的总容积能够减小，在传统的电动马达中，在框架12外部延伸的附加的散热器通常被设置用于将热能从次级冷却回路30排出。
在一个替代性实施例中，扇叶50可至少部分地位于马达10的框架12内部，如图5所示。在这种情况下，扇叶50是具有位于马达10的框架12内部的一部分的径向扇叶。因此，内部气体流被产生以使内部气体流体FI从次级冷却回路30的第一冷却通道32通向次级冷却回路30的第二冷却通道34，并从第二冷却通道34通向第一冷却通道32。因此，在与转子4热交换(这具有冷却转子的作用)的期间，源于第二冷却通道34的内部气体流体FI在穿过转子14的第一冷却通道32中变热，并且在其经过穿过定子16的至少一个第二冷却通道34到达马达10的框架12的边缘或外部时再次被冷却，并随后返回至第一冷却通道32。
扇叶50该还包括至少一个初级叶片52，该至少一个初级叶片52能够产生初级气体流，该初级气体流意在于初级冷却回路20中循环。初级叶片52例如位于初级入口22的下游，并位于初级冷却回路20的初级管道26的上游。因此，扇叶50给出了同时在初级冷却回路20中产生气体流和在次级冷却回路30中产生气体流的可能性。
根据本发明，初级冷却回路20的初级管道26与插入在初级管道26和第二冷却通道34之间的隔热通道40相邻，以便在初级管道26和第二冷却通道34之间形成热屏障。
根据如图2中可见的一个实施例，隔热通道40属于次级冷却回路30，即，它不与次级冷却回路的第二冷却通道34流体连通。这使隔热通道40能够被已冷却的内部气体流体FI穿过以用于增大隔热通道40的热屏障作用。
通过将隔热通道插入于初级管道26和第二冷却通道34之间，第二冷却通道34和初级管道26之间的热交换因此被阻塞。
根据在图1中可见的所描述的实施例，隔热通道40包括叶片形的截面，该截面具有的垂直于旋转轴线X-X'测量的厚度例如大体介于2mm和10mm之间。为不增加马达的尺寸，隔热通道40的该厚度小于冷却回路20的初级管道26的直径，并小于冷却回路30的第二冷却通道34的直径。
隔热通道40具有的宽度L使得初级管道26的第二冷却通道34能够至少沿限定于轴18和第二冷却通道34之间的一个径向方向被隔离。
隔热通道40沿大体平行于旋转轴线X-X'的线延伸，并且具有大体介于100mm和500mm之间的长度。
隔热通道40限定出至少一个点P，该至少一个点P通过马达10的框架12机械地连接至第二冷却通道34。
有利地，桥接件P尽可能地薄些，并且例如，其具有介于3mm和5mm之间的厚度。因此，通过桥接件P的热传导被最小化。
图3和图4示出了第二实施例，其中，隔热通道40是初级冷却回路20的一部分，即，隔热通道40与初级冷却回路的初级管道26流体连通。在这种情况下，穿过初级冷却回路20的初级管道26的外部气体流体(即，空气)还穿过隔热通道40，并因此允许特别高效的隔热。因此，初级冷却回路20的隔热通道40中的温度总是小于次级冷却回路30的第二冷却通道34中的温度，以便在这些回路中的两个之间形成高效的热屏障。因此，次级冷却回路30的第二冷却通道34通过隔热通道40被保护以免受初级冷却回路20的热能的影响。
在一个实施例中，初级冷却回路20包括定位在定子16的外周处的数个初级管道26。因此，使定子16通过初级管道26进行的冷却被进一步增强。
在一个替代性实施例中，初级冷却回路20的至少一个隔热通道40至少部分地包围次级冷却回路30的至少一个第二冷却通道34。因此，从第二冷却通道34传输的热能主要被隔热通道40接收。该热能可通过流动穿过隔热通道40的气体流穿过初级出口24朝向马达10的框架12的外部被排放。
替代性地，如图3所示，初级冷却回路20的三个隔热通道40至少包围第二冷却通道34以用于将从第二冷却通道34传输的热能高效地排放到马达10的框架12的外部。因此，马达10(尤其是转子14)的冷却被增强。这给出了增强马达10的性能水平的同时确保最佳、有效且简单的冷却的可能性。
三个隔热通道40围绕第二冷却通道34形成热屏障。穿过次级冷却回路30的第二冷却通道34的内部气体流体FI的冷却因此被改善。
应当注意的是，本发明不限于之前描述的实施例，其还可具有不同的替代性实施例。
具体地，与外部连通的初级冷却回路20可包括定位在定子16的外周处的数个初级管道26，以便增强定子16的冷却。
此外，内部次级冷却回路30的第二冷却通道34可在定子16的边缘和与外部连通的初级回路20之间的至少一个外周部分中成组分布(grouped)。因此，更易于通过隔热通道40将次级冷却回路32的第二冷却通道34与初级冷却回路20的初级管道26隔离。
还可能的是，初级冷却回路20和次级冷却回路30包括多个通道。
电动马达10可在任何工业领域中使用，尤其在交通车辆并且尤其是轨道车辆的领域中使用。

Claims (10)

1.一种电动马达(10)，包括：
-框架(12)，所述框架(12)限定出内部容积，并包括：
·转子(14)和定子(16)，所述转子(14)和所述定子(16)定位在所述框架(12)的内部容积中，
·初级冷却回路(20)，所述初级冷却回路(20)包括至少一个初级管道(26)，所述至少一个初级管道(26)穿过所述框架(12)的内部容积并与所述框架(12)的外部流体连通，以便将来自所述框架(12)外部的气体循环至所述框架的内部容积中，
·次级冷却回路(30)，所述次级冷却回路(30)在所述框架(12)的内部容积中延伸并与所述框架的外部隔离，所述次级冷却回路包括穿过所述转子(14)的至少一个第一冷却通道(32)以及穿过所述定子(16)的至少一个第二冷却通道(34)，
其特征在于，所述电动马达包括：
-至少一个隔热通道(40)，所述至少一个隔热通道(40)插入在所述初级冷却回路(20)的初级管道(26)和所述次级冷却回路(30)的第二冷却通道(34)之间。
2.根据权利要求1所述的电动马达(10)，其中，所述隔热通道(40)属于所述初级冷却回路(20)。
3.根据权利要求1所述的电动马达(10)，其中，所述隔热通道(40)属于内部次级冷却回路(30)。
4.根据权利要求1或2所述的电动马达(10)，其中，所述隔热通道(40)至少部分地包围内部次级冷却回路(30)的至少第二冷却通道(34)。
5.根据权利要求1或2所述的电动马达(10)，其中，所述隔热通道(40)被布置成叶片，并且具有的垂直于旋转轴线X-X'的厚度小于所述初级冷却回路(20)的初级管道(26)的直径和所述次级冷却回路(30)的第二冷却通道(34)的直径。
6.根据权利要求1或2所述的电动马达(10)，其中，径向扇叶(50)被安装在所述电动马达(10)的轴(18)上，以用于使所述次级冷却回路(30)中的气体流加速。
7.根据权利要求6所述的电动马达(10)，其中，所述径向扇叶(50)使所述初级冷却回路(20)中的气体流和所述次级冷却回路(30)中的气体流能够同时加速。
8.根据权利要求1或2所述的电动马达(10)，其中，与外部连通的所述初级冷却回路(20)包括定位在所述定子(16)的外周处的数个初级管道(26)。
9.根据权利要求1或2所述的电动马达(10)，其中，所述次级冷却回路(30)包括数个第二冷却通道(34)，所述第二冷却通道(34)在所述定子(16)的端部和与外部连通的所述初级冷却回路(20)之间的至少一个外周部分中成组分布。
10.根据权利要求1或2所述的电动马达(10)，其中，所述初级冷却回路(20)和所述次级冷却回路(30)包括多个通道。
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