CN107534332A - 未封闭的电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种未封闭的电机（EM），所述电机包括：‑ 定子（ST），在所述定子内存在空腔（HR）；‑ 绝缘护套（IU），其以介质密封的方式密封定子（ST）的外圆周表面（UF）和至少一个侧面（SF1）；‑ 至少一个端罩（LS1，LS2），其布置在定子（ST）的侧面（SF1）上并且限定一个侧面上的空腔（HR）；‑ 至少一个密封装置（DA），其布置在所述绝缘护套（IU）和所述至少一个端罩（LS1，LS2）之间，并且以介质密封的方式将空腔（HR）与周围环境密封。

Description

未封闭的电机

技术领域

本发明涉及一种特别地用作混合动力电动/电动车辆的驱动单元的电机。

背景技术

特别地用于作为混合动力电动电力/电动车辆的驱动单元（特别是其定子）的应用的电机由于功率耗散而在操作期间产生废热。这种废热可导致电机中的电源故障，并且因此必须在其产生之后立即将其去除。为此，电机容纳在设置有冷却通道的外壳中。当电机运转时，诸如例如冷却水的冷却流体流过冷却通道，并且去除在电机中产生的废热。

如所有技术装置的情况下，特别是在混合动力电动/电动车辆的部件的情况下，电机的一般要求被构造成使得它们更紧凑，更节省重量，而且更便宜。

因此，本发明的目的在于指示可制造电机使得其更紧凑、更轻，而且更便宜的可能性。

发明内容

该目的通过独立权利要求1来实现。有利的设计构成从属权利要求的主题。

根据本发明，提供一种未封闭的电机。电机包括定子，所述定子被实现（基本上为中空圆柱体的形式）以便围绕（基本上为圆柱形的）空腔，其中空腔优选地设计成接收电机的转子。定子具有绝缘护套，该绝缘护套以膜的方式围绕定子的外圆周表面和至少一个侧面，并且以介质密封的方式将定子与周围环境密封。电机还包括端罩，该端罩设置在定子的侧面上，并且限定一个侧面上的空腔。电机还包括至少一个密封装置，该密封装置布置在绝缘护套和端罩之间，并且实现密封件，该密封件以介质密封的方式将空腔与周围环境密封。在这种情况下的密封件优选地实现为形状配合或力配合。

因此，代替外壳，电机包括将定子与周围环境空间绝缘的绝缘护套。这种情况下的绝缘护套是以覆盖定子的外圆周表面和至少一个侧面或两个侧面的介质密封但是导热的膜型层的形式实现的，从而膜型层以介质密封的方式将定子与周围环境绝缘。在这种情况下，该绝缘护套足够厚,从而以介质密封的方式使定子绝缘，并且同时，足够薄以便能够在电机在运转时从定子高效地消散定子中产生的废热。

与常规的外壳相比，绝缘护套基本上更节省结构空间和重量，并且同时可较便宜地制造。

特别地，绝缘护套形成薄、均匀的膜状层，该膜状层粘附到定子或粘附在定子上，并且因此物质地连接到定子。因此，绝缘护套提供均匀的绝缘，并且同时对定子进行均匀的冷却。

通过注射成型工艺可制造这种情况下的绝缘护套。注射成型工艺允许生产大面积、薄的绝缘涂层。注射成型工艺使得具有改善的绝缘和冷却性能的绝缘护套能够便宜地应用于定子。

替代地，绝缘护套可以（另一种）涂覆工艺（诸如例如涂（喷涂、浸涂）或流化床涂覆）制造。

由于定子现在仅通过作为散热片的薄绝缘护套热连接到周围环境，所以可通过（薄）绝缘护套更快速地、因此更有效地去除在定子中产生的废热。

特别地为在定子和端罩之间的形状配合或力配合的密封装置使得可在没有附加的预张紧的情况下用于空腔的介质密封的密封件是可能的，其中布置例如电机的转子。

绝缘护套还可代替定子的精细的槽线，从而能够在电机中实现进一步的节省。

因此，提供了一种可便宜地生产的未封闭的电机，占据很小的结构空间，并且同时比相同输出等级的常规电机（具有常规的外壳）更轻。

优选地，密封装置包括至少一个第一突起，其实现为在空腔的圆周方向上在端罩上延伸（例如，以圆环的形式）。第一突起突出到绝缘护套中（一个位于定子的侧面），并且从而与绝缘护套一起形成用于空腔的形状配合的介质密封的密封件。

作为第一突起的替代形式，或除了第一突起之外，密封装置优选地还具有凹陷部，该凹陷部实现为在端罩上在空腔的圆周方向上延伸（例如，以圆环的形式）。绝缘护套或以环的形式实现的绝缘护套上的突起在该凹陷部中突出，并且因此与凹陷部一起形成用于空腔的形状配合的介质密封的密封件。

第一突起优选地具有切割环型轮廓，其戳入绝缘护套中，并且从而在定子和端罩之间产生形状配合的介质密封的连接。在形成端罩的过程中，第一突起可形成在端罩上。通过将端罩与第一突起一起螺纹连接或张紧到设置有绝缘护套的定子来产生形状配合。在这种情况下，绝缘护套的表面松弛有意地用于产生形状匹配。当端罩螺纹连接或张紧到定子时，第一突起的切割环型轮廓穿透绝缘护套并且导致绝缘护套中的表面松弛，由此产生定子和端罩之间的形状配合。

作为第一突起的替代形式或除了第一突起之外，密封装置具有成形密封件（特别是例如聚丙烯酸酯橡胶的弹性体成形密封件），其布置在端罩上的凹入部中，该凹入部在空腔的圆周方向上延伸（例如，以圆环的形式）。在这种情况下，凹入部的内壁在绝缘护套的方向上挤压成形密封件，使得成形密封件与绝缘护套一起实现用于空腔的形状配合的介质密封的密封件。

这种成形密封件的使用优选通过力分流（force shunt）的作用来实现。成形密封件具有高的密封电位，其具有小的力需求。在这种情况下，成形密封件具有与应用特别匹配的轮廓几何形状，诸如例如在多个侧面上具有保证最佳密封的圆顶形凸起的基本上矩形的截面。

绝缘护套优选地包括热塑性和导热塑料，其可在不同的变型形式中以低成本获得。特别地，绝缘护套主要（具体是全部）由导热塑料（诸如例如热塑性或热固性材料）组成。

通过注射成型工艺，定子以便宜的方式进行绝缘。在这里，将定子的层叠芯（优选为预热的）插入模具中，并且选择性地用塑料进行涂覆。注射成型取代常规的定子绝缘中在其他方面使用的带、箔等。因此，注射成型工艺可进一步提供成本节省和生产优势。由钢制成的层叠芯用作插入零件。注射成型还提供槽和端部绝缘，夹具安装，轮廓支撑，引导槽和用于绕组的冷却通道，并且都在单个生产步骤中。

优选地，定子具有第一冷却通道，其用于输送用于冷却定子的冷却流体。第一冷却通道具有第一开口，该第一开口在定子的侧面上实现，并且冷却流体可通过该第一开口流入和流出第一冷却通道。先前描述的密封装置以介质密封的方式将第一冷却通道或第一开口与周围环境密封。

在定子本体中实现的冷却通道直接在产生废热的地方提供流体冷却。此直接冷却比通过在电机的外壳的外壳壁中实现的冷却通道来冷却定子更有效率，其先决条件是将热量从定子有效地传递到外壳壁。

优选地，定子在第一冷却通道的内壁上具有绝缘层，该绝缘层以膜的方式覆盖冷却通道的内壁，并且从而以介质密封的方式将冷却通道与周围环境或定子的主体（层叠芯）密封。

绝缘层优选地同样包括热塑性和导热塑料，诸如例如热固性塑料或热塑性塑料，其通过围绕第一冷却通道的内壁的注射成型而施加到第一冷却通道的内壁或内壁上。

绝缘层优选地实现为具有绝缘护套的单件。特别地，绝缘层和绝缘护套在同一注射成型工艺中由同一铸模材料实现，并且因此由同一热塑性和导热塑料实现。

注射成型工艺使得绝缘护套和绝缘层的生产成为可能，所述绝缘护套和绝缘层可实现为大面积的、薄的且连续的（无裂纹）。

绝缘层优选地具有突出到第一冷却通道中的多个突起，其成形和布置成在第一冷却通道中在空间上彼此偏移，使得它们在流过第一冷却通道的冷却流体中产生湍流。这些湍流改善了冷却流体对热的吸收，因为不能形成边界层。此外，突起增加了从定子到第一冷却通道的热传递的表面积，并且从而增加了热传递的效率。

优选地，端罩具有用于输送冷却流体的第二冷却通道，该冷却通道就其本身而言具有第二开口，该第二开口在面向定子的侧面上实现，并且冷却流体可通过该第二开口流入并且流出第二冷却通道。这种情况下的第一开口和第二开口彼此对准地实现，并且通过先前描述的密封装置以介质密封的方式与周围环境或空腔密封。

附图说明

下面将参考附图更详细地解释本发明的示例性实施例。其中示出：

图1是根据本发明的实施例的电机的示意性截面图；

图2是图1所示的电机的细节的示意性截面图；

图3是根据本发明另外实施例的电机的细节的示意性截面图；

图4A、图4B、图4C是图3中所示的电机的弹性体成形密封件的三个实施例各自的示意性截面；

图5A、图5B是根据本发明的两个示例性实施例的每个情况下的电机的定子的各自的透视图；

图6是图5A中所示的定子的细节的示意性截面图。

具体实施方式

图1以示意性截面图示出了电机EM。

电机EM包括定子ST，定子ST以中空圆柱体的形式在电机EM的轴向方向AR上延伸，并且包围圆柱形空腔HR。电机EM还包括两个端罩LS1，LS2，其布置在定子ST的两个轴向端部中的一个处，并且分别在一个侧面上封闭空腔HR。电机EM还包括转子RT，转子RT与转子轴RW一起相对于定子ST同心地布置在空腔HR中，并且通过转子轴RW可旋转地安装在两个端罩LS1，LS2上。

定子ST优选地实现为层叠芯，其由轴向堆叠中的多个薄的电气片组成。在这种情况下，在电气片的各个片节段中设置有通过冲压实现的对应的开口。当电气片接合在一起以形成层叠芯时，开口彼此对准，使得在定子ST的组装之后，它们形成第一冷却通道KK1，第一冷却通道KK1各自在定子ST的轴向方向AR上从定子ST的一个轴向端部ED1延伸通过到另一个轴向端部ED2。第一冷却通道KK1设计成在电机EM运转时输送用于冷却定子ST的冷却流体。在相应的端部，第一冷却通道KK1各自具有开口OF1，冷却流体可通过该开口OF1流入和流出相应的冷却通道KK1。

定子ST还具有绝缘护套IU，其以膜的方式覆盖定子ST的外圆周表面UF和两个侧面SF1，SF2，并且以介质密封的方式将它们密封。

在相应的第一冷却通道KK1的内壁上，每种情况下的定子ST具有绝缘层IS，绝缘层IS以膜的方式覆盖相应的冷却通道KK1的内壁，并且以介质密封的方式密封相应的冷却通道KK1。

绝缘护套IU和绝缘层IS由同一铸模材料实现为单件，该铸模材料在注射成型工艺中注射成型在定子上或定子处。铸模材料由导热和电绝缘的热固性或热塑性材料组成。

两个端罩LS1，LS2各自具有多个第二冷却通道KK2和通道偏转（图1中未示出），其中通道偏转将相对应的第二冷却通道KK2流体地连接到彼此。

在面向定子ST的相应端部处，第二冷却通道KK2各自具有开口OF2，冷却流体可通过该开口流入和流出各自的第二冷却通道KK2。

第一冷却通道KK1的开口OF1和对应的第二冷却通道KK2的开口OF2彼此对准，使得冷却流体可以不受阻碍的方式从相应的第一冷却通道KK1流到对应的第二冷却通道KK2，并且反之亦然。因此，第一冷却通道和第二冷却通道KK1，KK2一起形成用于冷却电机EM的冷却回路。

电机EM另外具有四个密封装置DA。

四个密封装置DA各自以在轴向方向AR上观察的圆环的形式实现，并且相对于彼此和空腔HR同心地实现。在这种情况下，密封装置DA中的两个布置在定子ST的左侧面SF1和左端罩LS1的对应的侧面SF3之间，并且两个另外的密封装置DA布置在定子ST的左侧面SF2和右端罩LS2的对应的侧面SF4之间。

如从转子轴RW在径向方向上观察的，两个左侧密封装置DA中的相应一个和两个右侧密封装置DA中的相应一个布置在空腔HR和第一冷却通道KK1之间。这些密封装置DA以介质密封的方式将空腔HR与冷却通道KK1，KK2和周围环境密封。

如从转子轴RW在径向方向上观察的，两个左侧密封装置DA中的相应另一个和两个右侧密封装置DA中的相应另一个布置在第一冷却通道KK1和定子ST的圆周表面UF之间。这两个密封装置DA以介质密封的方式将冷却通道KK1，KK2与周围环境密封。

两个端罩LS1，LS2例如通过张紧杆（图1中未示出）与定子ST张紧。在这种情况下，相应的张紧杆的两个端部比对应的轴更厚，以便确保提高的安全性和疲劳强度。

图2示出了图1中所示的电机EM的细节，其中详细示出了上述两个密封装置DA。在该实施例中，密封装置DA各自包括突起VS，突起VS在圆周方向UR上形成在各个端罩LS1，LS2的侧面SF2，SF4上，并且以圆环形式包围空腔HR。这些突起VS，如在它们各自的圆周方向UR上观察的，具有三角形截面，其从相应的端罩LS1，LS2的侧面SF2，SF4朝向定子ST渐缩。突起VS在从相应的端罩LS1，LS2的侧面SF2，SF4突出的两个侧面处以切割环的方式实现。

在组装电机EM时，相应的端罩LS1，LS2在轴向方向AR上侧向地固定到定子ST，并且被紧固。然后以切割环的方式实现的突起VS切割成定子ST的侧面SF1，SF2的绝缘护套IU，因此，相应的突起VS戳入绝缘护套IU中，并且与绝缘护套IU一起实现用于冷却通道KK1，KK2或用于空腔HR的形状配合的介质密封的密封件。

图3示出了根据本发明的另外实施例的电机EM的细节。在该实施例中，密封装置DA各自包括弹性体成形密封件FD，其具有带有不规则截面的O形环的形状。

弹性体成形密封件FD分别布置在设置用于其的凹陷部AN中，该凹陷部以环形形式形成形成在相应的端罩LS1，LS2上。在组装电机EM时，弹性体成形密封件FD被相应的端罩LS1，LS2或相应的端罩LS1，LS2上的凹陷部AN的内壁压向绝缘护套IU（在定子ST的相应侧面SF1，SF2的区域中），并且从而与绝缘护套IU一起将冷却通道KK1，KK2和空腔HR彼此密封，并且与周围环境密封。因此在力分流中产生密封，该密封具有带有低的力要求的高的密封电位。

在图4A、图4B和图4C中示出弹性体成形密封件FD的三个示例性实施例的截面。

图4A中的第一弹性体成形密封件的截面具有基本上矩形的截面形状，该基本上矩形的截面形状在三个边上具有五个圆顶形凸起DM，该凸起DM以环的形式沿着相应的弹性体成形密封件FD的长度方向延伸。

图4B中的另外的弹性体成形密封件FD的截面同样具有基本上矩形的截面形状，然而，该矩形的截面形状在四个边上具有不同高度的圆顶形凸起DM，该凸起DM以环的形式沿着相应的弹性体成形密封件FD的长度方向延伸。

图4C中的另一个弹性体成形密封件FD的截面具有细长的矩形截面形状，该细长的矩形截面形状同样在四个边上具有圆顶形凸起DM，该凸起DM以环的形式沿着相应的弹性体成形密封件FD的长度方向延伸。

在图5A和图5B中以相应的透视图示出了图1中描述的电机EM的定子ST的两个实施例。

图5A中所示的定子ST具有带有圆形外圆周的层叠芯BP1。层叠芯BP1包括外壁AW1和内壁IW1，其中两个壁AW1，IW1以圆柱表面的形式实现并且彼此同轴。在两个壁AW1，IW1之间，定子ST具有冷却通道KK1，其以中空圆柱区段的形式实现，并且在定子ST的轴向方向AR上延伸。

图5B中所示的定子ST具有带有大致矩形的外圆周的层叠芯BP2。层叠芯BP2具有与长方体空腔相接的外壁AW2和为中空圆柱的形式的内壁IW2，如在定子ST的轴向方向AR上观察的，其截面实现外壁AW2的正方形截面的内切圆。在两个壁AW2，IW2之间，定子ST具有四个冷却通道KK1，该冷却通道KK1在定子ST的轴向方向AR上延伸，并且该冷却通道KK1轴向截面具有基本上三角形或梯形的形状。

图6示出了图5a中所示的定子的横向细节，其中定子ST的冷却通道KK1在其轴向截面中表示。

在冷却通道KK1的内壁上，定子ST具有先前描述的绝缘层IS，其完全覆盖冷却通道KK1的内壁，并且从而以介质密封的方式将冷却通道KK1与定子ST或与定子ST的层叠芯BP1的固体并且与周围环境密封。

绝缘层IS具有粗糙的表面结构，其具有实现为突出到第一冷却通道KK1中的齿形突起SP。这些突起SP在流过第一冷却通道KK1的冷却流体中产生湍流，因此，冷却流体可更好地吸收来自定子ST的废热。

上述定子ST的制造优选地包括以下方法步骤：

首先，从薄金属片冲压多个电气片。在相应的电气片的圆周上以分布方式布置的圆形开口在电气片的片节段中被冲压。此外，同样以分布式布置在各个电气片的圆周上的槽切口在相应的电气片的内边缘处被冲压。

然后将电气片彼此堆叠并组装以形成层叠芯BP1，BP2。在彼此上堆叠时，电气片彼此对准，使得对应的开口彼此对准，从而实现先前提到的冷却通道KK1，该冷却通道KK1在层叠芯BP1，BP2的整个长度上轴向延伸通过。槽切口形成用于接收绕组的槽。

提供的用于绝缘层叠芯BP1，BP2的注射成型技术诸如例如通过层叠芯BP1，BP2的焊接节省层叠。

层叠芯BP1，BP2在注射成型工艺中用由热固性或热塑性材料组成的铸模材料覆盖。在硬化之后，铸模材料实现了先前描述的用于层叠芯BP1，BP2或定子ST的绝缘护套IU，以及先前描述的用于第一冷却通道KK1的绝缘层IS。在硬化之后，覆盖槽的铸模材料实现槽绝缘，使得不需要槽绝缘纸。

然后，以本领域技术人员已知的方式，导体棒被插入槽中并根据绕组节距进行交叉，并且焊接在一起以形成绕组。

然后，将设置有先前所述的密封装置DA的两个端罩LS1，LS2横向附接到定子ST并且固定地连接到定子ST。在这种情况下，使用绝缘护套IU的密封装置DA，以先前所述的方式实现了用于冷却通道KK1或用于定子ST的形状配合的介质密封的密封件。

Claims (10)

1.一种未封闭的电机（EM），其包括：

- 定子（ST），在所述定子内存在空腔（HR）；

- 绝缘护套（IU），其以介质密封的方式密封所述定子（ST）的外圆周表面（UF）和至少一个侧面（SF1）；

- 至少一个端罩（LS1，LS2），其布置在所述定子（ST）的所述侧面（SF1）上，并且限定一个侧面上的所述空腔（HR）；

- 至少一个密封装置（DA），其布置在所述绝缘护套（IU）和所述至少一个端罩（LS1，LS2）之间，并以介质密封的方式将所述空腔（HR）与所述周围环境密封。

2.根据权利要求1所述的电机（EM），其中所述密封装置（DA）包括第一突起（VS），其实现为在所述至少一个端罩（LS1，LS2）上在所述空腔（HR）的所述圆周方向（UR）上延伸，并且突出到所述绝缘护套（IU）中，并且因此以介质密封的方式将所述空腔（HR）与所述周围环境密封。

3.根据权利要求1所述的电机（EM），其中所述密封装置（DA）具有成形密封件（FD），特别是弹性体成形密封件，其布置在所述至少一个端罩（LS1，LS2）上的凹入部中（VT），所述凹入部在所述空腔（HR）的所述圆周方向（UR）上延伸，并且与所述绝缘护套（IU）一起以介质密封的方式将所述空腔（HR）与所述周围环境密封。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电机（EM），其中所述绝缘护套（IU）主要、特别是全部由导热塑料、诸如例如热塑性或热固性材料组成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电机（EM），其中所述定子（ST）具有用于输送冷却流体的第一冷却通道（KK1），所述第一冷却通道具有用于供应和/或去除所述冷却流体的第一开口（OF1），其中所述密封装置（DA）以介质密封的方式将所述第一冷却通道（KK1）或所述第一开口（OF1）与所述周围环境密封。

6.根据权利要求5所述的电机（EM），其中所述定子（ST）在所述第一冷却通道（KK1）的内壁（IW）上具有绝缘层（IS），其中所述绝缘层（IS）以介质密封的方式将所述冷却通道（KK1）与所述周围环境密封。

7.根据权利要求6所述的电机（EM），其中所述绝缘层（IS）和所述绝缘护套（IU）在同一注射成型工艺中实现。

8.根据权利要求6或7所述的电机（EM），其中所述绝缘层（IS）和所述绝缘护套（IU）实现为单件。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的电机（EM），其中，所述绝缘层（IS）具有突出到所述第一冷却通道（KK1）中的多个突起（VS），所述突起设计成在流过所述冷却通道（KK）的所述冷却流体中产生湍流。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的电机（EM），其中所述至少一个端罩（LS1，LS2）具有用于输送所述冷却流体的第二冷却通道（KK2），所述第二冷却通道具有用于供应和/或去除所述冷却流体的第二开口（OF2），其中所述第一开口（OF1）和所述第二开口（OF2）彼此对准地实现，并且通过所述密封装置（DA）以介质密封的方式与所述周围环境密封。