CN107949978A - 具有优化冷却的旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明大体涉及一种旋转电机(10)，包括：壳体(16)；定子；多个通道，所述多个通道在所述定子和所述壳体(16)之间延伸，用于冷却液体的通过，所述旋转电机的特征在于，所述壳体包括多个开口(77)，每个开口通过其端部中的一个敞开到所述旋转电机(10)外侧，且通过其端部中的另一个敞开到所述通道侧。

Description

具有优化冷却的旋转电机

技术领域

本发明涉及一种具有优化冷却的旋转电机。本发明可特别有利地但不排他地与高功率可逆电机一起应用，所述可逆电机被设计为以交流发电机模式和发动机(engine)模式运行。

背景技术

如通常已知的，旋转电机包括定子和沿轴的转子。转子可靠近驱动轴和/或从动轴，且其可属于旋转电机，该电机呈现交流发电机、电气发动机或能以这两个模式运行的可逆电机的形式。

定子装配在壳体中，该壳体被构造为使轴旋转，例如借助于轴承(spool)。转子包括本体，该本体包括通过适当的固定系统以组的形状保持在一起的金属板的堆叠结构，所述固定系统诸如从一侧到另一侧轴向地穿过转子本体的铆钉。转子包括极，例如为容纳在设置于转子的磁性块内的腔室中的永磁体的形式，例如如文献EP0803962所述。替换地，在具有所谓的“凸”极的架构中，极包括围绕转子臂缠绕的线圈。

另外，定子包括具有薄金属板的堆叠结构的本体，该本体形成冠部，其内部侧设置有槽口，槽口朝向内部敞开以接收相绕组。这些绕组穿过定子本体的槽口，且形成从定子本体两侧突出的髻状部。相绕组例如由涂覆有釉的连续线获得，或由通过焊接连结在一起的销的形式的导体元件获得。这些绕组是连接为星或三角形构造的多相绕组，其输出端链接至电压整流桥。

在混合动力机动车辆的框架内，高功率可逆旋转电机可并入在牵引链的不同元件内。电机可由此联接至车辆的变速箱、离合器或差速器。电机则适于：以交流发电机模式运行，以便特别地将能量提供给电池和车辆的车载网络；且以发动机模式运行，以不仅确保热力发动起的起动，还独自或与热力发动机组合参与车辆的牵引。

考虑其在18kW至50kW的大功率，电机易于在运行时过热。本发明意图优化该类型的电机的冷却。

发明内容

为此，本发明提出一种旋转电机，包括以下：

-一个壳体；

-一个定子；

-多个通道，其在所述定子和所述壳体之间延伸，用于冷却液体的通过，

其特征在于，所述壳体包括多个开口，每个开口通过其端部中的一个敞开到所述旋转电机外侧，且通过其端部中的另一个在所述通道的侧部敞开。

通过允许用于冷却液体(例如油)的分配腔室在电机外实现，本发明由此使得可以改进旋转电机的冷却，所述分配腔室用于经由开口馈送内部通道，以便确保液体在电机内均匀地分配。

根据一种实施方式，所述多个开口沿着所述壳体的周边成角度分开。

根据一种实施方式，所述壳体包括凹部，特别是周边的凹部，一旦所述旋转电机插入到主元件中时，凹部形成冷却液体分配腔室的至少一部分。

根据一种实施方式，不同开口的截面的表面根据所述开口的角位置变化，从而所述冷却液体可在每个通道中以大体相同的压力循环。

根据一种实施方式，在至少100度的角部分上，特别是180度，所述开口具有增大的截面。

根据一种实施方式，所述壳体包括沟道，其意图接收接头，特别是在壳体外壁上包括沟道。

根据一种实施方式，沟道被设计为接收托里克接头。

根据一种实施方式，所述壳体包括在所述旋转电机插入到意图与所述旋转电机机械联接的主元件的外壳中时用于轴向引导所述旋转电机的轴向引导元件，和用于所述旋转电机相对于所述主元件的所述外壳定中心的定中心元件。

根据一种实施方式，所述旋转电机包括轴，该轴具有：

-在其第一端部处用于与主元件联接的构件，和

-在其第二端部处的调整部分，其允许在所述旋转电机插入到所述主元件的外壳中时驱动轴旋转。

根据一种实施方式，电机的功率可为10kW至50kW。

根据一种实施方式，转子的外直径为8至14cm，特别地为10至12cm，且优选地等于11cm。

根据一种实施方式，定子的外直径为10至20cm，特别地为13至18cm，且优选地等于15cm。

根据一种实施方式，冷却回路被设置为允许冷却液体流到制造在轴中的轴向孔中。

本发明的目的还在于一种单元，其特征在于，所述单元包括主元件的外壳和插入到所述外壳中的、如前所限定的旋转电机。

根据一种实施方式，所述分配腔室由所述外壳的内壁的一部分和所述壳体的外壁的一部分界定。

根据一种实施方式，该单元包括接头，特别是托里克接头，以便确保所述分配腔室的关闭。油由此通过制造在壳体中的周向开口中被迫进入电机。

根据一种实施方式，接头设置在沟道内。

根据一种实施方式，所述壳体包括抵靠主元件的所述外壳的对应平表面的平表面，用于确保所述分配腔室是密封的。腔室由此通过外壳的内壁的部分、壳体的外壁的部分、接头以及壳体和外壳之间的平接触区域界定。

根据一种实施方式，所述开口每个具有沿着旋转电机的旋转轴线延伸的轴线。

根据一种实施方式，油喷射方向相对于所述开口的轴线倾斜。

根据一种实施方式，位于所述分配腔室中的所述冷却液体处于压力之下，且以每分钟3至11升的输出率流通。

附图说明

通过阅读以下描述和研究附图，本发明将被更好地理解。这些附图仅作为图示提供而不以任何方式限制本发明。在附图中：

图1是根据本发明的旋转电机的纵向截面图；

图2是根据本发明的旋转电机的纵向截面图，但没有示出安装在主元件内的有效部件；

图3a和3b按照不同角度示出根据本发明的旋转电机的透视图；

图4是根据本发明的旋转电机的前视图；

图5是根据本发明的旋转电机的局部截面图；

图6是示出根据本发明的旋转电机的后支承件的透视图；

图7a和7b分别是示出根据本发明的旋转电机内的冷却液体的循环方向的纵向截面图和透视图。

具体实施方式

相同、相似或近似的元件在各图中具有相同的附图标记。在以下描述中，考虑“前”元件位于与主元件联接的电机的联接构件(诸如小齿轮或带轮)侧，“后”元件位于相对侧。

图1示出旋转电机10，其包括围绕安装在轴13上的具有轴线X的转子12的多相定子11。定子11被壳体16承载，壳体16被构造为可旋转地承载轴13。定子11围绕转子12，同时在定子11的内周边和转子12的外周边之间存在空气隙。

该电机10意图安装在图2可见的主元件20的外壳21内，该主元件属于机动车辆的牵引链。例如，意图与电机10机械联接法人主元件20可例如采用离合器、变速箱或差速器的形式。为此，轴13在其端部中的一个处承载联接构件24，诸如小齿轮，其意图与主元件20的对应小齿轮(未示出)啮合，以便确保两个元件之间的扭矩的传输。小齿轮24可以是装配在轴13上的添置的小齿轮，或另一类型的小齿轮。作为变型，联接构件24可包括意于与带协作的带轮。

电机10则适于以交流发电机模式运行，以便特别地将能量提供给电池和车辆的车载网络，且适于以发动机模式允许，以独自或与热力发动机组合地参与车辆的牵引。

更确切地，转子12包括通过金属板的堆叠形成的本体25。这些金属板通过适当的固定系统26以板组的形式被保持，固定系统诸如从一侧到另一侧轴向地穿过转子12的铆钉。永磁体27插置在本体的开口中。根据应用和电机10所需的功率，磁体27可由稀土或铁素体制成。替换地，转子12的极可由线圈形成。

另外，定子11包括设置有槽口的呈板组形式的本体30，槽口例如是半关闭类型的，其装备有用于安装定子11的绕组31的槽口绝缘件。绕组31包括一组相绕组，其穿过定子11的本体的槽口且形成前髻状部32和后髻状部33，所述前、后髻状部从定子11的本体30的两侧突出。相绕组在此由例如通过焊接彼此连接的销的形式的导体元件获得。这些绕组例如是连接成一个或多个星形或一个或多个三角形的三相绕组。相绕组的输出端连接至开关桥和/或整流桥和/或逆变器，其包括MOSFET类型的晶体管或二极管，特别地是在可逆电机10的情况下。

壳体16包括组装在一起的前支承件36和后支承件37。支承件36和37具有中空的形式，且每个在它们的中心具有球轴承38、39，用于可旋转地安装轴13。替换地，轴承是磁性轴承。更确切地，前支承件36包括鼻部42，该鼻部42相对于横向壁43突出地延伸。柱形壁44从横向壁43的外周边延伸。另外，后支承件37包括横向壁47，该横向壁47包括穿过其中心的孔，以允许轴13的通过，且该横向壁47装备有环形承载件48，其意图支撑后线圈39的外环。后支承件37同样包括柱形壁49，其从横向壁43的外周边延伸。

后支承件37通过诸如螺钉或铆钉这样的固定构件51固定至前支承件36，固定构件穿过在来自壁49的环形边缘50中制造的开口，以与在前支承件36的柱形壁44的厚度中设置的孔协作(见图2)。

在该情况下，鼻部42意图与来自外壳21的壁57(特别是内横向壁)的具有对应形状的中空套筒56协作。在其插入到套筒56中时，鼻部42形成用于相对于主元件20轴向引导电机10的轴向引导元件。电机10在外壳21内的轴向定位通过前支承件36的横向壁43的外表面控制，该外表面构成意图用作抵靠外壳21的对应的横向壁57的轴向止挡件。形成止挡件的表面容纳在平面P1内，该平面P1相对于电机10的轴线X是垂直的。

此外，鼻部42形成用于电机10相对于主元件20的外壳21的定中心的定中心元件。为此，鼻部42在其外周边处包括被调整表面60，其相对于套筒56被调整，例如以一毫米的1/100至3/100的调整量被调整，例如为H7g6类型。与被调整表面60相交的、垂直于壳体16的轴线(对应于轴线X)的鼻部42的截面具有严格大于在鼻部42的另一截面的表面积的表面积。

鼻部42包括具有柱形形状的壁，其界定允许轴13通过的空间。鼻部42还承载前轴承38的外环，该外环与设置在鼻部42的内周边内的对应的承载部的表面协作。此外，鼻部42的最大截面的表面积严格小于与定子11相交的、包含在垂直于电机10的平面中的电机10的截面的任何表面积。换句话说，位于被调整表面60处的鼻部42的最大外直径小于前支承件36或后支承件37的任何其他部分的外直径。

作为变型，电机10的引导和定中心功能分开且通过两个单独的元件实现。

前支承件36的第二部分62同样确保电机10相对于外壳21的定中心。在该情况下，该第二部分62由位于两个支承件36和37之间的连接部处的前支承件36的柱形壁44的部分构成。该部分62包括相对于外壳21的对应内柱形面被调整的被调整表面，例如以一毫米的1/100至3/100的调整量被调整，例如为H7g6类型。

由此，通过从电机10的前端部移位到后端部，相继遇到鼻部42(在鼻部42中安装有前轴承38)、前髻状部32、定子11的前轴向端部和第二定中心部分62，然后是后轴承39。

替换地，后支承件37的柱形壁49的定中心部分确保电机10相对于外壳21的定中心。该部分包括相对于外壳21的对应内柱形面被调整的被调整表面，例如以一毫米的1/100至3/100的调整量被调整，例如为H7g6类型。由此，根据该变型，通过从电机10的前端部移位到后端部，相继遇到鼻部42(在鼻部42中安装有前轴承38)、前髻状部32、定子11的前轴向端部和后支承件的柱形壁的定中心部分，然后是后轴承39。

轴13在其中心部分中包括键槽，用于其压配合到转子25的本体的中心孔的内部。此外，在联接构件24的相对端部侧，在电机10插入到外壳21中，调整部分65允许驱动轴13旋转。由此，通过允许被轴13承载的小齿轮24的齿插入在主元件20的对应小齿轮的齿的空间之间，有助于电机10与主元件20的联接。调整部分65例如包括至少两个平面部，其意图与具有对应形状的工具协作。该工具可被操作者手动操纵，或如果需要的话，被安装链中的机器人自动操纵。

此外，如图2可见，电机10通过冷却回路68冷却，该冷却回路68特别地被设计为允许冷却液体(在该情况下为油)沿轴线X的方向在壳体16和定子30的本体之间流动。

为此，冷却回路68包括泵69，该泵69允许将冷却液体注射到分配腔室70中。总体为环形形状的分配腔室70通过外壳21的内侧面72的部分和前支承件36的壁44的部分界定。

更确切地，前支承件36包括在横向壁44中的周边凹部71。该凹部71通过柱形壁44的直径的减小限定。腔室70通过该凹部71的外侧面以及通过面对外壳21的内壁的内侧面界定。腔室70延伸超过凹部71、到通过前支承件36的柱形部分的外周边和外壳21的内侧面72界定的环形空间中。

腔室70在其后端部侧通过接头75紧密封闭，接头75定位于设置在前支承件36的外周边中的沟道78的内部。在前端部侧，横向壁43的外表面抵靠外壳21的横向壁57的对应平表面，以便确保腔室70是密封的。

腔室70与在定子11和壳体16之间轴向延伸的多个通道76(见图1)连通，用于冷却液体通过。这些通道76在定子11的圆周上以规则的方式成角度地分布。在一个实施例中，这些通道76通过在定子11的本体的外周边内设置的沟槽形成，且通过壳体16的内侧面径向地封闭。作为变型，该构造颠倒，且沟槽在壳体16的内侧面中实现。

为了确保腔室70和通道76之间的流体连通，壳体16包括多个开口77，所述多个开口77每个通过其在电机10外侧的端部中的一个敞开到到分配腔室70中，且通过其端部中的另一个在通道76侧敞开。所述多个开口77沿着壳体16的周围成角度分布。

不同开口77的截面表面积根据开口77的角位置变化，从而使得冷却液体在每个通道76中以大体相同的压力流通。由此，距在腔室70内的油喷射区域80越远，不同开口77的截面表面积越大。由此，在至少100度的角开口上，特别是180度，当远离于油喷射区域时，开口77具有增大的截面。

开口77每个具有平行于电机10的轴线X延伸的轴线X1(见图7b)，其对应于通道76内的冷却液体的流动方向。优选地，沿着箭头F1的油喷射方向相对于开口77的轴线X1倾斜，例如，以至少40度的角度倾斜，在此相当于大约90度。分配腔室70中的液体处于压力之下，且优选地以每分钟3至11升的输出率流通。

由此，如图7a和7b所示，沿着箭头F1喷射的油沿着箭头F2在腔室77的圆周上的开口77内均匀地分散，以在定子11的圆周上沿着箭头F3在通道76内轴向地流动，以便高效地冷却电机10。

如图1可见，油同样在转子12的轴13中制造的轴向孔83中和在来自所述孔83的导管84中流通，所述孔83朝向转子12的两个轴向端部面敞开。轴13同样包括至少一个油出口85，其面向布置在壳体16中的储存部88敞开。

该储存部88适于接收还用作润滑剂的冷却液体，以便确保前轴承38的润滑。当电机10装配在机动车辆中时，储存部88定位在电机10的下部部分中，从而润滑剂可通过重力存储在储存部88中。

储存部88被构造为使得当储存部88满了时有助于过剩的润滑剂向着轴承38的方向流动。

储存部88通过底部89、第一边缘91和第二边缘92介电，该第一边缘通过来自鼻部42的内周边的具有径向取向的环形领圈形成，第二边缘通过轴承38的外环形成。轴承38的一部分由此与储存部88的润滑剂流体接触，即，轴承38的至少一部分与储存部88的油直接接触。第一边缘91被构造为，当电机10安装在主元件20中时，允许润滑剂从储存部88朝向轴承38流动，特别是通过重力。

在该情况下，第一边缘相对于底部89的高度H1高于第二边缘92相对于底部89的高度H2。底部89相对于轴承38的内环的承载表面略微升高，且沿其宽度跟随电机10的X轴线的方向延伸。

为了有助于油流动穿过轴承38，轴承38不具有凸缘。此外，优选地，事先对轴承38去油脂，以使得油容易地遍布轴承38，而没有与其默认地包含的且作为预防措施已被移除的油脂的干涉。

冷却回路68以闭环运行，从而油通过泵69提取到电机10的外部储存部95中，且在电机10中流通之后回收到该储存部95中。

为了允许油流动到储存部95中，后支承件37包括开口96，所述开口96在其圆周上分布且在图6中清晰可见。如可在图3a、3b和4中可见，前支承件36也包括开口97，以便允许油朝向储存部95离开。

为了确保开口97处于低位置以便允许液体通过重力经由出口97流动，壳体16包括分度构件100，其被设置为在电机10插入到外壳21中时允许电机10相对于外壳21的角度分度。

在实施例中，图3b、4和5所示的分度构件100由在前支承件36的横向壁43上制造的柱部形成。该柱部100被设置为插入到主元件20的具有对应形状的孔中。柱部100可以是相对于壳体16而被添置的类型，或替换地，其与壳体16一体。此外，柱部100被构造为允许阻止电机10旋转。为此，柱部100具有这样的截面，该截面助于抵抗由电机10在运行时积累的力的至少一部分。

作为变型，还用作润滑剂的冷却液体可采用油水乳剂的形式。

根据一种实施方式，电机的功率10可为10kW至50kW。转子12的外直径为8至14cm，特别地为10至12cm，且优选地为11cm。定子11的外直径为10至20cm，特别地为13至18cm，且优选地为15cm。

当然，上述说明仅作为例子给出，且不限制本发明的范围，即使不同元件要被其任何其他等同物替换，也不超出本发明的范围。

Claims (13)

1.一种旋转电机(10)，包括：

一个壳体(16)；

一个定子(11)；

多个通道(76)，其在所述定子(11)和所述壳体(16)之间延伸，用于冷却液体的通过，

其特征在于，所述壳体(16)包括多个开口(77)，所述多个开口(77)每个在其端部中的一个处敞开到所述旋转电机(10)的外侧，且在其端部中的另一个处敞开到所述通道(76)侧。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述多个开口(77)沿着所述壳体(16)的周围成角度分布。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，所述壳体(16)包括凹部(71)，特别是周边的凹部，在所述旋转电机(10)插入到主元件(20)中时，所述凹部(71)形成冷却液体的分配腔室(70)的至少一部分。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，不同开口(77)的截面表面积根据所述开口(77)的角位置变化，使得所述冷却液体在每个通道(76)中以大体相同的压力流通。

5.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，在至少100度的角部分上，特别是在180度的角部分上，所述开口(77)具有增大的截面。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述壳体(16)包括意图接收接头(75)沟道(78)，特别是在所述壳体的外壁上包括沟道。

7.一种组件，其特征在于，其包括主元件(20)的外壳(21)和如前述权利要求中任一项所述的旋转电机(10)，该旋转电机(10)插入到所述外壳(21)中。

8.如权利要求7所述的组件，其特征在于，所述分配腔室(70)通过所述外壳(21)的内壁的部分和所述壳体(16)的外壁的部分界定。

9.如权利要求7或8所述的组件，其特征在于，电机是如权利要求6所述的电机，且在于，所述组件包括接头(75)，特别是托里克接头，所述接头例如设置在沟道中，以便确保所述分配腔室(70)的封闭。

10.如权利要求7至9中的任一项所述的组件，其特征在于，所述壳体(16)包括抵靠主元件(20)的所述外壳(21)的对应平表面的平表面，以便确保所述分配腔室(70)是密封的。

11.如权利要求7至10中的任一项所述的组件，其特征在于，所述开口(77)每个具有沿着旋转电机(10)的旋转轴线延伸的轴线。

12.如权利要求7至11中的任一项所述的组件，其特征在于，油喷射方向相对于所述开口(77)的轴线(X1)倾斜。

13.如权利要求7至12中的任一项所述的组件，其特征在于，位于所述分配腔室(70)中的液体处于压力之下，且以每分钟3至11升的输出率流通。