CN108092431B - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(1)，该电机具有定子(2)和转子(3)，该转子以可相对于定子(2)转动的方式被支承并且该转子布置在可冷却的轴(5)上。在此提出，该转子(3)通过与转子(3)以不能相对转动的方式连接的且在端侧布置在转子(3)上的热虹吸设备(11)与轴(5)以热传递的方式连接。

Description

电机

技术领域

本发明涉及一种电机，具有定子和转子，该转子以可相对于定子转动的方式支承且布置在可冷却的轴上。

背景技术

所述电机具有定子，其优选位置固定地布置在电机的机壳中。而所述转子则以可相对于定子且进而也可相对于机壳转动的方式被支承。例如所述转子可转动地被支承在机壳中和/或机壳上，尤其是借助于轴承、优选滚动轴承。转子布置在可冷却的轴上。这可以理解为，转子和轴彼此分开设计，然后相互接合。但也可以设置为，轴与转子一体设计。

轴以及进而转子在以轴的旋转轴线为参照的纵剖面中观察都优选至少局部布置在定子中。例如轴在以旋转轴线为参照的轴向方向上完全穿过定子，因此在轴向方向上看在两侧从定子中伸出。

所述轴是可冷却的。这至少是说，所述轴由导热材料制成，从而轴借助热传导将输入的热量输出。但所述轴也可以是可主动冷却的，为此为之配备相应的冷却设备。这类冷却设备可以例如是空心轴冷却和/或喷枪冷却。在第一种情况下，在轴中形成至少一个冷却介质通道，冷却介质能够穿流过该冷却介质通道。轴为此例如设置为空心轴。

附加地或替代地，可以设置喷枪冷却。在此情况下轴也至少局部被实施为空心轴。此时冷却喷枪伸入到轴中，例如通过设计在轴端侧中的开口。借助冷却喷枪向轴中引入、尤其是喷入冷却介质。在这两种情况下，冷却介质都吸收被输送给轴的热量并将该热量从轴中导出。

电机可以例如被实施为异步电机或电流激励的同步电机。电机在确定重量和/或确定体积时所能够实现的持续功率密度、即持续功率首先受到热学方面的限制。在转子是关键部件的电机中，从转子中输出热量对于所实现的持续功率密度是尤其重要的。例如，在转子中和/或转子上产生的热量以所述方式通过轴被导出，尤其是通过可冷却或主动冷却的轴。附加地或替代地，还可以设置循环空气冷却。

发明内容

本发明的任务是，提供一种电机，其相比于已知电机具有优点，尤其是能够更有效地冷却。

这根据本发明利用具有权利要求1特征的电机实现。在此提出，转子通过与转子以不能相对转动的方式连接的且在端侧布置在转子上的热虹吸设备/温差环流设备与轴以热传递的方式连接。

电机的冷却主要受能够从转子传递到(可冷却的)轴上并因此能够从转子排出至轴上的热量影响。但转子的径向导热能力是有限的。尤其是转子的叠片组的径向导热能力是有限的，转子的叠片组的导热能力明显比鼠笼的导热能力差。因此设置热虹吸设备，通过该热虹吸设备建立转子与轴之间的热传递连接。

热虹吸设备与转子和/或轴以不能相对转对的方式连接且在端侧布置在转子上。也就是说，在以轴的旋转轴线为参照的纵剖面中，热虹吸设备位置靠近转子、尤其是紧邻转子。热虹吸设备优选与转子直接邻接，即不与转子间隔开地布置。原则上仅在转子的一个端侧上设置这类热虹吸设备就够了。但优选为电机配备多个热虹吸设备，尤其布置在转子的相对置的侧上。热虹吸设备优选构造相同，但当然关于转子镜像对称。

在热虹吸设备中设置冷却介质，其在热虹吸设备中由于转子与轴的不同温度的原因而循环。尤其是这样选择冷却介质，使其在转子的运行温度下蒸发，在温度小于转子的轴上冷凝。由于热虹吸设备与转子以不能相对转动的方式连接，该热虹吸设备是旋转热虹吸设备。其所基于的工作原理是，在轴上冷凝的冷却介质由于相比于蒸发的冷却介质更大的密度以及轴的旋转运动、即由于施加在由轴所携带的冷凝的冷却介质上的离心力而被向外甩离。优选使用如下冷却介质，其在任何所出现的物理状态的情况下都是绝缘的、即不导电的。对于液态和气态的物理状态尤其是如此。

被向外甩离的冷却介质到达转子的在径向方向上更靠外的区域，该更靠外的区域比轴和/或比转子的在径向方向上更靠内的区域具有更高温度。由于温度更高，冷却介质蒸发并被后来向外甩离的冷却介质挤向轴的方向，冷却介质在轴上冷凝。由此产生冷却介质的循环，通过该循环每时间单位能够从转子向轴传递相对较多的热量且能够通过轴将热量排出。

本发明的另一实施方案提出，热虹吸设备布置在转子的短路环的背离转子的转子叠片组的侧上或者与短路环一体地形成。转子例如包括转子叠片组、鼠笼绕组以及短路环，其中鼠笼绕组一般可以被称作转子绕组。转子叠片组又由多个在轴向方向上彼此平行且直接贴靠地布置的转子叠片组成。

在转子叠片组上安装鼠笼绕组。在轴向方向上，鼠笼绕组被短路环轴向闭合。尤其是在转子的轴向方向上彼此对置的两侧上分别存在一个这类的短路环。短路环可以在径向方向上完全覆盖转子叠片组和鼠笼绕组，从而短路环的径向内部贴靠在轴上。但短路环也可以在径向方向上与轴隔开地布置，也就是在径向方向上仅局部地覆盖转子叠片组和/或鼠笼绕组。

热虹吸设备这时在轴向方向上连接在短路环上，尤其是贴靠在短路环上，从而来自转子的热量通过短路环向热虹吸设备排出。作为备选，热虹吸设备当然也可以与短路环一体地形成。优选为转子的每个短路环都配备这类的虹吸设备，或者与之一体地形成，从而在转子的在轴向方向上彼此对置的两侧上分别设置至少一个这类的热虹吸设备。对此参考上文。

在本发明的另一实施方案中可以提出，热虹吸设备的流体腔至少部分被短路环和热虹吸设备的与短路环邻接的壁部界定。热虹吸设备的流体腔用于容纳冷却介质。为了实现从转子向冷却介质的特别好的热传递，流体腔可以部分地被短路环界定，也就是直接连接在短路环上。优选由短路环完全界定流体腔的朝向转子的一侧。

作为备选，热虹吸设备当然也可以朝向转子的方向具有在该方向上界定流体腔的壁部。该壁部在其背离流体腔的一侧上优选贴靠在短路环上。

本发明的另一实施方案提出，伸入到流体腔中的表面扩大元件从短路环上和/或壁部上突出。该表面扩大元件用于增强短路环或壁部与冷却介质之间的热传递。该表面扩大元件原则上可以任意实施。例如以鳍、翅、小翼等形式存在。该表面扩大元件布置或固定在短路环上或者说壁部上，并且伸入到流体腔中。

本发明的另一实施方案提出，流体腔至少部分地被轴的外周部界定。以此方式能够实现从流体到轴上的特别好的热传递，这是因为流体直接与轴或其外周部接触。

本发明的另一优选实施方案提出，热虹吸设备以轴的旋转轴线为参照在径向内部从轴伸出并且在径向方向上向外至少部分地、尤其完全覆盖转子。热虹吸设备因此在径向方向上从轴处伸出并且沿转子向外延伸。在此在径向方向上至少部分地、但优选完全覆盖转子。尤其是热虹吸设备在径向方向上的外部与转子齐平，例如与转子叠片组和/或鼠笼绕组齐平。

在本发明的另一实施方案范围中提出，从短路环向流体腔中伸入至少一个热传递元件、尤其是具有表面扩大元件的热传递元件。该热传递元件至少部分地穿过转子且伸入到流体腔中。热传递元件因此起到增强使热量沿轴向方向通过转子的传递作用，从而存在于转子中的热量能够更好传递至冷却介质。该热传递元件可以类似于短路环或壁部配备有表面扩大元件。该表面扩大元件可以与之相同地实施。优选仅热传递元件的伸入到流体腔中的部分被配备这类表面扩大元件。

在本发明的另一实施方案中可以提出，热传递元件在背离热虹吸设备的方向上至少部分地、尤其完全穿过转子。为了尽可能使热量沿轴向方向通过转子的传递增强，热传递元件至少部分或者甚至完全穿过转子。部分穿过的意思是，优选在轴向方向上穿过至少10％、至少20％、至少25％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少75％、至少80％或至少90％。完全穿过相当于在轴向方向上穿过100％。

本发明的另一实施方案提出，热传递元件贴靠在转子的转子叠片组上和/或鼠笼绕组上。尤其是热传递元件在轴向方向上以上面所述方式穿过转子叠片组和/或鼠笼绕组。在此，转子叠片组和/或鼠笼绕组与热传递元件处于热传递连接中并且为此贴靠在热传递元件上、尤其是整面地贴靠。为此可以提出，为改善转子叠片组和/或鼠笼绕组与热传递元件之间的热传递，在它们之间加入导热介质。该导热介质优选是液态和/或膏状的导热介质。

因此可以在本发明的另一实施方案范围中提出，热传递元件是热导管，尤其是热管。利用这类实施方案可以实现从转子向位于流体腔中的冷却介质并进而向电机的轴上的尤其强化的热传递。

附图说明

下面借助附图所示实施例详述本发明，但不对本发明加以限制。附图示出：

图1示出电机的示意性纵剖面图，电机具有定子和转子，该转子以可相对于定子转动的方式被支承并且布置在可冷却的轴上，其中在转子两侧布置有热虹吸设备，和

图2示出电机的细节剖面图，其中放大地示出热虹吸设备。

具体实施方式

图1中示出了电机1的纵剖面图，该电机具有布置在电机1的机壳4中的定子2和转子3。转子3位于以可转动的方式被支承的轴5上，该轴5优选可主动冷却，尤其是借助于在轴向方向上伸入到轴5中的冷却介质喷枪6。轴5通过至少一个轴承7(在此：两个轴承7)可转动地支承在机壳4上。轴承7优选是滚动轴承。转子3包括布置在轴5上的转子叠片组8，该转子叠片组上布置有鼠笼绕组9。转子3在端侧分别由短路环10界定，在此处所示实施例中也就是由两个短路环10界定，这两个短路环布置在转子3的相对置的侧上。

为了能够有效地从转子3中导出热量，设有至少一个热虹吸设备11，在此处所示实施例中设有两个热虹吸设备11。热虹吸设备11设置在转子3的相对置的两侧上，并且与转子3或与轴5以不能相对转动的方式连接。每个热虹吸设备11都在端侧贴靠在转子3上，尤其是短路环10上。但也可以设置为，热虹吸设备11与短路环10或者说热虹吸设备11之一与短路环10之一一体实施。下面对热虹吸设备11之一作详细说明。但该实施方案可类似转用于相应另一热虹吸设备11或者说这两个热虹吸设备11上。

为进一步改善转子3与轴5之间的热传递，设有热传递元件12，其在轴向方向上看完全贯穿转子3并且在两侧超出于转子。在此，热传递元件12的在轴向方向上相对置的端部分别伸入到一个热虹吸设备11中。通过热传递元件12，转子3和热虹吸设备11热耦合。

图2示出电机1的在热虹吸设备11的区域中的细节剖面图。可以看出，热虹吸设备11具有流体腔13，其中存在在此仅简略示出的冷却介质14。由短路环10和轴5或者说轴5的外周部15至少局部地界定流体腔13。也就是说，冷却介质14与短路环10和轴5都能够分别直接接触或将短路环10和轴5润湿。

在此又示出，热传递元件12在轴向方向上从转子3中突出并且在此穿过短路环10。该热传递元件12伸入到流体腔13中。该热传递元件12在轴向方向上优选仅部分穿过流体腔。在短路环10上布置或者说固定有伸入到流体腔13中的表面扩大元件16。该表面扩大元件16用于扩大短路环10的与冷却介质接触的区域的有效表面。

在电机1的运行期间，转子3升温。在转子3中产生的热量至少部分借助于热传递元件12(其优选实施为热管)沿轴向方向传递至热虹吸设备11，尤其是一直传递至流体腔13内部。通过短路环10也可以向热虹吸设备13或者说冷却介质输送热量。冷却介质蒸发并且沿箭头17的方向在径向方向上向内到达轴5，轴5具有比转子3小的温度。尤其是这样设定轴5的温度，使得蒸发的冷却介质在轴5处冷凝。

轴5在周向方向上携带冷凝的冷却介质并且由于离心力作用在径向方向上向外甩离冷凝的冷却介质。这在此通过箭头18示出。被向外甩离的冷却介质再次排挤已经蒸发的冷却介质，从而已经蒸发的冷却介质沿箭头17的方向在径向方向上到达内部。此外，之前被冷凝的冷却介质重新吸收热量并且再次蒸发，从而再次在径向方向上到达内部。

利用电机1的这类实施方案可以比传统电机将显著更大的热量从电机1、尤其是从电机的转子3中向轴5的方向输出。还在电机1内部实现了均匀的温度分布。

Claims (10)

1.一种电机(1)，该电机具有定子(2)和转子(3)，该转子以能相对于定子(2)转动的方式被支承并且该转子布置在能冷却的轴(5)上，其特征在于，该转子(3)通过与转子(3)以不能相对转动的方式连接的且在端侧布置在转子(3)上的热虹吸设备(11)与轴(5)以热传递的方式相连接，热虹吸设备(11)布置在转子(3)的短路环(10)的背离转子(3)的转子叠片组(8)的侧上，或者热虹吸设备(11)与短路环(10)一体形成，热虹吸设备(11)的流体腔(13)至少部分地被短路环(10)或被热虹吸设备(11)的与短路环(10)邻接的壁部界定，流体腔(13)至少部分地被轴(5)的外周部(15)界定。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，伸入流体腔(13)中的表面扩大元件(16)从短路环(10)和/或所述壁部伸出。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，热虹吸设备(11)以轴(5)的旋转轴线为参照在径向内部从轴(5)出发并且在径向方向上向外至少部分地覆盖转子(3)。

4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，热虹吸设备(11)以轴(5)的旋转轴线为参照在径向内部从轴(5)出发并且在径向方向上向外完全覆盖转子(3)。

5.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，从短路环(10)向流体腔(13)中伸入至少一个热传递元件(12)。

6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，从短路环(10)向流体腔(13)中伸入至少一个具有表面扩大元件的热传递元件(12)。

7.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，热传递元件(12)在背离热虹吸设备(11)的方向上至少部分地穿过转子(3)。

8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，热传递元件(12)在背离热虹吸设备(11)的方向上完全穿过转子(3)。

9.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，热传递元件(12)贴靠在转子(3)的转子叠片组(8)上和/或鼠笼绕组(9)上。

10.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，热传递元件(12)是热管。

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