CN108092432A - 电机 - Google Patents

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CN108092432A CN201711160491.6A CN201711160491A CN108092432A CN 108092432 A CN108092432 A CN 108092432A CN 201711160491 A CN201711160491 A CN 201711160491A CN 108092432 A CN108092432 A CN 108092432A
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Abstract

本发明涉及一种电机，具有定子(2)和转子(3、20)，其中转子(3、20)具有紧固在电机(1、49)的转子轴(4、25)上的叠片组(5、23)，该叠片组包括沿转子(3、20)的轴向方向堆叠的叠片(26、27、28、29、37、38)，其中叠片组(5、23)和/或至少一个布置在叠片组(5、23)的轴向侧的短路环(6)形成至少一个用于冷却流体的冷却通道(7、9、21、22)，该冷却通道至少部分地沿转子(3、20)的径向方向延伸。

Description

电机
技术领域
本发明涉及一种电机，包括定子和转子，其中转子具有紧固在电机的转子轴上的叠片组，该叠片组包括沿转子的轴向方向堆叠的叠片。本发明还涉及一种机动车以及一种用于制造电机的转子的方法。
背景技术
作为可以吸收高功率的发电机的和/或作为可以提供高功率的马达的电机使用在多种应用领域中。例如机动车中的相应的电机被用作混合动力驱动装置的部分或在纯电动行驶运行中用作动力设备。如果要实现高的功率密度，则需要冷却电机。对此已知多种方法，例如利用冷却套冷却电机的定子，该冷却套可以例如被水流过以冷却电机的定子。
特别是在异步电机中可能会使电机的转子强烈地变热。如果仅通过周围空气、即例如通过定子与转子和/或转子端面之间的空隙冷却转子，则特别是在转子的内部区域通常仅受限地实现足够的冷却，由此会限制电机的有效功率。
发明内容
因此本发明的目的是，改善电机的转子的冷却。
上述目的根据本发明通过开头所述类型的电机实现，其中叠片组和/或至少一个布置在叠片组的轴向侧的短路环形成用于冷却流体的至少一个冷却通道，该冷却通道至少部分地沿转子的径向方向延伸。
根据本发明提出，设置至少一个径向贯穿转子、即叠片组以及布置在该叠片组上的短路环的冷却通道。这实现了，引导冷却流体、特别是气体和/或液体流过叠片组和/或短路环，以便从内部冷却转子。在转子中产生的排热因此可以直接从相应区域中被导出。由此改善了转子的冷却以及提高电机的有效功率。
可以实现的是，冷却通道仅穿过叠片组、仅穿过短路环或即穿过叠片组又穿过短路环延伸。优选设置多个冷却通道，这些冷却通道至少部分地径向贯穿转子的组成部件。冷却流体可以是例如空气或油。在此也可以实现，为不同的冷却流体设置单独的冷却通道。例如可以设置引导液体、例如油流过的一个或多个冷却通道，以及设置引导气体、例如空气流过的一个冷却通道或多个冷却通道。
电机可以是异步电机。叠片组可以承载转子的导电元件、例如由铜、铝或类似材料制成的杆。沿转子的轴向方向可以优选在叠片组的两侧设置短路环，该短路环使各个导电元件短路。除了所提出的冷却通道外，异步电机的相应的结构在现有技术中已知。
冷却通道可以包括至少一个沿转子的周部方向和/或沿轴向方向延伸的部段。冷却通道的至少部分沿径向方向的导向可以有利于输送冷却流体，这是因为在向转子的外边缘输送冷却流体时，转子旋转时产生的离心力可以用于流体输送。通过冷却通道的附加地沿周部方向和/或轴向方向的引导可以延长冷却通道，由此可以在冷却流体和转子之间改善热交换。
冷却通道可以具有至少一个支路和/或子通道的汇合部，就是说，冷却流体可以在冷却通道内部被分配到多个子通道上和/或来自多个子通道的冷却流体可以在冷却通道内部再次汇合。
在制造电机时可以通过对已经组装好的叠片组进行加工在叠片组中引入冷却通道。但通过在堆叠之前在各个叠片中已经引入开口和/或穿通部，这些开口和/或穿通部在堆叠叠片时形成冷却通道，则可以简化制造过程。
冷却通道可以由叠片组的至少两个叠片限定和/或短路环可以包括至少两个轴向相邻的限定冷却通道的盘。特别是当冷却通道弯曲时，则在一件式的短路环中或在已经组装好的叠片组中引入相应的冷却通道是成本高的。通过在组装成叠片组或组装成短路环之前对叠片组的各个叠片和/或在组装后形成短路环的盘进行加工，可以简化制造。在这种情况下，可以以相对低的成本穿透各个盘和/或叠片，和/或也可以在叠片或盘中引入开口。通过开口和/或穿通部的相应的布置，和/或各个板或盘在组装成叠片组或短路环时的取向的选择可以形成具有预期形状的冷却通道。
冷却通道可以由此形成：使得多个叠片沿转子的轴向方向具有相应的至少一个穿通部。特别是由这种穿通部形成冷却通道的沿转子的径向方向延伸的部段或冷却通道的沿转子的径向方向延伸的部段中的至少一个。叠片中的至少两个可以在其穿通部的数量和/或形状和/或位置和/或取向方面是至少部分不同的，其中由叠片的穿通部形成冷却通道。特别是带有彼此不同的穿通部的叠片可以轴向彼此相邻地布置。在此各个叠片的各个穿通部或穿通部的部分可以在周向方向和径向方向上重叠，从而在这些穿通部之间可以进行流体交换。
在特别优选的实施形式中，由至少四个叠片形成冷却通道的或冷却通道的部段的侧壁。在此布置在第一叠片和第四叠片之间第二叠片和第三叠片相应具有形成冷却通道的穿通部。在仅将第二叠片穿通的部段中，由第二叠片的穿通部的边界以及由第一叠片和第三叠片形成冷却通道的壁。在仅将第三叠片穿通的部段中，由第三叠片的穿通部的边界以及第二叠片和第四叠片形成冷却通道的侧壁。在仅将第二叠片穿通的部段和仅将第三叠片穿通的部段之间的流体交换通过将第二叠片和第三叠片穿通的部段实现。所述示例可以改进为多样的方式。例如代替单个叠片可以使用取向相同的两个或多个相同的叠片的堆叠。冷却通道补充地由在多于两个的叠片中的穿通部形成，由此冷却通道可以沿转子的轴向方向导通。
冷却通道或冷却通道中的至少一个可以由叠片组或短路环的径向位于内部的内侧面延伸到叠片组或短路环的径向位于外部的外侧面。因此该冷却通道可以将转子的内侧面与转子的外侧面连接，由此可以通过使用离心力实现转子的有效的通流。冷却流体可以从转子轴侧，例如通过形成为空心轴的转子轴或转子轴和/或叠片组的位于转子轴和叠片组之间的槽被输送到冷却通道。冷却流体可以在转子和定子之间的缝隙中或相邻于该缝隙被输送到外侧面。如果使用气体作为冷却流体，将冷却流体引入到在转子和定子之间的缝隙中还可以附加地用于，吹走润滑剂或所使用的另外的液体的冷却剂并因此改善电机的旋转性能。
在转子轴内部和/或在转子轴与叠片组之间和/或在叠片组内部形成沿轴向方向延伸的冷却流体线路，冷却流体可以通过该冷却流体线路输送到冷却通道。如果输送到外侧面，则如上所述特别是可以通过形成为空心轴的转子轴或通过叠片组和/或转子轴的沟槽状的凹口实现该输送。
电机可以具有循环装置，通过该循环装置使冷却流体可以在冷却通道中输送。循环装置可以是一个或多个风机，该风机布置在电机壳体的内腔中并在该内腔中输送冷却流体。循环装置也可以是泵，该泵将气体的和/或液体的冷却流体泵送到冷却通道或从冷却通道中抽吸冷却流体。例如冷却流体可以通过形成为空心轴的转子轴被泵送到冷却通道或从冷却通道中被抽吸出。
在根据本发明的电机中，可以设置至少两个冷却通道或冷却通道组，可以向所述至少两个冷却通道或冷却通道组中输送彼此不同的冷却流体。可以如此形成电机，使得向这些冷却通道输送不同的冷却流体。特别是向冷却通道之一或冷却通道组之一输送液体的冷却流体，而向另外的冷却通道或另外的冷却通道组输送气体的冷却流体。这例如可以如此实现，即冷却流体中的一种通过形成为空心轴的转子轴被输送到叠片组，另一冷却流体通过叠片组的轴向侧的开口或通过在转子轴和叠片组之间延伸的槽输送。
除了根据本发明的电机外，本发明还涉及一种机动车，该机动车具有根据本发明的电机。
本发明还涉及一种用于制造电机的转子的方法，其中提供分别具有多个穿通部的多个叠片，其中这些叠片被堆叠成布置在转子轴上的叠片组，其中在多个、由叠片的部分穿通部形成的、轴向穿通叠片组的开口中引入导电元件，其中如此堆叠叠片组，使得至少两个相邻的叠片在其穿通部的数量和/或形状和/或位置和/或取向方面是至少部分不同的，和/或其中叠片相对彼此转过地堆叠，其中由穿通部的另外的部分形成用于冷却流体的至少一个冷却通道，该冷却通道至少部分地沿转子的径向方向延伸。
在制造转子的范围中，至少一个短路环也布置在叠片组上，通过该短路环可以使导电元件短路。可以特别由多个具有开口和/或穿通部的盘组成短路环，这些开口和/或穿通部在将盘组装成短路环时形成将冷却通道连续起来的冷却通道部段和/或形成另外的冷却通道。
如在根据本发明的电机中所说明的，利用使用具有相应的穿通部的叠片以及由多个盘组成的短路环可以特别简单地制造转子。根据本发明的方法可以通过针对电机所说明的特征加以改进，反之亦然，以便实现针对各个特征所述的优点。
附图说明
从下面的实施例以及附图中得到本发明的其它优点和细节。在此示意性示出：
图1示出根据本发明的电机的实施例，
图2示出根据图1的电机中的短路环的多个盘，
图3示出根据本发明的电机的另一实施例的转子，该转子按照根据本发明的方法的实施例制造，
图4和5示出不同的叠片，该叠片在根据本发明的方法的另一实施例的范围中可以用于制造根据本发明的电机的另一实施例的转子，
图6示出根据图4和图5的叠片的重叠的视图用于说明冷却通道的走向，和
图7示出根据本发明的机动车的实施例。
具体实施方式
图1示意性示出具有定子2和转子3的电机1。转子3包括紧固在转子轴4上的叠片组5以及轴向布置叠片组5的端面上的短路环6。该短路环6用于承载转子3的未示出的由叠片组5承载的导电元件，通过定子2的未示出的线圈可以在该导电元件中感生电流，以建立转子侧的磁场。
为了冷却转子3的内腔，在叠片组5和短路环6中设置多个用于冷却流体的冷却通道7、8、9、10，这些冷却通道至少部分地沿转子3的径向方向延伸。冷却通道7至10在图1中示意性地通过箭头表示。用于具体构造冷却通道的可行方案在下面参照附图2至6说明。
如此构成电机1，使得不同的冷却通道7至10引导至少部分不同的冷却流体。例如可以通过冷却通道7、8引导液体的冷却剂、特别是油流过转子3，通过冷却通道9、10引导气体的冷却流体、特别是周围空气。
为了将冷却流体引入冷却通道7、8，首先引导冷却流体通过形成为空心轴的转子轴4。为此将转子轴4例如通过径向轴密封环与作为循环装置11的泵连接，该循环装置使冷却流体循环。冷却流体另选地也可以通过另外方式输送到空心轴。例如油或另外的冷却流体可以从电机的内腔通过空心轴的开口进入到空心轴中。循环装置不是必需的。也可以仅通过在转子旋转时在冷却通道7、8中作用的离心力循环冷却流体。
如通过箭头13所示，冷却流体通过转子轴4中的槽14输送到冷却通道9。通过设置槽14，在转子3的周向部段中在转子轴4和叠片组5之间产生将冷却流体输送到冷却通道9的冷却流体线路。冷却通道9将冷却流体引导到转子3和定子2之间的缝隙16中。为了改善冷却流体的循环，由循环装置52、例如风机将冷却流体从该缝隙中吸出，这通过箭头15表示。
冷却通道10仅穿过短路环6延伸。冷却流体的循环在此仅如此实现，即转子旋转，由此向冷却通道10中的冷却流体上作用离心力，该离心力将冷却流体导向至短路环6的外侧面。由此在短路环6的内侧面的区域中形成低压，该低压从周围抽吸冷却流体。
下面参照图2至6说明用于实现在图1中仅示意性示出的冷却通道7至10或在其它电机中的相应的冷却通道的可行方案。
图2示出多个、特别是两个盘中的一个盘，由这些盘可以构成图1中的短路环6，以用于实现冷却剂通道10。盘17的表面具有沿周向方向交替的凸起区域19和凹陷区域18。该凹陷区域18可以例如由盘17铣削而成，或者盘17可以被制造得使其表面本就具有凸起区域和凹陷区域18、19。如果盘17中的多个盘与在图2中示出的表面相叠布置并相应地定向，则盘的相应配对的凹陷区域18形成冷却通道10。
图3示出转子20，该转子与图1中示出的转子3具有类似的冷却通道21、22。冷却剂通道21将尤其是气体的冷却流体从叠片组23的内侧面引导至叠片组23的外侧面。该冷却流体在此通过槽24被输送到转子轴25。冷却通道21由四个叠片26、27、28、29限定。在此叠片27、28具有穿通部30、31、32，冷却流体可以流动通过穿通部。因为叠片27的穿通部30、31沿径向方向和周向方向分别与穿通部32的一个部段重叠，因此形成了贯穿的冷却通道21。
冷却通道22也由叠片组23的多个叠片形成，这些叠片具有不同的、沿转子的径向方向和周向方向重叠的穿通部。冷却流体如箭头33所示通过由设计为空心轴的转子轴25形成的冷却流体线路34被引向冷却通道22。特别是液体的冷却流体通过转子轴25的侧面中的开口35在内侧面被输送到冷却通道22处。在冷却通道22中，冷却流体首先基本上径向向外被引导，然后进入到冷却通道22的轴向走向的部段中，该轴向走向的部段轴向地贯穿叠片组23。通过该冷却通道部段将冷却流体引向短路环的开口，以额外地冷却该短路环。
叠片组23的接纳导电元件的开口位于截面以外，因而未被示出。
出于清晰性的原因在图3中如此示出各个冷却通道21、22，使得冷却通道仅沿轴向方向和径向方向延伸。如果冷却通道还至少部分具有沿转子的周向方向延伸的部段，则这对于更好地冷却转子是有利的。对此的示例在下面参照附图4至6说明。
图4和图5分别示出叠片37、38。如果叠片37、38被堆叠成布置在转子轴上的叠片组，则通过叠片37、38的多个穿通部39至46形成冷却剂通道。这例如在图6中可以看出，图中示出两个叠片37、38的叠置，其中叠片37中的穿通部以虚线示出，并通过箭头示出冷却通道的走向。
例如可以如此形成叠片组，使得叠片37和叠片38交替地堆叠，其中在每再堆叠一对叠片37、38时将下一叠片37、38转过90°。这导致在叠片组的多个扇区中形成冷却通道。还可以代替各个叠片37、38相应使用多个相同取向的叠片37、38的堆垛，以便增加各个冷却通道沿轴向方向的延伸尺寸。
由叠片37的穿通部39、40、41和叠片38的穿通部42、43形成从合成的叠片组的内侧面延伸至该叠片组的外侧面的冷却通道。如在图6中所示，叠片38的开口42与叠片37的开口39、40重叠。叠片38的开口43与叠片37的开口40和41重叠。由此形成从叠片组的内侧面到外侧面的贯穿的冷却通道。
由叠片37的穿通部44和叠片38的穿通部45、46形成第二冷却通道。如在图6中所示，穿通部44和叠片38的穿通部45、46重叠。由此沿径向方向形成冷却通道，该冷却通道由叠片组的内侧面延伸至穿通部46。因为穿通部44、46相应以沿周向方向四次以90°偏置的方式设置在叠片37、38中，在上述的布置结构中叠片37、38对相对彼此转过90°，因此通过穿通部44、46的重叠合成沿轴向方向的贯穿的冷却剂通道，该冷却剂通道延伸至叠片组的端部。输送到内侧面的冷却剂因此可以在轴向侧流出或流入短路环的冷却剂通道中。
两个叠片37、38具有多个穿通部47，如在图6中可以看到的，这些穿通部在合成的叠片组中形成沿轴向方向贯穿的开口。在制造转子的过程中将导电元件引入这些开口中。例如可以插入预先制造的导电棒或以导电材料填注这些开口。由穿通部47引导的导电元件可以随后通过安装短路环至叠片组上而导电连接，以便完成转子的制造。
所述电机可以例如用在机动车48中，如在图7中所示。电机49基本上相当于在图1中示出的电机1，其中代替在机动车48中的电机1内部的循环装置11，设置布置在电机49的外部的泵50。泵50泵送液体的冷却流体、例如收集在电机49的底部区域中的油经过热交换器51，油在该热交换器中被周围空气冷却。随后冷却的油被输送回电机49。在这里油通过电机49的空心轴被引导到转子内部，并在那里如同在图1中参照冷却通道7、8所示，被引导流过转子以用于冷却转子。

Claims (10)

1.一种电机，具有定子(2)和转子(3、20)，其中转子(3、20)具有紧固在电机(1、49)的转子轴(4、25)上的叠片组(5、23)，该叠片组包括沿转子(3、20)的轴向方向堆叠的叠片(26、27、28、29、37、38)，其中叠片组(5、23)形成至少一个用于冷却流体的冷却通道(7、9、21、22)，通过使多个叠片(26、27、28、29、37、38)沿转子(3、20)的轴向方向具有至少一个穿通部(30、31、32、39、40-47)，形成冷却通道(7、9、21、22)，其特征在于，冷却通道(7、9、21、22)至少部分地沿转子(3、20)的径向方向延伸，冷却通道(7、9、21、22)的沿转子(3、20)的径向方向延伸的部段或所述沿转子的径向方向延伸的部段中的至少一个由叠片(26、27、28、29、37、38)的穿通部(30、31、32、39、40-47)之一形成。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，至少一个布置在叠片组(5、23)的轴向侧的短路环(6)形成至少一个用于冷却流体的冷却通道(8、10)，该冷却通道(8、10)至少部分地沿转子(3、20)的径向方向延伸。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，冷却通道(7、8、9、10、21、22)由叠片组(5、23)的至少两个叠片(26、27、28、29、37、38)限定，和/或短路环(6)包括至少两个轴向相邻的盘(17)，这些盘限定冷却通道(7、8、9、10、21、22)。
4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，叠片(26、27、28、29、37、38)的至少两个在其穿通部(30、31、32、39、40-47)的数量和/或形状和/或位置和/或取向方向方面是至少部分彼此不同的，其中由这些叠片(26、27、28、29、37、38)的穿通部(30、31、32、39、40-47)形成冷却通道(7、8、9、10、21、22)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，冷却通道(7、8、9、10、21、22)由叠片组(5、23)或短路环(6)的径向位于内部的内侧面延伸至叠片组(5、23)或短路环(6)的径向位于外部的外侧面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，在转子轴(4、25)的内部和/或在转子轴(4、25)和叠片组(5、23)之间和/或在叠片组(5、23)内部形成沿轴向方向延伸的冷却流体线路(34)，冷却流体能通过该冷却流体线路被输送到冷却通道(7、8、9、10、21、22)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，电机具有循环装置(11、52)，通过该循环装置能使冷却流体循环通过冷却通道(7、8、9、10、21、22)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，设置至少两个冷却通道(7、8、9、10、21、22)或冷却通道(7、8、9、10、21、22)组，能向所述至少两个冷却通道或冷却通道组中输送彼此不同的冷却流体。
9.一种机动车，其特征在于，该机动车具有根据前述权利要求中任一项所述的电机(1、49)。
10.一种用于制造电机(1、49)的转子(3、20)的方法，其中提供具有多个穿通部(30、31、32、39、40-47)的多个叠片(26、27、28、29、37、38)，其中叠片(26、27、28、29、37、38)被堆叠成布置在转子轴(4、25)上的叠片组(5、23)，其中在多个由叠片(26、27、28、29、37、38)的第一组穿通部(30、31、32、39、40-47)形成的、轴向贯穿叠片组(5、23)的开口中引入对应的导电元件，其中如此堆叠叠片(26、27、28、29、37、38)，使得叠片(26、27、28、29、37、38)中的至少两个相邻的叠片在其穿通部(30、31、32、39、40-47)的数量和/或形状和/或位置和/或取向方面是至少部分彼此不同的，和/或使叠片(26、27、28、29、37、38)相对彼此转过地堆叠，其中由第二组穿通部(30、31、32、39、40-47)形成至少一个用于冷却流体的冷却通道(7、9、21、22)，其特征在于，冷却通道(7、9、21、22)至少部分地沿转子(3、20)的径向方向延伸，其中冷却通道(7、9、21、22)的沿转子(3、20)的径向方向延伸的部段或所述沿转子的径向方向延伸的部段的至少一个由叠片(26、27、28、29、37、38)的穿通部(30、31、32、39、40-47)之一形成。
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