CN108352751B - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(2)，包括壳体(4)和壳体内部的定子(12)，所述定子包围固定设置在电机轴(8)上的转子(6)并且具有旋转磁场绕组，该旋转磁场绕组在定子(12)的端侧上分别构成绕组头(16)，其中，所述绕组头(16)嵌入在能导热的浇铸材料(20)中，所述浇铸材料(20)沿绕组头(16)的外圆周与壳体(4)热接触，并且在被浇铸的绕组头(16)的内圆周上设置分段的冷却板(24)。

Description

电机

技术领域

本发明涉及一种电机，所述电机包括壳体和壳体内部的定子，所述定子包围固定设置在电机轴上的转子并且具有旋转磁场绕组，该旋转磁场绕组在定子的端侧上分别构成一个绕组头。本发明还涉及一种装备有这种电机的机动车。

背景技术

电机可作为电动机或发电机用于各种不同的技术应用中、如作为压缩机驱动装置或起动器驱动装置。现在，尤其是高效电机被用作混合动力车辆或电动车辆中的电驱动马达。

这种尤其是无刷的电机作为三相电机通常在定子侧具有定子叠片组。定子叠片组包括多个定子齿和定子槽，电旋转磁场绕组以单个定子线圈的形式嵌入到定子槽中，定子线圈由绝缘导线、即设有例如绝缘漆形式的绝缘层的导线(铜线)卷绕而成。

线圈绕组通常这样设置，使得它们在定子的两个相对置的端部之间沿定子叠片组在纵向方向(轴向方向)上延伸并且在定子叠片组的端侧上横向于该纵向方向地环状转向。在此，定子例如可具有线圈体，这些线圈体设置在通过定子槽释放的定子齿上并且线圈导线围绕其回旋地叠置地卷绕。线圈绕组沿轴向方向突出于定子叠片组并且转向的区域通常被称为(定子端侧的)绕组头。

为了将线圈绕组相对于彼此并且相对于相应的线圈体机械地固定，通常至少在绕组头的区域中用浇铸材料、如环氧树脂或塑料浇铸定子的部件。在浇铸材料硬化之后，绕组头通过由此构成的铸件受到机械和电气保护。

在无刷电机作为多相的三相电机时，定子具有多个(电机)相并且因此具有至少相应数量的相导体或线圈导线作为相绕组或线圈绕组。线圈绕组分别被移相地加载以电流，以便产生旋转磁场，在其中通常设有永磁体的转子或转动件旋转。

此外，通过电流在运行期间产生热量形式的损耗功率，这首先基于绝缘导线内的欧姆损耗出现。这种损耗热量不利地引起电机的功率损耗并且有时会导致绝缘漆和/或铸件熔化并因此导致电机损坏。因此，为了减少和消除所产生的损耗热量，需要在运行期间充分冷却电机或者说使其充分散热。

通过铸件，定子线圈在绕组头区域中被绝热，因此，绕组头区域中的(线圈)温度最高。该“热点”会降低电机的可持续负荷能力。为了冷却绕组头，通常将铸件连接到电机壳体上并且因此将损耗热量排出到壳体的热质量上。在此，例如已知借助水冷却装置和/或空气冷却装置使壳体散热。

与壳体的连接通常相对于定子叠片组在径向外侧并且有时也附加地通过浇铸材料与壳体端侧的轴向的热接触来实现。为了改善冷却效果，通常也可通过绕组头的径向内表面尤其是借助壳体的冷却结构或环形或空心圆柱形冷却板的热连接来实现散热。冷却板用作附加散热面并且例如设置在铸件凹槽内或至少部分嵌入铸件中。适宜的是，冷却板由具有高导热率的金属材料、尤其是由铝材制成。

一方面，绕组头铸体的散热的效率随着绕组头与受冷却壳体或冷却板的距离的减小而增加。另一方面，旋转磁场绕组的旋转磁场在冷却板和壳体的导电面中产生涡流，该涡流又作为附加的热源并由此阻碍铸件的冷却。换言之，旋转磁场绕组的散热被减弱，由此限制了电机的持续负荷。

发明内容

本发明所基于的任务是提供一种电机，该电机在绕组头的散热方面得到改善。此外应提供一种装备有这种电机的机动车。

根据本发明，所述任务借助根据本发明的电机以及借助根据本发明的机动车得以解决。根据本发明涉及一种电机，包括壳体和壳体内部的定子，所述定子包围固定设置在电机轴上的转子并且具有旋转磁场绕组，该旋转磁场绕组在定子的各端侧上分别构成绕组头，其中，所述绕组头嵌入能导热的浇铸材料中，所述浇铸材料沿绕组头的外圆周与壳体热接触，其中，在被浇铸的绕组头的内圆周上设置有分段的冷却板并且在径向内侧上，浇铸的绕组头沿内圆周与分段的冷却板热接触，其中，所述冷却板至少部分设置在浇铸材料内。

根据本发明的电机例如构造为永磁电机或机动车的异步电机、尤其是电动车辆或混合动力车辆的驱动电机。为此，电机包括壳体，在壳体内部设有定子，该定子包围固定设置在电机轴上的转子。定子具有定子基体，在定子基体上施加旋转磁场绕组，以用于产生使转子旋转的旋转磁场。旋转磁场绕组例如作为分布式(线圈)绕组被施加到定子基体上。

旋转磁场绕组的线圈在定子的各端侧上轴向突出于定子，由此分别构成一个绕组头。换言之，绕组头是旋转磁场绕组的在两个端侧上轴向突出于定子基体、即定子铁芯或定子叠片组的部分。绕组头嵌入导热的浇铸材料中，通过该浇铸材料可将在发电机运行中在绕组头中产生的损耗热量进行热量散出。

浇铸材料沿相应的绕组头的外圆周、即径向外侧与壳体热接触，使得损耗热量通过壳体的热质量散出，从而冷却电机。术语“热接触”在下文中尤其是应理解为两种或多种材料之间的导热接触，其中，借助对流进行从一种材料到另一种材料的热传递。

在径向内侧上，浇铸的绕组头沿内圆周与分段的冷却板热接触。优选带状或板状的冷却板构造为由金属材料制成的导热体。冷却板将由浇铸材料吸收的热量释放到环流的冷却介质、如空气中，从而冷却冷却板和因此浇铸材料以及相应的绕组头。由于浇铸材料设置在内圆周上，冷却板适宜地具有基本上圆环形或空心圆柱形的几何形状。通过分段，减少或完全防止了在电动机运行中由磁旋转场引起的冷却板导电面中的涡流感应。

换言之，冷却板的延伸的散热面通过分段这样被中断，使得感应涡流的电流路径被中断。由此在电动机运行中在冷却板内不产生明显的涡流。从而在电动机运行中冷却板的放热明显减弱，使得浇铸材料和因此绕组头更好地朝冷却板方向散热。绕组头的改善的散热有利于降低损耗功率并提高电机的持续负荷。

通过分段，减少了用于使浇铸材料散热的冷却板的散热面。但经验表明，通过避免涡流和因此避免冷却板内的附加的放热显著改善了电动机运行期间绕组头的冷却。由此，绕组头的热点可特别有效地散热，这对于电机的功率潜能和使用寿命特别有利。因此，在相同的结构体积下实现了具有相对更高驱动功率的电机。

浇铸材料例如是环氧树脂或可硬化的塑料材料，其被施加到定子的两个相对置的端侧上，以便长期固定绕组头。硬化的浇铸材料在端侧分别构成具有矩形横截面的大致圆环形的铸件，绕组头的导线延伸基本上完全容纳该铸件中。除了在外圆周侧与壳体的连接之外，相应铸件优选与相配的壳体端侧轴向热接触。由此进一步改善绕组头的冷却。

在一种适合的扩展方案中，冷却板的分段由多个空隙部构成。在此，冷却板的空隙部例如可被填充以绝缘材料、即非导电材料。在一种优选实施方式中，所述空隙部尤其是构造为冷却板的优选轴向的槽。通过在冷却板中设置或加入槽或其它绝缘层，显著降低涡流损耗和由此产生的废热。

本发明的另一方面规定，梳子状的冷却板设有多个轴向延伸到相对置端侧的板齿。在此，片状的板齿在分段过程中尤其是通过槽状空隙部释放构成。

通过分段和由此实现的涡流损耗的减少，冷却板可更靠近绕组头地定位，从而进一步改善冷却效果。为此目的在一种有利的构造中，冷却板至少部分设置在浇铸材料内。换言之，冷却板例如与绕组头共同浇铸在浇铸材料中。

在一种适宜的构造方案中，所述壳体借助冷却装置、尤其是借助水冷却装置散热。由此改善了浇铸材料的壳体侧的冷却，从而进一步改善了电机的持续负荷。

在一种适合的构造方案中，所述冷却板由铝材制成。由此，冷却板的重量特别低并且可低成本地制造，同时确保了尽可能高的导热性。

在优选的应用中，电机用于机动车中。在此，电机优选构造为异步电机并且例如作为电动驱动装置安装在电动车辆或混合动力车辆中。电机优选构造并适合用于：一方面产生用于车辆推进的扭矩，并且另一方面在运行中回收机动车的动能并将其转换成用于储能器的电能 (发电机运行)。

在此，电机的改善的持续负荷有利于驱动装置和与其连接的储能器的运行时间。由此提高了装备该电机的机动车的续驶里程。

附图说明

下面参考附图详细阐述本发明的实施例。附图如下：

图1是电机的示意性剖视图，该电机具有壳体和壳体内部的定子以及固定设置在电机轴上的转子；

图2是定子的绕组头区域连同冷却板和铸件的局部透视图；

图3是绕组头区域的剖面图；

图4是冷却板的透视图。

具体实施方式

在所有附图中，相应部件和参数总是设有相同的附图标记。

图1所示电机2是电动车辆或混合动力车辆的电动驱动装置。为此，电机2适宜地构造为异步电机并且集成在电动车辆或混合动力车辆的传动系内。电机2包括(电机)壳体4，转子6可围绕旋转轴线 D旋转地支承在该壳体中。

转子6固定在轴上地设置在转子轴或电机轴8上，该转子轴或电机轴通过两个轴承10相对于壳体支承在壳体4的相对置的端侧上。转子6在壳体内部被定子12包围。定子12包括未详细说明的定子组或定子叠片组，其具有多个在内圆周侧的轴向延伸的定子槽14。在此，这些定子槽14尤其是沿基本上平行于旋转轴线D定向的轴向方向A 延伸。

在定子槽14中，在组装状态中嵌入分布的旋转磁场绕组，其仅示意性借助绕组头16示出。旋转磁场绕组作为环状的绕组环突出于定子 12的两个相对置的端侧，该绕组环在该区域中构成相应的绕组头16。

在电机2的(电动机)运行中，旋转磁场绕组被加载以三相电流。由此，旋转磁场绕组产生磁旋转场，在其中通常设有永磁体的转子6 围绕旋转轴线D旋转。此外，在运行期间通过电流还产生以热量形式的损耗功率。

绕组头16为了旋转磁场绕组在电动机运行中产生的损耗热量的散热而嵌入在铸件18中。该铸件18由硬化的浇铸材料20、尤其由环氧树脂或塑料材料制成。绕组头16通过铸件18在机械和电气方面受到保护地固定在定子12上。铸件18大致为圆环形并且具有尤其是在图2和图3中可见的大致矩形的横截面，相应的绕组头16基本上完全容纳在铸件中。

铸件18直接与壳体4的壳体端侧22沿轴向方向A连接，从而热量从铸件18向外被排出到壳体4上。在此，壳体端侧22尤其是在一侧通过罐状壳体基体的壳体底部4a并且在另一侧通过封闭该壳体基体的壳体盖4b构成。壳体4借助冷却装置、如通过集成的冷却剂管路冷却。在此优选使用水作为冷却剂。

沿铸件18的内圆周设有梳子状的冷却板24。在电动机运行中，如空气流或液体流形式的冷却流体从冷却板24旁流过，使得铸件18 通过冷却板24向定子12内部散热。

在图4中单独示出圆环形冷却板24尤其是由铝材、如借助冲压弯曲工艺制成。冷却板24至少部分集成或嵌入到铸件18中，从而实现绕组头16和冷却板24之间尽可能小的间距。由此确保从绕组头16 到相应的冷却板24的特别有效的热传递，这有利于绕组头16的冷却。

冷却板24具有多个轴向延伸到相应相对置的壳体端侧22的板齿26。片状的板齿26通过冷却板24的槽状的空隙部28释放。示例性地，在图2中仅每三个定子槽14、板齿26和空隙部28设有一个附图标记。

通过空隙部28实现了冷却板24的分段，通过分段减少或阻止在运行中基于旋转磁场的感应涡流的构成。从而减少了冷却板24的放热，由此实现绕组头16的改善的冷却。在此，在冷却板24集成或嵌入到铸件18的过程中，例如以浇铸材料20填充空隙部28的净宽度，从而在各板齿26之间基本上设置电绝缘材料。

在一种适合的尺寸方案中，冷却板24例如具有3mm径向的板厚度和约30mm轴向的板高度。在该方案中，分段尺寸例如约为6mm，这表示，板齿26宽度和/或各板齿26之间的槽状空隙部的净宽度的尺寸是6mm。

本发明不局限于上述实施例。而是本领域技术人员可从中推导出本发明的其它变型方案而不背离本发明的技术方案。尤其是此外所有结合实施例说明的单个特征也能够以其它方式彼此组合而不背离本发明的技术方案。

附图标记列表

2 电机

4 壳体

4a 壳体底部

4b 壳体盖

6 转子

8 电机轴

10 轴承

12 定子

14 定子槽

16 绕组头

18 铸件

20 浇铸材料

22 壳体端侧

24 冷却板

26 板齿

28 空隙部

D 旋转轴线

A 轴向方向

Claims (8)

1.电机(2)，包括壳体(4)和壳体内部的定子(12)，所述定子包围固定设置在电机轴(8)上的转子(6)并且具有旋转磁场绕组，该旋转磁场绕组在定子(12)的各端侧上分别构成绕组头(16)，其中，

-所述绕组头(16)嵌入能导热的浇铸材料(20)中，

-所述浇铸材料(20)沿绕组头(16)的外圆周与壳体(4)热接触，并且

-在被浇铸的绕组头(16)的内圆周上设置有分段的冷却板(24)，其中，在径向内侧上，被浇铸的绕组头(16)沿内圆周与分段的冷却板热接触，其中，所述冷却板(24)至少部分设置在浇铸材料(20)内，其中，所述冷却板(24)的分段由多个空隙部(28)构成，通过所述多个空隙部(28)，冷却板(24)具有多个轴向延伸到相应相对置的壳体端侧(22)的板齿(26)。

2.根据权利要求1所述的电机(2)，其中，所述空隙部(28)构造为轴向槽。

3.根据权利要求1或2所述的电机(2)，其中，冷却板(24)是梳子状的冷却板。

4.根据权利要求1或2所述的电机(2)，其中，所述壳体(4)借助冷却装置散热。

5.根据权利要求4所述的电机(2)，其中，所述冷却装置是水冷却装置或油冷却装置。

6.根据权利要求1或2所述的电机(2)，其中，所述冷却板(24)由铝材制成。

7.机动车，其中，所述机动车包括根据权利要求1至6中任一项所述的电机(2)。

8.根据权利要求7所述的机动车，其中，所述机动车是电动车辆或混合动力车辆。

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