CN108702040A - 具有改进的冷却的旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及一种用于混合动力车辆的可逆旋转电机(10)，所述旋转电机(10)用于浸入容纳在主体元件的内部空间中的冷却液中，所述主体元件例如混合动力车辆的齿轮箱，其特征在于，所述定子本体(23)紧固地保持在所述前轴承(17)和所述后轴承(18)之间，并且所述壳体(14)具有开口(65)，所述开口在所述前部轴承(17)和所述后轴承(18)之间延伸，以便使所述定子本体(23)的所述外表面(26)的一部分与容纳在所述主体元件的所述内部空间中的所述冷却液接触。

Description

具有改进的冷却的旋转电机

技术领域

本发明涉及一种具有改进的冷却的旋转电机。本发明对于高功率可逆电机具有特别有利的，但不是排他性的应用，所述高功率可逆电机能够在交流发电机模式下运转，并且能够在与诸如齿轮箱的主体元件相耦合的马达模式下运转。

背景技术

在已知的方式中，旋转电机包括定子和与轴为一体的转子。转子可以与驱动轴和/或从动轴为一体，并且可以属于旋转电机，所述旋转电机为交流发电机、电马达或可以在两种模式下工作的可逆电机的形式。

定子安装在壳体中，该壳体构造成通过滚动轴承使轴在轴承上旋转。转子包括由一叠金属板片形成的本体，该金属板通过适当的固定系统保持为组件形式。转子包括例如由永久磁体形成的磁极，该永久磁体被容纳在设置于转子的磁块中的空腔中。或者，在所谓的“突出”磁极架构中，磁极由围绕转子的臂缠绕的线圈形成。

此外，定子包括由一叠形成冠部的薄金属板构成的本体，该本体的下表面设置有朝向内部开口的凹口以便接收相绕组。这些绕组穿过定子本体中的凹口，并形成在定子本体两侧上突出的髻状部。相绕组，例如由覆盖有搪瓷的连续导线得到，或者由彼此通过焊接连接的销形式的导电元件得到。这些绕组是以星形或三角形连接的多相绕组，其输出连接到电气控制模块。

在确保热机的机械动力传递到车辆的车轮的某些类型的机动车牵引链条中，大功率可逆旋转电机耦合到车辆的齿轮箱。电动车辆能够在交流发电机模式下运转，以便特别地向电池和车辆的车载网络供应能量，并且电动车辆能够马达模式下运转，不仅以便确保车辆热机的启动，而且以便单独地或与热机组合地参与车辆的牵引。

在某些紧凑的构造中，电机设置在由齿轮箱的壳体限定的容积部内，使得由电机的轴支撑的小齿轮与齿轮箱的相应小齿轮相协作。

文献WO2014/032876描述了在壳体和定子之间形成的冷却管道的制造。而且，文件DE102012022453描述了一种电机，其设有冷却管道和用于供应流体的对应通道。然而，这种类型的通道的制造是困难的，因为它需要实施大量的加工操作。另外，电机的热性能仍然被限制。

发明内容

本发明的目的是改进这种类型电机的冷却，同时简化其设计。

为此目的，本发明提出了一种旋转电机，特别是用于混合动力车辆的旋转电机，所述旋转电机被设计成浸入在冷却液中，所述冷却液容纳在主体元件(例如混合动力车辆的齿轮箱)的内容积部中，所述旋转电机包括：

-壳体，该壳体包括前轴承和后轴承；

-安装在轴上的转子；

-定子，该定子包括定子本体并且在存在气隙的情况下围绕所述转子，所述定子本体具有外表面，

其特征在于，所述定子本体保持夹持在所述前轴承和所述后轴承之间，并且所述壳体具有开口，所述开口在所述前轴承和所述后轴承之间延伸，以便所述定子本体的所述外表面的一部分与容纳在所述主体元件的所述壳体的所述内容积部中的冷却液接触。

因此，由于定子的外表面和冷却液之间的直接接触，本发明能够提高旋转电机的冷却性能，并且性能水平远高于设置有管道(仅确保冷却液的内部循环)的电机的性能水平。此外，由于容易在两个轴承之间无需额外的机械加工操作而设置开口，简化了壳体的制造。

根据一个实施例，电机是机动车辆的交流发电机或交流发电机起动机。

根据一个实施例，在所述定子本体与前轴承和后轴承中的每一个之间存在接触区域，每个接触区域围绕所述定子本体的整个周边延伸。

这使得可以保持定子本体夹持在前轴承和后轴承之间。这也使得可以使电机更坚固。

根据一个实施例，所述开口围绕所述定子本体的整个圆周延伸。

根据一个实施例，所述开口围绕所述定子本体的轴向长度的至少30％延伸，优选地围绕所述轴向长度的至少60％，例如围绕所述轴向长度的至少80％延伸。

根据一个实施例，前轴承和后轴承由金属制成，例如它们由铝制成。

这样可以有效地冷却电机的有源部件，特别是定子，其通过轴承和定子之间的机械接触以及与冷却液接触而被冷却。

根据一个实施例，所述定子本体通过固定单元，特别是通过连接杆保持夹持在前轴承和后轴承之间。

根据一个实施例，固定单元轴向延伸，径向地通过定子本体的外部和转子本体的外部。

根据一个实施例，所述固定单元轴向延伸并固定在从前后轴承的外周边获得的耳部中。

根据一个实施例，所述旋转电机包括至少一个在所述轴承中的至少一个相对于所述定子本体的旋转中用于分度的分度器件。

根据一个实施例，所述分度器件包括在所述定子本体的外表面上轴向延伸的肋，并且被设计成通过其端部中的至少一个与设置在轴承中的一个中的相应形式的凹槽协作。

根据一个实施例，所述定子本体包括一叠金属板片，每个金属板片包括径向凸起部，所述肋通过所述凸起部的轴向对齐而产生。

根据一个实施例，至少一个轴承包括设置在所述轴承的外径向表面上的所述滚动轴承支撑件，所述滚动轴承支撑件被设计成接收主体元件的轴的滚动轴承。

根据一个实施例，至少一个轴承包括用于将所述旋转电机固定在所述主体元件上的固定接口。

根据一个实施例，所述轴包括中心孔和至少两个径向开口的孔，所述孔沿轴向布置在所述转子的两侧，以便扩散所述旋转电机内部的冷却液。在电机内部循环的液体可以不同于冷却定子的液体。

根据一个实施例，所述旋转电机包括两个凸缘，每个凸缘抵靠所述转子的轴向端面定位，每个凸缘设置有至少一个投射单元，该投射单元设计成通过离心作用将到达相应端面的冷却液朝向缠绕的髻状部投射。

根据一个实施例，在所述定子本体与前轴承和后轴承中的每一个之间存在接触区域，每个接触区域围绕所述定子本体的圆周周边延伸，使得与所述定子本体的所述外表面接触的冷却液不能渗透到所述旋转电机的内部。

根据一个实施例，所述旋转电机包括由所述轴承中的一个支撑的单个滚动轴承。

根据一个实施例，所述旋转电机包括具有销的绕组。鉴于电机处于马达模式下所需的扭矩，这种绕组特别地适用于可逆电机。

根据一个实施例，电机包括具有嵌入式磁体的转子。电机因此是无刷的，其允许其浸入容纳在齿轮箱中的油浴中。

本发明还涉及一种组件，其特征在于,其包括：

-主体元件，其包括界定充满冷却液的内容积部的壳体；和

-如先前所定义的旋转电机，其设置在所述内容积部的内部。

根据一个实施例，主体元件是机动车辆的齿轮箱或机动车辆的减速齿轮。

附图说明

通过阅读以下描述并查看伴随的附图可以更好地理解本发明。这些附图纯粹是为了说明本发明而提供的，而绝非限制性的。

图1是根据本发明的旋转电机的透视图；

图2是图1中的旋转电机在没有壳体情况下的透视图；

图3是根据本发明的旋转电机的纵向剖视图；

图4是图1中的旋转电机的组件具有齿轮箱的情况下的示意图；

图5是根据本发明的旋转电机的定子的俯视图；

图6a和6b是根据本发明的旋转电机的前轴承根据不同角度的透视图；

图7是根据本发明的旋转电机的后轴承的透视图。

具体实施方式

相同、相似或类似的元件从一个图到另一个图中保留相同的参考。在说明书下文中，“前”元件是指位于由电机的轴支撑的小齿轮侧的元件，“后”元件是指位于相反侧的元件。

图1、2和3示出了一种旋转电机10，其包括多相定子11，该多相定子11围绕安装在具有轴线X的轴13上的转子12。定子11围绕转子12，其中，在定子11的内周边与转子12的外周边之间存在气隙15。定子11安装在设置有前轴承17和后轴承18的壳体14中，其结构在下文中更详细地描述。

该电机10被设计为铰接到齿轮箱16上，该齿轮箱在图4中清晰可见，属于机动车辆的牵引链。电机10能够在交流发电机模式运转，以便特别地向电池和车辆的车载网络供应能量，并且电机10能够在马达模式下运转，不仅以便确保启动车辆的热机，而且以便单独地或与热机组合地参与车辆的牵引。电机10的功率可在15kW至50kW的范围内。

更具体地说，如图2中可见，转子12包括呈金属板的组形式的本体19。永久磁体20被植入本体19中的空腔21中。取决于电机10所需的功率和用途，磁体20可以由稀土或铁氧体制成。或者，转子12的磁极可以由线圈形成。如下所述，电机10因此是无刷的，这允许电机浸入容纳在齿轮箱16中的油浴中。

另外，定子11包括由板的组件构成的本体23以及绕组24。本体23由一叠金属板片82形成，这些金属板片彼此独立并且通过适当的固定系统保持为组件的形式。这种类型的本体23的构造已知为“金属板的圆形组件”，与通过机械加工以螺旋形式缠绕的连续片材所获得的本体23相反，以便获得组件的金属板的不同层。

如图5所示，本体23由内圆柱形面25、外圆柱形面26以及两个轴向端面27、28(参见图2)限定。该本体23设置有齿31，齿31从环形磁轭32的内周边延伸，并且成对地限定用于安装定子11的绕组24的槽口33。因此，两个相继的槽口33被齿31分开。

槽口33轴向上敞开至端面27、28，且径向上敞开至定子本体23的内圆柱形面25。槽口33的内表面和绕组24之间的绝缘例如可以通过绝缘纸来产生。

绕组24包括一组相绕组，该相绕组穿过槽口33并且形成在定子本体23的两侧上突出延伸的髻状部36、37(参见图2)。在这种情况下，相绕组由例如通过焊接而彼此连接的销形式的导电元件获得。这些绕组例如是以星形或三角形形式连接的三相绕组。相绕组的输出连接到电气控制模块。

电机10借助于图3所示的冷却回路41进行冷却，该冷却回路41允许冷却液(在这种情况下为油)在电机10内部流动。为此目的，冷却剂回路41包括泵42，该泵42将油输送到设置在轴13中的中心轴向孔43中，并将油输送到至少两个径向开口并沿轴向设置在转子12的两侧上的孔44，以便扩散电机10内部的冷却液。

这种类型的构造因此使得能够将冷却液输送到转子12的两个轴向端面。冷却回路41以闭环运转，使得油被泵42收集在容器45中，并且在电机10中循环之后被该容器45回收。如下所述，容器45能够对应于齿轮箱16中容纳的油的体积。

另外，转子12包括两个凸缘48，每个凸缘抵靠转子12的轴向端面放置。这些凸缘48确保永磁体20在空腔21内的轴向保持，并且还用于平衡转子12。每个凸缘48能够有利地设置有至少一个投射单元49，该投射单元49由叶片构成，被设计成通过离心作用将到达相应端面的冷却液投射到绕组36、37的髻状部。

如图2所示，电机10设置在由充满冷却液54的齿轮箱16的壳体53限定的容积部52的内部。在这种情况下，冷却液54由油构成，该油用于润滑齿轮箱16的不同机械部件并且以便提供电机10的冷却。冷却液的容积部52至少部分地围绕电机10。在这种情况下，容纳在齿轮箱16中的冷却液54用于通过冷却回路41在内部冷却电机10。然而，作为变体，与齿轮箱中容纳的液体不同的液体能够用于电机10的内部冷却。

电机10布置在容积部52中，使得由轴13支撑的小齿轮57与齿轮箱16的相应小齿轮58协作。为此目的，前轴承17设置有开口60，以便允许轴13通过。后轴承18支撑滚动轴承61(例如滚珠轴承或滚针轴承)，用于以旋转方式安装轴13。在这种情况下，滚动轴承61装配在图7中可见的环形套筒63中并且抵靠在从套筒63的内周边获得的基部64上被支撑。

另外，轴13的自由端部从电机10的壳体14延伸，该自由端部被安装为以便通过由齿轮箱16的壳体53支撑的滚动轴承62(参见图2)旋转。因此，电机10包括单个滚动轴承61，其促进电机10在齿轮箱16内部的安装，并且限制了该套件的超集中(hyperstatism)风险。

另外，定子本体19保持夹持在前轴承17和后轴承18之间，这在图1中可以清楚地看到。壳体14具有开口65，该开口65在前轴承17和后轴承18之间延伸，以便定子本体23的外表面26的一部分与容纳在壳体53的内容积部52中的冷却液54接触。优选地，开口65围绕定子本体23的整个圆周延伸，并且在长度L1上延伸，该长度L1等于定子本体23的轴向长度L2的至少30％，优选地为轴向长度L2的至少60％，例如轴向长度L2的至少80％。换句话说，前L3轴承和后L4轴承的轴向长度之和小于电机10的总轴向长度L5。

在这种情况下，定子本体23通过固定单元67，特别是通过连接杆保持夹持。这些连接杆67轴向延伸并与图1、图6a、图6b和图7中所示的从前轴承17和后轴承18的外周边获得的耳部68协作。

前轴承17可以包括设置在前轴承17的外径向表面上的滚动轴承支撑件71。该滚动轴承支撑件71由相对于前轴承17的外表面突出延伸的环形壁形成，该滚柱轴承支撑件71设计成接收齿轮箱16的轴的滚动轴承(未示出)。

为了确保在主体元件中的安装，前轴承17包括固定接口72，该固定接口72用于将电机10固定在齿轮箱16上。为此目的，固定接口72包括从前轴承17的外周边获得的多个凸耳部75。耳部75被穿孔以便允许紧固螺钉(未示出)的通过，该紧固螺钉设计为与设置在齿轮箱16的壳体53的壁中的螺纹孔相协作。

优选地，装置78设置为用于分度轴承17、18相对于定子本体23的旋转。这使得可以确保磁性目标相对于相应传感器(例如霍尔效应类型)的受控定位。分度器件78在这种情况下由多个肋79构成，该多个肋79在定子本体23的外表面26上轴向延伸，并且设计成通过它们的端部与设置在轴承17和18中的相应形式的凹槽80相协作。

为此目的，如图2所示，定子本体23的每个金属板片82包括多个径向凸起部83。每个肋79通过相应的凸起部83的轴向对齐而产生。作为变体，确保在定子本体23与轴承17或18中的单个轴承间旋转中的分度。此外，可以设置单个肋79，以便确保轴承17、18中的一个轴承或两个轴承17,18旋转中的分度。

有利的是，如图3所示，在定子本体23与前轴承17和后轴承18中的每一个之间存在接触区域86，其中每个接触区域86围绕定子本体23的圆周周边延伸，使得与定子本体23的外表面26接触的冷却液54不能渗入到电机10的内部。

作为变体，滚动轴承支撑件71布置在后轴承18上。或者，后轴承18包括至少一个固定接口72，用于将电机10固定在主体元件16上。作为变体，单个滚动轴承61由前轴承17支撑。作为变体，主体元件不是齿轮箱，而是与电机10耦接的离合器。作为变体，电机10没有内部冷却回路41，仅通过使定子23与容纳在主体元件中的冷却液接触来确保冷却。

可以理解的是，前面的描述纯粹是以示例的方式提供，并不限制本发明的领域，通过以其他等价物替换不同元件的方式不会构成对本发明的偏离。

Claims (15)

1.一种旋转电机(10)，特别是用于混合动力车辆的旋转电机(10)。所述旋转电机(10)设计成浸入在冷却液(54)中，所述冷却液(54)容纳在主体元件(16)的内容积部(52)中，所述主体元件(16)例如混合动力车辆的齿轮箱，所述旋转电机(10)包括：

-壳体(14)，所述壳体(14)包括前轴承(17)和后轴承(18)；

-安装在轴(13)上的转子(12)；

-定子(11)，所述定子(11)包括定子本体(23)并且在存在气隙(15)的情况下围绕所述转子(12)，所述定子本体(23)具有外表面(26)，

其特征在于，所述定子本体(23)保持夹持在所述前轴承(17)和所述后轴承(18)之间，并且所述壳体(14)具有开口(65)，所述开口(65)在所述前轴承(17)和所述后轴承(18)之间延伸，以便使所述定子本体(23)的所述外表面(26)的一部分与容纳在所述主体元件(16)的所述内容积部(52)中的所述冷却液(54)接触。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述开口(65)围绕所述定子本体(23)的整个圆周延伸。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，所述开口(65)围绕所述定子本体(23)的轴向长度(L2)的至少30％延伸，优选地围绕所述轴向长度的至少60％延伸，例如围绕所述轴向长度的至少80％延伸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述定子本体(23)通过固定单元(67)保持夹持在所述前轴承(17)和所述后轴承(18)之间，特别是通过连接杆保持夹持在所述前轴承(17)和所述后轴承(18)之间。

5.根据权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，所述固定单元(67)轴向延伸并且固定在从所述前轴承(17)和所述后轴承(18)的外周边获得的耳部(68)中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机包括在所述轴承(17、18)中的至少一个相对于所述定子本体(23)的旋转中用于分度的至少一个分度器件(78)。

7.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于，所述分度器件(78)包括在所述定子本体(23)的外表面(26)上轴向延伸的肋部(79)，并且设计成通过其至少一个端部与设置在所述轴承(17、18)中的一个中的相应形式的凹槽(80)相协作。

8.根据权利要求7所述的旋转电机，其特征在于，所述定子本体(23)包括一叠金属板片(82)，每个金属板片(82)包括径向凸起部(83)，所述肋部(79)通过所述凸起部(83)的轴向对齐而产生。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述轴承(17、18)中的至少一个包括设置在所述轴承(17、18)的外径向表面上的滚动轴承支撑件(71)，所述滚动轴承支撑件(71)设计成接收所述主体元件的轴的滚动轴承。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述轴承(17、18)中的至少一个包括固定接口(72)，所述固定接口(72)用于将所述旋转电机(10)固定在所述主体元件(16)上。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述轴(13)包括中心孔(43)和至少两个径向开口的孔(44)，所述至少两个径向开口的孔(44)轴向地设置在所述转子(12)的两侧，以便在所述旋转电机的内部扩散冷却液。

12.根据权利要求11所述的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机包括两个凸缘(48)，每个凸缘(48)抵靠所述转子(12)的轴向端面定位，每个凸缘(48)设置有至少一个投射单元(49)，所述投射单元(49)设计成通过离心作用将到达相应端面的冷却液朝向绕组髻状部(36、37)投射。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的旋转电机，其特征在于，在所述定子本体(23)与前轴承和后轴承(17、18)中的每一个之间存在接触区域(86)，每个接触区域(86)围绕所述定子本体(23)的圆周周边延伸，使得与所述定子本体(23)的所述外表面(26)接触的冷却液(54)不能渗入所述旋转电机(10)的内部。

14.一种组件，其特征在于，所述组件包括：

-主体元件(16)，所述主体元件(16)包括界定充满冷却液(54)的内容积部(52)的壳体(53)；和

-根据前述权利要求中任一项所限定的旋转电机(10)，所述旋转电机设置在所述内容积部(52)的内部。

15.根据权利要求14所述的组件，所述主体元件是机动车辆的齿轮箱或机动车辆的减速齿轮。