CN109327091B - 用于电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机(24)的转子，该转子具有转子轴(2)、与转子轴(2)以不能相对转动的方式联接的绕组架(3)和至少一个布置在绕组架(3)上的绕组(15)或布置在绕组架(3)上的鼠笼(4)，其中转子(1)具有至少一个相对于转子轴(2)成角度地延伸的热管(7、19)。

Description

用于电机的转子

技术领域

本发明涉及一种用于电机的转子，其具有转子轴、与转子轴以不能相对转动的方式联接的绕组架和至少一个布置在绕组架上的绕组或布置在绕组架上的鼠笼。本发明还涉及一种电机和一种机动车。

背景技术

在机动车中越来越多地使用电机作为驱动装置。在此以及还有在电机的其他应用领域中电机的工作能力、尤其是持续工作能力在很多情况下由于不能从转子中排出足够多的热量而受到限制。在此应基本实现：从旋转的转子中向外排出主要在转子叠片组中产生的、在异步电机中在鼠笼中产生的或在他励的同步电机中在转子绕组中产生的损耗热量。例如可以通过包围转子的气体进行冷却。但在此能够排出的能量非常有限。

因此公开了替代地或附加地通过转子内部冷却方案来冷却转子，其中冷却流体被输送流过转子的旋转的轴，以便开放通过转子轴进行的热量输送。类似的方案还在文献DE42 30 379 A1中被使用，该文献提出，转子轴被设计为热管。在转子轴中设有同轴的空腔，该空腔在转子叠片的整个长度上延伸且至少在一侧超出于转子叠片。空腔在所有侧都被封闭且部分被液体填充。经由转子轴的冷却方案的缺点在于，所要排出的热量的大部分都在远离转子轴处产生。因此所能够排出的热量受到叠片组的导热能力限制。

发明内容

因此本发明基于的任务是，提供一种相比之下更好的转子冷却方案。

该任务根据本发明通过开头所述类型的转子解决，其中转子具有至少一个相对于转子轴成角度地、尤其是垂直于转子轴延伸的热管。

因此根据本发明提出，改善在与转子轴成角度的方向上、尤其是在转子轴的径向方向上的导热能力，这通过设有至少一个与转子轴成角度地延伸的热管。由于热管的导热能力成倍地高于常见的金属材料的导热能力，所以相对较少且较小的热管就能够明显改善转子中的径向热传递。由此尤其是可以在对转子轴侧的冷却中实现冷却功率的显著提高，由此还可以增加使用这种转子的电机的工作能力/功率，尤其是持久工作能力。

热管可以具有密封闭合的体积，在热传递时能够进行相变的流体位于该体积中。在要进行冷却的端部处，流体可以被蒸发/汽化且在被冷却的端部处再次冷凝。冷凝的流体可以例如在使用导热管(Heat pipe)作为热管时通过毛细力被输送，也可以例如在热虹吸的情况下通过重力被输送。当热管被用在转子中时，如果要将热量通过热管引导至转子轴时，还可以使用离心力来输送冷凝的流体。在此情况下，流体在转子轴区域中被冷凝且可以通过离心力远离转子。

绕组或鼠笼可以由能导电的材料制成。绕组可以被实施为线圈。尤其是可以将多个线圈安装在绕组架上，以便例如形成用于同步电机的他励转子。但绕组也可以通过鼠笼的形式设计为所谓的鼠笼式绕组。在此使用多个杆，这些杆在转子的端侧上彼此导电连接以便对这些杆短路。相应的鼠笼尤其用于异步电机。绕组和鼠笼的称呼可彼此互用。

绕组架也可以由叠片组构成。叠片组可以通过彼此绝缘的叠片的堆叠构成。叠片组可以优选具有多个在轴向方向上延伸的缺口或槽，这些缺口或槽用于鼠笼的杆和/或围绕绕组架的齿卷绕的线圈。

热管可以在转子的径向方向上延伸。由此可以实现转子在径向方向上的特别有效的热传递。但也可以有利地使热管或热管中的至少一个热管相对于径向方向倾斜，例如以最大为5°或最大为10°的方式倾斜。

转子轴可以具有能够被冷却流体通流的空腔和/或另一热管，该空腔或该另一热管至少部分地在转子轴的纵向方向上延伸。由此能够轴向经由转子轴排出热量。空腔或热管可以至少在一侧延伸超出于绕组架。如果转子轴被应用于电机中，则转子轴的纵向方向可以对应于转子的转动轴线。该转子轴的纵向方向也就相当于转子或电机的轴向方向。

热管或热管中的至少一个热管在转子轴侧的端部可以直接或通过导热介质与所述另一热管接触和/或与空腔邻接或伸入空腔中。由此形成在热管与所述另一热管之间或热管与冷却流体之间特别好的热耦合。导热介质可以是具有比绕组架更高的导热能力的介质。但也可以使用例如由导热膏或导热的灌封材料/填料构成的薄层，该薄层主要用于补偿所述热管或所述另一热管的凹凸不平性且因此用于防止气囊。这在导热介质的导热能力大于空气的导热能力时就足够了。热管与另一热管的接触尤其是要理解为这两个元件之间的机械接触或碰触，由此能够实现较好的热耦合。

在转子被用于电机中时，例如可以由于出现的磁场和/或转速在绕组架上造成较大的力。因此要避免由于加入了所述至少一个热管造成绕组架弱化，其中同时要将热管布置得靠近需要冷却的部件。为此在下面讨论各种可行方案：

热管或热管中的至少一个热管可以沿绕组架的轴向端面被引导。例如热管或热管中的至少一个热管可以贴靠在扁平的轴向端面上或在绕组架的缺口中被引导。通过端侧的布置结构，避免了绕组架的弱化。尤其是可以在绕组架的两个端侧上分别布置至少一个热管。

绕组架可以承载被设计为线圈的绕组，其中绕组的绕组端头沿转子的轴向方向超出于绕组架伸出，其中热管或热管中的至少一个热管的背离转子轴的端部在转子的周向方向上布置在每两个绕组的绕组端头之间。

相应热管的背离转子的端部优选可以直接地或通过导热介质或导热的灌封材料与至少一个相邻的线圈接触。绕组端头可以是线圈的如下区域：在该区域中绕组线在转子的周向方向上围绕绕组架的齿的轴向端部被引导。所提出的方案使得能够不必弱化绕组架就将热量直接从线圈中排出。

鼠笼可以由在绕组架的端侧上被短路环短路的多个杆构成，其中热管或热管中的至少一个热管的背离转子轴的端部直接或通过导热介质或钎焊连接与短路环接触和/或被接纳在短路环的缺口中。热管尤其可以在绕组架的外部从转子轴被引导至短路环。因此可以避免弱化绕组架，同时将热量从短路环或从与短路环连接的杆中排出。

绕组或鼠笼可以至少部分地被引导至绕组架的至少一个缺口中，其中热管或热管中的至少一个热管的背离转子轴的端部与缺口邻接或伸入至缺口中。在缺口的至少一个部段中，热管可以尤其是扁平地布置在缺口壁与绕组或鼠笼之间或者布置在两个相邻的绕组之间。缺口可以是轴向走向的槽，在槽中例如引导作为绕组的齿式线圈(Zahnspule)。但缺口也可以是用于鼠笼的短路条的缺口。通过将热管引导至缺口处或缺口中，可以尤其有效地将热量从在该缺口处被引导的绕组中或从鼠笼中排出。

热管可以在背离转子轴的端部上在垂直于热管纵向方向的第一方向上扩张和/或在垂直于纵向方向以及垂直于第一方向的第二方向上收缩。第一方向尤其可以使转子或电机的轴向方向。第二方向尤其可以是转子的周向方向。所述扩张或收缩都尤其可以在热管的如下区段中进行：该区段伸入到绕组架的如下缺口中，该缺口至少部分地引导绕组或鼠笼。

除了根据本发明的转子，本发明还涉及一种具有定子以及根据本发明所述的转子的电机。

此外本发明涉及一具有根据本发明所述的电机的机动车。

根据本发明的电机和根据本发明的机动车可以通过针对根据本发明的转子所述的特征被改进，反之亦然。

附图说明

本发明的其他优点和细节由下面的实施例以及相应附图得出。在此，附图示意性示出：

图1至图6示出根据本发明的转子的各种实施例，和

图7示出根据本发明的机动车的实施例，该机动车具有根据本发明的电机的一个实施例。

具体实施方式

图1示出了用于电机的转子1。图2示出了沿虚线13的截面。转子具有绕组架3，该绕组架例如是不能相对转动地布置在转子轴2上的叠片组。绕组架3承载作为绕组的鼠笼4，该鼠笼由多个杆5构成，这些杆布置在绕组架3的轴向缺口中。杆5在绕组架3的端侧通过短路环6相连。相应的转子构造尤其是在异步电机领域中被公开，因而不再详细描述。

在转子1在电机中的使用中，转子尤其是在绕组或鼠笼4的区域中以及在叠片组的边缘区域中升温，这是因为在该区域中会由于交变场而感生出涡流。电机的工作能力会由于升温而受到限制。因此冷却转子1是有利的。为此提出了在转子1中在转子轴方面的冷却方案，其中转子轴2具有可供冷却流体流通的空腔8，以便能够轴向从转子1中排出热量。为了利用该冷却方案改善鼠笼与绕组架3的边缘侧的区域的热耦合，转子1具有多个热管7，这些热管与转子轴形成角度。在所示出的示例中，热管7垂直地位于转子轴上且因此在转子的径向方向上延伸。

为了避免由于热管7的引入而弱化绕组架3，这些热管被布置在绕组架3的端面上。在所示示例中，热管7与这些端面有间隔，但原则上也可以贴靠在端面上或在端面上例如延伸穿过沟槽。

热管的在转子轴侧的端部9伸入到空腔8中且因此被由箭头14示出的冷却流体流环流/绕流。由此实现了热管7与冷却流体之间的特别有效的热交换。在备选实施例中，热管7还可以仅与空腔8邻接。这足以实现较好的热接触。

热管7的背离转子轴的端部10接合在短路环6的缺口11中。由此绕组或鼠笼4能够直接被冷却，还能够改善对绕组架3的端侧区域的冷却。

图3示出了在图1和图2中示出的转子1的略微变化的变型。为了能够轴向排出热量，在该实施例中使用另一热管12来替代图1和图2中使用的能够被冷却流体通流的空腔8，该另一热管沿转子轴2的至少一部分延伸，其中该另一热管优选至少在一侧超过绕组架3伸出。为了能够实现热管7与另一热管12之间的较好的热耦合，热管7与该另一热管12机械接触，在此为了改善热耦合，可以使用导热介质，例如导热膏。

图4示出转子1的另一实施例，其中绕组架3在该实施例中承载多个绕组15，这些绕组被设计为齿式绕组。为了显示转子1的构造，图5示出了沿虚线17的截面。绕组线被轴向地引导穿过槽状缺口20，这些缺口布置在各齿16之间，绕组15围绕这些齿缠绕。如已经在上述实施例中所述地，在绕组架3的端侧上设有热管7。热管7在转子轴侧的端部9终止于转子轴2的能够被冷却流体通流的空腔8中。热管7的背离转子轴的端部10分别布置在绕组端头21之间，即布置在绕组15的轴向超出于齿部16的区域之间。由此可以实现绕组15的有效冷却。

为了改善绕组15的冷却额外设有热管19，绕组架3穿过该热管。为了示出该热管19的布置结构，图6示出了沿虚线18的截面。热管19的背离转子轴的端部22伸入到在齿16之前的缺口20中，绕组15在这些缺口中被引导。为了一方面在缺口20中占据较小空间、另一方面提供用于与绕组15进行热交换的尽可能大的面积，使端部22扩张，如图4中可见。如在图6中可见，热管19还在其沿转子1的周向方向上的端部22处收缩。

图7示出了具有电机24的机动车23，该电机由定子25和可转动地支承在定子25中的转子1形成。转子1可以例如以借助于上面附图所述的方式构造。通过使用与转子1的转子轴2成角度地、尤其是与转子的轴向成角度地延伸的热管，可以显著改善转子的散热，由此能够整体上改善电机24的工作能力。这尤其对于使用电机24作为机动车23的驱动电机的情况是非常重要的。

Claims (7)

1.一种用于电机(24)的转子，所述转子具有转子轴(2)、与转子轴(2)以不能相对转动的方式联接的绕组架(3)，其中，转子(1)具有至少一个相对于转子轴(2)成角度地延伸的第一和第二热管(7、19)，在第一种可选方案中，在绕组架上布置有至少一个设计为线圈的绕组(15)，第一热管(7)中的至少一个热管沿绕组架(3)的轴向端面被引导，或者在第二种可选方案中，在绕组架上布置有鼠笼(4)，鼠笼(4)由多个在绕组架(3)的端侧上通过短路环(6)短路的杆(5)构成，其中第一热管(7)中的至少一个热管的背离转子轴的端部(10)直接或通过导热介质与短路环接触；

其中，转子轴(2)具有能够被冷却流体通流的第三热管(12)，该第三热管(12)至少部分地在转子轴(2)的纵向方向上延伸，第一和第二热管(7、19)中的至少一个热管的在转子轴侧的端部(9)直接或通过导热介质与所述第三热管(12)接触，第二热管(19)在背离转子轴的端部(22)上在所述转子的轴向方向上扩张且在所述转子的周向方向上收缩。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，在第二种可选方案中，第一热管(7)中的至少一个热管的背离转子轴的端部(10)被接纳在短路环(6)的缺口(11)中。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，第一和第二热管(7、19)在转子(1)的径向方向上延伸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子，其特征在于，绕组的绕组端头(21)在转子(1)的轴向方向上超出绕组架(3)伸出，其中第一热管(7)中的至少一个热管的背离转子轴的端部(10)在转子(1)的周向方向上布置在每两个绕组的绕组端头(21)之间。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的转子，其特征在于，设计为线圈的绕组(15)或鼠笼(4)能至少部分地在绕组架(3)的至少一个缺口(20)中被引导，其中第二热管(19)中的至少一个热管的背离转子轴的端部(22)与缺口(20)邻接或伸入至缺口中。

6.一种具有定子(25)的电机，其特征在于，该电机具有根据上述权利要求之一所述的转子(1)。

7.一种机动车，该机动车具有根据权利要求6所述的电机(24)。

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