CN112956115A - 用于电机的定子以及电机 - Google Patents

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CN112956115A CN201980070584.0A CN201980070584A CN112956115A CN 112956115 A CN112956115 A CN 112956115A CN 201980070584 A CN201980070584 A CN 201980070584A CN 112956115 A CN112956115 A CN 112956115A
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帕斯卡尔·胡塞尔
马丁·诗道克
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Abstract

一种用于电机的定子，其包括定子叠片铁芯(1)和容纳在定子叠片铁芯中的分割导体(2)，其中至少一个第一分割导体(2)和至少一个第二分割导体在端部侧上装备有接合区域(21、21a)，其中接合区域(21、21a)经由绕组端部(3)相互连接，其中定子装备有至少一个冷却护套(4)，其形成用于容纳冷却流体的通道(5)，其中绕组端部(3)伸入到通道(5)中，其中通道(5)装备有至少一个流体引导件，其被设置用于将冷却流体或者至少一部分冷却流体引到绕组端部(3)的方向；以及一种电机，其包括转子和根据本公开的定子。

Description

用于电机的定子以及电机
技术领域
本公开涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的定子以及一种根据权利要求15的前序部分所述的电机，特别是电动机。
背景技术
电动机主要包括定子和转子。为了形成磁力，预设了对应地通电的绕组。定子的绕组例如可以包括压制绞合线和/或杆式导体，其具有所谓的绕组端部，这些绕组端部突出于定子叠片铁芯的轴向端。
电动机的绕组端部会变得非常热。因此，为了防止热击穿，常常要对其进行冷却。使用介电冷却流体(一般来说是油)作为冷却介质。油性冷却大多通过“冷却护套”实现，其形成环绕绕组端部的环形通道，冷却流体在该环形通道中流动，像例如由DE102017107165A1对于电机所已知的。
即便对于组装的绕组，即被推入到定子凹槽中并且随后间接或者直接相互连接的分割导体，也已知了这一类型的绕组端部冷却。“直接”在此例如指的是杆式导体的相互弯曲以及直接的焊接；“间接”指的是连接接片的使用，其跨接两个杆式导体之间的距离。杆式导体和连接接片也可以相互焊接在一起。由US4321497A，已知了一种关于连接接片的示例。由US2014070639A1，已知了一种关于相互弯曲的示例。
分割导体例如可以是发夹，即U形弯曲的单股导体杆。此外，已知了使用压制绞合线作为分割导体，即压制且必要时扭绞的线材绞合线。为此，例如可以参考DE112015001994A5。
对于有效冷却，有利的是：对能达到高热传导系数的部位进行冷却。这特别地是在其上没有任何绝缘体(主绝缘体，并且对于压制绞合线，也可以是单根线材绝缘体)妨碍冷却流体与电导体之间的热传导的那些部位。然而，同时必须在单个导体之间确保足够的电绝缘性或者说足够长的爬电距离，以避免短路和闪络。
出于该原因，例如完全用树脂浇注整个绕组端部，或者单个地用绝缘树脂或者绝缘护套覆盖连接区。两种方案都有缺点，因为其妨碍了热力学上热传导。替代地，将接合部位之间的距离选得够大，使得单独的绝缘件不再被需要。另一可能性是放入绝缘纸带。
类似地，在使用连接接片时，也必须使其相互绝缘。为此，例如用绝缘树脂覆盖连接接片，放入绝缘纸，或者插入绝缘的间隔件。
现有技术的缺点在于，固定地为绕组端部施加恒定流动的冷却流体，因为在发生层状的冷却流动(形成边界层)时热传导受限。
发明内容
本公开从这里开始，并且其目的在于，提出一种改进的定子，特别地提出一种其绕组端部可以更有效地被冷却的定子。
根据本公开，该目的通过一种具有权利要求1的表征特征的定子得以实现。
用于冷却流体的通道装备(流体通道)有至少一个流体引导件，其被设置用于将冷却流体或者至少一部分绕流的冷却流体引到绕组端部的方向，因此可以进行有针对性的冷却。特别地，可以有针对性地冷却可能未绝缘的那些区域，其中对应地，金属到冷却流体的热传导是可能的。就这一点而言，特别地提出了绕组端部内，尤其是两个导体(分割导体与分割导体或者说分割导体与连接接片)的绕组端部内，优选在其连接区域内的冷却流动的局部影响。
特别地，根据从属权利要求的特征，得出所提出的发明的其它有利设计方案。不同权利要求的主题或者说特征原则上可以任意相互组合。
其中，结合方法描述的特征和细节当然也适用于根据本公开的装置，反之亦然，使得就各单个发明方面的公布而言，始终相互参考或者说可以相互参考。除此之外，可以通过根据本公开的装置，执行必要时所描述的根据本公开的方法。
在本公开的一种有利设计方案中，可以预设，分割导体被设计为单股导线或者被设计为压制绞合线。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，接合区域被设计为套筒。特别地，在分割导体被设计为压制绞合线的设计方案中，该变体适合于为压制绞合线的单根线材提供整体的接合区域。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，绕组端部包括焊接部和/或连接接片。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，直接地设计绕组端部，即设计为分割导体的成对的焊接部，或者间接地设计绕组端部，即设计为借助于连接接片实现的分割导体的成对连接。分割导体与连接接片的连接也优选地实现为焊接部。原则上，分割导体必须由组装的绕组连接。在生产技术上，直接的焊接部比使用连接接片花费更低。然而，通过连接接片，原则上可以实现更复杂的绕组样式。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，冷却护套或者说通道装备有用于冷却流体的入口和出口，其中用于冷却流体的出口被布置在远离入口的部位处，优选地以180°偏移。通过入口和出口，冷却流体可以被引入到通道中并且再次引离。在通道或者说中间通道中产生对应的流动。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，冷却护套具有盖板和两个侧壁。进一步地，可以一件式地或者多件式地实施冷却护套。多件式的实施方案可以例如在侧壁和盖板部分中实现。冷却护套优选地由技术上有利的材料制成。这特别地可以是电绝缘塑料。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，流体引导件被设计为喷嘴、翼片、空隙、肋片、连接接片内的分割导体(特别是接合区域)的加高的或者说凹进的容纳部，和/或被设计为导热凸肩。上述部件代表了流体引导件的优选实施方案，其中并未穷尽地进行列举。可以考虑其它实施方案，进一步地，原则上也可以考虑上述部件的任意组合。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，冷却护套具有至少一个包括内壁和外壁的双层壁，其中在内壁和外壁之间形成了用于冷却流体的中间通道，其中至少一个被设计为喷嘴的流体引导件被布置在面对绕组端部的内壁中，其中喷嘴被设置用于使冷却流体转向和/或喷向配属的绕组端部。通过喷嘴的对应布置，可以非常有针对性地对绕组端部施加或者说喷淋冷却流体，并且可以由此总体上非常有效地冷却定子。有利地，喷嘴在此对准绕组端部的未绝缘部分，优选地对准分割导体的接触部位。通过优选地垂直冲击上述部分或者说表面，可以实现改善的相对于仅流经的流体的热传导。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，至少一个被设计为翼片的流体引导件被布置在通道中，其中翼片被设置用于将至少一部分绕流的冷却流体转到绕组端部的方向。流体引导件的这一设计方案也使得对应目标精确地绕流绕组端部成为可能。而且，该实施在生产技术上可以轻松实现。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，绕组端部包括连接接片，其中第一分割导体的接合区域和第二分割导体的接合区域被容纳在连接接片中，其中流体引导件被设计为连接接片中的空隙，其中空隙在连接接片中被布置在至少一个接合区域之前。该实施方案主要依据以下事实，即冷却流体的有针对性的涡流可以发生在分割导体之前，特别地发生在接合区域之前，其可以有助于高效冷却。通过涡流，边界层被破开，并且出现更高的热传导以及更好的热量散出。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，绕组端部包括连接接片，其中流体引导件被设计为连接接片中的肋片，其中肋片被设置用于将至少一部分绕流的冷却流体转到绕组端部的方向，特别是接合部位的方向。肋片主要用于将一部分冷却流体偏转到接合区域的方向和/或引起涡流效应，以便有效地冷却接合区域。
关于这一点，可以优选地预设，一个或者说多个肋片横向于或者斜向于连接接片的纵向方向定向和/或一个或者说多个肋片被布置在连接接片的上侧和/或下侧。
在本公开的另一有利设计方案中，可以预设，绕组端部包括连接接片，其中第一分割导体的接合区域和第二分割导体的接合区域被容纳在连接接片中，其中通过至少一个接合区域的表面被布置在连接接片表面的上方或下方，形成流体引导件。可以特别简单地实现该实施变体，因为接合区域只须或深或浅地被引入或者说被固定到连接接片的预设开口内。但是，以此方式，也可以在预定的部位处产生有利于热量散出的涡流。
本公开的另一目的在于，提出一种改进的电机，特别是一种电动机，特别地提出一种可以更有效地被冷却的电机。根据本公开，该目的通过一种具有权利要求15的表征特征的电机得以实现。由此，上文中概述的根据本公开的定子的优点可以被用于电动机。
附图说明
根据以下参考随附的图示对优选实施方案进行的描述，本公开的其它特征和优点将变得清晰明了。在附图中：
图1/图1a以俯视图或者说剖视图示出了根据本公开的定子的分割导体，特别是压制绞合线形式的分割导体；
图2以示意性截面图示出了穿过根据本公开的电动机(上部)的横截面；
图3示出了展开的定子叠片铁芯的视图，其中包括经由焊缝相连的分割导体；
图4示出了冷却护套的剖视俯视图，其中包括用于对分割导体端部直接施加冷却介质的喷嘴；
图5示出了类似于图4的绕组端部的剖视侧视图；
图6示出了定子的视图，其中包括用于间接地连接两根压制绞合线的连接接片；
图7示出了多层布置的用于实现不同绕组样式的连接接片的视图；
图8示出了包括壁侧安装的流体引导件的冷却护套；
图9a和图9b示出了盖板/顶盖侧安装的流体引导件，连续的、壁侧安装的流体引导件(图9a)，以及间断的流体引导件(图9b)；
图10a和图10b示出了盖板/顶盖侧安装的流体引导件，以及以连续(图10a)和间断(图10b)的实施方式壁侧安装的流体引导件；
图11/图11a以俯视图(左侧)和剖视图(右侧)示出了连接接片中的空隙；
图12/图12a示出了一种连接接片，其在上侧上包括横向肋片和纵向肋片(左侧)，并且在下侧上包括相对于连接接片具有掩体的分割导体以及横向肋片(右侧)；
图13/图13a示出了一种连接接片，其在一侧上包括横向肋片(左侧)并且包括相对于连接接片具有掩体的分割导体；并且
图14/图14a示出了一种包括压制绞合线的连接接片，其包括附加的用于扩大表面并影响流动的导热凸肩。
具体实施方式
首先参考图2。
根据本公开的电动机E主要包括根据本公开的定子S和转子R。电动机E既可以被设计为内转子式，也可以被设计为外转子式。转子R具有旋转轴线或者说纵向轴线X。
根据本公开的定子S主要包括空心圆柱状的定子叠片铁芯1，在该定子叠片铁芯中布置有在纵向方向上延伸的、用于容纳分割导体2的凹槽。在凹槽中容纳有分割导体2，其在端部侧上，以其接合区域21、22从定子叠片铁芯1中伸出。分割导体2通过接合区域21或者说22，按照预定的样式相互连接。第一分割导体2例如通过其第一接合区域21，与第二分割导体2a经由其第一接合区域21a相连。例如可以借助于焊接部31直接进行连接，或者通过连接接片32间接地进行连接。连接接片与压制绞合线焊接在一起。接下来要讨论绕组端部3，其能够选择性地包括连接接片32和/或焊接部31。
对于分割导体2，可以特别地指的是实心的杆式导体，或者也可以是压制绞合线。在图1中示例性地显示了被设计为压制绞合线的分割导体2，其包括两个端部侧的接合区域21或者说22，以及被布置在接合区域之间的、装备有绝缘件24的线材束23。在当前实施例中，用套筒形成接合区域21、22。套筒在热压工序中被套到压制绞合线的末端上。此处也可考虑其它解决方案。
分别在定子叠片铁芯1的端部侧上安装有冷却护套4，其形成用于冷却流体的通道5，特别是环形通道。通道5或者说冷却护套4特别地具有两个侧壁41、42和盖板43。由此产生的冷却护套4的开放侧对应地面对定子叠片铁芯1，或者说通常被定子叠片铁芯1封闭。从定子叠片铁芯1中伸出的绕组端部3伸入到通道5或者说冷却护套4中，并且能够由此处被冷却流体(大多为油)环绕冲洗并且对应地冷却。
根据本公开预设了，通道5或者说冷却护套4装备有流体引导件6，其被设置用于将至少一部分流体流有针对性地引到配属的一个或者说多个绕组端部3，或者说有针对性地在绕组端部3的区域内搅动至少一部分流体流。
可考虑流体引导件的各种实施方案。有必要根据附图，示例性地显示若干实施方案。
在图4或者说图5中图示了一种根据本公开的定子S，其中流体引导件6例如被形成为喷嘴61。为此，冷却护套4的侧壁41、42被实施为双层壁。就这一点而言，第一侧壁41包括外壁411和内壁412。第二侧壁42对应地包括外壁421和内壁422。在外壁411与内壁412之间形成有中间通道413。同样地，在外壁421与内壁422之间形成有中间通道423。
进一步地，盖板43也特别地装备有双层壁，特别是盖板内壁432和盖板外壁431。在该情况下，也在盖板内壁432与盖板外壁431之间产生了中间通道433。
优选地，中间通道413、423和433流体相互连通。喷嘴61优选地被布置在侧壁41、42的内壁412、422中，使得从喷嘴61中流出的冷却流体能够目标导向地喷到绕组端部3上。用于冷却流体的入口51通常被布置在第一侧壁41的外壁411中。用于冷却流体的出口52也通常被布置在第一侧壁41的外壁411中，但是被布置在远离入口51的部位处，优选地以180°偏移。
关于根据图7的根据本公开的定子，可以参考根据图4和图5的实施方案，其中在此多层布置的连接接片3例如被预设用于实现不同的绕组样式。可以看出，喷嘴61的布置与连接接片组32的相应设计方案或者说布置一致。喷嘴61直接指向连接接片和分割导体32的单个接合部位，使得在此可以期望得到最佳冷却效果。
在图8中显示了流体引导件6的另一实施方案。在侧壁41、42上安装有翼片62形式的、朝向通道5方向的流体引导件6。基于流体在入口51处的入流和流体在远离的(特别是以180°偏移的)出口52处的流出，对翼片62进行定向，使得冷却流体或者至少部分冷却流体被引导至相应绕组端部3的方向，特别是相应焊接部31的方向。
如图9所表明的，可以连续地(图9a)或者间断地(图9b)实施壁侧翼片62形式的流体引导件6。另外，翼片62形式的流体引导件6也可以朝向通道5的流动方向地安装在盖板43上。
在图10中以展开的状态显示了根据本公开的定子S，其中，在盖板43上内侧安装了翼片62形式的流体引导件6。配置翼片62关于绕流的定向，使得侧向绕流的冷却流体至少部分地转向绕组端部3的方向，特别是焊接部31的方向。类似于图9a、图9b，图10中表明了，能够以连续的(图10a)或者间断的(图10b)方式形成壁侧安装的翼片62。
上述流体引导件可以被布置在冷却护套的至少一个侧壁上，优选地布置在两个侧壁上。
在图11至图14中显示了根据本公开的定子的流体引导件6的其它实施方案。
因此，像例如图11中所显示的，一个或更多个(优选所有)连接接片都可以装备有斜面状的空隙63作为流体引导件6。优选地，斜面朝向容纳在连接接片32中的接合区域21的方向，特别是朝向所容纳的作为接合区域21的套筒的方向降低。因此，在侧向绕流的情况下，在接合区域21之前产生涡流或者说转向。
进一步地，例如像图12中显示的，至少一个肋片64可以特别地横向地和/或纵向地预设在连接接片32上作为流体引导件6。肋片64可以二者兼有或二者择一地布置在连接接片3的上侧或下侧上。进一步地，额外地或者替代地，接合区域21(特别是压制绞合线的套筒)可以稍微下沉地安装在连接接片3中，使得接合区域21或者说套筒的表面被布置得稍微低于连接接片表面。在图12中可以对应地看出得到的凹进部分65。
在图13中显示了流体引导件的一种实施例，其包括相对于连接接片3的纵向轴线斜向的肋片64。进一步地，额外地或者替代地，接合区域21(特别是压制绞合线的套筒)可以稍微突出地安装在连接接片3中，使得接合区域21(特别是套筒)的表面被布置得稍微高于连接接片表面。在图13中可以对应地看出得到的加高部分65。
在图14中显示了定子连同流体引导件的另一实施方案。流体引导件在此包括导热凸肩66，其被安装在分割导体2或者说接合区域21上，并且特别地相关于连接接片表面垂直地凸起。
额外地或者替代地，可以预设，接合区域41(特别是压制绞合线的套筒)可以稍微突出地安装在连接接片3中，使得接合区域21的表面被布置得稍微高于连接接片表面。
综上所述，得出流体引导件6的相应设计方案的多种组合可能性，其中流体引导件例如可以被设计为喷嘴61、翼片62、空隙63、肋片64和/或连接接片3中的接合区域21或者22的加高或者说凹进的容纳部。特别地，喷嘴61和翼片62可以优选地被布置在冷却护套4的侧壁41、42或者说顶壁43中或者说其上。空隙63或者说肋片64优选地被安装在连接接片3中或者说其上。原则上，在此并未穷尽地列举流体引导件6的设计方案和/或组合，从而可考虑其它实例或者说组合。
假想的流动走向在各附图中分别由蜿蜒曲线显示。
其基础优选地在于，绕组端部部分地或者完全地是未绝缘的，然而首先分割导体的电连接部位是未绝缘的，并且对应地，由于流体引导件而绕流未绝缘的区域。根据实施方案，在结合部位外，连接接片可以是绝缘的或者未绝缘的。但是，即便对于绝缘的绕组端部，通过根据本公开提出的措施，也可以得出改善的散热。原则上，通过流体引导件，定子的其它的，优选未绝缘的区域也可以被绕流，以便改善定子的整体热平衡。
流体引导件6可以低成本地且简单地集成到已有的零部件中；因此无需任何单独的构件。
在图示中使用了以下附图标记：
R 转子
S 定子
W 轴
E 电机/电动机
X 旋转轴线/纵向轴线
1 定子叠片铁芯
2 分割导体
2a 分割导体
3 绕组端部
4 冷却护罩
5 通道
6 流体引导件
21 接合区域
21a 接合区域
22 接合区域
23 线材束
24 绝缘件
31 焊接部
32 连接接片
41 第一侧壁
42 第二侧壁
43 盖板
51 入口
52 出口
61 喷嘴
62 翼片
63 空隙/斜面
64 肋片
65 加高部分/凹进部分
66 导热凸肩
411 外壁
412 内壁
413 中间通道
421 外壁
422 内壁
423 中间通道
431 盖板外壁
432 盖板内壁
433 中间通道。

Claims (15)

1.一种用于电机(E)的定子(S)，所述定子包括：
-定子叠片铁芯(1)和容纳在所述定子叠片铁芯中的分割导体(2)，其中
-至少一个第一分割导体(2)和至少一个第二分割导体(2a)在端部侧上装备有接合区域(21、21a)，其中所述接合区域经由绕组端部(3)相互连接，其中
-所述定子装备有至少一个冷却护套(4)，所述冷却护套形成用于容纳冷却流体的通道(5)，其中
-所述绕组端部(3)伸入到所述通道(5)中，
其特征在于，
所述通道(5)装备有至少一个流体引导件(6)，所述流体引导件被设置用于将所述冷却流体或者至少一部分所述冷却流体引到所述绕组端部(3)的方向。
2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述分割导体(2)被设计为单股导线或者被设计为压制绞合线。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，所述接合区域(21、22)被设计为套筒。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，所述绕组端部(3)包括焊接部(31)和/或连接接片(32)。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，所述冷却护套(4)或者说所述通道(5)装备有用于冷却流体的入口(51)和出口(52)，其中用于所述冷却流体的所述出口(52)被布置在远离所述入口(51)的部位处，优选地以180°偏移。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，所述冷却护套(4)具有盖板(43)和两个侧壁(41、42)。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，所述流体引导件(6)被设计为喷嘴(61)，翼片(62)，空隙(63)，肋片(64)，连接接片(3)内的所述分割导体(2)的、特别是所述接合区域(21、22)的加高的或者说凹进的容纳部(65)，和/或被设计为导热凸肩(66)。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，所述冷却护套(4)具有至少一个双层壁(41、42、43)，所述双层壁包括外壁(411、421、431)和内壁(412、422、432)，其中在所述内壁和所述外壁之间形成了用于所述冷却流体的中间通道(413、423、433)，其中至少一个被设计为喷嘴(61)的流体引导件(6)被布置在面对所述绕组端部(3)的所述内壁(412、422、432)中，其中所述喷嘴(61)被设置用于使所述冷却流体转向和/或喷向配属的绕组端部(3)。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，至少一个被设计为翼片(62)的流体引导件(6)被布置在所述通道(5)中，其中所述翼片被设置用于将至少一部分绕流的所述冷却流体转到所述绕组端部(3)的方向。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，所述绕组端部(3)包括连接接片(32)，其中所述第一分割导体(2)的接合区域(21)和所述第二分割导体(2a)的接合区域(21a)被容纳在所述连接接片(32)中，其中所述流体引导件(6)被设计为所述连接接片(32)中的空隙(63)，其中所述空隙(63)在所述连接接片中被布置在至少一个接合区域之前。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，所述绕组端部(3)包括连接接片(32)，其中所述流体引导件(6)被设计为所述连接接片上的肋片(64)，其中所述肋片被设置用于将至少一部分绕流的所述冷却流体转到所述绕组端部(3)的方向。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，一个或者说多个所述肋片(64)横向于或者斜向于所述连接接片(32)的纵向方向定向。
13.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，一个或者说多个所述肋片(64)被布置在所述连接接片(32)的上侧和/或下侧。
14.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，所述绕组端部(3)包括连接接片(32)，其中所述第一分割导体(2)的接合区域(21)和所述第二分割导体(2a)的接合区域(21a)被容纳在所述连接接片(32)中，其中通过至少一个接合区域(21、21a)的表面被布置在连接接片表面的上方或下方，形成所述流体引导件(6)。
15.一种电机(E)，所述电机包括转子(R)和定子(S)，其特征在于根据前述权利要求中至少一项所述的定子(S)。
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