CN113661638A - 在壳体中支撑转矩的电动机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动机器(1)，该电动机器包括多件式地设计的壳体(2)，该壳体具有第一壳体端侧区段和第二壳体端侧区段(2a，2b)以及在轴向上布置在该第一壳体端侧区段与该第二壳体端侧区段之间的壳体筒体区段(2c)；该电动机器(1)还包括：静止地被容纳在两个壳体端侧区段(2a，2b)中的至少一个壳体端侧区段处的定子(4)、以及布置在定子(4)的径向内部的转子(5)，其中两个壳体端侧区段(2a，2b)中的至少一个壳体端侧区段具有至少一个轴向连接部(14a)，该至少一个轴向连接部为了支撑定子(4)的转矩而轴向地伸入到定子(4)中并且与定子(4)的内周面(15)防旋转地连接。

Description

在壳体中支撑转矩的电动机器
本发明涉及一种电动机器，所述电动机器包括多件式地设计的壳体、静止地被容纳在壳体处的定子以及布置在定子的径向内部的转子。
DE 102013201758 A1例如公开了一种电动机器，该电动机器具有壳体和容纳在该壳体处的定子、布置在该定子的径向内部的转子以及位于定子与壳体之间的冷却装置。定子相对于壳体的转矩支撑通过转矩支撑元件来实现。
本发明的目的在于，提供一种替代性地支撑转矩的电动机器。该目的通过一种专利权利要求1的主题来实现。优选的实施方式是从属权利要求的主题。
根据本发明的电动机器包括：多件式地设计的壳体，所述壳体具有第一壳体端侧区段和第二壳体端侧区段以及在轴向上布置在所述第一壳体端侧区段与所述第二壳体端侧区段之间的壳体筒体区段；静止地被容纳在所述两个壳体端侧区段中的至少一个壳体端侧区段处的定子；以及布置在所述定子的径向内部的转子，其中所述两个壳体端侧区段中的至少一个壳体端侧区段具有至少一个轴向连接部，所述至少一个轴向连接部为了支撑所述定子的转矩而轴向地伸入到所述定子中并且与所述定子的内周面防旋转地连接。
换言之，在第一壳体端侧区段处形成有至少一个轴向连接部，或者在第二壳体端侧区段处形成有至少一个轴向连接部，或者在这两个壳体端侧区段处分别形成有至少一个轴向连接部。轴向连接部应被理解为在壳体端侧区段上的、大体上轴向地沿定子的方向形成的成形部，该成形部伸入到定子的径向内部，以便通过贴靠定子的内周面来实现用于静止固定的防旋转连接以及因此伴随实现的对定子的转矩支撑。由此获得对定子的成本有效以及不影响结构空间的方式的转矩支撑，该转矩支撑是特别可靠且稳定的。相应的壳体端侧区段是防旋转地与壳体筒体区段相连接的。尤其，多个轴向连接部可以形成在这两个壳体端侧区段中的至少一个壳体端侧区段处。由于该至少一个轴向连接部而不使用用于对定子进行转矩支撑的另外的定子架。
壳体筒体区段大体上中空圆柱体式地设计并且被配置成用于在径向方向上完全容纳定子。相应的壳体端侧区段被设置成用于至少与壳体筒体区段以及任选地还与定子产生贴靠，并且在轴向方向上对壳体进行界定。尤其，这两个壳体端侧区段中的至少一个壳体端侧区段被设计为壳体盖。
优选地，所述至少一个轴向连接部形状配合地接合到所述定子的内周面上的至少一个绕组凹槽中。定子在内周面上具有沿周向方向彼此相邻地布置的以及大体上均匀地分布的多个绕组凹槽，这些绕组凹槽直线地沿轴向方向延伸。尤其，定子由多个相互处于连接的定子模块构成，这些定子模块形成绕组凹槽，在这些绕组凹槽中引入有定子绕组。因此，定子不需要进行修改来形成形状配合的连接，从而使得仅该至少一个轴向连接部以与该定子上的该至少一个绕组凹槽相对应或互补的方式形成。
优选地，所述至少一个轴向连接部环绕地形成在所述两个壳体端侧区段中的至少一个壳体端侧区段处并且具有接合到多个绕组凹槽中的外齿部。因此，定子的内周面上的绕组凹槽用作用于与环绕地形成的该至少一个轴向连接部的外齿部形状配合地连接的内齿部。外齿部应被理解为径向向外指向的多个成形元件，该多个成形元件与成形为凹口的绕组凹槽相对应或互补地设计。外齿部因此包括至少两个这样的成形元件。尤其，外齿部可以包括多个成形元件，该多个成形元件是沿周向方向彼此相邻地布置的并且形成由交替地布置的齿和齿隙形成的完全环绕的齿部。
此外优选地，轴向连接部至少形成在第一壳体端侧区段处，其中该第一壳体端侧区段被布置在变速器侧。因此，电动机器被设置成用于在端侧与变速器相连接，其中第一壳体端侧区段在轴向上被布置在电动机器与变速器之间。尤其，第一壳体端侧区段被设计成比第二壳体端侧区段更稳定(例如壁更厚)。
根据本发明的一个优选的实施方式，在所述至少一个轴向连接部处布置有支承元件。优选地，支承元件被布置在形成在第二壳体端侧区段处的轴向连接部上。
根据进一步改进本发明的措施，电绝缘的塑料体在端侧以及径向外部至少包围所述定子的软磁芯以及所述定子的第一绕组头和第二绕组头，其中被设置成用于容纳冷却剂的至少一个通道被设计在所述塑料体中。该至少一个引导冷却剂的通道被设置成用于有效地冷却至少电动机器的定子。为了改进对电动机器的冷却，重要的是在端侧以及径向外部对第一绕组头和第二绕组头进行冷却。此外，该至少一个通道的所提出的设计方案防止形成死水区域并且能够实现有效的冷却剂流。
因此，至少定子的软磁芯以及第一绕组头和第二绕组头是在端侧以及径向外部被塑料体包封的。尤其，绕组头完全被嵌入在塑料体中。因此，定子除了内周面之外优选完全以塑料体进行包覆注塑。电绝缘的塑料体优选以注塑法或由浇铸料制成并且被配置成用于对定子的导电部件进行电绝缘、密封、并且通过冷却剂在该至少一个通道中的流动对其进行冷却。
定子是由软磁芯和绕组形成的并且被配置成用于产生电磁场。绕组尤其是由铜丝形成的并且朝向定子的每个端侧在末端侧具有绕组头，即，在一个端侧(即在定子的第一轴向端部)处具有第一绕组头并且在另一个端侧(即在定子的第二轴向端部)处具有第二绕组头。在轴向上在第一绕组头与第二绕组头之间布置有定子的软磁芯。
例如在塑料体中设计有唯一的通道，该通道从定子的第一端部延伸至定子的第二端部。替代性地，在塑料体中可以设计有多个通道，该多个通道从定子的第一端部延伸至定子的第二端部。
尤其，该至少一个通道是沿定子的外周面螺旋形地设计的。此外，然而也可以设想的是，波纹形或弧形地设计该至少一个通道。该至少一个通道同样可以包括轴向地以及平行地设计的通道区段或者可以被分成两个半流
Figure BDA0003288960700000031
以上所提及的方式以及其他任意的方式的组合同样是可以设想的。
所述至少一个通道例如至少部分地在周向上沿所述第一绕组头的端侧设计，其中所述至少一个通道进一步被设计成沿所述定子的外周面环绕多圈，并且其中所述至少一个通道至少部分地在周向上沿所述第二绕组头的端侧设计。
由于在定子的两个端部处在端侧以及径向外部对绕组头进行冷却以及在径向外部对软磁芯进行冷却，因此藉由冷却剂导出大量废热并且由此有效地对定子进行冷却。由此，可以提高电动机器的驱动持续功率。不需要传统的定子冷却罩，由此能够节省成本、重量以及结构空间。尤其，借助塑料体消除了定子与壳体之间的噪音。此外，热量仅少量地输入到与电动机器操作性连接的变速器的变速器油中，从而可以省去油-水热交换器。尤其，电动机器被设置成在端侧与变速器相连接。由于在电动机器的两个端侧进行冷却，因此也实现对布置在电动机器端侧处的变速器的变速器壁的冷却。
优选地，用于所述冷却剂的流入口被设计在所述第一绕组头的端侧处，其中用于所述冷却剂的流出口被设计在所述第二绕组头的端侧处。冷却剂在流入口处的温度最低并且因此具有最大的冷却功率，这是因为还没有从定子吸收任何废热。尤其，第一绕组头处的温度在电动机器的运行期间高于第二绕组头处的温度。冷却剂优选是水基的。流入接口几何形状(例如入口开口)和流出接口几何形状(例如出口开口)可以径向或轴向地设计，以便产生结构空间优势。用于冷却剂的流入口应被理解为能够使冷却剂流入到该至少一个通道中的管道或几何结构。此外，用于冷却剂的流出口应被理解为能够使冷却剂从该至少一个通道中流出的管道或几何结构。此外，有利的是，在流出口侧将变速器布置在端侧，其中油-水热交换器可以与该流出口邻接。
所述至少一个通道在所述定子的外周面处的轴向宽度优选是所述至少一个通道在所述定子的外周面处的径向深度的至少三倍。因此，该至少一个通道在定子的外周面处是较宽的并且扁平地设计的。该至少一个通道在定子的外周面处的轴向宽度例如是该至少一个通道在定子的外周面处的径向深度的五倍。这尤其改善了对电动机器的冷却。
此外，优选的是，所述至少一个通道被设计为所述塑料体的外表面中的凹部并且被配置成用于在所述壳体与所述塑料体之间引导所述冷却剂。尤其，该至少一个通道被设计为塑料体的两个端面和表面中的凹部。这些凹部例如在塑料体的端面处藉由塑料体中的孔或凹口而在流体意义上相互连接。
优选的是，所述至少一个通道是沿至少一条电引线设计的，所述至少一条电引线被配置成用于在所述电动机器的功率电子器件与所述定子之间引导电流。尤其，该至少一个通道至少分段地或完全沿与定子相连接的所有电引线被引导，以对这些电引线进行冷却。该至少一条电引线优选被设计为铜条、铜丝或铜制扁平构件。尤其，电动机器被设计为三相交流电动机(UVW-Motor)并且被设置成用作用于机动车辆的驱动机器，从而使得设置有三条电引线来以交流电使电动机器运行。功率电子器件应被理解为对定子的运行、尤其通电进行控制和调节的设备。功率电子器件尤其包括逆变器，该逆变器被配置成用于将直流电压转换成交流电压。
该至少一个通道在第一绕组头处优选具有大于该至少一个通道在第二绕组头处的冷却剂体积。尤其，电引线被布置在第一绕组头处，因此在那里由于较大的冷却剂体积而产生更高的冷却功率。
所述塑料体优选具有可导热的填料。尤其，在塑料体中布置有导热能力高的金属性填料(例如铜颗粒或铝颗粒)，使得塑料的电绝缘得以保持。此外，为了提高导热能力，塑料体还可以设有陶瓷颗粒(例如金属氧化物)。
下面借助附图详细地阐述本发明优选的实施例。在附图中：
图1示出了根据本发明的电动机器的示意性半截面图示，
图2示出了根据本发明的电动机器的示意性侧面图示，
图3示出了根据本发明的电动机器的由塑料体包围的定子的示意性透视图，以及
图4示出了根据本发明的电动机器的示意性透视图。
根据图1和图2，根据本发明的电动机器1具有壳体2，该壳体被设计成多件式的，其中壳体2具有第一壳体端侧区段和第二壳体端侧区段2a、2b以及轴向地布置在其间的壳体筒体区段2c。
根据图1，在电动机器1的壳体2中布置有定子4、布置在定子4的径向内部的以及绕旋转轴线A可旋转的转子5和电绝缘的塑料体3，其中在此透明地展示了转子5。被设置成用于容纳冷却剂的通道8被设计在塑料体3中，以便在以冷却剂通流期间对定子4进行冷却。为了提高塑料体3的导热能力，该塑料体具有可导热的填料。
塑料体3在端侧以及径向外部包围定子4的软磁芯6。此外，塑料体3在端侧以及径向上也包围定子4的第一绕组头和第二绕组头7a、7b。在此，塑料体3是一件式地由注塑件形成的。通过塑料体3使定子4的电气部件绝缘，并且同时藉由设计在该塑料体中的通道8和在其中被引导的及在此未展示的冷却剂对这些电气部件进行冷却。通道8在第一绕组头7a处具有大于通道8在第二绕组头7b处的冷却剂体积。通道8在定子4的外周面10处的轴向宽度是通道8在定子4的外周面10处的径向深度的约六倍。通道8被设计为塑料体3的外表面中的凹部并且被配置用于在壳体2与塑料体3之间引导冷却剂。
这两个壳体端侧区段2a、2b分别具有轴向连接部14a、14b，这些轴向连接部轴向地沿定子4的方向形成。第一轴向连接部14a形成在第一壳体端侧区段2a处，其中第一壳体端侧区段2a被布置在变速器侧。第一轴向连接部14a为了支撑定子4的转矩而轴向地伸入到定子4中并且与定子4的内周面15防旋转地连接。在此，第一轴向连接部14a一件式以及环绕地形成在第一壳体端侧区段2a处并且形状配合地接合到定子4的内周面15上的绕组凹槽16中。对此，在第一轴向连接部14a上设计有环绕的外齿部，该外齿部被设计成与绕组凹槽16相对应。
塑料体3在第一绕组头7a的区域中径向地被布置在第二轴向连接部14b处，该第二轴向连接部一件式以及环绕地形成在第二壳体端侧区段2b处。在第二轴向连接部14b处，第一密封件13a被布置在凹槽中并且与第一绕组头7a的区域中的塑料体3密封地贴靠。第二密封件13b被布置在第二壳体端侧区段2b上的另外的凹槽中并且与第一绕组头7a之前的区域中的塑料体3密封地贴靠。此外，第三密封件13c被布置在第一壳体端侧区段2b与壳体筒体区段2c之间，其中第三密封件13c被布置在第一壳体端侧区段2b上的凹槽中并且与壳体筒体区段2c密封地贴靠。在第一轴向连接部14a处，第四密封件13d被布置在凹槽中并且与第二绕组头7b的区域中的塑料体3密封地贴靠。如特别好地从图2中得出的，塑料体3的区段3a在轴向上被设计在第二壳体端侧区段2b与壳体筒体区段2c之间。
这四个密封件13a-13d的上述布置方式以及塑料体3的区段3a形成在第二壳体端侧区段2b与壳体筒体区段2c之间能够实现电动机器1的经简化的装配以及尤其在热膨胀的情况下能够实现在轴向方向上的公差补偿。此外，支承元件18被容纳在第二壳体端侧区段2b处并且以如下方式被布置在第二轴向连接部14b处，使得藉由通道8的在端侧沿第一绕组头7a引导的区段对支承元件18进行冷却。
在图3中以透视的方式展示了定子4和塑料体3，其中在透视图中在此指向第二绕组头7b处的区域。从这个透视图可以特别好地看到定子4的内周面上的绕组凹槽16。绕组凹槽16是直线地设计的并且沿周向方向彼此相邻地布置以及均匀地分布在定子4的内周面15上。因此，绕组凹槽16沿轴向方向延伸。塑料体3在第二绕组头7b的区域中的内周面处被设计成平滑的并且一方面用于相对于第一壳体端侧区段2a密封并且另一方面用于将第一壳体端侧区段2a定中心和轴向引导到定子4中。
在图4中立体地展示了电动机器1，其中透明地展示了壳体筒体区段2c。此外示出了多个箭头P，该多个箭头以简化的方式展示了冷却剂流。在此，用于冷却剂的流入口11被设计在第一绕组头7a的端侧9a处，其中冷却剂可以经由轴向地设计在第二壳体端侧区段2b中的入口开口19流入。用于冷却剂的流出口12被设计在第二绕组头7b的端侧9b处，其中冷却剂可以经由径向地设计在第一壳体端侧区段2a中的出口开口20流出。流出口12和出口开口20在图1中是以剖开的方式来展示的。
设计在壳体2与塑料体3之间的通道8用于将冷却剂从入口开口19强制引导到出口开口20。在此，冷却剂被引导通过周向地沿第一绕组头7a的端侧9a的约80％的通道8。箭头P展示了冷却剂经由入口开口19流入到通道8中并且以圆周周向地沿第一绕组头7a的端侧9a被引导约290°。冷却剂随后流过通道8的沿定子4的外周面10环绕四圈的螺旋形地设计的区段。随后，冷却剂流过以圆周周向地沿第二绕组头7b的端侧9b的约95％的通道8并且经由出口开口20从通道8中再次流出。在第一绕组头7a处的流入口11的区域中，冷却剂的温度最小，其中温度在流过通道8期间持续升高并且在第二绕组头7b处的流出口12的区域中达到其最大值。因此，第一绕组头7a的冷却程度高于第二绕组头7b的冷却程度。此外，在第一绕组头7a的区域中设计有三条电引线17a、17b、17c，这些电引线被配置成用于在电动机器1的功率电子器件与定子4之间引导电流。在此，通道8以如下方式沿电引线17a、17b、17c来设计，使得通过冷却剂流有效地对这些电引线进行冷却。
附图标记清单
1 电动机器
2 壳体
2a 第一壳体端侧区段
2b 第二壳体端侧区段
2c 壳体筒体区段
3 塑料体
3a 塑料体的区段
4 定子
5 转子
6 软磁芯
7a 第一绕组头
7b 第二绕组头
8 通道
9a 第一绕组头的端侧
9b 第二绕组头的端侧
10 外周面
11 流入口
12 流出口
13a 第一密封件
13b 第二密封件
13c 第三密封件
13d 第四密封件
14a 第一轴向连接部
14b 第二轴向连接部
15 内周面
16 绕组凹槽
17a 电引线
17b 电引线
17c 电引线
18 支承元件
19 入口开口
20 出口开口
A 旋转轴线
P 箭头

Claims (13)

1.一种电动机器(1)，所述电动机器包括多件式地设计的壳体(2)，所述壳体具有第一壳体端侧区段和第二壳体端侧区段(2a，2b)以及在轴向上布置在所述第一壳体端侧区段与所述第二壳体端侧区段之间的壳体筒体区段(2c)；所述电动机器(1)还包括：静止地被容纳在所述两个壳体端侧区段(2a，2b)中的至少一个壳体端侧区段处的定子(4)、以及布置在所述定子(4)的径向内部的转子(5)，其中所述两个壳体端侧区段(2a，2b)中的至少一个壳体端侧区段具有至少一个轴向连接部(14a)，所述至少一个轴向连接部为了支撑所述定子(4)的转矩而轴向地伸入到所述定子(4)中并且与所述定子(4)的内周面(15)防旋转地连接。
2.根据权利要求1所述的电动机器(1)，其特征在于，所述至少一个轴向连接部(14a)形状配合地接合到所述定子(4)的内周面(15)上的至少一个绕组凹槽(16)中。
3.根据权利要求1或2所述的电动机器(1)，其特征在于，所述至少一个轴向连接部(14a)环绕地形成在所述两个壳体端侧区段(2a，2b)中的至少一个壳体端侧区段处并且具有形状配合地接合到多个绕组凹槽(16)中的外齿部。
4.根据前述权利要求之一所述的电动机器(1)，其特征在于，所述至少一个轴向连接部(14a)至少形成在所述第一壳体端侧区段(2a)处，其中所述第一壳体端侧区段(2a)被布置在变速器侧。
5.根据前述权利要求之一所述的电动机器(1)，其特征在于，在所述两个壳体端侧区段(2a，2b)中的至少一个壳体端侧区段处布置有支承元件(18)。
6.根据前述权利要求之一所述的电动机器(1)，其特征在于，电绝缘的塑料体(3)在端侧以及径向外部至少包围所述定子(4)的软磁芯(6)以及所述定子(4)的第一绕组头和第二绕组头(7a，7b)，其中被设置成用于容纳冷却剂的至少一个通道(8)被设计在所述塑料体(3)中。
7.根据权利要求6所述的电动机器(1)，其特征在于，所述至少一个通道(8)至少部分地周向地沿所述第一绕组头(7a)的端侧(9a)设计，其中所述至少一个通道(8)进一步被设计成沿所述定子(4)的外周面(10)环绕多圈，并且其中所述至少一个通道(8)至少部分地周向地沿所述第二绕组头(7b)的端侧(9b)设计。
8.根据权利要求6或7所述的电动机器(1)，其特征在于，用于所述冷却剂的流入口(11)被设计在所述第一绕组头(7a)的端侧(9a)处，其中用于所述冷却剂的流出口(12)被设计在所述第二绕组头(7b)的端侧(9b)处。
9.根据权利要求6至8之一所述的电动机器(1)，其特征在于，所述至少一个通道(8)在所述定子(4)的外周面(10)处的轴向宽度是所述至少一个通道(8)在所述定子(4)的外周面(10)处的径向深度的至少三倍。
10.根据权利要求6至9之一所述的电动机器(1)，其特征在于，所述至少一个通道(8)被设计为所述塑料体(3)的外表面中的凹部并且被配置成用于在所述壳体(2)与所述塑料体(3)之间引导所述冷却剂。
11.根据权利要求6至10之一所述的电动机器(1)，其特征在于，所述至少一个通道(8)是沿至少一条电引线(17a，17b，17c)设计的，所述至少一条电引线被配置成用于在所述电动机器(1)的功率电子器件与所述定子(4)之间引导电流。
12.根据权利要求6至11之一所述的电动机器(1)，其特征在于，所述至少一个通道(8)在所述第一绕组头(7a)处具有大于所述至少一个通道(8)在所述第二绕组头(7b)处的冷却剂体积。
13.根据权利要求6至12之一所述的电动机器(1)，其特征在于，所述至少一个通道(8)是沿所述定子(4)的外周面(10)螺旋形地设计的。
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