CN113875126A - 电机 - Google Patents

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CN113875126A CN202080038592.XA CN202080038592A CN113875126A CN 113875126 A CN113875126 A CN 113875126A CN 202080038592 A CN202080038592 A CN 202080038592A CN 113875126 A CN113875126 A CN 113875126A
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cooling device
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帕特里克·格拉曼
尼古拉·格拉曼
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

本发明涉及一种电机(1)，包括：‑定子(2)，该定子具有叠片铁芯(3)和绕组(4)，‑其中，由绕组(4)形成的绕组头部(6)在叠片铁芯(3)的轴向端部(5)处沿轴向方向(A)突出超过叠片铁芯(3)，‑转子(7)，该转子以可旋转的方式安装在定子(2)中，‑其中，转子(7)包括转子本体(8)和轴(9)，转子本体(9)紧固在该轴上，‑以及冷却装置(10)，该冷却装置用于借助于冷却剂对电机(1)进行冷却，‑其中，冷却装置(11)被设计成从轴(9)朝向绕组头部(6)输送冷却剂，并且因此对绕组头部(6)进行冷却，‑其中，优选地，冷却装置(10)也被设计成从轴(9)朝向绕组头部(6)喷射冷却剂以对绕组头部(6)进行冷却。

Description

电机
技术领域
本发明涉及具有定子和转子的电机以及用于对定子的绕组头部进行冷却的冷却装置。
背景技术
已知的是，为了提高电机的效率必须对电机进行冷却，因为在低温下欧姆损耗会降低。
此外，温度敏感部件、例如在高温下会退磁的转子磁体被植入到电机中。
此外，根据制造工艺，例如，烤漆也必须被认为是至关重要的温度敏感部件。
为了避免温度峰值，已知的电机利用油进行冷却。
然而，这些机器被设计成使得待冷却的热点不一定达到并且局部过热仍然发生。
发明内容
因此，本发明的目的是指定一种电机，该电机廉价地确保改善电机的冷却。
根据本发明，该目的通过独立权利要求的特征来实现。其他有利的改进形成从属权利要求的主题。
根据本发明，一种电机，包括：
-定子，该定子具有叠片铁芯和绕组，
-其中，由绕组形成的相应绕组头部在叠片铁芯的轴向端部处沿轴向方向突出超过叠片铁芯，以及
-转子，该转子以可旋转的方式安装在定子中，
-其中，转子包括转子本体和轴，转子本体紧固在该轴上。
电机优选地包括冷却装置，该冷却装置用于借助于冷却剂对电机进行冷却，该冷却装置优选地被构造成沿绕组头部的方向从轴输送冷却剂，并且因此对绕组头部进行冷却。
此外，优选的是，冷却装置构造成沿绕组头部的方向从轴甩出或喷射冷却剂以对绕组头部进行冷却。以这种方式，可以产生喷雾，喷雾在绕组头部的最大可能表面区域上交换热量以对绕组头部进行冷却。
冷却装置优选地构造成沿绕组头部的径向方向和/或轴向方向导引或甩出或喷射冷却剂以对绕组头部进行冷却。因此，大量的冷却剂可以沿预定方向以针对性的方式被输送。
冷却装置有利地包括轴，该轴被设计为用于输送冷却剂的中空轴。冷却剂因此可以在轴内被输送，这降低了管道的结构复杂性。
如果冷却装置在轴的壁中具有至少一个通道，使得冷却剂可以从轴的内部通过轴的壁被输送，则也是有利的。
该至少一个通道优选地设计成产生喷雾。以这种方式，可以产生冷却剂的最大可能冷却表面。
冷却装置有利地具有沿轴的周向方向分布或偏移的两个或更多个通道。此处，如果例如两个通道布置成沿周向方向彼此偏移90度，则是有利的。
另外或者作为替代方案，如果冷却装置具有沿轴向方向一个接一个地布置的两个或更多个通道，则也是有利的。
此外，如果至少一个通道被设计为喷嘴、特别是在轴的壁中被设计为喷嘴，则是有利的。喷雾因此可以以简单的方式产生。
至少一个通道有利地在轴的壁中沿径向方向和/或轴向方向定向。换言之，如果至少一个通道被设计成倾斜的、特别是沿径向方向被设计成倾斜的，则是有利的。这使得通过例如使至少一个通道沿相应的方向定向而将冷却剂集中在某些点处成为可能。
冷却装置优选地具有至少一个冷却剂导引件，该冷却剂导引件将冷却剂从轴沿径向方向和/或沿轴向方向导引至绕组头部。以这种方式，冷却剂可以以集中的方式被导引至具有例如高水平的热量产生的某些点。
此外，优选的是，冷却装置的第一冷却剂导引件将冷却剂从轴沿径向方向导引至绕组头部、特别是排他性地从轴沿径向方向导引至绕组头部。以这种方式，可以对绕组头部的特定部段进行冷却或者仅对径向向内定向的表面上的绕组头部进行冷却。
冷却装置的第二冷却剂导引件优选地将冷却剂从轴首先沿径向方向然后沿轴向方向导引至绕组头部。因此，可以对绕组头部的轴向端面进行冷却。
冷却装置的第一冷却剂导引件有利地包括第一导引部和第二导引部，第一导引部和第二导引部沿径向方向延伸并且将冷却剂从轴导引至绕组头部的内护套表面。以这种方式，可以对绕组头部的径向向内定向的表面进行冷却。
如果第一导引部和第二导引部沿直线从轴延伸至绕组头部，并且第一导引部和第二导引部特别地各自被设计为金属板盘，则也是有利的。
绕组头部也可能在定子的一个轴向端部处形成中空筒形形状。
中空筒形形状优选地具有内护套表面和外护套表面以及向外指向远离电机的轴向端面。
第一导引部和第二导引部有利地形成限制对绕组头部施用冷却剂的第一冷却室。
如果第一导引部遮蔽转子与定子之间的空气间隙以防止冷却剂侵入到空气间隙中，则也是有利的。这是因为冷却剂进入到空气间隙中会降低电机的效率。
此外，如果第一导引部沿径向方向从轴延伸至绕组头部的内护套表面，则是有利的。
第二导引部也可以沿轴向方向终止于绕组头部的轴向端部，使得冷却剂可以从轴被导引至绕组头部的内护套表面、特别是排他性地从轴被导引至绕组头部的内护套表面。
此外，可以设置的是，冷却装置的第二冷却剂导引件包括第二导引部和第三导引部，第二导引部和第三导引部部分地沿径向方向延伸并且部分地沿轴向方向延伸并且将冷却剂从轴导引至绕组头部的轴向端面。
第二导引部优选地沿直线从轴延伸至绕组头部，并且第二导引部特别地被设计为金属板盘。
第二导引部也可以沿轴向方向终止于绕组头部的轴向端部，使得冷却剂可以从轴被导引至绕组头部的轴向端面、特别是排他性地从轴被导引至绕组头部的轴向端面。
第二导引部和第三导引部优选地形成限制对绕组头部施用冷却剂的第二冷却室。
还优选的是，第二导引部沿径向方向从轴延伸至绕组头部的内护套表面。
此外，如果第三导引部的横截面优选地为L形，并且在L形的直腿部之间形成有平滑的、倒圆形的过渡部以使冷却剂的流动从径向方向偏转到轴向方向，从而可以对绕组头部的轴向端面和/或绕组头部的外护套表面进行冷却，则是有利的。
第三导引部有利地沿径向方向从轴延伸至绕组头部的外护套表面并且沿轴向方向在定子处结束。
如果冷却装置的第一冷却剂导引件和第二冷却剂导引件沿轴向方向一个接一个地布置，则也是有利的。
如果冷却装置具有沿轴向方向一个接一个地布置的两个或更多个通道，则也是有利的。
优选地，第一通道为第一冷却剂导引件供应冷却剂并且第二通道为第二冷却剂导引件供应冷却剂。
如果第一通道为第一冷却室供应冷却剂并且第二通道优选地为第二冷却室供应冷却剂，则也是优选的。
此外，可以设置的是，第一冷却剂导引件和/或第二冷却剂导引件紧固至定子。
第一冷却剂导引件有利地紧固至第二冷却剂导引件。
上面提出的发明构思将在下面以其他词语进一步描述。
简单地说，该构思优选地涉及用于电机的冷却解决方案，其中焦点优选地在于特别是绕组头部的有效冷却。
除了操作中的高效率之外，所提出的冷却解决方案在生产中也应当优选地具有成本效益。
该原理优选地适用于具有轴绕组的电机，但是也可以适用于其他类型的电机。
该原理优选地为间接冷却中的一种，其中流动穿过第二通道和电机的转子的中空轴的冷却介质或冷却剂通过开口或通道甩出。
这些开口或通道可以被设计为喷嘴；但是这些开口或通道也可以具有任何形状。甩出或喷射出的冷却剂然后优选地以针对性的方式撞击绕组头部或定子绕组并且对绕组头部或定子绕组进行冷却。
附图说明
下面将结合相关附图使用示例性实施方式对本发明进行更详细的说明。附图示意性地示出了以下内容：
图1示出了根据本发明的具有冷却装置的电机的截面图。
在以下描述中，相同的附图标记将用于相同的部件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的具有冷却装置10的电机1的截面图。
更详细地，图1示出了具有定子2的电机1，该定子具有带有绕组4的叠片铁芯3。
在叠片铁芯3的轴向端部5处，由绕组4形成的相应的绕组头部6沿轴向方向A突出超过叠片铁芯3。
此外，电机1具有以可旋转的方式安装在定子2中的转子7，转子7包括转子本体8和轴9，转子本体8紧固在该轴上。
如已经提及的，电机1还包括用于借助于冷却剂对电机1进行冷却的冷却装置10。
在此，冷却装置10构造成沿绕组头部6的方向从轴9输送冷却剂，并且因此对绕组头部6进行冷却。
更确切地，冷却装置10构造成沿绕组头部6的方向从轴9甩出或喷射冷却剂以对绕组头部6进行冷却。
此外——大致地描述的——冷却装置10构造成沿径向方向R和/或轴向方向A向绕组头部6甩出/喷射冷却剂以对绕组头部进行冷却。
冷却装置10包括轴9，该轴被设计为用于输送冷却剂的，冷却装置10在轴9的壁中具有各种通道11、12、13、14。因此，冷却剂可以从轴9的内部通过轴9的壁被输送。
如图1中所示，通道11至14沿轴9的周向方向U分布或偏移，其中通道11至14还沿轴向方向A一个接一个地布置。
在图1中还可以看到的是，通道11至14在轴9的壁中被设计为喷嘴。以这种方式，可以产生喷雾，喷雾在绕组头部6的最大可能表面区域上交换热量以对绕组头部进行冷却。
因此还可以产生冷却剂的最大可能冷却表面。
还示出的是，通道11在轴9的壁中沿轴向方向A定向。换言之，通道11沿径向方向R倾斜。
此外，图1示出了冷却装置10具有两个冷却剂导引件15、16，这两个冷却剂导引件将冷却剂从轴9沿径向方向R以及沿轴向方向A导引至绕组头部6。
冷却装置10的第一冷却剂导引件15将冷却剂从轴9沿径向方向R导引至绕组头部6，然而冷却装置10的第二冷却剂导引件16从轴9首先沿径向方向R然后沿轴向方向A向绕组头部6供应冷却剂。
冷却装置10的第一冷却剂导引件15具有第一导引部17和第二导引部18，第一导引部和第二导引部沿径向方向R延伸并且将冷却剂从轴9导引至绕组头部6的内护套表面IM。
在此，第一导引部17和第二导引部18从轴9沿直线延伸至绕组头部6并且第一导引部和第二导引部各自被设计为金属板盘。
如从图1可以看到的，绕组头部6在定子2的一个轴向端部处形成中空筒形形状，中空筒形形状具有内护套表面IM和外护套表面AM以及向外指向远离电机1的轴向端面S。
此外，图1示出了第一导引部17和第二导引部18形成限制对绕组头部6施用冷却剂的第一冷却室K1。
在此，第一导引部17遮蔽转子7与定子2之间的空气间隙L以防止冷却剂侵入到空气间隙L中。
此外，第一导引部17和第二导引部18从轴9沿径向方向R延伸至绕组头部6的内护套表面IM，第二导引部18沿轴向方向A终止于绕组头部6的轴向端部，从而来自轴9的冷却剂可以被导引至绕组头部6的内护套表面IM。
冷却装置10的第二冷却剂导引件16具有第二导引部18和第三导引部19，第三导引部19部分地沿径向方向R延伸并且部分地沿轴向方向A延伸。
第二导引部18和第三导引部19现在用于将冷却剂从轴9导引至绕组头部6的轴向端面S。
从图1中还可以看出的是，第二导引部18和第三导引部19形成限制对绕组头部6施用冷却剂的第二冷却室K2。
第三导引部19的横截面为L形，并且在L形的直腿部之间形成有平滑的、倒圆形的过渡部。以这种方式，可以使冷却剂的流动从径向方向R偏转到轴向方向A，从而可以对绕组头部6的轴向端面S和绕组头部6的外护套表面AM进行冷却。
更确切地描述，第三导引部19从轴9沿径向方向R延伸至绕组头部6的外护套表面AM并且沿轴向方向A在定子2处结束。
从图1中还可以看出的是，冷却装置10的第一冷却剂导引件15和第二冷却剂导引件16沿轴向方向A一个接一个地布置。
如所提及的，冷却装置10具有各种通道11至14，这些通道沿轴向方向A一个接一个地布置，通道11、13为第一冷却剂导引件15供应冷却剂并且通道12、14为第二冷却剂导引件16供应冷却剂。
此外，图1示出了第一冷却剂导引件15和第二冷却剂导引件16紧固至定子2。
在下面，以其他词语再次描述图1。
总之，与先前的冷却方法相比，本文提出的解决方案的创新有利地为冷却剂导引件或具有轴向偏移喷嘴或通道11至14的冷却装置。
电机1的冷却装置10基本上包括两个部分。
第二冷却剂导引件16的第三导引部19确保径向地甩出的冷却介质或冷却剂被导引至外端部并且被导引至绕组头部6上。
第三导引部19通过分布在绕组头部6上或绕组头部的端面S上的倒角还作用在径向的外绕组表面或外护套表面AM上。
第二导引部18也用于将甩出的或喷射的冷却介质/冷却剂导引至绕组头部6上，并且旨在防止冷却介质沿转子7的方向轴向地损耗。
这两个导引部18、19确保了最大数量的冷却剂被引导至绕组头部6。对于这部分冷却剂，使用围绕圆周偏移放置的通道11至14或喷嘴。
通道11用于对绕组头部6的径向的内绕组表面或内护套表面IM进行冷却。在此，冷却剂也径向地向外甩出或喷射。
在图1中所示的解决方案中，引入了在圆周上偏移90°的四个喷嘴或通道11至14。
为了最佳地润湿轴绕组技术中出现的长绕组，通道11至14沿轴向方向A向左和向右倾斜地交替布置。还可以设想使喷嘴或通道11至14变直，但要轴向交替地偏移喷嘴。
第一导引部10防止了冷却剂渗透到空气间隙L中，并且由此减少由于冷却剂在空气间隙L中的剪切造成的效率损失。
图示的冷却装置10可以包括一个部分。冷却装置可以扩展到包括转子轴承，并且因此可以替代现有的轴承护罩的功能。
附图标记说明
1电机 2定子 3叠片铁芯 4绕组 5轴向端部 6绕组头部 7转子 8转子本体 9轴10冷却装置 11通道 12通道 13通道 14通道 15第一冷却剂导引件 16第二冷却剂导引件17第一导引部 18第二导引部 19第三导引部 A轴向方向 R径向方向 U周向方向 AM外护套表面 IM内护套表面 S端面 L空气间隙 K1第一冷却室 K2第二接纳室。

Claims (10)

1.一种电机(1)，具有：
-定子(2)，所述定子具有叠片铁芯(3)和绕组(4)，
-其中，由所述绕组(4)形成的绕组头部(6)在所述叠片铁芯(3)的轴向端部(5)处沿轴向方向(A)突出超过所述叠片铁芯(3)，
-转子(7)，所述转子以可旋转的方式安装在所述定子(2)中，
-其中，所述转子(7)包括转子本体(8)和轴(9)，所述转子本体(8)紧固在所述轴上，
-以及冷却装置(10)，所述冷却装置用于借助于冷却剂对电机(1)进行冷却，
-其中，所述冷却装置(10)被设计成从所述轴(9)朝向所述绕组头部(6)输送所述冷却剂，并且因此对所述绕组头部(6)进行冷却。
2.根据权利要求1所述的电机，
-其中，所述冷却装置(10)被设计成从所述轴(9)朝向所述绕组头部(6)喷射所述冷却剂以对所述绕组头部(6)进行冷却，
-其中，所述冷却装置(10)优选地设计成沿径向方向和/或轴向方向(R，A)向所述绕组头部(6)导引或喷射所述冷却剂以对所述绕组头部进行冷却。
3.根据权利要求1或2所述的电机，
-其中，所述冷却装置(10)包括所述轴(9)，所述轴被设计为用于输送冷却剂的中空轴，
-其中，所述冷却装置(10)在所述轴(9)的壁中优选地具有至少一个通道(11，12，13，14)，使得冷却剂能够从所述轴(9)的内部通过所述轴(9)的所述壁被输送，
-其中，所述至少一个通道(11至14)优选地设计成产生喷雾。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，
-其中，所述冷却装置(10)具有布置成沿所述轴(9)的周向方向(U)偏移的两个或更多个通道(11至14)，以及/或者
-其中，所述冷却装置(10)具有沿所述轴向方向(A)一个接一个地布置的两个或更多个通道(11至14)，
-其中，所述至少一个通道(11至14)优选地被设计为喷嘴、特别是在所述轴(9)的所述壁中优选地被设计为喷嘴，
-其中，所述至少一个通道(11至14)优选地在所述轴(9)的所述壁中沿所述径向方向和/或轴向方向(R，A)定向。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，
-其中，所述冷却装置(10)具有至少一个冷却剂导引件(15，16)，所述冷却剂导引件将所述冷却剂从所述轴(9)沿径向方向(R)和/或沿轴向方向(A)导引至所述绕组头部(6)，
-其中，所述冷却装置(10)的第一冷却剂导引件(15)优选地将所述冷却剂从所述轴(9)沿所述径向方向(R)导引至所述绕组头部(6)、特别是排他性地从所述轴沿所述径向方向导引至所述绕组头部，
-其中，所述冷却装置(10)的第二冷却剂导引件(16)优选地将所述冷却剂从所述轴(9)首先沿所述径向方向(R)然后沿所述轴向方向(A)导引至所述绕组头部(6)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，
-其中，所述冷却装置(10)的第一冷却剂导引件(15)包括第一导引部和第二导引部(17，18)，所述第一导引部和所述第二导引部沿所述径向方向(R)延伸并且将冷却剂从所述轴(9)导引至所述绕组头部(6)的内护套表面(IM)，
-其中，所述第一导引部和所述第二导引部(17，18)优选地沿直线从所述轴(9)延伸至所述绕组头部(6)并且所述第一导引部和所述第二导引部特别地各自被设计为金属板盘。
7.根据权利要求6所述的电机，
-其中，所述第一导引部和所述第二导引部(17，18)形成限制对所述绕组头部(6)施用冷却剂的第一冷却室(K1)，
-其中，所述第一导引部(17)优选地遮蔽转子(7)与定子(2)之间的空气间隙(L)以防止冷却剂侵入到所述空气间隙(L)中，
-其中，所述第一导引部(17)优选地沿所述径向方向(R)从所述轴(9)延伸至所述绕组头部(6)的内护套表面(IM)，
-其中，所述第二导引部(18)优选地沿所述轴向方向(A)终止于所述绕组头部(6)的所述轴向端部，使得冷却剂能够从所述轴(9)被导引至所述绕组头部(6)的内护套表面(IM)、特别是排他性地从所述轴被导引至所述绕组头部的所述内护套表面。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，
-其中，所述冷却装置(10)的第二冷却剂导引件(16)包括第二导引部和第三导引部(18，19)，所述第二导引部和所述第三导引部部分地沿所述径向方向(R)延伸并且部分地沿所述轴向方向(A)延伸并且将冷却剂从所述轴(9)导引至所述绕组头部(6)的轴向端面(S)，
-其中，所述第二导引部(18)优选地沿直线从所述轴(9)延伸至所述绕组头部(6)并且所述第二导引部特别地被设计为金属板盘，
-其中，所述第二导引部(18)优选地沿所述轴向方向(A)终止于所述绕组头部(6)的所述轴向端部，使得冷却剂能够从所述轴(9)被导引至所述绕组头部(6)的轴向端面(S)、特别是排他性地从所述轴被导引至所述绕组头部的所述轴向端面。
9.根据权利要求8所述的电机，
-其中，所述第二导引部和第三导引部(18，19)形成限制对所述绕组头部(6)施用冷却剂的第二冷却室(K2)，
-其中，所述第二导引部(18)优选地沿所述径向方向(R)从所述轴(9)延伸至所述绕组头部(6)的内护套表面(IM)，
-其中，所述第三导引部(19)的横截面优选地为L形，并且在所述L形的直腿部之间形成有平滑的、倒圆形的过渡部以使所述冷却剂的流动从所述径向方向(R)偏转到所述轴向方向(A)，从而能够对所述绕组头部(6)的轴向端面(S)和/或所述绕组头部(6)的外护套表面(AM)进行冷却，
-其中，所述第三导引部(19)优选地沿所述径向方向(R)从所述轴(9)延伸至所述绕组头部(6)的外护套表面(AM)并且沿所述轴向方向(A)在所述定子(2)处结束。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，
-其中，所述冷却装置(10)的第一冷却剂导引件(15)和第二冷却剂导引件(16)沿所述轴向方向(A)一个接一个地布置，
-其中，所述冷却装置(10)优选地具有沿所述轴向方向(A)一个接一个地布置的两个或更多个通道(11至14)，
-其中，第一通道(11)优选地为所述第一冷却剂导引件(15)供应冷却剂并且第二通道(12)为所述第二冷却剂导引件(16)供应冷却剂，
-其中，所述第一冷却剂导引件(15)和/或所述第二冷却剂导引件(16)优选地紧固至所述定子(2)，
-其中，所述第一冷却剂导引件(15)优选地紧固至所述第二冷却剂导引件(16)。
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