CN114175457A - 用于电机的定子装置和电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电机(1)的定子装置(2)，包括：‑定子主体(3)；‑多个冷却通道(9a‑9x)，所述冷却通道设计成冷却定子主体(3)并且沿着定子主体(3)在轴向方向上延伸；以及‑冷却流体连接装置(7)，其轴向向外且以径向方式界定连接通道(12)，所述连接通道在周向方向上延伸，其中每个冷却通道的轴向端部通向连接通道，并且连接通道比冷却通道(9a‑9x)径向更向内延伸。

Description

用于电机的定子装置和电机
技术领域
本发明涉及一种用于电机的定子装置，其包括定子主体和多个冷却通道，冷却通道设计成冷却定子主体并沿着定子主体在轴向方向上延伸。此外，本发明还涉及一种电机。
背景技术
在电机运行期间，发生电损耗，该电损耗基本与施加到定子装置的定子绕组的电流成比例。在高功率下，并且在存在相应高电流的情况下，由于通常由铜形成的定子绕组的欧姆电阻而产生热量，该热量会导致定子绕组中的热故障。为了实现电机的高利用率，可以通过流体冷却(例如油冷却)来散热。为此，已知沿着定子主体在轴向方向上提供多个冷却通道。
然而，如果冷却流体不能以尽可能均匀的压力被引导通过冷却通道，则冷却流体不均匀地分布在冷却通道上。这又导致冷却流体的不均匀质量流量和相关的不均匀冷却效率。这是不希望的，因为冷却效率最低的冷却通道限制了冷却通道的整体冷却效率。
发明内容
因此，本发明基于指定用于均匀冷却具有轴向冷却通道的电机的定子装置的手段的目的。
根据本发明，所述目的通过引言中提到的类型的定子装置来实现，该定子装置还包括冷却流体连接装置，其轴向向外地且径向地界定周向延伸的连接通道，冷却通道的相应轴向端部通向连接通道，并且连接通道比冷却通道径向更向内延伸。
本发明基于的知识在于，通过冷却通道的冷却流体(例如油或水)的粘度及其在冷却流体连接装置内壁上的摩擦导致沿着连接通道的压力损失，这可以通过比冷却通道径向更向内延伸的连接通道来减小。这产生了连接通道的大的液压横截面积。以这种方式产生的连接通道的大体积在冷却通道进入连接通道的开口点的上游形成一种蓄压器。这样，相应冷却通道的开口点区域中的压力水平可以在周向方向上均匀化，并且可以实现冷却流体通过冷却通道的均匀质量流量。这也有利地允许冷却效率在冷却通道上均匀分布。
定子主体通常具有多个径向位于内部的凹槽，例如至少12个，优选至少24个，特别优选至少48个。根据本发明的定子装置通常还具有定子绕组，其至少部分地布置在定子主体内。定子绕组的端部绕组优选比冷却流体连接装置径向更向内布置。
在根据本发明的定子装置中，可以提供连接通道具有垂直于周向方向的第一横截面积，并且相应的冷却通道具有垂直于周向方向的第二横截面积。
这里优选的是，第一横截面积是第二横截面积的至少0.3倍。由此可以实现连接通道中的压降显著小于沿着冷却通道的压降。
可替代地或另外，第一横截面积的平方与连接通道的内圆周的比率是第二横截面积的平方与所有冷却通道上的冷却通道的轴向长度的比率之和的至少0.1倍。这样，沿连接通道发生的压力损失也可以考虑在内。
根据根据本发明的定子装置的优选实施例，该定子装置在制造技术方面易于实施，规定冷却通道之一和连接通道之间的相应过渡是阶梯状的。为了改善冷却流体流入冷却通道时的流动行为，从而进一步最小化压力损失，可以替代地规定冷却通道之一和连接通道之间的相应过渡在轴向方向上倾斜。
在根据本发明的定子装置中，可以有利地规定垂直于轴向的冷却通道的横截面积是凹口形的。
在根据本发明的定子装置中，可以规定冷却通道的数量为至少八个，优选至少二十四个，特别优选至少四十八个。冷却通道的数量可能对应于定子主体中的凹槽数量。
根据本发明的定子装置还可以包括容纳定子主体的定子壳体。这里，冷却通道可以形成在定子主体和定子壳体之间。
根据第一实施例，冷却通道由定子主体中沿轴向方向延伸的径向凹部和定子壳体的圆柱形侧表面界定。在替代的第二实施例中，规定冷却通道由定子壳体中沿轴向方向延伸的径向凹部和定子主体的圆柱形侧表面界定。
冷却流体连接装置可以与定子壳体一体形成。可替代地或另外，可以规定冷却流体连接装置与定子装置的端罩一体形成。
根据根据本发明的定子装置的替代实施例，规定冷却流体连接装置配置为附接至定子主体的附接部件，或者由叠片定子芯的多个端部叠片配置。
为了在流动通过冷却通道之后减少额外的压力损失，优选的是，根据本发明的定子装置还包括另一冷却流体连接装置，其轴向向外地且径向地界定周向延伸的另一连接通道，冷却通道的相应另一轴向端部通向该另一连接通道，并且该另一连接通道比冷却通道径向更向内延伸。这里，与第一冷却流体连接装置相关的所有陈述可转移到另一冷却流体连接装置。
根据本发明的定子装置的冷却流体连接装置优选具有入口，该入口特别径向向外。因此，实现了冷却流体到冷却流体连接装置中的可容易实现的供给。另一冷却流体连接装置可以具有出口，该出口特别径向向外。
本发明所基于的目的还通过一种电机来实现，该电机包括根据本发明的定子装置和布置在该定子装置内的转子。
附图说明
本发明的其他优点和细节从下面描述的示例性实施例中并基于附图显现出来。这些是示意图，其中：
图1示出了根据本发明的电机的示例性实施例的横截面示意图；
图2示出了根据本发明的定子装置的第一示例性实施例的定子主体和冷却流体连接装置的透视图；
图3示出了定子主体和冷却流体连接装置的纵向截面透视图；
图4示出了连接通道和冷却通道区域的详细图示；
图5示出了沿着定子装置的冷却通道的压力分布图；
图6示出了冷却通道中的质量流量图；
图7示出了传统定子装置中的压力分布图；
图8示出了传统定子装置中的冷却通道中的质量流量图；以及
图9示出了对应于图4的根据本发明的定子装置的第二示例性实施例的详细图示。
具体实施方式
图1是电机1的示例性实施例的横截面示意图，包括定子装置2，其具有由叠片芯形成的定子主体3和定子壳体4。电机1还具有转子5和与其旋转连接的轴6，该转子和轴可旋转地安装在定子装置2内。
图2是根据定子装置2的第一示例性实施例的定子主体3和冷却流体连接装置7的透视图。定子主体3由叠片芯形成，并且在本例中包括例如四十八个凹槽8，这些凹槽径向形成在定子主体3上的内部。为了冷却定子主体3，定子装置3具有四十八个冷却通道9a至9x，其中只有前二十四个冷却通道9a至9x在周向方向上用附图标记表示。冷却通道9a至9x沿着定子主体3在轴向方向上延伸。在本示例性实施例中，冷却通道9a至9x的数量对应于凹槽8的数量，并且冷却通道9a至9x在内部由定子主体3中的径向凹口形凹部10径向界定。冷却流体连接装置7布置在定子主体3的第一端面上，并且具有冷却流体(在本例中为油)的入口11。
图3是定子主体3和冷却流体连接装置7的纵向截面透视图。冷却流体连接装置7轴向向外地且径向地界定连接通道12，该连接通道12在周向方向上延伸，并且冷却通道9a至9x的相应轴向端部通向该连接通道12。
图4是在连接通道12和冷却通道9a区域中的详细图示，除了入口11的图示之外，其还代表其他冷却通道9b至9x的相应区域。
从图4可以看出，连接通道12比冷却通道9a或凹部10径向更向内延伸。这里，冷却通道9a和连接通道12之间的过渡是阶梯状的。连接通道12的垂直于周向方向的第一横截面积A1大于相应冷却通道9a至9x的垂直于周向方向的第二横截面积A2(见图3)的0.3倍。此外，第一横截面积A1的平方与连接通道12的内圆周U的比率是第二横截面积A2的平方与所有冷却通道9a至9x上的冷却通道9a之一的轴向长度li的比率之和的0.1倍以上。因此，用公式表示，以下适用于定子装置2的尺寸：
A1＞0.3·A2
Figure BDA0003492554370000041
再次参考图3，可以看到冷却通道9a至9x由定子壳体4的内部圆柱形侧表面13界定。冷却流体连接装置7同样与定子壳体4和端罩14一体形成。
图5是从入口11开始沿周向方向观察时沿着前二十四个冷却通道9a至9x的压力分布图。这里，以约115Pa的间隔的等值线15示出压降沿着相应的冷却通道9a至9x非常均匀地分布。
图6是从入口11开始沿周向方向观察时沿着前二十四个冷却通道9a至9x的冷却流体的质量流率qm的示意图。可以看出，冷却通道9a至9x中的质量流率彼此紧密匹配，并且仅在2.8·10-3kg·s-1和3.2·10-3kg·s-1之间波动。
上述关于压力分布和质量流率的陈述同样适用于其他二十四个冷却通道。
图7和图8对应于定子装置2’的图5和图6，定子装置2’对应于定子装置2，但其中连接通道径向向内延伸至与相应冷却通道完全相同的程度。从等值线15’可以看出，与定子装置2的情况相比，压降在冷却通道9a’至9x’上的分布明显更不均匀。从图8中可以看出，定子装置2’中的质量流率的变化(值在约2.0·10-3kg·s-1和5.2·10-3kg·s-1之间)比定子装置2的变化值大得多。
图9是对应于图4的定子装置2的第二示例性实施例的详细图示。可以看出，从连接通道9进入相应冷却通道9a至9x的过渡是轴向倾斜的，以便减少湍流和由此产生的压力损失。
以下示例性实施例可各自基于定子装置2的第一或第二示例性实施例：
根据另一示例性实施例，提供第二冷却流体连接装置，其轴向向外地且径向地界定另一连接通道，该另一连接通道在周向方向上延伸，并且冷却通道9a至9x的相应另一轴向端部通向该另一连接通道。这里，另一连接通道也比冷却通道9a至9x径向更向内延伸。因此，另一冷却流体连接装置布置在与第一端面相对的第二端面上，并且与与端罩14相对的第二端罩一体形成。所述第二端罩布置在定子壳体4内，并在第二端面处轴向封闭定子壳体4。
根据定子装置2的另一示例性实施例，冷却通道9a至9x由在定子壳体4中沿轴向方向延伸的径向凹部和定子主体3的圆柱形侧表面界定。根据定子装置2的另一示例性实施例，冷却流体连接装置7配置为附接到定子主体3的附接部件，或者由叠片定子芯的多个端部叠片形成。

Claims (15)

1.一种用于电机(1)的定子装置(2)，包括定子主体(3)和多个冷却通道(9a-9x)，所述冷却通道设计成冷却定子主体(3)并且沿着定子主体(3)在轴向方向上延伸，
其特征在于，
冷却流体连接装置(7)，其轴向向外地且径向地界定周向延伸的连接通道(12)，冷却通道的相应轴向端部通向所述连接通道，并且所述连接通道比冷却通道(9a-9x)径向更向内延伸。
2.如权利要求1所述的定子装置，其中，
所述连接通道(12)具有垂直于周向方向的第一横截面积(A1)，并且相应的冷却通道(9a-9x)具有垂直于周向方向的第二横截面积(A2)。
3.如权利要求2所述的定子装置，其中，
所述第一横截面积(A1)是所述第二横截面积(A2)的至少0.3倍。
4.如权利要求2或3所述的定子装置，其中，
所述第一横截面积(A1)的平方与所述连接通道(12)的内圆周的比率是所述第二横截面积(A2)的平方与所有冷却通道(9a-9x)上的冷却通道(9a)的轴向长度的比率之和的至少0.1倍。
5.如前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中，
所述冷却通道(9a-9x)中的一个和所述连接通道(12)之间的相应过渡在轴向方向上呈阶梯状或倾斜。
6.如前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中，
垂直于轴向方向的冷却通道(9a-9x)的横截面积是凹口形的。
7.如前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中，
所述冷却通道(9a-9x)的数量为至少八个，优选至少二十四个，特别优选至少四十八个。
8.如前述权利要求中任一项所述的定子装置，还包括：
容纳所述定子主体(3)的定子壳体(4)，其中，所述冷却通道(9a-9x)形成在定子主体(3)和定子壳体(4)之间。
9.如权利要求8所述的定子装置，其中，
所述冷却通道(9a-9x)由以下界定：
-在所述定子主体(3)中沿轴向方向延伸的径向凹部(10)和所述定子壳体(4)的圆柱形侧表面(13)，或者
-在定子壳体(4)中沿轴向方向延伸的径向凹部(10)和定子主体(3)的圆柱形侧表面。
10.如权利要求8或9所述的定子装置，其中，
所述冷却流体连接装置(7)与定子壳体(4)一体形成。
11.如前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中，
所述冷却流体连接装置(7)与定子装置(2)的端罩(14)一体形成。
12.如权利要求1至9中任一项所述的定子装置，其中，
所述冷却流体连接装置(7)配置为附接到所述定子主体(3)的附接部件，或者由叠片定子芯的多个端部叠片配置。
13.如前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中，
所述冷却流体连接装置具有入口(11)，该入口特别径向向外。
14.如前述权利要求中任一项所述的定子装置，还包括：
另一冷却流体连接装置，其轴向向外地且径向地界定周向延伸的另一连接通道，所述冷却通道(9a-9x)的相应另一轴向端部通向该另一连接通道，并且该另一连接通道比冷却通道(9a-9x)径向更向内延伸。
15.一种电机(1)，包括如前述权利要求中任一项所述的定子装置(2)和布置在定子装置(2)内的转子(5)。
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