CN114503408B - 具有集成的冷却系统的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有集成的冷却系统的电机(40)，所述电机具有：壳体部段(42a)；定子(43)，所述定子关于所述壳体部段(42a)固定并且具有定子芯(44)，在所述定子芯上固定有定子绕组，所述定子绕组在所述定子芯(44)的端侧上形成缠绕头(45)；转子(47)，所述转子关于所述定子(43)可转动地支承；用于冷却所述定子(43)的冷却系统，其中所述冷却系统包括至少一个流体通道(FL)，所述流体通道沿着所述定子(43)的环周部段(44a)延伸，并且冷却流体能够引导穿过所述流体通道。所述电机(40)应关于所述冷却功率和制造成本和安装耗费进行改进。这如下实现：在所述定子芯(44)的外环周区域(44a)中引入刚好一个轴向伸展的流体通道(FL1)，所述流体通道通入设置在所述缠绕头(45)的区域中的在两侧上径向伸展的流体通道(71、71’)，其中所述径向伸展的流体通道(71、71’)分别通过环形元件(70、70’)形成和/或限界，并且其中穿通狭缝和/或通孔(73、84)至少在环周的部段上引入所述环形元件(70、70’)中，所述穿通狭缝和/或通孔引起将所述冷却流体均匀地输送到所述缠绕头(45)的外环周区域上，以进行冷却。

Description

具有集成的冷却系统的电机

技术领域

本发明涉及一种具有集成的冷却系统的电机。

背景技术

具有常规的驱动器(意即具有内燃机)的机动车的大部分的能量需求归因于在传动系中的损耗。给传动系扩展电机能够实现电机和内燃机的混合运行，并且通过不同的运行模式，如回收、增压、电动行驶和启动/停止控制有助于整体效率提高。

电机将电能转换为机械能和相反地转换。在机动车中使用三相电机。所述三相电机由定子(静止的部分)和转子/旋转件(旋转的部分)构成。机械能通过转子传递。

在电机运行时，尤其在定子中产生大量热量。为了提高电机的效率和使用寿命，所述电极通常具有冷却装置。

例如从DE 10 2008 001 621 A1中已知一种具有集成的冷却装置的电机。在该处描述的电机具有冷却装置，所述冷却装置具有在壳体壁中伸展的冷却通道，其中冷却剂经由冷却剂喷射装置喷射到定子的端侧上。

集成在混合传动系中的电机在位置上能够靠近变速器的机械组件安装，尤其安装在共同的变速器壳体中。在变速器壳体中包含附加的机组，例如还有电动机的这种变速器被称为所谓的“混合变速器”。在混合变速器的情况下尤其成问题的是：可用的结构空间很小。

在混合变速器的情况下已知下述实施形式，其中电机具有敞开的壳体。所谓的轴承端盖形成侧面的壳体盖并且与转子轴正交地设置。定子的叠片组在此通过设置在轴承端盖之间的拉杆固定。

为了润滑和冷却混合变速器的组件，如电机和构成为双离合器变速器的变速器，已知的是，在变速器壳体内部中构成油循环回路。在此，油被收集在通常在安装方位中在底部设置在变速器壳体中的油槽中，并且从该处被引导至组件，例如引导至变速器的安装的离合器和电机(油槽冷却)。电机的转子轴在此构成为具有钻孔的空心轴，其中油相应地被泵送到钻孔中。从钻孔开始，冷却油通过离心力被抛到电机的定子绕组的内侧上，并因此实现冷却。

在以高电压技术使用电机时，定子的叠片组的外径几乎对应于轴承端盖的外径。在混合变速器中，由于在结构空间受限的情况下在定子的叠片组和电机的可实现的外径之间的径向间隙很小，尤其在高伏特应用的情况下，经由冷却套进行冷却的替选的实施形式是不可行的，所述冷却套构成为具有封闭的壳体的电机的柱形壳体壁部。

从DE 10 2012 022 452 B4和DE 10 2012 017 293 A1中已知定子的冷却的其它实施形式。

为了冷却，在DE 10 2012 022 452 B4中在定子的外环周的区域中设置有大量冷却通道。冷却通道相互连接，以形成曲折式布置。曲折式布置并联地连接到流体供应装置上并且被冷却流体穿流。

在DE 10 2012 017 293 A1中，电机构成有柱形壳体部段。在该壳体部段内设置有定子，所述定子与壳体部段刚性地连接。定子具有定子芯，在所述定子芯上构成有多个定子绕组。定子冷却装置经由设置在定子芯和壳体部段之间的多个冷却通道形成。为此，定子芯作为定子叠片组由大量定子叠片组成。在该实施形式中不利的尤其在于高的耗费。在制造叠片组时，许多不同的定子叠片必须彼此相对指向地组装，这意味着高的成本和安装耗费。在两侧冷却定子的缠绕头不能均匀地实现，并因此是不足的。

从US2019/0006914 A1中已知缠绕头的均匀冷却。在该冷却装置中，冷却流体经由轴向地设置在电机的柱形壳体中的流体通道引导至开槽的环形盘，所述环形盘于是引起冷却流体径向地从外部均匀地分布到缠绕头上。

DE 197 49 108C1公开了一种具有冷却装置和无壳体的定子的电动机。定子设有冷却槽，冷却管设置在所述冷却槽中。冷却管通过导热的塑料与定子叠片组和缠绕头连接。

此外，从WO 2019/091 351A1中已知电动机的冷却装置。在此，用于冷却定子的冷却系统包括沿着定子的环周部段延伸的多个冷却通道。冷却流体被引导穿过冷却通道，所述冷却流体通入设置在缠绕头两侧的流体通道中。流体通道构成有通孔，以用于将冷却流体均匀地分布到缠绕头上。

发明内容

因此，本发明的目的是，改进一种具有冷却系统的电机，尤其是用于车辆的混合传动系的电机，使得能够实现定子的有效冷却以及尤其是缠绕头的均匀冷却，其中电机在结构尺寸方面应尽可能紧凑地构造。此外，电机的制造和安装耗费应是很低的。

本发明通过具有实施例中说明的特征的电机实现了所述目的。

通过根据本发明的实施方案，对于电机的改进的冷却是可行的，这通过缠绕头和贴靠到缠绕头上的叠片组的最佳冷却来实现。尤其，在径向方向上不需要另外的结构空间来构成冷却装置。

这通过如下方式实现：在叠片组中在外环周上构成刚好一个槽状的留空部，在所述留空部中构成流体管路。所述流体管路用于将冷却流体输送至在两侧上轴向构成的径向环绕的流体通道和环形元件，所述环形元件具有通孔/狭缝来将冷却流体均匀分布。

在一个优选的实施形式中，流体管路借助于插入槽状的留空部中的管状元件构成。在该实施形式中，冷却流体在插入的管状元件中流动。

为了将冷却流体均匀分布到两个缠绕头上，管状元件设有沿轴向方向观察居中地引入的冷却流体供应开口。

根据本发明，流体通道经由设置和构成环形元件形成。径向环绕的流体通道经由具有减小的外径的一个或多个定子叠片形成。

有利地，通孔/狭缝均匀地分布到环形元件的整个环周上。

本发明的有利的设计方案在示例性实施例中给出。

在本发明的意义上，轴向表示沿旋转轴线的方向伸展，径向表示与旋转轴线正交地伸展。从内向外伸展表示从马达轴的旋转轴线开始径向向外伸展的方向。从外向内伸展表示从壳体开始径向向内朝向旋转轴线伸展的方向。

附图说明

下面借助在附图中示意性地示出的实施例描述本发明。

附图示出：

图1示出机动车的具有混合变速器的传动系；

图2以示意性剖视图示出在不是根据本发明的实施形式中的电机的局部；

图3以示意图示出根据图2的电机的具有绘出的冷却流体引导装置的局部。

图4示出在不是根据本发明的实施形式中的电机的转子和定子的立体图；

图5示出具有插入的管状元件的转子和定子的部分立体图，所述管状元件用于将冷却流体分布到定子的端侧上；

图6示出经由管状元件将冷却流体输送至在第一缠绕头的区域中的管状元件的细节的放大的立体剖视图；

图7示出作为单个部件的管状元件的立体图；

图8以示意性剖视图示出在第二实施形式中的电机的局部；

图9以示意图示出根据图8的电机的具有绘出的冷却流体引导装置的局部；

图10示出具有环形元件的定子和转子的端侧的轴向视图；

图11示出按照根据本发明的实施形式的具有用于分配冷却流体的轴向槽、径向通道和环形元件的定子的放大的立体视图；

图12示出具有插入的环形元件的根据图11的定子的立体的部分视图；

图13示出通过管状元件、环形通道和环形元件将冷却流体输送至缠绕头的放大的细节剖视图；

图14示出穿过在管状元件的区域中的定子和转子的横截面视图；和

图15示出穿过在环形元件的区域中的定子和转子的横截面视图。

具体实施方式

在图1中以示意图示出了车辆的具有混合变速器1的传动系10。根据图1的传动系10包含驱动马达VM，例如呈内燃机形式的驱动马达，所述驱动马达从能量储存器如燃料箱13来供应。此外，传动系10包含双离合器变速器14，其输出侧与差速器16连接。所述差速器16将驱动功率分配到左侧和右侧的受驱动的轮18L、18R上。双离合器变速器14包含第二摩擦离合器20以及第二部分变速器TG2。所述第二部分变速器TG2例如包含变速器挡位N、2、4、6、R，所述变速器挡位能够借助于示意性示出的换档离合器24接合和分离。第二摩擦离合器20和第二部分变速器TG2形成用于将功率从驱动马达VM传递至差速器16的第二功率传递路径26。双离合变速器14还包含第一摩擦离合器30以及第一部分变速器TG1。第一部分变速器TG1例如包含奇数变速器档位N、1、3、5、7等，所述奇数变速器挡位能够借助于相关联的换挡离合器31接合和分离。第一摩擦离合器30和第一部分变速器TG1形成用于将驱动功率从驱动马达VM传递至差速器16的第一功率传递路径36。第一和第二摩擦离合器30、20彼此同心地设置。

此外，传动系10包含电机40，所述电机与用于操控和能量供应的装置41连接。装置41例如能够包含具有变流器以及电池的功率电子设备。可能也能够集成变速器控制装置。在作为插电式混合的实施方案中，电池构成为高压电池，并且能够经由外部电流源充电。电机EM 40例如借助于正齿轮组等牢固地连接到第二部分变速器TG2上。

对变速器和电机40(电动马达)的控制经由换流器进行。所示出的装置仅是一种可行的实施例。

电机40将电能转换为机械能并且相反地转换。在机动车中使用三相电机。如下文中详细描述的那样，所述三相电机由容纳在壳体中的定子(静止的部分)和转子(旋转的部分)构成。该基本结构对于本领域技术人员而言是已知的，并进而不描述所有细节。

在图2-7中示出电机40的不根据本发明的实施例。在经由壳体部段42a形成的敞开的壳体42中，电机40具有位置固定地设置的定片或带有定子芯44的定子43，多个定子绕组构成在所述定片或定子上。定子43的定子芯44在侧向从电绕组(定子绕组)的缠绕头45突出。缠绕头45具有内环周面52和外环周面53。

定子芯44由多个定子叠片组成为定子叠片组44b，如其从现有技术中已知的那样。定子芯44具有直径为D1的外侧表面44a和直径为D2的内侧表面44b。

转子47在径向上设置在定子43内部，所述转子可转动地支承在壳体42上。

转子47例如构成为转子叠片组并且包括多个转子叠片。此外，转子47包括马达轴46，转子47抗扭地设置在所述马达轴上。马达轴46具有纵向轴线或旋转轴线R。

盖状的轴承端盖49分别设置在马达轴46的两侧上，所述轴承端盖作为壳体部段42a形成敞开的壳体42并且沿轴向方向对电机40限界。两个轴承端盖49与马达轴46正交地设置。在它们的径向观察位于外部的环周区域49a上，轴承端盖49具有轴向向内延伸的环绕的边缘49b。环周区域49a构成有螺纹和固定孔眼，以便将定子43容纳在轴承端盖49之间并且经由拉杆将其夹紧。这没有以绘图的方式示出。

轴承端盖49是马达壳体42的A侧和B侧的盖。马达壳体的A侧和B侧与转子轴正交。负载侧称为A侧，在电机集成到机动车的混合传动系中的情况下，未示出的变速器，例如双离合变速器14连接在电机的负载侧或马达轴上。B侧是电机的分配器侧。

马达轴46的支承经由轴承52进行，优选为滚珠轴承，所述轴承被引入马达轴46和设置在两侧上的轴承端盖49之间。为了容纳轴承52，轴承端盖49构成有环形的、轴向加宽的部段。

电机40不仅能够作为电动马达运行，而且也能够作为发电机运行，以便以这种方式产生用于对传动系10的电池充电的充电电流。

电机构成有用于冷却定子芯和尤其是缠绕头的集成的冷却系统，其在下文中根据在不根据本发明的实施形式中的图2-7的细节视图更详细的描述。

冷却系统包含轴向伸展的流体通道FL，所述流体通道在轴向伸展的槽60中伸展，所述槽形成在定子芯44的外侧表面44a中。轴向伸展的槽60经由相应制成的定子叠片形成，其中在制造时除了常见的例如用于定子绕组的留空部以外，在外径D1的位置处还构成有四边形的或半圆形的留空部。在随后组装这样制造的单个定子叠片时，产生上述轴向伸展的槽60。出于简单性，没有以绘图的方式示出各个组成为定子叠片组44b的定子叠片。

适配于槽60的横截面的管状元件61接合到该轴向伸展的槽60中，所述管状元件形成轴向伸展的流体管路FL。沿轴向方向观察，管状元件在中部设有作为流体入流口62的钻孔。管状元件61的这两个敞开的相对置的端部63a、b形成流体出流口。

经由流体入流口62的流体连通没有以绘图的方式示出。所述流体连通由流体泵供应冷却流体，优选油。

此外，冷却系统包括环形元件70，所述环形元件以夹紧的方式设置在定子芯44的端部区域或端侧与轴承端盖49之间并且形成径向环绕的流体通道71。

环形元件70在图7中作为单独部分示出。这包括第一环形部段72，所述第一环形部段具有分布地设置在环周上的多个缝隙或钻孔73。环形部段72具有第一轴向端部区域以及第二轴向端部区域，所述第一轴向端部区域构成为用于紧密地贴靠于定子芯44的端侧，所述第二轴向端部区域转入径向向外伸展的第二环形部段74中。该径向向外伸展的第二环形部段74用于紧密地贴靠于轴承端盖49的环绕的边缘49b。

环绕的径向的流体通道71分别通过定子芯44的端侧、环形元件70和轴承端盖49形成。

油从流体入流口62开始引向两个流体出流口63a、63b，然后进入在两侧上构成的径向通道71中。油首先围绕流体通道71引导360度，并且均匀地通过在环形元件的环周上引入的狭缝或钻孔73流动到缠绕头45的外环周面53上，以进行冷却。

油的流动方向和分布通过箭头PF示意性地显示。

在不根据本发明的实施形式中，狭缝/钻孔不在第一环形部段72的整个环周上分布地设置，而是仅最大在180度上分布地设置。引入径向的流体通道71中的油然后首先在不具有狭缝/钻孔的部段中积聚。

在环形元件70中的狭缝/钻孔能够在制造时在叠片成形之前被引入。

在图8-15中示出根据本发明的冷却系统的一个根据本发明的实施形式，所述实施形式在下文中详细地描述。

之前已经描述的相同的部件设有相同的附图标记并且在该处不再详细描述。

与不是根据本发明的上述实施例不同，轴向的流体通道和径向的流体通道以及狭缝和钻孔通过构造和设置定子芯44的叠片组的端部侧的定子叠片形成，以用于将冷却流体均匀地分布到缠绕头45的外环周面53上。

由定子叠片拼装而成的定子叠片组44c在此包括中部部段44d和两侧的端部部段44e。冷却系统包含轴向伸展的流体通道，所述流体通道在轴向伸展的槽60中伸展，所述槽在定子叠片组44c的外侧表面44a的中部部段中形成。轴向伸展的槽60经由相应制成的定子叠片形成，其中在制造时除了常见的例如用于定子绕组的留空部以外，在外径D1处的位置上构成四边形或半圆形的留空部。在随后组装这样制造的各个定子叠片时，在中部部段44d中产生上述轴向伸展的槽60。

在制造时，将一个或多个定子叠片80轴向接合到所述中部部段44d上，所述一个或多个定子叠片具有比直径D1更小的直径D3。紧接在所述定子叠片80之后，最后在端部侧上设置有定子叠片81，所述定子叠片具有外径D1并且构成有轴向的狭缝/通孔84。狭缝/通孔引入定子叠片81的外置的边缘区域中，所述外置的边缘区域位于小于D1且大于或等于D3的直径上。

在该实施例中，环绕的径向的流体通道71’通过定子芯自身形成，更确切地说通过定子芯的中部部段44d的端侧、定子叠片80和定子叠片81形成。因此，不需要附加的其它构件来制造流体系统。径向的流体通道71’经由定子叠片81限界，所述定子叠片形成环形元件70’。

从流体入流口62开始，油通过轴向的流体通道被引导至两个流体出流口63a、63b，然后到达在两侧上构成的径向的流体管道71’中。油首先围绕流体通道71’引导360度并且均匀地通过狭缝或钻孔84流到缠绕头45的外环周面53上，以进行冷却，其中所述狭缝或钻孔轴向地引入构成为环形元件70’的定子叠片81中。

油的流动方向和分布通过箭头PF示意性地显示。

在未示出的另一实施形式中，轴向伸展的流体管路FL也能够通过轴向伸展的槽60本身形成，而不是通过单独的管状元件形成。在这种情况下，流体管路FL1借助于覆盖所述槽的长形元件以流体密封的方式封闭。

以绘图的方式仅示出定子43的具有缠绕头45和冷却系统的相关联的元件的一侧。相对置的第二侧相应地构成。

附图标记列表：

1混合变速器

10传动系

13燃料箱

14双离合器变速器

16差速器

18L左侧的受驱动的轮

18R右侧的受驱动的轮

20第二摩擦离合器

24换挡离合器

26功率传递路径

30第一摩擦离合器

31换挡离合器

36功率传递路径

40 电机

41 用于操控和能量供应的装置

42壳体

43定子

44定子芯

45缠绕头

46马达轴

47转子

49轴承端盖

60轴向伸展的槽

61管状元件

62流体入流口

63a、63b流体出流口

70、70’环形元件

71、71’径向的流体通道

80定子叠片

81定子叠片

Claims (7)

1.一种用于机动车的传动系(10)的电机(40)，所述电机具有：

·壳体部段(42a)，

·定子(43)，所述定子关于所述壳体部段(42a)固定并且具有定子芯(44)，在所述定子芯上固定有定子绕组，所述定子绕组在所述定子芯(44)的端侧上形成缠绕头(45)，

·转子(47)，所述转子抗扭地设置在马达轴(46)上，所述马达轴关于所述定子(43)可转动地支承，

·用于冷却所述定子(43)的冷却系统，其中所述冷却系统包括至少一个流体通道(FL)，所述流体通道沿着所述定子(43)的环周部段延伸，并且冷却流体能够引导穿过所述流体通道，其中

在所述定子芯(44)的外环周区域中引入轴向伸展的流体通道(FL)，所述流体通道通入设置在所述缠绕头(45)的区域中的在两侧上径向伸展的流体通道(71’)，其中所述径向伸展的流体通道(71’)分别通过环形元件(70’)形成和/或限界，并且其中穿通狭缝和/或通孔(73、84)至少在环周部段上引入所述环形元件(70’)中，所述穿通狭缝和/或通孔引起将所述冷却流体均匀地输送到所述缠绕头(45)的外环周区域上，以进行冷却，其特征在于，在所述定子芯(44)的外环周区域中引入刚好一个轴向伸展的流体通道(FL)，并且所述径向伸展的流体通道(71’)通过环形元件(70’)形成和/或限界，并且所述环形元件(70’)经由在端部侧上接合到所述定子芯(44)的外侧表面的中部部段(44d)上的定子叠片(81)形成，所述环形元件构成有穿通狭缝和/或通孔，并且所述径向伸展的流体通道(71’)经由具有相对于所述定子叠片(81)减小的外径(D3)的一个或多个另外的定子叠片(80)、定子叠片(81)和所述中部部段(44d)的端侧形成。

2.根据权利要求1所述的电机(40)，其特征在于，所述冷却流体是油。

3.根据权利要求1或2所述的电机(40)，其特征在于，所述定子芯(44)由多个定子叠片组成为定子叠片组(44b)，并且所述定子芯具有直径为D1的外侧表面。

4.根据权利要求1或2所述的电机(40)，其特征在于，所述壳体部段(42a)构成为轴承端盖(49)，所述轴承端盖在两侧上正交地设置在所述马达轴(46)上并且分别在所述轴承端盖的外环周区域(49a)上包括轴向向内延伸地环绕的边缘(49b)。

5.根据权利要求3所述的电机(40)，其特征在于，所述壳体部段(42a)构成为轴承端盖(49)，所述轴承端盖在两侧上正交地设置在所述马达轴(46)上并且分别在所述轴承端盖的外环周区域(49a)上包括轴向向内延伸地环绕的边缘(49b)。

6.根据权利要求1所述的电机(40)，其特征在于，所述轴向伸展的流体通道(FL)作为管状元件(61)在轴向伸展的槽(60)中伸展，所述槽在所述定子芯(44)的外侧表面中形成。

7.根据权利要求1所述的电机(40)，其特征在于，所述轴向伸展的流体通道(FL)通过轴向伸展的槽(60)和与所述槽相关联的盖状元件形成，所述槽在所述定子芯(44)的外侧表面中形成。