CN115336150A - 旋转电机的转子及旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转电机的转子以及一种包括该转子的旋转电机。转子(1)包括具有转子叠片(20)的铁芯，转子叠片彼此平面平行地布置成至少一个堆叠件，转子叠片(20)中的至少一个转子叠片被设计为流体传导叠片(30)并且形成具有至少一个径向方向分量的至少一个流动通道(40)，该流动通道在流体传导叠片(30)的至少一个轴向侧上敞开，并且在流体传导叠片(30)的轴向开口侧上布置有设计为密封叠片(50)的转子叠片(20)，流体传导叠片(30)的流动通道(40)借助于设计为密封叠片的转子叠片在密封叠片(50)的一侧上被大致流体紧密地密封。利用在此提出的总体上具有非常紧凑的轴向设计的转子，也可以在轴向中央区域中实现对磁体的可靠且有针对性的冷却。

Description

旋转电机的转子及旋转电机

技术领域

本发明涉及旋转电机的转子和具有该转子的旋转电机。

背景技术

永磁同步机被用于许多工业应用中，并且也越来越多地用于汽车工业中。这种永磁同步机包括要被通电的定子以及永磁转子。转子通常包括轴、平衡板、转子叠片式芯部和磁体。磁体通常固定在转子叠片式芯部中。

旋转电机的性能除了取决于其他方面之外还取决于操作期间产生的热量，因为机器的效率随着热量的增加而降低。

还已知的是，旋转电机中可能出现所谓的热点。热点是在电机的操作期间转子和/或定子中产生最多热量的区域。

通常用于使电机的转子和定子冷却的措施是：借助于冷却剂从径向内部利用离心力冷却转子，其中，冷却剂在此沿着转子的端面流动；以及借助于冷却剂从径向外部冷却定子；以及使冷却剂耗散，并且还因此使被冷却剂吸收的热量耗散。

然而，根据特定的设计条件，这种冷却可能不足以冷却最热的区域。在冷却不足的情况下，相关的电机中会发生功率损耗。

为了补偿这种功率损耗并实现所需的电机性能，通常使用更大功率的磁体，尽管这些磁体具有更昂贵且需要更多安装空间的缺点。

大量生产的永磁同步机通常经由位于转子的径向内部的横孔进行冷却，这些横孔流体连接至转子的轴向侧表面上的冷却管道。根据该构思，转子的热量主要经由侧表面耗散。因此，在该构思中，转子的轴向中央中的磁体变得最热，因为它们离散热器最远，并且这是由于热量而发生最高功率损耗的地方。

为了抵消热点在转子的轴向中央的形成，开发了利用单独的油传导叠片进行磁体冷却的构思。油经由布置在两个转子堆叠件之间的油传导叠片从轴径向传导到转子堆叠件中的横向通道中。该油传导叠片由铝或其他非磁性材料制成，以使磁通量泄漏最小化或完全避免磁通量泄漏。

利用单独的常规油传导叠片进行转子冷却具有以下缺点：

-增加了电机的轴向空间需求，

-在保持几何尺寸的同时损失了转子的有效长度，

-增加了安装工作量和对通常相对较薄的油传导叠片的复杂处理，

-由于用于附加部件的物流而产生的成本，

-由于用于生产油传导叠片的附加工具而产生的成本，

-由于使用不同的材料，叠片堆叠件的与热相关的膨胀行为不同，

-油传导叠片的定位只可能在各个叠片堆叠件或者各堆叠件之间进行，使得油传导叠片的轴向中央布置只可能在偶数个堆叠件的情况下进行。

发明内容

由此出发，本发明的目的是提供一种旋转电机的转子和配备有该转子的旋转电机，该转子在对集成磁体进行最佳冷却的情况下即使在轴向中央区域中在轴向有效长度方面也基本上没有损失。

该目的通过根据权利要求1的转子和根据权利要求10的旋转电机来实现。

在从属权利要求2至9中详细说明了转子的有利实施方式。

可以以任何在技术上有意义的方式对权利要求的特征进行组合，其中，包括本发明的补充设计的来自以下描述的说明和来自附图的特征也可能用于此目的。

在本发明的上下文中，术语“径向”和“轴向”始终指转子的旋转轴线。

本发明涉及一种旋转电机的转子，该转子包括具有转子叠片的铁芯，转子叠片彼此平面平行地布置成至少一个堆叠件，转子叠片中的至少一个转子叠片被设计为流体传导叠片并且形成具有至少一个径向方向分量的至少一个流动通道，该流动通道在流体传导叠片的至少一个轴向侧上敞开。在流体传导叠片的轴向开口侧上布置有设计为密封叠片的转子叠片，流体传导叠片的流动通道借助于设计为密封叠片的转子叠片在密封叠片的一侧上被大致流体紧密地密封。

转子叠片是相关的电机的铁芯的主要部分，其中，这些叠片可以呈叠片式的形式和呈绝缘的叠片的形式。特别地，转子叠片在其径向外部区域上设计成具有用于接纳磁体的凹穴或接纳部。

根据本发明的转子的设计使得可以将冷却流体径向传导至转子的也称为堆叠件的堆叠布置内的轴向中央位置，而不需要接受该径向油导引件的位置处的磁性能方面的显著损失。

特别地，流体传导叠片可以主要由与铁芯的其他转子叠片的材料相同的材料构成。对应地，可以设置的是，附加的转子叠片和流体传导叠片基本上具有相同的磁性能或者在其磁化能力方面具有相同的性能。

此外，密封叠片也可以主要由与铁芯的其他转子叠片的材料相同的材料构成。因此，可以设置的是，其他转子叠片和密封叠片基本上具有相同的磁性能或者在其磁化能力方面具有相同的性能。

特别地，流体传导叠片的流动通道可以设计成在两侧上轴向敞开。在这种情况下，在流体传导叠片的两侧上轴向地布置有设计为密封叠片的转子叠片，流体传导叠片的流动通道借助于设计为密封叠片的转子叠片在相关的密封叠片的一侧上被大致流体紧密地密封。该实施方式确保了相对较大的冷却流体体积流能够以最小的轴向空间需求在径向方向上传导。

在堆叠布置中，多个流体传导叠片可以彼此直接相邻地布置成一组流体传导叠片，使得流体传导叠片形成共同的流动通道，其中，在每种情况下，在该组流体传导叠片的两侧上轴向地布置有密封叠片，以用于对共同的流动通道进行轴向密封。在该实施方式中，流体传导叠片中的流动通道设计成在两侧上敞开，使得流动通道在流体传导叠片的相邻布置中彼此流体连接。该实施方式确保在并排布置的轴向位置处，较大的冷却流体体积流可以径向向外传导，并且对应地，可以实现更高的冷却能力。

流体传导叠片或一组流体传导叠片可以以堆叠布置的形式布置，使得堆叠布置的其他转子叠片布置在流体传导叠片或相关联的密封叠片的两侧上。

在替代性实施方式中，密封叠片轴向封闭相关的堆叠布置，在该堆叠布置中布置有流体传导叠片。这意味着相关联的流体传导叠片还布置在堆叠布置的轴向端部位置处。该实施方式可以特别地在两个堆叠布置在铁芯的轴向中央区域中彼此邻接时实现。

流体传导叠片可以在其中央区域中具有用于接纳转子轴的凹部，其中，流动通道在流体传导叠片的径向内侧上敞开。这意味着，流体传导叠片在径向内侧上具有至少一个中断部或开口，冷却流体可以从波导件沿径向方向通过该中断部或开口流动到流体传导叠片的流动通道中，冷却流体可以从该流动通道在转子的磁体的方向上、沿径向方向进一步向外传导。

该流体流由旋转电机的操作期间产生的离心力支承。特别地，可以存在分布在流体传导叠片的径向内侧上的圆周上的多个这样的开口或接合部，这些开口或接合部通向多个流动通道。

密封叠片还可以在其中央区域中具有用于接纳转子轴的凹部，其中，密封叠片的凹部的轮廓设计成形成扭矩传递，该扭矩传递以形状配合的方式作用于穿过或要穿过凹部的轴。特别地，凹部的轮廓可以设计成具有径向向内延伸的用于接合在轴的凹槽中的凸耳，该凹槽设计成在形状和大小方面互补。

同样，堆叠布置或铁芯的其他转子叠片可以在其相应的凹部处设计成具有对应于密封叠片的轮廓或者具有径向向内延伸的用于接合在轴的凹槽中的凸耳，其中，该凹部设计成用于通过转子轴，该凹槽设计成在形状和大小方面互补。

相应的流体传导叠片也可以具有这种轮廓，然而，该轮廓可以被相应的流动通道的接合部中断。在这种情况下，轮廓仅用于在轴或附加转子叠片的旋转运动中带动流体传导叠片。

流体传导叠片中的相应流动通道可以通向轴向出口，通过流动通道传导的流体可以从该轴向出口轴向输出到流体传导叠片之外。在两侧上轴向敞开的设计中，流动通道对应地通向窗口，该窗口特别地沿径向方向界定流动通道，使得流体在该径向位置处被迫使从流体传导叠片轴向离开。

特别地，在这方面，流动通道可以形成至少一个分支，使得该流动通道具有以至少一个方向分量径向延伸的多个子通道。

流动通道最初可以从径向内部轮廓处的接合部开始沿径向方向延伸，并且大致在流体传导叠片的径向中央区域中形成分支并且因此形成两个子通道。这两个子通道可以从分支沿流体传导叠片的径向外侧的方向以与径向方向成一角度地延伸，在分支处，两个子通道各自通向轴向出口。这种流动通道大致形成Y形。

转子可以设计成使得堆叠布置的转子叠片形成至少一个轴向流动通道，该轴向流动通道在其纵向延伸的方向上大致平行于转子的旋转轴线延伸，并且该轴向流动通道流体连接至相应的流体传导叠片的相应流动通道。特别地，可以设置的是，流体传导叠片中的轴向出口是轴向流动通道的组成部分。

在有利的实施方式中，密封叠片和其他转子叠片在与流体传导叠片的轴向出口相同的径向位置和相同的周向位置中也具有轴向贯通开口或窗口，使得密封叠片或其他转子叠片中的这些窗口也是轴向流动通道的组成部分。

冷却流体可以通过该轴向流动通道非常紧密地传导至转子的径向外侧，该轴向流动通道位于远离径向外侧的位置，并且在旋转电机的操作期间产生的热量可以经由对流被有效地吸收和耗散。

然而，在这种情况下，转子的有效长度不受限制，因为相应的流体传导叠片和相应的密封叠片都有效地用作转子叠片。

本发明的另一方面是一种旋转电机，该旋转电机包括根据本发明的转子。

附图说明

下面参照示出了优选实施方式的附图针对相关技术背景对上面描述的本发明进行详细说明。本发明决不受限于纯示意性附图，其中，应当注意的是，附图中所示的示例性实施方式不限于示出的尺寸。在附图中：

图1：以侧视图(上部局部视图)并以截面图(下部局部视图)示出了根据本发明的转子，

图2：示出了转子的转子叠片，

图3：示出了转子的流体传导叠片，

图4：示出了转子的密封叠片，以及

图5：示出了根据本发明的转子的截面图的细节。

具体实施方式

如从图1中可以看出的，转子1包括多个转子叠片20，转子叠片彼此平行布置并且以堆叠布置10的形式布置在共用的旋转轴线2上。

旋转轴线2的下方示出的视图示出了转子叠片20一起形成轴向流动通道12。在还可以被称为堆叠件的堆叠布置10内布置有常规的转子叠片20以及至少一个流体传导叠片30，该流体传导叠片被密封叠片50轴向密封。

如图2所示，堆叠布置10基本上或主要由转子叠片20形成。在这种情况下，图2表示了所谓的另一转子叠片，该另一转子叠片形成叠片式芯部的主要部分。

这些其他的转子叠片20在其相应的径向外侧上包括多个凹穴21，该凹穴用于磁体的形状配合布置，以形成相应的转子。在径向中央区域中，相应的转子叠片20具有规则分布在圆周上的大致三角形的切口22，这些切口特别地用于减轻质量，并且因此也减少了通过切口形成的叠片式芯部的质量惯性矩。在径向中央区域中，转子叠片20具有凹部23，该凹部在这种情况下是大致圆形的。此外，转子叠片20具有两个径向向内延伸的凸耳24，凸耳设计成接合在此处未示出的转子轴的互补设计的凹槽中。

图3示出了流体传导叠片30。该流体传导叠片30包括多个流动通道40，流动通道在流体传导叠片30的径向内侧上形成开口41。这些开口用于将冷却流体引入到流动通道40中，该冷却流体在此处未示出的转子轴的被引导穿过凹部23的轴导引件中传导。在此示出的实施方式中，相应的流动通道40也具有分支43，使得第一子通道44和第二子通道45连接至从开口41开始的相关流动通道40的一部段，并且流动通道40总体上具有大致Y形。两个子通道44、45各自终止于轴向出口42，轴向出口在此被设计为窗口并且在流体传导叠片30上径向相对远地定位在外侧。在此示出的实施方式中，这些轴向出口42紧邻凹穴21，凹穴用于接纳转子的磁体。对应地，冷却流体可以从中央轴经由开口41传导到流动通道40中，并且从流动通道传导至轴向出口42，其中，轴向出口42是图1所示的轴向流动通道12的组成部分或者流体连接至该轴向流动通道12。

在此示出的实施方式中，相应的流动通道40被设计为轴向穿过流体传导叠片30的凹部。

因此，流体传导叠片30是特别设计的转子叠片20，并且优选地由与堆叠布置10的剩余或其他转子叠片20的材料相同的材料制成。因此，可以设置的是，流体传导叠片30也由可磁化材料制成。

为了确保流动通道40中的冷却流体仅沿径向方向或以径向分量传导通过子通道44、45，设置了密封叠片50以覆盖相应的流动通道40。图4中示出了这种密封叠片50。可以看出，该密封叠片50还具有用于接纳转子的磁体的凹穴21。还可以看出，密封叠片50在径向区域中是封闭的，在该径向区域中，流动通道40形成在流体传导叠片30中。这确保了当密封叠片50搁置在流体传导叠片30的一侧上时，相关的流动通道40在该侧上沿轴向方向以流体紧密的方式封闭，特别是当在流体传导叠片30上存在来自相关的密封叠片50的轴向作用接触压力时，相关的流动通道在该侧上沿轴向方向以流体密封的方式封闭。

流体传导叠片30以及密封叠片50在其径向内部轮廓上也具有凸耳24，其中，密封叠片50上的凸耳24用于将扭矩从密封叠片传递至轴，密封叠片也用作转子叠片。流体传导叠片30上的凸耳24主要用于在轴的旋转运动中带动流体传导叠片30。

然而，本发明不限于在每种情况下轴向布置在流体传导叠片30的两侧上的密封叠片50。与此不同，还可以设置的是——如图5所示——多个流体传导叠片30形成一组11流体传导叠片30，其中，流体传导叠片30在此直接抵靠彼此搁置。在这种情况下，只有该组11流体传导叠片30的轴向外侧被密封叠片50覆盖。

转子叠片20和密封叠片50都具有位于流体传导叠片30的轴向出口42的径向位置和角位置处的窗口60，使得在所有转子叠片20的直接并排布置中，这些窗口60与轴向出口42一起形成轴向流动通道12，其中，所有转子叠片也包括流体传导叠片30和相应的密封叠片50。

利用在此提出的总体上具有非常紧凑的轴向设计的转子，也可以在轴向中央区域中实现对磁体的可靠且有针对性的冷却。

附图标记说明

1 转子

2 旋转轴线

10 堆叠布置

11 一组流体传导叠片

12 轴向流动通道

20 转子叠片

21 凹穴

22 切口

23 凹部

24 凸耳

30 流体传导叠片

40 流动通道

41 开口

42 轴向出口

43 分支

44 第一子通道

45 第二子通道

50 密封叠片

60 轴向流动通道的窗口。

Claims (10)

1.一种旋转电机的转子(1)，所述转子包括具有转子叠片(20)的铁芯，所述转子叠片彼此平面平行地布置成至少一个堆叠件，所述转子叠片(20)中的至少一个转子叠片被设计为流体传导叠片(30)并且形成具有至少一个径向方向分量的至少一个流动通道(40)，所述流动通道在所述流体传导叠片(30)的至少一个轴向侧上敞开，并且在所述流体传导叠片(30)的轴向开口侧上布置有设计为密封叠片(50)的转子叠片(20)，所述流体传导叠片(30)的所述流动通道(40)借助于设计为密封叠片的转子叠片在所述密封叠片(50)的一侧上被大致流体紧密地密封。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述流体传导叠片(30)主要由与所述铁芯的其他转子叠片(20)的材料相同的材料构成。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述密封叠片(50)主要由与所述铁芯的其他转子叠片(20)的材料相同的材料构成。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述流体传导叠片(30)的所述流动通道(40)设计成在两侧上轴向敞开，并且在每种情况下，在所述流体传导叠片(30)的两侧上轴向地布置有设计为密封叠片(50)的转子叠片(20)，所述流体传导叠片(30)的所述流动通道(40)借助于设计为密封叠片的转子叠片在相关的所述密封叠片(50)的一侧上被大致流体紧密地密封。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子，其特征在于，多个流体传导叠片(30)以堆叠布置(10)的形式直接彼此相邻地布置成一组(11)流体传导叠片(30)，使得所述流体传导叠片形成共同的流动通道(40)，在每种情况下，在所述一组(11)流体传导叠片(30)的两侧上轴向地布置有密封叠片(50)，以用于对所述共同的流动通道(40)进行轴向密封。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述流体传导叠片(30)在所述流体传导叠片的中央区域中具有用于接纳转子轴的凹部(23)，所述流动通道(40)在所述流体传导叠片(30)的径向内侧上敞开。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述密封叠片(50)在所述密封叠片的中央区域中具有用于接纳转子轴的凹部(23)，所述密封叠片(50)的所述凹部(23)的轮廓设计成形成扭矩传递，所述扭矩传递以形状配合的方式作用于穿过或要穿过所述凹部(23)的轴。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述流体传导叠片(30)中的所述流动通道(40)通向轴向出口(42)，通过所述流动通道(40)传导的流体能够从所述轴向出口轴向输出到所述流体传导叠片(30)之外。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，堆叠布置的所述转子叠片(20)形成至少一个轴向流动通道(12)，所述轴向流动通道在所述轴向流动通道的纵向延伸的方向上大致平行于所述转子的旋转轴线(2)延伸，并且所述轴向流动通道流体连接至相应的流体传导叠片(30)的相应流动通道(40)。

10.一种旋转电机，包括根据权利要求1至9中的任一项所述的转子。

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