CN116155030A - 电机和用于运行所述电机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机(10)，具有转子(11)，其包括转子轴(12)和转子叠片组(13)；定子(14)，其包括具有凹部(17)的定子叠片组(15)和设置在定子叠片组的凹部中的定子绕组(18)，容纳定子绕组的凹部能被冷却剂流过，使得定子绕组能被冷却剂直接冷却，其中通道(23)与容纳定子绕组的凹部相距一距离地设置于定子叠片组中，所述通道能被冷却剂流过，使得定子绕组能被流过通道的冷却剂间接冷却；装置(25)，借助它根据电机的运行点能将通过容纳定子绕组的凹部的和通过通道的冷却剂流动调设成，使得在第一运行点，冷却剂仅能引导通过容纳定子绕组的凹部，并且在第二运行点，冷却剂至少能引导通过通道。本发明还涉及一种用于运行电机的方法。

Description

电机和用于运行所述电机的方法
技术领域
本发明涉及一种电机。本发明还涉及一种用于运行电机的方法。
背景技术
电机的基本设计在实践中是已知的。因此电机包括也称为静止件的定子和也称为转动件的转子。
DE 10 2017 102 141 A1公开了包括转子和定子的一种电机。在转子和定子之间有气隙。其中容纳定子绕组的凹部配置在定子中。定子绕组可以通过直接在定子绕组周围流动的冷却剂来冷却。为了防止冷却剂经由在定子和转子之间形成的气隙从定子沿定子的方向流动，在定子和转子之间设置套筒状的密封装置。
DE 10 2019 131 069 A1公开了包括转子和定子的另一种电机。容纳定子绕组的凹部再次配置在定子的定子叠片组中。冷却剂可以流过的通道在定子叠片组中与容纳定子绕组的所述凹部相距一定距离配置。流过这些通道的冷却剂不会直接在定子绕组周围流动。流过通道的该冷却剂而是导致定子绕组的间接冷却。在容纳定子绕组并且在周向上彼此相邻的两个凹部之间，存在冷却剂流过的至少一个冷却通道，在周向上看，所述冷却通道与容纳定子绕组的凹部具有限定的距离。
DE 10 2011 056 007 A1公开了包括转子和定子的另一种电机。定子包括具有凹部的定子叠片组，定子绕组再次设置在所述凹部中。此外，用于冷却剂的通道在定子叠片组中与容纳定子绕组的所述凹部相距一定距离，具体地相距一定径向距离配置。
DE 10 2016 222 331 A1公开了包括定子和转子的一种电机，其中，除了用于容纳定子绕组的凹部之外，用于冷却剂的通道在定子叠片组中与所述凹部相距一定距离配置。
DE 10 2005 000 642 A1和WO 2019/238 365A1公开了其他电机。
需要具有改善定子冷却的电机。特别需要通过改善电机定子的冷却来增加电机的连续功率密度。
发明内容
本发明的目的是创造一种具有改善定子冷却的新型电机和一种用于运行电机的方法。
该目的通过本发明的电机实现。
根据本发明的电机具有转子和定子，所述转子包括转子轴和转子叠片组，所述定子包括具有凹部的定子叠片组和设置在定子叠片组的凹部中的定子绕组。
冷却剂可以以这样的方式流过容纳定子绕组的凹部，使得定子绕组可以由流过所述凹部的冷却剂直接冷却。
通道在定子叠片组中与容纳定子绕组的凹部相距一定距离配置，冷却剂可以这样的方式流过所述通道，使得定子绕组可以由流过所述通道的冷却剂间接冷却。
根据本发明的电机还包括装置，借助所述装置，可以根据电机的运行点以这样的方式调设通过容纳定子绕组的凹部的和通过通道的冷却剂流动，使得在第一运行点，冷却剂仅可以通过容纳定子绕组的凹部被引导，并且在第二运行点，冷却剂至少可以通过通道被引导。
根据本发明的电机使用两个不同的冷却剂流动路径来冷却定子的定子绕组。因此冷却剂既可以经由容纳定子绕组的凹部被引导以直接冷却定子绕组，也可以经由与容纳定子绕组的凹部间隔开的用于冷却剂的单独通道被引导以间接冷却定子绕组。
为了限定、确定或影响冷却剂通过容纳定子绕组的凹部和/或通过在定子的定子叠片组中与所述凹部相距一定距离配置的通道的流动路径，电机包括装置，借助于所述装置，可以根据电机的运行点调设通过凹部和通过通道的冷却剂流动。
在第一运行点，冷却剂仅流过容纳定子绕组的凹部。在第二运行点，冷却剂至少可以通过冷却剂通道被引导。这允许电机的定子的特别有效冷却和连续功率密度的有利增加。
第一运行点优选是在电机的实际速度下电机的实际扭矩大于阈值所处的运行点。第二运行点是在电机的实际速度下电机的实际扭矩小于阈值所处的运行点。因此，第一运行点是电机在较高负载下运行的运行点。这些是在电机的相应实际速度下由电机提供的实际扭矩大于阈值、优选地大于在所述实际速度下可以提供的最大扭矩的限定百分比的运行点。第二运行点是负载较低的运行点，即在电机的实际速度下由电机提供的实际扭矩小于阈值所处的运行点。
根据本发明的第一变型，在第二运行点，冷却剂的第一部分可以通过通道被引导并且冷却剂的第二部分可以通过凹部被引导，其中冷却剂的第一部分大于冷却剂的第二部分。在该第一变型中，可以根据电机的运行点调设冷却剂流动所借助的装置优选地包括能够被驱动进行旋转的孔环(Blendring)，所述孔环在第一运行点阻塞通道并且在第二运行点释放阻塞通道。通道和凹部然后优选地使用共同的冷却剂入口并且优选地还使用共同的冷却剂出口。
本发明的该第一变型结构简单并且因此是优选的。在该第一变型中，进一步优选的是，无论用于冷却剂的相应流动路径如何，冷却剂总是围绕定子绕组的绕组头流动。
孔环优选地设置在通道的冷却剂流动入口侧端部上。然后，当孔环设置在通道的流动入口侧端部并在第一运行点阻塞冷却剂通道时，孔环处的压力梯度导致在第一运行点阻塞的通道被密封，具体地通过将孔环压靠在定子叠片组的流动入口侧端部上被密封。
根据本发明的第二变型，在第二运行点，冷却剂仅可以通过通道被引导。在该第二变型中，可以根据电机的运行点调设冷却剂流动所借助的装置优选地包括至少一个阀，所述阀在第一运行点仅经由凹部引导冷却剂并且在第二运行点仅经由通道引导冷却剂。通道和凹部然后优选地使用单独的冷却剂入口并且优选地使用共同的冷却剂出口。
本发明的第二变型还允许根据运行点来调设冷却剂流动。然而，由于在该变型中通道和凹部使用单独的冷却剂入口，因此该变型不能确保在第二运行点围绕定子叠片组的冷却剂入口侧端处的定子绕组的绕组头的流动。
还提出一种用于运行电机的方法，其中在第一运行点，将冷却剂引导仅通过凹部，在第二运行点，将冷却剂引导至少通过通道(23)。
附图说明
本发明的优选进一步改进将从从属权利要求和以下描述中显现。将参照附图更详细地解释本发明的设计示例，但不限于此。附图示出：
图1是在截面的轴向方向上通过第一电机的横截面；
图2是图1的横截面II-II；
图3是图1的横截面III-III；
图4是在截面的轴向方向上通过第二电机的横截面。
具体实施方式
图1示出了通过电机10的示意性横截面。电机10包括转子11，其中示出了转子11的转子轴12和转子叠片组13。电机10还包括定子14。定子14包括定子叠片组15和壳体16。在转子11和定子14之间存在气隙19。
定子14的定子叠片组15包括凹部17，定子绕组18设置在所述凹部中。图2和3示出了针对凹部17中的两个设置在凹部17中的定子绕组18。定子绕组18在所述定子叠片组的轴向端处从定子叠片组15突出并且在那里形成绕组头20。
在电机10中，冷却剂可以以这样的方式流过容纳定子绕组18的凹部17，使得定子绕组18可以立即并因此直接被流过凹部17的冷却剂冷却。在图1和2中，通过容纳定子绕组18的凹部17的冷却剂流动由箭头21可视化。
为了防止流过凹部17的冷却剂在转子11的方向上流过气隙19，优选地在内侧径向固定地连接到定子叠片组15的套筒状密封元件22设置在气隙19中。该套筒状密封元件22在轴向方向上延伸超过定子叠片组15的轴向端，并且因此也相对于转子11覆盖绕组头20。
除了容纳定子绕组18的凹部17之外，通道23在定子叠片组15中与容纳定子绕组18的凹部17相距一定距离配置，由此冷却剂也可以流过这些通道23。在图1和2中，通过通道23的冷却剂流动由箭头24可视化，由此，在所示的设计示例中，通道23在定子叠片组15中与凹部17相距一定径向距离配置，具体地相对于定子叠片组15的所谓磁轭中的凹部17在外侧径向配置。如箭头24所示流过这些通道23的冷却剂用于间接冷却定子绕组18。因此流过通道23的冷却剂不会直接围绕定子绕组18流动。
电机10包括装置25，借助所述装置，可以根据电机10的运行点来调设通过容纳定子绕组18的凹部17和通过通道23的冷却剂流动。
该装置25可以用于以这样的方式调设冷却剂流动，使得在电机10的第一运行点，冷却剂仅可以通过容纳定子绕组18的凹部17被引导并因此流动，并且在电机10的第二运行点，冷却剂至少可以通过冷却剂通道23被引导并且因此流动。
因此通过凹部17和通道23的冷却剂流动可以根据电机10的运行点以限定的方式来调设，以便确保电机10的定子14的特别有利的冷却并因此增加电机10的连续功率密度。
电机10的第一运行点(其中冷却剂仅流过容纳定子绕组18的凹部17)是在所述电机的相应运行点的实际速度下电机10的实际扭矩大于阈值、优选大于能够在相应运行点的实际速度下提供的电机10的最大扭矩的限定百分比的运行点。
其中冷却剂至少可以通过冷却剂通道23被引导的电机10的第二运行点是在所述电机的相应运行点的实际速度下电机10的实际扭矩小于阈值所处的、电机10的运行点。
例如，阈值可以是在所述电机的实际速度下可以由该电机10提供的最大扭矩的75％或80％。
图1至3示出了电机10的设计示例，其中在第二运行点，冷却剂的第一部分可以通过通道23被引导并且冷却剂的第二部分可以通过凹部17被引导，由此流过通道23的冷却剂的第一部分大于流过凹部17的冷却剂的第二部分。在图1至3的设计示例中，可以根据电机10的运行点来调设通过凹部17和通道23的冷却剂流动所借助的装置25包括能够被驱动进行旋转的孔环26。
在电机10的第一运行点，装置25的孔环26阻塞通道23，使得冷却剂然后在电机10的第一运行点仅流过容纳定子绕组18的凹部17。在第二运行点，孔环26释放阻塞通道23。在这些第二运行点，冷却剂然后可以流过通道23和凹部17两者，然而由此在第二运行点由于通道23中的流动阻力显着降低，冷却剂的明显更大部分流过通道23。
孔环26设置在定子叠片组15和因此配置在定子叠片组15中的通道23的冷却剂流动入口侧端部上。然后，当孔环26在第一运行点阻塞通道23时，由于主要的压力梯度，所述环被压靠在定子叠片组15的端部上，这有利地密封通道23。
在图1至3的设计示例中，容纳定子绕组18的凹部17和通道23都使用配置在定子14的壳体16上的共同的冷却剂入口27和共同的冷却剂出口28。
图1至图3的设计示例具有的优点是，无论电机10的运行点如何，因此无论冷却剂使用的流动路径如何，冷却剂总是可以围绕从定子叠片组15在其轴向端处突出的绕组头20流动以冷却所述绕组头20。这尤其适用于在冷的冷却剂围绕其流动的定子叠片组18的冷却剂流动入口侧端部上从凹部17突出的绕组头20。
图4示出了根据本发明的电机10的设计示例，其中在电机10的第二运行点，冷却剂可以在流动方向24上仅通过通道23被引导。在图4的设计示例中，可以根据电机10的运行点来调设冷却剂流动所借助的装置25包括至少一个阀29a、29b。在第一运行点，阀29a打开而阀29b关闭。在图4的电机10的第二运行点，阀29a关闭而阀29b打开。因此，在图4中，在第一运行点，冷却剂在流动方向21上仅流过容纳定子绕组18的凹部17，并且在第二运行点，冷却剂在流动方向24上仅流过通道23。
在图4的设计示例中，通道23和凹部17使用单独的冷却剂入口27a、27b。因此在图4中在定子叠片组15的冷却剂流动入口侧端部上从凹部17突出的绕组头20仅在冷却剂流过容纳定子绕组18的凹部17时被冷却。然而，在冷却剂流动出口侧端处从定子叠片组15突出的绕组头20可以在所有运行点使冷却剂围绕其流动。
根据本发明的电机10因此使用具有用于冷却剂的不同流动路径的定子冷却系统，根据电机10的运行点使用所述流动路径。借助装置25，优选地经由能够被移动进行旋转的孔环26控制或影响冷却剂流动。
在电机10的负载高的电机10的第一运行点，冷却仅通过冷却剂围绕定子绕组18的直接流动进行。
在具有低负载的电机10的第二运行点处，冷却剂至少大部分流过通道23。冷却剂泵在第二运行点比在第一运行点需要更少的输送冷却剂的功率，原因是通道23中的压力损失小于容纳定子绕组18的凹部17中的压力损失。因此可以在第二运行点降低泵输出并且因此可以增加电动车辆的航程。在第一运行点的有效冷却可以进一步增加电机10在高负载下的连续功率密度。
本发明还涉及一种用于运行这种电机10的方法。该方法规定，在电机10的第一运行点，冷却剂仅通过容纳定子绕组18的凹部17被引导，并且在电机10的第二运行点，冷却剂至少通过通道23被引导。

Claims (10)

1.一种电机(10)，具有：
转子(11)，所述转子包括转子轴(12)和转子叠片组(13)；
定子(14)，所述定子包括具有凹部(17)的定子叠片组(15)和设置在所述定子叠片组(15)的凹部(17)中的定子绕组(18)，
其中容纳所述定子绕组(18)的所述凹部(17)能够被冷却剂流过，使得所述定子绕组(18)能够被冷却剂直接冷却，
其中通道(23)与容纳所述定子绕组(18)的所述凹部(17)相距一距离地设置于所述定子叠片组(15)中，所述通道能够被冷却剂流过，使得所述定子绕组(18)能够被流过所述通道(23)的冷却剂间接冷却；
装置(25)，借助所述装置根据所述电机(10)的运行点能够将通过容纳所述定子绕组(18)的所述凹部(17)的和通过所述通道(23)的冷却剂流动调设成，使得在第一运行点，冷却剂仅能够引导通过容纳所述定子绕组(18)的所述凹部(17)，并且在第二运行点，冷却剂能够至少引导通过所述通道(23)。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于
所述第一运行点是在所述电机的实际速度的情况下所述电机的实际扭矩大于阈值所处的运行点，
所述第二运行点是在所述电机的实际速度的情况下所述电机的实际扭矩小于阈值所处的运行点。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，在所述第二运行点，冷却剂的第一部分能够引导通过所述通道(23)并且冷却剂的第二部分能够引导通过所述凹部(17)，其中冷却剂的第一部分大于冷却剂的第二部分。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于
能够根据所述电机的运行点调设冷却剂流动所借助的所述装置(25)具有能够被驱动进行旋转的孔环(26)，
所述孔环(26)在所述第一运行点阻塞所述通道(23)并且在所述第二运行点释放阻塞所述通道(23)。
5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述孔环(26)设置在所述定子叠片组(15)的和因此在所述通道(23)的流动入口侧端部上。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述通道(23)和所述凹部(17)使用共同的冷却剂入口(27)并且优选地还使用共同的冷却剂出口(28)。
7.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，在所述第二运行点，冷却剂仅能够引导通过所述通道(23)。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于
能够根据所述电机的运行点调设冷却剂流动所借助的所述装置(25)具有至少一个阀(29a、29b)，
所述至少一个阀(20a、29b)在所述第一运行点引导冷却剂仅经由所述凹部(17)并且在所述第二运行点引导冷却剂仅经由所述通道(23)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电机，其特征在于，所述通道(23)和所述凹部(17)使用单独的冷却剂入口(27a、27b)并且优选地使用共同的冷却剂出口(28)。
10.一种用于运行根据权利要求1至9中任一项所述的电机的方法，其特征在于，
在所述第一运行点，将冷却剂引导仅通过所述凹部(17)，
在所述第二运行点，将冷却剂引导至少通过所述通道(23)。
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