CN116982245A - 定子布置组件以及用于机动车的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却流体导向元件(36)在电机(12)的定子(20)上的定子布置组件(10)，在定子布置组件中冷却流体导向元件(36)布置在定子(20)的端侧(34)上，冷却流体导向元件至少局部地从定子(20)的端侧(34)沿定子(20)的轴向方向伸出，由此能够借助冷却流体导向元件(36)收集沿定子(20)的端侧(34)流动的冷却流体(28)，冷却流体导向元件具有至少一个转向区域(42)，转向区域设计用于使所收集的冷却流体(28)转向至定子(20)的定子连接装置(26)，由此定子连接装置(26)能够被冷却流体(28)环流以冷却定子连接装置(26)。

Description

定子布置组件以及用于机动车的电机

技术领域

本发明涉及一种冷却流体导向元件在电机的定子上的定子布置组件以及一种用于机动车的电机。

背景技术

由WO2018/137955A1已知一种电机，其具有抗扭转地布置在转子轴上的转子和定子。在转子轴中布置有轴向冷却剂供应管路和至少一个与该轴向冷却剂供应管路引导冷却剂地连接的径向冷却剂供应管路。电机的内部空间与该径向冷却剂供应管路引导冷却剂地连接。在转子旋转时将冷却剂从转子传递到定子上。这可以分部分地进行，特别是通过将冷却剂从转子喷射到定子上。然后冷却剂可以吸收来自定子的热量。

发明内容

本发明的任务是，提供一种解决方案，该解决方案能够实现特别好地冷却电机定子的定子连接装置。

根据本发明，该任务通过独立权利要求的技术方案来解决。本发明的其它可能设计方案在从属权利要求、说明书和附图中公开。

本发明涉及一种冷却流体导向元件在电机的定子上的定子布置组件。电机特别是可以设计用于利用电能驱动机动车。在定子布置组件中，冷却流体导向元件布置在定子的端侧上并且至少局部地从定子的端侧沿定子的轴向方向伸出。换句话说，冷却流体导向元件在定子的中轴线的延伸方向上伸出超过定子的端侧。借助冷却流体导向元件能够收集在定子的端侧上沿着流动的冷却流体。因此，冷却流体导向元件设计用于收集沿定子的端侧流动的冷却流体，特别是其方式为冷却流体导向元件沿定子的径向方向向外限定转子的端侧的溢流面，该溢流面能够被冷却流体溢流。冷却流体导向元件具有至少一个转向区域，所述转向区域设计用于使所收集的冷却流体转向至定子的定子连接装置，由此定子连接装置能够被冷却流体环流以便冷却该定子连接装置。

换句话说，冷却流体导向元件将沿定子的端侧流动的冷却流体朝向定子的定子连接装置转向。由此实现利用冷却流体有针对性地流向定子连接装置，由此能够借助冷却流体来冷却定子连接装置。因此，冷却流体导向元件能够实现借助在电机中在回路中被引导的冷却流体有针对性地冷却定子连接装置。因此，冷却流体可以设计用于在端侧上沿着流动时冷却定子的定子叠片组以及冷却定子连接装置。此外，冷却流体可以设计用于冷却电机的转子和/或转子轴。定子连接装置特别是可以包括用于定子的各个定子绕组的连接线，这些连接线可通过利用冷却流体的环流来冷却。定子连接装置的冷却能够实现电机的特别有效的运行，因为能够至少基本上避免定子布置组件、特别是定子连接装置过热。特别是在高功率级的电机中，电机可以通过定子连接装置的冷却例如在具有该电机的机动车上山行驶和下山行驶时特别良好动态地被描述。

在本发明的进一步设计方案中规定，冷却流体导向元件被构造为环形部段或被构造为在周向侧封闭的环形元件。冷却流体导向元件作为环形元件或至少作为环形部段的设计方案能够实现特别好地沿径向向外限定定子的端侧的溢流面，并且因此能够实现特别可靠地捕获沿定子的端侧流动的冷却流体。通过将冷却流体导向元件设计为环形部段，冷却流体导向元件能够重量特别低地且特别节省空间地构造。在周向侧封闭的环形元件中能够确保特别多沿定子的端侧流动的冷却流体借助冷却流体导向元件被收集并且被转向到定子连接装置上。能够至少基本上避免冷却流体沿径向向外流动经过周向侧封闭的环形元件。由此能够避免冷却流体的冷却功率不被用于冷却定子连接装置。

在本发明的进一步设计方案中规定，冷却流体导向元件至少在定子的周向部段上延伸，定子连接装置布置在该周向部段中。特别是在将冷却流体导向元件设计为重量特别低且结构空间特别少的环形部段时规定，冷却流体导向元件至少在定子的周向部段上延伸，定子连接装置布置在该周向部段中。由此能够借助冷却流体导向元件确保使冷却流体转向到定子连接装置上，其中，在使冷却流体转向之后，冷却流体仅经过特别短的路径，以便到达定子连接装置。

在本发明的进一步设计方案中规定，冷却流体导向元件贴靠在定子的定子叠片组上。这意味着，借助冷却流体导向元件能够收集沿定子的定子叠片组流动的冷却流体并且将其转向到定子连接装置上。特别是，冷却流体导向元件放置在定子的定子叠片组的端侧上。在此，冷却流体导向元件可以固定在定子的定子叠片组上。通过将冷却流体导向元件放置到定子的定子叠片上，能够至少基本上避免冷却流体在冷却流体导向元件与定子叠片之间沿径向流动经过冷却流体导向元件。

就此而言，在本发明的进一步扩展方案中可以规定，冷却流体导向元件沿径向向外覆盖定子绕组的从定子叠片组伸出的区域。由此能够借助冷却流体导出元件沿径向收集在定子绕组的从定子叠片组伸出的区域之间流动穿过的冷却流体。因此，借助冷却流体导向元件，在伸出超过定子叠片组的定子绕组之间沿径向流动穿过的冷却流体能够被转向到定子的定子连接装置上。由此，借助冷却流体不仅能够冷却定子叠片组而且能够冷却定子绕组的从定子叠片组伸出的区域，而且能够冷却定子连接装置。

在本发明的进一步设计方案中规定，冷却流体导向元件具有至少一个夹紧元件，该夹紧元件为了将冷却流体导向元件保持在定子上而与定子的定子绕组构成夹紧连接。因此，该夹紧元件能够与定子的定子绕组形成力锁合和/或形锁合的连接，由此冷却流体导向元件能够特别可靠地保持在定子的端侧上。所述至少一个夹紧元件特别是可以插入到定子的至少两个定子绕组之间并且用其卡住。因此，经由该夹紧元件能够特别可靠且简单地将冷却流体导向元件保持在电机的定子上。

在本发明的进一步设计方案中规定，冷却流体导向元件具有从转向区域沿径向朝向定子的中轴线伸出的至少一个导向叶片，该至少一个导向叶片具有布置在其自由端部上的转向元件。在此，转向元件设计用于收集沿定子的周向方向流动经过定子的端侧的冷却流体并且使其朝向转向区域转向。特别是在将冷却流体导向元件设计为环形部段时，所述至少一个导向叶片能够实现借助冷却流体导向元件收集特别多沿定子的端侧流动的冷却流体。因此，冷却流体导向元件的所述至少一个导向叶片能够实现借助冷却流体导向元件不仅能够收集沿径向从定子的中轴线离开流动经过定子的端侧的冷却流体，而且借助冷却流体导向元件能够收集在定子的周向方向上流动经过定子的端侧的冷却流体，并且能够使其朝向定子连接装置转向。由此，特别多沿定子的端侧流动的冷却流体能够被转向到定子连接装置上，由此能够特别好地冷却定子连接装置。

此外，本发明涉及一种用于机动车的电机，该电机特别是设计用于利用电能驱动机动车。该电机包括抗扭转地保持在转子轴上的转子以及定子布置组件，如其已经结合根据本发明的定子布置组件所描述的那样。由于借助转向的冷却流体有针对性地冷却定子连接装置，该电机可以具有特别高的功率等级。根据本发明的定子布置组件的优点和有利的进一步扩展方案可以视为所述电机的优点和有利的进一步扩展方案并且反之亦然。

在本发明的进一步扩展方案中规定，转子轴具有要被冷却流体穿流的空腔并且具有至少一个径向开口，冷却流体能够经由所述径向开口沿径向从转子轴流出。由此，从转子轴中流出的冷却流体能够沿转子的另一个端侧流动至定子的端侧。因此，在所述电机中规定，冷却流体流动通过转子轴的空腔并且随后能够经由所述至少一个径向开口从转子轴排出。经由所述至少一个径向开口从转子轴排出的冷却流体紧接着沿转子的配属于所述至少一个径向开口的端侧朝定子的端侧的方向流动并且紧接着沿定子的端侧流动。因此，借助冷却流体不仅能够冷却转子轴，而且能够冷却电机的转子以及定子。因此，电机被湿式冷却。在冷却流体沿定子的端侧流动之后，沿定子的端侧流动的冷却流体的至少一部分能够借助冷却流体导向元件被转向至定子连接装置。因此，该电机能够特别广泛地借助特别是在回路中被引导的冷却流体来冷却，由此该电机能够特别有效地运行。

在本发明的进一步设计方案中规定，定子绕组的从定子叠片组中伸出的区域沿径向向外包围转子的所述另一个端侧并且设计用于将冷却流体从转子的所述另一个端侧引导至定子的端侧。特别是，定子绕组的从定子叠片组伸出的区域可以是弯曲的，由此定子绕组的弯曲区域沿径向向外对于冷却流体至少基本上不可透过地包围转子的所述另一个端侧。由此能够保证从转子的所述另一个端侧沿径向向外流动的冷却流体从定子绕组的弯曲区域被引导至定子的端侧，冷却流体紧接着可以沿该定子的端侧流动。在定子绕组的如下区域——在该区域中定子绕组从定子叠片组中出来并且该区域与定子绕组弯曲的区域是不同的——中，冷却流体在沿定子的端侧流动时可以沿径向在定子的相应的定子绕组之间穿过向外流动。在定子绕组之间沿定子的端侧穿流的冷却流体可以被从沿径向包围定子绕组的从定子叠片组伸出的区域的冷却流体导向元件拦截并且被转向至定子连接装置。因此，经由定子绕组的弯曲区域，冷却流体能够特别简单地从转子的所述另一个端侧被引导至定子的端侧，以便能够实现定子连接装置的冷却。

附图说明

本发明的其它特征可以由权利要求书、附图以及附图说明得出。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及以下在附图说明中和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以以分别给出的组合使用而且也可以以其它组合使用或单独地使用，而不离开本发明的范围。

在附图中：

图1示出电机的定子布置组件的示意性透视图，该定子布置组件具有布置在电机的定子的端侧上的冷却流体导向元件，该冷却流体导向元件设计用于使沿定子的端侧流动的冷却流体转向到定子的定子连接装置上，由此定子连接装置可通过被冷却流体环流来冷却；

图2示出电机的一部分的示意性剖面图，该电机具有定子布置组件以及抗扭转地保持在转子轴上的转子，其中，在电机的运行中，冷却流体流动通过转子轴的空腔，冷却流体经由转子轴的至少一个径向开口从转子轴流出，冷却流体继续沿转子的另一个端侧流动至定子的端侧，并且紧接着冷却流体借助冷却流体导向元件被转向到定子的定子连接装置上；

图3示出电机在定子布置组件的区域中的示意性透视图，其中可以看出，冷却流体导向元件在轴向方向上从定子的端侧伸出，由此沿定子的端侧流动的冷却流体能够借助冷却流体导向元件沿径向被收集；

图4示出电机的示意性横截面视图；

图5示出冷却流体导向元件的示意性透视图，该冷却流体导向元件被构造为具有至少一个夹紧元件的环形部段，该夹紧元件为了保持冷却流体导向元件而能够插入定子的相应定子绕组之间并且与这些定子绕组夹紧；以及

图6示出在另一个设计方案中的冷却流体导向元件的示意性透视图，在该设计方案中冷却流体导向元件被构造为环形部段并且具有多个导向叶片，在这些导向叶片的端部上分别布置有转向元件，借助该转向元件能够收集在周向方向上流动经过定子的端侧的冷却流体并且将其转向至冷却流体导向元件的转向区域，其中，冷却流体导向元件的转向区域设计用于将所收集的冷却流体转向至定子的定子连接装置。

具体实施方式

在附图中，相同的和功能相同的元件设有相同的附图标记。

在图1中示出电机12的定子布置组件10。该电机12特别是设计用于借助电能驱动机动车。不仅在图2而且图4中剖切地示出的电机12当前包括转子轴16，转子18抗扭转地保持在该转子轴上并且该转子轴具有空腔14。电机12包括至少局部地在外侧包围转子18的定子20。该定子20包括叠片组22，多个定子绕组24被插入穿过该叠片组。为了清楚起见，仅一些定子绕组24设有所属的附图标记。定子绕组24与定子20的定子连接装置26连接。定子连接装置26包括多个连接线，定子20的定子绕组24与这些连接线电接触。

为了能够实现电机12的有效运行，规定：电机12借助冷却流体28被冷却。该冷却流体28可以在电机12中循环并且设计用于从电机12吸收热量。特别是，电机12可以湿式运行地构造。为了特别有效地冷却电机12，当前规定，如在图2中可以看出的那样，冷却流体28从转子轴16的空腔14中经由转子轴16的至少一个径向开口30从转子轴16中流出。在冷却流体28经由所述至少一个径向开口30从转子轴16流出之后，冷却流体28沿转子18的转子端侧32沿径向向外流动。该转子端侧32可以在周向侧沿径向向外被定子20的定子绕组24包围。这能够实现借助定子绕组24将沿径向从转子18的转子端侧32流出的冷却流体28引导至转子18的端侧34。沿定子20的该端侧34，冷却流体28可以继续在径向方向上向外流动。通过冷却流体28的这种冷却流体引导，电机12的转子轴16、转子18以及定子20能够被特别好地冷却。

电驱动机的有效冷却构成对借助电机12驱动的机动车的动态行驶行为的主要要求。要冷却各个引导电流的导体、特别是定子连接装置26，以避免空间上受限制的过热，因为这种空间上受限制的过热可能限制电机12的持续功率。当前，这些关键的引导电流的导体是定子连接装置26的定子连接线。特别是在动态上山行驶、利用挂车上山行驶或缓慢上山行驶时，应避免定子连接装置26过热。

定子连接装置26的定子连接线自由地位于电机12的机器空间中并且由于定子20的装配顺序而不通过固体热传导来冷却。因此，通过油或空气进行冷却是值得期望的。在当前的定子布置组件10或电机12中规定，定子连接装置26利用特别是可以是油的冷却流体28冷却，因为该冷却流体28已经被引导穿过电机12。电机12的定子布置组件10确保充分的冷却流体28、特别是油流到达待冷却的定子连接装置26。

为了确保定子连接装置26的充分冷却，定子布置组件10除了定子20之外还包括冷却流体导向元件36。如在图1至4中可以特别好地看出，该冷却流体导向元件36当前被构造为环形部段。替代地，冷却流体导向元件36可以被构造为在周向侧封闭的环形元件。如在图1和3中可以特别好地看出，冷却流体导向元件36贴靠在定子20的叠片组22上。在此，冷却流体导向元件36布置在定子20的端侧34上。在端侧34上，冷却流体导向元件36沿轴向方向从定子20的叠片组22伸出。由此，如在图2中可以看出，从叠片组22中伸出的定子绕组24至少局部地在周向侧上并且因此沿径向向外被冷却流体导向元件36覆盖。如在图2中可以看出，定子绕组24具有弯曲的弯曲区域38，在该弯曲区域中定子绕组24阻止冷却流体28沿径向向外流动。此外，定子绕组24具有伸出区域40，该伸出区域与弯曲区域38相邻并且在该伸出区域中定子绕组24伸出超过叠片组22。在该伸出区域40中，冷却流体28能够在相应的定子绕组24之间沿径向向外穿流。由此，在定子绕组24的伸出区域40中能够实现冷却流体28沿定子20的端侧34、特别是沿叠片组22在径向方向上向外流动。定子绕组24的该伸出区域40由冷却流体导向元件36至少在周向区域上沿径向向外覆盖。因此，在定子绕组24的伸出区域40中沿径向向外沿定子20的端侧34流动的冷却流体28能够借助冷却流体导向元件36被收集。

冷却流体导向元件36具有转向区域42，该转向区域设计用于将所收集的冷却流体28转向至定子连接装置26，以便能够实现定子连接装置26被冷却流体28环流。当前，冷却流体导向元件36在转向区域42中具有这样的弯曲部，冷却流体28在沿冷却流体导向元件36的提供该弯曲部的表面流动时经由该弯曲部被转向至定子连接装置26。转向区域42的弯曲部特别是可以与电机12的转子18相对于定子20的旋转方向相匹配。在此，特别是可以根据转子18相对于定子20的旋转方向调节沿冷却流体导向元件36在周向方向上的弯曲走向。为了能够将冷却流体28特别精确地转向到定子连接装置26上，当前规定，冷却流体导向元件36至少在定子20的周向部段上延伸，定子连接装置26布置在该周向部段中，如在图4中可以特别好地看出的那样。

在图5和图6中示出各个不同的冷却流体导向元件36，其中，在图5和图6中所示的冷却流体导向元件36的特征可以自由地相互组合。图5中的冷却流体导向元件36具有多个夹紧元件44，冷却流体导向元件36经由这些夹紧元件能够与定子20形成夹紧连接。夹紧元件44特别是设计用于被插在定子20的相应的定子绕组24之间并且夹紧在这些定子绕组24之间。通过这种夹紧连接，冷却流体导向元件36能够特别简单地固定在定子20上并且此外特别可靠地保持在定子20上。

在图6中示出的冷却流体导向元件36包括四个导向叶片46，这些导向叶片在径向方向上并且因此朝向定子20的中轴线在冷却流体导向元件36上伸出。每个导向叶片46在其自由端部上具有转向元件48，该转向元件设计用于使在周向方向50上沿定子20的端侧34流动的冷却流体28转向至冷却流体导向元件36的转向区域42。经由转向区域42又可以使冷却流体28朝向定子连接装置26转向。在冷却流体导向元件36被设计为在周向侧封闭的环形元件时，多个导向叶片46可以以均匀的间距分布地布置在环形元件的整个周边上。

冷却流体导向元件36可以具有至少一个夹紧元件44或具有至少一个导向叶片46、或具有至少一个夹紧元件44以及至少一个导向叶片46。

冷却流体28位于电机12的空间中并且能够在那里通过转子18的旋转运动被甩出。定子20位于转子18之外，该定子是定子绕组头，该定子绕组头可以相对于冷却流动屏蔽定子连接装置26的待冷却的连接线。在叠片组22的附近区域中，冷却流体28能够沿径向向外通过在定子绕组24之间、特别是在伸出区域40中存在的间隙被输送，其中，这种冷却流体流动能够借助冷却流体导向元件36被转向到定子连接装置26的待冷却的连接线上。

总之，本发明示出冷却剂导向几何结构如何能够被用于冷却电驱动机中的局部热源。当前，这种冷却剂导向几何结构由冷却流体导向元件36提供。

附图标记列表

10 定子布置组件

12 电机

14 空腔

16 转子轴

18 转子

20 定子

22 叠片组

24 定子绕组

26 定子连接装置

28 冷却流体

30 径向开口

32 转子端侧

34 定子的端侧

36 冷却流体导向元件

38 弯曲区域

40 伸出区域

42 转向区域

44 夹紧元件

46 导向叶片

48 转向元件

50 周向方向

Claims (10)

1.冷却流体导向元件(36)在电机(12)的定子(20)上的定子布置组件(10)，在所述定子布置组件中所述冷却流体导向元件(36)布置在所述定子(20)的端侧(34)上，所述冷却流体导向元件至少局部地从所述定子(20)的端侧(34)沿所述定子(20)的轴向方向伸出，由此能够借助所述冷却流体导向元件(36)收集沿所述定子(20)的端侧(34)流动的冷却流体(28)，并且所述冷却流体导向元件具有至少一个转向区域(42)，所述转向区域设计用于使所收集的冷却流体(28)转向至所述定子(20)的定子连接装置(26)，由此所述定子连接装置(26)能够被所述冷却流体(28)环流以冷却所述定子连接装置(26)。

2.根据权利要求1所述的定子布置组件(10)，其特征在于，所述冷却流体导向元件(36)被构造为环形部段或被构造为在周向侧封闭的环形元件。

3.根据权利要求1或2所述的定子布置组件(10)，其特征在于，所述冷却流体传导元件(36)至少在所述定子(20)的周向部段上延伸，所述定子连接装置(26)布置在所述周向部段中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的定子布置组件(10)，其特征在于，所述冷却流体导向元件(36)贴靠在所述定子(20)的定子叠片组(22)上。

5.根据权利要求4所述的定子布置组件(10)，其特征在于，所述冷却流体导向元件(36)径向向外覆盖定子绕组(24)的从所述定子叠片组(22)伸出的区域。

6.根据前述权利要求中任一项所述的定子布置组件(10)，其特征在于，所述冷却流体导向元件(36)具有至少一个夹紧元件(44)，所述夹紧元件为了将所述冷却流体导向元件(36)保持在所述定子(20)上而与所述定子(20)的定子绕组(24)构成夹紧连接。

7.根据前述权利要求中任一项所述的定子布置组件(10)，其特征在于，所述冷却流体导向元件(36)具有至少一个从所述转向区域(42)沿径向朝向所述定子(20)的中轴线伸出的导向叶片(46)，所述导向叶片具有布置在其自由端部上的转向元件(48)，所述转向元件设计用于收集沿所述定子(20)的周向方向流动经过在所述定子(20)的端侧(34)的冷却流体(28)并且使所述冷却流体朝向所述转向区域(42)转向。

8.用于机动车的电机(12)，所述电机包括抗扭转地保持在转子轴(16)上的转子(18)以及根据前述权利要求中任一项所述的定子布置组件(10)。

9.根据权利要求8所述的电机(12)，其特征在于，所述转子轴(16)具有要被冷却流体(28)穿流的空腔(14)并且具有至少一个径向开口(30)，冷却流体(28)能够经由所述径向开口沿径向从所述转子轴(16)流出，由此从所述转子轴(16)中流出的冷却流体(28)能够沿所述转子(18)的另一个端侧(32)流动至所述定子(20)的端侧(34)。

10.根据权利要求8或9所述的电机(12)，其特征在于，定子绕组(24)的从定子叠片组(22)中伸出的区域沿径向向外包围所述转子(18)的所述另一个端侧(32)并且设计用于将冷却流体(28)从所述转子(18)的所述另一个端侧(32)引导至所述定子(20)的端侧(34)。