CN117121350A - 电动原动机的定子和电动原动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动原动机的定子并且涉及一种具有该定子的电动原动机。定子(10)包括定子芯(30)和至少一个电导体的环形地布置在定子芯(30)上的绕组(43)以及至少一个湿室(60)，冷却剂流动通过所述至少一个湿室，使得来自至少一个绕组(43)的热可以由冷却剂吸收。定子还包括分隔元件(70)，该分隔元件至少在定子(10)的轴向侧上将湿室(60)与电动原动机的干室(50)以基本上液密的方式分隔，其中，分隔元件(70)沿着第一周缘(72)以及沿着第二周缘(74)相对于定子芯(30)密封，其中，第一周缘(72)具有比定子芯(90)的径向外侧部更小的径向范围以及比环形绕组装置(100)的径向外侧部更大的径向范围，并且第二周缘(74)具有比定子芯(91)的径向内侧部更大的径向范围以及比环形绕组装置(101)的径向内侧部更小的径向范围。定子和电动原动机构成在使用较小的轴向安装空间的同时实现定子的持久且高效冷却的单元。

Description

电动原动机的定子和电动原动机

技术领域

本发明涉及电动原动机、特别是轴向通量型机器的定子，并且涉及具有该定子的电动原动机。

背景技术

从现有技术已知可电驱动的机动车辆的电动传动系。该电动传动系包括用于能量存储、能量转换和能量传输的部件。能量转换部件包括电机、例如轴向通量型机器。轴向通量型机器从现有技术中已知为具有一个或更多个定子以及一个或更多个转子的各种设计。

也被称为横向通量型机器的电动轴向通量型机器是其中转子与定子之间的磁通平行于转子的旋转轴线实现的马达或发电机。用于电动轴向通量型机器的其他名称还有无刷DC马达、永久励磁同步马达或盘式马达。

根据功率范围或应用，通常需要通过高效冷却来消散电机中的各种损耗所产生的热。冷却确保了可能导致材料和部件损坏的临界温度得以避免。另外，冷却有助于提高电机的效率，因为电导体中的欧姆电阻特别地与温度高度相关，这意味着功率损耗在较高温度下增加。

旋转电机的冷却通常主要发生在定子中。在该过程中，热从线圈消散至周围壳体或定子本体本身和/或周围空气。

从WO 01/11755A1已知一种电动轴向通量型机器，该电动轴向通量型机器在转子的每一侧上具有定子。定子又各自具有环形轭部，该环形轭部具有从内侧至外侧径向地延伸的凹槽，多相绕组在凹槽中被导引。

在此，借助于与周围空气的对流进行冷却。

特别地在具有高扭矩或高功率密度的电机的情况下，通过向周围空气散热的表面冷却通常是不够的，使得必须借助于冷却流体进行冷却。原则上，油、水或水混合物比如水-乙二醇可以用作冷却流体，但是介电流体也可以用作冷却流体。出于高效冷却的目的，这些冷却流体可以基本上直接接触载流部件或在载流部件周围冲洗，由此确保高功率密度。

然而，还需要防止或减少冷却流体的与速度相关的湍流，因为与速度相关的湍流可以导致旋转部件的与流动相关和/或与摩擦相关的能量损失。这会使得必须将电动原动机的旋转部件与静态布置的部件流体分隔。

发明内容

考虑到上述情况，本发明基于以下目的：提供一种电动原动机的定子以及配备有该定子的长寿命电动原动机，该定子和电动原动机将轴向紧凑尺寸与高性能相结合。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的电动原动机的定子以及通过根据权利要求10所述的电动原动机来实现。从属权利要求2至9中提供了定子的有利实施方式。

权利要求的特征可以以任何技术上有用的方式组合，其中，为此目的还可以查阅来自以下描述的说明以及来自附图的特征，这些说明和特征包括本发明的补充实施方式。

本发明涉及一种电动原动机、特别是轴向通量型机器的定子，该定子包括定子芯和至少一个电导体的以环形形状布置在定子芯上的绕组。此外，定子包括至少一个湿室以及分隔元件，所述至少一个湿室用于冷却剂流动通过，使得来自至少一个绕组的热可以被冷却剂吸收，借助于该分隔元件，湿室至少在定子的轴向侧上与电动原动机的干室以基本上液密的方式分隔。分隔元件在第一周缘和第二周缘处相对于定子芯密封，其中，第一周缘具有比定子芯的径向外侧部更小的径向范围以及比绕组装置的环形形状的径向外侧部更大的径向范围，并且第二周缘具有比定子芯的径向内侧部更大的径向范围以及比绕组装置的环形形状的径向内侧部更小的径向范围。

在本说明书和权利要求的上下文中，除非另外明确指定，否则术语“径向”、“轴向”和“沿周向方向”是指配备有定子的电动原动机的旋转轴线。

定子芯特别地是壳体的一部分或者定子的另外的支承部分，定子齿部布置在定子芯上或者定子芯具有作为支承绕组的一体部件的定子齿部。定子齿部被理解为从定子芯轴向地突出的突出部，该突出部具有基本上二维的设计，并且绕组围绕该突出部卷绕。

定子芯可以由多个单独的部分组成。

例如，定子可以包括紧固环，该紧固环旋拧和/或填缝至定子芯并且该紧固环用于相应的密封件的抵接，该相应的密封件实现相对于分隔元件的密封效果。

不排除紧固环本身也利用其他密封元件与定子芯密封。

因此，设置的是，分隔元件相对于定子芯密封。

定子芯的径向内侧部是轴向地延伸穿过定子芯的用于转子轴通过的孔或通道的径向边缘。在定子不应当具有轴向开口的情况下，定子芯的径向内侧部是定子芯的中央区域，电动原动机的理想旋转轴线延伸穿过该中央区域。

分隔元件特别地布置在湿室的轴向侧上。

在这方面，所有绕组的整体形成环形形状。在轴向通量型机器中，这意味着多个绕组布置在相应的定子齿部上，其中，定子齿部以环形形状布置并且因此布置在定子齿部上的绕组也沿着环形形状布置。

以对应的方式，湿室也可以形成环形形状。在适用的情况下，定子包括以环形形状布置在一起的多个湿室。与其中必须对各个定子齿部或位于各个定子齿部处的绕组进行单独冷却的设计相比，在此可以对所有绕组进行简单冷却，该简单冷却具有密封为此所需的湿室所需的相应较小的工作量以及相应较低的安装空间要求。

特别地，绕组布置在至少一个湿室中。

出于本发明的目的，定子还被理解为是指定子半部，该定子半部与另一定子半部一起形成轴向通量型机器的完整定子单元，其中，设置的是，轴向通量型机器的转子定位在两个定子半部之间。

由于根据本发明的定子的设计，该定子即使在小的轴向范围的情况下也可以被最佳冷却，并且因此确保高功率密度。在这方面，确保了湿室与干室之间的分隔，使得干室中的转子可以在没有流动损失的情况下以高速进行操作。

在有利的实施方式中，分隔元件轴向地界定定子。相应地，分隔元件布置在定子与转子之间的电气气隙中，并且界定定子与转子之间的机械气隙。

有利地，分隔元件在其轴向侧上基本上形成平面。在这方面，不排除平面路线外侧的小的形成元件，但是分隔元件在定子的轴向侧上的路线基本上是平面的、即，二维的。

在另一有利实施方式中，分隔元件具有两个基本上环形的壁，这两个基本上环形的壁同心地布置并且以它们的范围的至少一个分量沿轴向方向延伸，使得在环形壁之间形成环形腔，以用于将同样基本上环形的湿室与相邻的干室轴向地并且部分径向地分隔。

在这方面，环形壁形成湿室在径向方向上的分隔，其中，分隔元件的在环形壁之间沿径向方向定位的连接部段实现湿室与干室的轴向分隔。

连接部段的轴向外侧部被设计为例如平坦的或二维的。

相应地，干室和湿室通过空气间隙彼此间隔开。

例如，分隔元件相对于定子芯的密封可以在环形壁处在径向方向上实现。

这意味着环形密封件各自沿径向方向抵靠一个环形壁搁置并且在那里实现密封效果。

在这方面，密封件本身可以在每种情况下设置在环形表面区域上。

定子芯的实现分隔元件的密封的相应元件可以是定子芯的附加部分，或者其可以是定子芯的一体部分。

为了确保可靠的密封效果，环形壁中的至少一个环形壁可以被设计为在与密封件抵接的表面区域中比在对湿室轴向界定的一侧上更厚。

该较大的壁厚度特别地用于吸收密封元件的弹性恢复力，并且相应地被设计成表现出足够的压缩强度。同时，分隔元件可以沿轴向方向以形状配合的方式固定就位。

同样地，环形壁在与密封件抵接的区域中的表面有利地被设计成具有比对湿室轴向界定的一侧上更小的粗糙度，以便确保足够的液密性。

在有利的实施方式中，分隔元件的材料是非金属材料。这确保了分隔元件本身在电动原动机的操作期间实现了没有电磁损失或仅具有很小的电磁损失。

此外，分隔元件可以借助于材料结合部连接至定子芯和/或至少一个绕组。特别地，材料结合部可以是用于将分隔元件固定在定子芯上的粘合连接部，其中，粘合连接部有利地形成为是平面的。

即使在湿室中的压力过大或者湿室与干室之间存在压力差的情况下，材料结合部也确保分隔元件基本上二维地轴向延伸，并且因此不限制定子与转子之间的空气间隙。在这方面，材料结合部还可以同时用于密封分隔元件。

为了防止定子与转子之间的空气间隙无意地减小，分隔元件可以布置成具有沿轴向方向作用在定子芯和/或至少一个绕组上的压缩预载荷。这意味着分隔元件在预载荷下固定至定子芯，使得预载荷防止分隔元件的轴向凸出并且因此防止由湿室中的超压引起的分隔元件与轴向通量型机器的轴向相邻的转子之间的空气间隙减小。

此外，分隔元件的轴向界定侧可以具有轴向形成元件、比如边缘部，以增加轴向界定侧的面积惯性矩并且因此提高弯曲刚度，这也抵消了轴向凸出。同时，这提供了如下元件：在定子的各个部件的与温度相关的不同膨胀的情况下，这些元件允许在分隔元件的轴向外侧部的平面中弯折，并且因此实现分隔元件的牢固地连接至定子芯和/或绕组的各个区域的与温度相关的不同移位，而在分隔元件中不会出现不可接受的压缩应力或拉伸应力。

这种形成元件特别地可以与定子齿部轴向地交叠。例如，分隔元件的与定子齿部轴向地交叠的表面区域相比于分隔元件的与这些表面区域相邻布置的表面可以具有距定子芯更小的轴向距离，使得总体上分隔元件在其轴向外侧部上具有与定子齿部的位置相对应的凹陷部。

根据另一方面，本发明涉及一种电动原动机、特别是轴向通量型机器，该电动原动机包括根据本发明的定子以及转子，其中，转子布置在电动原动机的干室中。

因此，分隔元件布置在电动原动机的空气间隙中。

附图说明

下面参照示出了呈轴向通量型机器形式的优选实施方式的附图相对于相关的技术背景对上面描述的本发明进行详细说明。本发明不以任何方式受纯示意性附图的限制，其中，应当注意的是，在附图中所示的实施方式不限于所示的尺寸。在附图中：

图1：以立体图示出了轴向通量型机器，

图2：以分解图示出了常规的轴向通量型机器，

图3：以立体图示出了根据本发明设计的轴向通量型机器的定子半部，

图4：以分解图示出了根据本发明的轴向通量型机器，

图5：以平面图示出了分隔元件，

图6：以根据图5中所指示的截面线A-A的截面示出了定子半部，

图7：示出了图6的细节C，

图8：示出了图6的细节E，以及

图9：示出了相邻绕组的区域中的放大细节。

具体实施方式

首先，参照图1和图2来解释轴向通量型机器1的总体结构。

在此所示出的实施方式中，图1和图2中所示出的常规轴向通量型机器1包括作为定子10的两个定子半部11，在两个定子半部之间，能够绕旋转轴线21旋转的转子20相对于定子半部11轴向地布置。相应的定子10包括位于中央区域中的孔31或通道，该孔或通道用于转子20的轴从其穿过。

在此所示出的实施方式中，在至少一个定子半部11上布置有多个冷却剂连接部22和用于控制连接的插入式连接部23以及多相连接部24。

如从图2中的分解图可以看出的，相应的定子半部11包括所谓的定子轭部，该定子轭部也可以被称为定子芯30。基本上以星形形状布置的定子齿部40从该定子芯30沿轴向方向延伸。

如从图2中的分解图还可以看出的，相应的定子半部11还包括与定子齿部40的数目相对应数目的绕组43。绕组43与每个定子齿部40相关联。在图2中右侧所示出的定子半部11上，仅这些绕组43的连接部42是可见的。绕组的整体构成整个绕组组件41。

基本上平行于轴向通量型机器的旋转轴线的这些连接部42将轴向相对的绕组43彼此连接。

与图2中所示出的实施方式相比，根据本发明设计的轴向通量型机器附加地具有分隔元件，如在图3至图9中可以看出的。

图3以立体图示出了轴向通量型机器的定子半部11。该定子半部包括定子芯30和相对于定子芯轴向偏移的绕组，绕组在此不可见。这些绕组被在此所示出的分隔元件70覆盖。可以看出的是，分隔元件70基本上具有圆形环的形式。

另外，可以看出的是，分隔元件70在其轴向侧上基本上以平面71的形状形成。正如定子芯30在中央具有中央孔31一样，分隔元件70也被设计成在中央区域中是连续的。

还可以看出的是，分隔元件70根据其下方的定子齿部的布置、通过略微延伸出平面71的轴向形成元件78的布置来成形。

在径向外侧上，分隔元件70由外紧固环110围绕，该外紧固环具有呈孔形式的通道111，所述通道用于在此未示出的绕组的连接部42的通过。

图4示出了根据本发明的呈轴向通量型机器形式的电动原动机的分解图。

与图2中所示出的实施方式相反，绕组在此已经被分隔元件70轴向地覆盖。此外，外紧固环110在其被安装在分隔元件70上之前被示出。

图5以平面图示出了定子半部11，其具有分隔元件70以及外紧固环110和布置在中央区域中的内紧固环120。在外紧固环110中还清楚可见的是用于在此未示出的绕组的连接部的通道111。

图6示出了根据截面线A-A穿过图5中所示出的定子半部11和分隔元件70的截面。

在此清楚可见的是定子齿部40以及围绕定子齿部40卷绕在其上的绕组43。此外，分隔元件70是可见的，其轴向地界定定子半部11。

分隔元件70包括相对于旋转轴线21布置在不同径向距离处的第一环形壁73和第二环形壁75。这些环形壁73、75基本上垂直于由分隔元件70在轴向上形成的平面71延伸。在两个环形壁73、75之间径向地实现的连接部段77被对应地设计为是平面的。

因此，由于环形壁73、75而在环形壁73、75之间形成环形腔80。

分隔元件70在两个环形壁73、75处被密封、即在第一环形壁73处由第一密封件130密封，并且在第二环形壁75处由第二密封件140密封。

因此，第一密封件130形成在分隔元件70的第一周缘72上，该第一周缘相比于定子芯30的径向外侧部90具有距旋转轴线21更小的距离，但相比于绕组装置的环形形状的径向外侧部100具有距旋转轴线21更大的距离。

因此，第二密封件140形成在分隔元件70的第二周缘72上，该第二周缘相比于定子芯30的径向内侧部91具有距旋转轴线21更大的距离，但相比于绕组装置的环形形状的径向内侧部101具有距旋转轴线21更大的距离。

第一密封件130在其与第一环形壁73径向相对的侧部上抵接外紧固环110的径向内侧部。

第一密封件140在其与第二环形壁75径向相对的侧部上抵接内紧固环120的径向外侧部。

这将定子半部11的湿室60相对于在此未单独示出的干室50密封，图4中所示出的定子20将在该干室中运行。

特别地，紧固环110、120可以旋拧和/或填缝至定子芯30。

在相应的密封件130、140抵接在相应的环形壁73、75上的区域中，相关的环形壁73、75被设计为具有加厚部段76，该加厚部段相比于在轴向界定侧上具有更大的上限。这特别地用于增加相关壁部段相对于由相应的密封件130、140施加的压缩应力的压缩强度。

在此示出的实施方式中，相应的加厚部段76还在相应的紧固环110、120后面实现了底切部79，以由此也支持分隔元件70沿轴向方向的固定。

在此示出的实施方式中，第一环形壁73与第二环形壁75之间的连接部段77经由材料结合部借助于粘合连接部150至少连接至绕组43的轴向端面，以便抵消分隔元件70的轴向凸出，并且同时实现密封效果。

因此，冷却剂可以经由定子芯30中的冷却剂连接部160被引导到由分隔元件70界定的湿室60中。绕组43布置在该湿室60中，使得冷却剂可以直接围绕绕组流动。在这方面，冷却剂可以流动通过示出为在定子芯30与定子齿部40之间以及在定子齿部40与绕组43之间的间隙161，并且还径向地围绕绕组43流动，并且因此在绕组43与分隔元件70的相应的环形壁73、75之间流动。

图7示出了图6的细节C的放大图。在此，湿室60是清楚可见的，绕组43位于该湿室中，其中，冷却剂可以通过间隙161围绕绕组43流动。此外，用于将分隔元件70固定至定子齿部40的粘合连接部150也是可见的。

在此还可以清楚地看出的是，分隔元件70被设计成在其与绕组43轴向地交叠的区域中凹入，因此形成轴向形成元件78。

图8以放大图示出了图6中所指示的细节E。在此，同样可以看到第二环形壁75上的加厚部段76，由内紧固环120保持的第二密封件140抵靠该加厚部段搁置。同样，内紧固环120的肩部阻挡第二环形壁75的加厚部段76轴向地移动。

图9示出了相邻绕组的区域中的放大细节。

在此，可以看出的是，轴向形成元件78产生凹陷部162，凹陷部覆盖相邻的定子齿部40的绕组43。因此，尽管分隔元件70与定子半部11的其他部件之间结合，轴向形成元件78也允许具有不同热膨胀特性的各个部件的移位。

在此提出的定子以及配备有该定子的电动原动机构成了在使用较小的轴向安装空间的同时实现定子的持久且高效冷却的单元。

附图标记列表

1 轴向通量型机器

10 定子

11 定子半部

20 转子

21 旋转轴线

22 冷却剂连接部

23 插入式连接部

24 相连接部

30 定子芯

31 中央孔

40 定子齿部

41 绕组组件

42 连接部

43 绕组

50 干室

60 湿室

70 分隔元件

71 平面

72 第一周缘

73 第一环形壁

74 第二周缘

75 第二环形壁

76 加厚部段

77 连接部段

78 轴向形成元件

79 底切部

80 环形腔

90 定子芯的径向外侧部

91 定子芯的径向内侧部

100绕组装置的环形形状的径向外侧部

101绕组装置的环形形状的径向内侧部

110 外紧固环

111 通道

120 内紧固环

130 第一密封件

140 第二密封件

150 粘合连接部

160 冷却剂连接部

161 间隙

162 凹陷部

Claims (10)

1.一种电动原动机、特别是轴向通量型机器(1)的定子(10)，所述定子包括定子芯(30)和至少一个电导体的以环形形状布置在所述定子芯(30)上的绕组(43)以及至少一个湿室(60)，所述湿室用于冷却剂流动通过，使得来自至少一个绕组(43)的热能够由所述冷却剂吸收，并且所述定子还包括分隔元件(70)，借助于所述分隔元件，所述湿室(60)至少在所述定子(10)的轴向侧上以基本上液密的方式与所述电动原动机的干室(50)分隔，其特征在于，所述分隔元件(70)在第一周缘(72)和第二周缘(74)处相对于所述定子芯(30)密封，其中，所述第一周缘(72)具有比所述定子芯(90)的径向外侧部更小的径向范围以及比绕组装置(100)的环形形状的径向外侧部更大的径向范围，并且所述第二周缘(74)具有比所述定子芯(91)的径向内侧部更大的径向范围以及比绕组装置(101)的环形形状的径向内侧部更小的径向范围。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述分隔元件(70)轴向地界定所述定子(10)。

3.根据权利要求2所述的定子，其特征在于，所述分隔元件(70)在其轴向侧上基本上形成平面(71)。

4.根据权利要求2和3中的任一项所述的定子，其特征在于，所述分隔元件(70)具有两个基本上环形的壁(73、75)，环形壁同心地布置并且以所述环形壁的范围的至少一个分量沿轴向方向延伸，使得在所述环形壁(73、75)之间形成环形腔(80)，以用于将同样基本上环形的湿室(60)与相邻的干室(50)轴向地且部分径向地分隔。

5.根据权利要求4所述的定子，其特征在于，所述分隔元件(70)相对于所述定子芯(30)的密封在所述环形壁(73、75)处、在径向方向上实现。

6.根据权利要求5所述的定子，其特征在于，所述环形壁(73、75)中的至少一者被设计成在与密封件(130、140)抵接的表面区域中比在对所述湿室(60)轴向界定的一侧上更厚。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的定子，其特征在于，所述分隔元件(70)的材料是非金属材料。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的定子，其特征在于，所述分隔元件(70)借助于材料结合部连接至所述定子芯(30)和/或至少一个绕组(43)。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的定子，其特征在于，所述分隔元件(70)布置有沿所述轴向方向作用在所述定子芯(30)和/或至少一个绕组(43)上的压缩预载荷。

10.一种电动原动机、特别是轴向通量型机器(1)，所述电动原动机包括根据权利要求1至9中的任一项所述的定子(10)以及转子(20)，其中，所述转子(20)布置在所述电动原动机的干室(50)中。