CN117356015A - 用于电机的叠片铁心设备以及电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电机的叠片铁心设备(10)，所述叠片铁心设备包括多个沿堆叠方向(14)相互堆叠的叠片(12)并且包括至少一个导热置入件(20)，所述导热置入件沿堆叠方向(14)堆叠在两个叠片(12)之间，并且所述导热置入件具有比相贴靠的叠片(12)高的导热能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电机的叠片铁心设备以及一种电机。
背景技术
在转子绕组和定子绕组中的欧姆损耗以及在由交变磁场加载的叠片铁心中的铁损耗应被输送给散热装置或冷却，以便避免例如绕组的绝缘装置或在永久磁铁励磁激励的机器中的磁体的过热。此外，所述电机的引导电流的构件的冷却改善电机的效率，因为在低的运行温度时电阻下降并且欧姆损耗功率减小。因此已经普遍已知的是，例如通过在壳体中的水套、通过敞开的或封闭的空气冷却装置或在转动的转子中例如通过液体冷却的空心轴来冷却电机。
EP 2 807 732 B1公开一种电机，所述电机包括定子、能围绕转动轴线转动地支撑的转子和轴，转子紧固在所述轴上。所述转子包括由第一材料制成的叠片铁心和由第二材料制成的浇铸的短路环，其中，第二材料具有大于第一材料的比导热能力的比导热能力。该浇铸的短路环具有紧固区域，所述紧固区域直接连接在所述轴上。该短路环可以用于将转子的余热传输到所述轴上。
发明内容
本发明的任务是，提供一种解决方案，所述解决方案能够实现电机的叠片铁心的特别均匀并且良好的冷却。
该任务按照本发明通过独立权利要求的技术方案解决。本发明的其他可能的设计方案在从属权利要求、说明书和附图中公开。
本发明涉及一种用于电机的叠片铁心设备，所述叠片铁心设备包括多个沿堆叠方向相互堆叠的叠片。该电机尤其是用于机动车的电动机，借助所述电动机能通过电能驱动机动车。相应的沿堆叠方向相互堆叠的叠片可以用金属线来缠绕，以便提供线圈并且通过该线圈提供电磁铁。由于在这些线圈中的欧姆损耗，在所述线圈中可以产生热量，所述热量可能负面影响电机的效率。因此规定对叠片铁心冷却。在马达绕组或定子绕组和冷却的空心轴或壳体冷却外罩之间的唯一的热连接是通过叠片铁心的热传导，所述叠片铁心基于其构造仅提供相对差的导热能力。尤其是，所述叠片铁心的相应的叠片由以漆涂敷的钢来提供。
为了实现在叠片铁心设备中的特别高的导热能力而规定，所述叠片铁心设备具有至少一个导热置入件，所述导热置入件沿堆叠方向堆叠在两个叠片之间，并且所述导热置入件具有比相贴靠的叠片高的导热能力。借助所述至少一个导热置入件因此能改善整个叠片铁心设备的导热能力，由此热量可以特别良好地从叠片铁心设备的叠片运走。因此进行叠片铁心设备的叠片的特别良好的冷却，由此又可以实现具有叠片铁心设备的电机的特别高的效率。所述至少一个导热置入件与所述叠片共同沿堆叠方向堆叠，由此所述导热置入件在相应对置的侧面上分别贴靠在叠片上。由此导热置入件可以从相贴靠的叠片运走热量，由此所述叠片铁心设备的叠片可以被特别良好地冷却。基于所述至少一个导热置入件在所述叠片铁心设备的各叠片之间的布置结构，可以将特别多的热量从叠片铁心设备中导出。
在本发明的进一步设计方案中规定，所述叠片铁心设备具有冷却侧，在所述冷却侧中，叠片铁心设备的全部叠片能靠置到散热装置上。在该冷却侧上，所述至少一个导热置入件与所述叠片齐平。所述散热装置设置为用于将从叠片铁心设备接收的热量从所述叠片铁心设备运走，以便冷却叠片铁心设备。通过叠片铁心设备的全部叠片可以在所述冷却侧上靠置到所述散热装置上，热量可以从叠片铁心设备的全部叠片放出到散热装置上。基于所述至少一个导热置入件与彼此堆叠的叠片在冷却侧上齐平，附加地所述至少一个导热置入件连同所述叠片能靠置到散热装置上，由此通过所述至少一个导热置入件，热量可以传输到所述散热装置上。由此能够实现从叠片铁心设备到散热装置上的特别良好的热运出。
在本发明的进一步设计方案中规定，所述至少一个导热置入件包括铝和/或铜。例如所述至少一个导热置入件由铝或铜或铝合金或铜合金形成。尤其是在由涂敷的、尤其是喷漆的钢构成叠片时，导热置入件——当其包括铝和/或铜时——具有比叠片高的导热能力，由此借助所述至少一个导热置入件可以提高整个叠片铁心设备的导热能力。在叠片铁心设备中设置所述至少一个导热置入件因此能够实现所述叠片的特别良好的冷却。
在本发明的进一步设计方案中规定，所述至少一个导热置入件构成为空心的，其中，在所述导热置入件的空腔中注入有至少一种流体。借助所述流体，可以从邻接到导热置入件上的叠片接收热量并且将所述热量朝冷却侧运输，由此通过所述冷却侧，热量可以从所述流体传输到散热装置上。设置包括空腔的导热置入件能够实现流体在空腔内流动，由此热量可以从导热置入件的与冷却侧背离的区域经由流体特别简单并且快速地通过所述流体的流动传输至导热置入件的冷却侧。所述流体因此能够实现热量从叠片铁心设备通过冷却侧到散热装置上的特别快速的热运出。
就这点而言尤其是可以规定，传热油作为流体注入到所述空腔中。尤其是，所述传热油是特别耐温度的，由此在电机的热的区域中使用传热油时可以将传热油的分解的危险保持得特别小。所述传热油在电机中使用所述叠片铁心设备的情况下即使在电机中出现发热也实现叠片铁心设备的可靠冷却。
在本发明的另一种备选的设计方案中可以规定，所述至少一个导热置入件构成为两相热虹吸管。这表示，所述至少一个导热置入件构成为空心的，其中，流体设置在所述导热置入件的空腔中，所述流体为了冷却叠片铁心设备而至少一次地、尤其是多次地改变其物态。作为流体，例如可以将水注入到导热置入件的空腔中。在这里，导热置入件的空腔被抽真空并且仅部分地以水填充。在用于电机的转子的叠片铁心设备中使用所述至少一个导热置入件的情况下，在转子旋转时基于导热置入件从周围的叠片吸热，水可以在所述空腔中从其液态出发而至少部分地蒸发。由于在转子旋转时在空腔中出现的离心力，依旧液态的水可以径向地基于(ausgehend von)转子的旋转轴线而聚集在空腔的外部区域中，而蒸发成水蒸汽的水聚集在空腔的朝向旋转轴线的内部区域上。所述空腔的该内部区域尤其是朝向所述至少一个导热置入件的冷却侧设置。因此在所述空腔的内部区域中聚集的水蒸汽可以在叠片铁心设备的冷却侧上通过将热量从叠片铁心设备或由水蒸汽导出至散热装置而冷却并且因此冷凝。所述冷凝的水基于在转子围绕旋转轴线旋转时的离心力从空腔的内部区域流动到外部区域中。由此在所述空腔中造成水的循环流动，其中，基于水的相变，特别多的热量可以从邻接到导热置入件上的叠片运走并且运输至冷却侧并且尤其是在冷却侧上朝散热装置运输。因此基于导热置入件构成为两相热虹吸管可以将特别多的热量特别快速地从所述叠片铁心设备通过所述至少一个导热置入件导出至散热装置。
在本发明的进一步设计方案中规定，所述至少一个导热置入件在所述叠片铁心设备的极靴的区域中以所述导热置入件的外部边缘落在所述叠片的后面。因此尤其是在电机的转子中使用叠片铁心设备的情况下，所述至少一个导热置入件可以在通过叠片铁心设备提供的极靴的区域中在相应的叠片的外部边缘后面向后错开地结束。换句话说，所述至少一个导热置入件与所述气隙间隔开距离才开始，其中，所述气隙径向在极靴之外延伸。由此可以减少在导热置入件中的涡流损耗的产生。
在本发明的另一种设计方案中规定，多个导热置入件以规则的距离设置在各堆叠的叠片之间。换句话说，所述多个导热置入件可以沿堆叠方向分别彼此间具有均匀的距离。由此可以通过导热置入件达到叠片铁心设备的特别均匀的冷却。例如每十个沿堆叠方向相互堆叠的叠片可以沿堆叠方向跟随一个导热置入件，在该导热置入件上又连接十个沿堆叠方向相互堆叠的叠片。
本发明此外涉及一种电机，所述电机包括定子和能相对于定子围绕旋转轴线转动的转子。所述定子和/或转子包括叠片铁心设备，如所述叠片铁心设备已经与按照本发明的叠片铁心设备相关地说明的叠片铁心设备。按照本发明的叠片铁心设备的优点和有利的进一步扩展方案可视为电机的优点和有利的进一步扩展方案并且反之亦然。尤其是在电机的定子和/或转子中设置叠片铁心设备能够实现：可以以特别高的效率运行电机并且可以至少基本上避免电机的过热。
在本发明的进一步设计方案中规定，至少所述转子包括叠片铁心设备，如所述叠片铁心设备已经与按照本发明的叠片铁心设备相关地说明的叠片铁心设备，并且所述叠片铁心设备以其冷却侧贴靠在电机的被冷却的转子轴上。尤其是转子轴定义用于转子的旋转轴线。为了能够实现转子轴的冷却，所述转子轴例如可以构成为能被冷却流体流经的空心轴。因此通过将叠片铁心设备以其冷却侧靠置到转子轴上，热量可以从叠片铁心设备放出到转子轴上，由此可以冷却叠片铁心设备。在转子轴内，由叠片铁心设备接收的热量又可以借助冷却流体运走。因此可以进行叠片铁心设备的特别广泛的冷却，由此再次可以特别高效地运行电机。
附图说明
本发明的其他特征可以由权利要求书、附图和对附图的说明得出。以上在说明书中提及的特征和特征组合以及接着在对附图的说明和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能够以相应给出的组合而且能够以其他组合或单独地使用，而不离开本发明的范围。
图中：
图1示出叠片铁心设备的示意透视图，所述叠片铁心设备是电机的局部示出的转子的部分并且贴靠在电机的转子轴上，由此叠片铁心设备能围绕通过转子轴提供的转子轴线旋转，其中，所述叠片铁心设备包括多个沿堆叠方向相互堆叠的叠片，多个导热置入件在所述叠片之间在中间堆叠；以及
图2示出叠片铁心设备在另一种实施形式中的示意透视图，在所述实施形式中，设置在相应的叠片之间的导热置入件的横截面几何形状在极靴的区域中与叠片铁心设备的叠片的横截面几何形状相偏离。
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和图2中示出叠片铁心设备10，所述叠片铁心设备是电机的转子的部分。该电机尤其是可以设置用于驱动机动车。在当前的图中，叠片铁心设备10形成转子的60度区段。叠片铁心设备10包括多个单独的叠片12，这些叠片沿堆叠方向14相互堆叠。叠片铁心设备10具有冷却侧16，在所述冷却侧上，叠片铁心设备10的叠片12可以靠置到转子轴18上，如在图1中示出的。在图1中局部示出的转子轴18尤其是可以构成为流体冷却的空心轴，由此所述转子轴18构成用于叠片铁心设备10的散热装置。这表示，通过转子轴18可以将热量从叠片铁心设备10运走。
为了能够实现叠片铁心设备10的特别高的导热能力而规定，所述叠片铁心设备10具有至少一个导热置入件20、当前为多个导热置入件20。当前，相应的导热置入件20构成为平的并且以其外轮廓与叠片12的外轮廓相适配。因此导热置入件20沿堆叠方向14与叠片12重合。在导热置入件20在图1中示出的设计方案中，叠片12和导热置入件20沿堆叠方向14完全重合。
相应的导热置入件20沿堆叠方向14堆叠到叠片铁心设备10的相应的叠片12之间。在这里，相应的导热置入件20可以沿堆叠方向14彼此间具有规则的距离。例如可以沿堆叠方向14为所有五个相互堆叠的叠片12都设置一个导热置入件20。在冷却侧16上，导热置入件20与叠片12齐平，由此导热置入件20可以与叠片12共同靠置到转子轴18上。因此热量可以通过热传导从导热置入件20传输到转子轴18上。导热置入件20此外设置为用于从贴靠的叠片12接收热量，以便将该接收的热量在冷却侧16上放出到散热装置上。为此规定，导热置入件20具有比叠片12高的导热能力。当前，导热置入件20由铜形成。备选地，导热置入件20可以由铝形成。此外备选或附加地，导热置入件20可以构成为具有空腔并且因此构成为空心的。在该空腔中可以注入有流体。该流体例如是传热油或水。如果将水注入到相应的导热置入件20的空腔中，其中，对空腔的一个区域抽真空，则这样的导热置入件20构成为所谓的两相热虹吸管。
为了使在叠片12中的涡流损耗的产生保持得特别小，如在图2中可以看出的那样，导热置入件20可以在转子的极靴22的区域中以相应的外部边缘落在叠片12的后面。因此在极靴22的区域中，导热置入件20不与叠片12径向向外相齐平。在叠片铁心设备的朝向转子轴18的区域中，导热置入件20构成为与叠片12完全重合并且在此具有至少基本上相同的外部几何结构。
如在图1中可以看出的那样，可以侧向在叠片铁心设备10上设置有至少一个槽绝缘装置(Nutisolation)24。
本发明基于这样的认识，即，通过将良好导热的导热置入件20、尤其是由铜或铝制成的片放入到所述叠片12之间，能够显著提高叠片铁心设备10的平均导热能力并且因此可以达到从绕组到散热装置中的改善的传热。这直接提高电机的持续功率。备选或附加于设置由铜或铝制成的导热的片，导热置入件20可以构成为空心的片，所述片以气态的介质、液态的介质或相变介质填充，所述相变介质可以按照两相热虹吸管或热泵的原理实现特别强烈的热传导。利用该措施，电机的有效长度可以缩短了导热置入件20的厚度，从而对于相同的转矩，应构造更长的定子或转子或应提高所提供的电流。通过导热置入件20提供的改善的冷却借此可以至少部分地补偿与之伴随的损耗。在作为电机的电流激励同步电机的转子有效部件的长度为136毫米时，能够通过将厚度为1毫米的、作为导热置入件20的铝片置入到叠片铁心中而将叠片铁心设备10的平均导热能力从Lambda＝20瓦每米每开尔文提高到大约30瓦每米每开尔文，所述铝片冲压或激光加工在电机的叠片断面上。由此可导出的热功率在叠片铁心设备10上在相同的温度差的情况下升高大约百分之50。
本发明总体上示出，可以如何通过在叠片铁心中的导热的置入件达到转子冷却和定子冷却。
附图标记列表
10叠片铁心设备
12叠片
14堆叠方向
16冷却侧
18转子轴
20导热置入件
22极靴
24槽绝缘装置
Claims (10)
1.用于电机的叠片铁心设备(10)，所述叠片铁心设备包括多个沿堆叠方向(14)相互堆叠的叠片(12)并且包括至少一个导热置入件(20)，所述导热置入件沿堆叠方向(14)堆叠在两个叠片(12)之间，并且所述导热置入件具有比相贴靠的叠片(12)高的导热能力。
2.按照权利要求1所述的叠片铁心设备(10)，其特征在于，所述叠片铁心设备(10)具有冷却侧(16)，在所述冷却侧上，叠片铁心设备(10)的全部叠片(12)能靠置到散热装置上，其中，在该冷却侧(16)上，所述至少一个导热置入件(20)与所述叠片(12)齐平。
3.按照权利要求1或2所述的叠片铁心设备(10)，其特征在于，所述至少一个导热置入件(20)包括铝和/或铜。
4.按照上述权利要求之一所述的叠片铁心设备(10)，其特征在于，所述至少一个导热置入件(20)构成为空心的，其中，在所述导热置入件(20)的空腔中注入有至少一种流体。
5.按照权利要求4所述的叠片铁心设备(10)，其特征在于，传热油作为流体注入在所述空腔中。
6.按照权利要求4所述的叠片铁心设备(10)，其特征在于，所述至少一个导热置入件(20)构成为两相热虹吸管。
7.按照上述权利要求之一所述的叠片铁心设备(10)，其特征在于，所述至少一个导热置入件(20)在所述叠片铁心设备(10)的极靴的区域中以所述导热置入件的外部边缘落在所述叠片(12)的后面。
8.按照上述权利要求之一所述的叠片铁心设备(10)，其特征在于，多个导热置入件(20)间隔开规则的距离地设置在各堆叠的叠片(12)之间。
9.电机，所述电机包括定子和能相对于定子围绕旋转轴线转动的转子，其中，所述定子和/或转子包括按照上述权利要求之一所述的叠片铁心设备(10)。
10.按照权利要求9所述的电机，其特征在于，至少所述转子包括按照权利要求2至8之一所述的叠片铁心设备(10)，并且所述叠片铁心设备(19)以其冷却侧(16)贴靠在所述电机的被冷却的转子轴(18)上。
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2022
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