CN202840768U - 电机及用于电机的间隙管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电机，特别是电动机(2)，具有布置在定子(46)与转子(20)之间的一件式间隙管(26)，该间隙管在电机壳体(10)内部的、由冷却剂(42)而受外部压力加载的管壁(58)由纤维复合材料(60)组成。间隙管(26)的壁厚度(68)小于2.5mm并且大于0.5mm。

Description

电机及用于电机的间隙管

技术领域

本实用新型涉及一种电机，具有布置在定子与转子之间的一件式间隙管(Spaltrohr)，该间隙管的、在电机壳体内部的、由冷却剂而受外部压力加载的管壁由纤维复合材料组成。电机在这里特别是指电动机或发电机，优选具有集成化的变流器，作为商用车的机组或辅助机组的电动机式或发电机式工作的从动端装置。 

背景技术

电机一般借助功率电子装置(变流器，特别是变频器、DC/AC或AC/DC转换器或诸如类似的装置)运行。电子装置适当地具有由半导体开关组成的桥式电路，半导体开关的数量与桥支路的数量同样依赖于电机的相数，其中，通常是三相或多相电动机和发电机。 

根据电机作为电动机或作为发电机的运行，要么为了所要求转速和所规定的转矩将电功率输送到机器，要么从电机提取电功率，并且为连接在后的机组，例如商用车的机组，而提取。在作为发电机的运行方式中，发电机产生的多相交流电借助电子装置(变流器)转换成直流电，然后该直流电例如经由中间电路输送到每个机组或用电器。 

电机的定子借助冷却剂冷却，以便导出由于运行造成的损耗功率而出现的热量。冷却剂依赖于应用领域和电机的功率而进行选择，其中，通常使用油。冷却剂优选借助泵传送，该泵由电机本身或借助单独的驱动装置操作。 

为避免电机的转子由于提高的摩擦通过冷却剂而制动，并且因此降低电机的效率，这种电机具有所谓的间隙管。这种间隙管至少部分 处于定子与转子之间的间隙中并将它们彼此分开。传统的间隙管例如由金属或玻璃纤维加强的塑料组成。 

在DE 10 2009 052 932 A1中公开了一种带有布置在定子壳体内的定子的电机。定子包括具有轴向延伸的作用区的绕组组件。绕组组件设置在该作用区内，以便与转子电动地配合作用。绕组组件的绕组端部在这里布置在作用区的外部。定子壳体借助间隙管与电机的转子密封地分开。间隙管在轴向上仅在绕组组件的作用区上延伸，也就是相对较短。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提出一种得到改进的电机。 

该目的依据本实用新型通过权利要求1的特征得以实现。有利的设计方案、改进方案和变形方案是从属权利要求的主题。

电机例如是发电机或特别优选是电动机。电机具有特别是铁磁材料的定子。定子例如包括数个组成板叠(Blechpacket)的叠片，这些叠片基本上垂直于电机轴向地布置。特别是叠片为矩形或圆形。此外定子具有带有电的导体的绕组组件，这些电的导体分布在轴向上并缠绕叠片和/或在为此所具有的槽(通道)内穿过叠片引导。在板叠的外部布置绕组端部，其将轴向分布的导体彼此电连接。 

定子在中心轴向分布地具有留空部，在该留空部内部的转子室内布置有转子。转子在这里沿旋转方向可自由运动。换句话说，可以使转子绕着沿轴向分布的旋转轴线转动，而该转子不接触定子。转子例如由板叠构造，在板叠上面或在其中特别是安置数个永久磁铁或电磁铁。同样可以设想属于感应电动机类型的转子不具有磁铁。 

转子借助定子绕组组件的通电而转动，或转子的转动导致绕组组 件内部的电流流动。在这里，在转子与定子之间构成的电磁场特别是在转子的和/或定子的板叠区域内基本上恒定，并且特别是最大，但至少是相对较大。相对较大的磁场区域标称为作用区。特别是转子与定子之间的如下区域标称为作用区，该区域的轴向投影由定子的或转子的至少一个板叠的轴向上的投影覆盖。 

电流通过绕组组件的流动使定子升温。为避免损坏定子，该定子因此借助冷却剂冷却。冷却剂例如是如下的油，该油尤其具有电绝缘体的特性。 

例如相对较冷的冷却剂被导入容纳定子的定子室中，在那里冷却剂环绕冲刷定子的叠片，和/或引导冷却剂的冷却通道处于叠片内部。以这种方式，冷却剂被加热，并且定子被冷却。加热的冷却剂由定子室泵出或由该定子室送出，并在电机壳体的外部特别是借助换热器进行冷却。为保证冷却剂经由定子室流动，适宜地，冷却剂处于压力下。 

为避免冷却剂侵入转子室，间隙管处于转子与定子之间。以这种方式，可以使转子室保持无冷却剂，从而在其旋转时出现相对较小的损耗。特别是借助间隙管避免转子的所谓的搅动损耗。 

间隙管一件式地、且空心圆柱形地带有由纤维复合材料制成的管壁地制造。换句话说，管壁由埋入所谓基质中的一个或数个纤维组成。管壁的厚度，也就是管壁在其内径与其外径之间的径向延伸在2.5mm至0.5mm之间。以这种方式，间隙管对外部压力稳定，并可以消除间隙管的凹陷报废。但间隙管相对较薄，从而电机具有相对较高的效率。 

间隙管以适当的方式直接由定子，并且特别是由其板叠包围。至少间隙管与定子之间的间隙相对较小。定子因此优选对间隙管具有稳定的作用，其壁厚度因此可以减小。在外部压力负载相对较大时，间隙管会向内凹陷。在向内凹陷的过程中，间隙管的区域会被向外压。 例如在自由定位的间隙管的情况下、并且在沿压力方向(该压力方向穿过间隙管的中心轴线)受外部压力加载的情况下，所述区域沿着同样穿过间隙管的中心轴线的、但垂直于压力方向分布的扩展方向。换句话说，间隙管的圆形横截面会由于这种外部压力负载而椭圆形地形变。因为贴靠在间隙管上的定子阻止这种向外的形变，所以间隙管的向内凹陷被可靠制止。 

在本实用新型一种优选的实施方式中，间隙管的壁厚度小于2mm和大于1mm，并且例如壁厚度大于1.2mm和特别是小于1.7mm。特别优选壁厚度在1.3mm与1.5mm之间并且特别是1.4mm。 

适宜地，间隙管超出定子与转子之间的电磁作用区延伸出来。特别是至少间隙管长于定子的板叠地，并且以如下方式地布置在定子的内部，即，使整个板叠对于旋转轴线屏蔽。以这种方式，可以使作用区保持基本上无如下磁铁材料，该铁磁材料对电机的效率产生不利影响。即，如果这种材料处于那里的话，那么在该材料内产生会削弱电磁场的寄生电流。 

虽然随着间隙管的长度增长，由于高的外部压力而将其压入的可能性增加，也就是临界的凹陷压力下降。但是这种增加随着间隙管的长度增长而变小。相反间隙管的壁厚度基本上依赖于外部压力的平方。因此虽然临界的凹陷压力略有下降，但在制造电机时，由于间隙管在定子内部的其他元件上的可能连接，而不存在加工问题。 

特别是纤维复合材料的纤维在制造间隙管时沿相对于管纵向的卷绕角卷绕。90°的卷绕角标称垂直于管纵向的角度。所以具有90°卷绕角的间隙管基本上由数个排列成行的环构造。 

但在本实用新型一个适宜的实施方式中，角度小于90°并且大于70°。卷绕角在这里适当地大于75°。以这种方式，实现间隙管径向上相 对较大的稳定性，而无需付出间隙管裂成单片的代价。 

纤维优选由玻璃组成，并且纤维复合材料是玻璃纤维加强的塑料(GFK)。塑料特别是环氧树脂。同样可以设想纤维复合材料是碳纤维加强的塑料(CFK)。 

在本实用新型一种特别适用的实施方案中，卷绕角大于80°，并且至少为82°。特别是卷绕角为88°，这是因为事实证明，88°的卷绕角造成间隙管在径向上产生特别高的稳定性，并且为在电机内部应用具有适当的轴向稳定性。 

适宜地，间隙管的管壁上涂覆密封层。密封层外部包围间隙管，并且因此处于定子与间隙管之间，其中，该密封层贴靠在间隙管上。密封层防止冷却剂侵入如下间隙管，该间隙管可能以这种方式被泡软或以其他方式被损坏。密封层优选由聚合物组成。 

有利地，间隙管的至少一个端侧，但适用地，间隙管的两个端侧不与电机的其他元件接触。但至少间隙管端侧无负载，这导致间隙管在轴向上相对较小的机械负载。以这种方式，可以使间隙管主要在其径向稳定性上进行优化。 

优选间隙管轴向插套到衬圈(Manschette)上。衬圈在内部贴靠在间隙管上，并作为间隙管的定位件。由于衬圈在内部贴靠间隙管，其端侧可以自由，也就是没有任何接触。衬圈同样起到径向上加固间隙管的作用。衬圈特别是由钢(不锈钢)组成并且，不伸入定子与转子之间的作用区内。 

衬圈安放在电机壳体轴承端盖的套环上。轴承端盖的套环因此径向上分布在衬圈内部。例如套环与轴承端盖一件式连接。适宜地间隙管两侧安放在衬圈上，衬圈又分别安放在套环上。 

安放在轴承端盖套环上的衬圈(在该衬圈上安放间隙管)的使用可以不依赖于间隙管的壳体厚度地、或不依赖于间隙管的其他设计方案地进行，并且确切地说视为独立的发明。 

在本实用新型一种有利的形式中，衬圈轴向上分成第一轴向区段和第二轴向区段或至少具有这些区段。第一轴向区段至少部分地处于间隙管中，也就是直接与间隙管接触、或例如经由密封件与间隙管间接接触。在这里，第一区段的最外表面与旋转轴线的径向距离基本上等于或仅相对略小于间隙管最内表面的径向距离。 

在第一轴向区段上接着第二轴向区段，其最外表面具有如下的与旋转轴线的径向距离，该径向距离基本上相当于间隙管的外壁面与旋转轴线的距离。换句话说，第二轴向区段与间隙管平齐。 

在制造间隙管时，纤维例如直接施加在衬圈上，并因此在衬圈与间隙管之间直接建立固定连接。但在一种适用的设计方案中，间隙管与衬圈分开地制造。为使冷却液即使在提高的压力中也不从衬圈与间隙管之间穿过，密封件处于衬圈与间隙管之间。密封件尤其为O形圈。 

适宜地衬圈相对于轴承端盖的套环借助另一密封件密封。电机因此应付相对较少的如下密封点，该密封点可能表现出不密封性的潜在风险。 

适宜地，电机壳体的轴向热膨胀基本上与间隙管的轴向热膨胀相等。例如为此适当选择间隙管纤维的卷绕角和/或材料和/或其塑料。也可以设想电机壳体与间隙管相匹配。以这种方式，运行期间电机受热时，间隙管和电机壳体基本上一致地膨胀，从而间隙管与壳体之间不出现例如冷却液可能到达转子室中的不密封性。如果间隙管与电机壳体之间的连接相对较牢固，同样地避免间隙管的和电机壳体的轴向上 的机械负载。 

适宜地，电机的具有小于1MW的、并且有利地在50kW与0.5MW之间的功率。特别是电动机在正常运行期间的功率低于500kW，其中，特别是在可能的过载运行期间，功率短时间地大于此极限。在此功率极限中，通常需要利用冷却剂冷却定子。在这里，冷却剂适当地处于直至3bar的压力下，以保证冷却剂通过定子流动。在这种压力下，间隙管不会向转子的方向凹陷，并且保证了电机安全运行。 

附图说明

下面借助附图对本实用新型的实施例进行详细阐释。其中： 

图1示出带有间隙管的电机的剖面图；以及 

图2示出间隙管的透视图。 

彼此对应的部件在所有附图中配有相同的附图标记。 

具体实施方式

图1中示出具有轴向4和径向6的电机2的剖面图。该剖面图沿平行于轴向4的旋转轴线8分布。电机2，特别是商用车内部的、例如所谓推雪车内部的电动机，用于驱动该推雪车或用于驱动可能的辅助机组。电动机的功率例如为140kW。 

电机2具有铝制的电机壳体10，这里示出其中的A侧轴承端盖12和B侧轴承端盖14。轴承端盖12、14上安置轴承16，例如球轴承。轴承16在这里分别处于套环18的内部。每个套环18为空心圆柱形，并伸入电机壳体10的内部。未示出的圆柱形轴处于轴承16内部。轴与旋转轴线8和与轴承16同心地布置。在电机2运行中，轴绕自身和旋转轴线8旋转。例如商用车的辅助机组与轴作用连接。 

轴上同心地安置示意地示出的转子20。转子20例如具有由各个叠片组成的板叠，在其内部或在其上面固定永久磁铁。换句话说，电机2 是永久磁铁励磁的电动机。转子20处于充入空气的转子室22的内部。转子室22相对于定子室24借助间隙管26限定。间隙管26的管纵向28平行于旋转轴线8和轴向4。 

间隙管26在其端侧30上无负载，因此由于间隙管26安装在电机壳体10的内部，没有或相对较小的轴向力作用于端侧30。为了即使在电机2运行期间也避免间隙管26的轴向负载，该间隙管具有轴向4上的、与其余电机壳体10相同的热膨胀。间隙管26和电机壳体10因此具有相同的温度系数。也就是说，如果间隙管26在轴向4上由于热输送而膨胀，那么电机壳体10同样膨胀，从而为间隙管26在电机壳体10的内部具有足够的用于热膨胀的空间(体积)，而该间隙管不会卡住。 

间隙管26两侧安放在钢制衬圈32上。每个衬圈32具有第一轴向区段34和其上接着的第二轴向区段36。第二轴向区段36与间隙管26的外表面平齐，其中，自由区处于第二轴向区段36与间隙管26的端侧30之间。第一轴向区段34伸入间隙管26内，并作为间隙管26的安装点使用。 

换句话说，第一轴向区段34至少部分直接或间接经由其他元件贴靠在间隙管26的内表面上。以这种方式，间隙管26对向内的凹陷稳定。在所示出的电动机中，所谓O形圈的、由橡胶制成的密封件38处于第一轴向区段34与间隙管之间。第一轴向区段34内加工出凹处，密封件38处于其内部。 

每个衬圈32安放在一个所述套环18上并借助其他密封件40密封。转子室22因此借助衬圈32、密封件38、40和间隙管26基本上相对于加注冷却剂42的定子室24密封。 

电机2运行期间，冷却剂42处于例如为3bar的压力下。间隙管 26以如下方式加工，使这种压力或还有过载阶段期间特别是直至9bar的峰值压力不将间隙管26向内压入转子室22，或在间隙管26内不引起向内的凹陷、凹坑或弯曲。为使冷却剂42不侵入间隙管26本身，该间隙管在其表面借助密封层44覆盖。密封层44由聚合物组成。冷却液42是绝缘油，并且用于冷却布置在定子室24内部的定子46。 

定子46具有由数个彼此叠放的叠片组成的板叠48。叠片内基本上在轴向4上加工出通道，冷却液42可以通过这些通道流动。同样，如下的孔处于叠片内部，定子46的绕组组件50穿过该孔铺设。绕组组件50基本上由电的导体组成，并具有轴向区段52，在其内部电的导体主要平行于轴向4分布，并且该轴向区段处于板叠48的内部。轴向区段52上轴向4上两侧连接所谓的绕组端部54。绕组端部54的内部电的导体折返，从而该电的导体又通向轴向区段52中。 

此外，板叠48的叠片在中心具有圆形留空部，在其内部布置有间隙管26。该留空部的直径例如为150mm，而间隙管26的外径与其相比特别是少0.3mm。换句话说，间隙管的外径为149.7mm，其中，该外径也可以更大。间隙管26的、径向6上的热膨胀适配于定子46、并且特别是适配于板叠48，类似于轴向4上的热膨胀，该热膨胀适配于电机壳体10。 

电机2运行期间，间隙管26的外径不超过板叠48内部留空部的直径。以这种方式避免间隙管26损坏，这种损坏会导致所谓的凹陷报废，也就是间隙管26毁坏和/或冷却剂42侵入转子室22内。 

间隙管26以如下方式布置在板叠48的内部，即，该间隙管超出定子46与转子20之间的电磁作用区56延伸出来。作用区56是定子46与转子20之间的如下区域，在该区域内部由所述定子与转子产生的电磁场相对较大并且接近恒定。作用区56的长度58在所示出的电机中与板叠48的长度相符合。换句话说，间隙管26在轴向4上在两侧 超出板叠48。 

图2示出间隙管26的透视图，该间隙管具有管壁58。管壁58为空心圆柱形并由带有埋入基质64内的纤维62的纤维复合材料60组成。纤维62由玻璃组成，并且基质64是环氧树脂，从而使得纤维复合材料60是玻璃纤维加强的塑料。纤维62与管纵向28相比具有卷绕角66。换句话说，在制造间隙管26时，纤维62例如以确定的角度，即卷绕角66绕着毛坯来回缠绕或在其上卷起，其中，毛坯为圆柱形并且其外径基本上相当于间隙管26的内径。纤维62各个区段之间的间隙借助基质64填充。卷绕角66基本上在间隙管26的长度上恒定，但在间隙管端侧30的区域内可以变化。卷绕角66至少在间隙管26的相对较大的长度上为88°。 

管壁58的壁厚度68为1.4mm。因此定子46与转子20之间的气隙(环形空间)可以相对小地被占据，但其中，还由于卷绕角66的选择间隙管26可以具有相对较高的稳定性，并且冷却剂42可靠地保持在定子室24的内部。 

本实用新型并不局限于上述实施例。确切地说，专业人员也可以从中导出本实用新型的其他方案，而不偏离本实用新型的主题。此外特别是所有与实施例彼此联系地介绍的单个特征也可以以其他方式彼此组合，而不偏离本实用新型的主题。 

附图文字 

2电机 

4轴向 

6径向 

8旋转轴线 

10电机壳体 

12A侧的轴承端盖 

14B侧的轴承端盖 

16轴承 

18套环 

20转子 

22转子室 

24定子室 

26间隙管 

28管纵向 

30端侧 

32衬圈 

34第一轴向区段 

36第二轴向区段 

38密封件 

40密封件 

42冷却剂 

44密封层 

46定子 

48板叠 

50绕组组件 

52轴向区段 

54绕组端部 

56作用区 

58管壁 

60纤维复合材料 

62纤维 

64基质 

66卷绕角 

68壳体厚度 

Claims (19)

1.电机（2），带有布置在定子（46）与转子（20）之间的一件式的间隙管（26），所述间隙管在电机壳体（10）内部由于冷却剂（42）而受外部压力加载的管壁（58）由纤维复合材料（60）组成，其特征在于，所述间隙管（26）的壁厚度（68）小于2.5mm并且大于0.5mm。

2.按权利要求1所述的电机（2），其特征在于，所述电机（2）是电动机。

3.按权利要求1所述的电机（2），其特征在于，所述壁厚度（68）小于2mm并且大于1mm。

4.按权利要求3所述的电机（2），其特征在于，所述壁厚度（68）大于1.4mm。

5.按权利要求1至4之一所述的电机（2），其特征在于，所述间隙管（26）在管纵向（28）上超出所述定子（46）与所述转子（20）之间的电磁作用区（56）延伸出来。

6.按权利要求1至4之一所述的电机（2），其特征在于，管纵向（28）与所述纤维复合材料（60）的纤维（62）之间的卷绕角（66）小于90°并且大于70°。

7.按权利要求6所述的电机（2），其特征在于，所述卷绕角（66）小于90°并且大于75°。

8.按权利要求7所述的电机（2），其特征在于，所述卷绕角（66）大于80°。 

9.按权利要求8所述的电机（2），其特征在于，所述卷绕角（66）大于88°。

10.按权利要求1至4之一所述的电机（2），其特征在于，所述管壁（58）在外侧借助密封层（44）来覆层。

11.按权利要求1至4之一所述的电机（2），其特征在于，所述管壁（58）在外侧借助聚合物来覆层。

12.按权利要求1至4之一所述的电机（2），其特征在于，所述间隙管（26）在端侧在管纵向（28）上无负载。

13.按权利要求1至4之一所述的电机（2），其特征在于，所述间隙管（26）轴向插套到衬圈（32）上，并且所述衬圈（32）安放在所述电机壳体（10）的轴承端盖（12、14）的套环（18）上。

14.按权利要求13所述的电机（2），其特征在于，所述衬圈（32）具有伸入所述间隙管（26）中的第一轴向区段（34）和其上接着的第二轴向区段（36），所述间隙管（26）与所述第二轴向区段平齐。

15.按权利要求13所述的电机（2），其特征在于，所述衬圈（32）相对于所述间隙管（26）和所述套环（18）分别借助密封件（38、40）密封。

16.按权利要求1至4之一所述的电机（2），其特征在于，所述电机壳体（10）具有与所述间隙管（26）在管纵向（28）上的热膨胀相等的轴向热膨胀。

17.按权利要求1至4之一所述的电机（2），其特征在于，功率小于1MW。 

18.按权利要求17所述的电机（2），其特征在于，功率在50kW与500kW之间。

19.用于按权利要求1至18之一所述电机（2）的间隙管（26）。 

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