专利名称：流体冷却的电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够借助于流体冷却的电机。流体例如是油、水、高密度的气体或者也可以是高密度的冷却剂。
背景技术：
为了冷却电机，可以使用不同的介质。如果使用空气，则能够例如借助外部通风机或者自有通风机使电机冷却。电机也能够借助于液体冷却。液体例如是水或者油。
发明内容
本发明的目的在于，改进电机的流体冷却。在填充流体的机器中，例如在填充油的机器中，根据冷却类型的不同而存在有不同的系统。如果电机不具有外部的冷却器，则能够以液体、特别是油填充电机内腔(例如填充油的电梯电机)。热量通过由油形成的对流排出到电机的壳体。如果油处于电机的气隙中，则能够在那里形成热-点(Hot-spots)。这特别通过由转子形成的热量输入和通过高的摩擦损耗引起。也可以将高密度的气体替代油作为流体使用。在具有外部冷却器的电机的实施方式中，油以及其它的冷却液体或者流体借助于泵(外部的或者内部的)通过电机输送。不具有外部的泵的、填充流体的电机可以设有外部的或者内部的冷却器。因此能够通过结构性的措施在电机的转子和/或定子上引起特别是穿过气隙或者穿过一条或者多条冷却管道的流体流，其中，能够通过旁通管道进行返回引导。由此可以在不使用外部的流体泵的情况下改进流体填充的电机的冷却。通过形成的流体循环也形成了在总的流体容积中的温度的平衡。流体的输送和由此形成的电机的流体循环回路通过其运动引起。这意味着，只有当电机完成旋转运动时，才能有效地在电机内部输送(用泵抽吸)流体。为了改进电机的冷却，可以将热交换器一同集成在冷却流体的循环回路中。通过电机的有效部件的这一设计能够例如通过离心力、通过螺旋、通过螺杆或者可能通过转子路径的设计实现流体的输送效果(泵效果)。流体(例如液体)能够这样，例如通过气隙或者转子输送。其中，电机的有效部件的设计例如涉及具有圆锥形的以及阶梯形的气隙的定子和/或转子以及例如具有一个或者多个轴向的和/或径向的冷却管道以及具有空心轴的转子的设计，或者也涉及倾斜的定子槽。通过流体在电机中的输送实现流体温度的平衡，由此例如能够防止液体在气隙中的沸腾。与用于流体(特别是油)的回流的旁通管道相连接，由此能够使流体进一步冷却，从而能够以简单的方法提高电机的功率。如前所述，流体在电机内部的循环能够在不使用附加的外部装置和辅助机组的情况下仅通过对电机的旋转运动的充分利用而实现，其中，为此例如在转子上、在定子上、在气隙中等位置上采取不同的措施，以实现流体在电机中的泵作用以及输送。其中，流体能够经过电机的气隙和/或经过轴向地以及径向地布置的冷却管道来引导。为此例如能够使用合适的几何构造，即定子-或转子结构的轴向的以及径向的设计，也可以使用端部金属片的合适的修改方案或者使用螺杆。为了改进电机中的冷却效果，能够将流体引导入集成的冷却结构(例如空心肋片)中。对此附加的或者可替换的是，外部冷却器的使用也是可能的。流体冷却的(特别是油冷却的)电机能够这样设计，即该电机具有流体循环回路和集成的泵，其中，通过电机的旋转运动能够产生泵作用。本发明的目的相应地由具有根据权利要求I至9中任一项所述的特征的、流体冷却的电机实现。集成在电机中的泵能够通过不同的结构性措施实现。在流体冷却的电机的设计方案中，该流体冷却的电机具有圆锥形的、注满流体的气隙。这种相关于电机的轴线、确切地说即旋转轴线的圆锥形状代表了集成的泵。气隙在电机内部的圆锥形的定位导致，在气隙的轴向的对准方向上的起始位置处，到电机的轴线的距离小于在电机的气隙的轴向末端处到电机的轴线的距离，通过这种气隙在电机内部的圆锥形的定位，由不同的离心力产生气隙内部的抽吸作用，从而能够通过机器用泵抽吸电机中的和气隙中的流体。在电机的一个设计方案中，圆锥形定位的、和填充流体的气隙具有阶梯形状。该阶梯形状可以例如通过具有不同直径的叠片组的顺次排列实现。转子和/或定子则具有部分叠片组，这些部分叠片组确定气隙的阶梯。在电机的另一个设计方案中，定子绕组圆锥形地定位。通过定子绕组的圆锥形定位和气隙的圆锥形的设计方案可以使定子绕组和气隙之间的距离保持不变。如果仅气隙在电机内部圆锥形地定位并且定子绕组与电机的轴线相切地布置，则因此形成气隙和定子绕组之间的不同的距离。在电机的另一个设计方案中，该电机具有一个或者多个径向的管道。径向的管道特别地位于电机的转子中并且填充流体，由此在转子运动时，离心力将径向的管道内部的流体径向地向外输送。在电机的另一个设计方案中，该电机具有一个或者多个螺旋结构。其中能够例如使用螺杆(Schnecken)-或螺旋(Wendel)结构,通过该结构能够输送流体。该螺旋结构特别地位于电机的转子上，从而在其旋转运动时能够实现输送作用。冷却管道或冷却管也能够构造为螺旋形并且这样地位于转子上，即能够通过这些冷却管道或冷却管输送流体。在电机的一个设计方案中，该电机具有一个或者多个圆锥形地定位的管道，其中，这些管道特别地位于电机的转子之内或之上。电机可以是同步电机，或者也可以是异步电机。此外，作为外部转子的设计方案与作为内部转子的设计方案一样是可行的。在电机的设计方案中，转子具有一个泵或多个泵叶片。借助于该叶片在转子进行旋转运动时输送流体。根据叶片的设计方案的不同，则有可能将流体径向地向外输送，或者也径向地向内输送，直至旋转轴线。在电机的一个设计方案中，泵叶片能够这样组合，即在电机的第一侧面上实现径向地向内的泵作用，并且在电机的另一个相反的侧面上，泵作用径向地向外延伸，其中，电机的一个侧面例如是驱动侧并且电机的另一个侧面是其从动侧。在电机的另一个设计方案中，该电机具有定子槽，其中这些定子槽是倾斜的并且形成引导流体的管道。通过定子槽的倾斜不仅能够降低在永磁激励的电机中的制动扭矩，而且也能够实现泵作用，从而实现流体从驱动侧到从动侧或者反方向的输送。倾斜的定子槽不仅能够在永磁激励的同步电机中使用，而且例如也能够在异步电机中使用。
下面根据在附图中示出的实施例详细地说明和阐释本发明。图中示出图1示出具有圆锥形地定位的气隙的电机，图2示出具有圆锥形地定位的定子绕组的电机，图3示出具有阶梯状的气隙的电机，图4示出在转子中具有径向的管道的电机，图5示出在转子上具有螺旋结构的电机，图6示出具有泵叶片的电机，图7示出具有在定子中的径向的管道的电机；图8示出倾斜的定子槽；图9示出短路环的横截面；图10示出短路环的另一个横截面；和图11示出图6中的细节图。
具体实施例方式根据图1的示意图示出穿过电机I的局部截面图。电机I具有定子26和转子27。转子27和定子26之间的气隙25圆锥形地定位于电机I的内部，由此使气隙25到轴23的距离轴向地改变。根据图1的电机I此外还具有轴承套22和空心肋片20，其中，能够通过空心肋片中的冷却管道21引导流体、特别是冷却液体。流体的循环通过箭头19示出。流体通过气隙25轴向地输送经过电机1，并且通过冷却肋片20中的管道21和定子管道32被返回引导。通过例如是油的流体的这种循环，不仅电机I的定子26、而且转子27均被冷却。在当前的情况下，转子27具有短路笼28。在后面的图中示出电机的其它设计方案，其中，相同的元件以相同的参考标号表示，从而在后面特别地涉及具有集成的泵的电机的实施方式的区别。根据图2的示意图示出具有圆锥形地定位的定子绕组24的电机的设计方案。与图1中相同，气隙25在图2中也是圆锥形地定位的，其中，根据图2，在气隙和定子绕组之间的距离是恒定的。与此相反，在图1中，在气隙和定子绕组之间的距离在轴向的方向上是不同的。根据图3的示意图示出转子27和定子26的设计为阶梯形状的薄板。薄板29具有直径相同的部分叠片组，其中，不同部分叠片组的直径彼此不同。通过使用气隙25的阶梯形状形成电机的一种比持续地改变为转子和定子所使用的薄板的直径更简单的结构。根据图4的示意图示出在转子27中的轴向的冷却管道30和在转子27中的径向的冷却管道31。流体在这些冷却管道中循环并且通过气隙25输送至定子绕组的绕组端部的区域中。根据图5的示意图示出在转子27上具有螺旋结构36的电机。如通过箭头19表明地，通过螺旋结构36，流体在转子运动时通过气隙25输送。根据图6的示意图示出转子中的冷却管道30的输入端的区域中的泵叶片33。通过泵叶片33在转子运动时将流体输送至管道30中。根据图11的示意图示出图6中的细节图，从而能够更容易地识别泵叶片33的作用以及位置。根据图7的示意图示出不仅在转子27中的、而且也在定子26中的径向的冷却管道31。由于定子26也具有邻近的、轴向的冷却管道32，因此能够从中形成用于流体的、新的循环运动。根据图8的示意图在截面图中示意性地示出倾斜的定子槽35，通过该倾斜的定子槽在转子运动时将例如已经位于气隙25中的油通过该气隙和倾斜的冷却管道输送。根据图9和图10的示意图示出短路环28的横截面的局部图。根据图9，短路环28在外部的半径范围内具有直角形的槽。根据图10，短路环28在外部的半径范围内具有弧形的切口。这些槽以及切口分别是一种例如被铣入的狭槽。因此，两个短路环能够例如在根据图4以及根据图7的对象的情况下，在上侧面上设有小的狭槽(高度在毫米范围内)，由此形成液体(或者说流体)的向上的一定的离心作用并且由此有益地支持循环。在根据图5以及6的对象的情况下也能够提供这种特征，其中，这里特别地只在一个短路环上设有狭槽。
权利要求
1.一种流体冷却的电机(I)，所述电机具有流体循环回路和集成的泵，其中，通过所述电机(I)的旋转运动特别地能够产生泵作用。
2.根据权利要求1所述的流体冷却的电机(1)，其特征在于，所述电机具有圆锥形的、注满流体的气隙(25)。
3.根据权利要求2所述的流体冷却的电机(1)，其特征在于，所述圆锥形的、注满流体的气隙(25)具有阶梯形状。
4.根据权利要求2或3所述的流体冷却的电机(1)，其特征在于，定子绕组(24)圆锥形地定位。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的流体冷却的电机(1)，其特征在于，所述电机具有径向的管道(31)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的流体冷却的电机(1)，其特征在于，所述电机具有螺旋结构(36)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的流体冷却的电机(1)，其特征在于，所述电机具有圆锥形地定位的管道(25)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的流体冷却的电机(1)，其特征在于，所述电机具有与所述电机(I)的转子(27 )耦合的泵叶片(33 )。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的流体冷却的电机(1)，其特征在于，所述电机具有倾斜的定子槽(35)。
全文摘要
本发明涉及一种流体冷却的电机(1)，其具有流体循环回路和集成的泵元件。
文档编号H02K9/08GK103026597SQ201180036265
公开日2013年4月3日 申请日期2011年6月14日 优先权日2010年7月28日
发明者鲁道夫·豪特茨, 克劳斯·纽佩尔特, 马丁·奥伯特迈尔, 马丁·施塔克, 约瑟夫·瓦特辛格, 约瑟夫·茨瓦克 申请人:西门子公司