带有经冷却的转子的电机的制作方法

本发明涉及一种带有定子并带有转子的电机，其中，定子具有带有至少一个在端侧的绕组头的绕组。转子具有至少一个至少部分螺旋状延伸的冷却通道，冷却通道轴向地朝该绕组头的方向敞开，从而冷却剂在转子旋转时从冷却通道和转子朝该绕组头的方向输送。本发明还涉及一种带有这样电机作为牵引驱动器的车辆驱动系。

背景技术：

由DE 10 2011 079 165 A1公知了这种电机。由DE 11 2010 005 824 T5公知了另一种带有液体冷却的转子的电机，其中，在那里，在转子中没有设置螺旋状地延伸的冷却通道。在公知的电机中的缺点是，来自冷却通道的冷却剂到达定子或定子的绕组头，从而冷却剂也可以轻松地到达转子与定子之间的气隙中。到达气隙中的冷却剂引起转子与定子之间的剪切力，其将制动力矩产生到转子上并且由此降低电机的效率。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是提供一种电机，其中，较少的或没有冷却剂可以从转子到达转子与定子之间的气隙中。

该任务利用带有权利要求1的特征的电机解决。其优选的实施方式能从从属权利要求得出。

相应地提出了一种带有定子并带有转子的电机，其中，定子具有带有至少一个端侧的绕组头的电绕组，并且其中，转子具有至少一个至少部分螺旋状延伸的冷却通道。该冷却通道至少轴向地朝该绕组头的方向敞开，从而冷却剂在转子旋转时从冷却通道和转子朝该绕组头的方向输送。

在此设置的是，转子和至少一个冷却通道按如下方式实施，即，在转子旋转时，冷却剂从冷却通道和转子沿轴向超越(jenseits)该绕组头地抛出。

冷却通道尤其是按如下方式实施，即，在电机的常见的运行转速下或者在电机的近似的额定转速的情况下的抛出作用是该情况。通过冷却通道的抛出作用，因此不再将冷却剂向绕组头抛出，由此，较少的直至没有冷却剂到达转子与定子之间的气隙中。取而代之的是，冷却剂超越绕组头地抛出。冷却通道可以完全在轴向上沿着转子螺旋状地实施，或者其还可以取而代之地仅区段性地螺旋状地实施。冷却通道可以在其长度上完全地或区段性地沿径向方向封闭。或者冷却通道可以径向地在其整个长度上沿径向方向敞开。冷却通道尤其是可以螺旋状地围绕转子的旋转轴线延伸。尤其是，转子的轴向延伸尺寸小于定子的轴向延伸尺寸。因而，定子的一个或多个绕组头轴向地凸出超过转子。

本发明特别适用于使用在快速转动的电机中。冷却通道的导程尤其是按如下方式(根据特性)实施，即，使冷却剂在电机运行时常见的转动方向的情况下穿过冷却通道朝冷却通道的轴向开口的方向输送。

在优选的改进方案中，冷却通道的螺旋状延伸的部分的导程沿轴向朝绕组头的方向增加。因此，冷却通道的导程朝转子的端侧的方向增加。处在冷却通道中的冷却剂由此朝绕组头的方向或者转子的端侧的端部的方向加速，并且因此特别有效地在离开冷却通道后超越绕组头地抛出。导程例如可以线性地或指数性地增加。

在改进方案中，转子具有内部部件，在其径向内壁上布置有冷却通道。冷却通道在此通过内部部件中的径向向内敞开的槽构造。内部部件尤其可以是锅状的内部部件。其尤其是可以由叠片组成，并且/或者其尤其可以是深冲部件。通过这些措施，冷却通道可以特别简单并且成本低廉地引入到转子中。优选地，转子具有叠片组，其径向在外地牢固地布置在内部部件上。由此可以特别成本低廉地制造转子。

内部部件(在其径向内壁上布置有冷却通道)的核心思想是，通过在转子旋转时产生的离心力，冷却剂被压入到冷却通道中。冷却通道具有一定的导程，其将冷却剂朝冷却通道的处在转子的轴向端侧上的端部的方向输送。在此，热量从转子导出。通过朝绕组头或冷却通道的端侧的端部的方向提高冷却通道的导程，冷却剂离开转子的轴向的排出速度提升。因此，冷却剂可以特别远地从绕组头抛离。通过冷却通道深度的提高，冷却通道中的冷却剂的速度可以提升，这同样导致冷却剂离开转子的排出速度提升，并且因此引起在从冷却通道排出时的抛出作用的改进以及转子中的冷却效率的提高。为此的背景是，通过冷却通道深度的提高导致对冷却通道中的冷却剂的旋转压力的提高，其最终导致冷却通道中的冷却剂的速度的提升。

在改进方案中，电机具有传动级，其设置在内部部件的径向内部。电机此外还具有从动轴，电机的转矩能在从动轴上截取。传动级在此按如下方式实施，即，传动级将转子的旋转速度转换为从动轴的另外的旋转速度。传动级在此可以将转子的旋转速度以加速方式转换，即，使从动轴的旋转速度比转子的旋转速度更快，或者以减速方式转换，即，使从动轴的旋转速度比转子的旋转速度更小。由此可以提供带有集成的传动级的特别紧凑的电机。

在此优选的是，传动级构造为行星级。该行星级尤其是由齿圈、一个或多个行星齿轮和太阳轮组成，它们以已知的方式彼此咬合。内部部件在此可以至少抗相对转动地与行星级的齿圈连接，或者本身形成齿圈。从动轴则可以与行星级的行星架或太阳轮至少抗相对转动地连接。从动轴尤其是与传动级的行星架抗相对转动地连接。通过实施为行星级的传动级，可以以特别紧凑的方式获得的高传动比。在此优选的是，冷却剂同时用于润滑传动级。因此，冷却剂具有如下任务，即，冷却转子并润滑传动级。因此，冷却剂尤其是油或润滑油，尤其是变速器油。

在转子的改进方案中，转子经由内部部件和在径向上布置在内部部件内的第一轴承可转动地支承。作用到转子上的径向力因此经由内部部件和布置在内部部件中的第一轴承支撑，例如支撑到电机的从动轴上。备选地或附加地，转子可以经由内部部件和在径向上布置在内部部件外部的第二轴承可转动地支承。因此，作用到转子上的径向力经由内部部件和在径向上布置在内部部件外的第二轴承支撑，优选支撑到电机的壳体上。假如设置两个轴承，那么因此，转子可以可转动地支撑在从动轴以及电机的壳体上。优选地，转子的支承仅借助布置在转子的内部部件上的一个或多个轴承进行。

优选地，第一轴承实施为固定轴承，并且因此支撑转子的径向力和轴向力。第二轴承则实施为浮动轴承，并且因此仅支撑转子的径向力。这具有以下优点，即，转子的热膨胀不引起定子相对于转子的明显的位置改变。

可以设置的是，通向冷却通道的冷却剂入口在转子的第一端侧的区域中，其中，该端侧与转子的在其上冷却通道朝绕组头敞开的那一端侧对置。因此，冷却剂通过冷却通道近似在转子的整个轴向长度上输送。因此，通过冷却通道产生的冷却作用是特别良好的。

所描述的电机特别适用于推进车辆，例如载客汽车或货车，即，适用于作为车辆的牵引驱动器。本发明因此还涉及一种带有作为牵引驱动器的如上述那样实施的电机的驱动系。

附图说明

以下借助其他示例阐述本发明，由这些示例能得出本发明的其他优选的实施方式。在附图中：

图1示意性地示出穿过电机的纵剖面图；

图2示意性地示出转子的冷却通道的展开的型面；

图3示意性地示出车辆驱动系中的电机的纵剖面图。

相同的或至少功能相同的构件或元件在图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出穿过电机1的纵剖面。电机1具有定子3和转子2。转子2与电机1的从动轴6牢固地连接。转子2和从动轴6经由轴承7、7’能转动地支承在电机1的壳体8中。定子3与壳体8牢固地连接。定子3具有电导体、例如铜线的多个电绕组，并且定子3在每个轴向端侧上具有绕组头4、4’。转子2布置在定子3的径向内部，因而电机1是内动子机。

转子2具有液体冷却部，其至少具有处在转子2中的冷却通道5。液体冷却部设置的是，冷却剂从从动轴6出发径向朝转子2的方向导入到冷却通道5中。冷却剂通过流动通道5沿着转子2的径向内侧朝转子2的轴向端侧流动，即，朝定子3的绕组头4、4’的方向流动。

如在图1的左侧所示出的那样，在此可以存在的是，冷却剂从转子2到达定子3的其中一个绕组头4、4’上。在此，冷却剂可以从绕组头4、4’弹回并且到达定子3与转子2之间的气隙中，在那里引起转子2与定子3之间的剪切力。由此，在转子2与定子3之间产生制动力矩并且降低了电机1的效率。

因此设置的是，冷却通道5至少部分地沿轴向方向螺旋状地延伸。冷却通道5因此形成围绕转子2的旋转轴线X的螺旋。冷却通道5轴向地朝定子的其中一个绕组头4、4’的方向敞开，从而冷却剂在转子2旋转时从冷却通道5朝该绕组头4、4’的方向输送。这按如下方式进行，即，冷却剂沿轴向超越该绕组头4、4’地被抛出。冷却通道5与之相应地实施。这在图1的右侧象征性地示出。通过在转子2旋转时的离心力，处在转子2的径向内部的冷却剂被压到冷却通道5中，即，旋转压力作用到冷却通道5中的冷却剂上。通过冷却通道5的螺旋形状和轴向开口，冷却剂于是在转子2旋转时得到轴向方向分量，并且在从冷却通道5或转子2出来时轴向地从转子2被抛离。冷却通道5的导程相应地尤其是具有如下特性(Vorzeichen)，从而使冷却剂在电机1运行时常见的转动方向的情况下通过冷却通道5朝冷却通道5的轴向开口的方向输送。

设置的是，该轴向方向分量足够用来尤其是在电机1的常规的运行转速下将冷却剂的大部分超越相应的绕组头4、4’地抛出。由此，没有冷却剂或至少明显更少的冷却剂到达转子2与定子3之间的气隙中。要注意的是，转子2具有比定子3更小的轴向延伸尺寸。因此，定子3的一个或多个绕组头4、4’从定子3起沿轴向方向凸出超过转子2。

如在图1中所示的那样，冷却通道5为此可以在转子2的径向内壁上实施为槽。槽例如在其整个长度上径向向内敞开，并且在轴向上通入到转子2的端侧。备选于此，槽可以至少区段性地径向向内封闭。冷却通道5在此可以单线或多线地沿着转子2的径向内壁延伸。冷却通道5的导程沿轴向朝绕组头4、4’或转子2的相应端侧的方向增加。因此，导程随着与转子2的端侧逐渐接近而增大，冷却剂从该端侧离开冷却通道5(冷却剂出口10)。

根据图1，冷却剂入口9可以设置在转子2的轴向的中间区域中。在此，转子2尤其是可以在冷却剂入口9的每个轴向侧上具有至少一个冷却通道5，其使冷却剂从中间区域或冷却剂入口9出发朝转子2的相应处在该侧的端侧的方向输送。因而，这两个冷却通道5引起沿相反方向的输送作用，即，每个朝转子2的处在相应的轴向侧的端侧输送。备选地可以设置的是，冷却剂入口9设置在转子2的轴向端侧的区域中，该轴向端侧与转子2的冷却剂从那里离开冷却通道5的那个端侧对置。因此，冷却通道5按如下方式实施，即，使冷却剂输送到转子2的对置的轴向端侧上，并且从那里抛离转子2。

图2示出了转子2的展开的径向内侧，转子带有处在其上的冷却通道5。在此，其可以是图1的冷却通道5。冷却通道5仅象征性地示出为线。根据图2，冷却通道5的导程沿轴向方向从冷却剂入口9出发朝冷却剂出口10增加，也就是朝相应的绕组头或冷却通道5的端侧的端部的方向增加。冷却剂入口9在此设置在转子2的第一轴向端侧的周围(在图2中在右侧)，其中，冷却剂出口10设置在转子2的对置的第二端侧上。由此实现的是，冷却剂在被抛离转子2之前几乎穿流过转子2的整个轴向长度。冷却剂入口9例如可以实施为电机1的从动轴6中的开口，冷却剂通过该开口穿过从动轴6能引导或引导至转子2上。

图3示出穿过车辆驱动系中的电机1的纵剖面图。电机1在那里充当车辆的牵引驱动器。然而，这种电机1还可以用于每个其他适当的使用目的，例如用于驱动车床、升降机等。

根据图3，电机1安置在壳体8中，例如变速器壳体或离合器罩中。定子3位置固定地布置在壳体8上。定子3例如由叠片组组成，沿轴向方向延伸的电导体作为绕组置入到其中。在定子3的轴向端侧的区域中，电导体发生弯曲并且形成所谓的绕组头4、4’。电机1的转子2设置在定子3的径向内部。因而，电机1为内动子机。转子2能转动地驱动电机1的从动轴6。定子3在轴向方向上具有比转子2更大的伸展度。具体而言，定子3以其绕组头4、4’沿轴向方向凸出超过转子2。因此存在以下风险，即，冷却剂从转子2到达绕组头4、4’，并且从那里到达转子2与定子3之间的气隙中。

转子2具有锅状的内部部件11，在其上径向在外地紧固有转子2的叠片组。视电机1的结构类型而定地，转子2例如还可以具有永磁体或由电导体组成的保持架。在内部部件11的径向内侧设置有转子2的液体冷却部的冷却通道5。冷却通道5螺旋状地从转子2的第一轴向半部朝转子2的端侧延伸，在那里，冷却通道5通入到电机的内部空间中。其在图3中是转子的左端侧。冷却通道5根据图3实施为径向向内敞开的槽。然而能想到的是，冷却通道至少区段性地径向封闭。冷却通道5的导程朝其通口方向增加，即朝图3的左侧方向增加。由此，在冷却通道5中穿流过转子2的冷却剂朝轴向的排出开口(冷却剂出口10)的方向加速。为了防止冷却剂从转子2到达转子2与定子3之间的气隙中，冷却通道5按如下方式实施，即，穿流该冷却通道5的冷却剂沿轴向超越相应的绕组头4、4’地被抛出。因而在图3中，穿流过冷却通道5的冷却剂的大部分向左超过绕组头4’地被抛出。

如从图3能得出的那样，转子2的内部部件11可以至少两件式地实施。内部部件11的部件11A、11B尤其是彼此牢固地连接，例如彼此拧接、粘合、夹紧或夹持等。内部部件11的第二部件11B尤其是具有用于冷却通道5的通孔(在图3中不可见)。第二部件11B在此可以承载第一轴承7，其能转动地支承转子2。第一部件11A可以具有冷却通道5，并且可选地承载第二轴承7’，其同样可转动地支承转子2。通过第一轴承7，在转子2的径向内部支撑转子2，并且通过第二轴承7’，在转子2的径向外部支撑转子2。轴承7、7’示例性地实施为滚动轴承，在此为深沟球轴承和滚针轴承。然而，两个轴承7、7’也可以分别适当地以其他方式实施，例如实施为滑动轴承。在图3中，第一轴承7实施为固定轴承，而第二轴承7’实施为浮动轴承。然而固定轴承和浮动轴承可以交换。

在内部部件11的径向内部设置有传动级12，其将转子2的旋转速度转换为从动轴6的与之不同的旋转速度。传动级12构造为行星级。转子2的内部部件11在此至少抗相对转动地与行星级12的齿圈12A连接。为此，内部部件11可以像示出的那样尤其是具有内齿部，其形状锁合地嵌入到齿圈12A的相应的外齿部中。沿轴向方向，齿圈12A则例如通过部件11A的侧壁和保险环固定在内部部件11中。显然，齿圈12A还可以以其他方式紧固在内部部件11上，例如拧接或焊接在其上。行星级12的太阳轮12B抗相对转动地与壳体8连接。相反地，行星级12的行星架12C(行星级12的行星齿轮12D可转动地布置在行星架上)抗相对转动地与从动轴6连接。按已知的方式，行星齿轮12D不仅与齿圈12A，而且与太阳轮12B咬合，并且在转子2旋转时使太阳轮12B沿周向方向周转。在此，行星架12C一起运动，并且由此转动式地驱动从动轴6。因此，通过行星级12形成了特别紧凑的、减速转换的传动级。

如在图3中示出的那样可以设置的是，第一轴承7将转子2能转动地支撑在行星架12D上，并且由此支撑在从动轴6上。第二轴承7’则按如下方式实施，即，使转子2能转动地支撑在电机1的壳体8上。在从动轴6内设置有至少一个通道，通过其引导用于冷却转子2的冷却剂。通道可以按如下方式实施，即，冷却剂首先到达行星级12并且随后到达转子2的内部部件11，或者冷却剂以平行流体的方式到达内部部件11以及行星齿轮级12，其中，冷却剂在内部部件11中通过冷却通道5捕获或收集并且沿着内部部件11输送到冷却剂出口10。这具有以下背景，即，借助冷却剂不仅润滑行星齿轮级12，而且也冷却转子2。冷却剂的通向冷却通道5的至少一个冷却剂入口9因此处在齿圈12A或行星齿轮12D的区域中。齿圈12A为此尤其是可以具有用于冷却剂的相应的开口。在图3中以虚线示出冷却剂流从从动轴6出发的示例性的走向。

在图3中示出的电机1的特征在于非常高的功率密度以及高效率和高驱动转矩。这通过在图3中示出的措施所导致。该电机1是特别紧凑的并且因此优选在机动车驱动系中适用于作为牵引驱动器，然而其也可以像所阐述的那样针对其他的驱动目的使用。很明显的是，在图3所示的电机1中也可以省略传动级12。在该情况下，内部部件11可以例如通过其第一或第二部件11A、11B直接与从动轴6至少抗相对转动地连接。

附图标记列表

1 电机

2 转子

3 定子

4、4’ 绕组头

5 冷却通道

6 从动轴

7、7’ 轴承

8 壳体

9 冷却剂入口

10 冷却剂出口

11 内部部件

11A 内部部件11的部件

11B 内部部件11的部件

12 行星级

12A 齿圈

12B 太阳轮

12C 行星架

12D 行星齿轮

X 转子2的旋转轴线