定子和带有冷却系统的电机的制作方法

本发明涉及一种用于电机的可冷却的定子。此外，本发明涉及一种电机，其具有该类型的定子。

背景技术：

电机通常具有转子，该转子由定子包围。定子具有定子基体(statorgrundkörper)或者带有定子齿(statorzahn)和定子槽(statornut)的定子芯(statorblech，有时也称为定子铁芯)，其中，定子槽布置在定子齿之间。围绕定子齿以及在定子槽中布置有定子绕组(statorwicklung)，该定子绕组大多数情况下以由绝缘的绞合线(litze)形成的线圈(spule)的形式实现。这些线圈分别具有确定的质量以及确定的欧姆电阻，其通过绞合线的材料、长度以及横截面来确定。通过材料定义了绞合线的密度以及特定的欧姆电阻。线圈的一线圈部分布置在定子槽内且因此形成定子绕组的激活部分(aktiventeil，有时也称为激励部分)。另一线圈部分形成电机的绕组头(wickelkopf)且大多数情况下布置在电机的轴向端侧处。该线圈部分也被称作绕组头部分(wickelkopfanteil)。电机的功率密度取决于线圈的构造、尤其取决于绞合线的直径以及定子绕组的数量。

在电机的运行中出现以热损失(verlustwärme)的形式的功率损失(verlustleistung)。电驱动器的功率密度尤其取决于电机和功率电子装置的工作温度。电机的过热(例如由于热损失)导致功率密度的降低且此外可能导致在电机处的持久损伤。例如，通过过高的温度定子绕组的绞合线的绝缘层可能被损伤且因此引起在相邻的绞合线之间的短路。

为了避免过度加热以及过热，许多电机具有用于排热(entwärmung)的冷却装置。许多不同的冷却装置或者冷却系统是已知的，其例如尤其构造用于冷却定子或者转子。在用于冷却电机的定子的冷却装置的情形中，大致在用于定子绕组的激活部分的排热的冷却装置与用于电机的绕组头的排热的冷却装置之间进行区分。

已知的用于定子绕组的激活部分的排热的冷却装置经常具有带有冷却结构的冷却套(kühlmantel)，该冷却套包围定子。因此，冷却套布置在定子的定子背铁的区域中。该冷却例如以水、油、水-乙二醇-混合物或类似物实现。在此其是间接冷却，因为冷却套不具有相对定子绕组的直接接触。绕组头的冷却大多数情况下不实现。因此，这样的冷却装置尤其适合用于冷却具有相对较小的绕组头部分、即较大的结构长度的电机。在这样的冷却装置的情形中不利的是热损失从定子绕组中的热排出(wärmeabtransport)，其通过定子槽的电绝缘部、通过定子芯且通过在定子芯与冷却套之间的分隔接缝朝向冷却流体实现。因此，热损失必须克服多个热障碍或者阻力。这引起电机的有效功率(leistungsfähigkeit)的附加限制。

用于电机的绕组头的排热的冷却装置经常构造用于直接以流体、尤其油喷洒绕组头。以该方式实现定子绕组在绕组头处的直接冷却，其中，不实现定子、尤其定子芯的冷却。因此，这些冷却装置尤其适合用于冷却具有相对较高的绕组头部分、即相对较短的结构长度的电机。

由文件de102011053299a1已知一种用于电机的冷却系统，在该电机中在定子芯中构造有冷却通道，该冷却通道径向地沿着定子齿以及在相邻的定子槽之间切向于定子纵轴线延伸。这些冷却通道具有如下缺点，即，由此失去定子绕组的相对较大的区域。此外，在定子背铁中设置有流入通道以及流出通道，由此电机的功率密度降低。

文件de102011056007a1公开了一种用于电机的冷却系统，在该冷却系统中在相邻的定子芯之间布置有带有径向延伸的冷却通道的冷却板(kühlblech)。这样的构造是非常复杂的且仅可耗费地制造。

文件de102012217711a1指出了一种带有冷却系统的电机，在其中带有三角形横截面的冷却通道构造在围绕定子绕组的灌注料(vergussmasse)中。因此，冷却通道布置在两个定子齿部段之间。利用这样的冷却系统不确保其余定子区域的有效冷却。

由文件de102014017745a1已知一种电机器，在该电机器中冷却装置布置在定子槽内且在单侧封闭该定子槽。该电机具有如下缺点，即，定子绕组的数量和/或定子背铁的尺寸由此被明显降低。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是在一种用于电机的定子以及一种电机的情形中消除或至少部分消除上文描述的缺点。如下尤其是本发明的任务，即，创造一种用于电机的定子以及一种电机，其以简单且成本适宜的形式和方式在预先给定的结构空间以及预先给定的功率密度的情形中确保定子的经改善的冷却。

上文的任务通过专利权利要求来实现。因此，该任务通过一种带有独立权利要求1的特征的定子以及通过一种带有并列的权利要求8的特征的电机来解决。本发明的另外的特征和细节由从属权利要求、说明书和图纸得出。在此，结合根据本发明的定子进行描述的特征和细节显然同样结合根据本发明的电机适用且分别反之亦然，从而关于对于各个发明方面的公开内容始终可相互参考。

根据本发明的第一方面，该任务通过一种用于电机的定子解决。该定子具有定子芯，该定子芯围绕定子的定子纵轴线以及沿着定子纵轴线延伸。定子芯具有多个定子齿，所述定子齿在定子的周缘方向上分布地布置且朝向定子纵轴线以及沿着定子纵轴线延伸。在相邻的定子齿之间分别构造有定子槽。根据本发明，在至少一个定子槽与相邻于至少一个定子槽的定子齿之间如此地布置有定子的冷却通道壁部，使得在冷却通道壁部与定子齿之间构造有平行于定子纵轴线延伸的冷却通道。

定子芯优选地由电工钢片(elektroblech，有时也称为电气用钢板)制造且优选地具有由铁和硅构成的合金。优选地，电工钢片通过冷轧(kaltwalzen)来制造。定子芯优选地由大量尤其同轴布置的彼此相连接的、尤其粘接的以及彼此电绝缘的定子芯片(statorblechscheibe)组合而成。优选地，定子芯片借助于包漆(backlack)彼此粘接。备选地，定子芯同样可借助于一种增材制造方法制造，其中，定子纵轴线区段的部分电绝缘是优选的，以便于避免穿过定子的涡流(wirbelstrom)。

定子纵轴线优选地在装入的转子的情形中与转子纵轴线相符。定子芯围绕定子纵轴线延伸且具有用于容纳转子的在定子纵轴线的区域中的中央的自由空间。因此，定子芯的横截面(除了定子槽、冷却通道和类似物之外)优选地呈圆环形或者大致呈圆环形构造。此外，定子芯沿着定子纵轴线延伸，从而定子芯(除了定子槽、冷却通道和类似物之外)优选地呈空心圆柱形或者大致呈空心圆柱形构造。

定子齿优选地由经由其将定子齿彼此连接的共同的定子背铁朝向定子纵轴线延伸且在用于容纳转子的中央的自由空间处终止。定子齿在定子的周缘方向上优选地有规律地、尤其均匀地分布。在面对定子纵轴线的端部处，定子齿优选地具有定子齿头，该定子齿头相比定子齿的其余区域具有更大的宽度。定子齿的其余区域优选地具有恒定的或者至少大致恒定的宽度。

在相邻的定子齿之间构造有带有槽内壁部的定子槽。定子槽优选通过起分割作用的制造方法(如例如冲裁、激光切割或类似的)来制造。优选地，在用于密封的槽内壁部上布置有(尤其喷洒有)粘合剂层或漆层。这尤其在由不彼此粘接的定子芯片组合而成的定子芯的情形中是有利的。

在定子槽中优选地布置有定子绕组，其中，定子绕组优选地具有绞合线路(litzenleitung)。绞合线路具有大量单个线材，所述单个线材紧密捆束在一起地由共同的绝缘套包围且因此径向地向外绝缘。单个线材优选地彼此扭绞(verdrillen)。在定子槽中的定子绕组优选地形成定子绕组的激活部分。布置在定子的端侧处的其余的定子绕组优选地形成绕组头。

冷却通道壁部优选地具有带有特别有利的或者高的导热能力的材料，以便于改善或者不过度阻碍在冷却流体(如例如水、油或类似物)与定子绕组之间的热交换。优选地，冷却通道壁部一件式地以及可移入到定子芯中地构造。因此，冷却通道壁部的容易的可装配性被确保。此外，冷却通道壁部优选地在面对定子绕组的侧上被电绝缘，尤其借助于绝缘纸(isolationspapier)或类似物的粘贴层或漆层。该绝缘部优选地同样具有相对较高的导热能力，以便于改善或者不过度阻碍在冷却流体与定子绕组之间的热交换。因此，较薄的粘合剂层或漆层作为冷却通道壁部的绝缘部是优选的。

冷却通道壁部优选地由多个侧包围定子槽，从而在定子槽的多个侧上构造冷却通道。经由冷却通道壁部，冷却通道优选地相对定子槽被密封，从而避免冷却流体到定子槽中的侵入。出于该原因如下是优选的，即，冷却通道相对于定子芯被密封，如例如在定子芯中的槽内被引导且/或与定子芯相粘接或类似的。冷却通道根据本发明可被划分成多个冷却通道，所述冷却通道优选地彼此平行地沿着定子纵轴线延伸。

定子绕组优选地如此布置在定子槽处，使得定子绕组被支撑在冷却通道壁部处。优选地，定子槽借助于环形的或两个分开的冷却通道壁部与直接相邻的定子齿分开，从而定子槽在冷却通道两侧被包围。优选地，定子槽的面对定子背铁的端部同样通过冷却通道壁部限制，从而在定子背铁与定子槽之间构造有冷却通道。如下是优选的，即，冷却通道壁部朝向定子槽凸地或者至少略微凸地构造，从而在定子绕组布置在定子槽中的情形中避免冷却通道壁部朝向相邻的定子齿的弯曲。以该方式可确保如下，即，冷却通道在布置定子绕组的情形中不被封闭或者被过度变窄。

根据本发明的定子相对于常规的定子具有如下优点，即，以简单的器件以及以成本适宜的形式和方式提供定子的冷却，其特别靠近地在定子的热损失的出现位置处、即在定子绕组处起作用。在绞合线材与冷却通道的冷却介质之间布置有仅少量的热流障碍(wärmeflussbarrier)。以该方式，定子可被特别高效地排热且因此预先给定的工作温度的维持同样在特别高负载的情形中可被确保。此外可取消附加的冷却套，从而定子槽可被增大且定子背铁可进一步由定子纵轴线在径向方向上向外引导。由此，定子的功率密度可被提高。借助于根据本发明的定子，因此在预先给定的结构空间的情形中可显著改善电机的功率密度以及效率。

根据本发明的一种有利的改进方案(weiterentwicklung)，在定子的情形中可作如下设置，即，在冷却通道壁部与定子齿之间布置有至少一个用于冷却通道壁部相对于定子齿的支撑的支撑器件。该支撑器件优选地构造用于将冷却通道划分成多个冷却通道。优选地，冷却通道构造用于彼此独立地以冷却流体穿流。优选地，冷却通道壁部借助于多个支撑器件抵靠定子齿被支撑。支撑器件优选地如此分布，即，当定子绕组布置在冷却通道壁部处时，确保尽可能均匀的压力分布。优选地，支撑器件被紧固在冷却通道壁部处或至少部分地与该冷却通道壁部整体地构造。支撑器件具有如下优点，即，在定子绕组布置在定子槽中的情形中冷却通道壁部朝向定子齿的弯曲被避免或至少大致被避免。

如下根据本发明是优选的，即，支撑器件具有电绝缘体或构造成电绝缘体。电绝缘体优选地至少布置在支撑器件对于相邻的定子齿的接触区域中。作为电绝缘体，例如粘合剂、漆、树脂、陶瓷或类似物是优选的。借助于电绝缘体，定子的电气强度可被进一步改善。

进一步优选地，冷却通道壁部具有呈u形的横截面或至少具有大致呈u形的横截面。冷却通道壁部的两个支腿优选地彼此平行地、大致在定子纵轴线的方向上延伸。冷却通道壁部的相邻于定子纵轴线的端部优选地被容纳在相邻的定子齿头处的槽中且流体密封地且优选电绝缘地被密封。以该方式，冷却通道壁部可容易地以及以简单的器件被固定在两个定子齿之间。冷却通道因此优选地仅对于定子的端侧敞开且在其它方面被冷却流体密封地密封。这样的冷却通道壁部具有如下优点，即，其可容易制造以及可被装配在定子芯处，尤其通过到定子芯中的移入。此外，借助于如此构造的定子芯可提供冷却通道，该冷却通道由三侧包围定子槽且因此包围定子绕组。呈u形的横截面具有如下优点，即，以此可获得定子绕组的特别高效的排热以及容易的装配。

在本发明的一种特别优选的设计方案中，在定子的情形中可作如下设置，即，冷却通道壁部在至少一个部分区段中具有隆起。该隆起优选地在间接相邻的定子齿的方向上构造，从而在该部分区段中冷却通道壁部的面对定子槽的侧凹地且冷却通道壁部的面对定子齿的侧凸地构造。该隆起优选地如此构造，使得至少一个绞合线材可布置在隆起内。优选地，多个绞合线材可布置在隆起内。同样优选地，冷却通道壁部具有多个这样的隆起，所述隆起尤其均匀地或者有规律地分布在冷却通道壁部上。此外如下是优选的，即，冷却通道壁部在隆起的区域中触碰相邻的定子齿且因此构造成支撑器件。这具有如下优点，即，附加的支撑器件可被取消。优选地，冷却通道壁部在与定子齿的触碰部位处被电绝缘。该隆起具有如下优点，即，以此可获得在冷却通道壁部与定子绕组之间以及在冷却通道壁部与冷却流体之间的接触表面的增大。以该方式可改善在绞合线材与冷却流体之间的热传递且因此可改善定子的冷却能力。

如下是优选的，即，冷却通道壁部在至少一个部分区段中具有呈锯齿形的横截面或呈波浪形的横截面。优选地，冷却通道壁部在波峰或者尖峰处接触相邻的定子齿。在此如下是优选的，即，冷却通道壁部在接触位置处被电绝缘。这样的横截面具有如下优点，即，冷却通道壁部因此具有用于在绞合线材与冷却流体之间的热交换的较大的表面。此外，这样的冷却通道壁部具有较高的防止弯曲的刚性。此外，附加的支撑器件可被取消。

优选地，冷却通道壁部与定子芯整体地构造。冷却通道壁部优选地通过电工钢片材料在冷却通道的区域中的移除(例如通过冲裁、激光切割或类似的)来构造。备选地，带有冷却通道壁部的定子芯可借助于增材制造方法来制造。因此，带有集成的冷却通道以及集成的冷却通道壁部的定子芯可以以简单的器件以及成本适宜地来制造。冷却通道壁部对于定子芯的附加密封由于整体的构造是不需要的。

根据本发明的第二方面，该任务通过一种带有转子和包围转子的定子的电机来解决，其中，定子构造成根据本发明的定子。转子优选地根据常规电机的常规转子来构造。优选地，转子同样具有用于直接冷却转子的冷却通道。

定子的冷却通道例如可经由电机的共同的冷却流体供应被加载以冷却流体。此外，电机优选地具有冷却流体排出，经由该冷却流体排出冷却流体可从电机的冷却通道中被排出。备选地，用于冷却通道的电机具有单独的冷却流体供应管道以及冷却流体排出管道，从而各个冷却流体通道彼此独立地可被加载以冷却流体。借助于在冷却通道的区域中的温度传感器以及合适的控制电子装置，因此可实现定子的有针对性的排热。

在所描述的电机的情形中得出已对于根据本发明的第一方面的定子被描述的所有优点。因此，根据本发明的电机相对于已知的电机具有如下优点，即，以简单的器件以及以成本适宜的形式和方式提供定子的冷却，其特别靠近地在定子的热损失的出现位置处、即在定子绕组处起作用。在绞合线材与冷却通道的冷却介质之间仅布置有少量热流障碍。以该方式，定子可被特别高效地排热且因此电机的预先给定的工作温度的维持同样在特别高负载的情形中可被确保。此外，在电机的情形中可取消附加的包围定子的冷却套，从而定子槽可被增大且定子背铁可进一步由定子纵轴线在径向方向上向外引导。由此可提高电机的功率密度。根据本发明的电机在预先给定的结构空间的情形中相对于带有备选的冷却系统的常规电机具有显著改善的功率密度以及明显提高的效率。

如下是优选的，即，在冷却通道壁部的面对定子槽的侧上布置有绝缘纸。该绝缘纸提供了冷却通道壁部对于定子绕组的电绝缘且以有利的方式以及以简单的器件提高了电机的电气强度。

优选地，电机在至少一个第一端侧处具有第一端盖(abschlussdeckel，有时也称为密封盖)，其中，第一端盖如此地覆盖定子，使得冷却通道朝向第一端侧被密封。进一步优选地，电机在第二端侧处具有第二端盖，该第二端盖如此地覆盖定子，使得冷却通道朝向第二端侧被密封。第一端盖优选地具有用于供应冷却流体的流入部(zulauf)，其中，该流入部与冷却通道流体连通地相联接以及相对周围环境被密封。第二端盖优选地具有用于排出冷却流体的流出部(ablauf)，其中，该流出部与冷却通道流体连通地相联接以及相对于周围环境被密封。备选地，第一端盖具有流入部和流出部。在该情况中如下是优选的，即，第二端盖将冷却通道彼此流体连通地连接且对于周围环境密封。端盖如此构造，使得流体流通过电机可由流入部穿过流体通道朝向流出部被导引，其中，冷却流体在电机内的逸出优选地被避免。优选地，端盖构造成电绝缘体或至少相对于定子芯和/或定子绕组被电绝缘。

附图说明

根据本发明的定子以及根据本发明的电机随后借助图纸更详细地阐释。其中分别示意性地：

图1以透视性的视图显示了根据现有技术的电机的局部，

图2以俯视图显示了根据本发明的定子的优选的第一实施方式的局部，

图3以俯视图显示了来自图2的放大的局部，

图4以透视性的视图显示了带有密封装置的来自图2的定子的第一端侧的局部，

图6以俯视图显示了根据本发明的定子的优选的第二实施方式的局部，

图7以俯视图显示了根据本发明的定子的优选的第三实施方式的局部，

图8以侧视图显示了根据本发明的电机的一种优选的实施方式。

带有相同功能和工作原理的元件在图1至8中分别设有相同的参考符号。

参考符号列表

1定子

2电机

3定子芯

4定子纵轴线

5定子齿

6定子槽

7冷却通道壁部

8冷却通道

9支撑器件

10隆起

11转子

12绝缘纸

13第一端侧

14第一端盖

15定子背铁

16冷却套

17定子绕组

18绕组头

19定子齿头

20容纳槽

21密封件

22第二端侧

23第二端盖

24冷却剂流入接口

25冷却剂流出接口。

具体实施方式

在图1中示意性地以透视性的视图示出了根据现有技术的电机2的局部。电机2具有转子11，该转子由定子1包围。定子1具有带有大量定子槽6以及定子背铁15的定子芯3。在定子槽6中布置有定子绕组17，所述定子绕组在定子槽6外形成绕组头18。在定子1的远离转子11指向的外表面处布置有带有多个冷却通道8的冷却套16。定子绕组17尤其在定子槽6内的高效冷却利用这样的电机2是不可行的。

图2示意性地以俯视图显示了根据本发明的定子1的优选的第一实施方式的局部。在图3中显示了来自图2的放大的局部。定子1具有带有多个定子齿5以及连接定子齿5的定子背铁15的定子芯3。在相邻的定子齿5之间分别布置有定子槽6。在定子槽6与定子芯3之间布置有冷却通道壁部7，该冷却通道壁部经由多个支撑器件9抵靠定子芯3被支撑。冷却通道壁部7被保持在定子芯3的定子齿5的两个相邻的定子齿头19的容纳槽20中且抵靠定子芯3被密封。在冷却通道壁部7与定子芯3之间构造有多个冷却通道8，所述冷却通道通过支撑器件9彼此分开。备选地，冷却通道8同样可流体连通地彼此相联接或者形成共同的冷却通道8。冷却通道8构造用于冷却流体、如例如水、油或类似物的穿过导引。在定子槽6中布置有定子绕组17，该定子绕组抵靠冷却通道壁部7被支撑。在冷却通道壁部7与定子绕组17之间布置有用于电绝缘的可选的绝缘纸12。

在图4中以透视性的视图示意性地示出了来自图2的定子1的第一端侧13的局部。在定子背铁15的区域中布置有环形的密封件21。此外，密封件21布置在冷却通道壁部7的端侧处。密封件21构造用于相对于此处未显示的第一端盖14(参见图5)的密封，以便于避免冷却流体从定子1中的无意的逸出。

图5示意性地以透视性的视图显示了带有端盖14,23的来自图4的定子1。在定子芯3的第一端侧13处布置有第一端盖14且经由密封件21被密封。因此，冷却剂流入接口24与在该视图中被遮住的冷却通道8流体连通地相连接以及相对周围环境被密封。第二端盖23布置在定子芯3的第二端侧22上且经由密封件21被密封。因此，冷却剂流出接口25与在该视图中被遮住的冷却通道8流体连通地相连接以及相对周围环境被密封。因此，冷却剂流入接口24和冷却剂流出接口25经由冷却通道8流体连通地彼此相连接。冷却剂流入接口24和冷却剂流出接口25优选地构造用于联接到带有冷却剂冷却装置的未示出的冷却剂泵处。

图6示意性地以俯视图显示了根据本发明的定子1的优选的第二实施方式的局部。第二实施方式的定子1大致通过定子芯3、冷却通道壁部7和支撑器件9的整体构造区别于第一实施方式。这样的定子芯3可特别容易地以及成本适宜地制造且使得定子1的装配步骤的减少成为可能，因为取消了冷却通道壁部7的附加装配。

在图7中示意性地以俯视图描绘了根据本发明的定子1的优选的第三实施方式的局部。第三实施方式的定子1大致在冷却通道壁部7的构造上区别于第一实施方式。冷却通道壁部7具有带有多个隆起10的波浪形状，其中，隆起10构造成支撑器件9且冷却通道壁部7抵靠定子芯3支撑。定子绕组17的一部分布置在隆起10中，而定子绕组17的另一部分布置在定子槽6的其余区域中。在两个隆起10以及定子芯3之间构造有冷却通道8。

图8示意性地以侧视图显示了根据本发明的电机2的一种优选的实施方式。电机2具有转子11，该转子由根据本发明的定子1包围。定子1和转子11同轴于定子纵轴线4布置。在电机2的第一端侧13处布置有冷却剂流入接口24。在相反于第一端侧13的电机2的第二端侧22处布置有冷却剂流出接口25。