电机、尤其用于车辆的电机的制作方法

电机、尤其用于车辆的电机
1.本发明涉及电机，尤其是用于车辆的电机以及具有这种电机的车辆。
2.这种电机通常为电动马达或发电机。电机能够构成为外转子或内转子。
3.这种机器例如从us5,214,325中已知。所述机器包括壳体，所述壳体包围壳体内部并且所述壳体具有沿壳体周向方向的并且对壳体内部径向限界的侧表面、轴向地一方面对壳体内部轴向限界的后侧壁和轴向地另一方面对壳体内部轴向限界的前侧壁。机器的定子与侧表面永久地连接。在定子中设置有机器的转子，其中，转子的转子轴经由前部的轴承可转动地安装在前侧壁上。
4.典型地，常规的电机的定子包括定子绕组，所述定子绕组在机器运行时被通电。在此，在转子中形成热量，所述热量必须被导出以避免过热和转子的与其关联的损坏或完全破坏。此外，还需要导出热量以避免由于过高温度而使绕组或永磁体消磁。
5.从现有技术中已知：在电机的壳体中设有冷却通道，所述冷却通道能够供冷却剂流过，所述冷却剂又吸收在机器中产生的废热并且能够从壳体中导出。为了能够尤其有效地导出在转子中存在的热量，从常规的电机中已知：整体地在壳体上并且距转子尽可能近地提供具有大的热交互作用区域的结构(例如肋结构)和具有高热导率的结构，使得所述结构能够从转子吸收尤其多的热量。因为这种结构典型地为定位在转子附近的壳体的一部分，所以在常规的电机中也将转子典型地安装在所述结构的区域中。但是，这表示：所述结构必须相应实心地构成，以便能够吸收由转子在转动运动期间产生的力。因此，对于所述结构需要结构的大的壁厚度。但是这使转子散热变难。为了克服这种情况，使用具有高热导率的材料。但是，这反过来又需要相当的成本。
6.本发明的目的是：提出一种用于电机的改进的实施方式，其中很大程度上或甚至完全地消除上面列出的缺点。特别地，应提出一种用于电机的改进的实施方式，所述实施方式的特征在于在制造成本降低的同时改善转子的冷却。
7.所述目的通过独立权利要求的主题来实现。优选的实施方式是从属权利要求的主题。
8.因此，本发明的基本思想是：将电机的转子直接安装在壳体的两个端板上，即安装在对机器的壳体内部轴向限界的两个壳体部件上。换言之，在这里提出的根据本发明的机器中，转子经由支承装置直接与两个端板连接并且安装在其上。以该方式确保：由转子产生的力经由支承装置直接地导入到两个端板中。这又允许：传热体尤其薄壁地构成，为了从定子吸收废热，所述传热体设置在壳体中的冷却剂空间与在壳体内部中的转子之间，所述冷却剂空间能够构成为冷却通道、冷却剂收集器或冷却剂收集器。这引起穿过传热体的高的传热率并因此引起尤其高的冷却能力，所述尤其高的冷却能力能够利用用于转子冷却的传热体来提供。附加地，随着在薄壁的传热体中实现的材料节约而产生显著的成本优势，因为具有非常高热导率的材料的购置通常非常昂贵。
9.根据本发明的，尤其用于车辆的电机包括定子和转子，所述转子能够相对于定子围绕转动轴线转动。通过转动轴线限定机器的轴向方向。机器包括壳体，所述壳体包围壳体内部。在此，壳体包括第一和第二壳体部件，所述第一和第二壳体部件优选沿着轴向方向对
壳体内部限界并且转子借助于支承装置可转动地安装在所述第一和第二壳体部件上。两个壳体部件尤其能够是开始提出的轴向的“端板”。支承装置能够具有两个支承元件，尤其具有轴承类型的支承元件，其中，第一轴支承件设置在第一壳体部件上并且第二支承元件设置在第二壳体部件上，优选设置在第二端板上，所述第二端板与第一端板轴向相对放置。根据本发明，轴向地在至少一个壳体部件(即第一或第二壳体部件)与转子之间设置有传热体。所述传热体与所述壳体部件一起对冷却剂空间进行限界，所述冷却剂空间优选构成为用于供冷却剂流过的冷却通道、冷却剂收集器空间室和/或冷却剂分配器空间。
10.根据一个优选的实施方式，在相关的传热体上和转子上存在用于将废热从转子传递至传热体的传热结构。
11.适宜地，转子能够直接安装在壳体部件上。这允许：传热结构薄壁地构成，因为不必将支承力从转子引入到传热结构中。
12.尤其优选地，转子不经由传热结构并且优选也不经由一个/更多个传热体安装在壳体部件上。该变型形式也实现：传热结构尤其薄壁地构成，因为不必由传热结构吸收来自转子的支承力。
13.适宜地，第一壳体部件和/或第二壳体部件的沿轴向方向测量的壁厚度至少为传热体的壁厚度的两倍，优选为至少五倍。
14.根据一个优选的实施方式，为了对冷却剂空间限界，存在至少两个传热体，所述两个传热体均与两个壳体部件分开地形成。在该实施方式中，轴向地在第一壳体部件与转子之间设置有第一传热体，并且轴向地在转子与壳体部件之间设置有第二传热体。
15.根据一个优选的实施例方式，支承装置包括第一支承元件和第二支承元件，所述第一和第二支承元件轴向彼此间隔开地设置，使得转子轴向地设置在两个支承元件之间。在该实施方式中，支承元件的轴向位置被限定为使得小于35％的，优选小于10％的通过支承元件吸收的径向力被传递至相应的传热体。这避免了传热体的过载。
16.根据一个优选的实施方式，支承装置包括第一支承元件和第二支承元件，转子借助于所述第一支承元件安装在第一壳体部件上，并且借助于所述第二支承元件安装在第二壳体部件上。在该实施方式中，在第一传热体与第一壳体部件之间的沿轴向方向测量的距离大于在第一支承元件与第一壳体部件之间的距离(优选至少是其两倍)。替选地或附加地，在该实施方式中，在第二传热体与第二壳体部件之间的沿轴向方向测量的距离大于在第二支承与第二壳体部件之间的距离(优选至少是其两倍)。
17.根据一种优选的实施方式，定子附接至两个壳体部件中的至少一个上。相对于常规的其中将定子附接至传热体的电机，在该实施方式中可行的是：传热体尤其薄壁地构成并且尤其接近转子定位。此外，伴随着该实施方式产生材料节约进而产生成本优势。
18.根据另一优选的实施方式，定子以距传热体一定距离设置或仅松动地抵靠所述传热体。以该方式能够避免将过高的力引入到传热体中，尤其是当所述传热体如在此所提出的那样薄壁地构成时，所述力会导致该传热体损坏。在一个替选的变型形式中，传热体通过预紧力夹紧在定子和壳体部件之间，所述预紧力足以确保用于位于其之间的密封元件，尤其弹性体密封件类型的密封元件的流体密封的表面压力。
19.优选地，传热体和至少一个壳体部件两件式地构成。这使得对于尤其具有低热导率的壳体部件能够容易地选择与传热体不同的材料。该措施也在制造电机时随之产生显著
的成本优势。
20.在另一优选的实施形式中，传热体附接至至少一个壳体部件。在此也能够想到可拆卸或不可拆卸的附接。后者尤其能够是材料配合的连接。
21.根据一个有利的改进形式，传热结构包括多个突出部，所述突出部轴向地从转子朝向传热体突出，并且接合到互补的凹部汇总，所述凹部设置在传热体上。根据替选于其的一个有利的改进形式，传热结构包括多个突出部，所述突出部轴向地从传热体朝向转子突出，并且接合到凹部中，所述凹部与所述突出部互补并且设置在转子上。在这两个替选方案中，确保了用于从转子到传热体的热传递的大的相互作用区域。
22.尤其优选地，突出部能够以梳状的方式构成。因为在该变型形式中互补构成的凹部同样具有梳状的几何形状，所以以该方式对于从转子到传热体上的热传递实现大的相互作用区域。
23.尤其优选地，为了实现传热结构，传热体和转子相对彼此设置成使得在传热结构的区域中在传热体域转子之间的轴向距离(所述间距沿着轴向方向测量)最大为1mm，优选最大为0.5mm。在该变型形式中，在传热体与转子之间形成的气隙具有低的间隙宽度，使得确保从转子到传热体的有效的热传递。
24.根据另一优选的实施方式，传热体能够构成为至少在一些部分中横向于轴向方向延伸的冷却板，所述冷却板的沿着轴向方向测量的壁厚度最高为3mm，优选地最高为1mm。形成传热结构的突出部或凹部在所述冷却板上或在所述冷却板中沿着轴向方向成构造成或形成。
25.尤其优选地，在传热体上构成传热结构的凹部或突出部的凹部深度和/或突出高度是冷却板的壁厚度的至少三倍，优选至少五倍。在该变型形式中，传热结构具有大的相互作用区域，使得每单位时间能够将尤其大量的热量从转子传递至传热体。同时，冷却板保持尤其薄壁地构成。
26.具有传热结构的传热体能够是具有肋结构的深冲钣金成型件，其中，肋结构通过深冲或成型工艺制造。
27.根据一个有利的改进形式，至少一个壳体部件具有附接部分，传热体附接至所述附接部分，其中，附加地将用于可转动地安装转子的支承装置设置在该附接部分上。尤其优选地，两个壳体部件(即第一和第二壳体部件)均具有这样构成的附接部分。在该变型形式中，支承装置不像是如在常规的电机中那样经由传热体附接至壳体。因此，传热体能够尤其薄壁地构成。
28.特别优选地，附接部分能够构成为套筒，该套筒轴向地从壳体部件向内伸入到壳体内部中，在所述套筒的内侧上设置有支承装置的支承元件。这种套筒状的实施方式确保支承装置特别稳定地附接至壳体部件。
29.在另一优选的实施方式中，传热体由与两个壳体部件中的至少一个不同的材料构成。优选地，两个壳体部件由与传热体不同的材料构成。该变型形式使得能够仅仅对于传热体(作为传热结构的一部分)使用具有高热导率的相对昂贵的材料，相反，对于一个/更多个壳体部件能够使用具有较低热导率的较便宜的材料。
30.尤其适宜地，至少一个壳体部件，优选两个壳体部件的材料具有小于传热体的热导率。因此，在不必将热量从转子传递到冷却剂空间的壳体部件中能够使用具有低热导率
的相对便宜可得的材料。
31.根据一个优选的实施方式，传热体和两个壳体部件材料不统一地构成。这实现：对于壳体部件使用与对于传热结构相比具有较低热导率的材料。这在制造机器时产生成本优势。替选地或附加地，第一壳体部件和/或第二壳体部件的材料能够具有比传热体的材料更高的上屈服强度和/或蠕变极限。
32.尤其优选地，传热体的材料的热导率至少为100w/(m*k)、特别优选至少为150w/(m*k)。以该方式，确保了从转子经由冷却通道到存在于冷却剂空间中的冷却剂的有效的热传输。
33.本发明还涉及一种具有上述电机的车辆，尤其是机动车辆。因此，上述电机优点也被转移到根据本发明的车辆上。
34.本发明的其他重要的特征和优点从从属权利要求、附图以及根据附图进行的所属的附图描述中得出。
35.要理解的是：在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面将要阐述的特征不仅能够以各自指定的组合使用，还能够以其他组合或单独使用。
36.在附图中示出本发明的优选的实施例，并且在下面的描述中更详细地阐述。
37.分别示意地示出：
38.图1示出根据本发明的电机的一个示例的沿转子的旋转轴线的剖面图，
39.图2示出在传热体的区域中的图1的细节图。
40.图1示出根据本发明的电机1的一个示例。电机1包括围绕壳体内部3的壳体2。定子4和转子5设置在壳体内部3中。定子4能够具有定子主体12和图1中未详细示出的多个定子线圈13，所述定子线圈嵌入到定子主体12中并且能够被通电以驱动转子5。定子4永久地设置在壳体2的周向壁14上。转子5包括转子轴6和在图1中未详细示出的多个永磁体7，所述永磁体以同步转动的形式设置在转子轴6上。转子5能够相对于定子3绕转动轴线d转动，所述转动轴线通过转子轴6的中心纵向轴线m限定。电机1的轴向方向a通过转动轴线d限定。径向方向r远离转动轴线d垂直地延伸。周向方向u围绕转动轴线d。转子5的永磁体7能够沿转子轴6的周向方向u以交替的磁极化设置。换言之，磁北极n和磁南极s沿周向方向u交替。
41.如从图1中看出的：壳体2包括第一壳体部件8a和第二壳体部件8b。这两个壳体部件8a，8b对于本领域技术人员也已知为所谓的“端板”，并且沿轴向方向a对壳体内部3限界。对机器径向限界的另一第三壳体部件8c通过定子4的注塑成型封装形成，该定子由塑料制成。第一和第二壳体部件8a，8b能够与第三壳体部件8c分开地构成。
42.具有转子轴6的转子5经由支承装置9可转动地安装在壳体2上。为此，支承装置9包括第一支承元件10a，转子轴6经由所述第一支承元件可转动地安装在第一壳体部件8a上。相应地，支承装置9包括第二支承元件10b，所述第二支承元件轴向地以距第一支承元件10a一定距离地设置，并且转子轴6经由所述第二支承元件可转动地安装在第二壳体部件8b上。为此，两个支承元件10a、10b(对于本领域技术人员也已知为“轴承”)永久地与第一或第二壳体部件8a、8b连接。
43.具有定子主体12和定子线圈13的定子4同样附接至壳体部件8a、8b、8c。在壳体内部3中，还设有用于导出由转子5包括其永磁体7在运行中产生的废热的第一传热体和第二传热体11a、11b。两个传热体11a、11b与两个壳体部件8a、8b分开地形成，并且与两个壳体部
件8a、8b一起对冷却剂空间15限界，所述冷却剂空间能够供冷却剂k流过。因此，第一和第二传热体11a、11b和分别与传热体11a、11b相关联的壳体部件8a、8b也分别两件式地构成。第一传热体11a例如能够借助于材料配合的连接附接至第一壳体部件8a。相应地，第二传热体11b优选同样借助于材料配合的连接能够附接至第二壳体部件8b。替选于材料配合的连接，也能够考虑到可拆卸地连接。传热结构18的两个传热体11a、11b优选地仅通过轴向挤压来锁定。适宜地，转子5直接安装在壳体部件8a、8b上，特别地，如从图1能够看出，转子5既不经由传热结构18也不经由传热体11a、11b安装在壳体部件8a、8b上。第一传热体11a沿着轴向方向a设置在第一壳体部件8a与转子5之间。第二传热体11b沿着轴向方向a设置在转子5与第二壳体部件8b之间。
44.冷却剂k能够经由两个传热体11a、11b吸收由转子5在机器1运行中产生的热量，使得能够避免过热和机器1的与其相关联的损坏或完全破坏。在第一壳体部件8a中，在壳体2的外周向上设有用于将冷却剂k导入到冷却剂室15中的冷却剂入口16并且在第二壳体部件8b中设有用于将冷却剂k从冷却剂室15中导出的冷却剂出口17。经由分别部分地对冷却剂室15限界的两个传热体11a、11b将热量传递给流过冷却剂室15的冷却剂k并且由所述冷却剂从机器1中导出。
45.两个传热体11a、11b两者都能够构成为至少在一些部分中横向于轴向方向a，即沿着径向方向r延伸的冷却板22a、22b，在传热结构18的区域中，所述冷却板的沿着轴向方向a测量的壁厚度w最高为3mm，优选最高为1mm。冷却板22a、22b能够通过深冲钣金成型件实现。如从图1能够看出：两个传热体11a和11b以距定子4的定子主体12一定距离设置并且仅以接触部分19松动地抵靠所述定子。例如，第一和第二壳体部件8a、8b的沿轴向方向a测量的壁厚度至少为第一或第二传热体11a、11b的壁厚度的两倍，优选至少五倍。两个传热体11a、11b由与两个壳体部件8a、8b不同的材料制成。两个壳体部件8a、8b的材料的热导率小于传热体8a、8b的热导率。以该方式，能够节约制造机器1时的成本，因为具有高热导率的合适的材料通常比具有低热导率的材料更昂贵。为了确保从转子5经由传热体11a、11b到相应的壳体部件8a、8b的高的热传递性能，传热体11a、11b的材料具有至少100w/(m*k)，优选至少150w/(m*k)的热导率。适宜地，支承元件10a、10b的沿着轴向方向a的轴向位置被确定为使得小于35％的，优选地小于10％的通过支承元件10a、10b吸收的径向力被传递至传热体8a、8b。这避免了相应的传热体8a、8b的过载。
46.第一和第二壳体部件8a、8b的材料还能够具有比传热体11a、11b的材料更高的上屈服强度和更高的蠕变极限。
47.下面参考图2，其是图1在第一传热体11a的区域中的细节图。如图2所示，在第一传热体11a上和在转子5上形成用于将废热从转子5传递到传热体11a的传热结构18。根据图2，传热结构18包括多个突出部21，所述突出部沿着轴向方向a从转子5朝向第一传热体11a突出，并且接合到互补的凹部20中，该凹部设置在传热体11a上。在未在图1和2中详细示出的替选的变型形式中能够想到的是：第一传热体11a包括多个突出部21，所述突出部轴向地从传热体朝向转子5突出，并且接合到凹部20中，该凹部与突出部21互补并且设置在转子5上。优选地，突起21能够以梳状的方式构成。适宜地，在传热结构18的区域中在传热体11a与转子5之间沿着轴向方向测量的距离x最大为1mm，优选地最大为0.5mm。优选地，在第一传热体11a上形成传热结构18的凹部t1的凹部深度t1以及在第一传热体11a上形成传热结构18的
突出部21的突出高度h1至少是冷却板的上述壁厚度w的三倍，优选至少五倍。
48.此外，从图2中的图示还得出：第一壳体部件8a具有(第一)附接部分23a，第一传热体11a附接至所述附接部分。附加地，用于可转动地安装转子5的支承装置9设置在(第一)附接部分23a上。适宜地，(第一)附接部分23a构成为套筒24，该套筒轴向地从第一壳体部件11a向内伸入到壳体内部3中，在所述套筒的内侧25上设置有支承装置9的第一支承元件10a。第二壳体部件8b还具有这种(第二)附接部分(23b)，在所述附接部分上附接第二传热体11b和转子5。同样地，支承装置9的第二支承元件10b能够设置在第二附接部分23b上。
49.根据图2所述的关于第一传热体11a和与该第一传热体11a相关联的第一壳体部件8a的上述考虑在经适当修改后也适用于第二传热体11b和与第二传热体11b相关联的第二壳体部件8b。
50.适宜地，在伸入到冷却剂空间15中的定子线圈13的绕组端部部分26与传热体11a、11b之间分别形成环形间隙27，所述环形间隙27是冷却剂空间15的一部分。