专利名称：电机冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于一电机的冷却装置及所述电机本身，和一种用于一电机的冷却系统。
背景技术：
电机在工作过程中会产生损耗热，这些损耗热可通过一相应的冷却系统或一相应的冷却装置排出。例如可使用以冷却空气、冷却水或热管工作的冷却系统或冷却装置来冷却电机。这种冷却系统或冷却装置整合在电机中，其中，每个电机均具有一专门为其设计的冷却装置。
例如DE 4242132中公布了一种气冷式电机。这种电机的缺点在于，其冷却装置并不依据电机在使用现场受到的热负荷而工作。电机的热负荷例如取决于电机的预期工作状态，其中，所述工作状态例如可通过负载循环而得到反映。这种冷却装置是针对电机存在极大问题的工作情况而设计的，没有考虑到这一点，即，就电机的某一特定用途而言并不需要电机具有某些临界的负载循环能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于一电机的冷却装置，所述冷却装置可根据需要调整其冷却能力。
这个目的通过一种具有权利要求1所述特征的冷却装置而达成。本发明的其他解决方案涉及一种具有权利要求6所述特征的电机和一种具有权利要求9所述特征的冷却系统。从属权利要求2至5、7至8和10涉及的是本发明的相应装置的有利改进方案。
一用于一电机的冷却装置具有至少一个杆状导热件，其中，所述杆状导热件与电机导热相连。借助杆状导热件可将电机中的热量导入冷却装置中。所述冷却装置例如具有一通过对流冷却来散热的散热体和/或一可导入一冷却剂的连接件，所述冷却剂例如为一液体或作为气态冷却剂的空气。借此可对电机进行冷却。所述杆状导热件例如为一热管、一用实心材料(即非空心材料)制成的杆子或一可引导一冷却剂的空心杆子。
杆状导热件可沿轴向排出例如电机定子一高温区域中的热量，并将这些热量散发到一散热体或冷却剂上。所述散热体例如可通过由一通风器产生的气流得到特别有效的冷却。进行液体冷却(例如水冷却)时，如果可将例如水直接导入和导出导热件，是有利的。
根据一有利设计方案，所述电机建构为具有多个用于容纳所述杆状导热件的接收通道。所述接收通道例如布置在电机的一定子叠片组的内部和/或电机的一外壳的内部，其中，接收通道朝定子的一端面敞开。接收通道在轴向上延伸定子的大部分轴向长度，是有利的。杆状导热件填满接收通道的大部分，是有利的。如果冷却装置安装在电机上，就可将冷却装置视为电机的一部分。
根据本发明的另一设计方案，电机针对至少两个冷却装置所采取的兼容性实施方式为，电机具有大量接收通道，该接收通道既可适用于容纳一第一冷却装置，又可用于容纳一第二冷却装置，其中，所述第一冷却装置具有与所述第二冷却装置不同数量的杆状导热件。也就是说，电机的定子和/或电机的外壳具有一定数量的接收通道，这个数量可以超过各冷却装置的杆状导热件的数量。由此可在电机的同一个定子或外壳上以模块化的方式使用具有不同冷却效果的冷却装置。在此情况下，电机在其使用领域内所需达到的冷却效果可通过在一定数量的具有不同冷却能力的冷却装置中选择特定的冷却装置来实现。
也可通过冷却装置的不同冷却方案来实现不同的冷却效果。冷却装置例如可实施为水冷却或空气冷却。由于待冷却的电机的定子和/或外壳只需确保可容纳杆状导热件，因而具有特定构造的电机可用不同的冷却方案冷却。
杆状导热件不仅可由电机的定子和/或外壳容纳在其接收通道中。根据所述电机的一有利设计方案，杆状导热件布置在电机定子和/或外壳的一外表面上。将杆状导热件布置在电机定子和/或外壳的一表面上的方案比在电机定子或外壳内部使用接收通道或建构接收通道的方案更为经济。所述电机既可实施为旋转电机，也可实施为直线电动机。直线电动机中不存在可供杆状导热件作为定位依据的旋转轴。因此，用在直线电动机上的杆状导热件例如沿一运动轴或垂直于一运动轴而定位。
本发明具有根据需要实现最佳冷却效果的优点。这一点特别针对不具有外壳的气冷式电机而言。迄今为止，无外壳式电机的已知冷却方案例如有通过电机表面进行的自冷却。为改善冷却效果，必须增大电机上的冷却面。这会增大电机的结构尺寸，从而给电机带来不利影响。
根据另一有利设计方案，杆状导热件采取相对于电机的轴向定位。如果涉及的是一旋转电机，轴向定位的轴线就是所述电机的旋转轴。也就是说，如果电机的冷却装置位于电机的安装位置或其附加位置，杆状导热件就大致平行于电机轴线而定位，所述电机特别为一旋转电机。很大程度上平行于轴线的定位称为“轴向定位”。通过采取轴向定位的定位方式可使杆状导热件经过电机纵轴上一很大的区域。其优点是，可最大限度地将电机整个纵向区域内的热量散发到导热件上。
在电机的一固定板区域内安装至少一个冷却装置，是有利的。此外，电机也可建构为具有两个冷却装置，其中，其中一个冷却装置布置在旋转电机的端面区域内。
根据另一有利设计方案，所述冷却装置具有多个杆状导热件，其中，这些杆状导热件围绕电机旋转轴呈很大程度上的对称分布，是有利的。通过这种很大程度上的对称分布可达到均匀散热的效果。
根据所述冷却装置的另一实施方式，杆状导热件可安装在电机的一定子和/或电机的一外壳中和/或电机的一外表面上。无论是安装在电机的定子或外壳中，还是安装在电机的外表面上，杆状导热件与这些相应部分之间均有接触。通过这种接触可实现热能的传递。这种传递例如通过使用导热膏可得到改善。因此根据一有利设计方案，杆状导热件和电机定子、外壳或一外表面之间布置有导热膏。杆状导热件和电机定子、外壳或外表面之间的接触面积越大，冷却效果就越好。
根据另一有利设计方案，杆状导热件实施为空心。空腔内例如可引导冷却空气或冷却液。借助这些冷却剂(冷却空气或冷却液)可将热能排出电机。根据另一有利设计方案，所述空腔被一例如为一隔离壁的隔离件分成至少两个空腔，其中，这些空腔至少部分地彼此相连。通过这种方式可在杆状导热件内部为冷却剂建构一正向通道与一反向通道。
另一有利设计方案是，所述冷却装置可插在一电机上。插接式冷却装置的优点是易于更换。杆状导热件可有利地用作冷却装置和电机之间的插接连接的导销。为此，所述电机例如在其定子和/或外壳内具有接收通道。杆状导热件可插在这些接收通道内。
根据另一有利设计方案，杆状导热件具有一圆锥形结构。通过这种圆锥形结构可简化将冷却装置插到电机上的过程。在杆状导热件具有一圆锥形结构的情况下，电机定子或外壳中的接收通道也具有一与杆状导热件匹配的反向圆锥形结构，是有利的。
本发明的目的还通过一具有一外壳和/或一定子的电机(尤其是一旋转电机)而达成，其中，所述外壳和/或所述定子可用于安装一冷却装置，所述冷却装置具有多个在轴向上相对于所述电机延伸的导热件。所述导热件可插入所述定子或外壳的接收通道中，从而实现冷却装置的安装。所述接收通道在纵向上延伸经过定子或外壳的大部分区域，是有利的。所述纵向由电机的旋转轴规定。所述电机例如具有大量通道。在此情况下，可根据电机具体用途所需的冷却效果来使用不同类型的冷却装置。这些冷却装置可采取上文所述的实施方式中的任一种实施方式。通过在一电机上使用不同的冷却装置，可建构一冷却系统。
根据一有利设计方案，也可使用不同类型的冷却装置。借此也可建构一冷却系统。在可用一冷却装置冷却的电机冷却系统中，所述电机和所述冷却装置之间建构有一机械接口，借助所述机械接口可实现对具有不同冷却效果和/或不同冷却方法的各种冷却装置的使用。如果冷却装置例如使用冷却空气来进行冷却，使用冷却空气就是一种可冷却电机的有利手段。通过使用一冷却液可使冷却装置具有更高的冷却能力。使用冷却液的结果是，为避免出现泄漏情况需要更多的投入。
根据所述电机的一有利设计方案，所述电机具有大量用于容纳杆状导热件的通道。在此情况下，可根据冷却装置的直接冷却能力在电机上连接不同类型的冷却装置。如果电机例如具有20个通道，就可使用例如具有4、8、12、16、20个杆状导热件或数量为1至20之间其他任何一个数字的杆状导热件的冷却装置。杆状导热件插在接收通道中。杆状导热件的数量越大，借助冷却装置可排出的热能就越多。借此可建构一用于冷却电机的灵活的冷却系统，其中，借助电机和冷却装置之间的一统一接口可实现对具有不同冷却能力的不同冷却装置的使用。
下面借助附图所示的实施例对本发明作进一步说明，其中图1为一具有一冷却装置的旋转电机；图2为一第一类型的冷却装置；图3为一另一类型的冷却装置；图4为一另一类型的、具有一隔离壁的冷却装置；图5为图4所示的冷却装置的一截面；图6为图4所示的冷却装置的另一截面；图7为一另一类型的、具有两个隔离壁的冷却装置；图8为一另一类型的、具有一管中管-系统的冷却装置；图9为一另一类型的、具有杆状导热件的冷却装置，所述导热件布置在电机外壳上；图10为图9所示的冷却装置的一截面；图11为一另一类型的冷却装置；图12为图11所示的冷却装置的一截面；以及图13为一具有一冷却装置的直线电动机。
具体实施例方式
图1显示的是一电机10。电机10为一具有一轴线12的无外壳式旋转电机。电机10此外还具有一轴16与一定子14。定子14中设置有多个接收通道5。接收通道5用于容纳杆状导热件3。此外，图1还显示了一冷却装置1。冷却装置1具有连接件24和25。这些连接件例如用于导入或排出冷却液或冷却空气。冷却装置1还具有多个杆状导热件3。杆状导热件3建构为可插入接收通道5内。根据图1中未作图示的另一设计方案，杆状导热件3布置在定子14上，其中，杆状导热件3突出在电机10的一端面15之外，其中，杆状导热件3的突出部分上可插上一冷却装置1。
图1所示的电机10在其端面15的适当位置上具有多个轴向凹槽形式的接收通道5。适当位置特别指那些并非用于引导一磁通量的位置。例如通过钻孔方式而形成的轴向凹槽不会对电机10未冷却情况下的正常工作产生不利影响。需要冷却时，可将冷却装置1沿轴向插在电机的一操作侧15上，并以适当方式加以固定。冷却装置1具有多个在数量和形状上均与凹槽相对应的杆状导热件3，其中，这些导热件特定而言可借助一导热膏准确地插入凹槽内。
图2以断面图形式显示一内部有一杆状导热件3的定子14。杆状导热件突出在定子14的端面15之外。杆状导热件3的突出部分上插有一冷却通道20。冷却通道20例如用于引导冷却液。冷却液的流动方向用一箭头表示。杆状导热件3伸入冷却通道20内，一冷却液可从其周围流过，借此达到散热目的。
图3显示的是另一可行的散热实施方式。附图以断面图形式显示的定子14中存在杆状导热件3。杆状导热件3突出在定子14之外。杆状导热件3的突出部分上插有一散热体22。从杆状导热件3中将热量导入散热体22的特别有利的方式是使用一导热膏23。
图4显示的是另一种冷却定子14的方法。定子14中安装有一管子35。管子35是杆状导热件的一可行实施方式。冷却通道20插在管子35上，从而例如可借此直接引导一冷却液。一隔离件29将一侧封闭的管子35和冷却通道20隔开，从而可将一冷却剂从冷却通道20导入管子35的一第一部分，再在管子35的底部45处将冷却剂导入管子35的一第二部分。隔离件29是一种将管子35分成一第一部分与一第二部分的壁，其中，所述壁从冷却通道20开始几乎延伸至管子35的底部45。借助所述第一部分形成一通道70，借助所述第二部分形成一通道71。也就是说，底部45与隔离件29之间存在一定距离。例如用一金属片制成的隔离件29在冷却通道20内的布置方式为，可将冷却剂部分或全部导入管子35中。图4借助箭头27表示冷却剂的一流动方向，其中，通过通道70形成一正向冷却剂流，通过通道71形成一反向冷却剂流。管子35或者与冷却通道20彼此相连地插在定子14中，或者与其分离安装，即，将管子35插入定子14中后，再将冷却通道20插在管子35突出在定子14的端面15之外的部分上。
图4还显示了两个截面V和VI。截面V由图5显示，为管子35的一横截面。管子35通过用作一种壁的隔离件29被分成通道70和71。冷却剂的流动方向用圆圈表示。图6所示的截面VI为一俯视图37。如截面VI所示，冷却件29没有到达管子35的底部，因而可使所述正向冷却剂流和反向冷却剂流彼此相连。此外，截面VI还显示了冷却通道22的一个壁33。
图7显示的是管子35的另一实施方式，其安装在定子14中，用作杆状导热件。管子35具有两个隔离件29和30，其中，所述隔离件如图4所示实施为隔离壁。管子35仍然与一冷却通道20相连。一冷却剂喷射器39用于将一冷却剂导入管子35。冷却剂(气态或液态)的流动方向27在图7中仍用箭头27表示。
图8显示的是一内部插有一注入管41的管子35。注入管41延伸至管子35的底部45的区域内。注入管不仅伸入管子35中，同时还伸入冷却通道20内。其中，注入管41在冷却通道20中的定位方式为，在冷却剂的导入区域内由注入管41接收冷却液。注入管41借助一密封件43与冷却通道20相隔离。
图9显示的是一没有详细图示的电机的一外壳18。外壳18上布置有一杆状导热件4。电机的外壳和/或定子的边角位置特别适合用于布置所述导热件。例如通过啮合49可将杆状导热件4固定在外壳18上，其中，所示啮合为一燕尾形接合。具有一底部46的杆状导热件4建构为其并不延伸至一外壳末端19。这一点在图10中有所显示，其中，图10显示的是从图9中截取的一截面X。如图10所示，底部46的末端与外壳末端19之间存在一定距离。此外，底部46采取平缓倾斜的建构方式，从而可更易于靠近一紧固件47。紧固件47例如为一钻孔，用于将外壳18固定在一底板上。
图11显示的是冷却装置2的另一实施方式。一电机10的定子14中存在一杆状导热件3。杆状导热件3实施为实心材料，因而不具有空腔。杆状导热件3突出在定子14之外。杆状导热件3上插有一冷却装置。所述冷却装置具有一通风器51。通风器51具有一通风器电动机55。借助通风器51可吸入冷却空气。冷却空气的流动方向用箭头27表示。冷却空气由通道72引导至杆状导热件3，图11虽然只显示了一个杆状导热件3，但在电机10上可布置多个杆状导热件。杆状导热件3插在一冷却格栅75上，所述冷却格栅在图12中有详细图示。图12显示的是从图11中截取的一截面XII。图12所示的冷却格栅75具有多个冷却空气通道59和多个散热片57。杆状导热件3安插在散热片75上的方式是，杆状导热件3将热量散发到散热片57上后，可通过散热片57将热量散发到在通风器的驱动下从旁边流过的冷却空气上。
图13显示的是一具有一初级部分60与一次级部分62的直线电动机64。初级部分60具有多个接收通道5。接收通道5用于容纳一冷却装置1的杆状导热件3。如图13所示，本发明的冷却装置既可用于旋转电机，也可用于直线电动机。此外，从图13中还可看出，杆状导热件3的轴向定位并非在任何情况下都是必要或有利的，因此也可采取其他的定位方式。
权利要求
1.一种用于一电机(10)的冷却装置(1，2)，其特征在于，所述冷却装置(1，2)具有至少一个杆状导热件(3，4)，所述杆状导热件(3)与所述电机(10)导热地相连。
2.根据权利要求1所述的冷却装置(1，2)，其特征在于，所述杆状导热件(3，4)采取一相对于所述电机(10)的轴向定位。
3.根据权利要求1或2所述的冷却装置(1，2)，其特征在于，所述杆状导热件(3)安装在所述电机(10)的一定子(14)中，和/或所述电机(10)的一外壳(18)中，和/或所述电机(10)的一外表面上。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的冷却装置(1，2)，其特征在于，所述杆状导热件(3，4)实施为空心。
5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的冷却装置(1，2)，其特征在于，所述冷却装置(1，2)插在一电机(10)上。
6.一种具有一外壳和/或一定子(14)的电机(10)，其特征在于，所述外壳(18)和/或所述定子(14)用于安装一冷却装置(10)，所述冷却装置具有在轴向上相对于所述电机延伸的导热件(3，4)。
7.根据权利要求6所述的电机(10)，其特征在于，所述电机(10)具有一根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的冷却装置(1，2)。
8.根据权利要求6或7所述的电机(10)，其特征在于，所述外壳(18)和/或所述定子(14)具有用于容纳所述冷却装置(1，2)的导热件(3，4)的通道(5)。
9.一种用于一电机(10)的冷却系统，所述电机用一冷却装置(1，2)进行冷却，其特征在于，所述电机(10)和所述冷却装置(1，2)之间建构有一机械接口，借助所述机械接口可使用具有不同冷却效果和/或不同冷却方法的各种冷却装置(1，2)。
10.根据权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统具有一根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的冷却装置(1，2)和/或一根据权利要求6至8中任一项权利要求所述的电机(10)。
全文摘要
本发明涉及一种用于一电机(10)的冷却装置(1，2)，其中，所述冷却装置(1，2)具有至少一个杆状导热件(3，4)，其中，所述杆状导热件(3，4)可与所述电机(10)导热相连。此外，本发明还涉及一种具有一外壳(18)和/或一定子(14)的电机(10)，其中，所述外壳(18)和/或所述定子(14)可用于安装一冷却装置(10)，所述冷却装置具有多个在轴向上相对于所述电机延伸的导热件(3，4)。所述导热件(3，4)可被容纳在所述定子(14)和/或所述外壳(18)中，或被布置在所述定子(14)和/或所述外壳(18)上。
文档编号H02K9/22GK101023572SQ200580031556
公开日2007年8月22日 申请日期2005年9月20日 优先权日2004年9月27日
发明者埃里克·博特, 德特勒夫·波托雷迪, 罗尔夫·沃尔默 申请人:西门子公司