具有冷却套的定子、电机以及机动车的制作方法

本发明涉及一种用于机动车的电机的定子，该定子具有叠片组，所述叠片组具有面向空腔的内侧并且具有外侧，所述内侧沿着周向方向具有多个轴向延伸的绕组槽。此外，定子具有绕组，所述绕组设置在绕组槽中并且在叠片组的轴向相对的端侧上构成绕组头。另外，定子具有引导冷却流体的冷却套，该冷却套具有第一金属板和第二金属板，所述第一金属板构成冷却套的面向叠片组的内壁，所述第二金属板构成冷却套的围绕所述内壁的外壁，所述金属板中的一个金属板构成为无结构的并且相应另一金属板构造成具有凹部和凸部的结构，各金属板在凹部的区域中接合在一起并且在凸部的区域中构成引导冷却流体的至少一个冷却通道。此外，本发明涉及一种电机以及一种机动车。

背景技术：

本文关注于用于机动车的电机、尤其是用于电动车辆或混合动力车辆的驱动电机。这些电机具有定子以及相对于所述定子可旋转地支承的转子。定子通常具有空心柱体状的叠片组，在叠片组的内侧上设置有绕组槽连同绕组。绕组在叠片组的轴向相对的端侧上构成绕组头。在电机的运行中，电机发热，由此可能降低其功率。电机过热甚至会导致电机故障。

因此，从现有技术中已知，对电机的定子进行冷却。为此，de102007055910a1描述一种用于贴靠到电机的定子上的冷却套。该冷却套具有内壁和外壁。在此，内壁构成有平滑的或基本上平滑的外侧，以用于无间隙地贴靠到定子上。内壁和外壁经由各个接合部位和/或长形的接合区段永久连接，其中，在接合部位和/或长形的接合区段之间保留有用于冷却介质的通道。

技术实现要素：

本发明的任务在于，对根据现有技术的冷却套在其冷却效率以及其制造方法方面进行进一步改进。

根据本发明，所述任务通过具有根据相应的独立权利要求的特征所述的定子、电机以及机动车来解决。本发明的一些有利实施方案是从属权利要求、说明书以及附图的内容。

根据本发明的用于机动车的电机的定子包括叠片组，所述叠片组具有面向空腔的内侧并且具有外侧，所述内侧沿着周向方向具有多个轴向延伸的绕组槽。此外，定子具有绕组，所述绕组设置在所述绕组槽中并在叠片组的轴向相对的端侧上构成绕组头。另外，定子具有引导冷却流体的冷却套，该冷却套具有第一金属板和第二金属板，所述第一金属板构成冷却套的面向叠片组外侧的内壁，所述第二金属板构成冷却套的围绕所述内壁的外壁，所述金属板中的一个金属板构成为无结构的并且相应另一金属板构造成具有凹部和凸部的结构。各金属板在凹部的区域中接合在一起并且在凸部的区域中构成引导冷却流体的至少一个冷却通道。除此之外，冷却套的轴向高度超过叠片组的轴向高度。因此，冷却套具有一个用于包套并冷却叠片组的叠片组冷却套区域以及两个轴向相对的、与所述叠片组冷却套区域邻接的、用于包套并冷却绕组头的绕组头冷却套区域。

此外，本发明包括一种用于机动车的电机，该电机具有根据本发明的定子并且具有转子，所述转子可旋转地支承在定子的叠片组的空腔中。电机因此构成为内转子电机并且可用作用于可电驱动的机动车的牵引电机。

定子具有叠片组以及电绕组。在此，叠片组具有两个轴向相对的端侧。叠片组例如可以是空心柱体状的并且具有环形的端侧。电机的转子可以可旋转地支承在由叠片组包围的柱体状的空腔中，其中，转子的旋转轴线对应于叠片组的纵轴线。在此，叠片组在面向空腔的内侧上具有用于容纳绕组的绕组槽或者说定子槽。尤其地，绕组槽沿周向方向彼此等距地并且在叠片组内侧的整个内周上分布地设置。所述绕组槽沿轴向方向从叠片组的第一端侧延伸直至叠片组的相对的第二端侧。沿轴向方向、亦即沿旋转轴线，设置在绕组槽中的绕组在各端侧上突出于叠片组并在那里分别构成环形的绕组头。定子的绕组例如可构造为成杆形绕组或圆线绕组。

设置在叠片组的外侧上的冷却套可与电机的提供冷却流体的冷却回路耦合，并且因此被设计用于在电机的运行中冷却定子。冷却套部分地构成为双壁的空心体、例如双壁的空心柱体并且具有同心设置的、基本上空心柱体状的两个金属板。两个金属板中的一个金属板在此构成为无结构的，即构成有平滑的表面。例如构成内壁的那个金属板可构成为无结构的。因此冷却套可以在平滑的内壁上全表面地贴靠到叠片组的平滑的外侧上。但构成外壁的那个金属板也可以构造成无结构的。因此承载有绕组的叠片组可经由冷却套特别良好地固定、例如压紧在电机的壳体中。

相应另一金属板具有如下的结构，通过该结构限定所述至少一个冷却通道的形状或走向。为此，构造有结构的或者说具有结构的金属板具有凹部或压入部，其朝无结构的金属板方向突出并且贴靠在无结构的金属板上。在这些凹部的区域中，两个金属板永久地彼此接合或连接。此外，具有结构的金属板具有凸部或者说突起，其相反于无结构的金属板方向突出。在这些区域中，两个彼此连接的金属板间隔开距离地设置并且因此在它们之间构成空穴或者说空腔。该空穴形成所述至少一个冷却通道。在内壁构成为无结构的而外壁构成为具有结构的情况下，冷却套构成有至少一个外部的冷却通道，而在外壁构成为无结构的而内壁构成为具有结构的情况下，冷却套构造有至少一个内部的冷却通道。

通过所述至少一个冷却通道，冷却流体可沿叠片组的外侧被引导。然而，为了不仅冷却叠片组而且也冷却绕组头，冷却套构成有如下的高度，该高度尤其是至少对应于叠片组连同在叠片组上伸出的绕组的总高度。所述总高度在此对应于在绕组头的轴向最外部的点之间的距离。绕组头在定子上形成特别关键的区域，因为这些区域可升温到特别高的温度并且在此情况下可局部地形成所谓的热点。为了防止这些“热点”对电机的功率产生不利影响或甚至导致电机过热，借助于冷却套一同冷却绕组头。为此，叠片组被例如空心柱体状的叠片组冷却套区域包套，并且绕组头被例如空心柱体状的绕组头冷却套区域包套。

这样的既冷却叠片组又冷却温度特别关键的绕组头的冷却套以有利的方式确保电机可靠运行。

优选冷却套借助于辊压接合方法制成。在辊压接合方法中或者说在辊压接合中，金属板局部地被彼此辊压接合并由此局部地连接。在应保持不连接的位置处，可通过分离剂分离金属板。然后对各金属板进行充气，由此使一个金属板相对于另一金属板局部地升起并且在此情况下构成凸部和凹部。借助于这样的方法也可以简单的方式形成冷却通道的复杂的走向或形状、例如曲折状的冷却通道。但冷却套也可借助其它成型技术制造，例如通过对金属板进行深冲或液压成型并且随后将金属板进行接合。

特别优选冷却套构成为用于设置在叠片组上、例如用于围绕叠片组地扣住的冷却套环。冷却套因此具有轴向地延伸的间隙，经由该间隙，冷却套的直径可暂时增大以便设置在叠片组上。为此可将冷却套的面向间隙的端部或者说边缘彼此压开并将冷却套轴向地推套到叠片组上。尤其地，冷却套环具有用于连接冷却套环的面向彼此的端部的连接构件。所述端部可具有适合作为连接构件的锁紧件、如弹簧锁紧件，这些锁紧件通过沿周向方向的牵拉而将冷却套固定在叠片组上。连接构件也可以是螺钉。但也可将管箍或系带用作连接构件，以便将冷却套压到叠片组上。除此之外，所述端部可彼此焊接。在冷却套不是构成为冷却套环，而是封闭地构成的情况下，冷却套和叠片组可通过压入或热接合而彼此连接。

也可规定，冷却套环的面向彼此的端部朝叠片组方向弯曲，并且叠片组的外侧具有用于容纳冷却套环的弯曲的端部的、轴向地延伸的槽。所述端部因此插入到该槽中，从而沿周向方向产生形锁合连接。因此可实现冷却套在叠片组上的特别精确的定位和良好的固定。为了进一步固定，可使用已经描述的在冷却套上的锁紧件、管箍或系带。

在本发明的一种进一步改进方案中，为了减小与绕组头的径向距离，绕组头冷却套区域的直径应至少局部地小于叠片组冷却套区域的直径。这样的实施方式基于以下认知：叠片组的外径大于环形的绕组头的外径。为了改善冷却套——其在叠片组冷却套区域中贴靠在叠片组外侧上——至绕组头的热连接，通过减小冷却套在该区域中的直径而至少局部地减小在绕组头与绕组头冷却套区域之间的距离。为此，冷却套例如可由三个轴向彼此邻接的空心柱体状的区域构成，其中，一个中间的区域构成具有第一直径的叠片组冷却套区域，而两个外部的区域构成具有第二直径的绕组头冷却套区域，所述第二直径至少局部地小于第一直径。

证明为有利的是，为了将绕组头热连接到相应的绕组头冷却套区域上，在绕组头与相应的绕组头冷却套区域之间设置有导热的填料、尤其是浇注材料。因为冷却套基于其导电的金属板而不能贴靠地设置到绕组头上，所以使用电绝缘的导热的填料，其在绕组头与冷却套之间提供导热路径。该填料包套或包围绕组头。相应的绕组头冷却套区域于是贴靠在填料上。因此，尽管在绕组头与冷却套之间存在距离，热量仍可特别有效地从绕组头导出到冷却套上。作为替代方案或附加方案，为了将叠片组热连接到叠片组冷却套区域上，在叠片组与叠片组冷却套区域之间设置有导热的粘合剂。通过该粘合剂可实现将冷却套附加地固定在叠片组上并且同时改善从叠片组到冷却套的散热。

在本发明的一种实施方式中，在构造有结构的那个金属板中的凹部构成为盲孔状的。因此，两个金属板在点状的接合部位处彼此连接，其中，通过凸部构成基本上空心柱体状的、点状地中断的冷却通道。凸部因此通过构造有结构的那个金属板的包围盲孔状凹部的区域形成。通过点状的接合部位在冷却通道内形成中断部，这些中断部在流动的冷却流体中引起湍流。这样的湍流与由无中断的空心柱体状的冷却通道引起的层流相比导致更高的冷却效率。

在本发明的另一种实施方式中，在构造有结构的那个金属板中的凹部构成为槽状的。由此所述两个金属板在长形的、轴向地延伸并且沿周向方向分布地设置的接合部位处彼此连接，其中，通过所述凸部构成隧道状的、沿轴向并且彼此平行延伸的冷却通道。因此，在构造有结构的那个金属板中，长形的凹部和凸部沿周向方向交替地设置。所述凹部和凸部在此至少在叠片组冷却套区域的高度上延伸并且沿叠片组的外侧轴向地引导冷却剂。在绕组头冷却套区域中的一个绕组头冷却套区域中可构成u形的凸部，这些凸部相应连接两个相邻的冷却通道并且因此使得冷却流体在绕组头的区域中转向。每个这样的隧道状的冷却通道，与空心柱体状的冷却通道相比，确保冷却流体的更高的流动阻力和因此更高的冷却效率。

在本发明的一种进一步改进方案中，构成外壁的金属板构成为无结构的，并且构成内壁的金属板具有径向向内朝叠片组方向突出的凸部，其中，叠片组的外侧具有与所述凸部对应的、用于容纳所述凸部的冷却槽。所述至少一个冷却通道因此构成为在内部的。叠片组在内侧具有用于容纳绕组的绕组槽，并且在外侧具有用于容纳冷却通道的冷却槽。在冷却通道构成为轴向地延伸的隧道的情况下，冷却槽是长形的凹部，它们沿周向方向彼此平行地设置在叠片组的外侧上并且在叠片组的高度上轴向地延伸。在此，冷却槽的数量、形状和间距可与绕组槽的数量、形状和间距不同。通过将内壁的凸部设置在冷却槽中，可以有利的方式将定子的径向宽度保持得特别小。此外，可形成定子的平滑的外轮廓，经由该外轮廓可将定子以有利的方式形锁合或力锁合地——如借助螺纹连接解决方案或横向过盈配合——固定在电机的壳体中。

优选冷却套具有径向向外突出的至少一个隆起部，通过该隆起部，在冷却套与叠片组的外侧之间形成用于容纳并冷却电机的至少一个另外的部件的空腔。电机的所述另外的部件例如壳体部件、轴承、电子部件、导线等可设置在所述空腔中并且由此热连接到冷却套上。尤其地，所述至少一个隆起部在冷却套的至少一部分高度上轴向地延伸或者位于其延长部中，并且在冷却套与叠片组的外侧之间构成隧道状的空腔，以用于容纳并冷却构造为连接到绕组上的连接导线的部件。所述连接导线因此在叠片组的外侧与冷却套之间被引导并由此被冷却。

除此之外，叠片组可具有在叠片组的整个高度上延伸的凸耳状的至少一个突出部，该突出部具有轴向地连贯的、构成螺孔的开口以用于将定子与电机的壳体螺纹连接，并且冷却套可具有与所述至少一个突出部对应的至少一个成型部。在凸耳状突出部的区域中，叠片组的径向宽度增大。如下的通孔延伸穿过所述突出部，用于拧紧定子的螺钉可被引导穿过该通孔。冷却套具有对应于该突出部的成型部，从而冷却套依循叠片组的外轮廓。冷却套和叠片组因此具有相同的横截面，使得冷却套可在叠片组冷却套区域中全表面地贴靠到叠片组的外侧上。

可规定，所述绕组头冷却套区域之中的至少一个绕组头冷却套区域构造为用于将冷却流体导入到所述至少一个冷却通道中的流体分配结构和/或构造为用于从所述至少一个冷却通道中容纳冷却流体的流体汇集结构，并且具有冷却流体接口，该冷却流体接口具有用于将冷却流体导入到流体分配结构中的流体入口和用于从流体汇集结构中排出冷却流体的流体出口。为此，例如所述至少一个冷却通道可仅在叠片组冷却套区域中构成。因此例如绕组头冷却套区域之中的一个绕组头冷却套区域可构成为分配结构并且具有流体入口。经由可与冷却回路耦合的流体入口可将冷却流体从冷却回路导入到分配结构中，该分配结构将冷却流体供应至所述至少一个冷却通道。所述绕组头冷却套区域之中的另一个可构成为汇集结构并且具有流体出口。在该情况下，冷却流体沿轴向方向被引导，其中，流体入口以及流体出口设置在冷却套的轴向相对的边缘上。

但也可规定，流体入口和流体出口设置在同一个绕组头冷却套区域上，从而冷却流体沿轴向并且沿周向方向被引导。在该情况下，具有冷却流体接口的那个绕组头冷却套区域用作流体分配和流体汇集结构，而另一个绕组头冷却套区域则包括所述至少一个冷却通道的部分区域。在冷却通道轴向地延伸的情况下，在该绕组头冷却套区域中，例如冷却流体从一个冷却通道转移或转向到一个相邻的冷却通道中。为了构成冷却流体接口，所述两个金属板可在一个绕组头冷却套区域或两个绕组头冷却套区域中在金属板的构成冷却套边缘的侧上至少部分地接合，其中，所述两个金属板在未接合的区域中彼此间隔开距离地构成，并且构成流体入口或流体出口。

此外，本发明包括一种具有根据本发明的电机的机动车。该机动车尤其是以电动车辆或混合动力车辆形式的可电驱动的机动车并且具有所述电机作为驱动电机。

参照根据本发明的定子提出的实施方式及其优点对应地适用于根据本发明的电机以及根据本发明的机动车。

本发明的一些其它特征从权利要求书、附图和针对附图的说明中得出。上面在说明书中提及的特征和特征组合以及下面在针对附图的说明中提及和/或仅在附图中示出的特征和特征组合不仅可在相应给出的组合中使用，而且也可在其它组合中使用，或可单独使用。

附图说明

现在借助优选实施例并参考附图更详细地阐述本发明。在附图中：

图1从第一视角示出电机的定子的第一种实施方式的示意图；

图2从第二视角示出根据图1的定子的示意图；

图3示出根据图1和图2的定子的叠片组连同绕组的示意图；

图4示出根据图1、2和3的定子的叠片组的示意图；

图5示出根据图1和图2的定子的冷却套的示意图；

图6示出根据图1和图2的定子的另一示意图；

图7从第一视角示出电机的定子的第二种实施方式的示意图；

图8从第二视角示出根据图7的定子的示意图；

图9从第一视角示出电机的定子的第三种实施方式的示意图；

图10从第二视角示出根据图9的定子的示意图；并且

图11示出根据图9和图10的定子的冷却套的示意图。

在附图中相同的元件以及功能相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1和图2从不同的视角示出在这里未示出的用于可电驱动的机动车的电机的定子1的第一种实施方式。定子1具有叠片组2，所述叠片组在图3中示出为单独图示。叠片组2沿周向方向u围绕定子1的纵轴线l构成为环绕的，且构成为空心柱体状的。纵轴线l也对应于旋转轴线，支承在叠片组2的柱体状的空腔3中的、在这里未示出的转子围绕该旋转轴线旋转。叠片组2具有包围所述柱体状的空腔3的内侧4。此外，叠片组2具有沿径向方向r与所述内侧4相对的外侧5。在叠片组2的内侧4中沿周向方向u分布地构成有多个绕组槽6。这些绕组槽6沿纵轴线l从叠片组2的第一端侧7轴向延伸至叠片组2的与所述第一端侧7轴向相对的第二端侧8。定子1的绕组9设置在这些绕组槽6中。绕组9在这里构成为成形杆绕组。在图4中示出叠片组2连同绕组9的图示。绕组9在此轴向地突出于叠片组2的端侧7、8并在那里构成绕组头10。

此外，定子1具有冷却套11，所述冷却套在图5中示出为单独图示。冷却套11具有第一金属板12和第二金属板13，所述第一金属板形成冷却套11的内壁并且面向叠片组2的外侧5，所述第二金属板形成冷却套11的外壁并且径向相邻于内壁地设置。两个金属板11、12中的一个金属板在此构成为无结构的，并且因此具有平滑的表面。在这里构成外壁的第二金属板13构成为无结构的，并且因此形成定子1的平滑的外轮廓。第一金属板12在这里构造有结构地构成并且具有凹部14和凸部15。在凹部14的区域中，金属板12、13接合并且固定地连接。在凸部15的区域中，经连接的金属板12、13彼此间隔开距离地设置并且因此构成用于引导冷却流体的至少一个冷却通道16。所述至少一个冷却通道16因此在这里径向向内突出。在定子1的第一种实施方式中，该定子具有多个隧道状的冷却通道16，它们彼此平行延伸、轴向延伸并沿周向方向u分布地设置。叠片组2在这里在其外侧5上具有冷却槽17，用于容纳向内突出的冷却通道16，这些冷却槽沿轴向方向在叠片组2的整个高度18上延伸。因此，通过将冷却通道16设置在冷却槽17中，冷却套11可以与叠片组2形锁合地接合在一起。

图7和图8从不同的视角示出定子1的第二种实施方式。在这里，构成内壁的第一金属板12构成为无结构的，并且构成外壁的第二金属板13具有包括凹部14和凸部15的结构。所述凹部14在这里构成为盲孔状的，从而第一和第二金属板12、13在点状的接合部位处接合。因此，通过凸部15形成的冷却通道16构成为空心柱体状的，并且具有点状的中断部，通过这些中断部在冷却流体中产生湍流。

定子1的两种实施方式的冷却套11例如可以通过辊压接合而制造。为此，通过在大压力情况下的辊压将两个金属板12、13接合在一起，其中，略过或用分离剂处理金属板12、13的如下区域，从而它们不能在这些区域处连接。随后对这些区域进行“充气”，从而可在那里形成以冷却通道16的形式的凸部15。未使用分离剂处理的区域——金属板12、13在这些区域处连接——形成凹部14。

在此，冷却套11具有超过叠片组2的高度18的高度19。冷却套11的高度19尤其是对应于具有绕组9的叠片组2的总高度20(参见图4)。冷却套11因此在叠片组2的端侧7、8上伸出并且因此具有一个叠片组冷却套区域21和两个轴向相对的绕组头冷却套区域22。在叠片组冷却套区域21中，第一金属板12贴靠在叠片组2的外侧5上。各绕组头冷却套区域22包套绕组头10，其中，第一金属板12与绕组头10间隔开距离地设置。绕组头10在这里被浇注材料23(参见图6)包套，该浇注材料是电绝缘的并且是导热的。浇注材料23将绕组头10以热连接到冷却套11上。冷却套11例如可以构成为冷却套环。为此，冷却套11具有间隙24，其中，冷却套11的与所述间隙24邻接的端部25可彼此弯曲分开以便设置在叠片组2上。在将冷却套环设置在叠片组2上之后，冷却套11例如可以经由在端部25上的锁紧件、经由系带或经由管箍固定在叠片组2上。

此外，冷却套11具有冷却流体接口26，其具有流体入口27和流体出口28。冷却流体接口26在这里在绕组头冷却套区域22之中的一个绕组头冷却套区域中构成。为此，例如在金属板12、13之中的至少一个金属板中形成隆起部，通过该隆起部，金属板12、13彼此间隔开距离地设置。在此，冷却流体经由流体入口27可被导入到冷却套11中，并且冷却流体经由流体出口28可从冷却套11中被排出。在这里既具有流体入口27又具有流体出口28的那个绕组头冷却套区域22在这里用作流体分配和流体汇集结构。流体经由与流体入口27导流地耦合的流体分配结构被导入到所述至少一个冷却通道16中，并且被引导穿过所述至少一个冷却通道16的冷却流体再次在流体汇集结构中汇集，该流体汇集结构与流体出口28导流地耦合。在这里，冷却流体轴向地并沿周向方向u穿过所述至少一个冷却通道16沿叠片组2并且沿绕组头10被引导。

图9和图10示出定子1的第三种实施方式。在这里，叠片组2具有两个凸耳状的突出部29，通过它们，叠片组2的径向宽度局部地增大。所述突出部29具有轴向地连贯的开口30，它们构成用于将定子1螺纹连接在电机的壳体中的螺孔。冷却套11——该冷却套在这里在没有凸部15和凹部14的情况下在图11中以单独的图示示出——具有对应于突出部29的成型部31，所述成型部在冷却套11的整个高度19上轴向地延伸并且构成用于容纳叠片组2的突出部29。此外，冷却套11在这里具有一个径向向外突出的隆起部32，在这里，通过该隆起部，在叠片组2与冷却套11之间形成隧道状的空腔33。在该空腔33中例如可设置并冷却连接到定子1的绕组9上的连接导线。

附图标记列表

1定子

2叠片组

3空腔

4内侧

5外侧

6绕组槽

7第一端侧

8第二端侧

9绕组

10绕组头

11冷却套

12第一金属板

13第二金属板

14凹部

15凸部

16冷却通道

17冷却槽

18叠片组的高度

19冷却套的高度

20总高度

21叠片组冷却套区域

22绕组头冷却套区域

23浇注材料

24间隙

25端部

26冷却流体接口

27流体入口

28流体出口

29突出部

30开口

31成型部

32隆起部

33空腔

l纵轴线

u周向方向

r径向方向