用于定子绕组端部的冷却通道和包括这种冷却通道的定子的制作方法

本公开涉及一种用于电机绕组端部的冷却通道以及一种包括这种冷却通道的定子。

背景技术：

术语“电机”主要理解为包括定子和转子的电动机或发电机，其中相对于定子围绕共同的纵轴可转地支承转子。

定子包括例如定子叠片铁芯和载流绕组。绕组可以被布置在定子叠片铁芯的凹槽中，这些凹槽分布在圆周上并且在轴向上伸长。绕组形成多个线圈/半线圈，其中线圈/半线圈包括两个在不同凹槽中伸长的导电部段和两个/一个在定子叠片铁芯的端侧连接这些导电部段的连接部段。只有在凹槽内轴向伸长的绕组部分影响转矩大小；它也被称为有效长度。与此相对，将叠片铁芯前端的有效长度电气连接(连接部段)的导电部段对转矩大小无影响；轴向上位于叠片铁芯外的该部分也被称为绕组端部。绕组端部因此可以被视为绕组在轴向上伸出定子叠片铁芯的部分。

可以考虑线盘用作绕组。另外，已知的是，绕组也可以由条状导体装配而成，其可以被装入或者说嵌入到叠片铁芯的凹槽中。条状导体被成对地连接成半线圈。这一点可以例如通过条状导体的相互弯曲和直接焊接而直接地实现，或者也可以例如通过跨接两个条状导体之间的间隔的互连接片而间接地实现。

随着温度的上升，电机的效率下降，特别是电动车辆的牵引马达，因此如已知地，借助于冷却流体冷却电机。这一点例如通过由水流经的冷却套筒/冷却通道或冷却套实现，其间接冷却定子或者说其定子叠片铁芯。间接冷却意味着，冷却流体与热源不直接接触。为了提高效率，另外已知的是，直接冷却绕组端部。在此大多使用介电油，该介电油被泵送穿过绕组端部。

us2017310189描述了一种用于电动机的冷却帽形式的绕组端部冷却装置。

de102015220112a1描述了一种用于电机绕组端部的覆盖单元，其中覆盖单元具有沿定子的圆周方向延伸的冷却通道。

直接冷却绕组端部的用于冷却的冷却帽例如示出了：

jp4586408b2示出了一种用于绕组端部的冷却帽。在轴向上实现进油口，在径向上安置出口。作用于冷却帽上的流体压强直接被壳体护罩/壳体盖所承受，即冷却帽的正面与壳体护罩直接接触，参照图3。

在此，冷却帽应尽可能有效地密封绕组端部空间。视运行状态而言，这并不是总能实现的。示例是冷却流体的高压强。另一个影响变量是热膨胀，特别是马达壳体与冷却帽的不同的膨胀。在高热波动或高压强下，原本由轴承盖施加的保持力不足以实现可靠密封。材料疲劳(密封材料/冷却帽/……的弹簧性能下降)也可能导致泄漏。

在约0.5bar的流体压强下，力必须被保持在几kn(在有效承压面积为约2×10⁶mm²时，合力为约10kn，这差不多对应于外径300mm、内径200mm的圆环)。

可以通过将冷却帽压入到定子套筒中，在周向上固定冷却帽。不同的热膨胀系数在这里也会导致在冷却帽外罩(或者说保持元件)和定子套筒之间可能形成间隙。由此无法实现可靠的冷却密封。

也可以通过额外的构件(弹簧环或类似物)，产生并维持预应力。当然，并不希望有额外的构件，因为其增加了冷却帽的成本和设计难度。

技术实现要素：

因此，本公开的目的在于，给出一种经过改善的绕组端部冷却装置，其中密封特性和固定特性获得改善。

作为对此的解决方案，根据本公开，预设根据权利要求1所述的冷却通道。具体来说，给出一种用于电机绕组端部的冷却通道，其中该冷却通道为了引导冷却流体而被设计有至少一个流入口和至少一个流出口，并且为了围绕绕组端部进行布置而被设计为环状。冷却通道具有轴向上可动的压紧件，该压紧件被布置为，使得冷却流体可以流向压紧件并且可以对冷却通道产生压紧压力。

由于压紧件被压向冷却通道的特别是与其对置的部分或区域，冷却通道由此有利地被密封，特别是独立地被密封。此外，通过压紧力，冷却通道被压到定子的在外部紧贴冷却通道的部件上并且改善了冷却通道与这些部件之间的密封。为了可以移动压紧件，从外部对压紧件的压强应当大于从内部对压紧件的压强，特别是从冷却通道对压紧件的压强。如果压紧件被设计和/或被布置为，该压紧件未受到内部压强作用，例如借由在压紧件与冷却通道引流区域间所形成的(特别是无流体的)缓冲空间/缓冲区，那么为了密封目的的压紧件运动仅取决于存在的外部压强并且不取决于或者说几乎不取决于内部压强。

优选地支承压紧件，使得其作为单独的、无特别固定的构件布置于遮盖部与绕组端部之间的间隙中。在此间隙中，轴向上可动的压紧件优选地以预应力插入绕组端部的方向。可以优选地通过弹性元件，像是橡胶盘或弹性体盘或弹簧，引发预应力并借此保证简单的密封。当然，可动的压紧件在冷却液体循环过程中，通过冷却通道中的流动比率，以提高的预应力被压向绕组端部的方向，以借此也能稳妥密封高内部流动压强的冷却液体。另外，可以考虑且可能的是，通过这些功能，将密封板的壁厚也保持得较低，因为相较于未设置这种压强平衡的解决方案而言，通过压强平衡作用，作用在壁上的负载被保持得相对低。

另外，可以考虑且可能的是，以简单的黏性连接，将覆盖板插入冷却通道中。当然，将这种连接设计为不会去承受可能出现在冷却运行中的高内部压强就足够了。

可以预设，通过例如轻微的过盈配合预固定压紧件，以能够承受微小的作用力。由此，可以确保压紧件在安装时与安装后以及无冷却液体循环时的位置。

根据本公开的冷却通道的另一优点是改善的固定。压紧压力阻止或者说妨碍，装入/放到定子中或者说绕组端部上的冷却通道例如由于振动离开其预定位置并且被推出定子。由此，不需要另外的固定元件，这些元件会增加成本与设计难度。

有利地，只有在压紧件上存在施加的压强时，即只在电机的积极运行的过程中或者说只在冷却液体循环时，压紧件的固定效果与密封效果才会改善。由此，可以减少非运行时间内冷却通道零部件上的静态负荷并提高单个部件的寿命。优选地，流入口和/或流出口被设计为环形的间隙，其中流入口和流出口被冷却通道的环形遮盖部段形式的压紧件彼此隔开。这提高了向冷却通道内流入和流出的可能的流体量并由此提升冷却效果。

在另一有利实施方案中，冷却通道具有多个隔板，其中多个隔板的至少一部分呈放射状布置并形成径向隔板。由此可以实现层状的流体流动，这有利于流体的流出并因此减少了冷却通道内的内部压强。

同样地，多个隔板的至少一部分具有同心且相互平行布置的绝缘环。类似于径向隔板，这有助于形成有序的流体流并且有利于流体的流出。此外，这些隔板可以用作用于绕组端部的互连接片的支架。

为了更好地固定绕组端部的互连接片并保持其预定位置，隔板优选地具有固定元件，特别是夹持元件、夹紧元件或凸块元件。

另外，由弹性材料形成多个隔板和/或冷却通道，已被证明是有利的。这在一方面简化了基于已知工艺(例如注塑)的制造，另一方面简化了冷却通道的密封特性。

冷却通道优选地设计为多件式的。冷却通道的这种设计方案使得更容易将绕组端部或者说其部件，例如互连接片，引入到冷却通道内。

冷却通道可以为了节省另外的成本而使用或者说具有定子冷却壳体作为外侧壁并且为了改善密封特性而使用或着说具有密封垫作为底部部件/底板。密封垫优选地设计为一件式，以保持低零部件数量。多件式的实施方案，特别是扇形地分到多个围绕转动轴的扇形环部段中和/或径向分到多个同心的密封元件中的方案，照样是可行的。

另外，压紧件可以作为冷却通道的外侧部分，向着冷却通道的对置的外侧部分移动，使得冷却通道的壁板部分之间的连接区域被更紧密地压在一起，以改善密封特性。

在另一有利实施方案中，冷却通道及特别是压紧件可以被设计为，可以由第一流体产生对压紧件的外部压强，并且由第二流体产生在冷却通道中主导的对压紧件的内部压强。在此，第一流体和第二流体可以是不同的和/或来自不同源头。在另一优选情形下，对压紧件或者说对冷却通道产生外部压强的流体可以是产生内部压强的相同流体。在此，冷却通道优选地设计为，流体从外部进入冷却通道并随后流出冷却通道。在此，处于压强下的流体可以产生对压紧件的压紧力。超压和借此而生的压紧力可以有利地受其它形状元件，如节流阀，特别是孔板或喷嘴，或者说例如环状间隙流入口或类似开口的设计方案影响。流体随后从冷却通道中溢出，例如经由环状间隙流出口或类似的开口，由于流动涡流不会或几乎不构成内部压强，而是优选地由于层状的或者说不受限制的流体流动构成负压。

另外，本公开涉及一种用于电机的绕组端部冷却装置，其包括第一环形腔室状的流体通道/冷却通道，该通道围住绕组端部并且为了引导冷却流体而包括至少一个流入口和至少一个流出口，并且包括第二环形腔室状的流体通道，该通道在第一环形腔室状的流体通道上方同心地延伸，具有流入口并且与第一环形腔室状的流体通道流体连接，其中第二流体通道的壁板具有压紧件，该压紧件被布置为，使得冷却流体可以流向压紧件并对第一流体通道的壁板部分施加压紧压力。

优选地，压紧件在轴向上是可动的，并且环形腔室状的流体通道具有允许对应运动的密封机构。

本公开还预设了一种特别地用于电动机的包括多个条状导体的定子，其中定子具有至少一个根据本公开的冷却通道并且冷却通道的隔板布置在条状导体的至少一部分之间。

同样地，定子可以具有与条状导体对应数量的互连接片。

另外，给出了一种包括根据本公开的冷却通道或根据本公开的定子的电机。

本公开还涉及一种用于(在轴向上)固定和密封冷却通道的方法，其中冷却通道(轴向上看)具有成壁的上侧和下侧，其中冷却通道的壁板在一侧上受机械支撑并且在另一侧上受流体支撑。

附图说明

下文所描述的附图涉及根据本公开的冷却通道和根据本公开的定子的优选实施方案，其中这些附图不应视为限制，而是基本上用于图解本公开。不同附图中但具有同样的附图标记的元件是相同的；因此，附图中对元件的描述对于其它附图中相同标记或者说相同编号的元件都是有效的。

在附图中：

图1示出了电机的横截面图；

图2示出了穿过根据一种优选实施方案的冷却通道的横截面图；

图3示出了根据本公开的定子的爆炸图，其包括两个绕组端部和冷却通道；

图4示出了包括根据本公开的冷却通道的定子，其中标出了流体流与压紧力；并且

图5示出了穿过定子上部，特别是其包括根据本公开的冷却通道的绕组端部的纵向剖视图，其中标出了流体流与压紧力。

具体实施方式

图1示出了电机10的横截面图，其包括定子1以及布置在定子内的转子13。定子1，特别是定子叠片铁芯2，呈空心圆柱形并且在两端均具有环形的冷却通道11和12。冷却通道11、12与流体库(未显示)相通，以借助流体来冷却形成于或者说布置在冷却通道内的绕组端部3；4(参见箭头，一进一出)。转子13由转子轴14和转子叠片铁芯15形成，其中转子视实施情况可以具有例如永磁体、短路环或励磁绕组。电机10(以及因此定子1和转子13)设计为围绕转动轴23旋转对称。

图2大大简化地示出了穿过根据一种优选实施方案的冷却通道11或者说12的横截面图，该冷却通道被布置并固定在定子1的定子叠片铁芯2上，其中示例性地借助已装配的绕组阐述该实施方案。然而，代替已装配的绕组，其它分别具有对应设计的绕组端部的绕组类型也是可能的，比如保持绕组、集中绕组或没有互连接片的装配绕组(例如根据发夹式绕组已知)。

圆柱形的定子叠片铁芯2具有多个细长的沟纹或者说凹槽，其中围绕转动轴23平行且同心地布置了多个条状导体(未显示)。定子1本身设计在壳体中，特别是在包括圆柱形外壁50和环形遮盖部51的流体壳体48中。冷却通道11主要具有包括内环22或者说圆柱形内壁22的覆盖单元或者说盖板21以及环形的密封垫45。在此，盖板21用作压紧件，其以对应的向下的外部压强，将内环22以及盖板21的垂直隔板(未显示)压向密封垫45并因此改善冷却通道的密封特性。密封垫设计为一件式的且优选地由弹性的和/或可压缩的材料形成。与流体壳体48和定子叠片铁芯2结合，盖板21形成冷却通道的第一环形腔室16和第二环形腔室17。绕组端部的互连接片(未显示)被布置在第一环形腔室16内并且与条状导体互连。此外，在流体技术上，只能经由环状间隙流入口25和环状间隙流出口26进入第一环形腔室16。第一环形腔室16由外壁50、内环22、盖板21和密封垫45形成。密封垫45用作用于第一腔室16或者说用于冷却通道的底部/底壁并且具有开口或者空隙，条状导体可以经其由定子叠片铁芯2伸进第一腔室16。额外地，密封垫45相对于冷却通道密封定子叠片铁芯2。第二环形腔室17由盖板21、外壁50和遮盖部51限定和形成，并且被布置在第一环形腔室16的上方。两个腔室16和17经由环状间隙流入口25相互连接。另外，在遮盖部上形成流入开口27，流体可以经其从外部流入第二腔室17。指向盖板21的实心箭头描述了压力。非实心箭头示出了从外部流入第二腔室17，随后流入第一腔室16并继而流出的流体流。

图3示出了根据本公开的定子1的爆炸图，其包括由条状导体和互连接片装配而成的绕组，该绕组形成了两个环形或者说圆柱形的绕组端部3和4以及冷却通道。定子1配备有叠片铁芯2，在该叠片铁芯内部形成的凹槽或者说凹槽区域29中，围绕转动轴23同心地布置了条状导体6和6a。在一侧上布置有绕组端部3，以将条状导体6和6a在一端与对应的互连接片9连接。在叠片铁芯2的另一侧上布置有另一绕组端部4，其相较于第一绕组端部3的不同在于，其具有包括一个/更多个相位接头8的额外的互连平面7。因此，第一绕组端部3具有四个互连平面5，而第二绕组端部4具有四个互连平面5以及一个包括一个/更多个相位接头8的互连平面7。通过密封垫45、转接件47、四个包括对应互连接片9的或者说各有三组由五个互连接片9组成的互连接片组40的互连平面5，彼此堆叠地布置两个绕组端部3和4。每个互连平面5或者7都布置在自身的绝缘环32中，绝缘环具有相应的沟纹或者说间板，互连接片9被布置且保持在其中。互连接片9是弧形的条状导体，其包括额外的径向于定子轴伸长的条状导体，其功能是将条状导体6成对地电气连接。在此，条状导体6或者说6a以预定的样式互相连接，成对连接的条状导体6或者说6a之间的互连接片9的距离或者说数量因此是预定的。预设盖板元件21作为所示出的定子1的封闭件，该盖板元件具有内环22和垂直布置的径向隔板31。互连平面5或者7都垂直于定子1的转动轴23布置，而条状导体6平行于此轴布置。转动轴23描述了可装入到定子1中的转子(未显示)的轴并且同时用于描述定子1的各元件的几何特征，例如定子叠片铁芯2、条状导体6、互连平面5等，并将其相互联系起来。

图4示出了定子1的立体图，类似于图3，该定子包括根据本公开的冷却通道并且标出了流体流(参见不是实心或者非实心的箭头)和压力(参见实心箭头)。定子1设计有冷却壳体20和冷却肋片或者说线匝44。在上侧上可以看见包括内环22的盖板单元21，其与冷却壳体20的外环28结合形成了环状间隙流入口25和环状间隙流出口26。

图5示出了穿过类似于图3和图4的定子1的上部的纵向剖视图，特别是其包括根据本公开的冷却通道的绕组端部，其中在附图的右侧标出了流体流。定子1配备了冷却壳体20和流体壳体48。流体壳体48具有圆柱形的外壁50以及环形的遮盖部51。外壁50直接紧挨冷却壳体20。遮盖部51被固定在外壁50上并且具有一个或更多个用于流体流入的开口27和一个用于流体流出的开口。遮盖部51也可以设计为用于容纳转子或者说转子轴承的轴承盖。流体流入口27指向盖板单元21并且借助流体流将其向下压或者说压到定子叠片铁芯2上。盖板单元21被设计为，相对遮盖部51，在轴向方向上是可动的。密封机构55位于盖板单元21和遮盖部51之间，在此示例中是o形环，其相对于定子内部空间或者说流体出口26密封环状间隙17。借助于放大的沿定子1的纵轴或者说转动轴23的横截面，可以清楚地辨识出包括条状导体6和6a的定子叠片铁芯2，还有包括不同互连接片9的绕组端部、包括内环22的盖板单元21的绝缘环32，以及由此形成的用于流入和流出的环状间隙25和26。接片9和导体6、6a在触点33上相互固定，特别地相互焊接。第一环形腔室16和其上布置的第二环形腔室17通过盖板单元21彼此隔开并经由流入口25彼此相连。

通过施加有压力的盖板单元21，可以特别地将多个堆叠的绝缘环32压在一起，并以简单的方式方法，在其接触点或者说接触面上相对于彼此密封。

附图标记列表

1定子

2定子叠片铁芯

3a侧绕组端部

4b侧绕组端部

5互连平面

6条状导体

6a条状导体

7包括相位接头的互连平面

8相位接头

9互连接片/端面连接器

10电机

11用于a侧绕组端部的冷却通道

12用于b侧绕组端部的冷却通道

13转子

14转子轴

15转子叠片铁芯

16冷却通道的第一环形腔室

17冷却通道的第二环形腔室

20冷却壳体/冷却套筒

21盖板

22内环

23转动轴

25环状间隙流入口

26环状间隙流出口

27流体壳体流入开口

28外环

29凹槽

31隔板(垂直的)

32隔板(水平的)或者说绝缘环/绝缘板

33条状导体与互连接片的触点/焊点

40互连接片组

44线匝/冷却肋片

45密封垫

47转接件/转接环

48流体壳体

50流体壳体外壁

51流体壳体遮盖部

55密封机构。