电动机器的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的通用术语的电动机器，所述机器包括转子组，所述转子组包括轴和转子，并且所述机器包括壳体组，所述壳体组包括壳体和定子。

背景技术：

1、电动机器在运行期间产生热量，所述热量借助于冷却系统消散，所述冷却系统通常是油冷却系统。us10158263 b2公开了一种用于电动机器的油冷却系统，其中油借助于油冷却系统被居中地引入到机器的定子中。de 8110016u1公开了另一种油冷却系统，其中油穿过机器的轴并且从轴喷射到两侧上的定子上。ep 3507889 b1公开了另一种偏离设计的油冷却系统，其中油被分离并引导到定子的偏离区域。在已知的解决方案中，无法使全部体积的油都用于冷却，因此冷却不够高效。尤其是在淹没式电机(所谓的湿式运转器)的情况下，缺少令人满意的解决方案。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是针对所述类型的电动机器提供一种改进的或至少替代的实施例，其中克服了所述的缺点。

2、根据本发明，所述目的通过独立权利要求1的客体来解决。有利实施例是从属权利要求的主题。

3、本发明基于使用全部量的可用冷却剂来冷却电动机器并由此改善电动机器的冷却的总体思想。

4、电动机器包括转子组和壳体组。转子组包括可绕旋转轴线旋转的轴和不可旋转地固定到轴的转子。壳体组包括壳体和接收在壳体中的定子。转子组由此可旋转地布置在壳体组中，其中定子径向地邻近转子并且环绕转子。在定子的第一轴向端部处形成有轴向地邻近定子的第一循环室，并且在定子的第二轴向端部处并与第一循环室相反地形成有轴向地邻近定子的第二循环室。至少两个轴向延伸的冷却通道也形成在定子中或定子上。因此，所述机器包括用于在定子的轴向端部之间引导冷却剂的流动路径，其中，流动路径至少由至少两个冷却通道和两个循环室形成。根据本发明，流动路径的冷却剂入口形成在定子的第一和/或第二轴向端部处，并且流动路径的冷却剂出口形成在第一和/或第二轴向端部处。冷却通道轴向地延伸穿过整个定子，并且可以在流动路径中彼此并联和/或串联地延伸。

5、在本发明中，复合术语“第一/第二”用于简化描述。在本发明的上下文中，复合术语“第一/第二”的单独术语“第一”和“第二”总是与“和/或”链接。因此，在机器中，可以存在“第一”元件和/或“第二”元件。在这种情况下，相应的“第一”元件排他性地与电动机器的另一个“第一”元件或定子的第一轴向端部相关联，并且相应的“第二”元件排他性地与电动机器的另一个“第二”元件或定子的第二轴向端部相关联。在单独的术语“第一”和“第二”没有在复合术语“第一/第二”中使用的情况下，它们应根据这种用法来理解。此外，在本发明中，术语“轴向”和“径向”总是参考旋转轴线。电动机器可以是电动机，尤其是淹没式电动机(flooded motor)、即湿式运转器(wet runner)。在优选实施例中，冷却剂是介电流体与空气的混合物。更优选地，介电流体是油。

6、在根据本发明的机器中，冷却剂入口和冷却剂出口可以形成在一个轴向端部处。然后，形成在定子中的冷却通道可以将流动路径中的冷却剂从一个轴向端部引导到另一个轴向端部并引导回来。由此，冷却通道可以彼此串联连接或者彼此串联和并联连接。替代性地，冷却剂入口和冷却剂出口可以形成在相反的轴向端部处。然后，形成在定子中的冷却通道可以从一个轴向端部通向另一个轴向端部。由此，冷却通道可以彼此并联或者彼此并联和串联连接。在这两种情况下，全部体积的可用冷却剂都被引导通过定子的相应冷却通道，从而有效地冷却定子。流动路径至少由循环室和定子中的冷却通道形成。定子轴向地位于第一循环室与第二循环室之间，并且循环室通过定子中的至少一些冷却通道而彼此流体连接。下面更详细地解释流动路径的可能结构。

7、在一个有利的实施例中，入口端口和出口端口可以设置在定子的一个轴向端部上，即设置在定子的第一轴向端部上或者设置在定子的第二轴向端部上，其中，至少在入口端口和出口端口一侧上的循环室被分隔成至少两个腔，目的是提供出口室，在该出口室中，流出定子通道的冷却剂被收集并且被释放出电动机器外壳。

8、有利地，壳体可包括围绕旋转轴线的壁和在第一轴向端部处封闭壁的第一端板以及在第二轴向端部处封闭壁的第二端板。第一端板或第二端板可以与壁一体地形成，从而形成罐形壳体主体。然后，壳体主体可以在相反的第一轴向端部或第二轴向端部处用第一分离端板或第二分离端板封闭。替代性地，两个端板可以彼此分离地形成并且与壁分离地形成。因此，至少当电动机器被组装并安装到目标应用中时，端板中的至少一个可以由另一牵引驱动部件(即，齿轮箱壳体)提供或共享。在这两种情况下，冷却剂出口可以形成在壳体的指向径向方向的壁上，或者形成在壁与端板的接合处。

9、轴，以及因此机器，可以在定子的第一轴向端部处连接到作为输入或输出的动力传动结构(即齿轮箱)。为此，轴可以在第一轴向端部处从壳体突出，以连接到作为输入或输出的动力传动结构。转子组可以在第一轴向端部处借助于第一支承结构并且在第二轴向端部处借助于第二支承结构而可旋转地安装在壳体中。因此，支承结构可以在轴向端部处布置(即保持)在壳体中。例如，相应的支承结构可以附接到电动机器的壳体的端板。替代地，至少当安装和安装到目标应用中时，支承结构中的至少一个可以附接到齿轮箱壳体。

10、电动机器内的冷却剂的水平由出口端口的位置限定，所述出口端口优选地位于定子绕组上方，更确切地说，位于转子/定子气隙上方以及绕组头悬垂的最顶部位置上方，目的是即使当电动机器以低速运行或转子根本不运行时也能淹没所有关键热源，尤其是导线。应自行理解，冷却剂通过出口端口从电动机器冷却系统释放出来，其中冷却剂然后被收集在贮槽中并被传递(即，泵送)到热交换器，目的是将热量释放到周围环境或热消耗器。

11、在机器的进一步方案中，可以提供的是，定子包括与至少两个定子槽交替的至少两个定子齿，并且每个定子齿和/或定子槽被分配通道组，所述通道组包含至少两个冷却通道中的至少一个。为了均匀地冷却定子，相应的通道组可以彼此相同，或者相应的通道组可以包含相同数量和/或相同布置和/或相同形状的冷却通道。如果定子中的冷却通道彼此串联连接，则在通道组中通过相应定子齿的流动、即在一个方向上流过的冷却通道的数量和/或布置和/或形状可以是相同的。

12、所述至少两个冷却通道中的至少一个可以形成在定子的两个相邻定子齿之间和/或在定子的定子齿中和/或在定子的定子齿上和/或在定子的轭中和/或在定子的与电动机器的壳体结合的外侧上。有利地，相应的冷却通道可以被形成为使得定子中产生的热量尽可能有效地消散。特别地，至少一个冷却通道可以被形成为使得定子的承载电流的导线被尽可能有效地冷却。如果相应的通道组包含多个但至少两个冷却通道，则相应的冷却通道可以彼此不同地设计或彼此相同地设计。

13、在机器的一个有利实施例中，轴可以包括平行于旋转轴线延伸的轴腔。冷却剂入口可以设置在轴中并且可以适于将冷却剂(特别是油与空气一起)引入到轴腔中。然后，流动路径的冷却剂入口可以在第一轴向端部处通向轴腔，并且轴腔可以流体连接到第一和/或第二循环室。然后，在流动路径中，冷却剂可以被引入到轴腔中并且流过轴腔进入第一和/或第二循环室。冷却剂可以通过入口孔引入到轴腔中。然后，冷却剂可以从第一和/或第二循环室经由至少一些冷却通道流入第一和/或第二循环室。有利地，转子组可以将产生的热量传递到轴腔中的冷却剂，从而转子组并且特别是转子可以被有效地冷却。轴腔可以被形成为使得由于轴的旋转而由轴夹带的冷却剂的周向速度允许冷却剂在腔本身内滑动，从而显著减小将冷却剂加速到转子的旋转速度所需的功率。为此目的，轴腔的形状和/或直径和/或体积可以相应地适配。特别地，轴腔的直径可以在轴向方向上从冷却剂入口朝向电动机器的中心增加。

14、替代性地，冷却剂入口可以在定子的第一轴向端部或第二轴向端部处形成在壳体中，并且通向第一循环室或第二循环室。在流动路径中，冷却剂然后可以被引导到第一循环室或第二循环室中，并且经由至少一些冷却通道从第一循环室或第二循环室流入第二循环室或第一循环室。在所述实施例中，可以简化转子组的设计，从而作为热性能的折衷降低成本。

15、在机器的一个有利实施例中，定子中的所有冷却通道都可以将第一循环室与第二循环室流体连接，并且因此可以在流动路径中彼此平行地延伸。以这种方式，全部体积的可用冷却剂都在相同方向上流动通过定子，定子可以被有效地冷却。替代性地，可以提供的是，在定子的第一或第二轴向端部处形成出口室。在这种情况下，出口室可以围绕旋转轴线以及第一循环室或第二循环室。然后，一些冷却通道可以将第一循环室流体连接到第二循环室，并且其余的冷却通道可以将第二或第一循环室流体连接到出口室。因此，出口室与第一或第二循环室流体分离、即仅经由冷却通道和另一个循环室间接流体连接。在此，定子的冷却通道可以在流动路径中彼此串联地延伸，在这种情况下，全部体积的可用冷却剂在两个彼此相反的方向上流过定子，定子可以被有效地冷却。在这两种情况下，冷却剂可以在两个循环室中混合和重新分配。

16、在机器的另一有利实施例中，第一/第二叶轮可设置在转子的横向于旋转轴线对准的第一/第二端部表面上，第一/第二叶轮包括多个径向延伸的叶轮叶片。因此，不需要外部泵来推动冷却剂通过电动机器。第一/第二叶轮的泵送功率和冷却剂在第一/第二循环室中的循环可以显著提高电动机器的性能，因此电动机器性能的连续功率与电动机器的峰值功率基本相同。

17、至少两个第一/第二叶轮叶片可以形成在转子的第一/第二表面上，并且第一/第二界定表面可以形成在壳体中。第一/第二表面横向于旋转轴线对准并且面向第一/第二轴向端部。第一/第二界定表面横向于旋转轴线对准并且面向第一/第二叶轮叶片。转子的第一/第二叶轮叶片和第一/第二界定表面彼此间隔开并且一起形成转子的第一/第二叶轮。借助于第一/第二叶轮，冷却剂可以被泵送到第一/第二循环室中，从而在流动路径中被输送。有利地，这允许冷却剂在环境压力下被引入机器中，并且纯粹由第一/第二叶轮在流动路径中输送。

18、第一/第二叶轮的后壁承载叶轮叶片，并且可以有利地在叶轮的径向外部区域中沿轴向方向远离转子延伸，用于将一轴向分量赋予通过第一/第二叶轮远离转子的流动。这允许冷却剂被引导远离转子，特别是远离转子与定子之间的径向间隙。这具有使转子与定子之间的径向间隙中的冷却流体最小化的效果，从而减少阻力损失。

19、有利地，第一/第二界定表面可以由固定的壳体形成。例如，壳体的横向于旋转轴线对准的第一/第二端板可以形成第一/第二界定表面。替代性地，第一/第二界定表面可以由设置在壳体内的单独的第一/第二元件形成。例如，第一/第二界定表面可以由横向于旋转轴线对准的第一/第二盘形流动屏障形成。

20、替代性地，第一/第二叶轮包括流动屏障元件或遮盖结构，其在一侧上轴向地界定通过第一/第二叶轮的流动，其中第一/第二叶轮的后壁或转子在转子侧上界定通过第一/第二叶轮的流动。因此，由于不存在要考虑的叶片尖端间隙，因此可以高效地引导流动通过叶轮。

21、流动屏障元件的外径可以小于第一/第二叶轮的外径，以允许冷却剂以更大分量沿轴向方向流出叶轮。

22、有利地，壳体与叶轮之间的横向于旋转轴线延伸的轴向间隙在轴向方向上被最小化。因此，由叶轮所做的功可以维持第一/第二循环室中的压力，而不是简单地将冷却剂朝向绕组头填充而不维持第一/第二循环室中的较高压力。以这种方式，在第一/第二循环室中实现足够的压力，以迫使冷却流体通过定子中轴向延伸的冷却通道。

23、在一个优选实施例中，其中冷却剂从轴朝向叶轮释放，第一/第二叶轮与壳体之间的轴向间隙至少在转子的一侧上小于2mm。因此，可以提高叶轮的液压性能、即泵送性能。应当注意的是，取决于压力要求和/或冷却剂流入或流出循环室中的一个的流动方向，可能有利的是仅在机器的一个轴向端部处而不是在两个轴向端部处提供叶轮与壳体之间的最小化的轴向间隙。

24、第一/第二叶轮在径向外径处的轴向宽度优选地在2-15mm的范围内。

25、第一/第二循环室的径向内表面可以设置有靠近轴向间隙的环形(围绕旋转轴线)径向向外伸出的挡板，以便阻止再循环的油与空气的混合物进入叶轮与壳体之间的轴向间隙。挡板径向延伸超过第二流动屏障元件。

26、第一/第二叶轮叶片可以有利地向后倾斜或后掠和/或彼此相邻并且围绕旋转轴线布置。此外，第一/第二叶轮叶片可以彼此相同或不同。因此，第一/第二叶轮叶片的设计可以适于降低固有噪声和/或优化第一/第二叶轮的泵送性能。第一叶轮和第二叶轮可以彼此相同或不同。相应地，叶轮的叶轮叶片可以彼此相同或不同。

27、另外，可以提供的是，在第一/第二界定表面与第一/第二叶轮叶片之间形成第一/第二间隙。第一/第二间隙横向于旋转轴线延伸，并且在第一/第二界定表面与第一/第二叶轮叶片之间提供轴向距离。有利地，第一/第二间隙可以被最小化。这允许转子在第一/第二界定表面处不受阻碍地旋转，并且还通过最小化第一/第二间隙最大化第一/第二叶轮的泵送性能。第一/第二叶轮可在循环室中产生压力差，并经由定子中的冷却通道在循环室之间泵送冷却剂。在这种情况下，冷却剂可以在环境压力下被引入到流动路径中，并且不需要用于泵送流动路径中的冷却剂的附加泵。

28、有利地，可以提供的是，在第一/第二界定表面上或在壳体上形成至少两个第一/第二叶片。第一/第二叶片可以被布置成与转子的第一/第二叶轮叶片相对并且面向转子的第一/第二叶轮叶片。第一/第二叶片是固定的，并且可以从第一/第二界定表面与转子之间的第一/第二间隙径向向外输送冷却剂。这可以有利地减少流动路径中的液压损失。

29、至少两个第一/第二叶片也可以在壳体上形成在壳体与叶轮之间的第一/第二间隙中，特别是在叶轮的流动屏障元件或遮盖结构与壳体之间。

30、第一/第二叶轮可包括切向向外指向的第一/第二叶轮出口。此外，第一/第二叶轮可包括负攻角。这允许冷却剂被引导远离旋转的转子或转子组，从而减少转子或转子组对冷却剂的夹带。这可以减少电动机器中的阻力损失并改善定子的冷却。特别地，定子的绕组头的最低导线可以被高效地冷却，所述最低导线伸入第一/第二循环室中并且由于由集肤效应和邻近效应引起的ac损耗而最关键。

31、绕组头有利地由冷却剂直接冷却。术语“直接冷却”是指绕组头未被覆盖或包覆成型，并且冷却剂可以在绕组导线之间流动(然而，每根单独导线包括绝缘层)。

32、替代性地或附加性地，第一/第二叶轮可包括第一/第二叶轮出口，其中周向的第一/第二边沿和/或周向的第一/第二迷宫式密封结构围绕第一/第二叶轮出口。有利地，这允许流出第一/第二叶轮的冷却剂被引导远离旋转的转子或转子组，从而减少转子或转子组对冷却剂的夹带。然后，第一/第二边沿和/或第一/第二迷宫式密封结构可以形成在设置在第一/第二循环室中的第一/第二流动屏障上。在另一个实施例中，第一/第二边沿附接到定子并且从定子轴向地伸出，并且在转子与定子之间的径向间隙上径向地延伸，并且可以形成或可以不形成盘形流动屏障的一部分。因此，在第一/第二循环室中循环的介电流体与空气的混合物在进入转子与定子之间的径向间隙时受到阻碍。这对于由叶轮产生高压以便迫使空气与介电流体的混合物轴向通过定子来冷却定子的实施例尤其重要。

33、有利地，第一/第二流动屏障元件可以在定子的第一/第二轴向端部处形成在转子上。第一/第二流动屏障元件可以横向于旋转轴线对准并且面向第一/第二界定表面。第一/第二流动屏障元件由此可以防止冷却剂流到第一/第二界定表面，并且由此减少第一/第二叶轮中的液压损失。

34、在机器的一个有利实施例中，横向于旋转轴线对准的盘形第一/第二流动屏障可以布置在第一/第二循环室中。第一/第二流动屏障可以限制第一/第二循环室中的冷却剂的流动，从而减少叶轮运行所需的功率。在这方面，第一/第二流动屏障可以具有不同的设计并且适于相应的流动路径的设计。在第一/第二流动屏障与壳体之间，可以有利地形成用于第一/第二叶轮的供送通道(即间隙)。供送通道可以横向于旋转轴线对准。借助于供送通道，冷却剂以受控的方式在第一/第二循环室中循环，其中冷却剂被引导到叶轮叶片的径向向内的区域中，目的是供送回第一/第二叶轮并提供冷却剂在循环室中的循环。

35、有利地，可以提供的是，第一/第二流动屏障代表用于转子的第一/第二叶轮的第一/第二界定表面。换句话说，第一/第二叶轮可以由第一/第二叶轮叶片和第一/第二流动屏障形成。因此，第一/第二叶轮中的第一/第二间隙也可以形成在第一/第二叶轮叶片与第一/第二流动屏障之间。替代性地，如上面已经描述的，相应的界定表面可以由壳体本身形成。

36、在机器的一个有利实施例中，壳体可以包括第一/第二分隔元件。第一/第二分隔元件可以布置在第一/第二循环室中，并且将第一/第二循环室分隔成至少两个流体连接的第一/第二室。借助于分隔元件，冷却剂在流动路径中的流动可以被适配并且由此被改善或优化。

37、有利地，在机器的运行位置中，冷却剂出口可以布置在关于重力的顶部位置。然后，由冷却剂出口限定的壳体中的冷却剂的淹没水平(flood level)可以至少覆盖定子。优选地，布置在机器的壳体中的所有元件都被冷却剂覆盖。换句话说，冷却剂出口可以布置在关于重力的最顶部位置，以将电动机器外壳的内部淹没到以下水平：在该水平处，即使当电动机器不运行时，至少定子被冷却剂淹没并且优选地所有关键发热元件(即，导线、母线)也被冷却剂淹没。

38、根据从属权利要求、附图以及基于附图的附图描述，本发明的其它重要特征和优点是显而易见的。

39、应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面要解释的那些特征不仅可以在每种情况下在所指示的组合中使用，而且可以在其它组合中使用或单独使用。