具有被冷却的转子轴的电动机制造技术

本发明专利技术涉及一种电动机(10)，包括定子(20)和转子(30)，该转子能围绕转子轴线(41)旋转地容纳在转子轴(36)上。转子轴(36)具有由冷却流体(25)穿流的空心部段(40)，并且在其罩面(45)上具有至少一个用于流体(25)的穿流的开口(42)。根据本发明专利技术，至少一个开口(42)这样地设计，即冷却流体(25)直接导向到转子(30)的端面(34)上和/或定子(20)的绕组头(24)上。

Motor with cooled rotor shaft

The invention relates to an electric motor (10) comprising a stator (20) and a rotor (30) that can be rotatably accommodated around the rotor axis (41) on the rotor shaft (36). The rotor shaft (36) has a hollow portion (40) that is passed through a cooling fluid (25) and has at least one penetrating opening (42) for the fluid (25) on its cover (45). According to the present invention, at least one opening (42) is designed so that the cooling fluid (25) is directed directly to the end (34) of the rotor (30) and (or 20) of the winding head (24) of the stator (or).

【技术实现步骤摘要】
具有被冷却的转子轴的电动机
本专利技术涉及一种电动机，其设计具有改善了的被冷却的转子轴以及涉及一种具有这样的电动机的电驱动系统。此外，本专利技术涉及一种电动车辆，其设置有相应的电驱动系统。
技术介绍
由DE102011078791A1公开了一种具有转子轴通风装置的封闭的电动机，其包括空心轴，在其上容纳有转子叠片组。通过冷却矛将冷却剂引入到其中，该冷却剂在径向方向上穿过开口离开空心轴。开口形成在电动机的轴承端盖的背离转子的一侧上。冷却剂进入到轴承端盖和属于径向通风装置的圆盘之间的中间腔中。文献US4574210A1公开了一种具有外转子的电动机，该外转子能旋转地容纳在静止的轴上。在静止的轴上固定有定子，其与转子共同作用使其旋转。静止的轴在其中固定有定子的区域中设计成空心的。在轴承和定子之间的部段中形成有多个在静止的轴上的穿孔。在电动机运行中对气流进行调节，该气流在静止的轴的内部和在定子和转子之间的气隙之间循环。在许多应用领域中都有对具有较长寿命的高功率和紧凑的电动机的需要。这些要求尤其出现在电动车辆的制造中。从多个应用领域获知，电动机的冷却能力是其设计时的限定性的因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电动机器，其具有改善的冷却、较小的尺寸，并且能够以简单和经济的方式制造并且尤其适合于驱动电动车辆。该目的通过根据本专利技术的电动机实现，该电动机包括定子和转子。转子能围绕转子轴线旋转地容纳在转子轴上。转子轴在转子部件固定在转子轴上的区域中具有空心部段，其在电动机的运行中由冷却流体穿流。在空心部段的罩面上，转子轴具有至少一个开口，其允许冷却流体的穿过。根据本专利技术，至少一个开口通过其形状和取向这样地设计，即穿过的冷却流体直接导向到转子的端面上和/或定子的绕组头上。至少一个开口如此地布置在转子轴的空心部段的罩面上，即在至少一个开口和转子的端面和/或定子的绕组头之间没有阻碍。由此，转子的端面和/或定子的绕组头能够直接被穿过的冷却流体润湿。从转子轴流出的冷却流体借此要求在没有支持的情况下通过另外的流动过程实现围绕转子的端面或者绕组头。通过至少一个开口引起的冷却流体的射束因此直接并且立即导向到待冷却的组件上。基于这个原因，冷却流体基本上以这样的温度到达绕组头或者转子的端面，在该温度时还实现了从至少一个开口的流出。通过直接的并进而最大的润湿和直至到达待冷却的部件的冷却流体的降低的吸热能力的共同作用，实现了提高的冷却效果。视电动机的构造方式而定，通过根据本专利技术的具有至少一个开口的转子轴实现了不同的技术优点。在异步电动机和同步电动机的情况中，通过对转子和/或绕组头的直接冷却提高了能实现的持续功率。在具有永磁激励的同步电动机的情况中，根据本专利技术的转子轴附加地允许使用具有降低的抗热能力的廉价的磁铁，该磁铁具有减少的稀土成分。此外，根据本专利技术的转子轴允许紧凑的构造。还可以放弃在轴承端盖中复杂地安装冷却喷嘴。根据本专利技术的电动机相对于具有绕组头喷洒冷却装置的电动机具有提高的功率、提高的寿命和降低的复杂度，该绕组头喷洒冷却装置集成在轴承端盖中。所要求的电动机也适用于苛刻的应用领域，例如像机动车制造中。在本专利技术的一个优选的设计方案中，至少一个开口在一个区域中处于转子轴的空心部段的罩面上，该区域沿着旋转轴线相邻于转子。至少一个开口因此布置在转子和轴承端盖或者转子轴的轴承之间。如此实现的至转子和定子的绕组头的减小的轴向间距意味着最小化的路程，其由从转子轴中喷出的冷却流体流过。由此，在设计成液体或者液体混合物的冷却流体的情况中使得直至达到待冷却的组件而投入的空气动力学的瓦解的最小化。由此提高了能实现的冷却效率。在本专利技术的另一个有利的设计方案中，在转子轴旋转时实现了冷却流体穿过至少一个开口的流动。在此，冷却流体的在从至少一个开口流出后向绕组头或者转子的端面的轨迹基本上具有螺旋形状或者螺纹线形状。通过螺旋形状或者螺旋线形状，冷却流体直至达到待冷却的组件的轨迹被延长，从而出现空气动力学的瓦解，例如瑞利瓦解(Rayleigh-Zerfall)、韦伯瓦解(Weber-Zerfall)或者雾化。由此，待冷却的组件基本上被平面地润湿。对准定子的绕组头或者转子的端面的冷却流体在一定程度上平面的分配，其中仅仅最少的冷却流体错过待冷却的组件。根据本专利技术的转子轴因此允许改进地充分利用所应用的冷却流体并且因此提高了根据本专利技术的电动机的总体效率。在本专利技术的电动机一个优选的设计方案中，至少一个开口具有倾斜的穿通轴线。由于该倾斜，穿通轴线与转子轴线合围出一个出口角，通过该出口角，穿通轴线达到或者切割转子的端面或者定子的绕组头。出口角在此优选在15°和120°之间，特别优选在45°和90°之间的范围中。这样的出口角以较简单的方式能够通过相应的穿孔角产生，并且允许冷却流体在从至少一个开口中流出时导向到希望的方向中。此外，该开口不需要附加的构造空间。根据本专利技术的解决方案因此能够节省位置和经济的制造。优选的是，至少一个开口的出口角在本专利技术的另一个设计方案中倾斜地形成在转子轴的壁中。穿通轴线的倾斜在此是穿通轴线的取向，其与相关于旋转轴线的径向方向偏离。在径向方向和穿通轴线之间在此存在倾斜角，通过该倾斜角，冷却流体在至少一个开口区域中实现以相对于空心部段的罩面的一个角的出射，该角很大程度上与罩面的法线偏离。相应的倾斜角确保了在转子轴旋转时在冷却流体流出时冷却流体的提高的切向分量。由此减小了冷却流体直至待冷却的组件的偏转。减小的偏转允许至少一个开口对准待冷却的组件的简化。至少一个开口以倾斜角的倾斜展示出了能够结构上简单地提供的参数，通过该参数进一步提高了根据本专利技术的电动机器的总效率。此外，至少一个开口具有一个开口直径，其允许对冷却流体的雾化。在至少一个开口的相应的取向的情况中，通过冷却流体的雾化实现了在转子的端面上和/或在定子的绕组头上基本上平面的冷却效果。这允许改善地充分利用冷却流体的热容。由此进一步提高了冷却的功率。进一步有利的是，冷却流体设计成气体、气体混合物、气溶胶、液体或者液体混合物。要求的解决方案允许在电动机的不同的构造形式中以不同的冷却流体实现改善的冷却效果。例如实现了改善的空气冷却、改善的喷洒冷却或者还有改善的水冷却或者油冷却。在一个特别优选的设计方案中，冷却流体包括不导电的油，从而使得在定子或者转子损坏的情况中避免短路。这种类型的油具有一种粘度，其确保特别有利的雾化特性。进一步有利的是，冷却流体包括变速箱油，其从变速箱输送至转子轴。要求的解决方案避免故障地适用于多种构造方式的电动机。对不同的冷却流体的匹配在此基本上通过开口直径和/或开口数量的匹配来实现。在本专利技术的另一个优选的设计方案中，至少一个开口具有汇聚(konvergenten)的或者汇聚-发散(konvergent-divergenten)的横截面。由此，基于使用的冷却流体和在转子轴的空心部段中存在的压力比，在冷却流体从开口中流出时引发被指向的和少涡流的流动。此外，通过开口的直径的相应的匹配对冷却流体的理想的雾化进行支持。进一步优选的是，在根据本专利技术的电动机中能够通过相应地调节(Einstellung)输送压力和/或抽吸压力来选择在冷却流体中占主导性的压力。由此能够通过调节和/或控制由输送泵或者循环泵、例如油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动机(10)，包括定子(20)和转子(30)，所述转子能围绕转子轴线(41)旋转地容纳在转子轴(36)上，其中，所述转子轴(36)具有由冷却流体(25)穿流的空心部段(40)，并且所述转子轴(36)在所述空心部段(40)的罩面(45)上具有至少一个用于所述流体(25)的穿流的开口(42)，其特征在于，至少一个所述开口(42)设计使得所述冷却流体(25)直接导向到所述转子(30)的端面(34)上和/或所述定子(20)的绕组头(24)上。

【技术特征摘要】
2015.11.23 DE 102015223073.21.一种电动机(10)，包括定子(20)和转子(30)，所述转子能围绕转子轴线(41)旋转地容纳在转子轴(36)上，其中，所述转子轴(36)具有由冷却流体(25)穿流的空心部段(40)，并且所述转子轴(36)在所述空心部段(40)的罩面(45)上具有至少一个用于所述流体(25)的穿流的开口(42)，其特征在于，至少一个所述开口(42)设计使得所述冷却流体(25)直接导向到所述转子(30)的端面(34)上和/或所述定子(20)的绕组头(24)上。2.根据权利要求1所述的电动机(10)，其特征在于，至少一个所述开口(42)在区域(37)中形成在所述空心部段(40)的所述罩面(45)上，所述区域沿着所述旋转轴线(41)相邻于所述转子(30)。3.根据权利要求1或2所述的电动机(10)，其特征在于，在所述转子轴(36)旋转时，所述冷却流体(25)的从至少一个所述开口(42)向所述绕组头(24)或者所述转子(30)的所述端面(34)的轨迹基本上具有螺旋形状或者螺纹线形状。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机(10)，其特征在于，至少一个所述开口(42)具有穿通轴线(47)，所述穿通轴线与所述转子轴线(41)合围出一种类型的出口角(43)，即所述穿通轴线(47)切割所述转子(30)的所述端面(34)或者所述定子(20)的所述绕组头(24)。5.根据权利要求4所述的电动机(10)，其特征在于，所述出口角(43)在1...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃尔坎·阿尔斯兰，伊夫·伯克哈特，库尔特·施泰德尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE