包括集成散熱器的定子的製作方法

2023-05-15 16:25:08

本發明涉及一種電動馬達，該電動馬達包括用於冷卻定子的初級冷卻迴路和用於冷卻轉子的次級冷卻迴路。

背景技術：

初級冷卻迴路通常與馬達的框架的外部流體連通，以允許通過在初級冷卻迴路中具有環境空氣循環而冷卻定子。關於次級迴路，它通常不與電動馬達的框架的外部流體連通，以便避免粉塵或其他材料堵塞或淤塞馬達的移動部分。因此，次級冷卻迴路包括穿過轉子的第一冷卻通道，冷氣體流體在第一冷卻通道中循環以用於通過熱交換來冷卻轉子。第一冷卻通道中的氣體流體變熱並被送至第二冷卻通道，第二冷卻通道穿過定子的主體，並被布置成用於再次冷卻次級冷卻迴路內部的氣體流體。該第二冷卻通道通常被集成到形成定子的堆疊的金屬片中，以沿疊堆方向穿過金屬片。

這種電動馬達例如在文獻EP 2 308 150中被描述。

然而，這種電動馬達的架構不完全令人滿意。實際上，由於包含熱氣體流體的該初級冷卻迴路和次級冷卻迴路之間的熱交換，初級冷卻迴路的初級冷卻通道熱態地影響次級冷卻迴路。

次級冷卻迴路的效率因此被降低，並且當馬達以高功率運行時，馬達將有過熱的風險。

技術實現要素：

本發明的目的之一在於提出一種電動馬達，該電動馬達包括使電動馬達的轉子和定子能夠有效且簡單地進行冷卻的冷卻迴路。

為此，本發明的目的在於一種電動馬達，該電動馬達包括：

-框架，該框架限定出內部容積並包括：

·轉子和定子，該轉子和定子定位在框架的內部容積中，

·初級冷卻迴路，該初級冷卻迴路包括至少一個初級管道，該至少一個初級管道穿過框架的內部容積並與框架的外部流體連通，以用於使源自框架外部的氣體在框架的內部容積中循環，

·次級冷卻迴路，該次級冷卻迴路在框架的內部容積中延伸並與框架的外部隔離，所述次級冷卻迴路包括穿過轉子的至少一個第一冷卻通道以及穿過定子的至少一個第二冷卻通道，

其特徵在於，電動馬達包括：

-至少一個隔熱通道，該至少一個隔熱通道插入在初級冷卻迴路的初級管道和次級冷卻迴路的第二冷卻通道之間。

這種電動馬達的優點是多樣化的，並將在下文中以非窮舉的方式進行總結。

隔熱通道給出了形成用於次級冷卻迴路的熱屏障以允許次級冷卻迴路對電動馬達的轉子進行高效冷卻的可能性，這給出了增加馬達的壽命和/或以更高的功率運行馬達的可能性。實際上，通過隔熱通道，次級冷卻迴路的第二冷卻通道和初級冷卻迴路之間的熱交換被大大減小，或者甚至被抑制，這給出了不對初級冷卻迴路中循環的空氣加熱的可能性。因此，次級冷卻迴路的冷卻效率被增強。

有利地，根據本發明的電動馬達可包括以下特徵中的一個或多個，所述特徵被單獨地或根據所有技術上可能的組合進行考慮：

-隔熱通道屬於初級冷卻迴路；

-隔熱通道屬於內部次級冷卻迴路；

-隔熱通道至少部分地包圍內部次級冷卻迴路的至少第二冷卻通道；

-隔熱通道被布置成葉片，並且具有的垂直於旋轉軸線X-X'的厚度小於初級冷卻迴路的初級管道的直徑並小於次級冷卻迴路的第二冷卻通道的直徑；

-徑向扇葉被安裝在馬達的軸上，以用於使次級冷卻迴路中的氣體流加速；

-徑向扇葉給出了使初級冷卻迴路中的氣體流和次級冷卻迴路中的氣體流同時加速的可能性；

-與外部連通的初級冷卻迴路包括定位在定子的外周處的數個初級冷卻管道；

-次級冷卻迴路包括數個第二冷卻通道，所述第二冷卻通道在定子的邊緣和與外部連通的初級迴路之間的至少一個外周部分中成組分布；以及

-初級冷卻迴路和次級冷卻迴路包括多個通道。

附圖說明

根據閱讀以下的僅作為示例給出的並且參考附圖的說明，本發明將被更好地理解，在附圖中：

-圖1為根據本發明的電動馬達的沿旋轉軸線X-X'的軸向截面視圖；

-圖2為沿圖1的電動馬達的平面A-A的截面視圖；

-圖3為本發明的第三示例性實施例的沿橫向於旋轉軸線的平面的截面視圖；

-圖4為本發明的第二示例性實施例的沿圖3的平面B-B的截面視圖；

-圖5為根據本發明的第四示例性實施例的電動馬達的沿旋轉軸線的軸向截面視圖。

具體實施方式

根據本發明的第一實施例的電動馬達10在圖1和圖2中示出。電動馬達10包括限定出馬達10的內部容積的框架12，轉子14和定子16被容置在內部容積中。轉子14被安裝成旋轉地固定在框架12內部的旋轉軸18上，並被安裝成相對於定子16圍繞旋轉軸線X-X'旋轉地移動。定子16在框架12內部平行於旋轉軸線X-X'包圍轉子14。照慣例，轉子14和定子16給出了將電能轉換成通過轉子14的軸18傳遞的機械能的可能性。

通常，定子16的主體由沿軸向方向的堆疊的鐵矽金屬片形成，該軸向方向由旋轉軸線X-X'限定。定子16還包括銅線圈。

根據一個實施例，初級冷卻迴路20包括初級入口22和初級出口24，初級入口22和初級出口24各自與框架的外部流體連通。這意味著環境空氣能夠通過初級入口22穿入到初級冷卻迴路20中並通過初級出口24回到外部。初級入口22和初級出口24通過至少一個初級管道26而彼此連接，該至少一個初級管道26穿過定子16並例如沿大體平行於旋轉軸線X-X'的軸線延伸。

圖2中示出的初級冷卻迴路20給出了使源於框架12外部的氣體流體(即，環境空氣)流動到初級入口22中的可能性。外部氣體流FE通過初級冷卻迴路20被引導以穿過框架12的內部容積，並且尤其穿過定子16以便冷卻定子16。實際上，初級管道26允許外部氣體流體FE和定子16之間的熱交換。初級出口24最終給出了將變熱的外部氣體流體FE朝向框架12的外部排放的可能性。因此，框架12和定子16由來自馬達的環境中的環境空氣來冷卻。

在本說明書中，術語「上遊」和「下遊」相對於氣體流體在馬達10中的流動循環方向被定義。

圖2中示出的次級冷卻迴路30包括穿過轉子14的至少一個第一冷卻通道32。第一冷卻通道32平行於旋轉軸線X-X'延伸，並因此形成穿過轉子14的至少一個開孔。

次級冷卻迴路30的第一冷卻通道32允許在次級冷卻迴路30的內部循環的內部氣體流體FI和轉子4的結構之間的熱交換。

次級冷卻迴路30與初級冷卻迴路20隔離，即，初級冷卻迴路和次級冷卻迴路之間沒有流體連通。內部氣體流體FI填充次級冷卻迴路30。由於次級冷卻迴路和框架12的外部之間沒有流體連通，因此該氣體流體(例如空氣)與環境空氣隔離。

次級冷卻迴路30包括至少一個第二冷卻通道34，該至少一個第二冷卻通道34平行於旋轉軸線X-X'在形成定子16的主體中延伸。該第二冷卻通道34接近馬達10的框架12的邊緣，或在框架的外部延伸，以便在內部氣體流體和框架12外部的環境空氣之間產生熱交換。定子16的主體通常包括如圖1所示的矩形邊緣，使得馬達具有與沒有次級冷卻迴路30的馬達大體相同的尺寸。

第二冷卻通道34在其端部處穿過徑向通路被連接至穿過轉子14的第一冷卻通道32的端部，以使得第一冷卻通道32和第二冷卻通道34形成封閉迴路並且流體連通。

轉子14的軸18配備有扇葉50，扇葉50包括至少兩個次級葉片54，該至少兩個次級葉片54能夠與內部氣體流體FI產生在次級冷卻迴路30中循環的次級氣體流。次級葉片54例如位於穿過定子16的第二冷卻通道34的上遊，並位於穿過轉子14的第一冷卻通道32的下遊。

轉子14的軸18例如在其兩個端部中的一個上承載扇葉50，這在圖2和圖4中示出。在這種情況下，扇葉50位於馬達10的框架12的外部。

初級冷卻迴路20的初級管道26和次級冷卻迴路30的第二冷卻通道34穿過定子16的主體，定子16因此形成用於排放馬達10的熱能的散熱器。與傳統的電動馬達相比，將散熱器集成到定子16中使馬達10的總容積能夠減小，在傳統的電動馬達中，在框架12外部延伸的附加的散熱器通常被設置用於將熱能從次級冷卻迴路30排出。

在一個替代性實施例中，扇葉50可至少部分地位於馬達10的框架12內部，如圖5所示。在這種情況下，扇葉50是具有位於馬達10的框架12內部的一部分的徑向扇葉。因此，內部氣體流被產生以使內部氣體流體FI從次級冷卻迴路30的第一冷卻通道32通向次級冷卻迴路30的第二冷卻通道34，並從第二冷卻通道34通向第一冷卻通道32。因此，在與轉子4熱交換(這具有冷卻轉子的作用)的期間，源於第二冷卻通道34的內部氣體流體FI在穿過轉子14的第一冷卻通道32中變熱，並且在其經過穿過定子16的至少一個第二冷卻通道34到達馬達10的框架12的邊緣或外部時再次被冷卻，並隨後返回至第一冷卻通道32。

扇葉50該還包括至少一個初級葉片52，該至少一個初級葉片52能夠產生初級氣體流，該初級氣體流意在於初級冷卻迴路20中循環。初級葉片52例如位於初級入口22的下遊，並位於初級冷卻迴路20的初級管道26的上遊。因此，扇葉50給出了同時在初級冷卻迴路20中產生氣體流和在次級冷卻迴路30中產生氣體流的可能性。

根據本發明，初級冷卻迴路20的初級管道26與插入在初級管道26和第二冷卻通道34之間的隔熱通道40相鄰，以便在初級管道26和第二冷卻通道34之間形成熱屏障。

根據如圖2中可見的一個實施例，隔熱通道40屬於次級冷卻迴路30，即，它不與次級冷卻迴路的第二冷卻通道34流體連通。這使隔熱通道40能夠被已冷卻的內部氣體流體FI穿過以用於增大隔熱通道40的熱屏障作用。

通過將隔熱通道插入於初級管道26和第二冷卻通道34之間，第二冷卻通道34和初級管道26之間的熱交換因此被阻塞。

根據在圖1中可見的所描述的實施例，隔熱通道40包括葉片形的截面，該截面具有的垂直於旋轉軸線X-X'測量的厚度例如大體介於2mm和10mm之間。為不增加馬達的尺寸，隔熱通道40的該厚度小於冷卻迴路20的初級管道26的直徑，並小於冷卻迴路30的第二冷卻通道34的直徑。

隔熱通道40具有的寬度L使得初級管道26的第二冷卻通道34能夠至少沿限定於軸18和第二冷卻通道34之間的一個徑向方向被隔離。

隔熱通道40沿大體平行於旋轉軸線X-X'的線延伸，並且具有大體介於100mm和500mm之間的長度。

隔熱通道40限定出至少一個點P，該至少一個點P通過馬達10的框架12機械地連接至第二冷卻通道34。

有利地，橋接件P儘可能地薄些，並且例如，其具有介於3mm和5mm之間的厚度。因此，通過橋接件P的熱傳導被最小化。

圖3和圖4示出了第二實施例，其中，隔熱通道40是初級冷卻迴路20的一部分，即，隔熱通道40與初級冷卻迴路的初級管道26流體連通。在這種情況下，穿過初級冷卻迴路20的初級管道26的外部氣體流體(即，空氣)還穿過隔熱通道40，並因此允許特別高效的隔熱。因此，初級冷卻迴路20的隔熱通道40中的溫度總是小於次級冷卻迴路30的第二冷卻通道34中的溫度，以便在這些迴路中的兩個之間形成高效的熱屏障。因此，次級冷卻迴路30的第二冷卻通道34通過隔熱通道40被保護以免受初級冷卻迴路20的熱能的影響。

在一個實施例中，初級冷卻迴路20包括定位在定子16的外周處的數個初級管道26。因此，使定子16通過初級管道26進行的冷卻被進一步增強。

在一個替代性實施例中，初級冷卻迴路20的至少一個隔熱通道40至少部分地包圍次級冷卻迴路30的至少一個第二冷卻通道34。因此，從第二冷卻通道34傳輸的熱能主要被隔熱通道40接收。該熱能可通過流動穿過隔熱通道40的氣體流穿過初級出口24朝向馬達10的框架12的外部被排放。

替代性地，如圖3所示，初級冷卻迴路20的三個隔熱通道40至少包圍第二冷卻通道34以用於將從第二冷卻通道34傳輸的熱能高效地排放到馬達10的框架12的外部。因此，馬達10(尤其是轉子14)的冷卻被增強。這給出了增強馬達10的性能水平的同時確保最佳、有效且簡單的冷卻的可能性。

三個隔熱通道40圍繞第二冷卻通道34形成熱屏障。穿過次級冷卻迴路30的第二冷卻通道34的內部氣體流體FI的冷卻因此被改善。

應當注意的是，本發明不限於之前描述的實施例，其還可具有不同的替代性實施例。

具體地，與外部連通的初級冷卻迴路20可包括定位在定子16的外周處的數個初級管道26，以便增強定子16的冷卻。

此外，內部次級冷卻迴路30的第二冷卻通道34可在定子16的邊緣和與外部連通的初級迴路20之間的至少一個外周部分中成組分布(grouped)。因此，更易於通過隔熱通道40將次級冷卻迴路32的第二冷卻通道34與初級冷卻迴路20的初級管道26隔離。

還可能的是，初級冷卻迴路20和次級冷卻迴路30包括多個通道。

電動馬達10可在任何工業領域中使用，尤其在交通車輛並且尤其是軌道車輛的領域中使用。