電動機(jī)的定子的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電動機(jī)的定子（1），它包括帶有繞絲的、基本上為空心圓柱體形狀的定子疊片（2）和在軸向方向上連接在定子疊片（2）上的繞組端部（6），其中，所述定子疊片（2）包括多個(gè)凹槽（4），其中，冷卻劑管路（8）插入相應(yīng)的凹槽（4）中，由此能夠進(jìn)一步改善電動機(jī)的效率。為此，相應(yīng)的冷卻劑管路（8）的部段（10）延伸到繞組端部（6）的區(qū)域內(nèi)。
【專利說明】電動機(jī)的定子
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電動機(jī)的定子，它包括設(shè)置有繞絲的、基本上為空心圓柱體形狀的定子疊片和在軸向方向上連接在定子疊片上的繞組端部，其中，定子疊片包括多個(gè)凹槽，其中，冷卻劑管路插入相應(yīng)的凹槽中。
【背景技術(shù)】
[0002]在電動機(jī)中要將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。特別是由磁場向線圈的、電流流過的導(dǎo)體施加的力被轉(zhuǎn)化成運(yùn)動。電動機(jī)雖然也可以實(shí)施平移運(yùn)動，但是通常實(shí)現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
[0003]這種構(gòu)造成用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的電動機(jī)通常包括固定不動的定子和進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。定子的磁場由永磁體或者由設(shè)置有線圈繞組的金屬構(gòu)件(也稱為定子疊片)產(chǎn)生。定子疊片通常構(gòu)造成空心圓柱體的形式，并且纏繞著金屬線線圈。繞絲的相應(yīng)的末端通常在定子疊片的一個(gè)或者兩個(gè)軸向側(cè)面上伸出去，并且在那里分別形成稱為繞組端部的金屬線網(wǎng)。
[0004]在定子的內(nèi)部布置著轉(zhuǎn)子，它在大部分情況下由帶有鐵芯的線圈(即所謂的電樞)構(gòu)成，其可旋轉(zhuǎn)地支承在定子的磁場內(nèi)。通過定子和轉(zhuǎn)子的磁場的排斥和吸引產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在直流電機(jī)中，為了實(shí)現(xiàn)持久的力的效果并且因此實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，總是通過由換向器旋轉(zhuǎn)定子來為正確的繞組接通電流。在其他的構(gòu)造形式下，例如在利用三相電流或者交流電運(yùn)行的異步電機(jī)中，可以不要換向器，作為代替，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子中具有短路繞組。
[0005]近幾年來，由于人們逐漸提高環(huán)保意識并且自然資源緊缺，越來越多地將電動機(jī)作為車輛驅(qū)動器。電驅(qū)動器在許多方面都比內(nèi)燃機(jī)優(yōu)越，例如在效率以及電動機(jī)的有利的扭矩和功率特性方面。此外，驅(qū)動系在大部分情況下還能夠構(gòu)造得簡單得多。
[0006]然而，缺點(diǎn)常常是電動車輛的行車距離較短，這是由于在目前的現(xiàn)有技術(shù)中在像蓄電池這樣的能量存儲器中能夠攜帶的電量比較少造成的。因此特別在電動車輛上具有這樣的任務(wù)，即，盡可能高效地利用可支配的能量，也就是說優(yōu)化車輛的效率。
[0007]這例如可以通過使用廢熱實(shí)現(xiàn)，否則這些廢熱會被排放到電機(jī)室內(nèi)并且因此浪費(fèi)掉。在此經(jīng)常通過穿流的液體冷卻電動機(jī)的殼體，然后該液體可以將熱量輸送給不同的機(jī)組，例如內(nèi)室加熱系統(tǒng)繼續(xù)加以利用。液體被導(dǎo)入相應(yīng)的、被插入的或者被鑄入的冷卻劑管路中。殼體在這種情況下經(jīng)常與定子疊片處于直接的接觸狀態(tài)，所以能夠直接地導(dǎo)走在定子疊片中產(chǎn)生的熱量。
[0008]這里的缺點(diǎn)經(jīng)常是由于在運(yùn)行時(shí)造成的定子疊片和被冷卻的殼體之間的溫度差而產(chǎn)生因?yàn)闊崤蛎浽斐傻臉O高的應(yīng)力。這可能導(dǎo)致定子疊片或者殼體上發(fā)生不允許出現(xiàn)的變形。因此也部分地將冷卻劑管路直接集成到定子疊片中，為此要為定子疊片設(shè)置相應(yīng)的凹槽，冷卻劑管路插入該凹槽中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]現(xiàn)在，本發(fā)明的目的在于提供一種前述類型的定子，它能夠進(jìn)一步改善電動機(jī)的效率。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過讓相應(yīng)的冷卻劑管路的部段延伸到繞組端部的區(qū)域內(nèi)得以解決。
[0011]其中，本發(fā)明從這樣的構(gòu)想出發(fā)，即，不僅定子疊片本身產(chǎn)生熱量，而且連接在其上的繞絲也在繞組端部中產(chǎn)生熱量。這些在繞組端部上發(fā)出的熱量利用迄今的措施大部分都無法輸送給液體，這意味著效率的損失。因此，需要設(shè)置將損耗熱量有目的地從繞組端部排放到液體內(nèi)。在此不應(yīng)該設(shè)置額外的冷卻劑管路，因?yàn)檫@可能意味著比較復(fù)雜的構(gòu)造方式。作為代替，定子疊片的現(xiàn)有的冷卻劑管路應(yīng)該以雙重利用的方式也用來冷卻繞組端部。這可以通過將相應(yīng)的冷卻劑管路的部段延伸到繞組端部的區(qū)域內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)。
[0012]在有利的構(gòu)造方案中，相應(yīng)的冷卻劑管路在此構(gòu)造成冷卻旋管。也就是說，冷卻劑管路構(gòu)造成具有多次扭轉(zhuǎn)和彎曲，而不是構(gòu)造成簡單的差不多僅在一個(gè)方向上延伸的管路。由此增加可冷卻的表面積，因?yàn)槔鋮s劑管路在相同的面積上形成更大的總長度。因此實(shí)現(xiàn)定子疊片的更加均勻的冷卻效果。
[0013]在另一種有利的構(gòu)造方案中，其中，相應(yīng)的冷卻劑管路的入口和出口布置在定子疊片的同一個(gè)軸向側(cè)面上。因此，冷卻劑管路或冷卻旋管布置在相反的流向上。由此也使得更均勻的冷卻效果成為可能，因?yàn)槔涞暮鸵呀?jīng)由于來自定子疊片的熱量的排放而被預(yù)熱的冷卻劑區(qū)域被相鄰地布置。此外還通過將入口和出口布置在同一個(gè)位置上使簡單的安裝成為可能。
[0014]在特別有利的構(gòu)造方案中，冷卻片與相應(yīng)的布置在繞組端部的區(qū)域內(nèi)的部段連接。這樣的冷卻片通過繞組端部的區(qū)域內(nèi)的能夠促進(jìn)繞組端部和冷卻劑管路之間的熱交換。為此，冷卻片應(yīng)該具有至到冷卻劑管路的優(yōu)化的熱聯(lián)接。其中，或者通過直接的接觸或者也可以通過強(qiáng)制的對流實(shí)現(xiàn)向繞組端部的熱傳遞。其中，冷卻片的表面應(yīng)該根據(jù)熱傳遞法最佳地構(gòu)造而成。
[0015]在另外的有利的構(gòu)造方案中，相應(yīng)的冷卻片布置在繞組端部的徑向外側(cè)上。通過在運(yùn)行時(shí)普遍地?cái)U(kuò)張繞組端部能夠由此減少冷卻片和繞組端部之間的間距或者改善接觸效果。于是進(jìn)一步優(yōu)化了熱傳遞。
[0016]在另一種有利的構(gòu)造方案中，相應(yīng)的部段和/或可能是相應(yīng)的冷卻片設(shè)置有電絕緣體。特別是在繞組端部與進(jìn)行冷卻的元件直接接觸時(shí)，就確保了良好的電絕緣。然而，這里的熱絕緣體應(yīng)該是可導(dǎo)熱的，例如可以使用薄膜。
[0017]在定子疊片內(nèi)也應(yīng)該優(yōu)化向冷卻劑管路的熱傳遞。以有利的方式，定子疊片為此在未設(shè)置有凹槽的區(qū)域內(nèi)具有在凹槽方向上延伸的空腔。因?yàn)榭涨痪哂斜榷ㄗ盈B片的金屬更差的導(dǎo)熱屬性，所以在切線上阻擋了熱流，并且轉(zhuǎn)向進(jìn)入凹槽內(nèi)。由此使得熱量更迅速并且更快遞傳遞到處于凹槽內(nèi)的冷卻劑管路中。此外，空腔還使得重量減輕，者特別是在運(yùn)用到機(jī)動車內(nèi)時(shí)有利。
[0018]在有利的構(gòu)造方案中，所描述類型的定子是電動機(jī)的組成部分。這種電動機(jī)以有利的方式在機(jī)動車內(nèi)有助于特別有效的運(yùn)行。
[0019]利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)特別是在于，通過將冷卻系統(tǒng)擴(kuò)展到定子疊片的繞組端部的區(qū)域能夠有目的地將損耗熱量從繞組端部導(dǎo)入冷卻劑，進(jìn)而通過這些熱量的可用性提高整體效率。因?yàn)楝F(xiàn)在可以用于加熱和除霜目的的廢熱增加，并且不必為了這些目的消耗電池的能量，所以在電動車輛中特別是在外界溫度較冷的情況下實(shí)現(xiàn)了能量的節(jié)約。此外，通過將采用的冷卻劑管路直接集成到定子疊片中，還使與電動機(jī)的殼體的溫度差最小化，從而避免了由于不同的熱膨脹度而造成的不允許出現(xiàn)的變形。這對延長使用壽命是有利的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]借助附圖更詳盡地闡述本發(fā)明。圖中示出:
[0021]圖1是用于電動車輛的電動機(jī)的定子的一部分的示意性透視圖，
[0022]圖2是圖1所示的定子的冷卻旋管的示圖，
[0023]圖3是圖1所示的定子的繞組端部的區(qū)域的放大示圖，以及
[0024]圖4是圖1所示的定子的定子疊片的截面圖。
[0025]相同的部件在所有的圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1示出用于例如在電動車輛中使用的定子I的一部分的示意性透視圖。示出的是定子的由磁性金屬構(gòu)造的定子疊片2,它基本上構(gòu)造成空心圓柱體的形式并且構(gòu)成電磁體的金屬芯。電磁體由多個(gè)繞組形式的金屬線構(gòu)成，為了簡單起見沒有示出這些繞組。在定子疊片2的每個(gè)軸向端部上，金屬線向外伸出，并且分別構(gòu)成僅示意性示出的繞組端部6。
[0027]定子疊片2在其軸向外側(cè)上具有朝著軸向定向的、穿過定子疊片的整個(gè)軸向部段的凹槽4。這些凹槽在切線方向上均勻地間隔開。冷卻劑管路8插入凹槽4中，它們將由定子疊片2發(fā)出的熱量導(dǎo)入冷卻劑并且運(yùn)輸走。然后在機(jī)動車中進(jìn)一步利用這些熱量。
[0028]現(xiàn)在，為了在總體上提高機(jī)動車的效率，也要將由繞組端部6發(fā)出的熱量輸送給進(jìn)一步的利用。為此，冷卻劑管路8的部段10在繞組端部6的區(qū)域內(nèi)延伸。這些部段10彎曲成U形，使得它們與冷卻劑管路8的、位于凹槽4內(nèi)的部分相互連接。于是它們就形成冷卻旋管12。冷卻旋管12的入口 14和出口 16在此位于定子疊片2的同一個(gè)軸向側(cè)面上，并且布置在兩個(gè)相鄰的凹槽4的軸向延長線上。
[0029]為了進(jìn)一步改進(jìn)從繞組端部6到冷卻劑的熱傳遞，在冷卻旋管12的部段10上安裝冷卻片18。它們被設(shè)計(jì)用于向冷卻旋管12最佳地傳遞熱量。這些冷卻片18也同樣分別以空心圓柱體的形式布置，并且在繞組端部的徑向外側(cè)處包圍相應(yīng)的繞組端部。然而，冷卻片18不構(gòu)成封閉的空心圓柱體，而是在軸向上具有斷口 20。該斷口與冷卻旋管12的這樣的區(qū)域相互關(guān)聯(lián)，在該區(qū)域中冷卻旋管12不具有在切向上延伸的區(qū)域，該不具有在切向上延伸的區(qū)域在由斷口 20構(gòu)成的線上延伸過。由此能夠利用冷卻片18擴(kuò)張冷卻旋管12，例如為了插入定子疊片2中。
[0030]冷卻片18設(shè)置有絕緣體，絕緣體也可靠地防止了在電動機(jī)運(yùn)行時(shí)擴(kuò)張繞組端部6時(shí)，繞組端部6的金屬線和冷卻片18之間在觸碰時(shí)發(fā)生電短路。
[0031 ] 為了更好地將熱流導(dǎo)入冷卻劑管路8內(nèi)，定子疊片2具有在軸向上延伸的、布置在凹槽4之間的空腔22。這阻止了熱流從凹槽4流出。
[0032]圖2示出在插入定子疊片2之前的帶有冷卻片18的冷卻旋管12。這里可以看出各個(gè)組成部分、部段10、冷卻劑管路8和冷卻片18的斷口 20以及冷卻旋管12的一般適用的形狀，它蛇形地圍繞著整個(gè)空心圓柱體延伸。[0033]圖3示出從傾斜的軸向方向上觀察圖1中的圍繞著斷口 20的區(qū)域的放大視圖。
[0034]最后，圖4示出定子疊片2的徑向切線截面。特別是示出了在切線方向上均勻地相互間隔的、交替地布置的凹槽4和空腔22。在徑向內(nèi)側(cè)上，定子疊片2具有用于容納定子繞組的金屬線的結(jié)構(gòu)24。
[0035]通過定子I的所描述的構(gòu)造方式實(shí)現(xiàn)對熱量的更好的排放，這些熱量能夠用在電動車輛的其他的組件內(nèi)，并且因此提高效率。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電動機(jī)的定子(1)，包括帶有繞絲的、基本上為空心圓柱體形狀的定子疊片(2)和在軸向方向上連接在所述定子疊片(2)上的繞組端部(6)，其中，所述定子疊片(2)包括多個(gè)凹槽(4)，其中，冷卻劑管路(8)插入到相應(yīng)的所述凹槽(4)中，其中，相應(yīng)的所述冷卻劑管路(8)的部段(10)延伸到所述繞組端部(6)的區(qū)域內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子(1)，其中，相應(yīng)的所述冷卻劑管路(8)設(shè)計(jì)為冷卻旋管(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定子(1)，其中，相應(yīng)的所述冷卻劑管路(8)的入口和出口(14，16)布置在所述定子疊片(2)的同一個(gè)軸向側(cè)面上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定子(I)，其中，冷卻片(18)與相應(yīng)的所述部段(10)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定子(I)，其中，相應(yīng)的所述冷卻片(18)布置在所述繞組端部(6)的徑向外側(cè)上。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定子(I)，其中，相應(yīng)的所述部段(10)和/或在可能的情況下相應(yīng)的所述冷卻片(18)設(shè)置有電絕緣體。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定子(I)，其中，所述定子疊片(2)在未設(shè)置有凹槽(4)的區(qū)域內(nèi)具有在凹槽方向上延伸的空腔(22)。
8.一種電動機(jī)，具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定子(I )。
9.一種機(jī)動車，具有根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動機(jī)。
【文檔編號】H02K1/20GK103959606SQ201280043998
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月8日
【發(fā)明者】克勞斯·比特納, 克勞斯·基希納, 諾貝特·韋納 申請人:西門子公司