本發(fā)明涉及一種電機，該電機以常規(guī)方式包括轉(zhuǎn)子和定子以及電繞組和殼體。殼體將轉(zhuǎn)子、定子和電繞組包圍。在這種情況下，殼體或者殼體的部分可以是轉(zhuǎn)子的集成的組成部分。電機可被配置為電動機或發(fā)電機。通過對電機內(nèi)的電繞組的電連接及其配置的適當?shù)倪x擇，可將電機構(gòu)造為同步電機、異步電機或磁阻電機。關(guān)于這種機器的機械結(jié)構(gòu)可根據(jù)在內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子之間的應用情況進行區(qū)分。

現(xiàn)有技術(shù)

對于理解本發(fā)明，重要的是，這種電機具有相對于環(huán)境的總熱阻。例如可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計上的措施，特別是通過適當?shù)牟牧线x擇和殼體的成形來影響總熱阻。在用于連續(xù)運行的正常運行狀態(tài)下，總熱阻的大小這樣被確定，使得在向電繞組輸入連續(xù)運行電流時產(chǎn)生的損耗熱量足夠快地被排放到環(huán)境中，并使得在給定的環(huán)境溫度的情況下不會超過預定的最大的繞組溫度，其中在預定的最大繞組溫度時電繞組以及全部電機都不會發(fā)生由熱引發(fā)的損害。

在現(xiàn)有技術(shù)中已知，在電機的正常運行狀態(tài)下在電繞組中產(chǎn)生的損耗熱量被適宜地排放的不同的可能性。例如，殼體可配備有冷卻板或者集成到單獨的冷卻回路中。同樣可能的是，在電機內(nèi)設(shè)置由冷卻介質(zhì)流過的冷卻管道，以便在盡可能靠近電繞組處吸收損耗熱量并將損耗熱量向外傳導。這種主動冷卻系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是復雜的，并使電機及其運作的成本顯著提高。此外，由此增加的電機的重量妨礙電機用于移動應用。

存在電機的不同的應用情況，其中加載相對較低的連續(xù)運行負載，并由此僅產(chǎn)生低的損耗熱量。在這些情況下，可放棄電機的主動冷卻裝置，因為主要由于在電機的各個構(gòu)件之間的熱傳遞導致的損耗熱量由電繞組傳遞至殼體，并在殼體處向環(huán)境排出，在最簡單的情況下，通過散熱向周圍空氣排出。

在特定的應用情況下，這種電機要求峰值負載，這種峰值負載在短時間段內(nèi)顯然高于所標定大小的連續(xù)運行負載，尤其可能是連續(xù)運行負載的多倍。

電機的電繞組的大小是在放棄主動冷卻裝置的情況下通常標準地通過要排出的損耗熱量來確定。為了避免電繞組的熱破壞，必須這樣選擇導線橫截面和絕緣措施，使得僅在電學技術(shù)方面可允許較高的運行電流，也使得可電磁地產(chǎn)生明顯高于連續(xù)運行負載的峰值功率。但是在加載峰值負載時，損耗熱量也會顯著增加，從而使得只能在非常短的時間內(nèi)加載這種峰值負載，否則就會導致電繞組被熱損壞，例如，致使在電繞組上的絕緣涂層的軟化或甚至燃燒。為了在中等時間段(時間長度不是太短)上加載增加的運行功率，迄今為止的電機必須基本應被設(shè)計為具有更強功率，或者必須以上述方式額外設(shè)置主動冷卻裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種電機，這種電機在熱方面被設(shè)計為用于預定的連續(xù)運行負載，省略主動冷卻裝置并且仍然能夠在中等時間段上提供明顯超過連續(xù)運行負載的被提高的峰值功率，而不會導致在電機上的熱損傷。本發(fā)明的另一個要解決的問題是，提供一種驅(qū)動單元，該驅(qū)動單元在典型的驅(qū)動環(huán)境中所需要的幾分鐘時間段上提供明顯超過連續(xù)運行功率的峰值功率。

這個技術(shù)問題通過根據(jù)所附權(quán)利要求1的電機來解決。此外，根據(jù)本發(fā)明給出了一種根據(jù)所附權(quán)利要求7的作為所述技術(shù)問題的解決方案的驅(qū)動單元。

根據(jù)本發(fā)明的電機，其特征在于，在殼體中填充具有一定熱容的介電液體，其中所述熱容大小設(shè)計為，當在峰值負載運行時間內(nèi)以峰值電流運行時，能夠吸收由電繞組散發(fā)的峰值功率。優(yōu)選地是，這樣確定介電流體的熱容大小，使得在峰值負載運行時間內(nèi)能夠吸收電機固有的其他熱源的熱量，也就是說，吸收例如由定子鐵損耗、轉(zhuǎn)子鐵損耗、軸承損耗和磁損耗產(chǎn)生的熱量。峰值負載運行時間優(yōu)選為1-15分鐘，特別優(yōu)選為5-10分鐘。

由此，根據(jù)本發(fā)明的電機的一個重要的優(yōu)點是，相對于上述現(xiàn)有技術(shù)，損失直接在其形成原點被吸收并被緩沖。在這種情況下，向周圍系統(tǒng)(冷卻構(gòu)件)傳遞的熱傳導是通過自由對流進行的，而不是通過強制的對流。

在殼體中填充的介電流體主要用于：提高總電機的熱慣性，均質(zhì)化在電機內(nèi)的溫度分布，以及也在一定程度上以機械阻尼的方式對電機的可運動部件產(chǎn)生作用。根據(jù)所填充的介電流體的量和流體的比熱容，電機的總熱容相對于未填充的狀態(tài)顯著增大。因此，在峰值負載的情況下，由電繞組產(chǎn)生的熱量在短期內(nèi)由介電流體吸收。介電流體由此主要用作熱緩沖器而不是作為熱傳輸介質(zhì)，這是因為介電流體不與電機外的冷卻系統(tǒng)進行交互。介電流體當然會在電機內(nèi)向在介電流體內(nèi)嵌入的或流經(jīng)其中的不同的組件和空間傳輸產(chǎn)生的損耗熱量。

優(yōu)選地是，介電液體是良好的熱傳導油，其一方面具有高熱容，另一方面不會在電繞組的不同段部之間形成電短路。油可同時用于電機的軸承單元的潤滑，這樣可省去單獨的潤滑系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知用于密封轉(zhuǎn)動軸承的不同的可能性，從而確保避免了油流出電機，也避免了流向支承位置。

優(yōu)選地，通過用作介電流體的油將主要的、特別優(yōu)選幾乎整個在轉(zhuǎn)子和定子之間的殼體內(nèi)剩余的空間填充。對于在運行期間在電機內(nèi)的油的快速分布已由電機的運動部件的旋轉(zhuǎn)來承擔。在一個優(yōu)選的實施方式中，在轉(zhuǎn)子上額外安置再次加速油的攪拌與分布的翼元件。

在一個有利的實施方式中，殼體具有填充管，通過該填充管能夠在制造過程中填充介電流體。在封閉填充管之后，殼體整個被液密式封閉，從而介電流體不會流出。

在一個改進的實施方式中，填充管也可以這樣被設(shè)計，使得它能夠由電機的用戶在填充介電液體時被打開并能夠重新被封閉。以這種方式，用戶通過如下方式將標準化生產(chǎn)的電機適應于不同的應用情況：僅當峰值負載狀態(tài)發(fā)生時，將用于提高熱容的介電流體注入，其中在無額外的熱容情況下峰值負載狀態(tài)會導致機器的熱過載。

本發(fā)明還提供了一種具有電動機和與該電動機連接的驅(qū)動元件的驅(qū)動單元，其中，所述電動機被設(shè)計為上述構(gòu)造類型的電機。

這種驅(qū)動單元特別適合用于執(zhí)行器，在執(zhí)行器中提高的驅(qū)動力僅在相對短的時間段(例如幾分鐘)被需要，也就是說，在其余的時間段內(nèi)電動機處于靜止狀態(tài)或僅施加顯著較低的連續(xù)負載時，加載峰值負載。電動機被這樣適配于主要發(fā)生的連續(xù)負載，使得產(chǎn)生的損耗熱量無需額外的冷卻裝置可被動排放至環(huán)境。

作為在這樣的驅(qū)動單元中的驅(qū)動元件例如為：滾珠絲杠、滾珠行星螺桿(Kugelplanetenspindeln)、液壓缸、絞盤或類似的驅(qū)動元件。因此，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動單元可例如用于工作車輛上的提升或處理驅(qū)動器，例如用于垃圾清除或者用于負載的裝載或卸載。根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動單元可驅(qū)動例如垃圾車上的提升裝置、貨車上的裝載車箱邊板或任何運輸工具上的起重吊車。其他典型的應用是將液壓支架下降至車輛或?qū)⒐ぷ鲉卧ㄎ挥谑┕C械。在一般情況下，本發(fā)明的驅(qū)動單元特別適合于與液壓驅(qū)動裝置的組合使用，在所述液壓驅(qū)動裝置中只有很短的時間內(nèi)出現(xiàn)增加的負載需求。通過所所述增加電機的熱容可增加力密度，所增加的力密度相當于液壓致動器。

在電機的殼體中填充的介電流體吸收增加的損耗熱量，并在峰值負載狀態(tài)結(jié)束之后延遲地將損耗熱量通過殼體排放到環(huán)境中，而無需主動冷卻裝置。通過還能實現(xiàn)的在電動機內(nèi)損耗熱量的快速分布，也降低了機械負荷，所述機械負荷在電機器內(nèi)的非均勻的熱分布情況下會發(fā)生，并可能導致?lián)p害。

附圖說明

結(jié)合附圖從下面對優(yōu)選實施方式的描述給出本發(fā)明的其他優(yōu)點、細節(jié)和改進方案。

唯一的附圖以高度簡化的縱截面圖示出了構(gòu)造為內(nèi)部轉(zhuǎn)子的電機的基本結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

在圖1中示出的電動機01具有殼體02，該殼體為液密式密封。在殼體02內(nèi)安置定子03，該定子支承電繞組04。電繞組04能夠包括多個線圈單元，所述多個線圈單元根據(jù)所期望的運行方式彼此電連接，并且通過外部控制單元(未示出)來供給驅(qū)動電流。

此外，電動機01具有在此情況下內(nèi)置的轉(zhuǎn)子06，該轉(zhuǎn)子與發(fā)動機軸07連接。發(fā)動機軸07支承在滾動軸承08中，該滾動軸承被固持在殼體02中，并且各自通過軸承密封裝置09被密封以便防止流體從殼體02流出。

電繞組04這樣設(shè)計自身尺寸，使得當連續(xù)或正常運行狀態(tài)中產(chǎn)生的損耗熱量傳遞至殼體02，并在此向外部環(huán)境排出，而不需要其他冷卻裝置并且也不會超過最大容許的繞組溫度。

在定子03和轉(zhuǎn)子06之間的殼體02內(nèi)的剩余的空腔中填充有介電流體11，在本實施方式中空腔基本上完全被介電流體11填滿。在改進的實施方式中，根據(jù)所需的介電流體的熱容在殼體02內(nèi)的自由空間大約50％-80％被填充。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過如下方式很容易地確定所需介電流體，特別是油的最小量：通過計算在峰值負載情況下產(chǎn)生的峰值負載熱量。由電機在正常運行狀態(tài)下產(chǎn)生的熱量與通過熱傳導向環(huán)境排放的熱量之間的差值必須由作為熱緩沖的介電流體首先吸收。在最簡單的情況下，可利用所使用的介電流體的比熱容計算所需的量，以便將峰值負載熱量完全吸收。

當期望更精確的幾何尺寸時，能夠考慮被動散熱，這種被動散熱也在峰值負載狀態(tài)下導致產(chǎn)生的損耗熱量被排放。這也能與環(huán)境溫度有關(guān)，其中環(huán)境溫度根據(jù)需要通過溫度傳感器來確定。所生成的在殼體02上的實際運行溫度和環(huán)境溫度之間的溫度階梯可在控制單元內(nèi)被考慮，以便在電繞組面臨過熱的威脅時根據(jù)需要生成警告信號或?qū)⒎逯地撦d運行狀態(tài)結(jié)束?？刂茊卧部杀贿@樣配置，使得經(jīng)過預定時間段內(nèi)的峰值負載狀態(tài)之后只能以正常運行狀態(tài)運行，這樣有充足的時間來將由介電流體吸收的額外的熱量被動地向外部環(huán)境排出。只有這段時間結(jié)束之后或達到介電流體的正常運行溫度之后才可重新允許峰值負載狀態(tài)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認識到本發(fā)明也可適用于電機的改進的實施例。特別地，有利的是，殼體內(nèi)的要被介電流體填充的空腔在結(jié)構(gòu)上有針對性地被增大，以便提供在要被填充的流體上的較大的熱容。

在上述控制單元中，溫度曲線可被存儲，以便可繪制典型的運行狀態(tài)并且因此影響對電機的控制。

附圖標記列表

01-發(fā)動機

02-殼體

03-定子

04-電繞組

05

06-轉(zhuǎn)子

07-發(fā)動機軸

08-滾動軸承

09-軸承密封裝置

10

11-介電流體/油