專利名稱：液體冷卻的異步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異步電氣機(jī)械(簡稱電機(jī))，尤其涉及異步電動(dòng)機(jī)，其包括一在定子內(nèi)的并含有液體冷卻系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有一中空的軸，其中設(shè)置一用于使液體循環(huán)的泵。
本發(fā)明特別適用于在電牽引或混合車輛的異步電動(dòng)機(jī)，這些電動(dòng)機(jī)必須具有高的比輸出，必須是小型的，并且必須具有盡可能少的特別是用于冷卻液體的外部連接器。
通常在這種電動(dòng)機(jī)中，冷卻液體只在定子中循環(huán)，然后冷卻液體被引入一被空氣冷卻的外部散熱器。這種設(shè)置引起散熱器和連接管道布局的困難。此外，不良冷卻的轉(zhuǎn)子變得比定子熱得多。在一方面，溫度的增加迫使設(shè)計(jì)者限制電流，因而限制電動(dòng)機(jī)的功率，在另一方面，在轉(zhuǎn)子和定子之間的溫差導(dǎo)致不同的膨脹，這可以引起機(jī)械破壞，特別是在電動(dòng)機(jī)軸承中。
德國專利申請(qǐng)No.4020416描述了一種泵組合在由車輛的牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的軸中。這種泵包括具有幾個(gè)平行通道的中心靜止的本體，其具有這樣的空間要求，使得其只能被容納在特別大直徑的軸中，上述的系統(tǒng)只冷卻轉(zhuǎn)子的軸，但是不冷卻定子。
本發(fā)明涉及一種異步電氣機(jī)械，尤其涉及電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其液體冷卻系統(tǒng)被這樣設(shè)置，使得在很大程度上避免上述的缺點(diǎn)。
因此，按照本發(fā)明的異步電氣機(jī)械的特征在于，其液體回路是一在機(jī)械內(nèi)的封閉的回路，并基本上在轉(zhuǎn)子的整個(gè)長度上和定子的整個(gè)長度上通過定子和轉(zhuǎn)子軸。
因而便獲得了一種在電動(dòng)機(jī)內(nèi)完全封閉的冷卻系統(tǒng)，既不需要一外部泵，也不需要和外部散熱器連接。液體連續(xù)地通過定子和轉(zhuǎn)子進(jìn)行循環(huán)保證了在這兩個(gè)電機(jī)部件之間一個(gè)良好的溫度平衡，因而膨脹的差別較小，局部溫度增加較小，因而允許一較大的比輸出與/或減少相同輸出條件下的電機(jī)體積。
最好是，在定子中的液體回路通過一個(gè)冷卻室，在其中液體和定子的周圍殼體相接觸，定子配備有外部風(fēng)扇，然后，該回路通入設(shè)置在定子的支撐結(jié)構(gòu)中的回路中。
這意味著冷卻室和定子的周圍殼體形成水-空氣熱交換器，當(dāng)電氣機(jī)械是用于電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)時(shí)，特別是電動(dòng)機(jī)單獨(dú)和車輛的輪子相連并位于輪子的通路中時(shí)，該殼體基本被暴露在強(qiáng)的氣流中。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)由下面結(jié)合附圖給出的非限制性的例子的說明中將看得更加清楚，其中

圖1是按照本發(fā)明的異步電動(dòng)機(jī)通過軸的剖面示意圖，圖2以放大的比例表示圖1的細(xì)節(jié)，其中表示在轉(zhuǎn)子軸中包含的泵的部分，以及圖3和圖4表示沿著圖2的III-III取的泵的部分的兩個(gè)示意的截面圖。
參看圖1和圖2，圖中所示的異步電動(dòng)機(jī)包括定子1和具有一空心軸3的轉(zhuǎn)子2，所述軸借助于軸承6和7被安裝在定子之法蘭4和5中。定子的支撐結(jié)構(gòu)用標(biāo)號(hào)8表示，定子繞組用9表示，轉(zhuǎn)子電樞用10表示，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線用11表示?？招妮S3的中心孔12是盲孔，軸在其驅(qū)動(dòng)端13被封閉，而在其相反端14是開口的?？?2至少在電樞10的整個(gè)長度上延伸，并最好在位于電動(dòng)機(jī)內(nèi)的軸3的整個(gè)長度上延伸，即也延伸進(jìn)入軸承6和7的區(qū)域。
由于具有一封閉的包括位于軸3的孔12中的泵15的例如水或油的冷卻液體回路，所以電動(dòng)機(jī)可以被冷卻。泵的靜止部分基本上由中心注入管16構(gòu)成，其被固定在定子法蘭5上，并在孔12的底部附近敞開。在其外表面上，這根管件配備有至少一個(gè)螺旋肋17，其最好在管的整個(gè)長度上延伸并具有恒定的高度。所述的管和其肋可以由鋼或任何其它合適的材料制成。
泵15的旋轉(zhuǎn)部分包括在一方的離心泵部件20，其被設(shè)置在面向管16之出口的孔12的底部，并在另一方設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)縱向葉片21，它們?cè)谳S的孔12的圓周上被規(guī)則地分開配置，并面向螺旋肋17。出于平衡的原因，最少提供兩個(gè)葉片21，但也可以提供多個(gè)葉片。如果需要，這些葉片也可以具有螺旋的形狀。
泵部件20也起離心泵輪的作用。它可以由在孔12的底部上制造的溢流裝置構(gòu)成，或者由固定在所述孔中的泵輪構(gòu)成。部件20在管16的出口處吸入液體，并將其在這管子和空心軸3之間向回驅(qū)動(dòng)，因而確保一基本壓力和液體與軸之間的良好的熱交換。接著，包括葉片21和肋17的泵的軸向部分產(chǎn)生一附加的泵壓，并且葉片21形成附加的熱交換表面。
為了以低的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生足夠的流量，葉片21的自由邊緣位于離開螺旋肋17的自由邊緣為一個(gè)小的距離處，如圖3所示。這使得即使電動(dòng)機(jī)在慢速旋轉(zhuǎn)時(shí)，也能確保有效的冷卻。
不過，當(dāng)電動(dòng)機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，泵會(huì)消耗過多的功率。在最佳實(shí)施例中，這個(gè)缺點(diǎn)被這樣克服了旋轉(zhuǎn)葉片21可以按照這種方式變形，使得其和肋17的距離是可變的，特別是通過使葉片21彎曲或撓曲。這種情況如圖4所示。
這種效果可以用不同的方式獲得。葉片21可以在它們施加給液體上的動(dòng)態(tài)壓力之(反)作用下通過撓曲簡單地沿橫向變形。這種葉片例如可以被沿縱向插置在軸3中的槽中。在這種情況下，圖3說明了葉片21在靜止或在低速轉(zhuǎn)動(dòng)(沿箭頭R的方向)時(shí)的情況，而且，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，具有相當(dāng)高的泵流量。在高速時(shí)，葉片21如圖4所示被彎曲，使得流量、液壓負(fù)荷損失和所消耗的機(jī)械功率比剛性葉片增加得較慢。
按照?qǐng)D3的葉片21的位置可產(chǎn)生湍流液壓狀態(tài)，其增加了轉(zhuǎn)子和液體之間的熱交換，特別是在低速時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流可以相當(dāng)大。相反，按照?qǐng)D4的位置則允許層流，因而在高速時(shí)可以減少液壓損失。
另一種解決辦法是使葉片21受溫度影響而變形，例如使葉片由具有不同熱膨脹系數(shù)的兩種金屬層材制成。在這種情況下，圖3表示高溫位置，其提供相當(dāng)高的流量，圖4表示低溫位置，其消耗較少的機(jī)械功率。在這種解決辦法中，葉片21也可以是可彎曲的，使得在高速時(shí)限制流量。
在定子1中，冷卻液體系統(tǒng)包括一基本上是圓柱形的冷卻室24，其沿著外部金屬殼體25延伸過定子的整個(gè)圓周和長度，金屬殼體例如由輕金屬或金屬板制成其上具有外部散熱器26。這樣，殼體25構(gòu)成一個(gè)由周圍空氣冷卻的散熱器。沿著箭頭方向循環(huán)的液體然后到達(dá)定子支撐結(jié)構(gòu)8的管道27，以便冷卻支撐結(jié)構(gòu)和繞組，然后，通過相反于驅(qū)動(dòng)側(cè)的法蘭5的徑向通道28，液體被帶入注入管16內(nèi)部。然后流入泵15的液體在整個(gè)長度上冷卻軸3和轉(zhuǎn)子。在軸的孔12的出口，液體通過一環(huán)形室30和法蘭5的徑向通道31，從而返回冷卻室24。在室30和軸承7之間，只需要一個(gè)密封墊32。法蘭5的通道28和31可以這樣設(shè)置，使得在電機(jī)靜止時(shí)通過對(duì)流可激起液體的循環(huán)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)注意到，這些通道以及管道27可以由鑄造技術(shù)制成，因而不產(chǎn)生密封問題，因?yàn)樗鼈兺耆挥陔姍C(jī)的固定部分內(nèi)。
上面的說明表明，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)這樣一種異步電動(dòng)機(jī)(如果需要也可以是發(fā)電機(jī))，從冷卻的觀點(diǎn)看來，這種電機(jī)是自激的，因?yàn)樗炔恍枰獠勘靡膊恍枰獠可崞?，也不需要任何外部流體回路。這便可以實(shí)現(xiàn)小型化和完全封閉的結(jié)構(gòu)，這尤其適用于在浸蝕性和易爆性環(huán)境中或用于汽車上。在后一種應(yīng)用中，本發(fā)明為電機(jī)的布局提供了較大的自由度，特別是可以省略電機(jī)外部的液壓回路，這些回路占據(jù)空間，引起負(fù)荷損失并因?yàn)殡姍C(jī)的運(yùn)動(dòng)而要求可彎曲的回路，它們經(jīng)常易于破壞。
在電機(jī)軸內(nèi)部的泵的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生輕微的軸向推力，這能夠在所有速度下使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定，因而能夠阻止在軸承中出現(xiàn)振動(dòng)。此外，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子和定子之間的溫差被大大減小，因而也可以減小或除去軸承中的軸向間隙。這使得可以優(yōu)化發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，并延長其使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種異步電機(jī)，特別是一種異步電動(dòng)機(jī)，包括一在定子(1)內(nèi)的并且含有液體冷卻回路的轉(zhuǎn)子(2)，所述轉(zhuǎn)子具有一空心軸(3)，在所述軸內(nèi)包括一使液體循環(huán)的泵(15)，其特征在于液體回路是一在電機(jī)內(nèi)的封閉的回路并且通過定子(1)和轉(zhuǎn)子軸(3)，基本上在轉(zhuǎn)子的整個(gè)長度上和定子的整個(gè)長度上延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，在定子中的液體回路通入一個(gè)冷卻室(24)，在其中液體和定子的外部殼體(25)相接觸，所述殼體具有外部散熱器(26)，然后回路通入被設(shè)置在定子支撐結(jié)構(gòu)中的管道(27)中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子的軸(3)包括一個(gè)中心孔(12)，其在軸的驅(qū)動(dòng)側(cè)上被封閉，而在相反側(cè)被敞開，并且液體回路包括一沿軸向伸入所述孔并在孔的底部附近敞開的靜止的注入管(16)。
4.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)，其特征在于，泵(15)包括一被設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸的孔(12)的底部的離心泵部件(20)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的電機(jī)，其特征在于，注入管(16)配備有至少一個(gè)螺旋形的外部肋(17)。
6.如權(quán)利要求5所述的電機(jī)，其特征在于，至少兩個(gè)縱向的或螺旋形的旋轉(zhuǎn)葉片被固定在所述軸的孔中，使得能夠圍繞注入管的螺旋形肋(17)旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其特征在于，旋轉(zhuǎn)葉片(21)可以變形，使得它們離開螺旋形肋的距離是可變的。
8.如權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)葉片(21)能夠受它們施加于液體上的動(dòng)態(tài)壓力的影響而變形。
9.如權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其特征在于，旋轉(zhuǎn)葉片(21)能夠受溫度的影響而變形。
10.如權(quán)利要求2或3所述的電機(jī)，其特征在于，所述定子在驅(qū)動(dòng)側(cè)的相反側(cè)通過一含有第一通道(31)和第二通道(28)的法蘭(5)被封閉，所述第一通道連接軸的孔(12)之出口和冷卻室(24)，所述第二通道連接定子支撐結(jié)構(gòu)的回路(27)和注入管(16)，這樣使所述注入管被固定到法蘭上。
全文摘要
為了確保有效的冷卻和在定子與轉(zhuǎn)子之間的溫度平衡,提供一種異步電動(dòng)機(jī),其含有封閉的冷卻液體回路,所述回路沿著轉(zhuǎn)子和定子的整個(gè)長度相繼通入定子(1)和轉(zhuǎn)子軸(3)。在轉(zhuǎn)子軸中設(shè)置一泵(15)。液體通過靜止的軸向管(16)被注入泵中,并在所述軸和管子之間流出。所述泵包括被固定在所述軸的孔的底部的泵部件(20),和被固定在軸上的面向注入管的外部螺旋形肋(17)的縱向葉片(21)。液體被沿著定子外周的環(huán)境空氣所冷卻。
文檔編號(hào)H02K9/19GK1249558SQ9912072
公開日2000年4月5日 申請(qǐng)日期1999年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月28日
發(fā)明者E·齊塞特 申請(qǐng)人:斯沃奇集團(tuán)管理服務(wù)股份公司