[发明专利]具有定子直接冷却装置的电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有定子-直接冷却装置的机电式转换器。

背景技术

机电式转换器长久以来已经是公知的。在用于驱动不同行驶装置的化石燃料匮乏期间，机电式转换器在此领域中也具有广泛的应用。由于其稳固性、其简单的结构和高效率，如今的机电式转换器也安装在车辆-混合动力车辆-或者飞机中。根据需求可以将机电式转换器用作发电机或者发动机。主要是在具有电驱动器的车辆也或者部分具有电驱动器的车辆-混合动力车辆-中，它们既用作车辆驱动装置也用作发电机-例如在车辆的制动中用于恢复电能。

为了使车辆的能量消耗最小化，力求设计出具有尽可能高效率的机电式转换器。为此必须使机电式转换器在运行时的功率损耗最小化。在高度利用机电式转换器、例如具有齿线圈绕组的永磁电机的情况下，需要高电流密度来实现高转矩-和功率密度。在此，通过用于形成转矩的电流的电枢电流覆盖层而出现铜损耗，在机电式转换器的层叠铁芯中出现涡流损耗和磁滞损耗以及由于发动机内的摩擦、流动损耗产生的附加损耗等等。特别地，所述铜损耗随采用的转矩呈二次幂地上升。在此，这些损耗导致所述机电式转换器的较高升温，而这又决定了更高的损耗且除此之外可能导致机电式转换器的损坏。

为了使所述机电式转换器的功率损耗最小化，当今出现了各种冷却观念。在小型的机电式转换器中采用空气冷却，而在大型的机电式转换器中则借助冷却液体实现冷却。

在高度利用的机电式转换器的情况下出现了高功率损耗，其导致机电式转换器显著加热。为了能够排出所出现的温度，具有冷却液体的冷却系统是必不可少的。为了实现对高度利用的机电式转换器定子的密集的直接冷却，例如冷却介质在所述机电式转换器的绕组头区域的一个端部处供应并且在机电式转换器的绕组头区域的另一个端部处导出。接着，被加热的冷却液体又被冷却并且重新提供给机电式转换器。例如，在公知的“Williams Hybrid Power”惯性惰轮储能装置中存在此类冷却装置的实例。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有冷却装置的机电式转换器，此冷却装置允许在所述机电式转换器的紧凑结构下的均匀冷却和效率以及所述功率-及转矩密度的提高。

所述目的由一种具有至少一个布置在轴上的转子的机电式转换器实现，此转子布置在包封的定子内，其叠片组和绕组被绝缘的冷却液体包围，其中，冷却液体可以通过相对于轴径向地在定子中心布置的第一冷却通道导入，并且在定子的每个轴向端部处相对于轴径向地通过绕组头区域中的第二冷却通道导出或者反向进行。此类结构实现所述机电式转换器的直接且密集的冷却。同时通过所述冷却使所述功率损耗最小化。

在本发明的一个优选的实施方式中把所述机电式转换器安装在承载结构，其中，利用至少一个布置在定子中心的第一冷却通道的壁形成环绕的承载结构上的机电式转换器的轴承。由此节省了结构空间并且同时避免了由于所述机电式转换器的稳定结构的可能的振动。

在本发明的一个特别有利的实施方式，定子分开地布置在所述轴上。由此能够特别简单地把冷却空气径向地输送至转子中心，接着所述冷却空气轴向地在两个方向上流过所述电机的空气间隙。附加地，实现所述转子的均匀冷却。除此之外，通过所述转子分离能够将释放的结构空间附加可选地用作轴承的、节省空间和节省重量的结构-优选地是无-轴承结构。

在本发明的另一个适宜的实施方式中，利用至少一个布置在定子中心的第一冷却通道的壁形成定子上的转子的轴的轴承。以这种方式可能的是，附加地把所述转子相对于所述定子支撑住。这实现了机电式转换器的稳定结构方式。

为了保持机电式转换器的重量尽可能地小，径向的第一和/或者第二冷却通道由纤维复合材料制成。纤维复合材料特别轻巧且同时非常结实。

优选地，所述第一和第二冷却通道由非导磁和/或者导电材料制成。此类材料使由电磁作用决定的功率损耗最小化。

为了能够有效地冷却所述机电式转换器1的所述转子，所述转子具有平行于和/或者径向相对于轴延伸的冷却通道。空气能引导穿过这些冷却通道用于冷却。

特别适合的是，针对直至1MW的最大功率设计这类机电式转换器。由此，能够使所述尺寸保持较小，或最优地利用车辆或者飞机内的结构空间。

为了节省构造空间，在一个适合的实施方式中，将机电式转换器的轴构造成与内燃机相连接的驱动轴。

附图说明

下面借助图示进一步阐述了本发明及示例性实施方式。图示示出了：

图1根据本发明的一个实施方式的机电式转换器的纵剖面的四分之一扇形；

图2根据本发明的一个实施方式的机电式转换器的半横截面。