[发明专利]具有被冷却的转子轴的电动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动机，其设计具有改善了的被冷却的转子轴以及涉及一种具有这样的电动机的电驱动系统。此外，本发明涉及一种电动车辆，其设置有相应的电驱动系统。

背景技术

由DE 10 2011 078 791 A1公开了一种具有转子轴通风装置的封闭的电动机，其包括空心轴，在其上容纳有转子叠片组。通过冷却矛将冷却剂引入到其中，该冷却剂在径向方向上穿过开口离开空心轴。开口形成在电动机的轴承端盖的背离转子的一侧上。冷却剂进入到轴承端盖和属于径向通风装置的圆盘之间的中间腔中。

文献US 4 574 210 A1公开了一种具有外转子的电动机，该外转子能旋转地容纳在静止的轴上。在静止的轴上固定有定子，其与转子共同作用使其旋转。静止的轴在其中固定有定子的区域中设计成空心的。在轴承和定子之间的部段中形成有多个在静止的轴上的穿孔。在电动机运行中对气流进行调节，该气流在静止的轴的内部和在定子和转子之间的气隙之间循环。

在许多应用领域中都有对具有较长寿命的高功率和紧凑的电动机的需要。这些要求尤其出现在电动车辆的制造中。从多个应用领域获知，电动机的冷却能力是其设计时的限定性的因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动机器，其具有改善的冷却、较小的尺寸，并且能够以简单和经济的方式制造并且尤其适合于驱动电动车辆。

该目的通过根据本发明的电动机实现，该电动机包括定子和转子。转子能围绕转子轴线旋转地容纳在转子轴上。转子轴在转子部件固定在转子轴上的区域中具有空心部段，其在电动机的运行中由冷却流体穿流。在空心部段的罩面上，转子轴具有至少一个开口，其允许冷却流体的穿过。根据本发明，至少一个开口通过其形状和取向这样地设计，即穿过的冷却流体直接导向到转子的端面上和/或定子的绕组头上。至少一个开口如此地布置在转子轴的空心部段的罩面上，即在至少一个开口和转子的端面和/或定子的绕组头之间没有阻碍。由此，转子的端面和/或定子的绕组头能够直接被穿过的冷却流体润湿。从转子轴流出的冷却流体借此要求在没有支持的情况下通过另外的流动过程实现围绕转子的端面或者绕组头。通过至少一个开口引起的冷却流体的射束因此直接并且立即导向到待冷却的组件上。

基于这个原因，冷却流体基本上以这样的温度到达绕组头或者转子的端面，在该温度时还实现了从至少一个开口的流出。通过直接的并进而最大的润湿和直至到达待冷却的部件的冷却流体的降低的吸热能力的共同作用，实现了提高的冷却效果。视电动机的构造方式而定，通过根据本发明的具有至少一个开口的转子轴实现了不同的技术优点。在异步电动机和同步电动机的情况中，通过对转子和/或绕组头的直接冷却提高了能实现的持续功率。在具有永磁激励的同步电动机的情况中，根据本发明的转子轴附加地允许使用具有降低的抗热能力的廉价的磁铁，该磁铁具有减少的稀土成分。此外，根据本发明的转子轴允许紧凑的构造。还可以放弃在轴承端盖中复杂地安装冷却喷嘴。

根据本发明的电动机相对于具有绕组头喷洒冷却装置的电动机具有提高的功率、提高的寿命和降低的复杂度，该绕组头喷洒冷却装置集成在轴承端盖中。所要求的电动机也适用于苛刻的应用领域，例如像机动车制造中。

在本发明的一个优选的设计方案中，至少一个开口在一个区域中处于转子轴的空心部段的罩面上，该区域沿着旋转轴线相邻于转子。至少一个开口因此布置在转子和轴承端盖或者转子轴的轴承之间。如此实现的至转子和定子的绕组头的减小的轴向间距意味着最小化的路程，其由从转子轴中喷出的冷却流体流过。由此，在设计成液体或者液体混合物的冷却流体的情况中使得直至达到待冷却的组件而投入的空气动力学的瓦解的最小化。由此提高了能实现的冷却效率。

在本发明的另一个有利的设计方案中，在转子轴旋转时实现了冷却流体穿过至少一个开口的流动。在此，冷却流体的在从至少一个开口流出后向绕组头或者转子的端面的轨迹基本上具有螺旋形状或者螺纹线形状。通过螺旋形状或者螺旋线形状，冷却流体直至达到待冷却的组件的轨迹被延长，从而出现空气动力学的瓦解，例如瑞利瓦解(Rayleigh-Zerfall)、韦伯瓦解(Weber-Zerfall)或者雾化。由此，待冷却的组件基本上被平面地润湿。对准定子的绕组头或者转子的端面的冷却流体在一定程度上平面的分配，其中仅仅最少的冷却流体错过待冷却的组件。根据本发明的转子轴因此允许改进地充分利用所应用的冷却流体并且因此提高了根据本发明的电动机的总体效率。