电机的制作方法

本发明涉及一种电机，其包括定子、转子，其中转子以可转动地安装的方式设置在定子之内并且具有转子轴，所述转子轴构成为空心轴并且借助于所述空心轴构成空腔，所述空腔设计用于容纳冷却剂，其中转子轴在至少一个端部段上具有至少两个凸肩。

背景技术：

电机包括固定的定子和可运动的转子，其中转子在电机的最常用的构型中以可转动地安装的方式设置在环形构成的定子之内。电机的定子具有定子芯和至少一个设置在定子芯上的定子绕组。定子绕组设置在定子芯上的为其设有的沟槽中。在定子的，更准确地说定子芯的两个端侧上，构成定子绕组的绕组头。构成为异步电机的电机的转子包括转子芯、转子笼以及转子轴。转子笼包括多个导条，所述导条嵌入转子芯的外环周上的沟槽中。导条的端部伸出转子芯的端侧并且在相应的端侧上经由各一个短路环电连接。

电机，异步电机及同步电机，由于在其运行期间的介电损耗而产生热量。主要地，在定子绕组的区域中，尤其在相应的绕组头的区域中，和/或在异步电机的情况下在电机的转子的短路环的区域中，造成强烈的放热。所述强烈的加热的结果是介电损耗因子提高——更多电能转换为热量，这一方面引起电机的效率变差并且另一方面电机在其使用寿命期间的可靠运行受到负面地影响。因此，在电机中通常设有冷却设备，所述冷却设备尤其冷却转子的和/或定子的受强烈热负荷的部位，即冷却在定子的和/或转子的端侧上的绕组头，和在异步电机的情况下冷却在转子的端侧上的短路环。

用于电机的传统的冷却装置利用循环的气态的或液态的冷却剂。冷却剂例如在电机的壳体中循环或在构成为空心轴的转子轴中循环，在所述转子轴上设置电机的转子芯。冷却剂由于其热容量而吸收热量并且将其运走。所述解决方案通常以距定子的和/或转子的受强烈热负荷的区域大的间距实现，所述受强烈热负荷的区域例如是定子的定子绕组的绕组头和/或转子的转子笼的短路环。

此外，也已知冷却设备，所述冷却设备由于冷却剂蒸发而引起电机的要冷却的表面。冷却剂在此在要冷却的表面上蒸发并且随后又被再次冷凝。通常在此冷却剂直接喷洒到定子的和/或转子的要冷却的表面上。然而，所述冷却设备设计通常不包含转子的转子轴的冷却。如果在这种设计之内实现转子轴冷却，那么需要第二冷却回路以便能够满足不同的要求。

此外，已知溢流电机，所述电机为定子的定子绕组的绕组头的和/或转子的转子笼的短路环的至少一部分提供能浸入冷却剂中的可能性。电机的旋转在此引起冷却剂在电机的壳体之内的部分的传送和雾化。然而，借助于所述冷却设备实施方案不能保证均匀的冷却。

文件de102013020332a1例如描述一种电机，尤其异步电机，其具有定子、相对于定子可围绕转动轴线转动的转子，所述转子包括转子轴。转子轴具有在至少一个长度范围上轴向延伸的第一通道。所述通道构成为可由冷却剂穿流。第一通道至少部分地容纳至少一个至少在第一通道的子区域中延伸的传导元件。所述传导元件具有沿轴向方向延伸的、可由冷却剂穿流的第二通道。转子轴在其对第一通道限界的外壳面中具有至少一个用于将冷却剂从第一通道引导到转子轴的周围的排出开口。第一通道和第二通道经由传导元件的轴向的穿流开口彼此流体连接。来自转子轴的冷却剂射束经由排出开口直接冲击到转子的短路环上，经由电机的在所述文件中描述的冷却设备实现转子的冷却环的以及转子的转子轴的冷却。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种替选的电机，所述电机的特征在于改进的冷却。

所述目的的实现通过如下电机来实现，所述电机包括定子、转子，其中转子以可转动地安装的方式设置在定子之内并且具有转子轴，所述转子轴构成为空心轴并且借助于所述空心轴构成空腔，所述空腔设计用于容纳冷却剂，其中转子轴在至少一个端部段上具有至少两个凸肩，其中至少三个转子轴部段，即第一转子轴部段、第二转子轴部段和第三转子轴部段，由此构成有不同的直径，其中在转子轴的空腔中在第二转子轴部段的区域中设置有流动元件，并且其中在第二转子轴部段的区域中在转子轴的外壳中构成至少一个径向的排出开口，所述排出开口将转子轴的空腔与转子轴的外部区域流体连接。

根据本发明的电机包括定子和转子，所述转子具有转子轴。

根据本发明，电机的转子以可转动地安装的方式设置在定子之内。

根据本发明，转子轴构成为空心轴并且以这种方式构成空腔。所述空腔用于容纳或引导冷却剂。

根据本发明，转子轴在至少一个端部段上具有至少两个凸肩。根据本发明，通过两个凸肩，三个转子轴部段，即第一转子轴部段、第二转子轴部段以及第三转子轴部段，构成有不同的直径。

根据本发明，在转子轴的空腔中在第二转子轴部段的区域中设置有流动元件。此外，根据本发明，在第二转子轴部段的区域中在转子轴的外壳中构成至少一个径向的排出开口。径向的排出开口用于将转子轴的空腔与转子轴的外部区域流体连接。

术语“径向”对应于法向于电机的纵轴线的方向。

术语“轴向”对应于沿着电机的纵轴线或平行于电机的纵轴线的方向。

通过电机的根据本发明的构成方案，能够以简单的方式和方法有针对性地引导通过转子轴的空腔引导的冷却剂，并且以这种方式实现电机的、尤其转子的特别有效率的冷却。由此得出电机在其使用寿命期间的可靠的运行。

通过构成转子轴和在第二转子轴部段的区域中设置径向的排出开口和流动元件，甚至在无压力的系统中，即在转子轴的空腔中不存在系统压力的系统中，可以确保对转子的有针对性的冷却。

电机的转子的冷却以特别简单的方式和方法实现，这一方面反映在低的装配耗费中并且另一方面反映在低的制造成本中。

本发明的改进方案在从属权利要求、说明书以及附图中给出。

在本发明的一个有利的实施变型方案中，流动元件套筒状地构成并且具有中央的第一开口以及至少一个在流动元件的外壳中构成的第二开口。流动元件优选设置在转子轴的空腔中，使得转子轴的空腔经由流动元件的第二开口与在转子轴的外壳中的径向的排出开口进而与转子轴的外部区域流体连接。

因此，通过在流动元件的外壳中的第二开口，冷却剂能够进入径向的排出开口中。

套筒状的流动元件优选具有狭窄部位，其中第二开口在流动元件的狭窄部位的区域中构成。

流动元件例如由塑料制成。同样可考虑的是，流动元件由其他材料，例如由复合材料或由金属材料制成，所述金属材料例如是钢。

流动元件例如能够通过在相应的模具中拉深或冲压来制造。

优选地，电机具有附连元件。电机的附连元件优选在转子轴的端部段的区域中设置在转子轴上，使得从转子轴的空腔经由排出开口排出的冷却剂能够至少部分地被引导经过转子端侧和定子端侧。

上述附连元件在转子轴上的设置允许经由电机的转子端侧和经由定子端侧的有针对性的冷却。

以这种方式，不仅转子，而且还有定子能够至少部分地被冷却。

附连元件能够或者作为单独的构件固定在转子轴上，或者与电机的构件一件式地构成，例如在异步电机的情况下与转子的短路环一件式地构成。

如果附连元件必要时与异步电机的转子的短路环一件式地构成，那么除了将冷却剂有针对性地引导经过转子端侧，更准确地说经过短路环，和经过定子端侧，更准确地说经过绕组头以外，也有助于转子的短路环的加固，并且尤其在转速高的情况下有效地抵抗离心力，由此能够预防短路环的塑性变形。

特别优选地，附连元件基本上呈圆形地构成有中央的第三开口和多个均匀地间隔开的、径向伸展的轨道和/或通道。

中央的第三开口的构成允许附连元件在转子轴上的简单的定位和固定。此外，通过构成径向伸展的轨道和/或通道引起冷却剂经由转子的和定子的端面的有针对性的引导。

优选地，附连元件沿着在电机的纵轴线上的法平面在横截面中基本上阶梯状地构成，其中以这种方式在径向的排出开口的区域中构成冷却剂收集部段。

通过阶梯状地构成附连元件，以简单的方式和方法构成冷却剂收集部段，所述冷却剂收集部段收集从径向的排出开口排出的冷却剂。因此，能够将冷却剂特别有效率地引导经过定子端侧，尤其经过定子的绕组头。

优选地，附连元件由塑料制成。附连元件由其他材料，例如由复合材料或由金属材料例如钢的构成方案同样是可考虑的。

通过将附连元件由塑料构成，能够简单地实现附连元件的制造。此外，附连元件由塑料构成的构成方案具有对电机重量的有利影响。

附连元件由坚固的材料例如钢、复合材料等构成的构成方案还能够有利地影响例如异步电机的转子的短路环的强度。

附图说明

下面，示例性地参照附图描述本发明。

图1示出根据本发明的电机的端侧上的俯视图。

图2沿着根据图1从纵轴线起的剖面a-a示出根据本发明的电机的剖视图。

图3沿着根据图1的剖面a-a示出根据本发明的电机的另一剖视图。

图4a示出流动元件的侧视图。

图4b示出流动元件的俯视图。

图4c示出流动元件的立体视图。

图5示出根据图1的根据本发明的电机的分解图。

图6示出附连元件的横截面图。

图7示出电机的剖视图，所述电机具有与短路环一件式地构成的附连元件。

图8示出根据图7的电机的细节图。

具体实施方式

如在图1至图3，在图5以及图7和图8中示出的示例的电机1构成为异步电机并且包括定子2和转子3。然而，根据本发明的电机1作为同步电机的构成方案也是可考虑的。

定子2基本上成形为空心圆柱形。定子2包括定子芯26即定子组，和多个定子绕组27。定子绕组27设置在定子芯26上的为其设有的沟槽中。定子绕组27分别在定子2的两个定子端侧25、25’上具有轴向突出的绕组头28。(图2、图3、图7)

术语“轴向”对应于沿着或平行于电机1的纵轴线23的方向。

术语“径向”对应于法向于电机1的纵轴线23的方向。

转子3以可转动地安装的方式设置在定子2之内并且包括转子芯30即转子组、转子笼31和转子轴4。转子3的转子笼31具有多个导条32，所述导条在其端部上在两个转子端侧29、29’上经由短路环33电连接。(图2、图3、图7)。

电机1的转子3的转子轴4构成为空心轴从而具有中央的空腔5。转子轴4的空腔5轴向地延伸经过转子轴4的整个长度。转子轴4的空腔5构成用于引导冷却剂，也就是说转子轴4构成为可由冷却剂穿流。(图2、图3、图7)

转子轴4在第一端部段6上以及在第二端部段7上分别具有两个凸肩，即分别具有第一凸肩8、8’和第二凸肩9、9’。通过凸肩8、8’、9、9’，转子轴4以三个转子轴部段，即第一转子轴部段10、10’，第二转子轴部段11、11’以及第三转子轴部段12构成，这些转子轴部段具有不同的直径。(图2、图3、图7)

转子轴4在第一转子轴部段10、10’的区域中的直径大于转子轴4在第二转子轴部段11、11’的区域中的直径并且转子轴4在第二转子轴部段11、11’的区域中的直径大于转子轴4在第三转子轴部段12的区域中的直径。(图2、图3、图7)

因此，参照图2、图3或图7从左向右观察，将转子轴4分为第一转子轴部段10、第二转子轴部段11、中央的第三转子轴部段12、另一第二转子轴部段11’和另一第一转子轴部段10’。

转子轴4在第一端部段6的区域中，更准确地说在第一转子轴部段10的区域中具有轴向的进入开口34，并且在第二端部段7的区域中，更准确地说在另外的第一转子轴部段10’的区域中具有轴向的排出开口35。(图2、图3、图7)

在转子轴4的空腔5中，在相应的第二转子轴部段11、11’的区域中，分别设置有流动元件13、13’。(图3、图4a至图4c)此外在第二转子轴部段11、11’的区域中在转子轴4的外壳中构成有均匀地间隔开的多个径向的排空开口14、14’。径向的排出开口14、14’用于转子轴4的空腔5与转子轴4的外部区域的流体连接。

流动元件13、13’分别套筒状地构成并且分别具有中央的第一开口15以及至少多个在相应的流动元件13、13’的外壳中构成的第二开口16。相应的流动元件13、13’在转子轴4的空腔5中设置成，使得转子轴4的空腔5经由相应的流动元件13、13’的第二开口16与在转子轴4的外壳中的相应的径向的排出开口14、14’进而与转子轴4的外部区域流体连接。(图3、图4a至图4c；图7)

因此，通过在相应的流动元件13、13’的外壳中的第二开口16，冷却剂能够进入相应的径向的排出开口14、14’中并且构成次体积流。

两个套筒状的流动元件13、13’分别具有狭窄部位18，其中相应的流动元件13、13’的第二开口16在相应的流动元件13、13’的狭窄部位18的区域中构成。(图4a至图4c)

通过电机1的构成方案，能够以简单的方式和方法将引导穿过转子轴4的空腔5的冷却剂有针对性地引导，其中产生冷却剂部分体积流，即主体积流36和多个次体积流37、37’，次体积流的数量对应于径向的流出开口14、14’的数量。在图2和图3中，主体积流36以及次体积流37、37’通过箭头示意地显示。

主体积流36从转子轴4的进入开口34轴向地穿过转子轴4的空腔5引导至转子轴4的排出开口35。因此，主体积流36基本上承担从电机1的转子3中的散热。(图2、图3)

次体积流37、37’从在转子轴4的外壳中的相应的径向的排出开口14、14’中从转子轴4的空腔5排出。(图2、图3)

次体积流37、37’从径向的排出开口14、14’中的排出速度取决于在转子轴4的空腔5之内的进而主体积流之内的系统压力。然而。通过将相应的流动元件13、13’设置在第二转子轴部段11、11’的相应的区域中也能够在无压力的系统中构成足够的次体积流37、37’。

如果弃用在第二转子轴部段11、11’的相应的区域中的相应的流动元件13、13’，那么在进入开口34上的冷却剂的通流率升高时，次体积流37、37’的量/速度由于在主体积流36和次体积流37、37’的分界点处出现的涡流而明显降低。相反，在冷却剂的通流率小的情况下可观察到相反的效果——次体积流37、37’的量增加，这会明显地降低主体积流36的冷却效率。

通过在相应的流动元件13、13’的外壳中的第二开口16的宽度能够设定相应的次体积流37、37’的份额。第二开口16越大地构成，相应的次体积流37、37’越大——相反，次体积流37、37’越小，第二开口16越小地构成。(图4a至图4c)

此外，能够经由相应的流动元件13、13’的狭窄部位18的直径设定主体积流36/次体积流37、37’的比，其中也确定次体积流37、37’的速度。(图4a至图4c)

尽管转子轴4的进入开口34处的通流率对于主体积流36的量和/或速度以及相应的次体积流37、37’的量和/或速度是决定性的，然而，通过将相应的流动元件13、13’引入转子轴4的空腔5中，在这些流之间的比，即在主体积流36和相应的次体积流37、37’之间的比，对于在转子轴4的进入开口34处的通流率的改变是远远不敏感的。如果现在提高通流率，那么在主体积流36和相应的次体积流的相应的分界点处产生更少的涡流并且相应的次体积流37、37’能够被更精确地改变方向。在转子轴4的进入开口34处的通流率的降低由于在主体积流36和次体积流37、37’之间的分配比例保持不变而不对主体积流36具有不利的影响。

因此，通过将相应的流动元件23、23’设置在相应的第二转子轴部段11、11’的区域中，能够有针对性地影响主体积流36的和次体积流37、37’的冷却剂速度。

电机1还具有两个附连元件19、19’。(图1至图3以及图5至图8)

附连元件19在转子轴4的第一端部段6的区域中固定地设置在转子轴4上。另外的附连元件19’在转子轴4的第二端部段7的区域中固定地设置在转子轴4上。(图2、图3、图5、图7和图8)

附连元件19、19’分别构成为，使得从转子轴4的空腔5中经由相应的径向的排出开口14、14’排出的冷却剂、在转子轴4的相应的端部段6、7上排出的冷却剂能够被引导经过相应的转子端侧29、29’和相应的定子端侧25、25’。

相应的附连元件19、19’基本上圆形地构成，具有中央的第三开口17。(图5、图6)

附连元件19、19’分别经由中央的第三开口17固定在转子轴4上。

相应的附连元件19、19’具有阶梯状的横截面。此外，从相应的附连元件19、19’的中央的第三开口17起始构成径向延伸的轨道22。轨道22与相应的附连元件19、19’的环周相关地均匀间隔开地构成。通过阶梯状地构成相应的附连元件19、19’，在相应的径向的排出开口14、14’的区域中构成冷却剂收集部段24。从转子轴4的空腔5经由相应的径向的排出开口14、14’排出的冷却剂在相应的附连元件19、19’的相应的冷却剂收集部段24中被收集，并且由于离心力经由相应的轨道14被引导经过相应的转子端侧29、29’和相应的定子端侧25、25’，所述离心力在电机1的运行中从转子轴4的旋转中得出。这样，一方面有效地冷却在转子3的两个转子端侧29、29’上的两个短路环33、33’以及在定子2的两个定子端侧25、25’上的定子绕组27的绕组头28。因此，通过两个附连元件19、19’能够实现经由相应的转子端侧29、29’和相应的定子端侧25、25’的有针对性的冷却剂流。(图1至图3以及图5至图8)

通过将冷却剂引导穿过构成为空心轴的转子轴4还尤其冷却转子3的转子芯30。

在电机1的在图1至图3以及图5中示出的第一实施变型方案中，附连元件19、19’分别作为单独的构件固定在转子轴4上。

在电机1的在图7和图8中示出的第二实施变型方案中，附连元件19、19’分别与电机1的相应的短路环33、33’一件式地构成。在此，冷却剂经由在转子轴4的外壳中的相应的径向的排出开口14、14’排出，并且在冷却剂收集部段24中收集，所述冷却剂收集部段在此构成为空腔，以通过相应的短路环33、33’和转子芯30形成的方式构成，并且通过在相应的短路环33、33’中的孔38朝向相应的定子端侧25、25’继续输送，在那冷却剂能够自由地分布在定子2的所有绕组头28上，进而引起在相应的定子端侧25、25’上的绕组头28上的改善的散热。(图7、图8)

附图标记列表

1电机

2定子

3转子

4转子轴

5空腔

6第一端部段

7第二端部段

8，8’第一凸肩

9，9’第二凸肩

10，10’第一转子轴部段

11，11’第二转子轴部段

12第三转子轴部段

13，13’流动元件

14，14’径向的排出开口

15第一开口

16第二开口

17第三开口

18狭窄部位

19附连元件

22轨道

23纵轴线

24冷却剂接收部段

25，25’定子端侧

26定子芯

27定子绕组

28绕组头

29，29’转子端侧

30转子芯

31转子笼

32导条

33，33’短路环

34进入开口

35排出开口

36主体积流

37，37’次体积流

38孔