用于冷却叠片组的方法、叠片组、转子、定子和电机

摘要

本发明涉及一种叠片组、转子、定子以及电机和用于冷却叠片组的方法。叠片组由叠片或叠片区段组成。叠片或叠片区段具有留空部，其中，留空部在叠片或叠片区段连接成为叠片组之后形成用于冷却介质的通道。通道的特征在于，在叠片组的轭区域中由留空部形成入流通道和回流通道，另外的通道平行于入流和回流通道地延伸，并且另外的通道定位在叠片组的齿区域中。通过本发明能够直接冷却叠片组的内部区域，并且以相同的叠片(区段)彼此旋转地错开地紧固的方式，通过由各个相同的叠片(区段)构成的结构能够显著地改进制造。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于冷却叠片组的方法和叠片组。此外，本发明还涉及转子、定子和电机。

背景技术

电机大多具有用于容纳线圈的叠片组，其中线圈在载流的状态中生成磁场。为了避免磁的涡流场，在此线圈大多与叠片组相对应。

该叠片组由于电的损耗和磁的涡流场而被加热，并且因此必须在长时间的运行时进行冷却。为了冷却叠片组，叠片组设置有冷却通道，其中，冷却介质流过冷却通道。通过冷却通道吸收产生的热量。缺点在于，叠片组的加热特别在线圈定位的区域中出现。然而通常，该区域没有嵌入冷却通道。这些区域也被称为叠片组的齿区域。

DE 10 2011 056 007 A1描述了改善的叠片组，其由多个子叠片组组成，其中子叠片组间隔开地限定。子叠片组各自单独地由冷却介质流过。这种结构的设计方案在仅较少增加重量的情况下改善了电机的冷却功率。

发明内容

本发明的目的在于，进一步改善特别是电机的叠片组的冷却。

该目的通过本发明的叠片组实现。本发明提出一种叠片组、特别是电机的转子的或定子的叠片组，该叠片组具有多个叠片，其中，叠片具有用于传输冷却介质穿过叠片组的留空部，其中，留空部是入流通道部段、回流通道部段、齿入流通道部段、齿中间通道部段和齿回流通道部段，其中，叠片以如下的方式连接成为叠片组，即至少一个入流通道部段分别形成入流通道，至少一个回流通道部段分别形成回流通道，其中，留空部彼此如下地进行叠加，即至少一个齿入流通道部段分别形成齿入流通道，至少一个齿回流通道部段分别形成齿回流通道，至少一个齿中间通道部段分别形成齿中间通道，其中，至少一个入流通道接入到至少一个齿入流通道中，其中，至少一个齿入流通道分别接入到齿中间通道和/或齿回流通道中，其中，齿中间通道和/或齿入流通道接入到齿回流通道中，其中，齿回流通道接入到回流通道中。

该目的还通过本发明的用于冷却叠片组的方法实现。本发明提出一种用于冷却叠片组、特别是电机的叠片组的方法，其中，冷却介质流过本发明的叠片组，其中，冷却介质从入流通道经由至少一个齿入流通道流入相应的齿中间通道，并且进一步经由相应的齿回流通道流入回流通道。

该目的还通过具有这样的叠片组的转子或定子以及通过具有这样的叠片组的电机实现。

叠片组由叠片和/或叠片区段连接组成，其中，上述叠片组具有多个相同的叠片或叠片区段。以下叠片具有叠片组的板形。叠片区段具有叠片组的板形的部分的形状。叠片区段能够根据叠片组的大小而特别地具有四分之一圆环或者半圆环的形状，其中，由叠片区段构成的叠片组的板形相应地具有圆环的形状。叠片区段彼此相邻布置地覆盖叠片组的轮廓或叠片的轮廓。

在下面叠片区段同样被称为叠片，虽然其仅部分地形成轮廓。叠片分割为叠片区段有利地简化了叠片组的制造。

优选地，叠片或者叠片区段局部地在切线方向彼此错开地布置。叠片大多具有毫米范围的厚度。为了使在此描述的留空部能够形成具有足够规模的通道，多个叠片分别彼此叠加地定位，以使得其留空部彼此叠加。彼此相同地覆盖的叠片或叠片区段在此被称为总体(Ensemble)。由多个彼此叠加的叠片(和/或叠片区段)组成的总体随后在切线方向彼此错开地连接成为叠片组。

叠片组和叠片或者叠片区段具有齿，其中，磁的构件、特别是线圈和永磁体布置在齿的中间区间中。叠片组的或叠片的区域通常被称为齿区域。在齿区域中包围磁的构件。叠片组还具有实心的区域，其有时也被称为轭区域(Jochbereich)。该轭区域通常位于叠片组的外部的径向区域中。轭区域径向地从外面界定在齿区域处。

在此描述的发明的范畴中，入流通道用于将冷却介质供应和分配到齿入流通道处。入流通道有利地在叠片组的轭区域中延伸。

齿入流通道用于将冷却介质从入流通道运输到齿中间通道中。齿中间通道布置在叠片组的齿区域中。优选地，齿中间通道位于线圈之间，在该处冷却介质吸收由线圈发出的热量。

齿回流通道用于将加热的冷却介质从齿中间通道中转移到回流通道中。回流通道用于接收加热的冷却介质以及用于将冷却介质从叠片组中传输出来。

有利地，入流通道和回流通道位于叠片组的外部的径向的区域中。有利地，齿中间通道、齿入流通道以及齿回流通道用于冷却该齿。为了冷却齿，齿入流通道、齿回流通道和齿中间通道至少局部地布置在齿中。通过将齿中间通道、齿入流通道和齿回流通道布置在叠片组的齿区域中，用于通过叠片组的剩余的热量的路径很短。通过用于热量的短的路径提供了叠片组的快速和有效率的冷却。

冷却通道通过叠片的留空部的彼此叠加的定位而形成。留空部根据位置和形状形成不同的通道，入流通道部段在彼此叠加地定位时形成入流通道，齿中间通道部段在彼此叠加地定位时形成齿中间通道。相应地，另外的相应的冷却通道在叠片组中通过相应的对此设置的部段形成。

在厚的叠片或叠片区段(厚度大于5mm)中，这种部段中的一个也能够形成齿入流通道、齿中间通道或齿回流通道。各个叠片因此在本发明的范畴中对应所谓的总体。

本发明的一个方面在于各个叠片或叠片区段的相同的形状，从而使其仅在其取向或者切线方向的位置上彼此错开地布置，以便在叠片组的内部中构造上述通道。

在将齿中间通道、齿入流通道和齿回流通道均匀地分布在齿处时提供了叠片组的高稳定性。特别有利地，叠片组的冷却是特别均匀的，从而使叠片组之中的机械应力最小化。

齿入流通道、齿回流通道和齿中间通道插入到齿中越多，叠片组的齿的冷却就越好。因此有利地，齿中间通道定位在齿的端部附近。

在叠片组的一个有利的设计方案中，入流通道和回流通道轴向地穿过叠片组地布置，以及齿中间通道可选地轴向地穿过叠片组地布置。

入流通道和回流通道布置在叠片组的外部的边缘区域中。入流通道有利地在轴向方向上延伸通过叠片组。有利地，通过入流通道和回流通道的轴向的布置，在入流/回流通道之中几乎不出现不平处。有利地，掺杂物因此仅特别困难地沉积在冷却通道的内表面处。

有利地，齿中间通道也在轴向方向上延伸通过叠片组。因为齿同样在轴向方向上延伸，所以其匹配齿中间通道。

通过入流通道、回流通道和可选的齿中间通道的轴向的延伸，仅由叠片中的留空部最小化地影响叠片组的稳定性。

在叠片组的另一个有利的设计方案中，齿入流通道和齿回流通道至少部分地在径向方向上布置。

齿入流通道和齿回流通道有利地从相应的入流通道或回流通道一直延伸到齿区域中。有利地，通过齿入流通道和齿回流通道的径向的延伸，仅少量地影响叠片组的稳定性。

通过上述通道的径向的布置，冷却介质快速地从叠片组的轭区域到达叠片组的齿区域并且再次返回。因此能够实现叠片组的特别好的冷却。

在叠片组的另一个有利的设计方案中，入流通道和/或回流通道平行地布置。

为了改善两个通道的连接，入流通道和回流通道平行并且分别相邻地布置。在此，该布置实现为，使得入流通道和回流通道分别彼此相邻地布置。因此，能够以特别简单的方式和方法在叠片组外部实现入流通道和回流通道的连接。有利地，在各个回流通道和/或入流通道之间的间距是一致的。通过该措施能够实现的是，对于用来构造整个叠片组的所有的叠片而言仅应用一种形状。

在叠片组的另一个有利的设计方案中，叠片组具有齿区域，其中，齿入流通道和齿回流通道至少局部地定位在齿区域中，以及齿中间通道可选地至少局部地定位在齿区域中。

通常，叠片组由于载流的线圈中的损耗而加热。齿区域将在该处产生的热能发送到叠片组的轭区域，然而热流由于叠片组的有限的导热能力而很小。因此，叠片组的齿区域的适当的冷却有助于提高电机的工作能力。出于该目的，齿中间通道在线圈之间、即完全在齿之间布置。齿入流通道和齿回流通道同样用于冷却叠片组的齿区域，因为其至少延伸至齿区域中的一部分。

在叠片组的另一个有利的设计方案中，叠片组具有轭区域，其中，入流通道和回流通道定位在轭区域中。

叠片组的轭区域通常定位在叠片组的外部的区域处。叠片组的轭区域大多设计为实心的并且因此提高叠片组的强度。通过叠片组的实心的构造方式，仅由叠片的留空部或由于多个入流通道或回流通道本身来最小化地影响叠片组的强度。此外，入流通道/回流通道的输入端或输出端位于叠片组的端侧处。

在叠片组的另一个有利的设计方案中，叠片的厚度如下地进行选择，即使得齿入流通道包括齿入流通道部段，齿回流通道具有齿回流通道部段，并且齿中间通道可选地包括齿中间通道部段。

在选择叠片厚度为几毫米、优选5mm至10mm或在10mm至30mm的大的叠片组的情况中，齿入流通道部段、齿回流通道部段和/或齿中间通道部段对于冷却介质的通流来说已经是足够的。

另外有利地，叠片的提高的厚度有助于叠片组的简化的安装，并且有助于有效地避免叠片组中的不密封的位置。叠片的厚度能够由多个如在上述的总体中那样的薄的叠片组合在一起，叠片固定地彼此紧固、特别是硬化。

在叠片组的另一个有利的设计方案中，叠片具有不同的厚度。

能够实现的是将提高的厚度(几毫米的厚度)使用在叠片组的边缘区域中。提高的厚度的叠片在齿入流通道、齿回流通道和/或齿中间通道延伸的地方添加。通过通道的壁由一个叠片组成或仅由少量的叠片组成的设计方案有效地防止了不密封的位置。

另外有利地，在叠片组的区域中采用更厚的叠片，在该区域中当采用叠片组时仅出现微弱的磁场。因此在同时的少干扰的运行中保障了叠片组的简化的制造。

在叠片组的另一个有利的设计方案中，入流通道中的至少一个和/或回流通道中的至少一个至少局部地定位在叠片组的外侧处。

有利地，至少局部地在叠片组的外边缘处延伸的入流通道和/或回流通道通过叠片组的外罩面处的凹进部来实施。

通过这些凹进部能够为入流通道供应冷却介质。通过回流通道处的凹进部能够再次从叠片组中去除冷却介质。冷却介质能够在叠片组的罩面处输送和/或排放。特别有利地，该设计方案在于，叠片组的端侧区域已经通过线圈头在其通路中被限制。因此有利地，在端侧处能够通过冷却介质的流入和/或流出来补充叠片组。

入流通道和/或出流通道也能够完全通过叠片组的罩面中的凹进部来设计。入流通道和/或回流通道由套管、特别是至少部分地覆盖叠片组的电机的壳体包围。冷却介质能够随后通过壳体中的开口流入和/或流回。

在将叠片组安装到壳体中之后，遮蔽了由罩面暴露的凹进部。通过凹进部能够将冷却介质导入和/或再次导出叠片组的冷却通道。

有利地，通过该设计方案产生了到各个入流通道和各个回流通道的简化的通路。特别有利地，能够实现经过叠片组的罩面的总的宽度的通路。由此能够实现叠片组的特别均匀的冷却。

在叠片组的另一个有利的设计方案中，叠片组在入流通道的、回流通道的、齿入流通道的、齿回流通道的和/或齿中间通道的内侧处具有涂层。

虽然各个叠片或各个叠片区段固定地在叠片组中连接，但是冷却介质在可能的情况下能够进入叠片或叠片区段之间的中间区间。特别在应用水溶的冷却介质时，冷却介质能够导致电机中的短路。为了预防该危险，能在入流通道的、回流通道的、齿中间通道的、齿入流通道的和/或齿回流通道的外侧处安装涂层。涂层能够是塑料或树脂，其涂敷在上述通道的外表面上。

电机在运行期间大多进行冷却。在此，热量的一部分在电机的叠片组中生成。因此必须冷却叠片组以用于获得电机的工作能力。

作为冷却介质使用的是空气或水溶解物如乙二醇水混合物以及流动的碳水化合物、例如石油。

在冷却介质通过在此所述的叠片组时，冷却介质有利地在叠片组的齿区域中吸收产生的热量。在此有利地，冷却介质局部地平行于线圈地运动。

因为在纵向平行的延伸中冷却介质持续吸收热能，所以冷却介质的局部进行的通过多个齿中间通道的交换改善了冷却功率。

因此有利地，冷却介质平行地运动通过齿中间通道并通过齿回流通道并通过回流通道。由此，多个在轴向取向的齿中间通道、特别是经由每个齿能够显著改善冷却功率。

冷却介质能够平行地延伸通过多个入流通道和/或从多个回流通道中出来。然而，冷却介质也能够仅导入一个入流通道，通过回流通道从叠片组导出，并且再次导入至少一个输入通道。根据预计的发热能够有利地组合通道的并联和串联。

通过在此提出的用于冷却叠片组的方法能够提高具有根据本发明的叠片组的电机的功率密度。因此，能够在相同功率时采用具有较小规模的电机。

在本方法的一个有利的设计方案中，冷却介质从相应的一个入流通道流入多个齿入流通道并且从多个齿回流通道流入相应的一个回流通道。

如果冷却介质从入流通道(经由齿入流通道)流入多个齿中间通道，那么就有利地实现了齿区域的各个区域经由在轴向方向上布置的齿中间通道的改善的冷却。

在叠片组的另一个有利的设计方案中，经由多个齿中间通道提供叠片组的齿。齿中间通道分别与齿入流通道和齿回流通道连接。齿入流通道能够在一条线上彼此相邻地布置。此外，齿中间通道能够在径向不同的位置上延伸通过叠片组的齿。

此外，本方法的一个有利的设计方案实施为，使得冷却介质借助于传感器和(压力)阀加强地流入到产生最多热量的区域。

有利地，在齿区域中的齿中间通道、齿入流通道和齿回流通道能够匹配齿的形状。这样的匹配有利地实现的是，相应的留空部的内侧的间距具有到叠片的外侧的恒定的间距。

另外有利地，留空部定位在叠片或叠片区段处，以使得留空部的内侧和/或叠片、叠片区段或叠片组的外侧之间的间距是恒定的。由此能够实现叠片组的最大的稳定性。

本发明的应用范围是用于电机、变压器、电磁体或滤波器的叠片组。

附图说明

接下来根据附图详细描述本发明。附图示出的特征能够由专业人员重新组合，而不脱离本发明的范畴。

在此示出：

图1示出通道的示意性的方案，

图2示出叠片区段，

图3示出叠片组的一部分，

图4示出叠片组，

图5示出具有外部放置的入流通道部段的叠片区段，以及

图6示出具有局部地外部放置的入流通道部段的叠片区段。

具体实施方式

图1示出了通道3，5，11，12，13的示意性的连接构造。通道3，5，11，12，13是入流通道3和回流通道5。入流通道具有分支，从其分出齿入流通道11。齿入流通道11在一方面与入流通道3连接。在齿入流通道11的另一方面连接齿中间通道13。齿中间通道13用作为在齿入流通道11和齿回流通道12之间的连接。齿回流通道12在一方面连接齿中间通道13，并且在另一方面连接回流通道5。

图1中的左上部示出了叠片组100、特别是其设计方案。

冷却介质K从入流通道3在齿入流通道11的分支上分配到入流通道3和齿入流通道11中。流过齿入流通道11的冷却介质K经过齿中间通道13并且最后经过齿回流通道12。冷却介质K从齿回流通道12再次流入回流通道5。在回流通道5中，冷却介质K由回流通道5与齿回流通道12汇合。冷却介质K的有利的流动方向通过通道3，5，11，12，13中的箭头示出。

齿入流通道11和齿回流通道12对应于齿区域7，即齿入流通道11和齿回流通道12局部地在叠片组100的齿中延伸。

入流通道3和回流通道5位于轭区域9中、特别地位于叠片组100的外部的轭区域9中。

通道3，5，11，12，13在叠片组100中布置为，使得通道3，5，11，12，13不交叉或接触。另外，在入流通道3和回流通道5的在切线方向间隔开的布置中，齿入流通道11和齿回流通道12在叠片组100的轭区域中实施为近似相同长的。

在该附图中，齿中间通道13仅作为齿入流通道11和齿回流通道12之间的短连接示出。根据叠片组100，齿中间通道13也能够更长。也能够从齿入流通道11中供给更多的齿中间通道13。同样地，能够由齿中间通道13供给更多的齿回流通道12。

图2示出了叠片区段1a。叠片区段1a具有齿区域7，其中，齿区域是叠片区段1a的通过伸长的矩形的部段产生齿的区域。叠片区段1a还在其外侧具有轭区域9，其也被称为外轭。在轭区域9中，叠片区段1a具有入流通道部段3a和回流通道部段5a。入流通道部段3a分别与回流通道部段5a相邻。在轭区域9的外侧附近，叠片区段1a具有多个这样的由入流通道部段3a和回流通道部段5a组成的对。入流通道部段3a中的两个在侧面接入到齿入流通道部段11a中，其中，入流通道部段3a和齿入流通道部段11a在叠片区段1a中形成整体的留空部。

同样地，回流通道部段5a与相应的齿回流通道部段12a在叠片区段1a中形成整体的留空部。在齿回流通道部段12a和齿入流通道部段11a之间布置有齿中间通道部段13a。在齿入流通道部段11a和齿中间通道部段13a之间也在齿中间通道部段13a和齿回流通道部段12a之间分别存在不具有留空部的齿。

在此示出的叠片区段1a具有两个这样的由齿入流通道部段11a和齿回流通道部段12a组成的对。叠片组100在其轮廓中分别具有在此示出的叠片区段1a中的四个。

这意味着，由四个叠片区段1a组成的叠片1具有八个齿中间通道部段13a和八个齿入流通道部段11a及八个齿回流通道部段12a。另外，由所示的叠片区段1a中的四个连接组成的叠片1(作为叠片组100的层)具有60个入流通道部段和60个回流通道部段。

图3示出了叠片组100的一部分。叠片组100由多个叠片区段1a连接组成，其中，叠片区段1a分别旋转错开地彼此定位。在旋转错开地彼此定位各个叠片区段1a时，齿位于齿区域7中，从而使矩形的留空部在完成的叠片组中具有用于磁性元件(例如线圈，未示出)的伸长的间隙。在叠片区段1a的轭区域9中，叠片区段1a彼此叠加为，使得入流通道部段3a和回流通道部段5a分别形成入流通道3和回流通道5。

为了更好的概览，叠片区段非常厚地示出。这样的非常厚的叠片区段能够示出为由多个叠片区段1a组成的总体。该总体根据图3彼此叠加地布置。

在此，叠片区段1a旋转错位地布置为，第一叠片区段1a的齿入流通道11分别接入到位于其上的叠片区段1a的齿中间通道13中。另一方面，第三叠片区段1a布置为，使得第二叠片区段的齿中间通道13形成到第三叠片区段1a的齿回流通道12的连接。

在此，叠片区段1a非常厚地示出。通常，齿中间通道13包括多个齿中间通道部段13a。叠片1或叠片区段1a一般具有大约一毫米的厚度。因此，在此示出的叠片区段1a由多个真实的叠片区段1a组成，其形成总体。叠片区段1a在可能的情况下一致地彼此紧固。彼此紧固的叠片区段1a形成这样的总体。多个总体形成叠片组100或叠片组100的一部分，如图3所示。

叠片组100具有多个叠片组100的、在此示出的部分，其布置为，叠片1或叠片区段1a分别以相同的形式旋转错开地彼此叠加地安装。

图4示出了叠片组100。所示的叠片组100具有多个叠片区段1a或叠片1，如其在图2中所示的那样。在此，叠片1和/或叠片区段1a类似于图3所示的实施方案地那样彼此叠加地结合。叠片1能够通过外部的应力和/或通过粘贴或硬化连接彼此紧固。为了避免在入流通道3、出流通道5、齿入流通道11、齿回流通道12或齿中间通道13中的泄露的危险，有利地在所谓的通道的内侧上涂敷涂层，其覆盖各个叠片1和/或叠片区段1a的间距。通道3，5，11，12，13的内侧的这样的涂层能够通过叠片组的硬化固定地与叠片组100连接。

在此，图4示出的叠片组具有多个各个齿中间通道13，其通过齿入流通道11(或齿回流通道12)与那些布置在叠片组100的外侧附近的入流通道3(或回流通道5)连接。通过在此示出的布置能够实现叠片组100的特别有效和均匀的冷却。

图5示出了具有外部放置的入流通道部段3a的叠片区段1a。在此，入流通道部段3a布置在叠片区段1a的轭区域9的外侧处。也就是说，入流通道部段3a布置在叠片组100的罩面处。入流通道部段3a对应叠片区段1a的入流通道3，其在图2中示出。与图2的叠片区段1a不同，入流通道作为凹进部插入叠片区段1a，从而使得入流通道部段3a的外侧通过在装配之后环绕或至少局部地包围叠片组100或者叠片区段1a的材料、用作为入流通道部段3a的界限。在此示出的叠片区段1a能够局部地安装到叠片组100中，以使得向外开放放置的入流通道能从叠片组的外侧进入。向外开放放置的入流通道3能够由叠片1或叠片区段1a、如其在图2中示出那样环绕，从而在叠片组100的罩面处、在叠片组100中仅存在入流通道部段3a的局部的通路。

同样能够实现的是，叠片区段1a的外侧处的回流通道部段5a通过凹进部实施。特别地，不仅入流通道部段3a还有回流通道部段5a能够布置在叠片区段1a的外侧处。利用这样的叠片区段1a能够提供叠片组100，在其中，不仅入流通道部段3a还有回流通道部段5a能从叠片组100的罩面进入。

图6示出了具有局部地外部放置的入流通道3的叠片组100。向外开放的入流通道部段3a在叠片组100的罩面的中间区域中布置为，使得叠片组100能够从外侧施加冷却介质K。回流通道5分别在叠片组100的轮廓侧处结束并且能够要么经由连接线路彼此连接(未示出)和/或分别是冷却介质K的出口。

同样能够实现的是，在叠片区段1a的外侧处或者至少局部地在叠片组100的罩面处不仅定位入流通道部段3a还有回流通道部段5a。

总而言之，本发明涉及一种叠片组100、转子、定子及电机以及用于冷却叠片组100的方法。叠片组100由叠片1或叠片区段1a组成。叠片1或叠片区段1a具有留空部3a，5a，11a，12a，13a，其中，留空部3a，5a，11a，12a，13a在叠片1或叠片区段1a连接成为叠片组100之后形成用于冷却介质K的通道。通道3，5，11，12，13的特征在于，在叠片组100的轭区域9中由留空部形成入流通道和回流通道5，另外的通道11，12，13平行于入流和回流通道3，5地延伸，并且另外的通道11，12，13定位在叠片组100的齿区域中。通过本发明能够直接冷却叠片组100的内部区域，并且以相同的叠片(区段)1，1a彼此旋转地错开地紧固的方式，通过由各个相同的叠片(区段)1，1a构成的结构能够显著地改进制造。