CN103650294A - 具有转子内部通风装置的电机 - Google Patents

Abstract

发动机效率应该通过降低转子温度来提高。因此提出一种电机，具有：定子（1）；转子（2），该转子与该定子（1）磁性地共同作用；壳体（4，5，6），该壳体包围该定子（1）和该转子（2）；以及空心轴（3），在空心轴上布置转子（2）并且空心轴安置在壳体（4，5，6）处。在通风侧（B）处径向通风机（10）抗扭地布置在空心轴（3）上。径向通风机（10）的通风机叶片（11）的部段（13）轴向地比所述空心轴（3）更远地远离所述壳体延伸。在空心轴（3）中布置具有径向延伸的圆盘（175）的引导件（17），其中，圆盘（175）轴向地比在通风侧（B）处的空心轴（3）的端侧（9）更远地远离壳体（4，5，6）布置。由此内部的冷却介质流（18）能由径向通风机（10）的通风机叶片（11）的部段（13）从空心轴（3）经过在通风侧处的空心轴的端侧（9）和圆盘（175）之间的通道径向向外输送。

Description

具有转子内部通风装置的电机

技术领域

本发明涉及一种电机，具有定子、与该定子磁性地共同作用的转子、围绕该定子和转子的壳体，和空心轴，在该空心轴上布置该转子并且该空心轴安置在壳体上。

背景技术

电机的、由于损耗而发热的定子相对容易地经过风冷或水冷来直接冷却。如果电动机壳体是敞开的，那么电机的转子仅仅直接冷却。但是敞开的电动机壳体的这种要求与电机的特别的保护类型的相悖。特别是对于具有爆炸保护的电机而言需要的是，壳体是封闭的。在这种情况下利用迄今已知的技术不能实现转子的直接冷却。

由于损耗在转子中产生的热能也可以间接地经过借助空气传输到电动机壳体上排出。然而这种间接的冷却原理不像直接的冷却系统那样有效。此外，定子由于转子损耗而加热。此外电机的这种加热的结果是，减少润滑油使用寿命以及进而减少轴承寿命。

迄今高效的冷却例如在贯穿通风的电动机中实现。由于敞开的壳体在此仅仅遵守保护类型IP23。在封闭的壳体中有效的冷却例如通过在转子中所谓的“温差环流系统”来实现。这有效将热量向外引导，而无需壳体的开口。

此外，出版物US 4，574，210A描述了具有外转子和相应的冷却系统的电动机。内转子具有空心轴，冷却介质可以通过该空心轴流入。此外，冷却介质来回围绕外转子流动。具有凸缘状的圆盘的细管安置在定子的空心轴中。冷却空气之后通过细管流入空心轴并且在细管和空心轴的内壁之间返回流向外侧。在那里冷却介质由主冷却介质流一起带走（mitgerissen），该主冷却介质流在该圆盘处经过流向外转子。

类似的电机在文献US 3，445，696 A中描述。其中冷却介质流入转子的空心轴中，返回空心轴的内部中并且由喷射喷嘴径向向外吸入至冷却外转子的冷却介质流中。

发明内容

本发明的内容由此在于，能够更有效地冷却电机的转子。

根据本发明该目的通过这样的电机来实现，电机具有

-定子

-转子，该转子与该定子磁性地共同作用，

-壳体，该壳体包围该定子和该转子，以及

-空心轴，在该空心轴上布置该转子并且该空心轴安置在壳体处，其中

-在通风侧处径向通风机抗扭地布置在空心轴上，

-径向通风机的通风机叶片的部段轴向地比空心轴更远地远离壳体延伸，以及

-在空心轴中布置具有径向延伸的圆盘的引导件，其中

-圆盘轴向地比在通风侧处的空心轴的端侧更远地远离壳体布置，使得

-内部的冷却介质流能由径向通风机的通风机叶片的部段从空心轴经过在通风侧处的空心轴的端侧和圆盘之间的通道径向向外输送。

以有利的方式，即径向通风机布置在通风侧上，该径向通风机轴向地越过空心轴延伸。由此圆盘提供在其和轴端之间的空隙，经过该空隙从空心轴流出的冷却介质流径向向外输送至径向通风机中。由此通常径向通风机的不使用的区域用于为转子输送内部的冷却介质流。

在一个设计方案中，空心轴在驱动侧处封闭，并且冷却介质可以在冷却侧端侧地进入空心轴中。在此空心轴应该穿过整个转子，并且引导件的细管位于空心轴中，贯穿经过该细管冷却介质由通风侧经过转子且在细管的外壁和空心轴的内壁之间返回输送至通风侧。这具有以下优点，即在驱动侧不必设置用于供给冷却介质的空间。确切地说冷却介质流入完全由通风侧实现。此外，也当冷却介质在冷却侧处流入空心轴中时以及冷却介质在冷却侧处也再次流出时，定子完全由冷却介质穿流。

在细管的外壁和空心轴的内壁之间可以设计多个轴向延伸的冷却通道。由此优化了冷却介质在空心轴的内圆周上的分布。

此外，径向通风机设计用于，将用于冷却壳体的轴向抵达外部的冷却介质流径向向外输送。在此径向通风机也用于输送两个冷却介质流，即内侧的冷却介质流和外侧的冷却介质流。

此外，引导件可以具有径向指向空心轴的通风机叶片。这确保了，内部的冷却介质流更强地径向向外输送。

特别有利的是，如果引导件是与空心轴分离的部分并且从通风机侧出发插入该空心轴中。由此存在模块化的引导件，其在需要时可以装入或者是改装。

此外有益的是，如果引导件由塑料制造。这种复杂结构的塑料部件可以容易地作为喷射注塑部件来制造为并且具有很小的重量，使得由此电机的惯性几乎不受影响。

同样有利的是，如果空心轴在电机的驱动侧上的部段处设计为非空心的。这意味着，空心轴在驱动处上具有由实心材料（Vollmaterial）制成的轴颈，该轴颈是足够稳定的，以便例如在其上固定变速器。

壳体可以封闭包围定子和转子。然而电机的轴的冷却确保了足够的转子冷却，不必对电机进行贯穿通风。

在一个特殊的设计方案中，壳体构成了围绕定子和转子的爆炸保护。由此尽管有效的冷却转子，也可以为电机配属有较高的保护类型。

附图说明

现在结合附图详尽地阐述本发明，附图示出：

图1是根据本发明的电动机的纵向截面图；

图2是引导件的视图；

图3是图2的引导件的纵向截面图，以及

图4是图2的引导件的正面视图。

具体实施方式

以下详尽描述的实施例是本发明的优选的实施方式。

图1的实例涉及一种具有定子1和转子2的电动机或发电机。转子2能旋转地安置在空心轴3上的定子1的内部。

定子1和转子2在这个实例中安装在闭合的壳体4中。壳体4在驱动侧A上具有驱动侧的轴承端盖5以及在通风侧B上具有通风侧的轴承端盖6。在轴承端盖5和6中安置空心轴4。壳体4密封包括定子1和转子2的电动机的内部空间，以使得例如确保爆炸保护。

空心轴3在此穿伸经过整个壳体4，即其从驱动侧的轴承端盖5中伸出同样地也从通风侧的轴承端盖6中伸出。此外，空心轴3具有盲孔7，该盲孔在通风侧B上，即在轴镜面（Wellenspiegel）9（空心轴的端面）是敞开的。盲孔7穿过通风侧的轴承端盖6和整个转子2。空心轴3被封闭在驱动侧的轴镜面8处，即在驱动侧A处在空心轴3的端侧处。总体上轴颈3'从在驱动侧A上的轴承端盖5中伸出，轴颈3'是空心轴3的部分。轴颈3'由实心材料制成并且由此具有相对于空心轴3的剩余部分的提高的稳定性。特别是其由此适用于驱动的变速器或类似物。

在轴端3''上存在径向通风机10，该轴端是空心轴3的部分并且从通风侧的轴承端盖6中伸出。径向通风机相对于空心轴3具有径向向外伸出的通风机叶片11。通风机叶片紧固在叶毂（Nabe）12上，该叶毂安装在轴端3''上。

为了减少电机的惯性，将轴端3''缩短地实施。这意味着，其不是伸至径向通风机10的轴向的最外侧的端部。确切地说轴端3''明显地在通风机10的最外侧的轴向的端部之前停止，使得每个叶轮11的部段13越过空心轴3或轴端3''轴向地伸出。这样地构造的径向通风机是普遍的并且用于径向向外输送主冷却介质流14。这个主冷却介质流14首先到达通风机护罩15，其包围径向通风机10并且固定在壳体4上。在端侧处通风机护罩15具有穿孔16，主冷却介质流14可以经过该穿孔涌向径向通风机10。经过径向通风机10主冷却介质流14得到径向的分量，使得其径向向外引导向通风机护罩15的罩面或引导向壳体4的罩面。

在盲孔7中插入引导件17。该引导件17确保内侧的、在通风侧B上引导入空心轴3的冷却介质流18贯穿引导经过转子2并且返回在通风侧B处径向向外引导至通风机叶片11。

为了减少电机的惯性可以由轻的塑料制成的引导件17在图2中示出。该引导件17用于将内侧的冷却介质流18引至盲孔7的内侧并且在流出时从空心轴3流出。在图3中示出引导件17的纵向截面以及在图4中示出引导件的端侧视图中。

引导件17具有杆部171和圆盘部段172。杆部171在此具有完全贯通的细管173。在细管173处模制径向向外星形的肋片174（对比图3和图4）。在本实例中存在三个这样在轴向方向延伸的肋片174。如果引导件17插入空心轴3的盲孔7中，则通过这些星形的肋片174构成在盲孔7的内壁和细管173的外壁之间的冷却介质通道，其分别通过肋片174分开。在本实例中也得到三个这样的冷却通道，在冷却通道中内部的冷却介质流18从盲孔7的底板返回流至通风侧B。

在杆部171的一个端部处模制圆盘部段172。其具有圆盘175，该圆盘基本上径向向外延伸。圆盘175在其中心具有贯通开口176，细管173汇入其中。圆盘175的边缘大约径向向后指向杆部171。由此该杆部跟随通风机叶片11（比较图1）的外边缘的变化走向。

特别是圆盘175平齐地连接通风机叶片的伸出的部段13的外侧上。

圆盘部段172直接在圆盘175处具有径向突出的通风机叶片177。这些通风机叶片相应于每个通风机叶片的部段13在最外面的径向边缘处在轴向方向上延伸。由此这些通风机叶片177在轴镜面9处或在叶毂12的端侧处突起并且同时圆盘175平齐地与通风机叶片11的外轮廓连接。

引导件17也是附加的构件，其可以模块化地应用。在此其用作为附加的转子通风机并且装入转子孔中。但是原则上引导件17也可以设计为没有通风机叶片177。

引导件具有如下的功能：

a）冷却介质或新鲜空气从外部在通风侧B处抽吸至细管173中。

b）在细管173中冷却介质或空气引导经过转子2。

c）在盲孔7的底部的附近，冷却介质（内部的冷却介质流18）从细管173的端部流出。在盲孔7的底部处，内部的冷却介质流18轴向地转向，使得其再次返回流至通风侧B。

d）内部的冷却介质流18的轴向的导回在一个或多个通道中进行，这些通道在周向上通过引导件17的肋片174分开。导回也在管173的外部进行，使得内部的冷却介质流18可以通过内部的轴表面接收旋转轴3的热量（即电动机的损耗热量，主要是转子的热量）。

e）最后引导件17具有如下的功能，冷却介质在径向通风机10的范围中排放。在此转子冷却装置的内部的冷却介质流18渗入径向通风机10的最外部的主冷却介质流14中。

转子通风机（在此径向通风机10）的功能通过在流出区域中主通风机10的冷却介质流来促进。根据喷射器原理（文氏管），也就是说在引导件17和部段13中的通风机叶片11之间的过渡区域中产生对内部冷却介质流18的促进。用于转子的冷却介质流在此从通风侧B吸入并且也在转子中加热之后通过通风侧导出。

在前面的实例中实现对冷却介质在通风侧B处的抽吸和导出。在一个可替换的实施方式中，冷却介质也流入经过至驱动侧的轴镜面8。在这种情况下不需要在轴的内部的冷却介质流的轴向的转向。那么引导件17不必具有细管173。可选地当然也可以具有星形突出的肋片174，其在轴的内部限定轴向的流动通道。那么引导件17的主要目的是，用于将在轴向方向上内部的冷却介质流转向通风机叶片11的轴向突出的部段13。

前面所述的实例涉及开放的冷却系统。但是根据本发明的冷却原理也可以用于在封闭系统中的转子冷却装置。

通常的技术是，将轴3在通风机座的区域中后移，以便节省轴钢材料。这个空间现在根据本发明用于转子内部通风机的通风机叶片177。由此实现了具有转子内部通风装置的电机的模块化的应用或加装，因为全部构件在尺寸上保持不受影响。在轴中仅设有一个孔或盲孔。通过在轴中的尺寸仅仅以非常小的程度影响转子动力特性以及自身弯曲频率。

因为电动机的或电机的内部空间不是开启的，保护类型保持不受附加的转子冷却装置的影响。由此通风原则也可以用于防爆炸的电动机。

此外有利的是，如前面已经说明的那样，通过加装附加的转子冷却装置未使结构体积和扩建体积变化。在此，仅仅在轴中制造或加装一个孔并且转子内部通风机（引导件17）推入至轴中。优选地例如通过卡扣连接实现引导件17的轴向的固定。该固定应该允许转子内部通风机的拆卸。

以有利的方式可以通过根据本发明的通风装置方案通过降低定子和转子温度来提高发动机效率。此外，由此提高了线圈寿命，但是也提高了轴承使用寿命和润滑油使用寿命。

Claims (10)

1.一种电机，具有：

-定子（1）

-转子（2），所述转子与所述定子（1）磁性地共同作用，

-壳体（4，5，6），所述壳体包围所述定子（1）和所述转子（2），以及

-空心轴（3），在所述空心轴上布置所述转子（2）并且所述空心轴安置在所述壳体（4，5，6）处，其特征在于，

-在通风侧（B）处径向通风机（10）抗扭地布置在所述空心轴（3）上，

-所述径向通风机的通风机叶片的部段（13）轴向地比所述空心轴更远地远离所述壳体延伸，以及

-在所述空心轴（3）中布置具有径向延伸的圆盘（175）的引导件（17），其中

-所述圆盘（175）轴向地比在所述通风侧（B）处的所述空心轴（3）的端侧（9）更远地远离所述壳体（4，5，6）布置，使得

-内部的冷却介质流（18）能由所述径向通风机（10）的所述通风机叶片（11）的所述部段（13）从所述空心轴（3）经过在所述通风侧处的所述空心轴的所述端侧（9）和所述圆盘（175）之间的通道径向向外输送。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述空心轴（3）在驱动侧（A）处闭合，并且冷却介质能够在所述通风侧（B）处端侧地进入到所述空心轴（3）中，并且其中所述空心轴穿过整个所述转子，并且所述引导件具有细管（173），穿过所述细管，所述冷却介质能够从所述通风侧经过所述转子（2）且在所述细管（173）的所述外壁和所述空心轴（3）的所述内壁之间返回输送至所述通风侧（B）。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，在所述细管（173）的所述外壁和所述空心轴（3）的所述内壁之间构造多个轴向延伸的通道。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述径向通风机（10）设计用于，将用于冷却所述壳体（4，5，6）的轴向抵达的外部的冷却介质流（14）径向向外输送。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述引导件（17）具有径向指向所述空心轴的通风机叶片（177）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述引导件（17）是与所述空心轴（3）分离的部分并且从所述通风侧（B）插入所述空心轴中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述引导件（17）由塑料制造。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述空心轴（3）在所述电机的所述驱动侧（A）上的部段（3'）中构造为非空心的。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述壳体（4，5，6）封闭包围所述定子（1）和所述转子（2）。

10.根据权利要求9所述的电机，其中，所述壳体（4，5，6）形成围绕所述定子（1）和所述转子（2）的爆炸防护。

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