CN104521116A - 具有集成的冷却通道的主动冷却的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机，其包含带有集成的电机电子设备的电子壳体(1)、定子和转子。定子包含定子衬套(3)和带电机线圈的定子叠片铁芯。定子衬套(3)轴向地设置在电子壳体(1)和转子之间。根据本发明的电机具有与转子抗扭地相连的空气输送元件(14)以及至少一个设置在定子衬套(3)中的轴向延伸的贯穿孔(24)。空气输送元件(14)轴向地设置在定子衬套(3)和转子之间，并且在定子衬套(3)的一侧具有环绕的轴向的进气孔(15)。空气输送元件(14)在电机运行时通过进气孔(15)和电子壳体(1)的外壁上的贯穿孔(24)对轴向的空气体积流(Z)进行抽吸。

Description

具有集成的冷却通道的主动冷却的电机

技术领域

本发明涉及一种电机，其包含带有集成的电机电子设备的电子壳体、定子和转子，其中该定子包含定子衬套和带有电机线圈的定子叠片铁芯，并且其中定子衬套轴向地设置在电子壳体和转子之间。

背景技术

这种电机尤其被用于驱动通风机。具有集成的电子设备(尤其是整流电子设备)的电机的最大功率范围通常由电子设备的最大构件温度(例如电气的功率构件，如末级(Endstufe)的温度)或电机的最大构件温度(例如电机线圈或球轴承的温度)来限定。电机的使用寿命同样取决于电机运行期间所达到的构件温度，其中温度升高会缩短电机的使用寿命。

这些电机尤其固定在稳定的固定壁板或承载结构上。为此，电机的定子通常借助其定子衬套插入固定壁板的安装孔中或承载结构的框架中，并且在定子衬套的边缘区域中与固定壁板或承载结构相拧接。这种固定方式给电机或电子设备的有效散热造成困难，因为固定壁板或承载结构阻碍了电机和电子壳体的在电机的轴向方向上的绕流。此外尤其在径流式通风机中，电机并且尤其是电子壳体通过空气的径向流出，绕流差或根本不进行绕流。在轴流式通风机中，在转子罩的区域中产生了所谓的死水区，它同样对电机的绕流产生不利影响。

发明内容

本发明的目的是，实现一种电机，其冷却效果得以改善，并且在环境温度相同的情况下提高其功率和使用寿命。

在前述类型的电机中，此目的根据本发明通过以下部件得以实现，即与转子抗扭地相连的空气输送元件以及至少一个设置在定子衬套中的轴向延伸的贯穿孔，其中空气输送元件轴向地设置在定子衬套和转子之间并且在定子衬套的一侧具有环绕的轴向的进气孔，并且其中空气输送元件在电机运行时通过进气孔和电子壳体的外壁上的贯穿孔对轴向的空气体积流进行抽吸。该空气输送元件尤其构成为径流式风扇叶轮，在进气孔处的空气被轴向地抽吸，并且在环绕的径向孔处径向地排出。

这种电机能够通过由空气输送元件产生的空气体积流来主动地且有目的地尤其对电子壳体以及设置在它里面的电机电子设备进行冷却。空气体积流借助在定子衬套中的贯穿孔被有目的的引导到电机的尤其需冷却的区域上，并因此可尤其有效地实现冷却。因此，能够提高电机的功率，并且延长其使用寿命。根据电机的实施方式或根据应用和安装情况，尤其当电机安装在装配壁板上时，电子壳体范围内的环境空气的温度比转子区域中的温度更低，这通过抽吸在电子壳体的外圆周处的空气体积流来额外地应用。

在本发明的另一实施方式中，定子衬套的贯穿孔径向地设置在与电子壳体的外壁的待冷却的区域相同的高度上。此外，进气孔尤其径向地设置在与定子衬套的贯穿孔相同的高度上。

这一点是有利的，即贯穿孔、进气孔和电子壳体的待冷却的外壁径向地位于相同的高度上，并且因此空气体积流能够尤其简单且有效地被引导通过电机。因此，还有助于实现电机的尤其紧凑的构造形式。

此外在本发明的一个实施方式中，在空气输送元件和定子衬套之间，一环状的盖板设置在定子上。在此有利的是，空气输送元件在电机运行时通过进气孔并且通过由盖板构成的贯穿孔对轴向的空气体积流进行抽吸，并且在定子散热片之间沿着定子衬套的外壁在定子衬套的外壁的外边缘上对其径向进行抽吸。这一点能够有目的地额外地冷却定子衬套，其方式是：盖板与定子衬套的外壁以及定子散热片一起构成多个冷却通道，空气体积流被引导通过该冷却通道。

在本发明的另一个实施方式中，定子衬套分为定子衬套基体和支承环，其中支承环固定在定子衬套基体的外圆周上并且构成围绕着定子衬套基体的圆周环，并且定子衬套的贯穿孔设置在支承环中。通过这一点，支承环能够安放在常规的定子(其没有贯穿孔)，以便提供为达到冷却效果所需的贯穿孔，并且能够实现从定子至电子壳体的轴向的空气体积流。因此可能的是，提供了一种以常规电机为基础的根据本发明的电机，并且未改变常规的定子，其方式是：支承环和与之相配的空气输送元件安装在常规的电机上。

电子壳体优选在其外壁上具有壳体散热片，其中壳体散热片从电子壳体的端侧轴向地一直延伸至定子衬套的贯穿孔，并且在高度上借助贯穿孔的径向外部边缘封闭，并且该电机尤其具有壳体盖子，其径向地遮盖了壳体散热片的至少一部分。这一点是有利的，即提高了电子壳体的壳体散热片之间的流动速度，并且通过壳体散热片延长了流动路径，因此额外地提高了冷却效果。

附图说明

本发明的其它细节、特征和有利的改进方案从以下描述的且在附图中示出的实施例中以及从从属权利中得出。其中：

图1示出了根据实施例1的根据本发明电机的定子衬套的贯穿孔的区域中的截面图；

图1a示出了根据图1的区域X1的放大视图；

图2示出了一截面图，该截面图并非在根据实施例1的根据本发明电机的定子衬套的贯穿孔的区域中；

图2a示出了根据图2的区域Y1的放大视图；

图3示出了根据实施例2的根据本发明电机的贯穿孔的区域中带有局部截面图的侧视图；

图3a示出了根据图3的区域Z1中的放大视图。

相同的部件在所有附图中都配以相同的参考标记。

具体实施方式

图1/1a、图2/2a示出了根据本发明的电机、尤其是根据本发明的外转子式电机的第一实施方式，图3/3a示出了其另一实施方式。电机包含电子壳体1、定子(其包括定子衬套3和带有电机线圈的定子叠片铁芯4)以及转子5(尤其是外转子)。定子衬套3轴向地设置在电子壳体1和转子5之间。定子衬套3和电子壳体1尤其由金属构成。此外，用来驱动和控制电机的电机电子设备，尤其是带有电气功率构件6(如末级)的整流电子设备位于该电子壳体1中。电子壳体1在其外壁上具有壳体散热片7，用来为电子壳体1内部的电机电子设备进行冷却。定子衬套3在其与转子5相对而置的外壁上具有径向延伸的且朝转子5的方向上轴向伸展的定子散热片8，其将热量导出，这些热量尤其在定子球轴承和电机线圈中产生。

此外，根据本发明的电机包含轴向地设置在定子衬套3和转子5之间的空气输送元件14。空气输送元件14尤其构成为径流式风扇叶轮。空气输送元件14借助中间的贯穿孔16与转子5抗扭地相连。空气输送元件14尤其由塑料构成。在此，空气输送元件14的贯穿孔16在转子侧尤其由转子5遮盖。空气输送元件14在定子衬套3的一侧具有环绕的进气孔15作为空气入口，并且径向地在外圆周上具有环绕的径向孔17作为空气出口。如图3/3a所示，空气输送元件14尤其具有前面的、包含进气孔15的遮盖片，以及具有后面的、设置有圆片和贯穿孔16的固定片，其中在它们之间设置有多个叶片。备选地，如图1/1a和图2/2a所示，还能应用无前面遮盖片的空气输送元件14。空气输送元件14在电机运行时通过进气孔15抽吸空气使之通过空气输送元件14，并且在径向孔17处将其径向地排出。

为了在定子衬套3和空气输送元件14之间进行流体力学优化并进行密封，定子衬套3在空气输送元件14的一侧具有轴向延伸的环形轮缘(Ringkragen)9，其伸到设置在空气输送元件14的贯穿孔16的内圆周上的圆周环状凹口25中。

图1/1a和图2/2a示出了根据本发明的电机的第一实施方式。定子衬套3在径向外部的边缘区域中具有至少一个轴向的贯穿孔24。贯穿孔24在定子衬套3的圆周上且径向地这样设置，即它设置得与电子壳体1的外壁的待冷却区域一样高，并与该区域相对而置。

壳体散热片7在待冷却的区域中设置得优选尤其强，即具有尤其大的外表面，因此多个平行的壳体散热片7从电子壳体1的端侧轴向地一直延伸至定子衬套的贯穿孔24，其中它们在高度上(in der)借助贯穿孔24的径向外部边缘来封闭。壳体散热片7优选由壳体盖子28至少局部地径向遮盖。壳体盖子28尤其与电子壳体或与定子衬套3一体式地构成。

在根据图1/1a的实施方式中，空气输送元件14的进气孔15尤其径向地设置在与定子衬套3的贯穿孔24和定子散热片8相同的高度上，并因此与贯穿孔24和定子散热片8相对。

通过空气输送元件14，对在贯穿孔24的区域中以及在定子衬套3的定子散热片8之间的中间腔的区域中的空气轴向地进行抽吸，并且在圆周上径向地排出。在贯穿孔24的区域中产生了与电机轴线X-X'大致平行延伸的空气体积流Z。该空气体积流Z根据本发明通过集成的冷却通道在根据本发明的电机内进行引导，所述冷却通道至少包含空气输送元件14和定子衬套3中的贯穿孔24。

在图1/1a所示的第一实施方式中，集成的冷却通道通过壳体散热片7、壳体盖子28和电子壳体1的外壁、定子衬套3的贯穿孔24和空气输送元件14构成。在此实施方式中，空气体积流Z首选在电子壳体1的端侧上进行抽吸，并且有目的性地引导通过电子壳体1的外壁的表面并且在壳体散热片7之间进行引导，随后它流经定子衬套3的贯穿孔并且被吸入空气输送元件14的进气孔15中，并且由空气输送元件14径向地排出。空气体积流Z通过在预热的表面和散热片处的溢流被加热，并因此对电子壳体1和定子进行冷却。

图2/2a示出了两个定子散热片8之间的定子衬套3的区域的截面图，在该区域中不存在贯穿孔24。因为空气输送元件14还在定子衬套3的该区域中在其进气孔15处产生了低压，所以空气体积流Z在此区域中在定子衬套3的外边缘上径向地被抽吸，并且在定子衬套3的外壁上以及在定子衬套3的定子散热片8之间径向地流动。因此，实现了对定子衬套3的额外的冷却。为了控制和增强该额外的冷却效果，尤其能够在定子衬套3和空气输送元件14之间在定子上设置环状的盖板32。盖板32固定在定子衬套3上，优选固定在定子散热片8上。盖板32这样构成，即它径向地从贯穿孔24的外边缘一直延伸至定子衬套3的外边缘，因此贯穿孔24径向地位于盖板32的内边缘之下，并且不会被该盖板32遮盖。此外，盖板32、定子衬套3和定子散热片8这样构成，即在定子衬套3的区域(根据图2/2a在此区域中不存在贯穿孔24)中，在盖板32之下在盖板32的内边缘与定子衬套3的外壁之间并且在定子散热片8之间形成多个分布在圆周上的贯穿孔34。备选地，该盖板32也径向构造得更宽并且具有多个贯穿孔34，尤其用来连接贯穿孔24。这些贯穿孔34能够对沿着定子衬套3的外壁以及在定子散热片8之间的流动进行优化。

定子衬套3的外壁、定子散热片8和盖板32与空气输送元件14一起构成第二集成的冷却通道。空气体积流Z从定子衬套3的外壁的外边缘沿着定子衬套3的外壁的表面并且在定子散热片8之间流过由盖板32构成的贯穿孔34，并且从该处进入进气孔15中再经过空气输送元件14流向空气输送元件14的径向孔口16。因此，空气体积流Z通过第二集成的冷却通道在电机运行时经过空气输送元件14在定子衬套3的外壁的外边缘处被径向地抽吸，然后由空气输送元件14轴向地进行抽吸，然后在径向孔口17处被径向地排出。通过在预热的表面和散热片上的溢流，空气体积流Z被加热，并因此尤其对定子和定子衬套3进行冷却。

图3/3a示出了根据本发明的电机的第二实施方式。定子衬套3分为定子衬套基体(Basisstatorbuchse)3a和支承环22。支承环22尤其设置在电子壳体1和定子衬套基体3a之间，并且与定子衬套基体3a(尤其也与电子壳体1)尽可能良好热传导地相连。支承环22固定在定子衬套基体3a的外圆周上，并且构成围绕着定子衬套基体3a的圆周环。支承环22在其外圆周上具有径向延伸的、分散在圆周上的固定附件23，用来将电机固定在未示出的固定壁板上。支承环22包含至少一个轴向延伸的、设置在其环形壁板中的贯穿孔24。备选地，也可多个贯穿孔24分散在支承环22的圆周上。

定子的定子散热片8优选径向地从定子衬套基体3a的外壁的外边缘朝内延伸，并且从定子衬套基体3a的转子侧的外壁轴向地沿空气输送元件14的方向伸展。空气输送元件14的进气孔15以及定子衬套基体3a的定子散热片8这样径向地设置，使得它们位于相同的高度上并且相对而置。

贯穿孔24尤其这样设置，即它径向地设置在定子衬套基体3a的外边缘的上方，并且位于与电子壳体1的外壁的相同的高度上，并且它与电子壳体1的周向壁上的待冷却的区域相对而置。

壳体散热片7在电子壳体1的待冷却的区域中优选构造得尤其强大，因此多个平行的壳体散热片7从电子壳体1的端侧轴向地一直延伸至支承环22的贯穿孔24，其中它们在高度上借助贯穿孔24的径向外部边缘来封闭。壳体散热片7优选由壳体盖子28至少局部地径向遮盖。如图3/3a所示，壳体盖子28尤其构成为罩状并且包围电子壳体1的整个圆周，因此在支承环22中具有多个贯穿孔24的情况下还能遮盖电子壳体1的多个待冷却的区域，准确地说，对电子壳体1进行全方位地冷却。因此，在沿圆周设置的壳体散热片7和壳体盖子28之间形成了单独的平行的冷却通道29。壳体盖子28在其形状方面与电子壳体1和壳体散热片7的周向壁的形状相匹配，并且既能作为单独的尤其由塑料构成的部件固定在电子壳体1或支承环22上，或者与电子壳体1或与支承环22一体式地构成。

支承环22在定子衬套基体3a的一侧具有环形壁26，其呈漏斗状地沿空气输送元件14的方向呈锥形地收尾并且遮盖了定子散热片8。环形壁26一直延伸至空气输送元件14的进气孔15的径向外部边缘，因此支承环22沿圆周包围定子衬套基体3a和定子散热片8，并且在定子衬套基体3a的外壁和定子散热片8、空气输送元件14的进气孔15和支承环22的环形壁26之间形成了流动空间。支承环22尤其由金属构成，并且优选在流体力学方面优化地构成贯穿孔24和环形壁26。

空气输送元件14优选与转子5抗扭地安装在一起，并且在电机运行时在进气孔15处产生低压。因此，空气在定子衬套基体3a的定子散热片8的范围内从流动空间中轴向地被吸出。在贯穿孔24的区域中产生了与电机轴线X-X'大致平行地延伸的空气体积流Z。该空气体积流Z根据本发明通过集成的冷却通道进行引导，该冷却通道至少包含空气输送元件14和支承环22的贯穿孔24。

在图3/3a中所示的实施方式中，集成在电机中的冷却通道通过壳体散热片7、壳体盖子28和电子壳体1的外壁、支承环22的贯穿孔24、定子衬套基体3a的转子侧的外壁、定子散热片8和空气输送元件14构成。空气体积流Z首先从电子壳体1的端侧沿着电子壳体1的表面并且在壳体散热片7之间流动，随后经过贯穿孔24并且沿着承载环22的表面以及定子衬套基体3a的表面流动并且在定子散热片8之间经过流动腔，随后流经空气输送元件14的进气孔15以及流经空气输送元件14和径向孔17，空气体积流Z在径向孔17排出。通过在预热的表面和散热片上的溢流，空气体积流Z被加热，并因此对电机电子设备和定子进行冷却。该加热的空气体积流Z在空气输送元件14的径向孔17处被排到周围环境中。

第二实施方式的优点尤其在于，支承环22能够安放在常规的定子(其没有贯穿孔24)上，以便形成根据本发明的集成的冷却通道。因此还能提供集成的冷却通道而没有对常规的定子进行改变。

在这两个实施方式中，通过由空气输送元件14主动输送的且由定子衬套3或由支承环22有目的性地引导的空气体积流Z，在电子壳体1的壳体散热片7和定子衬套3的定子散热片8的范围内流动速度提高了。因此与自然对流相比，在待冷却的表面上实现了明显更高的热量传递。这一点使得电机电子设备内的构件温度降低，并使得定子中的温度更低。此外，可使电机的所需的构造空间保持得尽量小。如果在定子衬套3中或在支承环22中具有多个贯穿孔24，则均匀地分布在空气输送元件14的圆周上的空气流入能够对空气输送元件14在气体动力学上的效率产生有利的影响。

与第二实施例中具有支承环22的两部分构造相比，第一实施例中的定子衬套3的单件构造的优点是，降低了制造根据本发明的电机时的安装费用。

本发明并不局限于所示和所述的实施例，而是还包含所有在本发明意义中起相同作用的实施方式。此外，本发明迄今为此还未局限于在各独立权利要求中定义的特征组合，而是也可通过所有公开的单个特征的特定特征的各种任意的其它组合来定义。这意味着，实际上原则上能够略去各独立权利要求的每个单个特征，或者通过至少一个在本申请的其它位置中公开的单个特征来代替。就此而言，这些权利要求仅仅是各发明的第一表达形式。

Claims (15)

1.一种电机，其包含带有集成的电机电子设备的电子壳体(1)、定子和转子(5)，其中所述定子包含定子衬套(3)和带有电机线圈的定子叠片铁芯(4)，并且其中所述定子衬套(3)轴向地设置在电子壳体(1)和转子(5)之间，

其特征在于，所述电机还包含与所述转子(5)抗扭地相连的空气输送元件(14)以及至少一个设置在所述定子衬套(3)中的轴向延伸的贯穿孔(24)，其中，所述空气输送元件(14)轴向地设置在定子衬套(3)和转子(5)之间并且在所述定子衬套(3)的一侧具有环绕的轴向的进气孔(15)，并且其中所述空气输送元件(14)在电机运行时通过所述进气孔(15)和所述电子壳体(1)的外壁上的贯穿孔(24)对轴向的空气体积流(Z)进行抽吸。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述空气输送元件(14)具有贯穿孔(16)，并且借助该贯穿孔(16)抗扭地连在所述转子(5)上。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述转子(5)在转子侧轴向地遮盖所述空气输送元件(14)的贯穿孔(16)。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电机，其特征在于，所述空气输送元件(14)构成为径流式风扇叶轮，在所述进气孔(15)处的空气被轴向地抽吸，并且在环绕的径向孔(17)处径向地排出。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的电机，其特征在于，所述定子衬套(3)的贯穿孔(24)径向地设置在与所述电子壳体(1)的外壁的待冷却区域相同的高度上。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的电机，其特征在于，所述进气孔(15)径向地设置在与所述定子衬套(3)的贯穿孔(24)相同的高度上。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电机，其特征在于，所述定子衬套(3)在所述转子(5)的一侧具有径向延伸的且轴向伸展的定子散热片(8)。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的电机，其特征在于，在所述空气输送元件(14)和所述定子衬套(3)之间，环状的盖板(32)设置在所述定子上。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述空气输送元件(14)在电机运行时通过所述进气孔(15)并且通过由所述盖板(32)构成的贯穿孔(34)对轴向的空气体积流(Z)进行抽吸，并且在所述定子散热片(8)之间沿着所述定子衬套(3)的外壁在所述定子衬套(3)的外壁的外边缘上径向地对其进行抽吸。

10.根据权利要求8或9所述的电机，其特征在于，所述盖板(32)这样构成，即它径向地从所述定子衬套(3)的贯穿孔(24)的外边缘一直延伸至所述定子衬套(3)的外壁的外边缘。

11.根据权利要求8至10中任意一项所述的电机，其特征在于，所述盖板固定在所述定子散热片(8)上。

12.根据权利要求1至11中任意一项所述的电机，其特征在于，所述定子衬套(3)分为定子衬套基体(3a)和支承环(22)，其中所述支承环(22)固定在所述定子衬套基体(3a)的外圆周上并且构成围绕着所述定子衬套基体(3a)的圆周环，并且所述定子衬套(3)的贯穿孔(24)设置在所述支承环(22)中。

13.根据权利要求1至12中任意一项所述的电机，其特征在于，所述电子壳体(1)在其外壁上具有壳体散热片(7)，其中所述壳体散热片(7)从所述电子壳体(1)的端侧轴向地一直延伸至所述定子衬套(3)的贯穿孔(24)，并且在高度上借助所述贯穿孔(24)的径向外部边缘封闭。

14.根据权利要求13所述的电机，其特征在于，壳体盖子(28)径向地遮盖所述壳体散热片(7)的至少一部分。

15.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述壳体盖子(28)和所述电子壳体(1)或者所述壳体盖子(28)和所述定子衬套(3)一体式地构成。