專利名稱：電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動機，其具有固定的外部定子、內(nèi)部定子和自散熱裝置例如在機動車中用作散熱器風(fēng)扇驅(qū)動裝置。
可靠的電動機的工作要求使用的材料在給定的運行條件下不會過熱。必須考慮在環(huán)境溫度下在電動機以最大損耗功率運行期間不會出現(xiàn)過熱。不遵守這點會導(dǎo)致縮短電動機的使用壽命或者徹底報廢電動機。
因此電動機的冷卻或者說散熱，即損耗熱量的排出，特別是從線圈和電磁活性(elektromagnetisch aktiv)的鐵材料的散熱具有特別重要的意義。
在例如用于驅(qū)動通風(fēng)器使用的電動機中已知，利用在電動機的空氣進入口和空氣排出口之間的壓力差使空氣流流通電動機，用于產(chǎn)生冷卻空氣流。
例如歐洲專利申請EP 1 050 682 A2公開了一種通風(fēng)器驅(qū)動裝置，其具有一個固定的、設(shè)置有線圈的內(nèi)部定子和一個永磁激勵的外部轉(zhuǎn)子?？刂齐娮釉O(shè)備位于定子座外側(cè)并使用單獨的蓋子遮蓋。一個抗扭轉(zhuǎn)地同外部轉(zhuǎn)子相連的風(fēng)扇轂在運行時通過位于風(fēng)扇轂內(nèi)側(cè)的內(nèi)部通風(fēng)葉片產(chǎn)生冷卻空氣流。冷卻空氣流側(cè)面地在定子座部件和轉(zhuǎn)子邊緣之間進入電動機內(nèi)腔并通過在轉(zhuǎn)子底部邊緣區(qū)域內(nèi)的開口和在定子外壁和風(fēng)扇轂之間的中間腔排入周圍環(huán)境。在此，冷卻空氣流只在電動機外殼內(nèi)腔內(nèi)從定子線圈帶走熱能并排到外部空間。因此冷卻空氣流只能發(fā)揮非常有限的作用。
本發(fā)明的任務(wù)是改善電動機的散熱和由此提高其熱穩(wěn)定性。這項任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的電動機完成。
本發(fā)明的基本思想是這樣改善電動機的散熱，即將包圍著電動機的電動機外殼共同用作排出線圈損耗熱量到冷卻空氣流中的冷卻體。為此，冷卻空氣流流通電動機外殼并在通風(fēng)罩和電動機外殼之間的空氣間隙內(nèi)沿著電動機外殼的外側(cè)流動。
根據(jù)本發(fā)明涉及一種電動機，其具有可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部轉(zhuǎn)子和固定的、具有線圈的電磁激勵的外部定子。與具有永磁激勵的外部定子的電動機不同，這里線圈和電磁加載的鐵材料的損耗熱量直接在導(dǎo)熱地同外部定子相連的電動機外殼上向外排出。
這種冷卻空氣流在運行中通過由電動機驅(qū)動的通風(fēng)罩借助形狀產(chǎn)生，這種外形在空氣間隙內(nèi)和/或鄰接空氣間隙延伸并作為通風(fēng)葉片起作用。在此設(shè)置通風(fēng)罩的形狀，使當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時在設(shè)置在空氣間隙之外的通風(fēng)開口和空氣間隙開口之間形成壓力差，這個壓力差產(chǎn)生用于冷卻外部定子的空氣流，這種空氣流既在電動機外殼內(nèi)腔內(nèi)直接流經(jīng)定子，也在空氣間隙內(nèi)流經(jīng)電動機外殼外壁的外側(cè)。為此電動機外殼具有通風(fēng)開口，通過這些通風(fēng)開口冷卻空氣流進入電動機外殼并可以再次由此流出。在此通風(fēng)開口的數(shù)目、形狀和布置可以根據(jù)需求和外殼幾何形狀進行變化，直到例如電動機外殼端面的整個開口。
其中冷卻空氣流的流動方向和由此冷卻空氣流流經(jīng)外殼內(nèi)腔和外殼外壁的順序依賴于起通風(fēng)葉片作用的通風(fēng)罩的形狀的構(gòu)造和布置和通風(fēng)罩的旋轉(zhuǎn)方向。
根據(jù)本發(fā)明，其中外部定子的散熱，即線圈和電動機的電磁活性(elektromagnetisch aktiv)的鐵材料的散熱，既包括冷卻空氣流在流通電動機外殼內(nèi)腔時吸收產(chǎn)生的部分損耗熱量，也包括冷卻空氣流在電動機外殼的外側(cè)吸收產(chǎn)生的損耗熱量的另一部分并排入周圍環(huán)境。
與傳統(tǒng)的電動機相比，這種從熱負(fù)載的線圈排出損耗熱量得到顯著改善。這種改善的電動機散熱在相同功率情況下允許小的結(jié)構(gòu)空間或者在相同結(jié)構(gòu)空間情況下允許提高的功率。同時保證了電動機長的運行壽命。避免由于過熱引起的電動機損毀。
本發(fā)明的有利的實施方案在從屬權(quán)利要求中描述。
以有利的方式，在通風(fēng)罩壁和電動機外殼之間的空氣間隙內(nèi)和/或在電動機外殼外側(cè)鄰接空氣間隙的區(qū)域內(nèi)設(shè)置形狀，其擴大了電動機外殼的導(dǎo)熱的表面。這種形狀、特別是散熱片或者散熱柱被冷卻空氣流流經(jīng)并用作散熱元件。因為通風(fēng)罩相對于固定的輸出端外殼部件旋轉(zhuǎn)，因此這種散熱元件同時還額外有助于使冷卻空氣流形成渦流。通過這種布置，在冷卻空氣流流通環(huán)繞的空氣間隙時和/或在冷卻空氣流由空氣間隙開口進入或者排出時吸收和排出更多的損耗熱量。由此電動機的熱穩(wěn)定性進一步提高。
通過將外部定子的單個定子齒卷繞為單個齒線圈的形式，可以獲得其他的優(yōu)點。在此，在外部定子上徑向向內(nèi)設(shè)置的定子齒單獨地各自被線圈包圍，其中線圈的繞組設(shè)置在位于定子齒之間的槽內(nèi)。由于這些槽由于加工技術(shù)原因不能完全被繞組填滿，在單個定子齒之間的縫隙是敞開的。這種繞組形式的優(yōu)點是不形成在端面的、遮蓋那些槽的繞組端部并且因此這些槽縫在定子的兩個端面都是敞開的。這使得冷卻空氣流可以幾乎無阻礙地流通槽縫，直接接觸并在軸向方向沿著線圈的繞組。在此冷卻空氣流吸收在被流通的繞組中產(chǎn)生的熱量。這種措施擴大了在電動機外殼內(nèi)被冷卻空氣流通流的表面。此外，通過冷卻空氣流幾乎無阻礙地流通槽縫增大了空氣通流量。兩種特征都提高了損耗熱量向冷卻空氣流的排出并由此同樣提高了熱穩(wěn)定性。
在另一種有利的實施方案中，電動機具有永磁激勵的內(nèi)部轉(zhuǎn)子。這種轉(zhuǎn)子具有其自身幾乎不產(chǎn)生損耗熱量的特性。其優(yōu)點是冷卻空氣流在電動機外殼內(nèi)腔內(nèi)不承擔(dān)額外的熱量并完全用于吸收來自被卷繞的外部定子的損耗熱量。此外，這種轉(zhuǎn)子本身構(gòu)造為很大程度上空氣流通的。對此這強制幾乎全部冷卻空氣流經(jīng)過外部定子的線圈并在必要情況下流通位于定子齒之間的槽縫，由此提高了通過產(chǎn)生損耗熱量的定子的空氣流通量和增加了向冷卻空氣流排出的損耗熱量，并改善了電動機的散熱。
通過這種布置，即第一、背面的電動機外殼端側(cè)的至少通風(fēng)開口相對于轉(zhuǎn)子軸線與定子的線圈、槽或者槽縫具有基本相同的徑向距離，可以獲得有助于于電動機散熱和特別是產(chǎn)生熱量的定子的散熱的其他優(yōu)點。在通風(fēng)開口這樣布置時，進入電動機外殼內(nèi)腔的冷卻空氣流直接作用于線圈和/或定子齒之間的槽縫。由此無阻礙地有目的地流經(jīng)產(chǎn)生熱量的定子部件，通過由環(huán)境流入的空氣保證了有效地將熱排出到冷卻空氣流中，并有助于提高空氣流通量和由此改善散熱。
在另一種有利的實施方式中，電動機外殼或者至少電動機外殼的導(dǎo)熱地同外部定子相連的部分為輕金屬壓鑄件。特別地為此可以考慮鋁合金或者鎂合金。在此使用壓鑄件允許在短的工作流程內(nèi)制造比較復(fù)雜的外殼幾何形狀，而這在使用傳統(tǒng)的沖彎件或者深沖的鋼外殼時是不可能的。此外，這種材料具有非常好的熱導(dǎo)率，由此進一步改善損耗熱量通過電動機外殼向外排出。
此外可以有利地使通風(fēng)罩的起通風(fēng)葉片作用的形狀在徑向和/或軸向方向上直線地或者彎曲地在通風(fēng)罩的內(nèi)側(cè)延伸，并且同電動機外殼的輪廓以小的距離相匹配。由此加強了空氣壓力差的效果。在空氣間隙內(nèi)的空氣盡可能完全地被通風(fēng)葉片作用并向環(huán)境方向加速。離心力同時在徑向方向上加速空氣離開轉(zhuǎn)子軸線。通過在通風(fēng)罩底部呈徑向通風(fēng)器的風(fēng)扇葉片形式的通風(fēng)葉片在徑向方向上彎曲地延伸，額外在通風(fēng)葉片上形成空氣壓力差，這種壓力差額外加速空氣流。由此總地提高了空氣壓力差并由此提高空氣流通量，這進一步改善了電動機的散熱。
如果根據(jù)本發(fā)明的電動機用作冷卻風(fēng)扇的驅(qū)動裝置，通風(fēng)罩可以同時用作風(fēng)扇葉輪的輪轂。在此風(fēng)扇葉輪具有用于產(chǎn)生風(fēng)扇空氣流的風(fēng)扇葉片，其設(shè)置在用作風(fēng)扇葉輪輪轂的通風(fēng)罩的外側(cè)。通過旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇葉輪產(chǎn)生的風(fēng)扇空氣流流過通風(fēng)罩的外側(cè)。通過在空氣間隙開口處提高風(fēng)扇空氣流的流通速度，出現(xiàn)文杜利效應(yīng)，其在空氣間隙開口區(qū)域產(chǎn)生低壓。在選擇冷卻空氣流的流通方向時使在通流外殼內(nèi)腔后通過空氣間隙開口排入環(huán)境，文杜利效應(yīng)加強地作用在冷卻空氣流上。這又增大了空氣流通量并由此改善了電動機的散熱。
本發(fā)明隨后借助一個實施例進行描述，這個實施例借助示意的附圖進行詳細(xì)說明。附圖示出

圖1一個根據(jù)本發(fā)明的電動機的簡化示意圖，圖2電動機1的一個實施方案的俯視圖，在拿掉外殼蓋的情況從背向通風(fēng)罩(在圖2中看不到)一側(cè)看，圖3具有散熱片和散熱柱的電動機外殼外側(cè)的一個透視示意圖，圖4通風(fēng)罩內(nèi)側(cè)的俯視圖和圖5通風(fēng)罩的透視示意圖，其同時是風(fēng)扇葉輪的輪轂。
在附圖中，功能和名稱相同的部件通篇使用相同的附圖標(biāo)記表示。
圖1示出了一個根據(jù)本發(fā)明的電動機1的大大簡化的示意圖。
電動機1基本上具有內(nèi)部轉(zhuǎn)子2、外部定子3、電動機外殼4和通風(fēng)罩5。內(nèi)部轉(zhuǎn)子2抗扭轉(zhuǎn)地同轉(zhuǎn)子軸2.1相連并通過這個轉(zhuǎn)子軸可圍繞轉(zhuǎn)子軸線2.2旋轉(zhuǎn)地支承在電動機外殼4內(nèi)。通風(fēng)罩5也同樣抗扭轉(zhuǎn)地同轉(zhuǎn)子軸2.1相連并在運行時隨著內(nèi)部轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)。電動機外殼4由一個外殼罩4.2和一個外殼蓋4.1組成并具有通風(fēng)口4.3。這些通風(fēng)孔4.3相對轉(zhuǎn)子軸線2.1以與外部定子3的多個被卷繞的定子齒相同的徑向距離布置。通風(fēng)罩5盆形地包圍電動機外殼4并相對電動機外殼的外側(cè)既具有軸向距離又具有徑向距離地設(shè)置。由此在電動機外殼和通風(fēng)罩之間形成空氣間隙6，在通風(fēng)罩的邊緣具有環(huán)繞的環(huán)形間隙形狀的空氣間隙開口6.1。
在通風(fēng)罩5的內(nèi)側(cè)設(shè)置有通風(fēng)葉片5.1，這些通風(fēng)葉片在空氣間隙6內(nèi)一直延伸到空氣間隙開口6.1。在外殼罩4.2的外側(cè)設(shè)置有散熱片4.4，它們也在空氣間隙內(nèi)一直延伸到空氣間隙開口。通過旋轉(zhuǎn)通風(fēng)罩5，借助通風(fēng)葉片5.1在外殼蓋4.1內(nèi)的通風(fēng)開口4.3和空氣間隙開口6.1之間產(chǎn)生空氣壓力差。這種壓力差形成冷卻空氣流10，其穿過外殼蓋4.1的通風(fēng)開口4.3進入外殼內(nèi)腔、在線圈旁穿過外部定子3、穿過外殼罩4.2的通風(fēng)開口4.3進入空氣間隙6并最終通過空氣間隙開口6.1流入周圍環(huán)境。在上面描述的路徑中，冷卻空氣流10既在流經(jīng)外部定子3時直接在線圈上，又在電動機外殼的外側(cè)上在散熱片4.4吸收部分由外部定子產(chǎn)生的熱量并排到外部環(huán)境中。
圖2示出電動機1的一個實施方案的俯視圖，從背向通風(fēng)罩(在圖2中看不到)一側(cè)看。外殼蓋被拿掉，從而可以看到電動機的內(nèi)部。外部定子3設(shè)置在外殼罩4.2中。其中在外殼罩4.2和外部定子3之間形成導(dǎo)熱的接觸和抗扭轉(zhuǎn)的連接。這可以例如通過將外部定子3壓入外殼罩4.2內(nèi)或者通過將一種硬化的、導(dǎo)熱的物質(zhì)置入在外部定子3和外殼罩4.2之間的縫隙內(nèi)實現(xiàn)。外部定子3由鐵組成并具有定子齒3.1，定子齒由銅絲制成的單個齒線圈3.2纏繞而成。在定子齒3.1和其單個齒線圈3.2之間形成槽縫3.3，其兩側(cè)端面是敞開的并形成近乎無阻礙的空氣通道。內(nèi)部轉(zhuǎn)子2同心地在外部定子3內(nèi)設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸2.1上。這個轉(zhuǎn)子軸2.1又通過軸承2.5支承在外殼內(nèi)。內(nèi)部轉(zhuǎn)子2是永磁激勵的轉(zhuǎn)子并具有含有鐵的轉(zhuǎn)子芯2.3和設(shè)置在其內(nèi)的永磁體2.4。內(nèi)部轉(zhuǎn)子是一種很大程度上封閉的、實心的零件，其基本上不允許空氣流過。由此幾乎全部冷卻空氣流10在外殼內(nèi)腔通過槽縫3.3強制流經(jīng)單個齒線圈3.2的產(chǎn)生熱量的繞組。
圖3示出不帶通風(fēng)罩的電動機1的一個實施方案的透視外部視圖。通風(fēng)罩沒有被示出，以便能夠識別電動機外殼的細(xì)節(jié)?？梢郧宄乜吹剑O(shè)置在外殼罩4.2上的形狀為散熱片4.4和散熱柱4.5的形狀，其擴大了電動機外殼被冷卻空氣流流經(jīng)的外部面積。在電動機外殼4可見的端部上設(shè)置有通風(fēng)開口4.3，通過這些通風(fēng)開口可以看到容納在電動機外殼內(nèi)的內(nèi)部轉(zhuǎn)子2。轉(zhuǎn)子軸2.1通過電動機外殼4的端部向外伸出。在電動機1的最終安裝狀態(tài)，通風(fēng)罩5抗扭轉(zhuǎn)地安裝在轉(zhuǎn)子軸2.1在圖3中可見的區(qū)域內(nèi)。
在圖4中示出的通風(fēng)罩內(nèi)側(cè)的俯視圖示出了在通風(fēng)罩底部5.2上從通風(fēng)罩輪轂5.4一直延伸到通風(fēng)罩邊緣5.3上的通風(fēng)葉片5.1。在這種特殊的實施方案中，通風(fēng)葉片5.1在徑向方向上螺旋形彎曲地從通風(fēng)罩輪轂5.4到通風(fēng)罩邊緣5.3延伸。通風(fēng)葉片5.1同時也用作通風(fēng)罩的加固肋。
圖5在透視圖內(nèi)示出通風(fēng)罩5的另一個實施方案。除了設(shè)置在通風(fēng)罩5的內(nèi)側(cè)的、徑向直線延伸的通風(fēng)葉片5.1，這里還在通風(fēng)罩邊緣5.3的外側(cè)設(shè)置了風(fēng)扇葉片5.5。這種風(fēng)扇葉片5.5隨著通風(fēng)罩5旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生鼓風(fēng)氣流，用于例如冷卻設(shè)置在鼓風(fēng)氣流中的成套設(shè)備。以這種方式，電動機1用作風(fēng)扇的驅(qū)動裝置并且通風(fēng)罩5同時完成兩種功能。
權(quán)利要求
1.電動機(1)包括-可以圍繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(32)和在電動機外殼(3)的內(nèi)腔內(nèi)固定的定子和-通風(fēng)罩(8)，其中通風(fēng)罩(8)抗扭轉(zhuǎn)地同轉(zhuǎn)子(32)相連并且盆形地至少部分地圍繞電動機外殼，使得在電動機外殼外壁和通風(fēng)罩壁之間形成具有空氣間隙開口的空氣間隙，其中電動機外殼既在空氣間隙之外又在空氣間隙之內(nèi)具有通風(fēng)開口，并且通風(fēng)罩具有起通風(fēng)葉片作用的形狀，其特征在于，-所述定子是具有線圈的外部定子，其抗扭轉(zhuǎn)地和導(dǎo)熱地同電動機外殼相連并且-設(shè)置所述通風(fēng)罩的形狀，使當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時在設(shè)置在空隙間隙之外的通風(fēng)開口和空氣間隙開口之間形成壓力差，這個壓力差產(chǎn)生用于冷卻外部定子的空氣流，這種空氣流既在電動機外殼內(nèi)腔內(nèi)直接流經(jīng)定子，也在空氣間隙內(nèi)流經(jīng)電動機外殼外壁的外側(cè)并相應(yīng)吸收外部定子的損耗熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(1)，其特征在于，所述電動機外殼外壁在空氣間隙內(nèi)和/或在鄰接空氣間隙開口的區(qū)域內(nèi)具有起散熱元件功能的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(1)，其特征在于，所述外部定子具有單個的定子齒，其纏繞成單個齒線圈的形式，由此在定子齒之間形成敞開的槽縫，冷卻空氣流流通這些槽縫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電動機(1)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子是永磁激勵的內(nèi)部轉(zhuǎn)子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的電動機(1)，其特征在于，所述通風(fēng)開口中的至少一個以相對轉(zhuǎn)子軸線基本上與定子的線圈相同的徑向距離設(shè)置在電動機外殼的端面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電動機(1)，其特征在于，所述通風(fēng)開口中的至少一個以相對轉(zhuǎn)子軸線與定子齒之間的槽縫基本上相同的徑向距離設(shè)置在電動機外殼的端面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電動機(1)，其特征在于，至少一個導(dǎo)熱地同外部定子相連的電動機外殼部件是輕金屬壓鑄件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的電動機(1)，其特征在于，所述通風(fēng)罩的起通風(fēng)葉片作用的形狀在徑向方向和/或軸向方向直線地或者彎曲地在通風(fēng)罩的內(nèi)側(cè)延伸并且以小的距離匹配電動機外殼的輪廓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的電動機(1)，其特征在于，所述電動機用作冷卻風(fēng)扇的驅(qū)動裝置，并且通風(fēng)罩用作風(fēng)扇葉輪的輪轂，其中風(fēng)扇葉片安裝在通風(fēng)罩的外側(cè)用于產(chǎn)生鼓風(fēng)氣流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動機，其具有外部定子和用于產(chǎn)生用于電動機自散熱的冷卻空氣流的通風(fēng)罩。為了改善電動機的散熱，提出借助通風(fēng)罩使空氣流穿過電動機的外殼內(nèi)腔并穿過在電動機外殼壁和通風(fēng)罩之間形成的空氣間隙沿著電動機外殼的外表面流動。
文檔編號F04D25/08GK1993872SQ200580025817
公開日2007年7月4日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者P·德菲里皮斯, M·厄杰蘭地, D·克默, P·S·麥克倫南, H·雷地爾伯杰 申請人:西門子公司