具有轉子內(nèi)部通風裝置的電的制造方法
【專利摘要】發(fā)動機效率應該通過降低轉子溫度來提高。因此提出一種電機，具有：定子（1）；轉子（2），該轉子與該定子（1）磁性地共同作用；殼體（4，5，6），該殼體包圍該定子（1）和該轉子（2）；以及空心軸（3），在空心軸上布置轉子（2）并且空心軸安置在殼體（4，5，6）處。在通風側（B）處徑向通風機（10）抗扭地布置在空心軸（3）上。徑向通風機（10）的通風機葉片（11）的部段（13）軸向地比所述空心軸（3）更遠地遠離所述殼體延伸。在空心軸（3）中布置具有徑向延伸的圓盤（175）的引導件（17），其中，圓盤（175）軸向地比在通風側（B）處的空心軸（3）的端側（9）更遠地遠離殼體（4，5，6）布置。由此內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流（18）能由徑向通風機（10）的通風機葉片（11）的部段（13）從空心軸（3）經(jīng)過在通風側處的空心軸的端側（9）和圓盤（175）之間的通道徑向向外輸送。
【專利說明】具有轉子內(nèi)部通風裝置的電機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機，具有定子、與該定子磁性地共同作用的轉子、圍繞該定子和轉子的殼體，和空心軸，在該空心軸上布置該轉子并且該空心軸安置在殼體上。
【背景技術】
[0002]電機的、由于損耗而發(fā)熱的定子相對容易地經(jīng)過風冷或水冷來直接冷卻。如果電動機殼體是敞開的，那么電機的轉子僅僅直接冷卻。但是敞開的電動機殼體的這種要求與電機的特別的保護類型的相悖。特別是對于具有爆炸保護的電機而言需要的是，殼體是封閉的。在這種情況下利用迄今已知的技術不能實現(xiàn)轉子的直接冷卻。
[0003]由于損耗在轉子中產(chǎn)生的熱能也可以間接地經(jīng)過借助空氣傳輸?shù)诫妱訖C殼體上排出。然而這種間接的冷卻原理不像直接的冷卻系統(tǒng)那樣有效。此外，定子由于轉子損耗而加熱。此外電機的這種加熱的結果是，減少潤滑油使用壽命以及進而減少軸承壽命。
[0004]迄今高效的冷卻例如在貫穿通風的電動機中實現(xiàn)。由于敞開的殼體在此僅僅遵守保護類型IP23。在封閉的殼體中有效的冷卻例如通過在轉子中所謂的“溫差環(huán)流系統(tǒng)”來實現(xiàn)。這有效將熱量向外引導，而無需殼體的開口。
[0005]此外，出版物US 4，574，210A描述了具有外轉子和相應的冷卻系統(tǒng)的電動機。內(nèi)轉子具有空心軸，冷卻介質(zhì)可以通過該空心軸流入。此外，冷卻介質(zhì)來回圍繞外轉子流動。具有凸緣狀的圓盤的細管安置在定子的空心軸中。冷卻空氣之后通過細管流入空心軸并且在細管和空心軸的內(nèi)壁之間返回流向外側。在那里冷卻介質(zhì)由主冷卻介質(zhì)流一起帶走(mitgerissen),該主冷卻介質(zhì)流在該圓盤處經(jīng)過流向外轉子。
[0006]類似的電機在文獻US 3,445,696 A中描述。其中冷卻介質(zhì)流入轉子的空心軸中，返回空心軸的內(nèi)部中并且由噴射噴嘴徑向向外吸入至冷卻外轉子的冷卻介質(zhì)流中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的內(nèi)容由此在于，能夠更有效地冷卻電機的轉子。
[0008]根據(jù)本發(fā)明該目的通過這樣的電機來實現(xiàn)，電機具有
[0009]-定子
[0010]-轉子，該轉子與該定子磁性地共同作用，
[0011]-殼體，該殼體包圍該定子和該轉子，以及
[0012]-空心軸，在該空心軸上布置該轉子并且該空心軸安置在殼體處，其中
[0013]-在通風側處徑向通風機抗扭地布置在空心軸上，
[0014]-徑向通風機的通風機葉片的部段軸向地比空心軸更遠地遠離殼體延伸，以及
[0015]-在空心軸中布置具有徑向延伸的圓盤的引導件，其中
[0016]-圓盤軸向地比在通風側處的空心軸的端側更遠地遠離殼體布置，使得
[0017]-內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流能由徑向通風機的通風機葉片的部段從空心軸經(jīng)過在通風側處的空心軸的端側和圓盤之間的通道徑向向外輸送。[0018]以有利的方式，即徑向通風機布置在通風側上，該徑向通風機軸向地越過空心軸延伸。由此圓盤提供在其和軸端之間的空隙，經(jīng)過該空隙從空心軸流出的冷卻介質(zhì)流徑向向外輸送至徑向通風機中。由此通常徑向通風機的不使用的區(qū)域用于為轉子輸送內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流。
[0019]在一個設計方案中，空心軸在驅動側處封閉，并且冷卻介質(zhì)可以在冷卻側端側地進入空心軸中。在此空心軸應該穿過整個轉子，并且引導件的細管位于空心軸中，貫穿經(jīng)過該細管冷卻介質(zhì)由通風側經(jīng)過轉子且在細管的外壁和空心軸的內(nèi)壁之間返回輸送至通風偵U。這具有以下優(yōu)點，即在驅動側不必設置用于供給冷卻介質(zhì)的空間。確切地說冷卻介質(zhì)流入完全由通風側實現(xiàn)。此外，也當冷卻介質(zhì)在冷卻側處流入空心軸中時以及冷卻介質(zhì)在冷卻側處也再次流出時，定子完全由冷卻介質(zhì)穿流。
[0020]在細管的外壁和空心軸的內(nèi)壁之間可以設計多個軸向延伸的冷卻通道。由此優(yōu)化了冷卻介質(zhì)在空心軸的內(nèi)圓周上的分布。
[0021]此外，徑向通風機設計用于，將用于冷卻殼體的軸向抵達外部的冷卻介質(zhì)流徑向向外輸送。在此徑向通風機也用于輸送兩個冷卻介質(zhì)流，即內(nèi)側的冷卻介質(zhì)流和外側的冷卻介質(zhì)流。
[0022]此外，引導件可以具有徑向指向空心軸的通風機葉片。這確保了，內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流更強地徑向向外輸送。
[0023]特別有利的是，如果引導件是與空心軸分離的部分并且從通風機側出發(fā)插入該空心軸中。由此存在模塊化的引導件，其在需要時可以裝入或者是改裝。
[0024]此外有益的是，如果引導件由塑料制造。這種復雜結構的塑料部件可以容易地作為噴射注塑部件來制造為并且具有很小的重量，使得由此電機的慣性幾乎不受影響。
[0025]同樣有利的是，如果空心軸在電機的驅動側上的部段處設計為非空心的。這意味著，空心軸在驅動處上具有由實心材料(Vollmaterial)制成的軸頸,該軸頸是足夠穩(wěn)定的，以便例如在其上固定變速器。
[0026]殼體可以封閉包圍定子和轉子。然而電機的軸的冷卻確保了足夠的轉子冷卻，不必對電機進行貫穿通風。
[0027]在一個特殊的設計方案中，殼體構成了圍繞定子和轉子的爆炸保護。由此盡管有效的冷卻轉子，也可以為電機配屬有較高的保護類型。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]現(xiàn)在結合附圖詳盡地闡述本發(fā)明，附圖示出:
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的電動機的縱向截面圖；
[0030]圖2是引導件的視圖；
[0031]圖3是圖2的引導件的縱向截面圖，以及
[0032]圖4是圖2的引導件的正面視圖。
【具體實施方式】
[0033]以下詳盡描述的實施例是本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。
[0034]圖1的實例涉及一種具有定子I和轉子2的電動機或發(fā)電機。轉子2能旋轉地安置在空心軸3上的定子I的內(nèi)部。
[0035]定子I和轉子2在這個實例中安裝在閉合的殼體4中。殼體4在驅動側A上具有驅動側的軸承端蓋5以及在通風側B上具有通風側的軸承端蓋6。在軸承端蓋5和6中安置空心軸4。殼體4密封包括定子I和轉子2的電動機的內(nèi)部空間，以使得例如確保爆炸保護。
[0036]空心軸3在此穿伸經(jīng)過整個殼體4，即其從驅動側的軸承端蓋5中伸出同樣地也從通風側的軸承端蓋6中伸出。此外，空心軸3具有盲孔7，該盲孔在通風側B上，即在軸鏡面(Wellenspiegel)9 (空心軸的端面)是敞開的。盲孔7穿過通風側的軸承端蓋6和整個轉子2。空心軸3被封閉在驅動側的軸鏡面8處，即在驅動側A處在空心軸3的端側處。總體上軸頸3’從在驅動側A上的軸承端蓋5中伸出，軸頸3’是空心軸3的部分。軸頸3’由實心材料制成并且由此具有相對于空心軸3的剩余部分的提高的穩(wěn)定性。特別是其由此適用于驅動的變速器或類似物。
[0037]在軸端3’ ’上存在徑向通風機10，該軸端是空心軸3的部分并且從通風側的軸承端蓋6中伸出。徑向通風機相對于空心軸3具有徑向向外伸出的通風機葉片11。通風機葉片緊固在葉轂(Nabe) 12上，該葉轂安裝在軸端3’’上。
[0038]為了減少電機的慣性，將軸端3’’縮短地實施。這意味著，其不是伸至徑向通風機10的軸向的最外側的端部。確切地說軸端3’ ’明顯地在通風機10的最外側的軸向的端部之前停止，使得每個葉輪11的部段13越過空心軸3或軸端3’ ’軸向地伸出。這樣地構造的徑向通風機是普遍的并且用于徑向向外輸送主冷卻介質(zhì)流14。這個主冷卻介質(zhì)流14首先到達通風機護罩15，其包圍徑向通風機10并且固定在殼體4上。在端側處通風機護罩15具有穿孔16，主冷卻介質(zhì)流14可以經(jīng)過該穿孔涌向徑向通風機10。經(jīng)過徑向通風機10主冷卻介質(zhì)流14得到徑向的分量，使得其徑向向外引導向通風機護罩15的罩面或引導向殼體4的罩面。
[0039]在盲孔7中插入引導件17。該引導件17確保內(nèi)側的、在通風側B上引導入空心軸3的冷卻介質(zhì)流18貫穿引導經(jīng)過轉子2并且返回在通風側B處徑向向外引導至通風機葉片11。
[0040]為了減少電機的慣性可以由輕的塑料制成的引導件17在圖2中示出。該引導件17用于將內(nèi)側的冷卻介質(zhì)流18引至盲孔7的內(nèi)側并且在流出時從空心軸3流出。在圖3中示出引導件17的縱向截面以及在圖4中示出引導件的端側視圖中。
[0041]引導件17具有桿部171和圓盤部段172。桿部171在此具有完全貫通的細管173。在細管173處模制徑向向外星形的肋片174 (對比圖3和圖4)。在本實例中存在三個這樣在軸向方向延伸的肋片174。如果引導件17插入空心軸3的盲孔7中，則通過這些星形的肋片174構成在盲孔7的內(nèi)壁和細管173的外壁之間的冷卻介質(zhì)通道，其分別通過肋片174分開。在本實例中也得到三個這樣的冷卻通道，在冷卻通道中內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流18從盲孔7的底板返回流至通風側B。
[0042]在桿部171的一個端部處模制圓盤部段172。其具有圓盤175，該圓盤基本上徑向向外延伸。圓盤175在其中心具有貫通開口 176，細管173匯入其中。圓盤175的邊緣大約徑向向后指向桿部171。由此該桿部跟隨通風機葉片11 (比較圖1)的外邊緣的變化走向。
[0043]特別是圓盤175平齊地連接通風機葉片的伸出的部段13的外側上。[0044]圓盤部段172直接在圓盤175處具有徑向突出的通風機葉片177。這些通風機葉片相應于每個通風機葉片的部段13在最外面的徑向邊緣處在軸向方向上延伸。由此這些通風機葉片177在軸鏡面9處或在葉轂12的端側處突起并且同時圓盤175平齊地與通風機葉片11的外輪廓連接。
[0045]弓丨導件17也是附加的構件，其可以模塊化地應用。在此其用作為附加的轉子通風機并且裝入轉子孔中。但是原則上引導件17也可以設計為沒有通風機葉片177。
[0046]引導件具有如下的功能:
[0047]a)冷卻介質(zhì)或新鮮空氣從外部在通風側B處抽吸至細管173中。
[0048]b)在細管173中冷卻介質(zhì)或空氣引導經(jīng)過轉子2。
[0049]c)在盲孔7的底部的附近，冷卻介質(zhì)(內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流18)從細管173的端部流出。在盲孔7的底部處，內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流18軸向地轉向，使得其再次返回流至通風側B。
[0050]d)內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流18的軸向的導回在一個或多個通道中進行，這些通道在周向上通過引導件17的肋片174分開。導回也在管173的外部進行，使得內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流18可以通過內(nèi)部的軸表面接收旋轉軸3的熱量(即電動機的損耗熱量，主要是轉子的熱量)。
[0051]e)最后引導件17具有如下的功能，冷卻介質(zhì)在徑向通風機10的范圍中排放。在此轉子冷卻裝置的內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流18滲入徑向通風機10的最外部的主冷卻介質(zhì)流14中。
[0052]轉子通風機(在此徑向通風機10)的功能通過在流出區(qū)域中主通風機10的冷卻介質(zhì)流來促進。根據(jù)噴射器原理(文氏管)，也就是說在引導件17和部段13中的通風機葉片11之間的過渡區(qū)域中產(chǎn)生對內(nèi)部冷卻介質(zhì)流18的促進。用于轉子的冷卻介質(zhì)流在此從通風側B吸入并且也在轉子中加熱之后通過通風側導出。
[0053]在前面的實例中實現(xiàn)對冷卻介質(zhì)在通風側B處的抽吸和導出。在一個可替換的實施方式中，冷卻介質(zhì)也流入經(jīng)過至驅動側的軸鏡面8。在這種情況下不需要在軸的內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流的軸向的轉向。那么引導件17不必具有細管173。可選地當然也可以具有星形突出的肋片174，其在軸的內(nèi)部限定軸向的流動通道。那么引導件17的主要目的是，用于將在軸向方向上內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流轉向通風機葉片11的軸向突出的部段13。
[0054]前面所述的實例涉及開放的冷卻系統(tǒng)。但是根據(jù)本發(fā)明的冷卻原理也可以用于在封閉系統(tǒng)中的轉子冷卻裝置。
[0055]通常的技術是，將軸3在通風機座的區(qū)域中后移，以便節(jié)省軸鋼材料。這個空間現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明用于轉子內(nèi)部通風機的通風機葉片177。由此實現(xiàn)了具有轉子內(nèi)部通風裝置的電機的模塊化的應用或加裝，因為全部構件在尺寸上保持不受影響。在軸中僅設有一個孔或盲孔。通過在軸中的尺寸僅僅以非常小的程度影響轉子動力特性以及自身彎曲頻率。
[0056]因為電動機的或電機的內(nèi)部空間不是開啟的，保護類型保持不受附加的轉子冷卻裝置的影響。由此通風原則也可以用于防爆炸的電動機。
[0057]此外有利的是，如前面已經(jīng)說明的那樣，通過加裝附加的轉子冷卻裝置未使結構體積和擴建體積變化。在此，僅僅在軸中制造或加裝一個孔并且轉子內(nèi)部通風機(引導件17)推入至軸中。優(yōu)選地例如通過卡扣連接實現(xiàn)引導件17的軸向的固定。該固定應該允許轉子內(nèi)部通風機的拆卸。[0058]以有利的方式可以通過根據(jù)本發(fā)明的通風裝置方案通過降低定子和轉子溫度來提高發(fā)動機效率。此外，由此提高了線圈壽命，但是也提高了軸承使用壽命和潤滑油使用壽命O
【權利要求】
1.一種電機,具有: -定子(I) -轉子(2 )，所述轉子與所述定子(I)磁性地共同作用， -殼體(4，5，6)，所述殼體包圍所述定子(I)和所述轉子(2)，以及-空心軸(3)，在所述空心軸上布置所述轉子(2)并且所述空心軸安置在所述殼體(4，5,6)處，其特征在于， -在通風側(B)處徑向通風機(10)抗扭地布置在所述空心軸(3)上， -所述徑向通風機的通風機葉片的部段(13)軸向地比所述空心軸更遠地遠離所述殼體延伸，以及 -在所述空心軸(3)中布置具有徑向延伸的圓盤(175)的引導件(17)，其中-所述圓盤(175)軸向地比在所述通風側(B)處的所述空心軸(3)的端側(9)更遠地遠離所述殼體(4，5，6)布置，使得 -內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流(18)能由所述徑向通風機(10)的所述通風機葉片(11)的所述部段(13)從所述空心軸(3)經(jīng)過在所述通風側處的所述空心軸的所述端側(9)和所述圓盤(175)之間的通道徑向向外輸送。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述空心軸(3)在驅動側(A)處閉合，并且冷卻介質(zhì)能夠在所述通風側(B)處端側地進入到所述空心軸(3)中，并且其中所述空心軸穿過整個所述轉子，并且所述引導件具有細管(173)，穿過所述細管，所述冷卻介質(zhì)能夠從所述通風側經(jīng)過所述轉子(2)且在所述細管(173)的所述外壁和所述空心軸(3)的所述內(nèi)壁之間返回輸送至所述通風側(B )。
3.根據(jù)權利要求2所述的電機，其中，在所述細管(173)的所述外壁和所述空心軸(3)的所述內(nèi)壁之間構造多個軸向延伸的通道。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的電機，其中，所述徑向通風機(10)設計用于，將用于冷卻所述殼體(4，5，6)的軸向抵達的外部的冷卻介質(zhì)流(14)徑向向外輸送。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的電機，其中，所述引導件(17)具有徑向指向所述空心軸的通風機葉片(177)。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的電機，其中，所述引導件(17)是與所述空心軸(3)分離的部分并且從所述通風側(B)插入所述空心軸中。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的電機，其中，所述引導件(17)由塑料制造。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的電機，其中，所述空心軸(3)在所述電機的所述驅動側(A)上的部段(3’ )中構造為非空心的。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的電機，其中，所述殼體(4，5，6)封閉包圍所述定子(I)和所述轉子(2)。
10.根據(jù)權利要求9所述的電機，其中，所述殼體(4，5，6)形成圍繞所述定子(I)和所述轉子(2)的爆炸防護。
【文檔編號】H02K15/00GK103650294SQ201280033559
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年6月27日 優(yōu)先權日:2011年7月7日
【發(fā)明者】克勞斯·比特納, 克勞斯·基希納, 米夏埃爾·米勒 申請人:西門子公司