CN102106060A - 转子冷却经改进的高防护等级电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机，所述电机具有一定子(1)和一转子轴(3)。所述转子轴(3)以可绕一轴线(5)相对于所述定子(1)旋转的方式进行安装，使得所述轴线(5)可定义一轴向、一径向和一切向。所述转子轴(3)上布置有一转子(6)，所述转子在电性上与所述定子(1)共同作用。所述转子(6)具有至少一个沿轴向连续分布的转子轴向通道(8)。所述定子(1)具有一定子叠片组(10)，从所述轴向观察，所述定子叠片组在所述转子(6)的整个范围内延伸。从一个与所述轴向正交的剖切平面观察，所述定子叠片组(10)完全包围所述转子(6)，从所述剖切平面观察，这就形成一封闭的转子内腔(11)。所述定子叠片组(11)的轴向两端各装有一护罩(14)。所述护罩(14)中的至少一个护罩具有一可供所述转子轴(3)贯穿的中心开口(15)。所述定子叠片组(10)具有至少一个从所述轴向观察连续分布的定子轴向通道(12′)，从所述剖切平面观察，所述定子轴向通道完全封闭。所述护罩(14)如此设计，使得其在与所述定子叠片组(10)的共同作用下各形成至少一个沿所述径向延伸的径向通道(16)。所述径向通道(16)在流体技术上使所述至少一个定子轴向通道(12′)与所述转子内腔(11)相连，所述径向通道在其他情况下处于封闭状态。为了实现强制对流，在所述护罩(14)轴向内侧的所述转子轴(3)上设有至少一个起风扇作用的元件(17)。

Description

转子冷却经改进的高防护等级电机
技术领域
本发明涉及一种电机，其中，
-所述电机具有定子和转子轴，
-所述转子轴以可绕轴线相对于所述定子旋转的方式进行安装，使得所述轴线可定义轴向、径向和切向，
-所述转子轴上布置有转子，所述转子在电性上与所述定子相互作用，
-所述转子具有至少一个沿轴向连续分布的转子轴向通道，
-所述定子具有定子叠片组，从轴向观察，所述定子叠片组在所述转子的整个范围内延伸，
-从一个与所述轴向正交的剖切平面观察，所述定子叠片组完全包围所述转子，从所述剖切平面观察，这就形成一个封闭的转子内腔，
-所述定子叠片组的轴向两端各装有一护罩，
-所述护罩中的至少一个护罩具有可供所述转子轴贯穿的中心开口，
-所述定子叠片组具有至少一个从轴向观察连续分布的定子轴向通道，从所述剖切平面观察，所述定子轴向通道完全封闭。
背景技术
市场上提供的这类电机主要是防护等级IP 55。这类电机一般设计为无外壳式。
在现有技术中，流经定子轴向通道的是一种冷却介质，通常是空气。通过这种冷却介质来冷却定子。
但是，废热不仅产生于定子中，也产生于转子中。现有技术无法直接冷却转子。因此，转子中产生的废热必须通过定子与转子间的气隙以及通过定子几何结构才能散出。因此，现有技术只能在有限程度内对转子中产生的废热进行导散。由于这种情况，与可对转子进行直接冷却的类似电机相比，上述电机工作时的机械效率大幅下降。机械效率的降幅高达60％。
现有技术通常选择接受冷却效率较差这一现状，因为没有已知解决方案能够简单有效地对转子实施冷却而不必放弃IP55的高防护等级。
发明内容
本发明的目的在于对开篇所述类型的电机进行改进，使其能够简单地对转子实施更有效的冷却。
本发明用来达成上述目的的解决方案是一种具有权利要求1所述特征的电机。所述电机的有利设计方案是从属权利要求2至9的标的。
本发明对开篇所述类型的电机进行了如下改进：
-所述护罩如此设计，使得其在与所述定子叠片组的共同作用下各形成至少一个沿径向延伸的径向通道，
-所述径向通道在流体技术上使所述至少一个定子轴向通道与所述转子内腔相连，但在其他情况下处于封闭状态，以及
-为了实现强制对流，在所述护罩轴向内侧的所述转子轴上设有至少一个起风扇作用的元件。
作为最低配置，个别情况下设置单独一个定子轴向通道就够了。但一般都设置多个定子轴向通道。特别是在定子叠片组按常规设计从所述剖切平面观察具有方形外轮廓的情况下，该方形外轮廓的每个角附近均可设置至少一个定子轴向通道。在此情况下，这些定子轴向通道特定而言可布置于该方形外轮廓的对角线上。
所述定子叠片组通常还具有多个从轴向观察连续分布的其他定子轴向通道，这些定子轴向通道从流体技术角度看与所述转子内腔分离。如果设有这些定子轴向通道，则它们可以采用外部空气(或者另一种冷却介质，例如水)来冷却所述定子叠片组。可以但不是必须实施强制对流。
如果设有所述其他定子轴向通道，则它们优选并非直接布置在所述方形外轮廓的对角线上。
一般情况下，所述护罩和所述定子叠片组以IP55或更高的防护等级封装所述转子内腔。个别情况下也可采用低于IP55的防护等级。
所述转子轴的支承可以不依赖于所述护罩。但优选方案是，所述转子轴支承在所述护罩中。
所述转子可按具体需要进行设计。举例而言，所述转子可具有转子叠片组，该转子叠片组承载一转子绕组或多个永磁体。
所述起风扇作用的元件优选以材料接合的方式与所述转子轴或所述转子相连。借此可建立起特别稳定且持续工作时特别可靠的连接。举例而言，所述元件可以浇铸在所述转子上。
附图说明
下面借助实施例和附图对本发明的其他优点和细节进行说明。以下展示的是相应的示意图，其中：
图1为现有技术的电机的纵向剖面图；
图2为图1所示电机沿图1中II-II线截取的截面图；
图3为本发明电机的纵向剖面图；
图4至图7为图3中电机的护罩的不同透视图；以及
图8为从图3中的VIII-VIII方向观察所得的图3详图。
具体实施方式
图1和图2所示的电机具有定子1。定子1承载定子绕组2。
这个电机还具有转子轴3。转子轴3支承在转子轴轴承4中。由于支承在转子轴轴承4中，转子轴3可绕轴线5相对于定子1进行旋转。
轴线5可定义轴向、径向和切向。其中，“轴向”指平行于轴线5的方向。“径向”指与轴向正交的方向，包括面向轴线5和背离轴线5两种情况。“切向”指既与轴向正交又与径向正交的方向，也就是环绕轴线5并与轴线5间隔一定径向距离的方向。
转子轴3上布置有转子6。转子6在电性上与定子1相互作用。举例而言，转子6可具有转子叠片组7，该转子叠片组承载转子绕组7a或多个永磁体。图1和图2未显示这些永磁体。
转子6具有至少一个转子轴向通道8。其中，转子轴向通道8沿轴向连续分布。如图2所示，甚至可设置多个这种类型的转子轴向通道8。可根据需要来选择转子轴向通道8的数目。例如可设置八个这种类型的转子轴向通道8。
定子1具有定子叠片组10。从轴向观察，定子叠片组10在转子6的整个范围内延伸，亦即，特定而言是在转子叠片组7的整个范围内延伸。从一个与轴向正交的剖切平面观察，定子叠片组10的各定子叠片一般均具有方形外轮廓(见图2)。这种设计方案较为普遍但不是强制性的。
从图2中的这个剖切平面观察，定子叠片组10完全包围转子6。从这个剖切平面观察，这就形成了一个封闭的转子内腔11。
定子叠片组10具有多个定子轴向通道12。从轴向观察，这些定子轴向通道12连续分布。从上述剖切平面观察，这些定子轴向通道完全封闭。电机工作期间，冷却介质(例如冷却空气)流过定子轴向通道12从而对电机的定子1实施冷却。
图1和图2所示的电机还在所述外轮廓的四角上具有固定孔13。
固定孔13可供轴向螺栓插入，借此可将定子叠片组10的各叠片彼此相连。图1和图2未显示这些轴向螺栓。
如图1所示，定子叠片组10的轴向两端各装有一个护罩14。其中至少一个护罩14具有可供转子轴3贯穿的中心开口15。借助护罩14和定子叠片组10将转子内腔11予以密封封装。一般而言，这种封装方式符合IP55或更高的防护等级。
如图1所示，用于支承转子轴3的转子轴轴承4布置在护罩14中。也就是说，转子轴3支承在护罩14中。但这种设计方案不是强制性的。
下面通过图3至图8对本发明的电机进行说明，本发明电机的构建方式与上述现有技术的电机的构建方式基本相同。因此，接下来采用相同的参考符号来表示本发明电机的相同元件。只是在定子轴向通道上，采用参考符号12′和12″来取代原有的参考符号12。其中，参考符号12′表示第一定子轴向通道，参考符号12″表示第二定子轴向通道。下文将揭示这种区分的原因。
如图3至图8所示，护罩14如此设计，使得其在与定子叠片组10的共同作用下各形成至少一个沿径向延伸的径向通道16。在定子叠片组10按常规设计从所述剖切平面观察具有方形外轮廓的情况下，优选朝该方形外轮廓的四角方向各延伸一个径向通道16。径向通道16在流体技术上使第一定子轴向通道12′与转子内腔11相连。在定子叠片组10具有方形外轮廓且径向通道16沿该方形外轮廓的对角线方向分布的情况下，第一定子轴向通道12′相应优选靠近该方形外轮廓的四角布置，即优选布置在该方形外轮廓的对角线上。
每个径向通道16在流体技术上分别使至少一个第一定子轴向通道12′与转子内腔11相连。在图5至图9中，每个径向通道16甚至各覆盖了三个这种类型的定子轴向通道12′。其中，被覆盖的定子轴向通道12′从径向观察系前后布置。
护罩14封装转子内腔11所达到的防护等级应予保持。有鉴于此，尽管径向通道16在流体技术上使第一定子轴向通道12′与转子内腔11相连，但在其他情况下处于封闭状态。
在已述设计方案的基础上可实现一种闭合式空气循环：空气先沿轴向穿过转子轴向通道8，然后穿过其中一个护罩14的径向通道16沿径向向外流动，接着沿轴向穿过第一定子轴向通道12′，最后穿过另一护罩14的径向通道16沿径向向内流动。为了促使这种空气循环的发生，也就是实现强制对流，在护罩14轴向内侧的转子轴3上设有至少一个起风扇作用的元件17。特殊情况下，转子叠片组7的轴向两端均可设置这种元件17。其中，所述一或多个元件17可以材料接合的方式与转子轴3相连。举例而言，所述一或多个元件17可以浇铸在转子6上。
所述电机工作时，即转子轴3围绕其轴线5旋转时，所设一或多个元件17引起前述对流作用。相应的空气流动在图4中以虚线表示。
与现有技术相比，本发明的设计方案在将转子6中产生的废热导散到定子1上这方面有大幅改进。这部分废热可相对方便地从定子向外导散。与现有技术中的类似电机相比，采用本发明设计方案的电机的效率可提高15％至20％。
采用本发明设计方案的电机上并非一定要设置第二定子轴向通道12″。而是可以设置这些定子轴向通道。如果设置了第二定子轴向通道，则这些第二定子轴向通道从流体技术角度看与转子内腔11分离。从所述剖切平面观察，这些其他定子轴向通道12″优选并非直接布置在该方形外轮廓的对角线上，这一点在图8中尤为明显。
如图8所示，沿径向观察时，第一定子轴向通道12′前后布置。而现有技术中电机的定子轴向通道12(见图2)则布置成多个同心环，其中，相邻环上的各定子轴向通道12之间存在间隙。但这种设计不是本发明的必不可少的特征。
以上说明部分仅用于对本发明进行阐述。本发明的保护范围仅由所附权利要求书界定。

Claims (9)

1.一种电机，其中，
所述电机具有一定子(1)和一转子轴(3)，
所述转子轴(3)以可绕一轴线(5)相对于所述定子(1)旋转的方式进行安装，使得所述轴线(5)可定义一轴向、一径向和一切向，
所述转子轴(3)上布置有一转子(6)，所述转子在电性上与所述定子(1)相互作用，
所述转子(6)具有至少一个沿轴向连续分布的转子轴向通道(8)，
所述定子(1)具有一定子叠片组(10)，从所述轴向观察，所述定子叠片组在所述转子(6)的整个范围内延伸，
从一个与所述轴向正交的剖切平面观察，所述定子叠片组(10)完全包围所述转子(6)，从所述剖切平面观察，这就形成一封闭的转子内腔(11)，
所述定子叠片组(10)的轴向两端各装有一护罩(14)，
所述护罩(14)中的至少一个护罩具有一可供所述转子轴(3)贯穿的中心开口(15)，
所述定子叠片组(10)具有至少一个从所述轴向观察连续分布的定子轴向通道(12′)，从所述剖切平面观察，所述定子轴向通道完全封闭，
所述护罩(14)如此设计，使得其在与所述定子叠片组(10)的共同作用下各形成至少一个沿所述径向延伸的径向通道(16)，
所述径向通道(16)在流体技术上使所述至少一个定子轴向通道(12′)与所述转子内腔(11)相连，所述径向通道在其他情况下处于封闭状态，
为了实现强制对流，在所述护罩(14)轴向内侧的所述转子轴(3)上设有至少一个起风扇作用的元件(17)。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，
从所述剖切平面观察，所述定子叠片组(10)具有一方形外轮廓，所述方形外轮廓的每个角附近均设有至少一个定子轴向通道(12′)。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，
所述定子轴向通道(12′)布置在所述方形外轮廓的对角线上。
4.根据权利要求1、2或3所述的电机，其特征在于，
所述定子叠片组(10)具有多个从所述轴向观察连续分布的其他定子轴向通道(12″)，所述其他定子轴向通道从流体技术角度看与所述转子内腔(11)分离。
5.根据权利要求2和4或者权利要求3和4所述的电机，其特征在于，
从所述剖切平面观察，所述其他定子轴向通道(12″)并非直接布置在所述方形外轮廓的对角线上。
6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的电机，其特征在于，
所述护罩(14)和所述定子叠片组(10)以IP55或更高的防护等级封装所述转子内腔(11)。
7.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的电机，其特征在于，
所述转子轴(3)支承在所述护罩(14)中。
8.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的电机，其特征在于，
所述转子(6)具有一转子叠片组(7)，所述转子叠片组承载一转子绕组(7a)或多个永磁体。
9.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的电机，其特征在于，
所述起风扇作用的元件(17)以材料接合的方式与所述转子轴(3)或所述转子(6)相连，特定而言浇铸在所述转子(6)上。
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