CN102403812A

CN102403812A - 外转子电动电机以及用于外转子电动电机的转子

Info

Publication number: CN102403812A
Application number: CN2011102743217A
Authority: CN
Inventors: 迪特尔·贝斯特; 维尔纳·米勒
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102403812B; US20120062052A1; EP2429067A1; US8810086B2; RU2565666C2; RU2011136538A

Abstract

本发明涉及一种用于外转子电动电机的转子(1)，其包括具有圆周壁(4)和至少一个单侧的转子底座(6)的转子罩(2)，该转子罩尤其作为具有高防护等级、例如依据DIN/IEC-EN 60034的第五部分所述之防护等级54的电机外壳的一部分，用来包围定子。转子罩(2)具有伸入转子底座(6)并具有高热导率的散热体(12)，利用该散热体(12)能够将内部产生的电机热量穿过转子底座(6)向外排出至环境中。除此之外，本发明还涉及一种外转子电动电机，特别是具有高防护等级、例如依据DIN/IEC-EN 60034的第五部分所述之防护等级54的封闭式电机外壳的外转子电动电机，该电机包括定子和根据上述方式设计并包围所述定子的转子(1)。

Description

外转子电动电机以及用于外转子电动电机的转子

技术领域

本发明首先涉及一种如权利要求1前序部分所述的外转子电动电机的转子，该转子包括具有圆周壁以及至少一个单侧的转子底座的转子罩，该转子罩尤其作为具有较高防护等级、如DIN/IEC-EN 60034的第五部分所述之IP54(即Ingress Protection 54：防护等级54)的电机外壳的一部分，用来包围定子。

本发明此外还涉及一种如权利要求17所述的外转子电动电机，该电机包括定子和包围定子的转子。

背景技术

欧洲专利申请文件EP1 419 568B1描述了一种“具有较高IP等级的电机”，在该电机中，电机外壳的一部分是由钵形转子(外转子)构成的。在电机外壳的旋转外转子与剩下的在轴向上与该外转子毗邻且容纳有电机电子元件的静止(非旋转)部分之间所构成的间隙是由一个合适的、特别是制造成迷宫式密封圈的旋转密封圈实施密封的，以防止湿汽或其它异物自外部侵入。这样可确保实现力求达到的IP等级。因为这样实际上已将电机外壳密封或包覆起来，所以电机存在如下问题，即其功率范围会因为在运转中散发的电机热量而受到限制。因此在上述专利申请文件中描述了通过使定子与转子之间区域内的空气产生涡流从而实现内部散热的特殊方法。为此，此种公知的电机一方面在定子和一个与转子相对着毗邻的电子元件盒之间的轴向方向上具有内部风扇叶轮(散热轮)，而且另一方面，在定子和转子底座之间的轴向方向上具有另一散热轮。但是这种随转子一起旋转的散热轮作用有限，因为让电机封闭的内部空间的空气循环起来仅能实现这样的目的，即，使得被加热的空气更有效地接触特定的机械部件，如定子轴套和/或转子罩，从而借助这些部件将热量向外排出。然而这种排热方法至少在利用转子罩散热方面并不十分有效，因为其通常使用的材料(拉伸钢或塑料)具有很差的热导率(热导率

λ < 100 \frac{W}{m \cdot K}

)。

发明内容

本发明的基本目的在于，对外转子电机，确切地说，特别是对其转子进行改良，使其通过有效的散热能够适应更高的功率范围。

依据本发明，上述目的是通过具有如权利要求1所述特征的转子得以实现的。本发明的其它有利设计方案以及特别的实施变例包含在各从属权利要求中。而权利要求17的主题则是一种根据本发明的外转子电动电机。

相应地，根据本发明是这样设计的，即，转子罩在转子底座的区域内具有热导率较高的散热体，该散热体以伸入所述转子底座的方式设置，因此利用该散热体能够将内部产生的电机热量穿过转子底座向外排出至环境中。因此这种热传递主要是经由散热体实现的，因此使得散热在很大程度上不再依赖于转子罩材料和其本身的导热性能。

所述转子罩自身或至少在其底座区域是由低热导率、也就是说热导率至少明显低于

的材料制成的。例如钢，视其金属混合情况，热导率介于

与

之间，而对于塑料来说，其热导率通常小于

与此相反，根据本发明的散热体由高热导率，即热导率大于

特别是大于

的材料制成。在应用铝材料时，根据金属混合情况的不同，热导率λ介于

150 \frac{W}{m \cdot K}

与

240 \frac{W}{m \cdot K}

之间。

在一优选设计方案中，散热体伸入转子底座的开口中，在这种情况下，散热体一方面具有从转子底座出发向内凸入到转子罩中的内侧翼状翼状散热片散热片，另一方面具有向外部凸起的外侧肋状散热片。在这一方案中，所述散热体适宜采用铝或其它相应地具有大于

特别是大于

的高热导率的可选材料制成。伸入到电机内部空间并一直伸至定子附近的内侧翼状散热片不仅负责使空气有效循环，而且由于其起到吸热面作用的表面较大，还能进行有效的散热。整个散热体内部在运转中会产生温度梯度，由此可经由散热体将热量由内而外地导出并释放到环境空气中。在外部的散热片同样也增大了在该处起到散热面作用的表面。

在另一优选设计方案中，转子底座的需用于由内向外地散热的开口是由散热体以向外方式密封的，因此，尽管散热/散热有了显著改善，但仍然能够在很大程度上确保具有较高的IP级别。

附图说明

下面将借助附图及图中示出的特别实施例和设计变例对本发明做更为详尽的描述。其中：

图1是根据本发明的转子的第一个实施例的分解立体图，观察方向斜指向转子的封闭侧，

图2与图1相似，但观察方向斜指向转子的相反的开放侧，

图3是图1和图2所示的转子在安装完毕后的剖视图，

图4至图6类似于图1至图3，示出了本发明可选的第二实施方案，

图7至图9是转子的第三种可选方案的示图，具体而言：

图7是转子封闭侧的斜向立体图，

图8是转子的相反的开放侧的斜向立体图，

图9是图7和图8所示的转子的轴剖图。

具体实施方式

在不同的附图中，同样的部件始终配以同样的附图标记。因此，对每一部件只说明一次，而且，针对各部件的这种说明对于那些其中以相应的附图标记标志有各该部件的附图也是适用的。

在附图中，对于外转子电动电机，仅绘出了根据本发明的转子1，其包括具有圆周壁4以及单侧封闭之转子底座6的钵形转子罩2。在外转子电动电机中，转子1(外转子)作为电机外壳的一部分，它通常从轴向上的一侧包围定子(未示出)。在这种情况下，转子1通过定子内部的转子轴8以可旋转的方式设置。在电机外壳的可旋转转子1与相邻的其余部分之间构成的周向间隙由一适合的、特别是制作成迷宫式密封圈的旋转密封圈密封，以防止湿汽或其它异物自外部侵入。因此使电机可满足IEC 60034-5所规定的高IP级别，例如IP54。

由于电机外壳被制成为密封或包覆形式，并因为转子罩由低热导率材料

特别是由拉伸钢和或塑料制成，因此设计了用于将内部热量向外散出的方法。根据本发明，转子罩2具有设置在转子底座6的区域内并具有高热导率

特别是

的散热体12，通过该散热体12可使内部产生的电机热量穿过转子底座6向外排出到环境中。

在一优选设计方案中，散热体12还伸入到转子底座6的开口14中，在这种情况下，该散热体12一方面具有从转子底部6的区域出发向内凸入至转子罩2中的内侧翼状散热片16，另一方面，具有向外凸起的外侧肋状散热片18。如图所示，该内侧翼状散热片16沿径向延伸并向着轴向方向凸起，不过它也可具有风扇叶片状的轮廓。外侧肋状散热片18也优选沿径向定向并从散热体12出发向着轴向方向凸起。但是，内侧翼状散热片16和外侧肋状散热片18的设计方案及布置方式原则上可任选。

就图1至图3所示的第一实施方式而言，散热体12被构造成特殊的独立部件，确切地说，它被构造成一体式的盘形散热件20。该一件式散热件20在一侧具有翼状散热片16，而在另一侧则具有肋状散热片18。在这种情况下，散热件20在外部呈盖状固定于转子底座6上，此时，翼状散热片16穿过转子底座6的开口14伸入到转子罩2内部。为此，翼状散热片16被构造成与开口14的大小与结构相匹配，而且成组地设置，从而使其在散热件20按一定的圆周方向定向时刚好能够引入开口14中。例如像图2所示的那样，可使每两个翼状散热片16形成一组，共同引入相应的开口14中。显然，开口14也可构造得更大些，以便将由更多个翼状散热片16形成的组设置于开口14中。重要的是，散热件20在安装完毕的状态下要将转子底座6的开口14从外侧紧密封闭。在示出的实施例中，优选在转子底座6与散热件20之间设置有将开口14区域完全包围起来的密封垫圈22。当然，也可以为每一开口14设置单独的密封垫圈。

散热件12在转子1或者转子罩2上的固定可优选通过螺丝拧接的方式来实现，即，用螺丝24穿过散热件20的安装孔拧入转子底座6的螺丝孔。对此请特别参见图3。

在如图4至图6所示的第二实施方式中，散热体12为两件式结构，其由两个分开的单件组成，确切地说，其由一个盘形的、一侧具有翼状散热片16的内部散热件26与一个盘形的、外侧具有肋状散热片18的外部散热件28组成。内部散热件26插入转子罩中并固定于转子底座6的内侧。而外部散热件28则以与图1至图3中所示的一体式散热件20相似的方式在外部固定到转子底座6上。在这种情况下，内部及外部散热件26、28在转子底座6的开口14的区域内是通过热接触区30结合在一起的，因而能够互相传递热量。该热接触区30接合于开口14中，从而使散热体12在整体上以能够导热的形式穿过开口14。对此，请特别参见图6的剖面。为了实现良好的热传递，每个热接触区30均具有尽可能大的表面，因此它们的表面在很大程度上彼此接近。该开口14被构造成相应的尺寸。

在如图4至图6所示的第二实施方式中，对开口14相应地也设置了从外侧的密封，为此，在转子底座6与外部散热件28之间设置相应的密封垫圈22。为了安装及固定，外部散热件28和内部散热件26以中间夹着转子底座6从而形成呈三明治状结构的方式彼此牢固地连接在一起，特别是以螺丝拧接在一起。此外，相应的螺丝24特别设置在热接触区30的范围内，以便通过拧接实现使上述连接尽可能牢固并具有良好的导热性能的目的。而且可优选在位于外部散热件和内部散热件之间的周向区域内额外地设置螺丝拧接。

就图7至图9所示的第三实施方式而言，散热体12在转子底座6的区域内是以贯穿开口14的形式浇铸而成的，在这种情况下，在内部的翼状散热片16以及在外部的肋状散热片18均用模制技术构成。因此在这里，散热体12与转子罩2或者说转子底座6是以材料接合(stoffschluessig)和/或利用形锁合(formschluessig)的方式连接在一起的。对此请特别参加图9的剖面。优选由铝铸件制成并模制而成的散热体12贯穿转子底座6的开口14并以材料接合的方式与转子底座连接在一起，因此无需附加密封垫圈就能确证防渗包封。

在另一优选设计方案中可为所有的实施例采取如下设计，即在转子罩2的在轴向上与转子底座6和散热体12相反的开放侧上设置环状的散热体32，该散热体32具有叶片状的、沿周向分布设置的翼状散热片34。这样，在该区域内，向外排热的情况也将得到改善。

作为散热体32的补充或者可选方案，可将一个如开头提到的欧洲专利申请文件EP 1 419 568B1中所指明的那种内部风扇扇轮(图中未示出)设置在转子轴8的延长端上，并使其在外转子电机安装完毕后能够在定子与电机电子元件之间的轴向区域中旋转。

此外，在一同样未示出的设计方案中，转子罩2可像德国专利申请文件DE 296 12 395U1所揭示的那样，在其两端分别具有转子底座。在这种情况下，在任一上述设计方案中既可以选择仅使两个转子底座中的一个具有散热体32，也可以选择使每一个转子底座均具有散热体32。这样，这种两端闭合的转子罩将不具有一同旋转的转子轴，它将以可旋转的方式设置在静止的轴上。

为了完整起见，还应当指出，依据本发明的转子1优选应用于风扇驱动装置中。为此，转子罩2具有固定在外部圆周壁4上用以固定风扇叶片(图中未示出)的固定件36。该种固定件仅描绘在图1至图3中。

对于那些并无特殊防渗要求的实施方式，所述转子底座还可具有额外的开口以辅助散热。

即使在附图中仅示出了转子1，本发明仍然涉及完整的外转子电动电机，特别是其闭合电机外壳具有诸如IP54等高防护等级的外转子电动电机，这种外转子电机包括未示出的定子以及依据本发明的转子1，且该转子作为电机外壳的一部分从轴向的一侧上像钵体一样包围定子。

本发明并不限于已示出及描述过的实施例，其也包括所有在本发明的意义上具有相同效果的实施方案。需要强调的是，本发明的实施例并不限于将全部特征组合在一起，确切地说，每一单个子特征在与其它所有子特征分开时仍然具有发明上的意义。另外，本发明迄今为止也不限制于各独立权利要求中限定的特征组合，其也可被定义为由已全部公开的单个特征中的一定特征组合而成的任何其它组合。这意味着，原则上并在实践中，每个独立权利要求中述及的每一个单个特征都可以删去，或者说，独立权利中述及的每一个单个特征都可以被在本申请中其它地方所公开的单个特征所取代。就此而言，所述权利要求只可被理解为对于一个发明的一种最初表述尝试。

Claims

1.一种用于外转子电动电机的转子(1)，其包括具有圆周壁(4)和至少一个单侧的转子底座(6)的转子罩(2)，所述转子罩尤其作为具有高防护等级、例如依据DIN/IEC-EN 60034的第五部分所述之防护等级54的电机外壳的一部分，用来包围定子，

其特征在于，所述转子罩(2)具有伸入所述转子底座(6)且具有高热导率的散热体(12)，利用所述散热体(12)能够将内部产生的电机热量穿过所述转子底座(6)向外排出到环境中。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子罩(2)自身或至少在所述转子底座(6)的区域内是由低热导率

的材料制成的，特别是由钢和/或塑料制成的。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述散热体(12)所具有的热导率

λ > 100 \frac{W}{m \cdot K},

特别是

λ > 150 \frac{W}{m \cdot K} .

4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述散热体(12)至少有一部分是由热导率λ在

与

之间的铝制成的。

5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述散热体(12)伸入所述转子底座(6)的开口(14)中，并且一方面具有从所述转子底座(6)出发向内凸入到所述转子罩(2)中的内侧翼状散热片(16)，另一方面具有向外部凸起的外侧肋状散热片(18)。

6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，所述散热体(12)被构造成一体式的盘形散热件(20)，其在一侧具有翼状散热片(16)，而在另一侧则具有肋状散热片(18)，所述散热件在外部呈盖状固定于所述转子底座(6)上，其中所述翼状散热片(16)伸入所述转子底座(6)的开口(14)中。

7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，所述散热件(20)从外侧紧密封闭所述转子底座(6)的开口(14)，为此，优选在所述转子底座(6)与所述散热件(20)之间设置有包围所述开口(14)的区域的密封垫圈(22)。

8.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，所述散热体(12)为两件式结构，其由一侧具有翼状散热片(16)的一个内部散热件(26)和外侧具有肋状散热片(18)的一个外部散热件(28)组成，其中，两个所述散热件(26，28)在所述转子底座(6)的开口(14)的区域内是通过热接触区(30)结合在一起的，因而能够互相导热。

9.据权利要求8所述的转子，其特征在于，所述散热体(12)从外侧紧密封闭所述转子底座(6)的开口(14)，为此，优选在所述转子底座(6)与所述外部散热件(28)之间设置有包围所述开口(14)的区域的密封垫圈(22)。

10.据权利要求8所述的转子，其特征在于，所述外部散热件(28)与内部散热件(26)在中间夹着所述转子底座(6)的情况下固定地连接，特别是以螺丝拧接在一起。

11.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，所述散热体(12)在所述转子底座(6)的区域内是以贯穿所述开口(14)的形式浇铸而成的，其中，在内部的翼状散热片(16)以及在外部的肋状散热片(18)均以模制技术构造而成。

12.根据权利要求11所述的转子，其特征在于，所述散热体(12)与所述转子罩(2)或转子底座(6)是以材料接合和/或形锁合的方式连接在一起的。

13.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，在所述转子罩(2)的与所述转子底座(6)相反的开放侧上具有环状散热体(32)，所述环状散热体具有叶片状的、沿周向分布设置的翼状散热片(34)。

14.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子罩(2)通过仅设置在一侧的转子底座(6)与转子轴(8)连接在一起，所述转子轴由旋转轴承支承从而可相对于定子旋转，其中，优选在延长的轴端上固定或能够固定有内部风扇叶轮，并且所述风扇叶轮在电机内部被设置在定子与电机电子元件之间。

15.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子罩(2)的两侧分别具有转子底座，其中，可以选择地使其中一个和/或另一转子底座具有如前述权利要求之一所述的散热体(12)。

16.根据权利要求15所述的转子，其特征在于，所述转子罩(2)通过旋转轴承设置或能够设置于一不可旋转的轴上。

17.一种外转子电动电机，特别是具有高防护等级、例如依据DIN/IEC-EN60034的第五部分所述之防护等级54的封闭式电机外壳的外转子电动电机，所述电机包括定子和根据前述权利要求之一设计并包围所述定子的转子。