CN102823113A

CN102823113A - 包含内部转子冷却的电动马达

Info

Publication number: CN102823113A
Application number: CN2011800175509A
Authority: CN
Inventors: 瑟伦·伯格·安德森; 约根·利奎斯特
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-12-12
Also published as: WO2011110558A1; EP2545637A1; US20130119829A1; EP2365610A1

Abstract

包含内部转子冷却的电动马达。电动马达（1）包括轴（3）和安装在所述轴（3）上的转子（2）。轴（3）包括冷却空气的入口（8），以及内部通道（10A、10B），内部通道（10A、10B）用于引导由所述轴（3）的旋转引起的通过所述入口（8）的冷却空气流（9）。通道包括第一部分（10A）和第二部分（10B），第一部分（10A）沿着轴（3）的安装有所述转子（2）的纵向部分（11）轴向地延伸通过轴（3），第二部分（10B）从所述第一部分（10A）径向向外地延伸并且通向所述轴（3）的外表面（13）上的空气流出口（12）。

Description

包含内部转子冷却的电动马达

技术领域

本发明涉及电动马达，并且具体地，涉及具有内部转子冷却的电动马达。

背景技术

在工业、商业以及消费者的环境中存在各种类型的电动马达。在工业中，马达被用于驱动各种不同种类的机械，例如压缩机、泵、风扇等，在此仅举几个示例。马达通常包括定子，定子具有大量的围绕转子的线圈。转子典型地安装在能够旋转的由轴承所支撑的轴上以在马达壳体中旋转。当向马达施加电力时，定子和转子之间的电磁关系使转子旋转。轴将转子的运动转化成用于给定的某个机械的驱动力。也就是说，轴的旋转驱动联接到轴的机器。

传统马达在运转中产成热量。例如，马达的各个运动部件的物理性相互作用以摩擦方式产生热量。此外，定子和转子之间的电磁关系产生电流，电流又例如由于电阻加热而生成热量。尤其地，在高速运转时，转子往往被过度加热。如果不加以抑制，过量的热量可降低马达的性能。更有害的是，过量的热量是导致系统停机时间并需要维修的许多故障的原因。此外，持续维持的局部高运转温度（例如，热斑）可引起特定位置的过早故障。无疑地，降低的效率以及故障是可引起成本增加的不期望的事件。

为了散热并且为了将转子维持在可接受的运转温度内，传统马达例如使用外部风扇来而设置在转子周围流通的制冷剂——例如强制空气或液体——的路线。

发明内容

本发明的目的是提供转子的自冷却，从而避免对于空气或液体围绕转子强制流通的需要。

上述目的通过根据权利要求1所述的马达和根据权利要求6所述的方法来实现。

本发明的基本思想是通过提供下述轴而在内部冷却电动马达的转子，轴带有冷却空气的入口、以及用于引导来自入口的空气流在内部通过轴的内部通道。通道包括第一部分和第二部分，第一部分沿着轴的长度上安装有转子的部分轴向地延伸通过轴，第二部分从第一部分径向向外地延伸到轴的外表面上的空气流出口。在马达运转时，旋转的轴起到离心泵的作用，因此，空气通过入口被吸入并且被轴向地引导通过通道的第一部分。通过轴的内部冷却空气流吸收来自轴周围的转子的热量以冷却转子。由于通过轴的旋转而引起的离心作用，迫使来自通道第一部分的空气经由通道第二部分径向向外地流向空气流出口。因此，在不需要例如借助于外部风扇进行强制流通的情况下，维持了冷却空气的连续流动。

在一个实施方式中，轴被制造成具有轴向地延伸到轴的一个端部的中心孔，所述中心孔在轴的所述端部处形成入口并且限定所述通道的第一部分，并且其中轴被制造成还具有从所述中心孔延伸到轴的外表面的多个径向孔，所述径向孔限定所述通道的第二部分。

在一个实施方式中，轴具有大于每分钟20000转的旋转速度。在如此高速下的马达运转增强了空气上的离心作用并且因此使得有效地冷却转子。

在示例性实施方式中，所述马达是感应马达。

附图说明

在下文中根据在附图中示出的图示实施方式进一步描述了本发明，其中：

图1是根据本发明的一个实施方式的电动马达的一部分的剖面图，以及

图2是图1的电动马达的转子的立体图。

具体实施方式

现在参考图1，图示出根据本发明的一个实施方式的示例性的电动马达1。图示的马达1是可用于驱动例如压缩机、泵、风扇等工业机械的感应马达。然而，应理解的是，本发明可同样地用在同步马达或永磁式马达中。

马达1包括转子2，转子2沿着能够绕轴线5旋转的轴3安装。图2示出安装在轴3上的转子2的立体图。如图所示，图示的转子2由棒状导体14构成，导体14例如由铜制成并且沿着转子2的长度延伸。替代性地，转子2可包括安装在轴3上的实心传导芯（solid conductivecore）。回顾图1，定子4围绕转子2。定子4包括例如连接到交流电源的磁场绕组。

当定子绕组由电源通电时，产生扫过转子2的旋转磁场。该变化的磁场分布在转子导体14中感生出电流。转子2中的电流与由定子4所产生的旋转磁场相互作用，并且其效果是引起转子2的旋转运动。轴3传递转子2的旋转运动，以驱动例如连接到轴3的端部7的工业机械。连接到轴的端部7的被驱动的机械例如可包括压缩机、泵、风扇等。

轴3在两个端部上由例如包括箔轴承的轴承15和17所支撑，轴承15和17容纳在对应的轴承座16和18中。转子2和定子4由具有轴向通道的绝缘套筒20围绕。整个组装件容纳在马达壳体21中。

如前所述，马达1在运转中产生热量。例如，马达的各个运动部件的物理性相互作用以摩擦方式产生热量。此外，定子4和转子2之间的电磁关系产生电流，电流又例如由于电阻加热而生成热量。尤其地，在高速运转时，例如，对于大于每分钟20000转的旋转速度而言，转子往往被过度加热。

本发明通过提供转子2的内部冷却来解决所述问题。结合着参考图1和2可最好地理解下文的介绍。如图所示，根据本发明，轴3包括冷却空气的入口8，冷却空气8在图示的示例中是环境空气。轴3还包括通道10A、10B，用于引导来自入口8的冷却空气流9在内部通过轴3。通道具有第一部分10A，第一部分10A沿着轴3的长度上的安装有转子2的部分11而轴向地——即沿着旋转轴线5——延伸。通道还包括第二部分10B，第二部分10B从第一部分径向向外地延伸到轴3的外表面13上的空气流出口12。

在马达1的运转中，旋转轴3起到离心泵的作用，因此，冷却空气（即，在该示例中为环境空气）通过入口8被吸入并且被引导成轴向地通过通道的第一部分10A。通过轴的内部冷却空气流9吸收来自轴3周围的转子2的热量以冷却转子2。由于轴3的旋转引起的离心作用，使来自通道的第一部分10A的空气经由通道的第二部分10B而径向向外地流向空气流出口13。因此，在不需要例如借助于外部风扇进行强制流通的情况下，维持了冷却空气的连续流动。在轴的旋转速度高时，离心作用增强，以在这样的高速下实现增强的冷却。

在一个实施方式中，轴3可被制造成中空轴，包括至少沿着轴3的纵向部分11延伸到轴的一个端部6的轴向中心孔。因此，中心孔在轴的端部6处形成空气流入口8，并且还限定内部通道的第一部分10A。此外，轴3可另外包括限定内部通道的第二部分10B的径向孔。如图所示，径向孔从由中心孔限定的通道部分10A延伸到轴3的外表面13上的空气流出口。如图所示，可在沿着轴3的多个纵向位置上设置若干个周向间隔开的上述类型的径向孔。

从径向孔引导出的空气流9可通过壳体21上设置的通风栅格19而离开壳体21。

虽然已根据具体的实施方式描述了本发明，但该描述不应被解释成限制意义。对于本领域技术人员，通过阅读本说明书，公开的实施方式的多种改进形式以及本发明的替代性的实施方式将变得明显。因此，能够设想，能够进行上述改进而不违背由下述专利权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种电动马达（1），包括：

-轴（3）以及安装在所述轴（3）上的转子（2），

所述轴（3）进一步包括：

-冷却空气的入口（8），以及

-内部通道（10A、10B），用于引导由所述轴（3）的旋转引起的通过所述入口（8）的冷却空气流（9），其中所述通道包括第一部分（10A）和第二部分（10B），所述第一部分（10A）沿着所述轴（3）的安装有所述转子（2）的纵向部分（11）轴向地延伸通过所述轴（3），所述第二部分（10B）从所述第一部分（10A）径向向外地延伸并且通向所述轴（3）的外表面（13）上的空气流出口（12）。

2.根据权利要求1所述的马达（1），其中，所述轴（3）具有轴向地延伸到所述轴（3）的一个端部（6）的中心孔，所述中心孔在所述轴（3）的所述端部（6）处形成所述入口（8），并且所述中心孔限定所述通道的所述第一部分（10A），并且其中，所述轴（3）还具有多个径向孔，所述径向孔从所述通道的由所述中心孔限定的所述第一部分（10A）延伸到所述轴（3）的所述外表面（13），所述径向孔限定所述通道的所述第二部分（10B）。

3.根据上述权利要求中的任一项所述的马达（1），其中，所述冷却空气是环境空气。

4.根据上述权利要求中的任一项所述的马达（1），其中，所述轴（3）具有大于每分钟20000转的旋转速度。

5.根据上述权利要求中的任一项所述的马达（1），其中，所述马达（1）是感应马达。

6.一种制造电动马达（1）的方法，

包括：

-制造轴（3），所述轴（3）具有冷却空气的入口（8）、和用于引导通过所述入口（8）的冷却空气流（9）的内部通道（10A、10B），其中所述通道包括第一部分（10A）和第二部分（10B），所述第一部分（10A）沿着所述轴（3）的纵向部分（11）轴向地延伸通过所述轴（3），所述第二部分（10B）从所述第一部分（10A）径向向外地延伸并且通向所述轴（3）的外表面（13）上的空气流出口（12），以及

-将转子（2）沿着所述轴（3）的所述纵向部分（11）安装到所述轴上。

7.根据权利要求5所述的方法，其中制造所述轴（3）包括：

-形成中心孔，所述中心孔轴向地延伸到所述轴（3）的一个端部（6），所述中心孔在所述轴（3）的所述端部（6）处形成所述入口（8），并且所述中心孔限定所述通道的所述第一部分（10A），以及

-形成多个径向孔，所述径向孔从所述通道的由所述中心孔限定的所述第一部分（10A）延伸到所述轴（3）的所述外表面（13），所述径向孔限定所述通道的所述第二部分（10B）。