CN103339836A - 具有防爆结构的直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电机，其具有带有电机绕组（28）的定子（1）、包围该定子且构造成外转子形式的转子（2）以及电机罩壳（3），所述电机由接线盒部分（C）、包含转子（2）及定子（1）的电机部分（A）以及设置在此电机部分（A）与接线盒部分（C）之间的电子设备壳体部分（B）组成，在该电子设备壳体部分的内腔（4）中安置有电机电子设备（34）。这里用来容纳电机电子设备（34）的电子设备壳体部分（B）被设计成按照EG准则94/9/EG符合II2G Ex d e的防爆结构形式，其内腔（4）被构造成符合EN60079-1标准的抗压罩壳。而其它的电机部分（A,C）则构造成符合EN60079-7标准的高防护水平区域。

Description

具有防爆结构的直流电机

技术领域

本发明涉及一种直流电机，该直流电机具有带有电机绕组的定子、包围该定子且构造为外转子形式的转子以及电机罩壳，所述电机包括接线盒（Klemmkastenabschnitt）部分、具有转子及定子的电机部分以及设置在电机部分与接线盒部分之间的电子设备壳体部分，在所述电子设备壳体部分的内腔中设置有电机电子设备。

背景技术

对于这种公知的电机，存在能够用于在易爆的气体环境中作为风扇的驱动装置的需求。

EP1160960B1中公开了一种带有电子换向电机的电机装置，而在该电子换向电机中，电机电路与传感器电路之间是完全电绝缘的，包括换向电子设备在内的电路板（具有电机电子设备）被布置在一个与电机罩壳分开的、带有抗压罩的独立防爆盒体中。

不过在许多应用中，并不期望，且由于空间的原因也不可能将控制电路独立地安置在与电机罩壳分离开的壳体中。

发明内容

本发明的基本目的在于，将前述类型的电机设计成具有防爆结构形式,其在将电机电子设备集成在电机罩壳中因而具有结构紧凑的特点，从而使它尤其符合带有爆炸组IIA和IIB和温度等级T1至T3的用于气体的欧盟准则94/9/EG（ATEX）区1和2（Zone1und2）。

根据本发明，这一目的是这样实现的：在同类直流电机中，电子设备壳体部分在防爆结构上将按照EG准则94/9/EG根据II2G Ex d e ib来构造，其内腔构造成符合EN60079-1的抗压罩壳，而其他的电机部分则构造成符合EN60079-7的高防护水平区域。本发明基于如下认识：在电子设备区域中可以允许气体自身被电弧引燃，但不允许这种引燃又导致其他的电机区域起火。本发明的基本思想在于：电子设备区域可被构造成合乎要求的抗压性能，但是对于剩余的电机区域来说，由于存在必需的密封件且这些密封件比如为了维修须被打开，而且包含定子和转子的电机区域优选也不用气密的方式包封起来，因而它们被设计成符合EN60079-7的高防护水平区域。

根据本发明，如下设计是有利的，即在电子设备壳体部分的内腔与具有高防护水平的电机区域之间设置接触套管（Kontaktdurchführung），且此接触套管的环形缝隙在其缝隙宽度及长度以如下方式进行设计，从而在电机的任一工作状态下，均能使相应环形缝隙的那一处于高防护水平区域中的缝隙端部处的温度低于电机周围的气体的气体特定引燃温度。

在本发明的另一设计方案中，定子包括定子衬套和定子法兰，定子法兰与接线盒部分以可松开的方式连接在一起，位于定子法兰与接线盒区域之间的、从电子设备壳体内腔出发沿径向方向延伸的缝隙段在其长度及其缝隙宽度上这样构造，使得在电机的任一工作状态下，均能使在外部的缝隙端部处的温度低于电机周围的气体的气体特定引燃温度。此外，根据本发明，转子轴可旋转地安置在定子的定子衬套中，而位于转子轴与定子衬套之间的、沿转子轴的轴向方向延伸的、从电子设备壳体内腔出发向外延伸的周向缝隙（Umfangsspalt）的缝隙宽度及缝隙长度这样确定，使得在电机的任何工作状态下，均能使该周向缝隙位于外部的端部处的温度低于电机周围的气体的气体特定引燃温度。由于各条缝隙是根据本发明构造的，因此能够确保在各外侧的缝隙端部处的温度不会引起存在于其他的电机区域中的气体的引燃。

另外，根据本发明有利的是：接触套管与电缆套管以及位于接线盒区域之内以及电机部分之内的导电连接接头、连接触头以及其它零件被设计成按照EG准则94/9/EG（ATEX）用于符合EN60079-7的高防护水平的结构类型。上述零件可以是已经在市场上销售的、适用于该安全区域的零件，必要的话，也可在例如电机部分之中特别浇铸出相应适合的此类电绝缘零件。

本发明的其他有利设计包含在各从属权利要求中。

附图说明

下面将通过附图中示出的实施例，对本发明进行详细阐述。在附图中：

图1是沿图2中的剖切线I-I剖开后的根据本发明的电机纵剖图；

图2是沿图1中的箭头II方向看去的示图；

图3示出了图1中位置III的细节；

图4是沿图2中的剖切线IV-IV剖开后的纵剖图；以及

图5示出了图4中位置V的细节。

具体实施方式

在各附图中，相同的部件均以相同的附图标记标识，因此对相同的部件将只描述一次。

本发明涉及一种如图1所示的直流电机，该电机包括位于内部的定子1与包围此定子且构成为外转子形式的转子2。定子1和转子2构成电机部分A。该电机优选是电子换向的直流电机（EC电机）。这种电机的防爆结构是根据EG准则94/9/EG(ATEX)的标准II2G Ex d e ib构造的。此种根据本发明的电机具有电机罩壳3，该电机罩壳由接线盒部分C和定子支座5组成。接线盒部分C被制成中空圆柱体形，其一端带有固定的盖子6，另一与盖子6相对的端部具有一体成型的、径向向外凸出的环形法兰7。接线盒部分C（包括盖子6和环形法兰7）优选制成压铸件，尤其是铝制压铸件。在接线盒部分C的内部，沿着位于中部的电机纵轴X-X的轴向方向看，在与盖子6相距一定间隔处具有一连续的挡板8，该挡板在内部封闭接线盒部分C，从而在盖子6与挡板8之间构造出一空腔9，该空腔中设置有连接端子（Anschlussklemme）11。连接电缆12通过螺纹式电缆套管接头（Kabelverschraubung）13引入空腔9中，并在空腔9内部，连接电缆12与电连接端子11连接到一起。根据本发明，为满足防爆指令的要求，接线盒部分C被构造成根据德国工业标准（DIN-Norm）60079-7的高防护水平区域。在这里，位于接线盒部分C中的导电连接触头或者说连接端子11被优选造成封闭的接线盒，而且设计成这样，即导电连接触头或者说连接端子本身就满足所要求的高防护水平标准。此种连接端子部件可购置市场上常见的部件。螺纹式电缆套管接头13（这种部件同样是市场上可买到的部件）同样也是根据EN60079-7的高防护水平的要求构造的。螺纹式电缆套管接头13被插入接线盒部分C的一个开口中。盖子6利用分布在盖子周缘上的螺栓14（见图2）与接线盒部分C拧接在一起。在盖子6与接线盒部分4的端侧贴靠面之间的贴靠区中，以与螺栓14相对并朝向接线盒部分4的空腔9的方向错开的方式安置圆周密封垫16，该密封垫为在防喷水、防尘方面符合德国工业标准（DIN Norm）IP-54的密封件。

接线盒部分C在其环形法兰7的区域上与定子支座5拧接在一起。定子支座5由定子衬套17和环形的定子法兰18组成，而且由此两者一体形成。定子法兰18具有一沿圆周方向延伸的、朝向接线盒部分4的环形法兰7的环形贴靠面19。当接线盒部分C与定子法兰18彼此连接到一起时，环形法兰7即沿圆周方向贴靠在该贴靠面19上。接线盒部分与定子法兰之间的这种连接是在周缘上借助于穿伸过环形法兰7延伸并拧入到定子法兰的环形面中的螺栓21实现的。定子支座5优选是用铝制成的压铸件。转子轴22，尤其通过在轴向上间隔开的滚珠轴承23以可旋转的方式安置在中空圆柱体形的定子衬套17之中。转子2被固定在转子轴22从定子衬套17中伸出来的那一端上。转子2构造成钵形，其具有圆形的转子底座24和中空圆柱体部分26，永磁体27固定在其内壁上。设置在定子衬套17外侧上的电机绕组28被永磁体包围。在电机绕组28与永磁体27之间有一较宽的空隙，因而转子2可围绕电机绕组28自由旋转。在转子底座24中焊有固定套筒29。转子轴22优选借助于压配合（Presssitz）以力适配的方式与这一固定套筒29连接到一起。在定子衬套17与定子法兰18之间构造有一弧形的过渡区31。在这个过渡区31的圆周（Umfang）上安置有电机电路板32（图5），在该电路板上设置有连接触头与转子位置传感器，特别是霍尔传感器。电机绕组28通过安装在电机电路板32上的连接触头与其绕组端相连接，并借助于穿伸过定子法兰18的壁而延伸的接触销33与电机电子设备34连接。连接区连同霍尔传感器优选利用电绝缘浇铸材料35浇铸而成，从而避免在这一连接区中产生电弧，满足为达到根据EN60079-7的高防护水平的条件。转子2的中空圆柱体部分26的自由端是通过一种迷宫式密封装置26a加以密封的，因而该处的密封在防溅水与防尘方面同样也符合防护等级IP-44的要求。总之，整个电机部分A被制成根据EN60079-7要求的高防护水平区域。

如图3所示，在本发明中，定子法兰18与挡板8之间的内腔4被设计成符合EN60079-0标准的气体爆炸风险区，以便用来容纳电机电子设备34。电机电子设备34具有电机电子设备电路板37，各电子电路零件以及合适的连接触头安装在该电路板上。容纳电机电子电设备34的内腔4被设计成抗压的罩壳，确切地说，被设计成符合EN60079-1标准的罩壳。在这种情况下，逐件试验中的抗压强度必须相当于1.5倍参考压力，或在允许位置下单次地相当于4倍的参考压力，所述参考压力是指根据欧盟准则II2G Ex d（仅密闭空间）的气体点燃时在内腔的多个位置上测得的压力。为此，根据本发明，在容纳电机电子设备34的内腔4（气体爆炸风险区域）与相邻的两个高防护水平的部分A、C之间所有的接缝a)、b)、c)、d)和e)的长度（单位mm）与宽度（单位mm）被确定为这样的水平，使得在每一缝隙的外端（在每一缝隙的远离容纳电机电子设备34的内腔4的那一端）处不会发生引燃电机周围气体的情况。就是说，在高防护水平区域中的气体不可能被点燃。

根据本发明，下列缝隙需按照本测试规则来确定尺寸：

缝隙a):

此缝隙为转子轴22与定子衬套17的内壁之间的缝隙。对于该缝隙来说有利的是，在临界区中，在定子衬套17与转子轴22之间插入金属的气密套管39。由此将形成两条平行的圆周缝隙a₁和a₂（图1，图3）。

缝隙b):

此缝隙在接触销33（该接触销优选是插接触头）的绝缘套管40的区域内，在电机电路板32的接触区与电机电子设备电路板37上的接触区之间延伸。这些套管40由其中灌入了诸如用钴或铜制成的金属接触销33的绝缘玻璃体以及包围此玻璃体的金属体43组成，而且所述金属体包括圆柱体段，并具有一侧径向向外伸出的环形法兰44。环形法兰44位于抗压区域之内，并紧贴在定子法兰18中的容纳金属体（如镀镍钢质体或黄铜质体）43的穿孔45的径向阶梯面上。玻璃体被形状适配地包围在金属体43的圆柱体段中。它对于抗压罩壳没有作用。

缝隙c):

插接触头用来将接线盒部分C的连接端子11和电机电子设备电路板37上的相对应的逆触头（Gegenkontakt）导电地连接，而此处缝隙c）涉及处在用于插接触头的绞合线或接触销46的电绝缘套管41的区域内的缝隙（图3）。这些套管41由电绝缘塑料体47制成，而接触销46则被注入在所述塑料体中。塑料体47位于金属管48中，该金属管包括包围塑料体47的圆柱体段49和一端部在该圆柱体段上的、径向向外指向的环形法兰50。环形法兰50紧贴在用于挡板8中的金属管48的容纳孔52的径向阶梯面51上。金属管48被螺栓固定，而无缝连接则是通过金属管48中的后截面（Hinterschnitte）实现的。

缝隙d):

接线盒部分C的环形法兰7紧贴在与其相对的定子法兰18的贴靠面19的区域上，缝隙d)是该贴靠区中径向向外延伸的缝隙部分。

因为螺栓21的通孔也延伸在该区域中，所以在这些通孔之间须保持一定的周向间距。这一间距的大小按照EN60079-1标准确定。在计算关键性的缝隙长度时，那些与缝隙d)垂直延伸的缝隙部分没有被考虑在内。

缝隙e):

此缝隙为定子法兰18的壁中的通风体54周缘上的缝隙（图3）。设置该通风体54是有利的，由于该通风体具有通孔55，因而在用来容纳电机电子设备的抗压内腔4与转子2内部的电机内腔之间存在连接，通过该连接能够实现压力平衡。通风体54包括诸如用镀镍的钢或铝制成的金属管56，该金属管被插入定子法兰18的通孔57中。在金属管56的那一朝向抗压内腔4的一侧构造有环形法兰58，该环形法兰紧贴在通孔57的阶梯面上。在与环形法兰58相邻的区域内，金属管56被构造成两个内径相等而外径不同的中空圆柱体形管段。具有第一外径的管段延伸在定子法兰18的壁段之内。而具有较小的第二外径的那一部分与其邻接，这一部分的长度至少与具有较大外径的那一管段的长度相等。例如钢制的金属销59固定（例如以挤压或夹紧的方式）在金属管56的通孔中。通过这种设计，在管56的壁与金属销59之间构造出了一缝隙f)，此缝隙的长度至少与缝隙e)的长度相等。

本发明基于这样的认识：只把容纳电机电子设备的区域，按照EN60079-1的标准构造成抗压罩壳，而其它区域则根据EN60079-7构造成具有高防护水平区域。根据这种认识，在本发明中构造在高防护水平区域中的密封垫就不必构造为抗压，从而使这些区域能够开放。特别是在接线盒部分C中可以应用那些同样满足如EN60079-7的高防护水平的零件，而且对于电机电路板32区域中的浇铸区也是如此。

本发明并不限于所描述的实施例，它也包括按照其它规定有相应安全要求的国际标准所设计的相应方案。另外，本发明迄今为止也不限于在独立权利要求中限定的特征组合，其也可以被定义为已被全部公开的单个特征的一定特征的任意一种其他的组合方式。这意味着，原则上并在实践中，独立权利要求中所述的每一个单个特征都可以删去或者至少一个由在本申请文件的其他地方所公开的单个特征来取代。就此而言，各权利要求仅应被理解为对于一个发明的一种最初表述尝试。

Claims (12)

1.一种直流电机，其包括带有电机绕组（28）的定子（1）、包围该定子且构造成外转子形式的转子（2）以及电机罩壳（3），所述电机包括接线盒部分（C）、具有所述转子（2）及定子（1）的电机部分（A）以及设置在此电机部分（A）与接线盒部分（C）之间的电子设备壳体部分（B），在该电子设备壳体部分的内腔（4）中设置有电机电子设备（34），

其特征在于，容纳所述电机电子设备（34）的电子设备壳体部分（B）被构造成符合EG准则94/9/EG中的II2G Ex d e的防爆结构形式，其内腔（4）被构造成符合EN60079-1的抗压罩壳，而其它的电机部分（A,C）则构造成符合EN60079-7的高防护水平区域。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在所述电子设备壳体部分（B）的内腔（4）与具有高防护水平的电机部分（A,C）之间设置有电绝缘的接触套管（39,41），而且该接触套管的环形缝隙（b），c））确定为这样的以毫米为单位的缝隙宽度及长度，使得在相应环形缝隙（b），c））的处于高防护水平的区域(A,C)中的缝隙端部处的以℃为单位的温度在电机的任一工作状态下，均能低于电机周围的气体的气体特定引燃温度。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述定子（1）包括定子衬套（17）和定子法兰（18），该定子法兰与所述接线盒部分（C）以可松开的形式连接在一起，其中，在所述定子法兰（18）与接线盒部分（C）之间的、从具有所述电机电子设备（34）的电机电子设备部分（B）的内腔（4）出发沿径向方向延伸的缝隙（d））具有这样的以毫米为单位的长度及宽度，使得在电机的任一工作状态下，均能使在外部的缝隙端部处的以℃为单位的温度低于电机周围的气体的气体特定引燃温度。

4.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于，在所述定子（1）的定子衬套（17）中以可旋转的方式安置转子轴（22），并且位于所述转子轴（22）与定子衬套（17）之间的、沿该转子轴的轴向方向延伸的、从所述电子设备壳体部分的内腔出发向外延伸的周向缝隙（a₁，a₂）以如下方式确定以毫米为单位的缝隙宽度及长度，使得在电机的任一工作状态下，均能使所述周向缝隙（a₁，a₂）位于外部的端部处的以℃为单位的温度低于电机周围的气体的气体特定引燃温度。

5.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述电绝缘的接触套管（39,41）以及所述接线盒部分（C）之内与电机部分（A）之内存在的导电连接触头、传感器元件以及导电连接件被构造成符合EG准则94-9-EG的用于EN60079-7的高防护水平的结构类型。

6.根据权利要求1至5之一所述的电机，其特征在于，在所述接线盒部分（C）中存在空腔（9），连接电缆（12）通过螺纹式电缆套管接头（13）引入该空腔中并在此空腔（9）中与电连接端子（11）连接，其中，所述电连接端子（11）以及螺纹式电缆套管接头（13）是根据高防护水平的EN60079-7标准构造的。

7.根据权利要求1至6之一所述的电机，其特征在于，在所述电机部分（A）之内安置有电机电路板（32），在该电路板上设计有用于所述电机绕组（28）与穿伸过所述定子法兰（8）的壁的接触销（33）的连接触头以及转子位置传感器，而且，所述触头的连接区域连同转子位置传感器以绝缘浇铸材料（35）浇铸而成，从而满足EN60079-7标准针对高防护水平的条件。

8.根据权利要求1至7之一所述的电机，其特征在于，所述定子（1）具有包括定子衬套（17）和定子法兰的定子支座（5），其中，在所述定子衬套（17）中可旋转地安置转子轴（22），而在所述转子轴（22）与所述定子衬套（17）的内壁之间，气密套管（39）被插入所述定子衬套（17）与转子轴（22）之的定子法兰的过渡区，其中，在所述气密套管（39）的内侧与外侧上分别形成有周向缝隙（a₁，a₂）。

9.根据权利要求1至8之一所述的电机，其特征在于，用于接触销（33）的位于所述电机电路板（32）的接触区与抗压的内腔（4）中的电机电子设备电路板（37）上的接触区之间的电绝缘套管（40）是由电绝缘体，尤其是玻璃体和包围此玻璃体的金属体（43）组成的，其中在电绝缘体中注入了金属接触销（33），而且所述金属体包括圆柱体段，并具有一侧径向向外伸出的环形法兰（44），其中，所述环形法兰（44）位于所述内腔（4）中的抗压区域之内，并紧贴在所述定子法兰（18）中的通孔（45）的径向阶梯面上。

10.根据权利要求1至9之一所述的电机，其特征在于，用于插接触头的绞合线或接触销（46）的电绝缘套管（41）由电绝缘塑料体（47）制成，所述插接触头用来将接线盒部分（C）中的连接端子（11）与内腔（4）中的电机电子设备电路板（37）上的相对应的逆触头导电地连接，所述绞合线或接触销（46）被注入在所述塑料体中，而所述塑料体（47）则存在于金属管（48）中，所述金属管包括圆柱体段（49）和一端部连在其上的、径向向外指向的环形法兰（50），其中，所述环形法兰（50）紧贴在用于所述内腔（4）与接线盒部分（C）之间的挡板（8）中的所述金属管（48）的容纳孔（52）的径向阶梯面（51）上。

11.根据权利要求1至10之一所述的电机，其特征在于，在所述定子法兰（18）的壁之内设置有通风体（54），该通风体具有通孔（55），并且由金属管（56）形成。

12.根据权利要求11所述的电机，其特征在于，所述金属管（56）具有带有第一外径的管段，其延伸在所述定子法兰（18）的壁段之中，以及该金属管具有延伸在与所述定子法兰的其中一个壁段邻接的壁段之中的具有相对较小外径的部分，其中，上述两个壁段至少是等长的，而且，在所述金属管（56）的通孔之中安装有金属销（59），这样，在所述金属管（56）的内部，在该管（56）与所述金属销（59）之间将构造成缝隙（f）），该缝隙的长度至少是位于所述金属管（56）的外周处的缝隙（e））的长度的两倍。

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