CN103516071A - 具有周向的转子和壳体散热片的电机 - Google Patents

Abstract

一种电机，设置有可绕中心轴线旋转的转子芯。第一端环可操作地连接到转子芯的一端。第一壳体部件至少部分地围绕转子芯。至少一个第一转子散热片从第一端环沿第一方向延伸，该第一方向可基本上平行于中心轴线。至少一个第一壳体散热片从第一壳体部件沿第二方向延伸，该第二方向基本上与第一方向相反。第一转子和壳体散热片周向地绕中心轴线延伸。第一转子散热片和第一壳体散热片配置为交错，由此增强第一转子和壳体散热片之间的热传递，并且冷却转子芯。

Description

具有周向的转子和壳体散热片的电机

技术领域

本发明总体涉及电机，更具体地，涉及具有周向的冷却散热片的电机。

背景技术

电机或马达/发电机通常包括可在定子内旋转的转子组件，所述定子通常包括多个绕组和交变极性的磁极。在发电机模式中，转子的旋转感应出在定子的绕组中流动的电流。替代地，如果电流通过定子绕组，则通电的绕组将使转子旋转，因而该电机将作为马达运行。和任何能量转变装置一样，马达/发电机小于百分之百的效率，并且以热的形式丢弃了一部分能量。期望有效去除该废热。由于封闭式马达中的转子旋转并且不可能直接冷却，因此冷却成为挑战。

发明内容

电机包括具有可绕中心轴线旋转的转子芯的转子组件。第一端环可操作地连接到转子芯的一个端部。第一壳体部件至少部分地围绕转子芯。至少一个第一转子散热片从第一端环沿第一方向延伸，该第一方向基本上平行于中心轴线。至少一个第一壳体散热片从第一壳体部件沿第二方向延伸，该第二方向基本上与第一方向相反。第一转子散热片和第一壳体散热片周向地绕中心轴线延伸。

第一转子散热片和第一壳体散热片配置为交错或交织，即第一壳体散热片设置在邻近第一转子散热片的间隙中，反之亦然。该配置增强第一转子散热片和第一壳体散热片之间的热传递。第一转子散热片增大转子组件的靠近相对冷的第一壳体部件的表面积，由此冷却转子组件。转子组件的温度降低，这降低电机内热敏感部件的损坏的风险，并且提高电机效率。

另外的第一转子散热片可从第一端环沿第一方向并且周向地绕中心轴线延伸。另外的第一壳体散热片可从第一壳体部件沿第二方向并且周向地绕中心轴线延伸。第一转子散热片、另外的第一转子散热片、第一壳体散热片和另外的第一壳体散热片每一个分别设置在距离中心轴线不同径向距离处。

电机可包括第二端环，第二端环可操作地连接到转子芯的另一端部，其中第二壳体部件至少部分地围绕转子芯。至少一个第二转子散热片可从第二端环沿第二方向延伸。至少一个第二壳体散热片可从第二壳体部件沿第一方向延伸。第二转子散热片和第二壳体散热片周向地绕中心轴线延伸。第二转子散热片和第二壳体散热片配置为交错，由此增强第二转子散热片和第二壳体散热片之间的热传递。

第二转子散热片增大转子组件的靠近相对冷的第二壳体部件的表面积，由此冷却转子组件。因此，提供转子组件的冷却而不将电机敞开到环境影响，或不将另外的冷却流体引入到电机内部中。

在接合附图理解时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将通过下面实现本发明的最佳模式的详细描述变得显而易见。

附图说明

图1是电机的示意性剖视图，所述电机具有转子组件，转子组件由第一和第二壳体围绕的，并且包括一个或多个第一转子散热片；

图2是图1中所示的转子组件的示意性立体视图；

图3是穿过图1的轴线3-3的示意性局部立体剖视图，显示了第一壳体部分和转子组件的一部分；

图4是仅图1中所示的第二壳体部分的示意性立体视图；

图5是图1中所示的第一转子散热片的示意性局部剖视放大视图；和

图6是图1的部分6的示意性放大视图。

具体实施方式

参照附图，其中，贯穿几个视图，相似的附图标记指代相同或相似的部件，图1显示了电机10的示意性剖视图，电机10具有转子组件12。参照图1，转子组件10可在大体上环形的定子14内旋转，定子14具有多个绕组16。本领域中普通技术人员将意识到，术语“上方”、“下方”、“向上”、“向下”等用于描述附图，并且不表示对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附权利要求限定。

图2是转子组件12的示意性立体视图。参照图2，转子组件12包括转子芯18。参照图1-2，转子组件12可绕中心轴线20旋转。中心轴线20可用于限定基本上平行于轴线20的轴向方向。相应的径向方向从中心轴线20向外延伸。参照图1-2，第一端环26操作地连接到转子芯18的一个端部。参照图1-2，第二端环28可以操作地连接到转子芯18的另一端部。参照图2，转子芯18可通过围绕轴24堆叠一个或多个叠片结构22形成。叠片结构22通常为环状盘。

参照图1，由皮带驱动的轮30可紧固到轴24的一个端部（图1-2中所示），以提供对轴24的旋转驱动。轴24可由轴承元件32、33可旋转地支撑。参照图1，可采用轴承保持板34和机械紧固件（例如螺钉）用于结构支撑。

参照图1，电机10的内部部件被壳体40所围绕。壳体40包括设置在电机10的第一端部46处的第一壳体部件42。参照图1，第二壳体部件44布置在电机10的第二端部48处。参照图1，另外的连接盖50可被附接到第二壳体部件44。举个非限制性示例，第一端46和第二端48可分别是电机10的前和后部分。

图3是第一壳体部件42的穿过图1中的线3-3截取的示意性局部剖视图。为了清楚，未显示定子绕组16。参照图1，第一壳体部件42包括中空圆柱状部分51和基部52（图3中所示），基部52沿大体上径向方向从中心轴线20延伸。图3显示了轴24、轴承元件32和轮30的部分（也显示在图1中）。

图4是仅第二壳体部件44的示意性立体视图。为了清楚，未示出轴24和转子组件12的其他部件。参照图4，孔54显示在将定位轴24（图1-2中所示）的位置处。参照图1和4，第二壳体部件44包括中空圆柱状部件56和基部58，基部58沿大体上径向方向从中心轴线20延伸。参照图4，第二壳体部件44可包括用于电连接件或导线（未示出）的另一孔或挖切部59。

参照图1-3，转子组件12包括一个或多个突出部或延伸部，本文中被称为第一转子散热片60，其从第一端环26沿第一方向61延伸（参见图1），该第一方向61可基本上平行于中心轴线20。在示出的实施例中，显示了两个第一转子散热片60A和60B，但是可根据特定应用采用任意数量。图5是显示第一转子散热片60A、B的示意性局部放大剖视图。参照图2，第一转子散热片60A、B中的每一个限定邻近第一转子散热片60A、B中的每一个的第一间隙62。参照图2，第一转子散热片60A、B中的每一个绕中心轴线20（或轴24）周向地延伸。如下面所述，第二端环28也可包括相似的延伸部或散热片。

参照图1、3和5，一个或多个第一壳体散热片64从第一壳体部件42沿第二方向65（参见图1）延伸，该第二方向65基本上与第一方向61相反。虽然示出的实施例显示了两个第一散热片64A、B，但可采用任意数量。参照图3，第一壳体散热片64A、B中的每一个绕中心轴线20周向地延伸。参照图1和3，第一壳体散热片64A、B可从第一壳体部件42的基部52延伸。第一转子散热片60随转子组件12的其余部分一起旋转，而第一壳体散热片64保持静止。

参照图3，第一转子散热片62A、B和第一壳体散热片64A、B每一个分别设置在距离中心轴线20不同的径向距离66处。参照图3，第一转子散热片60和第一壳体散热片64配置为交错或交织，即第一壳体散热片64设置在第一转子散热片60之间的相应第一间隙62中，反之亦然（第一转子散热片60设置在第一壳体散热片64之间的相应空间中）。换言之，第一转子散热片60和第一壳体散热片64轴向重叠而不接触。参照图3，第一转子散热片60和第一壳体散热片64的交错在剖视图中限定多个同心圆67。

第一转子散热片60A、B为第一端环26的延伸部，是转子组件12的一部分。如本领域技术人员所知，转子组件12产生热。第一转子散热片60A、B和第一壳体散热片64A、B配置为交错，由此增强第一转子散热片60A、B和第一壳体散热片64A、B之间的热传递，并且允许转子组件12的冷却。第一壳体散热片64A、B是相对冷的壳体40（其包括第一和第二壳体部件42，44）的延伸部，该壳体40用作散热装置。参照图1，壳体40（和定子14）可通过环形冷却腔69冷却，所述环形冷却腔由壳体40的部分之间的敞开区域限定。在一个实施例中，转子组件12约在200摄氏度下，定子14约在100摄氏度下，并且壳体40约在40摄氏度下（所有显示在图1中）。

图5是第一转子散热片60和第一壳体散热片64的示意性局部放大剖视图。参照图5，第一轴向空隙68限定在第一转子散热片60的顶部70和交错的第一壳体散热片64的相应凹处72之间。第二轴向空隙74限定在第一壳体散热片64的顶部76和交错的第一转子散热片60的相应凹处78之间。径向空隙80限定在第一转子散热片60和邻近的第一壳体散热片64的相应边缘82、84之间。径向和第一以及第二轴向空隙80、68、74配置为足够小，以最大化第一转子散热片60和第一壳体散热片64之间的热传递或冷却。举个非限制性示例，径向空隙80可小于0.5mm。举个非限制性示例，第一和第二轴向空隙68、74可以为约1至2mm。在一个实施例中，第一和第二轴向空隙68、74相同。在另一个实施例中，第一和第二轴向空隙68、74不同。

参照图5，来自转子组件12的热（通过第一转子散热片60）被传递到紧围绕第一转子散热片60的空间，即径向和第一以及第二轴向空隙80、68、74，然后传递到相对冷的第一壳体散热片64A、B。第一转子散热片60A、B增大转子组件12的紧邻相对冷的壳体40的表面积，由此提高热传递。转子组件12的温度被降低，这使电机10内的热敏感部件损坏的风险降低，并且提高电机10的效率。

交错的周向第一转子散热片60和第一壳体散热片64的配置激励旋转的转子组件12和静止的壳体40之间的Taylor-Couette流动，由此进一步增强其间的热传递。Taylor-Couette流动指在不同的旋转中的同中心圆柱体之间的环形区域中发生的流体流动。Taylor-Couette流动大多数情况下发生在内圆柱体（例如转子组件12）旋转、并且外圆柱体（例如壳体40）固定时。当转子组件12的角速度被增大而高于一定阈值时，Taylor-Couette变得不稳定，并且第二稳态的特征在于出现环形涡流。由于该涡流，旋转中的转子组件12附近的高速流体在涡流之间的外流区域中被向外携带，而固定壳体40附近的低速流体在涡流之间的内流区域中被向里携带，增强热传递。

交错的周向第一转子散热片60和第一壳体散热片64的配置还激励辐射和传导性热传递。相对热的第一转子散热片60和相对冷的第一壳体散热片64之间的高的热梯度导致转子组件12和壳体40之间的增强的热流和冷却。

参照图5，第一转子散热片60沿第一方向61限定基本上平行于中心轴线20的长度88。第一转子散热片60沿基本上垂直于中心轴线20的方向限定宽度90。第一转子散热片60中的每一个可包括不同的长度和宽度。类似地，第一壳体散热片64中的每一个限定可与第一转子散热片60不同的长度和宽度。在一个实施例中，第一转子散热片60A、B的长度分别为3.5、4mm，而第一壳体散热片64A、B的长度分别为3.3、4.2mm。在一个实施例中，第一转子散热片60A、B的宽度分别为1.7、2mm，而第一壳体散热片64A、B的宽度分别为1.3、2.5mm。

在一个实施例中，第一转子散热片60和第一端环26限定整体单件配置。第一转子散热片60可与第一端环26一体形成。举个非限制性示例，并且参照图2，第一和第二端环26、28可在铸造过程中通过将熔化的金属向下倒入叠片结构22的外边缘处的槽中而形成，所述熔化的金属凝固为转子组件12的棒（bar）91和在两端处的第一以及第二端环26、28。在一个实施例中，通过修改用于第一端环26的成形模具或铸模（未示出），第一转子散热片60可在与第一端环26相同的铸造过程中形成。在另一个实施例中，第一转子散热片60可分开地形成并被附接到第一端环26。第一和第二端环26、28可由热传导材料制成。举个非限制性示例，热传导材料可以是铝、铜、青铜或黄铜。第一转子散热片60也可由热传导材料构成。类似地，第一壳体散热片64和第一壳体部件42可限定整体单件配置。

一个特定实施例可在电机10内的多个位置处包括上面所述的交错的周向第一转子散热片60和第一壳体散热片64。参照图1，第二端环28可包括一个或多个第二转子散热片92，并且第二壳体部件44可包括一个或多个第二壳体散热片94。参照图1，第二转子散热片92从第二端环28沿基本上平行于中心轴线20的方向延伸，该方向这里显示为第二方向65。参照图1，第二壳体散热片94从第二壳体部件44沿第一方向61延伸（以使其基本上与第二转子散热片94相反）。参照图4，第二壳体散热片94可从第二壳体部件44的基部58延伸。

图6是图1的部分6的示意性放大视图，显示了第二转子散热片92A、B和C以及第二壳体散热片94A、B和C。虽然图6中显示了三个第二转子散热片92A-C和三个第二壳体散热片94A-C，但是应可理解，对于每一种应用，可采用任意数量。第二转子散热片92可在所有方面类似于第一转子散热片60。第二壳体散热片94可在所有方面类似于第一壳体散热片64。

参照图6，第二转子散热片92A-C和第二壳体散热片94A-C分别在距离中心轴线20不同径向距离96（显示用于散热片92A）处周向地绕中心轴线20延伸。参照图6，第二转子散热片92A-C和第二壳体散热片94A-C配置为交错，以使第二壳体散热片94A-C设置在邻近第二转子散热片92A-C的相应第二间隙98中，由此增强第二转子散热片92和第二壳体散热片94之间的热传递，如上面就第一转子和壳体散热片60、64所讨论的。

具体实施方式和图或附图是对本发明的支持和描述，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了实现所要求保护的本发明的最佳模式和其他实施例中的一些，但是存在用于实践限定在所附权利要求中的本发明的多种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种电机，包括：

转子芯，能绕中心轴线旋转，并且具有一端部；

端环，操作地连接到转子芯的所述端部；

壳体部件，至少部分地围绕转子芯；

至少一个转子散热片，从端环沿第一方向延伸；

至少一个壳体散热片，从壳体部件沿基本上与第一方向相反的第二方向向外延伸；

其中，至少一个转子散热片和至少一个壳体散热片周向地绕中心轴线延伸；并且

其中，至少一个转子散热片和至少一个壳体散热片配置为交错，由此增强该至少一个转子散热片和该至少一个壳体散热片之间的热传递。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，转子散热片和端环限定整体单件配置。

3.根据权利要求1所述的电机，进一步包括：

轴向空隙，限定在转子散热片顶部和壳体散热片的相应凹处之间；和

径向空隙，限定在壳体散热片和转子散热片的相应边缘之间。

4.根据权利要求3所述的电机，其中，轴向空隙约为1至2mm。

5.根据权利要求3所述的电机，其中，径向空隙约为0.5mm。

6.一种电机，包括：

转子芯，能绕中心轴线旋转；

第一端环，操作地连接到转子芯的一个端部；

至少一个转子散热片，从第一端环沿基本上平行于中心轴线的第一方向延伸；

第一壳体部件，至少部分地围绕转子芯；

至少一个第一壳体散热片，从第一壳体部件沿基本上与第一方向相反的第二方向延伸；

其中，第一转子散热片和第一壳体散热片周向地绕中心轴线延伸；并且

其中，第一转子散热片和第一壳体散热片配置为交错，由此增强第一转子散热片和第一壳体散热片之间的热传递。

7.根据权利要求6所述的电机，进一步包括：

另外的第一转子散热片，从第一端环沿第一方向并且周向地绕中心轴线延伸；

另外的第一壳体散热片，从第一壳体部件沿第二方向并且周向地绕中心轴线延伸；并且

其中，第一转子散热片、另外的第一转子散热片、第一壳体散热片和另外的第一壳体散热片每一个定位在距离中心轴线不同的径向距离处。

8.根据权利要求6所述的电机，进一步包括：

第二端环，操作地连接到转子芯的另一端部；

第二转子散热片，从第二端环沿第二方向延伸；

第二壳体部件，至少部分地围绕转子芯；

第二壳体散热片，从第二壳体部件沿第一方向延伸；

其中，第二转子散热片和第二壳体散热片周向地绕中心轴线延伸；并且

其中，第二转子散热片和第二壳体散热片配置为交错，由此增强第二转子散热片和第二壳体散热片之间的热传递。

9.根据权利要求8所述的电机，其中：

第二壳体部件包括中空圆柱状部分和基部，基部沿大体上的径向方向从中心轴线延伸；和

第二壳体散热片，从第二壳体部件的基部延伸。

10.一种电机，包括：

转子芯，能绕中心轴线旋转；

第一端环，操作地连接到转子芯的一个端部；

至少两个第一转子散热片，从第一端环沿基本上平行于中心轴线的第一方向延伸；

第一壳体部件，至少部分地围绕转子芯；

至少两个第一壳体散热片，从第一壳体部件沿基本上与第一方向相反的第二方向延伸；

其中，至少两个第一转子散热片和至少两个第一壳体散热片的每一个定位在距离中心轴线不同的相应径向距离处，并且周向地绕中心轴线延伸；

第二端环，操作地连接到转子芯的另一端部；

第二转子散热片，从第二端环沿第二方向延伸；

第二壳体部件，至少部分地围绕转子芯

第二壳体散热片，从第二壳体部件沿第一方向延伸；

其中，第二转子散热片和第二壳体散热片周向地绕中心轴线延伸；并且

其中，第二转子散热片和第二壳体散热片配置为交错，由此增强第二转子散热片和第二壳体散热片之间的热传递。

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