CN103765732A

CN103765732A - 电动机

Info

Publication number: CN103765732A
Application number: CN201280042207.4A
Authority: CN
Inventors: 尼尔斯·埃里克·林内曼·尼尔森; 约翰·B·雅各布松
Original assignee: Grundfos Nonox AS
Current assignee: Grundfos Management AS; Emitec Denmark AS
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2014-04-30
Also published as: EP2566015B1; EP2566015A1; US20140300221A1; WO2013030181A1; US9543807B2

Abstract

一种电动机，具有电机壳体（1）和另一壳体（6），在该另一壳体中设有在电机运行中会发热的电气和/或电子器件（7）。为了对这些器件（7）进行冷却，设置了导流的通道循环，该通道循环使电机壳体（1）的内部与另一壳体（6）的内部管道连接。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及一种具有如权利要求1的前序部分所述特征的电动机。

背景技术

这种类型的电动机可视为现有技术并用于各种不同的驱动目的，例如离心泵，压缩机，搅拌机等。在这种情况下，通常是直接在电机壳体上或者与电机壳体分开地设置用于电动机的控制装置等，该控制装置具有控制装置壳体或其他壳体，在这些壳体中设有至少一个在电机运行期间产生热量的部件，例如功率电阻器，晶体管，闸流管，双向晶闸管等。在现代电动机中，控制装置往往不仅包括绕组开关，而且还包含有变频器，其允许电机实际上拥有任意的频率并由此控制转速。这样的变频器包括会产生热量的功率电子器件，而这些热量必须被耗散掉。

在专利文献DE3642724C2中作为现有技术公开了设置另外的壳体，在该壳体中特别是利用冷却气流对变频器壳体进行冷却，该冷却气流通过装配在电机轴上在电机外的风扇叶轮产生，并通过风扇护罩沿电机加以引导。为此将发热的功率电子元件设置在该另外的壳体的接近底部的区域中。

此外根据现有技术，该另一壳体在其外侧面上设有肋状体，并通过对流实现冷却。

如果这样仍不足以实现冷却，可以在壳体的外面设置独立的风扇，该风扇可以引导气流对准壳体，从而实现冷却。还可以使气流通过壳体传递。然而，这种单独设置通常为电动驱动的冷却风扇的做法的缺点在于，降低了设备的工作效率，另外还可能成为额外的错误来源，并且可能会过早地失效。

此外，在根据现有技术的泵机组中是以液体来冷却变频器的功率电子器件，但是这在电动机中不实用。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于提出一种这种类型的电动机，其通过简单的方式实现对在另外的壳体中的发热元件的有效冷却，该方法实际上不会影响电机的工作效率并能够可靠地工作。

该目的通过一种具有权利要求1的特征的电动机实现。优选的实施方式由从属权利要求、下面的说明描述和附图给出。

根据本发明的电动机具有电机壳体和包括有电气和/或电子器件的另一壳体，在该另一壳体中设有至少一个在电动机运行中会发热的器件，根据本发明将该电动机设计为，具有至少一个导流的通道循环（Kanalkreislauf），该通道循环使电机壳体的内部与该另一壳体的内部空间管道连接。

根据本发明的解决方案的基本思想在于在电机壳体和另一壳体之间设置导流的通道循环，从而能够将适用于冷却的流体引导至冷却循环中，该冷却循环包括电机壳体的内部和另一壳体的内部。

通过根据本发明的技术方案，能够在电机侧以及特别是在壳体侧，即在通过其将流体导入循环的另一壳体中，降低热量峰值。由此可以实现，在两个壳体中，即在电机壳体和另一壳体中大约相同的温度水平。特别是在对电机的适当的设计和/或控制下可以将电机作为对于通常由在作为另一壳体的变频器壳体中的变频器所产生的热量的散热物

优选在该另一壳体中设置控制装置，特别是变频器。控制装置可以用于例如绕组切换或者简化的转速控制。在那里需要定期对发热器件（例如电子开关、功率电阻等）进行简单的维护（verbaut），对这些器件优选通过根据本发明的装置进行冷却。

在本发明中特别优选的是使用永磁电机作为电动机。通过近些年来永久磁铁的发展，这种电动机的效率也得到了显著的提高，由此也大大减少了产生于电机中的废热。因此在使用这种电动机时，本发明是特别适用的，因为由变频器产生的热量至少还可以通过电机本身或电机壳体排出。根据本发明，使用永磁电动机并不会限制对频率转换器或变频器的使用。

结构上特别简单之处在于，在电机壳体和另一壳体之间的通道循环中传输的流体是气体，特别是空气，因为这样在设计上不需要特殊的防护措施。特别是在发生泄漏的情况下，冷却剂循环不会产生问题。但是根据本发明也可以使用液体作为流体，通常是绝缘液体，例如硅油，其优势在于具有较高的热传导率和热容量。这样的冷却剂特别是用于在水下使用的电动机中，例如在潜水泵中。

为了在通道循环中产生流体的流动，可以使用各种技术措施。可以通过适当的布置和构造通道循环来实现对流流动，必要时可以通过使用一个或多个热管来支持这种对流流动。但是特别优选通过电机中原本存在的转子本身在通道循环中产生流体流动。为此可以对转子进行相应的设计，例如通过对其外周面的构型。

结构上通常更简单的是，在电机的轴上设置用于在通道循环中产生流体流动的叶轮。当使用气体、特别用空气作为流体时，可以由风扇叶轮构成这种叶轮，而在采用冷却液体时则使用泵叶轮。需要指出的是，必要时也可以在定子侧和/或电机壳体侧设置相应的引导装置。

在此叶轮位于电机壳体的内部，以在通道循环中，也就是在由电机壳体和另一壳体构成的循环中产生流体的流动。

除了优选借助于设置在电机壳体内部的叶轮所生成的内部冷却循环之外，还优选在电机轴上设置用于沿电机壳体和/或另一壳体的外侧形成气体流动的叶轮，这在本文开头所提及的如专利文献DE3642724C2所描述的现有技术中已经公开。由此可以对电机壳体以及必要时也对另一壳体施加冷却气流。

如果该另一壳体设置在设置电机壳体上或者直接临近电机壳体设置，则优选将在通道循环中的流体引导设计为，使在电机壳体中和在另一壳体中的流体流动沿平行于电机轴的方向进行或者相对于电机轴至多倾斜至25°角地进行。电机室中的轴向穿流以及在大多数情况下主要也是沿该方向延伸的另一壳体中的轴向穿流由于在各个壳体中流体与壳体中的发热/散热器件较长距离的接触而带来良好的热分散。

通常但不是必须的，还使电机壳体和另一壳体彼此机械地连接。其优势在于，这样的机械连接还可以同时构成为导热连接。

在结构和热技术上特别有利的是，电机壳体和另一壳体具有至少一个共同的壳体壁。这一方面可以得到非常节省空间的结构大小，另一方面尤其是当至少该共同的壳体壁由优良的导热材料、尤其是金属制成时，也可以在该壳体壁的区域内实现热交换。

为了实现在电机内部的强化的热交换以及良好的透气性，在本发明的一种扩展方案中，在电机的转子和/或定子中设置用于引导流体的凹槽或通道。这样的布置特别是在通道循环中引导流体时是具有优势的，其中，在电机壳体内的流动基本上平行于电机轴地进行，也就是实现轴向穿流。

优选为了实现根据本发明的轴向流体引导而设置基本上为径向的流体引导件。为此目的，电机壳体具有来自另一壳体的管道的管道入口以及通向该另一壳体的管道出口，它们径向延伸并在电机的轴向方向上间隔开，并优选位于同一轴向平面上。

根据本发明的一种扩展方案，替代地可以设置电机壳体的基本上径向/切向的穿流。这样，在电机壳体中设置引导装置，其围绕在通道循环中产生流体流动的叶轮，该引导装置具有在另一壳体上基本上径向延伸的管道出口以及基本上径向设置的、来自该另一壳体的管道入口。这种径向/切向的引导通道循环的优点在于，其在最大程度上与转子的长度无关，这尤其是对于不同功率大小的电机是有利的，这些电机在相同的电机壳体尺寸下仅在转子的轴向长度上是不同的。这样，就可以与转子长度无关地借助于叶轮和同样围绕该叶轮的引导装置产生流体的流动，而不必考虑定子的长度，因为相应的管道出口位于引导装置的区域中，而不是位于转子/定子的其它区域中。在这种布置中，使管道入口和管道出口处于相同的径向平面内是有利的，因为由此可以将引导装置设计为环绕叶轮的、完整的引导通道。

有利的是，利用壳体壁上的凹口构成管道接口，在该接口中接入相应的与配对壳体接合的管道部，或者利用与其对齐的配对壳体壁中的凹口覆盖该接口。如果这两个壳体（电机壳体和另一壳体）具有共同的壁，则凹口就会起到在壳体之间建立管道连接的作用。

根据本发明的设计方案用于干运行中是具有优势的，但是其也可以应用于湿运行中，尤其是应用于缝管电机（Spaltrohrmotoren），例如用于驱动离心泵。

附图说明

下面将根据在附图中示出的实施例对本发明进行更详细地说明。在附图中：

图1以高度简化的示意图示出了电动机以及设置在其上的变频器的纵截面图，

图2以纵截面图示出了具有集成的变频器的电动机，

图3示出了如图2所示的、具有不同的转子的电动机，

图4以透视图示出了如图2所示的电动机的风扇叶轮，

图5以没有变频器壳体的局部分解视图示出了电动机的另一实施方式，

图6以放大的视图示出了如图6所示电机的驱动侧端面的透视图，

图7示出了如图5所示电机的沿电机轴的轴向方向的端面视图，

图8以透视图示出了如图5所示电动机的引导装置。

具体实施方式

由如图1所示的示意性截面图可以看到根据本发明的电动机的基本结构。该电动机具有电机壳体1，其中设有定子2，转子3可转动地支承在定子中。转子3通过转子轴4可转动地支承在电机壳体1中。为此，将轴承5设置在电机壳体1的端面上。

在横截面基本为圆形的电机壳体1上，在外周侧设有另一壳体6，在此为变频器的壳体。该变频器壳体6与电机壳体1相间隔地设置，并容纳包括发热的功率电子器件的变频器电子器件，其在图1中用附图标记7标记。

变频器壳体6在其面向电机壳体1的一侧具有两个由在壳体底部中的凹口构成的管道接口8和9，它们通过管段10与相应同中心地设置在电机壳体1上、同样构成管道接口的凹口11和12管道连接。通过管道接口8、9，管段10和管道接口11、12形成两个在电机的轴13的方向上间隔开的通道连接，它们将内部、即变频器壳体6的内部空间与电机壳体1的内部空间连接起来。由此构成通道循环，从而能够使电机壳体1中或变频器壳体6中的空气循环流动，如图1中的箭头14所示。

由此将空气导入循环，为此所需的压力差由内部的风扇叶轮15产生，风扇叶轮位于电机轴4上并在电机运行时随同电机轴4转动，并以这种方式形成气流，气流通过凹口12经由管段8和凹口8到达变频器壳体6内。气流14顺着功率电子器件7沿平行于电机轴13的方向穿过变频器壳体6，以在另一端部通过在管段10上构成管道接口9的凹口并经由凹口11再次到达电机壳体1内。

在电机壳体1的内部形成同样基本上为轴向的穿流。在图1中示出的位于转子3和定子2之间的间隙可作为多个通道，它们例如可以由通常位于定子中的凹槽或特定的凹部形成。气流14最终又回到风扇叶轮15，并从那里开始新的循环。

在变频器的功率电子器件7中所产生的热量可以至少部分地通过气流14消散并到达电机、特别是传导给电机壳体1，电机壳体被对流地冷却。在如图1所示的实施方式变形中，除了位于电机壳体1内部的风扇叶轮15之外，还设有外部风扇叶轮16，其同样安装在电机轴4上并由在图1中未示出的风扇护罩覆盖。该外部风扇叶轮16产生沿电机壳体1的外周流动的气流并通过这种方式从外部冷却电机壳体1。如图1所示，该气流不仅冷却电机壳体1，还冷却变频器壳体6的底部。

在如图2所示的实施例变形中，变频器壳体6′与电机壳体1′不是间隔开地设置，而是集成为一个组成部分，也就是说，变频器壳体6′的底部由同时也是电机壳体1′的壁的壁17构成。电机壳体1′和变频器壳体6′之间的连接通过两个在壁17中的凹口来实现。在本实施例中，电机只具有构成为轴向/径向风扇叶轮的内部风扇叶轮15′。该叶轮具有朝向电机的盖板18。封闭的基体19从轴14径向延伸至接近电机壳体1的内周。在盖板18和基体19之间设有基本上径向地设置的叶片20。内部风扇叶轮15′由注塑成型部件一体化地制成。内部风扇叶轮15′将流经定子2和转子3的冷却空气径向向外输送到变频器壳体6′中，在该变频器壳体中，冷却空气流14平行于转子轴13沿着功率电子器件7流向另一端，以通过底部凹槽再次回到电机壳体1′中。

对比如图2和图3所示的转子3和定子2的轴向延伸可以看到，如图2至图4所示的实施方式变形可用于容纳不同的定子/转子组合，以只用一个电机壳体l′和一个变频器壳体6′就能够覆盖多个功率级，而除了定子和转子之外不必改变电机结构。在图3中为了清楚起见没有示出内部风扇叶轮15′。

在如图5至图8所示的实施方式中，为清楚起见没有示出变频器壳体，而只示出了电机，电机的结构基本上与前面所述的相符，但是在此设有内部风扇叶轮15″，该风扇叶轮具有对准电机和定子的基体19″以及从该基体径向延伸的叶片20″，但是没有盖板。该内部风扇叶轮15″与引导装置21共同作用，引导装置21周向地以及在风扇叶轮15″的自由端面在叶片20″的区域内围绕风扇叶轮15″。

引导装置21在其径向周壁上具有两个凹口22和23，这两个凹口构成去往未示出的变频器壳体的管道接口。在此如图8所示，凹口22不仅径向地设置，而且还在引导装置21的背对定子2的端面中延伸，而凹口23则仅是径向地设置。也就是说，引导装置21在径向上完全围绕风扇叶轮15″并在其开放的一侧环形地围绕风扇叶轮15″，从而在运行中建立循环流14，如图6和图7所示。

来自变频器壳体中的空气通过凹口22到达电机壳体1′中，并基本上径向地进一步向内被引导到引导装置21的背对电机的端面上，再从那里进入风扇叶轮15″的抽吸区域。再从抽吸区域基本上径向地继续向外输送并通过径向凹口23逸出到变频器壳体中。也就是说，电机壳体中的穿流基本上到达凹口22和23处于同一径向平面的端面上。变频器壳体内部的流动设置在附图中未示出，但是将其设计为，使得循环气流14环绕发热部件流动。

附图标记列表

1，1′，1″电机壳体

2定子

3转子

4电机轴

5轴承

6另一壳体，变频器壳体

6′图2和图3中的变频器壳体

7功率电子器件

8变频器壳体的管道接口

9变频器壳体的管道接口

10管段

11电机壳体的凹口，管道接口

12电机壳体的凹口，管道接口

13电机轴

14指示循环流动的箭头

15内部风扇叶轮

15′图2和图4中的内部风扇叶轮

15″图5至图8中的内部风扇叶轮

16图1中的外部风扇叶轮

17图2中的壁

18盖板

19基体

19″图5至图8中的基体

20叶片

20″图5至图8中的叶片

21引导装置

22引导装置21中的凹口

23引导装置21中的凹口

Claims

1.一种电动机，具有电机壳体（1）和包括有电气和/或电子器件（7）的另一壳体（6），在该另一壳体（6）中设有至少一个在所述电机运行中会发热的器件（7），其特征在于，设有至少一个将所述电机壳体（1）的内部与所述另一壳体（6）的内部空间管道连接的、导流的通道循环（14）。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述另一壳体（6）收纳控制装置，特别是变频器。

3.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于，所述电动机是永磁电机。

4.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，所述通道循环中的流体是气体，优选为空气。

5.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，所述电机具有转子（3），该转子（3）在所述通道循环（14）中产生流体的流动。

6.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，所述电机具有轴（4），在该电机轴上设有至少一个叶轮（15），用于在所述通道循环中产生流体的流动。

7.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，在所述轴（4）上还设有叶轮（16），用于沿所述电机壳体（1）和/或所述另一壳体（6）的外侧形成气体的流动。

8.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，在所述电机壳体（1）中和在所述另一壳体（6）中的所述通道循环中的流体引导平行于所述电机轴（13）的方向进行或者相对于该电机轴至多倾斜至25°角地进行。

9.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，所述电机壳体（1）和所述另一壳体（6）至少彼此机械连接。

10.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，所述电机壳体（1′）和所述另一壳体（6′）具有至少一个共同的壳体壁（17）。

11.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，在所述电机的转子（3）和/或定子（2）中设有用于流体引导的凹槽或通道。

12.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，所述电机壳体（1）具有来自所述另一壳体（6）的管道（10）的管道入口（1）以及通向所述另一壳体（6）的管道出口（12），它们在所述电机的轴向方向上间隔开并优选位于同一轴向平面上。

13.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，在电机壳体（1″）中设有引导装置（21），其围绕用于在所述通道循环中产生流体流动（14）的叶轮（15″），该引导装置在所述另一壳体（6）中具有基本上径向延伸的管道出口（23）和基本上径向设置、来自该另一壳体的管道入口（22）。

14.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，所述管道入口（22）和所述管道出口（23）处于同一径向平面内。

15.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，通过壳体壁上的凹口构成管道接口（8，9；11，12）。

16.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，所述流体是液体。

17.如前面任一项权利要求所述的电动机，其特征在于，所述电机是缝管电机。