CN103797693B - 呼吸式电动机 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有高效的自冷却的电动机（5）。电动机（5）包括能相对于定子（6）旋转地支承的转子（8）。在这里，在转子（8）的端面（19）的第一部分区段（23a）上构造出第一空气导流轮廓（20a），该第一空气导流轮廓在转子（8）沿参考旋转方向（R）旋转时产生向外指向的空气流（S）。在同一端面（19）的第二部分区段（23b）上构造出第二空气导流轮廓（20b），该第二空气导流轮廓在转子（8）沿参考旋转方向（R）旋转时产生向内指向的空气流（S）。

Description

呼吸式电动机

技术领域

本发明涉及一种电动机，尤其是自冷却的无刷电动机。

背景技术

电动机通常包括可相对地固定的定子（或定片）旋转地支承的转子（或动子）。在无刷电动机中，定子通常配备旋转磁场绕组，通过该旋转磁场绕组（通过为该旋转绕组施加交流电）产生旋转磁场。经常布置在定子内部的转子以通常的结构形式配备永磁体，该永磁体产生与定子的旋转磁场交互作用的励磁场。

在无刷电动机中，设置用于供给定子绕组的交流电通常通过逆变器电子装置（下面也简称逆变器）产生。在较小的电动机中，该逆变器与配属的控制电子装置一起经常容纳在电子装置隔室（Elektronikfach）中，该电子装置隔室整合在电机壳体中。

在这种电动机的运行中，由于逆变器中的开关损耗而在相当大的程度上积累起热量。由于电损耗，尤其是由于感生的回路电流以及通过机械摩擦，在电机内部产生额外的热量。这种生热导致电动机的强烈升温。为了避免电机的过热，经常为较小的电动机设置自冷却，在该自冷却中电动机通过由电机自身产生的空气流冷却。这样的电动机设计为使转子要么驱动电机风扇，要么（由于相应的结构设计）自身产生空气流。

不利的是，这种自冷却的电动机的冷却性能严重依赖于转子的旋转方向。这导致对于具有不同的主旋转方向的应用来说，通常开发并制造出不同的电机类型，这导致相对较高的开发、生产和储存成本。

此外，具有自冷却的常规电动机经常具有相对较差且不均匀的冷却性能，这可能导致电动机局部过热并相应地导致电动机的很小的承载能力。

发明内容

本发明的任务是以简单的方式提供一种具有高效的自冷却的电动机。

根据本发明，该任务通过权利要求1的特征来解决。本发明的有利的并且部分自身具有发明性的实施方式和改进方案在从属权利要求中给出。

根据本发明，电动机包括可相对于定子旋转地支承的转子。在转子的其中至少一个端面上构造出空气导流轮廓，该空气导流轮廓在旋转的转子的情况下产生空气流以冷却电动机。在此，端面指的是转子的与电机轴线（即转子的旋转轴线）横向取向的面。

根据本发明，现在将承载空气导流轮廓的端面分成至少两个部分区段，其中，在端面的第一部分区段上构造出第一空气导流轮廓，而在端面的第二部分区段上构造出第二空气导流轮廓。在这里，第一空气导流轮廓构造成使它在转子沿参考旋转方向旋转时产生向外指向的空气流，而第二空气导流轮廓构造为使它在转子沿参考旋转方向旋转时产生向内指向的空气流。

因为在转子旋转时，第一部分区段和第二部分区段交替地从端面的周边中的每个固定点旁掠过，所以由空气导流轮廓导致的空气流也不断地改变其方向。因此，从固定的（也就是说不旋转的）观察者的视角来看，通过转子产生来回运动的（oszillierend）径向的类似于呼吸过程的空气流。

由于空气流的不断的方向改变，一方面获得电机内部所含的空气的特别好的涡流，这有效地抵抗转子内部强烈的温度梯度的形成，尤其是局部过热区的形成。此外由于来回运动的径向流动，形成很短的流动路径，这使得从电机内部的特别高效的排热成为可能。

此外，通过彼此相对起作用的空气导流轮廓在转子端面上的交替布置，提供了就冷却性能而言具有高旋转方向不变性的电动机。换言之，电机无论在沿参考旋转方向的转子旋转的情况下还是在与参考旋转方向相反的转子旋转的情况下都以同样高效的或至少近似高效的方式被冷却，这尤其是因为在旋转方向反转的情况下空气导流轮廓的作用也同样反转。因此，第一部分区段的空气导流轮廓（其在沿参考旋转方向的转子旋转的情况下产生向外指向的空气流）在与参考旋转方向相反的转子旋转的情况下产生向内指向的空气流。同样，端面的第二部分区段的空气导流轮廓（其在沿参考旋转方向的转子旋转的情况下产生向内指向的空气流）也在与参考旋转方向相反的转子旋转的情况下产生向外指向的空气流。因此，在转子旋转方向改变的情况下，空气导流轮廓仅转换其任务或作用，而基于生成来回运动的径向流动的冷却原理不受转子的旋转方向的影响。因此，上述“参考旋转方向”在根据本发明的电动机中可自由限定。它在这里以及在下文中仅用作参比量，以便能够将第一和第二空气导流轮廓的作用精确地相互关联。

在本发明的框架内，转子的承载空气导流轮廓的端面原则上可以划分为任意多个“第一”和“第二”部分区段，它们分别具有布置在其上的“第一”或“第二”空气导流轮廓，其中，“第一”和“第二”部分区段围绕端面的周边交替地布置。然而，为了（尤其是在相对较小和较快旋转的电动机中）获得尽可能高的换气量，优选地将端面仅划分为两个部分区段，即划分为正好一个第一部分区段和正好一个第二部分区段。在此，这两个部分区段优选地通过端面的两个同样大小的（半圆形的）半区段形成，它们沿着径向线直接对接在一起。

为了实现电动机的完全的或者至少接近完全的旋转方向不变性，将第一空气导流轮廓优选地构造成与第二空气导流轮廓镜面对称。在这里，镜面尤其是轴向-径向平面，其由电机轴线的方向以及转子的将第一和第二部分区段分隔开的径向线的方向撑开。

在本发明的优选实施方式中，第一空气导流轮廓和第二空气导流轮廓分别通过若干细长的隔片形成。在这里，这些隔片由转子的端面在轴向方向上凸出，并且（相对于其纵向延伸）分别倾斜于端面的局部的径向，即倾斜于端面在相应隔片处的径向方向延伸。这些隔片由于该取向近似充当导流叶片，这些导流叶片在转子旋转时将周围的空气向内或向外偏转。在这里，表述“若干隔片”可以理解为第一空气导流轮廓和/或第二空气导流轮廓在极端情况下也能分别仅由一个唯一的隔片组成，但在通常情况下，这两个空气导流轮廓中的每一个都由多个（Mehrheit）隔片形成。

如果第一和/或第二空气导流轮廓包括多个隔片，那么相应的空气导流轮廓的所有隔片优选地以相同的程度分别相对于局部的径向方向安设（即倾斜地取向）。

除了形成空气导流轮廓的隔片，在转子的端面上还优选地设置有在径向方向上延伸的其他隔片。在这里，这样的径向隔片尤其将端面的第一和第二部分区段彼此分隔开。此外，优选地，在其中每个部分区段中还通过至少一个另外的径向隔片（但优选分别通过三个另外的径向隔片）划分为多个子区段。在这里，在其中每个子区段中，适宜地分别布置有第一空气导流轮廓或第二空气导流轮廓的隔片。这些径向隔片促进由转子产生的空气流的切向分量，并因此加强了通过空气导流轮廓导致的空气涡流。此外，它们还导致转子的机械加固。

为了对由转子产生的空气流的高效的疏导，在本发明的有利的改进方案中，在（电机）壳体部件的配合面上构造出配合空气导流轮廓。在这里，“配合面”指的是壳体部件的与转子的承载空气导流轮廓的端面直接对置的面。配合空气导流轮廓尤其通过若干（主要是至少大致上在径向方向上延伸的）隔片形成，这些隔片具有在它们之间布置的槽。在这里，每个槽优选在配合面的周边上结束于通风孔中，通过该通风孔电机内部与外部环境以流体方式（fluidisch）连接。

在邻接于端面上的壳体部件中尤其置入电子装置隔室，该电子装置隔室用于容纳用于供给电动机的逆变器电子装置。

根据本发明的电动机优选构造成内转子电机（或者内动子电机），并且在优选的应用中尤其用作用于驱动机动车中的冷却风扇的风扇电机。

附图说明

下面参照附图更详细地解释本发明的实施例。在附图中：

图1以分解图示出用于机动车的具有自冷却的无刷的内转子电机的散热器风扇，该内转子电机具有整合的逆变器电子装置，

图2以立体图示出在前侧看根据图1的组装好的电机，

图3以立体图示出在后侧看根据图1的组装好的电机，

图4以立体图示出在后侧看根据图1的电机的定子以及置入其中的转子，

图5以后侧上的俯视图示出根据图1的电机的定子以及置入其中的转子，

图6以立体图示出在前侧看根据图1的电机的电机支架，

图7以立体图示出在后侧看根据图1的电机的转子，

图8以示意图示出为了电机的自冷却转子在沿参考旋转方向的转子旋转的情况下的作用，以及

图9在根据图8的图示中示出为了电机的自冷却转子在沿参考旋转方向的反方向的转子旋转的情况下的作用。

彼此相应的部件和参量在所有的图中总是配以相同的附图标记。

具体实施方式

图1在彼此分离的状态下示出用于机动车的散热器的风扇1。风扇1包括具有罩子3的风扇叶轮2，围绕该罩子的外周边均匀地布置有七个（仅示出开始部分）空气导流叶片4。此外，风扇1该包括（风扇）电机5，通过该电机风扇叶轮2被旋转驱动。

电机5包括（简化地呈空心圆柱形的）定子6，该定子被三相旋转磁场绕组7缠绕。此外，电机5还包括（简化地呈盘状的）永久励磁的转子8，该转子在定子6内部可绕电机轴线9旋转地支承。为了支承转子8，电机5包括两个滚动轴承10和11，它们从轴向背对的侧作用在转子8上。在这里，转子8在两个滚动轴承10和11之间的轴向间隙通过弹簧圈12弹簧加载（anfedern）。

此外，电机5还包括（粗略简化地）呈盘状的电机支架13。在背离风扇叶轮2的端侧上，在电机支架13中置入电子装置隔室14，在该电子装置隔室中置入逆变器电子装置15。为了将电子装置隔室14密封地封闭，电机5最后包括电子装置隔室盖16。

风扇1的其上布置有风扇叶轮2的那一侧在不考虑风扇1在空间中的取向的情况下被称为“前面”或“前侧”。而风扇1的与此相背离的以电子装置隔室盖16结束的那一侧被称为“后面”或“后侧”。相应地，概念“后面”和“前面”以及“后侧”和“前侧”也用于风扇1的各单个部件，其中，在这方面从这些部件在组装好的风扇1中的取向出发。

转子8（以未详细示出的方式）通过片组形成，在该片组中置入用于产生励磁场的永磁体，其中，片组与置入的永磁体一起用塑料套包封。以类似的方式，定子6也由片组构成，该片组用塑料套包封。电机支架13在所示的示例中通过一体式的铝压铸部件形成。电子装置隔室盖16优选是注塑件。

在电机5的由图2和3可看到的组装好的状态下，定子6固定地安装在电机支架13的前侧上。转子8置入定子6中。因此，电机支架13与定子6一起形成电机壳体，转子8容纳在该壳体中。在已装入的状态下，两个滚动轴承10和11中的各一个分别从两个轴向侧置于转子8两侧。在这里，滚动轴承10和11支承在轴销17上，该轴销本身固定在电机支架13上（参见图6）。在其前侧上，转子8设有四个螺栓柱18，通过这些螺栓柱将转子8在装配状态下与风扇叶轮2拧在一起。电机5以及进而整个风扇1在车辆上的固定通过电机支架13来实现，该电机支架为此设有三个由其外周边凸出的螺栓接片。

电机5是自冷却的电动机。在该电机5中，尤其是在电机支架13的前侧存在特别的冷却需求，这尤其是因为由逆变器电子装置15产生的损耗热的大部分通过前侧从电子装置隔室14排出。

为了在此获得高效的冷却作用，在转子8的邻接的后侧的端面19上安装有两个空气导流轮廓20a和20b，它们尤其可以从图4至9看出。两个空气导流轮廓20a和20b中的每一个分别由四个长形的直线式的隔片21组成，该隔片由转子8的塑料套以如下方式成形，即，它们从转子8的端面19在轴向方向上朝向电机支架13凸出。

空气导流轮廓20a和20b的全部八个隔片21围绕端面19的周边大致均匀分布地布置。因此，每个隔片21布置在圆盘状的端面19的子区段22内部，该子区段对应于八分之一圆面或45°圆面。在这里，空气导流轮廓20a的四个隔片21布置在四个直接相邻的子区段22中，从而使得整个空气导流轮廓20a在端面19的半区段23a（或者180°区段）上延伸。同样，空气导流轮廓20b的四个隔片21也布置的四个直接彼此邻接的子区段22中，从而使得整个空气导流轮廓20b占据端面19的剩余的第二半区段23b。在这里，端面19的两个半区段23a和23b通过两个径向隔片24彼此分隔开，这两个径向隔片作为径向凸起由转子8的塑料套成形，并且这两个径向隔片从中心圆形隔片25出发在直径上彼此向外延伸。此外，通过各三个另外的相同类型的径向隔片26，每个半区段23a、23b的子区段22也彼此分隔开。因此，径向隔片24和26与圆形隔片25一起形成星形或太阳形的结构。此外，每个隔片21由三侧被两个径向隔片26或24和26以及圆形隔片25围绕。

空气导流轮廓20a的四个隔片21始终相对于形成相应所属的子区段22的角平分线并因此近似在中点与相应的隔片21相交的径向27（图8）倾斜地（即以锐的安设角）安设。同样，空气导流轮廓20b的四个隔片21也始终相对于形成相应所属的子区段22的角平分线的径向27倾斜地，即以锐的安设角安设。

在此，安设角或就绝对值而言是相同的。然而，就安设方向而言，空气导流轮廓20a的隔片21不同于空气导流轮廓20b的隔片21。也就是说，空气导流轮廓20a的隔片21相对于分别配属的径向27在顺时针方向上偏转，而空气导流轮廓20b的隔片21相对于分别所属的径向27在逆时针方向上取向。相应地，安设角具有负值，而安设角具有正值。由于相应的隔片21的在相反方向上相同的安设，空气导流轮廓20a和20b一起形成如下图案，该图案相对于通过径向隔片24并因此通过半区段23a和23b的分割线限定的轴向-径向平面是镜面对称的。

安设角或的绝对值可以合适地大致在40°至80°之间选择。对于在图中所示的风扇电机5，为了高效的冷却，已证明和的规格是特别有利的。

电机支架13的前侧在电机5组装好的状态下直接与转子8的端面19对置，并因此形成相对于端面19的配合面28（图6）。与空气导流轮廓20a、20b相应，在该配合面28上成形有配合空气导流轮廓29，该配合空气导流轮廓由多个（至少粗略近似地径向延伸的）隔片30以及在它们之间成形的槽31形成。在这里，至少槽31的主要部分在电机支架13的周边上分别通到至少一个通风孔32中，通过该通风孔在电机5的装配状态下将由定子6围成的内部空间与外部环境以流体方式连接。因此，槽31充当空气通道，该空气通道使得电机内部空间与外部环境之间的有针对性的空气交换成为可能。

转子8的空气导流轮廓20a、20b在电机5的运行中通过如下方式高效地促进该空气交换，即，这两个空气导流轮廓由于它们的倾斜安设在转子8旋转时产生径向的、但对于两个空气导流轮廓20a、20b而言始终相反指向的空气流S（图8）。因此，在转子8沿参考旋转方向R（在这里限定为从下方观察的转子8在逆时针方向上的旋转）旋转时，通过空气导流轮廓20a的隔片21产生在径向向外的方向上的空气流S，而通过空气导流轮廓20b的隔片21产生在径向向内的方向上的空气流S。

因此在电机支架13的每个通风孔32上，通过旋转的转子8以如下方式产生来回运动的空气流，即，在转子8的每个第一半旋转中，空气通过相应的通风孔32被排出，而在转子8的每个第二半旋转中，空气通过相同的通风孔被吸入。因此作为比喻，电机5执行了如下“呼吸过程”，该呼吸过程导致从电机内部空间的高效的热排放并因此导致对电机支架13的高效的冷却。

在转子8沿与参考旋转方向R相反的反方向G旋转的情况下，根据图9，流动状况发生反转。然而，在转子8的整个旋转上观察，由于空气导流轮廓20a、20b的镜面对称的设计，来回运动的空气流完全不受旋转方向反转的影响。由此，电机5在两个旋转方向上均产生同样高效的冷却作用。

附图标记列表

1风扇

2风扇叶轮

3罩子

4空气导流叶片

5（风扇）电机

6定子

7旋转磁场绕组

8转子

9电机轴线

10滚动轴承

11滚动轴承

12弹簧圈

13电机支架

14电子装置隔室

15逆变器电子装置

16电子装置隔室盖

17轴销

18螺栓柱

19端面

20a、20b空气导流轮廓

21隔片

22子区段

23a、23b半区段

24径向隔片

25圆形隔片

26径向隔片

27径向

28配合面

29配合空气导流轮廓

30隔片

31槽

32通风孔

安设角

G反旋转方向

R参考旋转方向

S空气流

Claims (11)

1.一种电动机(5)，所述电动机具有能相对于定子(6)旋转地支承的转子(8)，其中，在转子(8)的端面(19)的第一部分区段(23a)上构造出第一空气导流轮廓(20a)，所述第一空气导流轮廓在转子(8)沿参考旋转方向(R)旋转时产生向外指向的空气流(S)，并且其中，在所述端面(19)的第二部分区段(23b)上构造出第二空气导流轮廓(20b)，所述第二空气导流轮廓在转子(8)沿参考旋转方向(R)旋转时产生向内指向的空气流(S)，

其特征在于，

在转子(8)转动时，在构造于电机壳体的与转子(8)的端面(19)对置的壳体部件(13)中的通风孔(32)处通过第一部分区段(23a)和第二部分区段(23b)的交替掠过，由空气导流轮廓(20a、20b)导致的空气流(S)不断地改变其方向。

2.根据权利要求1所述的电动机(5)，其中，第一部分区段(23a)和第二部分区段(23b)分别通过端面(19)的半区段形成。

3.根据权利要求1或2所述的电动机(5)，其中，第一空气导流轮廓(20a)与第二空气导流轮廓(20b)镜面对称地构造。

4.根据权利要求1或2所述的电动机(5)，其中，第一空气导流轮廓(20a)和第二空气导流轮廓(20b)分别通过若干细长的隔片(21)形成，所述隔片从端面(19)在轴向方向上凸出，并且所述隔片分别倾斜于端面(8)的局部的径向(27)延伸。

5.根据权利要求4所述的电动机(5)，其中，第一空气导流轮廓(20a)由多个隔片(21)形成，并且其中，第一空气导流轮廓(20a)的所有隔片(21)以相同的程度相对于局部的径向(27)安设。

6.根据权利要求4所述的电动机(5)，其中，第二空气导流轮廓(20b)由多个隔片(21)形成，并且其中，第二空气导流轮廓(20b)的所有隔片(21)以相同的程度相对于局部的径向(27)安设。

7.根据权利要求1或2所述的电动机(5)，其中，第一部分区段(23a)和第二部分区段(23b)通过径向隔片(24、26)分隔开，所述径向隔片从端面(19)在轴向方向上凸出。

8.根据权利要求7的电动机(5)，其中，第一部分区段(23a)和第二部分区段(23b)分别通过至少一个另外的径向隔片(26)划分为子区段(22)。

9.根据权利要求4所述的电动机(5)，其中，在第一部分区段(23a)的和第二部分区段(23b)的每个子区段(22)中分别布置有第一空气导流轮廓(20a)或第二空气导流轮廓(20b)的隔片(21)。

10.根据权利要求1或2所述的电动机(5)，所述电动机具有电机壳体的与转子(8)的端面(19)对置的壳体部件(13)，其中，在所述壳体部件(13)的邻接于端面(19)的配合面(28)上，由隔片(30)和位于它们之间的槽(31)构造出配合空气导流轮廓(29)，其中，每个槽(31)在配合面(28)的周边上通入通风孔(32)中。

11.根据权利要求10所述的电动机(5)，其中，在邻接于端面(19)的壳体部件(13)上设置用于容纳逆变器电子装置(15)的电子装置隔室(14)。