CN103843231A - 旋转式电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用作发电机或电动机的旋转式电机（1），此种电机具有安置在壳体（2）中的定子（4）以及安置在转轴（6）上并能围绕旋转轴线（8）旋转的转子（10）。壳体（2）具有周壁（12）以及在轴向上彼此对置的两个端壁（14，16），两个端壁（14，16）被构造成具有用于转轴（6）的旋转轴承（18）的轴承法兰。转轴（6）与两个冷却风扇叶轮（20，22）相连，其中一个内部冷却风扇叶轮（20）在壳体（2）的内部，它在旋转时会在壳体（2）内部产生一内部冷却气体循环（A），一个外部冷却风扇叶轮（22）在壳体（2）的外部，它在旋转时会产生一流过壳体（2）的外部冷却气流（B）。布置在外部冷却风扇叶轮（22）那一侧的第一端壁（14）被设计成具有至少(式I)的高热导率，而且，在该第一端壁的朝向外部冷却风扇叶轮（22）的外侧面上具有外部肋片散热结构（28），而在与外侧面对置的内侧面上则具有内部肋片散热结构（30）。

Description

旋转式电机

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的旋转式电机，该电机具有安置在壳体中的定子以及位于转轴上并能围绕旋转轴线旋转的转子，其中，所述壳体具有周壁和在轴向上彼此对置的两个端壁，所述端壁被构造成具有用于所述转轴的旋转轴承的轴承法兰，而且，所述转轴与两个冷却风扇叶轮相连，其中一个内部冷却风扇叶轮在壳体内部，其在旋转时会在壳体内部产生内部冷却气体循环，一个外部冷却风扇叶轮在壳体外部，其在旋转时会产生流过壳体的外部冷却气流。

需要强调的是，术语“旋转式电机”既包括发电机的设计方案，也包括电动机的设计方案。

背景技术

欧洲专利申请文件EP1768234A1记述了一种开头所提及的这种类型的电机，其是一全封装并采用风扇冷却方式的电动机。在此公开实施方式中，内部冷却风扇叶轮安置在定子与转子的朝向外部冷却风扇叶轮的那一侧上，因此两个冷却风扇叶轮相互间被壳体的第一端壁隔开。

欧洲专利申请文件EP0387743B1或其对应的公开文本DE69004834T2记述了一种与上述现有技术极为相似的以空气冷却的封闭式电机。不过在此处，内部冷却风扇叶轮安置在转子与定子的远离外部冷却风扇叶轮的另一侧上。

发明内容

本发明的基本目的是，进一步改善电机的冷却性能，尤其是改善将热量从壳体内部向外导出的性能。

根据本发明，上述目的是通过独立权利要求1的特征得以实现的。本发明的其他有利设计特征包含在各从属权利及随后的说明中。

根据本发明，相应的设计是这样的：布置在外部冷却风扇叶轮的一侧且位于此外部冷却风扇叶轮与内部冷却循环之间的壳体的第一端壁被设计成具有至少

的高热导率，并且，在该第一端壁的朝向外部冷却风扇叶轮的外侧面上具有外部肋片散热结构，而在与所述外侧面对置的内侧面上则具有内部肋片散热结构。

利用这种有利的设计方案，内部冷却气体循环和外部冷却气流之间的热传递将得到显著改善。在壳体内部处于流动状态的空气吸收内部的热量，并通过内部肋片散热结构有效地将热量传递到第一端壁。因具有高热导率，端壁进一步通过外部肋片散热结构将热量有效地向外传递至冷却气流，从而将热量非常有效地传到外部环境中。

在本发明的语境中，术语“良好的导热”是指热导率λ至少等于

尤其是至少等于在一优选设计方案中，至少具有双侧的肋片散热结构的第一端壁是由铝，尤其是由铝质压铸件制成，这里的术语“铝”也包括铝合金，因而热导率的范围（根据合金的不同）将在

的范围内。

在另一有利设计方案中，壳体的周壁也是由相应的、具有良好的导热性能的材料，特别是由铝制成的。另外，有利的是，与第一端壁对置的第二端壁也可以由铝制成，这样，在此第二端壁的范围内，就可以利用一与该第二端壁相连的金属机架来实现有效导热的目的。

附图说明

下面，借助于在附图中示出的优选实施例对本发明进行更详细的解释。在附图中：

图1示出了根据本发明的电机的立体图；

图2示出了在图1中通过切割线II-II标示的沿直径剖开的截面的电机的轴向剖面图；

图3示出了与图2对应的根据本发明的电机沿直径剖开后的立体视图；

图4示出了与图1类似的立体图，但是在外部冷却风扇叶轮和外部肋片散热结构的区域内没有帽形顶罩；

图5示出了电机的立体图，为看到定子和转子的区域，该立体图无第一端壁，而且也不带内部冷却风扇叶轮；

图6示出了从内部冷却风扇叶轮这一侧看过去的转子的单独立体示图；以及

图7示出了从与内部冷却风扇叶轮相对的另一侧看过去的转子的单独的立体图。

在附图中不同的图形上，同样的部件都配以同样的附图标记。

具体实施方式

对于后文的描述，需要强调的是，本发明并不限于该具体实施例，也不限于所描述之特征组合中的全部或多个特征，实际上，该实施例中的每一单个子特征，无论是独立存在（即在撇开其他所有与之结合在一起描述的子特征）还是与该实施例中的任一其它特征组合，无论是否被概括或援引在权利要求中，都具有发明意义。

根据本发明的旋转式电机1（可实施为发动机或电动机）具有安置在封闭壳体2中的定子4和位于转轴6上并能围绕旋转轴线8旋转的转子10。对于电机1的内部组件，尤其可以参考图2、图3以及图5。此外，分别在图6和图7中示出了带有转轴6的转子10。

由于电机1被完全封装在封闭的壳体2中，因此其符合较高的IP防护等级，尤其是符合IP54。

壳体2包括共轴地包围转子10和定子4的周壁12以及在轴向上彼此对置的两个端壁14和16。该两个端壁14，16被构造成轴承法兰，且带有用于转轴6的旋转轴承18。在示出的例子中，旋转轴承18是滚珠轴承，它们围绕着转轴6，并分别置于相应端壁14，16的容纳部中。

为使电机1能够自冷却，两个冷却风扇叶轮20、22与转轴6连接，亦即，一方面，内部冷却风扇叶轮20位于壳体2内部，另一方面，外部冷却风扇叶轮22位于壳体2外部。转子10旋转时，将驱动两个冷却风扇叶轮20，22旋转。内部冷却风扇叶轮20旋转时在壳体2的内部会形成内部冷却气体循环，图2和图3中的虚线箭头A示意性地画出了该内部冷却气体循环。外部冷却风扇叶轮22在旋转时会形成一流过壳体2的外部冷却气流，图2和图3中的虚线箭头B示意性地画出了该外部冷却气流。

在示出的实施方式中，电机1被构造成内转子机，转子10被定子4围绕而作为内转子，并在定子4的内部旋转。转子10具有永磁体23（尤其可参考图5）。定子4由制成叠片组的定子核24和定子绕组26组成。

根据本发明现设计如下：壳体2的第一端壁14，也就是布置在外部冷却风扇叶轮22的一侧并在此外部冷却风扇叶轮与内部冷却循环之间的第一端壁，被设计成具有至少

的高热导率，并且在该第一端壁14的朝向外部冷却风扇叶轮22的外侧面上具有外部肋片散热结构28，而在与所述第一端壁14外侧面对置的内侧面上则具有内部肋片散热结构30。因此根据本发明，第一端壁14构造成散热体，它能够极其有效地从内部冷却气体循环A中吸收热量，然后将热量向外引导并在那儿传递至外部冷却气流B。

为得到良好的导热性能，第一端壁14优选由铝制成，尤其是制成一体式的铝质压铸件。常用术语“铝”也包括铝合金。众所周知，纯度几近100%的铝的热导率

而如果是铝合金的情况下，则其热导率在150至

的范围内。

在优选设计方案中，周壁12也由铝制成，进一步地，第二端壁16也优选由铝制成。这样，在第二端壁16的范围内，就能够利用一与该第二端壁16相连的金属机架（未示出）来达到进一步有效导热的目的。

外部冷却风扇叶轮22有利地构造成带有径向叶片32的径流式叶轮，叶片32的叶面位于沿径向和轴向取向的平面内。根据图1至图3，在第一端壁14（其肋片散热结构28和冷却风扇叶轮22被遮盖）上安装有一帽形顶罩33，该顶罩33由垂直于旋转轴线8的盖壁34和从该盖壁34延伸而出的轴向的周壁36构成，所述周壁36在轴向上沿圆周包围住第一端壁14。位于端侧的、垂直于旋转轴线8的盖壁34具有一位于中心的进气孔38。这个进气孔38可具有一喷嘴状、向外部冷却风扇叶轮22延伸的孔边缘38a。

根据本发明，外部冷却风扇叶轮22与顶罩33以及第一壳体端壁14的外部肋片散热结构28是这样设计的：在旋转时，将通过顶罩33的进气孔38从外部轴向吸入周围空气，此空气径向向外流过肋片散热结构28，并在径向外部区域中经由顶罩33转变为沿轴向方向，最终在外部流过壳体周壁12并再次进入外界环境中。热量亦由此得以向外传递。

在这儿，如果壳体2的周壁12在外侧同样具有肋片散热结构40，且此肋片散热结构40优选（至少大部分）由径向凸起并沿轴向延伸的长条形散热片42构成，则是有利的。

第一端壁14的外部肋片散热结构28所涉及的原则上可以是能够使用于导热的有效表面得以扩大的任意几何形状或形貌结构，例如，可以是轴向凸起的，尤其是至少部分沿径向指向的长条散热肋。但是，在示出的优选实施方式中是这样设计的，在第一端壁14的一个径向内侧区域内（此区域在外部冷却风扇叶轮22旋转时将被遮盖住），外部肋片散热结构28由销钉状的散热突缘44构成，所述散热突缘44沿轴向突出至冷却风扇叶轮22的那一由叶片32朝向所述散热突缘44的棱边所限定的旋转平面附近。散热突缘44有很多个，这些散热突缘44分散布置在第一端壁14的环形平面区域中。

此外，在第一端壁14的径向向外与外部冷却风扇叶轮22的旋转区域相邻接的环形平面区域内，外部肋片散热结构28同样优选由销钉状的散热突缘46构成，不过，此散热突缘46沿轴向进一步朝着顶罩33的盖壁34突出并因此更长。该散热突缘46同样也有许多个，而且同样也分散布置在环形平面区域内。

最后，在第一端壁14的径向外侧的环形平面区域内，外部肋片散热结构28由大量翼形的、沿轴向和径向取向的肋状突缘48构成。在已安装顶罩33的状态下（尤其参见图2和图3），肋状突缘48位于顶罩33的盖壁34与周壁36之间的内部过渡区域中。外部冷却气流B中的大致径向自内向外流动的空气沿径向穿流过所述肋状突缘48，这样可消除流体涡旋，而顶罩33则使气流从径向方向转变为轴向方向。通过如下方式，即使得第一端壁14在其径向突伸到相邻的周壁12之外的外边缘区域50内的各翼形肋状突缘48之间均具有气口52（见图4），就能够使轴向或者说与轴线相平行的方向上的冷却空气进一步流过周壁12。

作为优选方案示出并加以描述的外部肋片散热结构28的设计方案的优点在于，允许形成不依赖于转子10的旋转方向、从径向内部区域向外的通流，而且，翼形的肋状突缘48被用来引导空气，并且与顶罩33协同以使空气转向以及防止气流B因旋转而形成涡旋。有利的是，由于肋状突缘48是径向指向的，因此它的上述作用同样不依赖于转子10的旋转方向。

现所涉及的内部冷却风扇叶轮20也同样可以构造成径流式叶轮。不过它在优选实施方式中是斜流式叶轮。内部冷却风扇叶轮20在旋转时起作用，使得内部冷却气体循环A经过转子10的轴向散热通道54，流经第一端壁14的内部肋片散热结构30，经过定子4的尤其是形成于定子核24与定子绕组26之间的缝隙，并优选的流经位于第二端壁16内侧面之上的附加的肋片散热结构56，对此尤其请参考图3。第二端壁16的肋片散热结构56可由任意的散热突缘构成，而且这些散热突缘在机械上也可以起加强肋的作用。第一端壁14的内部肋片散热结构30至少部分由轴向突伸而出的销钉状散热突缘58构成的，这样同样达到了不依赖于转子旋转方向的目的。

所述或每个端壁14，16的全部散热突缘44，46，48，58均被设计成具有沿轴向朝着其自由端逐渐变细的横截面，这样，就可以利用简单的轴向脱模手段，将相应的端壁14，16制成一件式的成型件，尤其是制成金属压铸件。对于销钉状的散热突缘44，46，58的横截面，在径向上测得的横截面长度l与垂直于此横截面长度的横截面宽度b之间的比例优选落在0.8与1.5之间的范围内，就是说，l:b=0.8至1.5。所述散热突缘的横截面优选可以是圆形或多边形且比例l:b≈1。与此相比，翼形的肋状突缘48的横截面比例l:b则落在1.5与6.0之间的范围内。

最后应说明的是，在电机1的优选实施方式中，内部冷却风扇叶轮20被安置在转子10的朝向第一端壁14的那一侧上。当然，原则上它也可以置于转子10的朝向端壁16的另一侧上。

从图6和图7还可以看出，转子10包括在轴向上彼此相邻的两个部分，这两个部分与永磁体23在周向方向上彼此扭转，由此形成不大于20°的夹角。

散热通道54以沿轴向贯穿的形式安置在转子10的没有磁力作用的径向内侧区域内。

本发明并不限制于前面已经说明和描写过的实施例，其也包括所有在发明意义上起同样功能的方案。需要强调的是，本发明的实施例并不限于将全部特征组合在一起，确切地说，每一单个子特征在与其他所有子特征分开时仍然具有发明上的意义。另外，本发明迄今为止并也不限于在权利要求1中限定的特征组合，其也可以被定义为由全部已公开的单个特征中的一定特征组合而成的任意一种其他组合。这意味着，原则上并在实践中，权利要求1中所述的每一个单个特征都可以删去，或者说，权利要求1中所述的每一个单个特征都可以被在本申请中其他地方所公开的单个特征所取代。就此而言，所述权利要求1只可被理解为对于一个发明的一种最初表述尝试。

Claims (15)

1.一种旋转式电机（1），具有安置在壳体（2）中的定子（4）以及安置在转轴（6）上并能围绕旋转轴线（8）旋转的转子（10），其中，所述壳体（2）具有周壁（12）和在轴向上彼此对置的两个端壁（14，16），所述两个端壁（14，16）被构造成具有用于所述转轴（6）的旋转轴承（18）的轴承法兰，而且，所述转轴（6）与两个冷却风扇叶轮（20，22）相连，确切地说，一个内部冷却风扇叶轮（20）在所述壳体（2）的内部，它在旋转时会在所述壳体（2）内部产生内部冷却气体循环（A），一个外部冷却风扇叶轮（22）则在所述壳体（2）的外部，它在旋转时会产生流过所述壳体（2）的外部冷却气流（B），其特征在于，布置在所述外部冷却风扇叶轮（22）一侧的第一端壁（14）被设计成具有至少

的高热导率，而且，在所述第一端壁（14）的朝向所述外部冷却风扇叶轮（22）的外侧面上具有外部肋片散热结构（28），而在与所述外侧面对置的内侧面上则具有内部肋片散热结构（30）。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，至少所述壳体（2）的第一端壁（14），优选地还包括至少所述周壁（12）是由良好的导热材料制成，特别是由铝制成。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述外部冷却风扇叶轮（22）被构造成带有径向叶片（32）的径流式叶轮，而且，在所述第一端壁（14）上安装有帽形顶罩（33），所述顶罩（33）遮盖所述第一端壁的肋片散热结构（28）和所述冷却风扇叶轮（22），所述顶罩（33）在与所述旋转轴线（8）相垂直的盖壁（34）中具有位于中心的进气孔（38），而且所述顶罩（33）以从所述盖壁（34）伸出的轴向的外周边缘（36）沿圆周包围所述第一端壁（14）。

4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述外部冷却风扇叶轮（22）与所述顶罩（33）和所述外部肋片散热结构（28）以如下方式构造，即，在旋转时通过所述顶罩（33）的进气孔（38）轴向吸入的空气径向向外流经所述肋片散热结构（28），并在径向外部区域内经由所述顶罩（33）转变为沿轴向方向并在外部流过所述壳体的周壁（12）。

5.根据权利要求1至4之一所述的电机，其特征在于，所述壳体（2）的周壁（12）在外侧具有肋片散热结构（40），所述肋片散热结构（40）优选地至少大多数是由径向凸起并沿轴向延伸的长条形散热片（42）构成。

6.根据权利要求1至5之一所述的电机，其特征在于，在所述第一端壁（14）的在所述外部冷却风扇叶轮（22）旋转时将遮盖住的径向内侧的区域内，所述第一端壁（14）的外部肋片散热结构（28）是由销钉状的散热突缘（44）构成的，所述散热突缘（44）沿轴向突出直至接近所述冷却风扇叶轮（22）。

7.根据权利要求1至6之一所述的电机，其特征在于，在所述第一端壁（14）的径向向外与所述外部冷却风扇叶轮（22）的旋转区域相邻接的区域内，所述外部肋片散热结构（28）是由销钉状的散热突缘（46）构成的，所述散热突缘（46）沿轴向伸向所述顶罩（33）。

8.根据权利要求1至7之一所述的电机，其特征在于，在所述第一端壁（14）的径向外部区域内，所述外部肋片散热结构（28）由翼形的、沿轴向与径向指向的肋状突缘（48）构成。

9.根据权利要求1至8之一所述的电机，其特征在于，所述第一端壁（14）在径向突伸到相邻的周壁（12）之外的外边缘区域（50）内具有用于所述外部冷却气流（B）的气口（52）。

10.根据权利要求1至9之一所述的电机，其特征在于，所述内部冷却风扇叶轮（20）被构造成径流式或斜流式叶轮，从而使所述内部冷却气体循环（A）经过所述转子（10）的轴向散热通道（54），流经所述第一端壁（14）的内部肋片散热结构（30），经过所述定子（4）的尤其是形成于定子核（24）与定子绕组（26）之间的缝隙，并优选地流经位于所述第二端壁（16）内侧面之上的另外的肋片散热结构（56）。

11.根据权利要求1至10之一所述的电机，其特征在于，所述第一端壁（14）的内部肋片散热结构（30）至少部分地由轴向突起的销钉状的散热突缘（58）构成。

12.根据权利要求1至11之一所述的电机，其特征在于，所述内部冷却风扇叶轮（20）安置在所述转子（10）的朝向所述第一端壁（14）的一侧上。

13.根据权利要求6至12之一所述的电机，其特征在于，所述/每个端壁（14，16）的全部散热突缘（44，46，48，58）均被设计成具有朝着其自由端逐渐变细的横截面，因而可以利用简单的轴向脱模手段实现将所述端壁（14，16）制成成型件，尤其是金属压铸件。

14.根据权利要求6至13之一所述的电机，其特征在于，所述销钉状的散热突缘（44，46，58）关于其横截面具有在0.8至1.5之间的范围内的长宽比（l:b）。

15.根据权利要求8至14之一所述的电机，其特征在于，所述翼形的肋状突缘（48）关于其横截面具有在1.5至6.0之间的范围内的长宽比（l:b）。

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