CN104247169A - 用于旋转的电机器的叶轮和具有叶轮的旋转的电机器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于旋转的电机器（100）的叶轮（10），其包括：-带有外围面（22）的中空圆柱形的基体（21），其中，叶轮（10）具有旋转轴线（24），外围面（22）围绕该旋转轴线沿着基体（21）的圆周方向（29）延伸；-沿着基体的圆周方向（29）环绕基体（21）的第一端部区域（30）和沿着基体的圆周方向（29）环绕基体（21）的第二端部区域（31），其中，第一端部区域（30）和第二端部区域（31）沿着旋转轴线（24）的方向彼此相对而置；-在外围面（22）上的槽（23），其中，槽（23）在基体（21）的圆周方向（29）上沿着外围面（22）、并在基体（21）的第一端部区域（30）和第二端部区域（31）之间延伸；和-至少一个板条形的旋流件（25），在槽（23）内，该旋流件在第一端部区域（30）和第二端部区域（31）之间延伸，由此至少一个旋流件（25）被设计用于在叶轮（10）围绕旋转轴线（24）旋转时产生离开外围面（22）的空气运动（26）。

Description

用于旋转的电机器的叶轮和具有叶轮的旋转的电机器

本发明涉及一种用于旋转的电机器的叶轮和一种具有叶轮的旋转的电机器特别是电动机或发电机。本发明还涉及一种具有这种旋转的电机器的汽车。

在现代的汽车内越来越多地安装有电动机。在此，它们特别是被用作完全整合在驱动系内的驱动电机或在混合动力应用中例如被用作起动器发电机。在此，部分地使用他励同步电机，这些同步电机具有由设置有励磁绕组的叠片组构成的转子。在此，励磁绕组的端部通过两个被布置在转子轴上的滑环引出来。通过碳刷将励磁电压施加在励磁绕组上。这两个滑环与承载它们的基体一起也常常被简单地称为“滑环”。

这种旋转的电机器出现了碳刷的磨掉物以导电的灰尘颗粒的形式进入到机器内部的问题。这些灰尘颗粒例如可以作为导电层沉积在机器元件上并导致导电的电气间隙（Kriechstrecke）。

文献DE 100 14 310 A1公开了一种具有用于密封电机器的壳体内腔的、浮动的间隙密封件的电机器。虽然这种间隙密封件可以使得灰尘难以进入到壳体内腔之内，但是还需要更好地保护壳体内腔以防电刷灰尘进入。

文献DE 10 2008 041 650 A1介绍了一种具有风扇的电机器，该风扇具有用于分配空气的突伸式的风扇叶片，由此把磨掉的电刷灰尘连同空气一起从滑环引开。

本发明的目的在于提出一种可行方案，根据该可行方案，以技术上简单同时特别高效的方式尽可能进一步地防止在电机器工作时产生的电刷灰尘进入到机器内部。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的设计方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的第一方面，提出一种用于旋转的电机器的叶轮，其具有下述特征：

- 带有外围面的中空圆柱形的基体，其中，叶轮具有旋转轴线，外围面围绕该旋转轴线沿着基体的圆周方向延伸；

- 沿着基体的圆周方向环绕基体的第一端部区域和沿着基体的圆周方向环绕基体的第二端部区域，其中，第一和第二端部区域沿着旋转轴线的方向彼此相对而置；

- 在外围面上的槽，其中，槽在基体的圆周方向上沿着外围面、并在基体的第一和第二端部区域之间延伸；和

- 至少一个板条形的旋流件，在槽内，该旋流件在第一和第二端部区域之间延伸，由此至少一个旋流件被设计用于在叶轮围绕旋转轴线旋转时产生离开外围面的空气运动。

在该种情况下，“叶轮”在此和下文中系指一种可围绕其旋转轴线转动的具有旋流件的装置，在叶轮围绕旋转轴线旋转时，这些旋流件产生空气运动。

“中空圆柱形的基体的圆周方向”系指沿着基体的外围面、环绕基体的圆周的方向。

优选地，叶轮包括至少两个彼此以相同的间隔被均匀分布地布置在槽内的旋流件。通过将旋流件均匀分布在槽内，可以避免叶轮的不平衡。

通过将槽设计在外围面上且在叶轮的中空圆柱形的基体的两个对置的端部区域之间，并且通过设计至少一个板条形的、在第一和第二端部区域之间在槽内延伸的旋流件，因此可以在叶轮的基体的外围面上形成至少一个盆形的凹洼，该凹洼连同旋流件和基体的两个端部区域一起如同涡轮机的涡轮叶片一样起作用，在上述叶轮围绕其旋转轴线转动时产生离开外围面的空气运动。

如果电刷灰尘颗粒到达盆形的凹洼区，那么这些电刷灰尘颗粒就通过空气运动从外围面进而从叶轮被带走。

由此以技术上简单同时特别高效的方式防止在电机器工作时产生的电刷灰尘颗粒进入到机器内部。

在一种优选的设计方案中适当设计至少一个旋流件，使得该旋流件至少部分地沿着基体的圆周方向上隔断槽。换而言之：至少一个旋流件并不从第一端部区域连续地延伸到第二端部区域。这种设计方案具有以下优点：通过借助旋流件产生的隔断而形成具有不同涡流的空气运动。由此，空气运动的速度发生变化，这有利于带走不同大小的灰尘颗粒。

在一种替代的设计方案中，至少一个旋流件从第一端部区域连续地延伸到第二端部区域，由此，至少一个旋流件沿着基体的圆周方向完全隔断槽。这种设计方案具有以下优点：由此，在叶轮的转速本身恒定时产生很大程度上恒定但相对更加强烈的空气运动。

在另一优选的设计方案中，至少一个旋流件平行于旋转轴线延伸。

在一种替代的设计方案中，至少一个旋流件倾斜于旋转轴线延伸。

优选地，至少一个旋流件沿着叶轮的基体的圆周方向螺旋形或螺线形地延伸。

后三种所述的设计方案在空气运动时产生不同的涡流，所述空气运动在叶轮旋转时产生。

在另一优选的设计方案中，至少一个旋流件在背离旋转轴线的那一侧具有表面，其中，所述表面相对于外围面不突伸地特别是相对于外围面基本上平整地构造。

旋流件的相对于外围面不突伸地特别是相对于外围面基本上平整的表面具有以下优点：叶轮可以例如采用注塑方法作为大宗商品以较少的加工步骤成本低廉地制造。此外，如此构造的旋流件产生具有涡流的空气运动，这些涡流高效地将位于旋流件区域内的灰尘颗粒带走。

替代地，从叶轮的旋转轴线径向地观察，至少一个旋流件可以具有比两个端部区域的高度更小的高度。在此还可以考虑的是，两个端部区域分别具有不同大小的高度。

根据本发明的另一方面，提出一种旋转的电机器，该机器包括转子轴和上述的叶轮，其中，叶轮布置在转子轴上并与转子轴抗扭地连接。

这种旋转的电机器适合用在汽车内。所述电机器既可以用作完全整合在驱动系中的驱动电机例如轮毂电机或者轴向电机，又可以例如用作起动器发电机。在该种情况下，电机器可以被构造为电动机或发电机，或者既可以作为电动机又可以作为发电机进行工作。

针对这种电机器，可以使得灰尘被由叶轮产生的空气运动带走，由此防止掉落的电刷灰尘进入到机器内部。为此按照上述方式构造并布置叶轮，使得掉落在电机器的电刷上的灰尘颗粒在可能进入到壳体内腔中之前通过在工作时产生的空气运动主要在径向上从转子轴被带走。

在一种优选的设计方案中，旋转的电机器还包括至少部分地包围电机器的壳体内腔的壳体件。在该种情况下设计最大部分地容纳转子轴的壳体内腔。在壳体件上，电机器具有开口，转子轴穿过该开口部分地从壳体内腔伸出。在壳体内腔的外面，电机器具有布置在转子轴上的滑环。在壳体内腔和滑环之间并且在壳体内腔外面布置有上述叶轮。在该种情况下，叶轮被设计用于在转子轴转动时在电机器工作时产生用于将电刷灰尘从开口带走的上述空气运动。

在电机器的另一优选的设计方案中，叶轮被设计成可插到转子轴。按照该实施方式，在安装时可以将叶轮简单地插到转子轴上，从而几乎不需要附加的安装成本。于是在需要时，例如在修理电机器时，可以采用简单的方式又将叶轮从转子轴上拔出来。

在另一种其它的优选的设计方案中，电机器在壳体内腔和滑环之间具有至少一个曲径式密封件。在此，曲径式密封件具有环绕转子轴的并布置在转子轴上的第一成型元件和与第一成型元件相咬合的、同样环绕转子轴且布置在壳体件上的第二成型元件。在此，第一和第二成型元件优选均具有由电绝缘材料例如塑料制成的表面。所述成型元件也可以完全由塑料构成。

“曲径式密封件”在此及下文中系指非接触的密封件，其密封效果基于因曲径所致的路径明显延长。路径延长可以通过在转子轴上和在固定的壳体件上的成型元件的相互嵌接来实现。在此，曲径式密封件围绕转子轴同心地布置。特别地，曲径式密封件可以被构造为多槽-曲径式密封件，并且具有多个前后相继串联的、由彼此相咬合的成型元件构成的密封件。

针对这种旋转的电机器，可以通过以下方式防止掉落的电刷灰尘进入到机器内部即壳体内腔中：一方面通过曲径式密封件明显延长灰尘所要历经的一直伸到壳体内腔中的路径，另一方面通过曲径式密封件的回旋防止灰尘不受妨碍地进入到壳体内腔中。因此，曲径式密封件的设置附加地改善了密封效果，进而有利地补充了叶轮的作用。

在一种优选的设计方案中，叶轮在滑环侧置于曲径式密封件之前。按照该设计方案，来自滑环的灰尘流因此首先进入到叶轮的作用区内，该叶轮将大部分灰尘颗粒从关键区去除。因此还仅有被高度稀释的灰尘流到达曲径式密封件。

在电机器的另一其它优选的设计方案中，叶轮和第一成型元件一体地构造。在该种情况下，叶轮和第一成型元件可以采用注塑方法以简单的方式作为大宗商品制造成一体的铸件。

在另一其它优选的设计方案中，电机器在开口内且在叶轮与壳体内腔之间具有漏斗形的导流元件，该导流元件沿着转子轴的圆周方向环绕转子轴，并且被设计用于沿着离开壳体内腔的方向使得由叶轮产生的空气运动转向。

优选地，导流元件与壳体件一体地构造。

根据本发明的另一方面，提出一种具有上述电机器的汽车。汽车在此可以是电动汽车或者混合动力汽车，其中电机器用作汽车的驱动装置。

此外，上述叶轮和上述电机器的有利的设计可以在一定程度上转用到上述汽车上，也被视为汽车的有利的设计。

现借助于附图对本发明的实施方式进行详述。在附图中：

图1在立体图中示意性地示出了本发明的一个实施方式的叶轮；

图2、2A在横截面图中示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的旋转的电机器的一部分；

图3在横截面图中示意性地示出了根据本发明的另一实施方式的旋转的电机器的一部分。

在附图中相同的部件标有相同的附图标记。

图1在示意性的立体图中示出了用于接下来将在图2、2A和3中示出的旋转的电机器100的叶轮10。

叶轮10包括具有圆柱形外围面22的中空圆柱形的基体21，所述外围面沿着基体的圆周方向29环绕并沿圆周包围基体21。叶轮10被设计得可以围绕旋转轴线24转动，其中，旋转轴线24平行于外围面22并穿过基体21的圆心延伸。

叶轮10还具有沿着基体的圆周方向29环绕基体21的第一端部区域30和同样沿着基体的圆周方向29环绕基体21的第一端部区域31。在此沿着旋转轴线24的方向看去，第一端部区域30和第二端部区域31彼此相对。

在外围面22上，叶轮10具有沿着基体的圆周方向29环绕基体21的、沿着外围面22且在基体21的第一与第二端部区域30、31之间延伸的槽23。

在该槽23内设置有至少三个板条形的旋流件25，它们彼此以相同的间隔被均匀分布地布置在槽23内。因此在这些旋流件25之间形成具有类似菱形表面的盆状的凹洼。在此，旋流件25均相对于旋转轴线24倾斜约15°的角度28进行延伸。通过旋流件25相对于旋转轴线24倾斜的布置，在叶轮10围绕旋转轴线24转动时，这些旋流件产生空气运动26，空气运动从外围面22离开并沿着垂直于旋转轴线24伸展的方向27流动。

旋流件25在背离旋转轴线24的一侧均具有表面32，其中这些表面32和外围面22彼此平整地构造。

图2、2A在垂直于电机器100的转子轴2的横截面图中示出了被构造为他励同步电机的电机器100的一部分，其中，图2A又示出了在图2中已被示出的电机器100的部分A。电机器100的定子未被示出。转子1包括布置在转子轴2上的转子叠片组3。

转子叠片组3被布置在壳体内腔5之内。转子轴2可转动地支撑在壳体内腔5之内，其中仅示出了一个轴承4。转子轴2穿过在壳体件6例如轴承盖上的开口9从壳体内腔5中部分地伸出来。

在壳体内腔5的外面，在转子轴2上布置有两个滑环7，通过这些滑环借助于碳刷8将励磁电压施加在转子1的未示出的励磁绕组上。

未示出的滑环包套（Schleifringkapsel）可以包围滑环7和碳刷8，进而包围电刷腔（Bürstenraum）12。

在转子1工作时，碳刷8会在电刷腔12内产生导电的碳粉。经由开口9例如会使得碳粉进入到壳体内腔5之内，在那里沉积成导电层并导致泄漏电流（Kriechströmen）。

为了防止这种情况，转子1在开口9的区域内在转子轴2上具有上述的叶轮10。叶轮10与转子轴2抗扭地连接，在电机器100工作时与转子轴2一起围绕同样也是叶轮10 的旋转轴线24的旋转轴线转动。在这种情况下，叶轮10产生图1中所示的空气运动26，这种空气运动将碳粉颗粒从开口9带走。

在开口9中设置有与壳体件6一体地构造的协助叶轮10的作用的导流元件11。因此如在图2A中详细地示出，导流元件11被构造为漏斗形，并且相比于背离壳体内腔5进而面向滑环7的端部18，在面向壳体内腔5的端部17具有更小的直径。

在电机器100工作时，导流元件11将由叶轮10产生的空气运动26沿着离开壳体内腔5的方向19引导，从而使得碳粉颗粒被有效地从开口9带走。

图3在垂直于电机器100的转子轴2的横截面图中示出了另一被构造为他励同步电机的电机器100的一部分。图3中的电机器与图2、2A中所示的电机器的不同之处在于，除了叶轮10之外还设置有曲径式密封件13来代替导流元件11，以便防止碳粉进入到壳体内腔5之内。在此，叶轮10在滑环侧置于曲径式密封件13之前21，因此首先被朝向壳体内腔5流动的空气经过。

在一种未示出的实施方式中，叶轮10在滑环侧置于曲径式密封件13之后。也可以设置有多个叶轮10和/或曲径式密封件13。

曲径式密封件13由抗扭地与转子轴2相连接的第一成型元件15以及由与壳体部件6相连接并布置在开口9内的第二成型元件14构成。

成型元件14、15具有彼此相咬合且彼此不相接触的“密封唇”16，并且由塑料或者由其它不导电的材料制成。由此在这些密封唇16之间形成一条路径，沿着旋转轴线24的方向看去，该路径具有矩形波的形式，进而明显地比开口9的深度更长。因此通过曲径式密封件13使得碳粉进入到壳体内腔5之内所要历经的路段明显地延长，由此产生密封效果。

在一种未示出的实施方式中，曲径式密封件具有更多数量的前后相继布置的、彼此相咬合的密封唇。由此使得碳粉所要历经的路径附加地延长并改善了密封效果。

尽管前面介绍了至少一个示范性的实施方式，却可以做出各种不同的改变和改型。所述实施方式仅仅是范例，而不应以任何方式限制适用范围、可用性或配置。确切地说，前述说明令本领域技术人员有计划实施至少一个示范性的实施方式，其中，在不偏离所附权利要求及其法律等同体的保护范围的情况下，可以对在示范性的实施方式中说明的部件的功能和布置方式做出众多改型。

Claims (15)

1. 一种用于旋转的电机器（100）的叶轮（10），具有以下特征：

- 带有外围面（22）的中空圆柱形的基体（21），其中，叶轮（10）具有旋转轴线（24），外围面（22）围绕该旋转轴线沿着基体（21）的圆周方向（29）延伸；

- 沿着基体的圆周方向（29）环绕基体（21）的第一端部区域（30）和沿着基体的圆周方向（29）环绕基体（21）的第二端部区域（31），其中，第一端部区域（30）和第二端部区域（31）沿着旋转轴线（24）的方向彼此相对而置；

- 在外围面（22）上的槽（23），其中，槽（23）在基体（21）的圆周方向（29）上沿着外围面（22）、并在基体（21）的第一端部区域（30）和第二端部区域（31）之间延伸；和

- 至少一个板条形的旋流件（25），在槽（23）内，该旋流件在第一端部区域（30）和第二端部区域（31）之间延伸，由此至少一个旋流件（25）被设计用于在叶轮（10）围绕旋转轴线（24）旋转时产生离开外围面（22）的空气运动（26）。

2. 按照权利要求1所述的叶轮（10），其中，至少一个旋流件（25）沿着所述基体（21）的圆周方向（29）至少部分地隔断所述槽（23）。

3. 按照权利要求1或2所述的叶轮（10），其中，至少一个旋流件（25）从所述第一端部区域（30）一直延伸到所述第二端部区域（31），由此，至少一个旋流件（25）沿着所述基体（21）的圆周方向（29）完全隔断所述槽（23）。

4. 按照上述权利要求之一所述的叶轮（10），其中，至少一个旋流件（25）平行于所述旋转轴线（24）延伸。

5. 按照上述权利要求1~3之一所述的叶轮（10），其中，至少一个旋流件（25）倾斜于所述旋转轴线（24）延伸。

6. 按照上述权利要求1~3之一所述的叶轮（10），其中，至少一个旋流件（25）螺旋形地延伸。

7. 按照上述权利要求之一所述的叶轮（10），其中，至少一个旋流件（25）在背离所述旋转轴线（24）的那一侧具有表面（32），其中，所述表面（32）相对于所述外围面（22）不突伸地特别是相对于所述外围面（22）基本上平整地构造。

8. 一种旋转的电机器（100），具有以下特征：

- 转子轴（2）；

- 按上述权利要求之一所述的叶轮（10）；

- 其中，所述叶轮（10）布置在所述转子轴（2）上并与所述转子轴（2）抗扭地连接。

9. 按照权利要求8所述的旋转的电机器（100），还具有以下特征：

- 至少部分地包围所述电机器（100）的壳体内腔（5）的壳体件（6），其中，所述壳体内腔（5）被设计用于容纳所述转子轴（2）；

- 在所述壳体件（6）上的开口（9），所述转子轴（2）经由该开口部分地从所述壳体内腔（5）中伸出；

- 布置在所述壳体内腔（5）之外并且在所述转子轴（2）上的滑环（7）；

- 其中，所述叶轮（10）布置在所述壳体内腔（5）与所述滑环（7）之间并且在所述壳体内腔（5）之外，由此，所述叶轮（10）被设计用于产生空气运动（26），用于将灰尘由所述开口（9）和/或所述滑环（7）带走。

10. 按照权利要求8或9所述的旋转的电机器（100），其中，所述叶轮（10）被构造得可插到所述转子轴（2）上。

11. 按照权利要求8~10之一所述的旋转的电机器（100），其中，在所述壳体内腔（5）和所述滑环（7）之间设置有至少一个曲径式密封件（13），该曲径式密封件包括在所述转子轴（2）上的环绕所述转子轴（2）的第一成型元件（15）和与所述第一成型元件（15）相咬合的并且在所述壳体件（6）上环绕所述转子轴（2）的第二成型元件（14）。

12. 按照权利要求11所述的旋转的电机器（100），其中，所述叶轮（10）和所述第一成型元件（15）一体地构造。

13. 按照权利要求8~10之一所述的旋转的电机器（100），其中，所述电机器（100）在所述开口（9）内且在所述叶轮（10）与所述壳体内腔（5）之间具有环绕所述转子轴（2）的漏斗形的导流元件（11），该导流元件被设计用于沿着离开所述壳体内腔（5）的方向（19）使得由所述叶轮（10）产生的空气运动（26）转向。

14. 按照权利要求13所述的旋转的电机器（100），其中，所述导流元件（11）与所述壳体件（6）一体地构造。

15. 一种具有按照权利要求8~14之一所述的旋转的电机器（100）的汽车。