CN104521117A - 主动冷却的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机，其包含电子壳体(1)、带定子衬套(3)的定子以及转子(5)。所述电机借助定子衬套(3)能够固定在固定壁板(11)上。根据本发明的电机具有空气引导元件以及与转子(5)抗扭地相连的空气输送元件(14)。所述空气引导元件(22a)包围着定子衬套(3)，并且在空气引导元件(22a)和定子衬套(3)的外圆周之间形成流动空间(35)。所述流动空间(35)在电子壳体(1)的一侧通过至少一个流动间隙(27)沿固定壁板(11)的方向开启。所述空气输送元件(14)借助进气孔(16)通过密封间隙通到空气引导元件的转子侧的穿流孔(26)中。

Description

主动冷却的电机
技术领域
本发明涉及一种电机，其包含电子壳体、带定子衬套的定子以及转子，其中所述电机借助定子衬套能够固定在固定壁板上。
背景技术
这种电机尤其用来驱动通风机，并且具有集成的电子设备(尤其是整流电子设备)。电机的最大功率范围通常由电子设备的最大构件温度(例如电气的功率构件，如末级的温度)或电机的最大构件温度(例如电机线圈或球轴承的温度)来限定。电机的使用寿命同样取决于电机运行期间达到的构件温度，其中提高的温度会缩短电机的使用寿命。
这些电机尤其固定在稳定的固定壁板上，其例如是装配壳体的一部分，通风机安装在所述壳体中。在此，电子壳体通常插入固定壁板的安装孔中，并且电机借助定子衬套固定在固定壁板上。这种固定方式使电机或电子元件的有效冷却变得困难，因为固定壁板阻碍了在电机的轴向方向上的电机和电子壳体的绕流。此外尤其在径流式通风机中，电机通过空气的径向流出不理想地绕流或根本不绕流。在轴流式通风机中，在转子罩的区域中产生了所谓的死水区，它同样对电机的绕流产生不利影响。
发明内容
本发明的目的是，创造一种电机，其冷却效果得以改善，并且在环境温度相同的情况下提高它的功率和使用寿命。
在前述类型的电机中，此目的根据本发明通过以下方式得以实现，即电机具有空气引导元件以及与所述转子抗扭地相连的空气输送元件，其中所述空气引导元件包围定子衬套，并且在空气引导元件和定子衬套的外圆周之间形成流动空间，其中所述流动空间在电子壳体的一侧通过至少一个流动间隙沿固定壁板的方向开启，并且所述空气输送元件借助进气孔通过密封间隙通到空气引导元件的穿流孔中。
这种电机能够通过由空气输送元件产生的空气体积流来主动地且有目的地冷却电机的关键温度部件(尤其是电机电子元件和定子的球轴承)。空气体积流借助空气引导元件和流动空间的流动间隙有目的地引导到尤其待冷却的电机构件上，尤其引导到定子衬套和电子壳体的区域上，并且与借助常规的环境空气的对流的被动冷却相比，增强了冷却效果。因此，能够提高电机的功率，并且延长使用寿命。
在电机的优选实施方式中，所述空气输送元件构成为径流式风扇叶轮。径流式风扇叶轮轴向地抽吸空气体积流并且径向地将它吹出，因此空气体积流能够尤其有效地且与电机轴平行流动地产生。
根据电机的实施方式，电子壳体的冷却比定子衬套的冷却更重要，或者在特殊的应用或装配情况下环境空气在电子壳体的范围内的温度比转子区域中的温度更低。
在本发明的第一实施例中，空气引导元件能够固定在固定壁板上并且设置在固定壁板和空气输送元件之间，其中空气输送元件的进气孔朝固定壁板的方向定向。在此在电机运行时，空气输送元件在其进气孔以及相对而置的空气引导元件的穿流孔的范围内产生了低压。空气体积流通过空气引导元件以及通过设置在固定壁板中的通道孔，并且通过流动间隙流入流动空间中，并且沿着定子衬套的外圆周面一直引导至空气引导元件的穿流孔，并且由空气输送元件从固定壁板的方向轴向地在其进气孔上抽吸，并且径向地在转子的区域中吹出。在本发明的所述实施例中，待冷却的空气体积流首先在电子壳体的区域中进行抽吸，因此尤其强烈地冷却所述电子壳体，并且普遍地改善了冷却效果。
备选地，如果定子衬套的冷却比电子壳体的冷却更重要，或者在特殊的应用或装配情况下，环境空气在转子的范围内的环境温度比电子壳体区域中的温度更低。
在电机第二实施例中，空气引导元件能够固定在固定壁板上并且空气输送元件设置在空气引导元件内，其中所述空气输送元件的进气孔背向固定壁板定向。在此在电机运行时，空气输送元件在其进气孔的范围内产生了低压，并且轴向地通过空气引导元件的穿流孔从与固定壁板相对而置的方向在转子的区域中抽吸待冷却的空气，并且径向地将它吹入流动空间中。通过空气引导元件，空气体积流通过流动空间并且沿着定子衬套的外圆周面通过流动间隙并且通过固定壁板的通道孔引导至电子壳体的外圆周。在本发明的备选实施例中，冷却的空气体积流在转子侧上进行抽吸，并因此首先尤其强烈地冷却定子衬套并且普遍地改善冷却效果。
在本发明的另一实施例中，电机包含设置在电子壳体的外圆周上的空气引导通道，它能够固定在固定壁板上，其中所述空气引导通道由在固定壁板中的设置在流动空间范围内的通道孔朝电子壳体的外圆周上的待冷却区域延伸。
即使是安装在具有安装孔的固定壁板上，电机的这种构造也能够实现电子壳体的主动冷却，而不必大幅度地修改现有的电机种类，因为不必修改电子壳体或定子衬套。根据安装情况，仅需在固定壁板中设置额外的连接孔以便连接空气引导通道和空气引导元件，或者扩大或调整现有的孔口，因此空气引导通道和空气引导元件能够充分地相互连接。
在本发明的另一实施例中，空气引导通道在其贴靠在电子壳体的外圆周上的端部上具有环状围绕的突缘，其在形状方面尤其与电子壳体(尤其是壳体散热片)的外圆周走向相匹配。
所述突缘扩大了电子壳体的表面，所述表面由空气引导通道遮盖并因此由空气体积流冷却。
在本发明的另一实施例中，空气输送元件在空气引导元件的一侧在进气孔的边缘上具有漏斗状的环形轮缘，并且空气引导元件在空气输送元件的一侧在穿流孔的边缘上具有环绕的环形凹口，其中所述环形轮缘伸进环形凹口中并且环形轮缘和环形凹口构成密封间隙。这能够在空气输送元件的进气孔和空气引导元件的穿流孔之间实现更好的流动力学方面的密封。
附图说明
本发明的其它细节、特征和有利的改进方案从以下描述的且在附图中示出的实施例以及从从属权利中得出。其中：
图1示出了根据本发明的具有承载结构的电机的第一实施方式的三维拆分视图；
图2示出了根据本发明的具有承载结构的电机的第一实施方式的侧视图，其在空气引导元件和空气引导通道范围内具有局部横截面；
图3示出了根据本发明的具有承载结构的电机的第二实施方式的侧视图，其在空气引导元件和空气引导通道范围内具有局部横截面。
相同的部件在所有附图中都用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1、图2和图3分别示出了根据本发明的电机、尤其是外转子式电机。所述电机包含电子壳体1、包括定子衬套3和带电机线圈的定子叠片铁芯4的定子、以及转子5(尤其是外转子)。定子衬套3和电子壳体1尤其由金属构成。此外，在所述电子壳体1中存在用来驱动和控制电机的电机电子设备，尤其是具有电气功率构件(如末级)的整流电子设备。电子壳体1在其外壁上具有壳体散热片7，用来冷却电子壳体1内部的未示出的电子构件。定子衬套3在其外壁上具有径向延伸的定子散热片8，它们将由定子产生的热量，尤其将由安装在定子中的未示出的球轴承和电机线圈产生的热量排放出去。
安装电机以尤其借助定子衬套3固定在带有安装孔30的承载结构10或固定壁板11上。在本发明的实施方式中固定壁板11能够是承载结构10的一部分，所述承载结构构成为电机的组成部分，因此承载结构10构成固定壁板11。备选地，所述固定壁板11可从安装情况中得出，例如作为装配壳体的壁板，电机安装在所述装配壳体中。所述电机这样安装在安装孔30中，即电子壳体1位于固定壁板11的一侧上，而电机的定子和转子5位于固定壁板11的另一侧上。
根据本发明，所述电机具有空气引导元件22a、22b以及空气输送元件14，这两个都构成为环状的并且包围着定子。空气引导元件22a、22b在此在转子5的一侧具有穿流孔26。在图1和图2的实施方式中，穿流孔26的直径尤其这样设定尺寸，即电子壳体1和定子衬套3都能通过穿流孔26插过。通过这一点，空气引导元件22a能够与电机无关地安装在固定壁板11上。空气引导元件22a、22b在定子衬套3的范围内尤其罩状地(schalenartig)包围定子，并且在空气引导元件22a、22b和定子衬套3的外圆周之间形成环绕的流动空间35。空气引导元件22a、22b以及空气输送元件14尤其由塑料构成。在电机运行期间，通过电机来驱动空气输送元件14。空气输送元件14尤其构成为径流式风扇叶轮，并且可旋转地支承在定子上，并且与转子5抗扭地相连。在此，空气输送元件14的环形孔17在转子侧由转子5遮盖。空气输送元件14具有在轴向方向上敞开的环绕的进气孔16，其在空气输送元件14的内部流体力学地与在径向方向上敞开的环绕的排风孔18相连。空气输送元件14的进气孔16与空气引导元件22a、22b的穿流孔26相对而置，其中空气输送元件14借助轴向的进气孔16通过密封间隙通到空气引导元件22a、22b的轴向穿流孔26中。在此尤其有利的是，空气输送元件14在空气引导元件22a、22b的一侧在进气孔16的圆周壁的边缘上具有漏斗状的环形轮缘29，并且空气引导元件22a在空气输送元件14的一侧在穿流孔26的边缘上具有环绕的环形凹口33，其中环形轮缘29伸进环形凹口33中，并且环形轮缘29和环形凹口33构成密封间隙。这能够在流体力学方面优化从空气引导元件至空气输送元件的转化。空气输送元件14这样构成，即它在电机驱动时在其进气孔16处产生低压，并且将空气体积流径向地在其排风孔18处吹出。
径向地在空气引导元件22a、22b和定子衬套3的外圆周边缘之间在电子壳体1的一侧形成环绕的流动间隙27，因此流动空间35在电子壳体1的一侧沿固定壁板11的方向敞开，其中流动间隙27在安装状态下通过固定壁板11至少局部轴向遮盖。在流动间隙27的范围内，固定壁板11具有至少一个轴向延伸的通道孔28。至少一个空气引导通道20在固定壁板11的与空气引导元件22a、22b相对而置的侧面上设置在电子壳体1的外圆周上，并且从固定壁板11的通道孔28朝电子壳体1的至少一个待冷却的区域的方向在电子壳体1的外圆周延伸。空气引导通道20尤其能够固定在固定壁板11上，并且尤其由塑料构成。空气引导通道20在其贴靠在电子壳体1的外圆周上的端部上具有环状环绕的突缘21，其在形状方面尤其与电子壳体1(尤其是壳体散热片7)的外圆周走向相匹配。因此，所述突缘21与冷却通道20的端部一起在圆周方面遮盖壳体散热片7的区域，并且构成多个在壳体散热片7之间延伸的冷却通道。在电机的这个实施方式中，有目的地冷却电子壳体1的选出的、由空气引导通道20的端部遮盖的区域。这一点尤其指这样的区域，即在所述区域中在电子壳体1的内部设置尤其待冷却的电气构件。但还可考虑的是，多个通道孔28在固定壁板11中在流动间隙27的区域中分散地设置在电机的圆周上，因此多个空气引导通道20冷却电子壳体1的多个区域。
在图1和图2所示的第一实施方式中，空气引导元件22a能够固定在固定壁板11上并且设置在固定壁板11和空气输送元件14之间，其中空气输送元件14的进气孔16朝固定壁板11的方向定向。在电机运行时，空气输送元件14在其进气孔16以及相对而置的空气引导元件22a的穿流孔26的范围内产生了低压。空气体积流通过流动空间35和空气引导通道20进行抽吸。在此，所述空气体积流首先沿着电子壳体1的壳体散热片7流动，其中它接收了电子壳体1或壳体散热片7的表面的热量。因此冷却了电子壳体1，其通过设置在电子壳体1中的冷却体冷却确定的、待冷却的电子构件。空气引导通道20的突缘21额外地通过壳体散热片7扩大了抽吸路径，并因此增强了冷却效果。随后，空气体积流通过空气引导通道20以及通过固定壁板11的通道孔28，并且通过流动间隙27流入流动空间35中，并且沿着定子衬套3的外圆周面一直流至空气引导元件22a的穿流孔26，并且从该处由空气输送元件14轴向地在其进气孔16处抽吸，并且径向地在转子5的区域中从排风孔18中吹出。通过所述环绕的流动空间35以及空气输送元件14的环绕的进气孔16，空气体积流为了冷却定子衬套3分布在定子衬套3的圆周上，并且尤其沿着定子衬套3的定子散热片8传导，它在该处接收定子或定子散热片8的表面的热量。
在本发明的第一实施方式中，冷却的空气体积流首先在电子壳体1的区域中或者通过空气引导通道20在电子壳体1的外圆周上进行抽吸。因此，空气体积流首先与电子壳体1接触，因此尤其强烈地冷却了所述电子壳体1。如果电子壳体1的侧面上的环境空气具有比转子5范围内的空气更低的温度，则这一点是尤其有利的。
在图3所示的第二实施方式中，空气引导元件22b能够固定在固定壁板11上并且空气输送元件14设置在空气引导元件22b内，其中空气输送元件14的进气孔16背向固定壁板11定向。空气引导元件22b还包围着空气输送元件14。与第一实施方式相比，空气输送元件14扭转180°。因此改变了空气体积流的流动方向。在电机运行时，空气输送元件14在其进气孔16以及相邻的空气引导元件22b的穿流孔26的范围内产生了低压，并且在转子5的范围内轴向地抽吸空气，并且通过排风孔18径向地将空气排到流动空间35中。因此在流动空间35中产生了超压，因而空气体积流沿着定子衬套3的外圆周面且尤其沿着定子散热片8通过流动间隙27、通道孔28和空气引导通道20流动，其中接收了定子或定子散热片8的表面的热量并且冷却了定子的构件。空气体积流在空气引导通道20的端部在电子壳体1的外圆周上排出，并且在壳体散热片7之间吹，因此额外地冷却了电子壳体1。
在本发明的第二实施方式中，冷却的空气体积流首先在转子5的区域中进行抽吸。因此，空气体积流首选与定子接触，因此尤其强烈地冷却了所述定子。如果转子5的侧面上的环境空气具有比电子壳体1范围内的空气更低的温度，则这一点是尤其有利的。
本发明并不局限于所示和所述的实施例，而是还包含所有在本发明意义中起相同作用的实施方式。此外，本发明迄今为此还未局限于在各独立权利要求中定义的特征组合，而是也可通过所有公开的单个特征的特定特征的各种任意的其它组合来定义。这意味着，实际上原则上能够略去各独立权利要求的每个单个特征，或者通过至少一个在本申请的其它位置中公开的单个特征来代替。就此而言，这些权利要求仅仅是各发明的第一表达形式。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电机，其包含电子壳体(1)、带定子衬套(3)的定子、转子(5)以及与转子(5)抗扭地相连的环状空气输送元件(14)，其中所述电机借助定子衬套(3)固定在具有安装孔(30)的固定壁板(11)上，以使所述电子壳体(1)存在于所述固定壁板(11)的一侧并且所述定子和转子(5)存在于所述固定壁板(11)的另一侧，其中，所述电子壳体(1)在外壁上具有壳体散热片(7)，
其特征在于，具有环状的空气引导元件(22)，其中，所述空气引导元件(22a、22b)包围定子衬套(3)，并且在所述空气引导元件(22a、22b)和定子衬套(3)的外圆周之间形成环绕的流动空间(35)，其中所述流动空间(35)在电子壳体(1)的一侧通过至少一个流动间隙(27)沿固定壁板(11)的方向开启，并且所述空气输送元件(14)借助在轴向上开放的、环绕的进气孔(16)通过密封间隙通到空气引导元件(22)的转子侧的环绕的穿流孔(26)中。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述空气输送元件(14)构成为径流式风扇叶轮。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述空气引导元件(22a)能够固定在固定壁板(11)上并且设置在固定壁板(11)和空气输送元件(14)之间，其中所述空气输送元件(14)的进气孔(16)朝固定壁板(11)的方向定向。
4.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述空气引导元件(22b)能够固定在固定壁板(11)上，并且所述空气输送元件(14)设置在空气引导元件(22b)内，其中所述空气输送元件(14)的进气孔(16)背向固定壁板(11)定向。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于至少一个设置在电子壳体(1)的外圆周上的空气引导通道(20)，其能够固定在固定壁板(11)上，其中所述空气引导通道(20)由固定壁板(11)中的至少一个设置在流动间隙(27)的范围内的通道孔(28)朝电子壳体(1)的外圆周上的待冷却区域延伸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机，其特征在于构成固定壁板(11)的承载结构(10)，其包含用来容纳电子壳体(1)的安装孔(30)，其中所述定子衬套(3)和空气引导元件(22a、22b)固定在承载结构(10)上，其中优选所述通道孔(28)径向地设置在定子衬套(3)和承载结构(10)上的空气引导元件(22a、22b)之间。
7.根据权利要求5或6所述的电机，其特征在于，所述空气引导通道(20)在其贴靠在电子壳体(1)的外圆周上的端部上具有环状围绕的突缘(21)，其在形状上与电子壳体(1)的外圆周走向相匹配。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电机，其特征在于，所述壳体散热片(7)在圆周上通过空气引导通道(20)遮盖。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电机，其特征在于，所述定子衬套(3)在其外壁上具有定子散热片(8)，其在圆周上通过空气引导元件(22a、22b)遮盖。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电机，其特征在于，所述空气输送元件(14)在空气引导元件(22)的一侧在进气孔(16)的边缘上具有漏斗状的环形轮缘(29)，并且所述空气引导元件(22a)在空气输送元件(14)的一侧在穿流孔(26)的边缘上具有环绕的环形凹口(33)，其中所述环形轮缘(29)伸进环形凹口(33)中并且环形轮缘(29)和环形凹口(33)构成密封间隙。

Claims (10)

1.一种电机，其包含电子壳体(1)、带定子衬套(3)的定子以及转子(5)，其中所述电机借助定子衬套(3)能够固定在固定壁板(11)上，其特征在于，具有空气引导元件(22)以及与转子(5)抗扭地相连的空气输送元件(14)，其中所述空气引导元件(22a、22b)包围定子衬套(3)，并且在所述空气引导元件(22a、22b)和定子衬套(3)的外圆周之间形成流动空间(35)，其中所述流动空间(35)在电子壳体(1)的一侧通过至少一个流动间隙(27)沿固定壁板(11)的方向开启，并且所述空气输送元件(14)借助进气孔(16)通过密封间隙通到空气引导元件(22)的转子侧的穿流孔(26)中。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述空气输送元件(14)构成为径流式风扇叶轮。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述空气引导元件(22a)能够固定在固定壁板(11)上并且设置在固定壁板(11)和空气输送元件(14)之间，其中所述空气输送元件(14)的进气孔(16)朝固定壁板(11)的方向定向。
4.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述空气引导元件(22b)能够固定在固定壁板(11)上，并且所述空气输送元件(14)设置在空气引导元件(22b)内，其中所述空气输送元件(14)的进气孔(16)背向固定壁板(11)定向。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于至少一个设置在电子壳体(1)的外圆周上的空气引导通道(20)，其能够固定在固定壁板(11)上，其中所述空气引导通道(20)由固定壁板(11)中的至少一个设置在流动间隙(27)的范围内的通道孔(28)朝电子壳体(1)的外圆周上的待冷却区域延伸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机，其特征在于构成固定壁板(11)的承载结构(10)，其包含用来容纳电子壳体(1)的安装孔(30)，其中所述定子衬套(3)和空气引导元件(22a、22b)固定在承载结构(10)上，其中所述通道孔(28)径向地设置在定子衬套(3)和承载结构(10)上的空气引导元件(22a、22b)之间。
7.根据权利要求5或6所述的电机，其特征在于，所述空气引导通道(20)在其贴靠在电子壳体(1)的外圆周上的端部上具有环状围绕的突缘(21)，其在形状上与电子壳体(1)的外圆周走向相匹配。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电机，其特征在于，所述电子壳体(1)在外壁上具有壳体散热片(7)，其在圆周上通过空气引导通道(20)遮盖。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电机，其特征在于，所述定子衬套(3)在其外壁上具有定子散热片(8)，其在圆周上通过空气引导元件(22a、22b)遮盖。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电机，其特征在于，所述空气输送元件(14)在空气引导元件(22)的一侧在进气孔(16)的边缘上具有漏斗状的环形轮缘(29)，并且所述空气引导元件(22a)在空气输送元件(14)的一侧在穿流孔(26)的边缘上具有环绕的环形凹口(33)，其中所述环形轮缘(29)伸进环形凹口(33)中并且环形轮缘(29)和环形凹口(33)构成密封间隙。
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