CN104937813B - 旋转电机 - Google Patents
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Abstract
总体上，本发明涉及一种具有至少一个组合叠片(3，5)和至少一个通风装置(4，4′)的旋转电机(1)，通风装置用于穿过在旋转电机(1)的转子中轴向延伸的冷却路径(15)沿着径向地穿过转子的组合叠片(3)和定子的组合叠片(5)延伸的冷却路径(15，15′)引导气流(11，11′)。在此，冷却路径(15，15′)由位于定子和转子之间的气隙(13)中断。为了减少气流(11，11′)通过气隙(13)的减少，为气隙(13)在至少一个部位处装配有缩窄部(7)。因此，通过气隙(13)确保了在冷却路径(15，15′)之间针对性地传导气流(11，11′)。缩窄部7通过扩大转子的组合叠片(3)的钢片的外半径和/或通过减少定子的组合叠片(5)的钢片的内半径来产生。附加地，缩窄部能够利用环(17)或者柔性带来变窄。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转电机，具有至少一个组合叠片和至少一个通风装置，该通风装置用于穿过在旋转电机的转子中轴向延伸的冷却路径沿着径向地穿过转子和定子延伸的冷却路径引导气流，其中，该冷却路径由位于定子和转子之间的气隙中断。
背景技术
电动机或用于产生电流的发电机具有穿流有电流的线圈。这些线圈在转子和/或定子中延伸。如果线圈在转子和定子中延伸，则定子和/或转子主要由组合叠片构成。组合叠片由相互堆叠的、多数通过冲压工艺制成的钢片来组成。这些钢片通过固定机构、例如螺栓连接来牢固地保持在一起。穿流有电流的线圈在旋转电机运行期间变热，并且把其大部分的热量输出到组合叠片处。因此，存在冷却该组合叠片的必要性。为了冷却组合叠片，空气能够穿流过组合叠片中的冷却路径，以便吸收过剩的热量。通常，气流穿流过转子中的冷却路径地走向，该冷却路径汇入到定子中的冷却路径中。在穿过定子的冷却路径之后，大部分气流排放到周围环境处。这些冷却路径在转子中开始，并且引导气流穿过在转子外侧和定子内侧之间的气隙到随后的，通往外部的冷却路径中。如果在转子和/或定子的端侧处的间隙没有缩窄，则气流的不可忽略一部分在气流到达定子的冷却路径中之前通过在转子和定子之间的气隙逸出。
由瑞士的专利文本Nr.46公知，能够借助环来缩窄在旋转电机的转子和定子之间的间隙，以便抑制冷却气体侧向地穿过轴向延伸的气隙流出。
发明内容
本发明基于以下目的，改进旋转电机的冷却。
该任务在开头所述类型的旋转电机中由此来实现，即，旋转电机具有气隙的至少一个缩紧部，该缩紧部通过扩大转子组合叠片的钢片的外半径和/或减小定子组合叠片的钢片的内半径来形成。
通过冷却路径穿过转子并且经由气隙穿过定子地走向的气流由于以下损耗而减少，该损耗在冷却路径从转子过渡到定子时出现。在此，一小部分空气通过气隙逸出，并且在轴向方向上在转子和定子之间从气隙中排出。气隙的根据本发明的、例如靠近气隙外侧的缩紧部，起到减少气流在外侧处排出的作用，并且因此有利于改进定子的冷却。气流的穿过气隙逸出的部分以减小的程度依然还有助于定子的冷却。各个构件充分冷却对于机器的无故障运行和高效率而言是有必要的。为了继续改进冷却，有利地在前侧处和背侧处分别安装通风装置。如此或者，如果两个通风装置产生了平行的且指向相同的气流，能够实现通过转子另一侧上的其他通风装置来辅助气流。根据构造方式，两股平行的，在相反方向上走向的气流也能够是有利的。在不同方向上走向的气流可能导致，更多地穿流了径向延伸的冷却路径，这些冷却路径位于转子和定子的中间区域中。气流中的一股气流的可变流速能够针对该区域来设定。因为与一个或多个组合叠片本身的常规尺寸相比，在旋转电机中、特别是在电动机或发电机中的转子和定子之间的径向间距(等于气隙的高度)极其小，所以半径的为了缩紧而改变的改变百分比在很小的个位数范围内。钢片半径的这种微小变化仅仅导致磁场的很小改变。通过改变若干钢片的半径来缩窄气隙的重要优点在于，简化了组合叠片的制造，因为相比于目前的现有技术，不必在组合叠片处固定额外的元件。此外，这种组合叠片与具有附加元件的、例如环的元件的组合叠片相比具有提高了的稳定性。
在旋转电机的有利的设计方案中，分别在转子的或定子的外侧附近设置有气隙的缩紧部。在一个或多个组合叠片的外侧附近的缩紧部主要以适当的方式起到充分地减少气流通过气隙不利地排出的作用。因为气流在这两个缩紧部之间的区域内能够自由移动，所以阻止了在定子或转子的个别区域内的蓄热。此外，空气通过气流的内部区域几乎不受阻碍地扩散。这导致了在轴向方向上均匀地冷却转子以及定子。因此，部分地补偿了气流在各个冷却路径上分布的可能存在的不均匀性。使缩紧部位于转子和定子之间的气隙外侧处仅仅引起制造工艺的微小变化，因为仅仅必须修改很小数量的钢片。如果制造工艺难以修改，则能够单独制造具有与不修改的组合叠片的钢片半径不同的半径的钢片，并且随后集成到组合叠片中。
在其他的有利设计方式中，缩紧部如下地分布，即，使气隙相应地在径向朝向转子轴线延伸的区域内变窄，在这些区域之间，冷却路径与气隙交叉。在这种方式中，不仅在边缘区域中，而且还在两者之间，通过改变组合叠片的相应钢片的相应半径制造气隙的缩紧部。缩紧部例如如下地布置，即，使得两个缩紧部的单个的冷却路径分别与其他的气隙部分地分开。这些有利地紧邻冷却路径的缩紧部导致了更好地将气流从转子传向定子。因为这种构造方式具有多个缩紧部，并且缩紧部中的每一个都代表了对气流穿过气隙的阻碍，所以在此还继续优化了气流从转子到定子的传输效率。针对性地将气流地从转子传导到定子引起了定子的更好的散热，特别是在径向方向上与通过在穿过气隙的冷却路径的各个过渡部之间不具有缩紧部的气隙来传导相比。
在另一种有利的设计方案中，气隙的缩窄部分地由转子和/或定子的组合叠片的钢片半径的按区域存在的变化并且在通过在该区域中固定至少一个环或者柔性带来形成，其中，环或柔性带固定在定子处和/或转子处。如果旋转电机在使用时经受有外力的作用或者力冲撞，那么存在以下可能性，即，转子可能相对于定子暂时改变其旋转轴线。这种变化特别地可能在气隙的缩紧部区域内导致定子和转子在运行时的碰触，并且因而导致材料磨损。在金属表面的情况下，金属表面在这种情况下相互摩擦，旋转电机内的金属颗粒构成对旋转电机的巨大潜在威胁。由于旋转电机内的金属颗粒可能导致转子的卡锁或短路。为了使这种潜在威胁最小化，在缩窄的气隙区域内的至少一个薄环应当抑制了金属颗粒的磨损。在此，环最好由有机材料制成，例如塑料。替代地，也能够实现由利用柔性带的缠绕代替实心的环。该带也能够具有织物结构。此外，通过附加环还能够补偿转子和/或定子的外表面的不平整性。在气隙的这种制作的内表面实际接触时，塑料之间的摩擦系数通常证实小于金属表面之间的摩擦系数。该较小的摩擦系数使得在转子的旋转轴线短暂地改变时，减小了转子卡锁的倾向。附加地，环或柔性带能够用于补偿组合叠片的表面质量的或半径的可能出现的不准确性，特别是在缩紧部的区域内。
附图说明
下面借助附图中所示的实施例详尽地阐述和说明本发明。
其示出：
图1是具有侧方缩窄的气隙的旋转电机的剖面，
图2是具有多个气隙缩紧部的旋转电机的剖面，
图3是气隙的缩紧部的另一个实施例，以及
图4是具有两个通风装置的旋转电机的剖面。
具体实施方式
图1示出了旋转电机1的剖面，该旋转电机具有气隙13的在侧方布置的缩窄部7。该附图示出了由组合叠片3构成的转子，该组合叠片具有轴向延伸的冷却路径15和五个径向延伸的冷却路径15。附加地，在一侧上有与旋转轴线相连的通风装置4。其上按部段地布置有定子的组合叠片5，该组合叠片同样也配有冷却路径15′。转子的冷却路径15和定子的冷却路径15′彼此叠放地布置，并且与气隙13交叉，气隙布置在转子的组合叠片3和定子的组合叠片5之间。冷却路径15，15′在此在正交的方向上与气隙13交叉。然而也能够设想，在气隙13和冷却路径15，15′之间存在锐角和/或钝角。气流11通过通风装置4在旋转轴线附近产生。在本图中，气流11用箭头表示。气流11通过通风装置4产生，并且穿过冷却路径15的径向部分进入到转子的各个轴向延伸的冷却路径15中。转子的冷却路径15内的气流11随后横穿过在转子的组合叠片3和定子的组合叠片5之间的气隙13，并且汇入到定子的位于其上方的冷却路径15′中。因此，气流11穿过定子的冷却路径15向外，并且因此有助于转子的组合叠片3的冷却，并且特别是有助于定子的组合叠片5的冷却。可以看出在侧边布置有冷却空隙13的缩窄部7。缩窄部7通过增加位于转子的组合叠片3的边缘区域内的钢片的半径来形成。也可行的是，不改变转子的组合叠片3的钢片半径，并且为此减少定子的组合叠片5的相应钢片的内半径，使得在这种情况下此时也在气隙13的边缘区域内出现缩窄部7。相比现有技术，这种构造的优点在于转子的组合叠片3的高稳定性，因为不需要固定附加的用于制造缩窄部7的元件。通过缩窄部7使得气流11尽可能保留在气隙13中，并且因此气流能够以更高的效率从转子的冷却路径15被导入到定子的冷却路径15′中。在此，缩窄部7的流动阻力是决定性的特征。因为流动阻力在缩窄部7的区域内强烈地增大，所以即使是气隙13的小型缩窄部7已经起到很大的作用。这种缩窄部7导致了气流从转子的组合叠片3传导到定子的组合叠片5中的更高效率，并且因此有利于定子的组合叠片5的改进了的冷却。附加地还能够在转子处固定有其他通风装置4′，并且引起了到冷却路径15的轴向延伸的部分中的且继续到径向延伸的冷却路径15，15′中的另外的气流11′。
图2示出了具有气隙13的多个缩窄部7的旋转电机1的剖面。在这种实施方式中，在与气隙13交叉的两个冷却路径15，15′之间存在位于定子的组合叠片3处的缩窄部7。该缩窄部7通过以下钢片来产生，该钢片的半径相比于其他钢片变大。在这种实施方式中，气流也穿流过转子的冷却路径15并且汇入到定子的冷却路径15′中。在此，附加地，气流11定位到气隙的在相邻缩窄部7之间的受限区域上，并且以提高的规模进入到定子的冷却路径15′中。根据热量分布，在提高相应半径的方面以及在位置方面能够调整气隙13的位于内部的缩窄部7。在这种情况下也可行的是，通过减小定子的组合叠片5的个别钢片的内半径制造缩窄部7。这种构造方案的优点在于，相比在图1中所描述的实施例，进一步更好地将气流11从转子的冷却路径15传导到定子的冷却路径15′中。还可行的是，放弃冷却路径之间的个别缩窄部7，如果这样关于在组合叠片3，5的一个中所存在磁场是有优点的。附加地，在有利的设计方案中，在各个冷却路径15，15′之间的缩窄部7不能够选择得过窄，以便在可能的情况下不完全抑制气流11在气隙的内部区域中的散热效果。相反，气隙13的外部缩窄部7应以常规尺寸构造，以便防止气流11，11′在侧向逸出。
图3示出了组合叠片3，5之间的气隙13的缩窄部7的另一种可行性。在此，相应地彼此叠放地示出了转子的组合叠片3和定子的组合叠片5。组合叠片3，5的阴影应该表示组合叠片3，5的各个钢片的指向。在此，气隙13的缩窄部7一方面由组合叠片3，5的若干钢片的半径的按区域存在的增高来产生，并且另一方面由环17形成。该缩窄部7在一侧上以截面示出，从而考虑了两种可行性，即，缩窄部7位于组合叠片3，5的边缘中的一个处或者位于气隙13的中间区域内。环17在此能够或者由实心的固体(例如塑料或者铝)或者由柔性带构成。在柔性带的情况下，粘接连接是有利的。在实心环17的情况下，例如力配合的连接或者粘接连接是特别适合的。对于大部分的应用，利用柔性带的实施方案是优选的，因为在此能够以简单的方式使得缩窄部7的程度与可能出现的公差相匹配。此外这样还能够实现特别薄的环7。薄的柔性带的施加也能够设计为组合叠片3，5的涂层，并且能够也许延伸到比通过缩窄部7预设的范围更大的范围上。
图4示出了具有两个通风装置4，4′的旋转电机1的剖面。该图除了另一个通风装置4′和由此改变的气流11，11′以外都与图1一致。在该图中，气流11，11′在相反的方向上走向。两股气流11，11′在冷却路径15的轴向延伸的部分中的相互作用决定了在组合叠片3，5中居中的冷却路径15，15′中的更强的空气流动。这种增强的气流11，11′通过中间冷却路径15，15′中的更长的箭头表示。如果通风装置4，4′具有不同的尺寸，那么气流11，11′能够很好地转向到冷却路径15，15′中，这些冷却路径穿过必须强烈散热的区域。
总之，本发明涉及一种具有至少一个组合叠片3，5和至少一个通风装置4，4′的旋转电机1，通风装置用于引导气流11，11′穿过在旋转电机1的转子中轴向延伸的冷却路径15沿着径向穿过转子的组合叠片3和定子的组合叠片5延伸的冷却路径15，15′。在此，冷却路径15，15′由位于定子和转子之间的气隙13中断。为了减少气流11，11′通过气隙13的减少，气隙13在至少一个部位处装配有缩窄部7。因此，通过气隙13确保了在冷却路径15，15′之间针对性地传导气流11，11′。缩窄部7通过扩大转子的组合叠片3的钢片的外半径和/或通过减小定子的组合叠片5的钢片的内半径来产生。附加地，缩窄部能够利用环17或者柔性带来额外地变窄。
Claims (7)
1.一种旋转电机(1)，具有至少一个组合叠片和至少一个通风装置(4)，该通风装置用于穿过在旋转电机(1)的转子中轴向延伸的冷却路径(15)沿着径向地穿过所述转子和定子延伸的冷却路径(15，15′)引导气流(11，11′)，其中，该冷却路径(15，15′)由位于所述定子和所述转子之间的气隙(13)中断，其特征在于，所述旋转电机(1)具有至少在所述气隙(13)的两个轴向端部处的缩窄部(7)，该缩窄部通过扩大所述转子的组合叠片(3)的钢片的外半径和/或通过减少所述定子的组合叠片(5)的钢片的内半径来形成。
2.根据权利要求1所述的旋转电机(1)，其中，所述气隙(13)的所述缩窄部(7)分别设置在所述转子的或所述定子的外侧附近。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机(1)，其中，所述缩窄部(7)构造成，使得所述气隙(13)在径向朝向转子轴线延伸的区域内具有所述气隙(13)的所述缩窄部(7)，在该缩窄部(7)之间，所述冷却路径(15，15′)与所述气隙(13)交叉。
4.根据权利要求1或2所述的旋转电机(1)，其中，所述气隙(13)的所述缩窄部(7)部分地由所述转子的组合叠片(3)和/或所述定子的组合叠片(5)的钢片的半径的按区域存在的变化并且通过该区域内的至少一个环(17)或者柔性带来形成，其中，所述环(17)或所述带固定在所述定子和/或所述转子处。
5.根据权利要求3所述的旋转电机(1)，其中，所述气隙(13)的所述缩窄部(7)部分地由所述转子的组合叠片(3)和/或所述定子的组合叠片(5)的钢片的半径的按区域存在的变化并且通过该区域内的至少一个环(17)或者柔性带来形成，其中，所述环(17)或所述带固定在所述定子和/或所述转子处。
6.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，所述旋转电机构造成电动机或发电机。
7.根据权利要求5所述的旋转电机，其中，所述旋转电机构造成电动机或发电机。
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