CN106300721A - 旋转电机 - Google Patents

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迈克尔·麦克莱兰
伊万·德亚克
奥雷利安·卡里奇
亚历克西斯·迪托
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Abstract

本发明涉及一种包括定子的电机，该定子包括由磁性的层压件组(10)，该磁性的层压件组(10)由至少一个第一子组(50)以及与第一子组相邻的至少一个第二子组(60)组成，第一子组和第二子组的层压件具有变得叠置的部分，每个所述部分均包括形成在层压件内的至少一个封闭通道，层压件是相同的，但层压件绕电机的轴线彼此成角度地偏移360°/n的角度，其中，n是非零整数，层压件通过旋转360°/n而不具有对称性使得由此偏移的层压件的变得叠置的所述部分是不相同的并且在第一子组的通道与第二子组的通道之间的过渡部处的流动中形成所述扰动。

Description

旋转电机
技术领域
本发明涉及包括位于定子处的磁性的层压件组的旋转电机。
背景技术
按照惯例，层压件形成接纳电机的定子绕组缠绕的槽。
为了使得更易于对电机进行冷却，已知的实践是形成具有冷却通道或散热片的层压件。
此外，电机可以分类为两类：即带框架电机和无框架电机。
在第一类中，定子层压件组容置在框架中。在第二类中，由层压件组直接限定电机的外表面。
申请FR 2 927 736、专利US 5 331 238和US 7 633 194公开了带框架电机。定子层压件组可以包括设置有散热片的子组，这些子组沿着电机以交错的构型设置以形成湍流并且使冷却的效率增大。
无框架电机从公开文本WO 2007/002216、US 8 519 580、US 2005/0067905和WO2005/022718中可知。
这些电机通常采用具有正方形的总体形状的层压件。
在WO 2007/002216中，定子层压件组制造成带有散热片。在US 8 519 580中，定子层压件组制造成带有内部通道。
框架意味着相对较高的成本并且形成对外部的额外热阻挡件。然而，框架在某些电机中是必要的，以便封闭冷却流体通道。
虽然由在层压件组的外部上切割散热片而造成的尖锐边缘可能在定子被处理时导致损伤，无框架电机可以证明制造较便宜，。
发明内容
本发明试图克服已知电机的缺陷中的至少一些缺陷并且试图更进一步地改进电机，并且本发明借助于包括定子的电机实现该目的，该定子包括磁性的层压件组，该组由至少一个第一子组以及与第一子组相邻的至少一个第二子组组成，第一子组和第二子组的层压件具有变得叠置的部分，每个所述部分均包括形成在层压件内的至少一个封闭通道，这些通道在子组之间的过渡部处彼此连通，层压件的变得叠置的部分是不相同的以在通道内的在第一子组的通道与第二子组的通道之间的过渡部处的流动中形成扰动。
在本发明的优选示例性实施方式中，第一子组和第二子组的层压件具有变得叠置的部分，每个所述部分均包括形成在层压件内的至少一个封闭通道，层压件是相同的，但层压件绕电机的轴线彼此成角度地偏移了360°/n的角度，其中，n是非零整数，层压件通过旋转360°/n而具有不对称性使得由此偏移的层压件的变得叠置的部分是不相同的并且在第一子组和第二子组的通道之间的过渡部处的流动中形成所述扰动。
本发明使得可以形成这样一种无框架电机：该无框架电机不具有已知的无框架电机的缺陷并且具有更好的冷却可能性。
具体地，与仅引起非常小量的湍流的直通道相比，在通道内的在子组之间的过渡部处的流动的扰动使得可以增大由层压件组与冷却流体之间的热交换。
因此，与无框架电机——该无框架电机的通道由于使用叠置的以形成通道的相同层压件而是直的——相比，冷却得到改善。
另外，由于通道是封闭的，本发明使得在没有消除的情况下可以减小壳体的外表面上的尖锐边缘的存在，从而提高了不具有框架的情况下的安全性；然而，本发明不局限于无框架电机，并且壳体可以围绕层压件组设置；该壳体可以与如用在现有技术的电机中的铸造框架不同并且可以简单地是围绕层压件组缠绕的金属片。该壳体可以用于通过任何颜色和/或通过支承任何所需的装饰效果，例如商标(logo)来定制电机。
电机可以是具有IP 55额定功率的密封式电机或者具有IP 23额定功率的敞开式电机。
不像现有技术中那样，本发明允许改善的冷却并且还使得可以在需要的情况下使用具有不太适于安装在框架内部的形状的通道；本发明使得可以避免形成复杂的铸件的需要。
至少一个通道的在其长度的至少一部分上的横截面具有位于组内的封闭轮廓；优选地，上述情况也适用于所有通道、或者适用于所有通道中的至少大多数通道。不像现有技术中那样，当通道在其长度的至少一部分上是封闭的时，不再需要设置诸如框架之类的额外部件来迫使冷却流体在通道内循环。
“封闭通道”将被理解为下述意义：通道在其长度的至少一部分上没有径向地通向外部。这种封闭可以借助于在层压件的切割期间所制造的壁来实现。该壁可以限定定子定子层压件组的外表面的至少一部分。
优选地，层压件的外轮廓是非圆形的，并且每个层压件均具有成角度延伸部，优选地具有数目为n的成角度延伸部，所述通道穿过成角度延伸部。
层压件可以相对于两个互相垂直平面中的每个平面不具有对称性，所述两个互相垂直平面包括电机的轴线，同时具有相对于电机的轴线对称的延伸部。
至少两个通道可以通过隔开部在每个成角度延伸部内分开，每个成角度延伸部优选地为径向定向或者平行于中平面，尤其是径向中平面。
层压件可以具有通常为多边形，尤其是正方形的轮廓。n优选地等于4，但其他值也是可能的。
电机可以包括至少四个子组的替代形式，其中从一个子组旋转至另一个子组，尤其是旋转了90°。
层压件可以包括至少一个外部识别槽以使得可以检查每个子组在组内的定向。
层压件可以以下述方式制造：在两个子组之间的过渡部处，将
隔开部之间的形成该不连续部的偏移量可以具有更大或更小的量级并且优选地设置为至少1mm。在替代形式中，子组的隔开部中的至少一个隔开部定位在相邻子组的两个隔开部之间，使得穿过一个子组的通道通入所述相邻子组的两个通道中。
对流动的扰动可以通过将通道分开的隔开部的布置来获得，如上文提到的；作为替代性形式或附加，这些扰动通过将界定通道的层压件的环状部的边缘的径向位置改变成径向地朝向内部来获得。
在又一替代性形式中，这些扰动通过改变外部地封闭通道的壁的位置来形成；这种位置的改变会使得可以形成使位于通道内和在层压件组的外部上两者的沿着该两者的流动扰乱的不连续部。
每个延伸部均可以包括中央部以及位于该中央部每侧上的间隔开的隔开部，其中，该隔开部在隔开部的基部处连接至层压件的环状中央部并且在隔开部的周缘处连接至封闭通道的外壁。通道可以沿层压件的侧部的延续部延伸。
每个子组均包括例如在35个至140个之间的层压件。优选地，在组内，层压件全部是相同的并且允许子组之间的旋转。每个层压件均可以是一体式的或者由组装的扇形件组成。
层压件组可以包括孔，孔经由通道侧向地通向外部，贯穿螺栓接合在这些孔中并且贯穿螺栓经由所述通道焊接至层压件，孔优选地位于所述延伸部中并且更好地位于所述延伸部的中央部中。
电机可以没有壳体。作为替代形式，电机具有至少部分地覆盖层压件组的壳体，尤其是金属片壳体。
该壳体可以用作修饰件并且将冷却流体引导在层压件组的外部上，从而还进一步地提高冷却效率。
电机可以或可以不以悬臂的方式安装在待被驱动或驱动电机的构件上，尤其是以悬臂的方式安装在空气压缩机上，如尤其在专利US 7 573 165中所披露的。
电机可以包括前法兰和后法兰，其中，该前法兰与待被驱动或驱动电机的所述构件相邻并且设置有支撑脚部，该后法兰不具有支撑脚部。
作为替代形式，电机包括均设置有支撑脚部的前法兰和后法兰。
电机的冷却可以利用由电机的轴驱动的风扇或者利用附接至层压件组或附接至电机的法兰的独立马达驱动风扇来执行。
附图说明
本发明将通过阅读跟随本发明的一些非限制的示例性实施方式的详细描述并通过研究附图而被更好地理解，在附图中：
-图1是根据本发明的层压件组的示意性立体图，
-图2是图1的层压件组的正视图，
-图3是所述组的侧视图，
-图4是在图2的IV-IV上截取的层压件组的延伸部的截面图，
-图5单独地(in isolation)描绘了一个层压件，
-图6描绘了图2的细节，
-图7是实施方式的替代性形式的与图6类似的视图，
-图8是图7的示例中的层压件的布置的示意性立体图，
-图9是实施方式的另一替代性形式的与图6类似的视图，
-图10至图13描绘了根据本发明的电机的示例，以及
-图14和图15描绘了处于组装过程中的电机的另一替代性形式。
具体实施方式
图1至图4描绘了根据本发明的旋转电机的定子层压件组10的一个示例。该旋转电机可以是同步或异步永磁体或者交流发电机或电动机。图10至图12中描绘了完整电机1的示例。
组10包括多个叠置的磁性的层压件20，所述多个叠置的磁性的层压件20中的一个磁性的层压件在图5中的正视图中被单独地描绘。
每个层压件20均由例如磁性钢制成，该磁性钢在其相反面上由电绝缘漆以本身已知的方式覆盖。
在经考虑的示例中，电机具有内转子，并且每个层压件20均包括用于转子穿过(passage)的中央开口21，通向该中央开口21中的开口槽22切割到层压件中并且意在接纳定子绕组的导电体。
层压件20具有位于槽后面的连续环状部23、以及位于四个角中的延伸部25，外部轮廓呈在延伸部25处具有切角的大致正方形形状。
如可以从图5明显地看出，延伸部25各自具有中央部30、外壁33和隔开部36a、36b，其中，在通路(passage)32处径向通向外部的孔31穿过该中央部30，外壁33限定在中央部30的两侧上的延伸部25的外部轮廓，隔开部36a、36b将每个外壁33连接至环状部23。定子层压件组通过将四个钢贯穿螺栓11插入到孔31中来组装而成，所述四个钢贯穿螺栓11随后沿着整个通路32全部被焊接。
隔开部36a位于两个径向(diametrically)相反的延伸部25的水平高度处，并且隔开部36b位于其他两个延伸部25的水平高度处。隔开部36a和36b关于平面P1和P2相对于彼此是不对称的，平面P1和P2包括轴线X并且平面P1和P2垂直于彼此以及垂直于层压件组的侧部。
由于隔开部36a和36b是不对称的，因此当两个层压件20在所述两个层压件20之间以90度的偏移量被叠置时，隔开部36a和36b之间存在偏移。层压件20在该偏移量被增大至180°时彼此完全地叠置。
每个外壁33均具有第一部分33a和第二部分33b，其中，第一部分33a在延伸部25之间沿层压件的对应侧部的延续部延伸，第二部分33b与第一部分33a形成肘状部，并且第二部分33b限定层压件的角的切割边缘。
在每个层压件20的两个相反侧部上制造有识别槽38，以提供与所述每个层压件20在组内的定向有关的信息。这些槽38关于平面P2是彼此对称的。
层压件20优选地通过从带材以层压件20的限定形状切下而统一地(monolithically)制造，但作为替代形式，在非常大的电机的情况下，组10通过将一系列扇形件卷起或者通过组装扇形件(每个扇形件均构成完整层压件的1/4或1/8)而形成。就这种类型的电机而言，使用分段层压件是有利的。
贯穿螺栓11可以潜在地用于将组10与电机的前法兰和后法兰组装在一起。
层压件20还可以通过以本身已知的方式钉装而彼此组装在一起。
根据本发明，组10由沿着定子的轴线X一个紧接着另一个的子组50、60、70和80形成。
这些子组50至80均由多个叠置的相同层压件20形成。子组50至80在层压件20从一个子组至另一子组的定向方面彼此不同；在每个子组内，层压件的定向是相同的。
更具体地，在经考虑的示例中，层压件20设置成从一个子组绕轴线X旋转90°至另一个子组。因此，如图6中可见，在两个连续(consecutive)的子组之间，隔开部36a变得与隔开部36b部分地叠置。
隔开部36a和36b界定在每个子组通道90内，有助于定子的冷却的流体，例如空气，可以循环通过所述每个子组通道90。
隔开部36a和36b之间的在子组之间的分界面处的偏移形成通道90的内表面的不连续部，这种不连续部趋于扰动冷却流体在通道90内的流动，从而使这种流动更加混乱。这导致了在流体与层压件组之间的改善了的热交换并且导致了电机的更好冷却。
在图1至图6的示例中，外壁33相对于平面P1和P2是对称的，使得子组的继接(succession)不会在定子的外表面上形成任何不连续部。
在图7的替代性形式中，隔开部36a和36b之间的偏移更加显著，这意味着隔开部36a和36b不会在组内变得叠置而是在沿着轴线X投影中形成中间通道95。如在图1至图6的示例中，隔开部36a和36b之间的偏移引起在冷却流体穿过延伸部的通路中的湍流。
图7的示例还示出了外壁33从一个子组偏移至另一个子组的选项；延伸部25随后在不仅在隔开部36a和36b方面不对称而且在外壁33方面不对称的情况下形成。
图8和图9中的替代性形式也与外壁33的这种偏移对应，并且通过定子层压件组的外表面上的这种偏移所引起的对应的不连续部96可以在图9中看出。
在图8和图9的示例中，隔开部36a和36b之间的偏移不像图7中的示例中那样明显，这意味着隔开部36a和36b偏移但仍与彼此略微地叠置。
图8示出了：还可以从一个子组至另一子组地形成环状部的位于延伸部处的径向外边缘97的径向偏移，以便在此也形成不连续部。
因此，在这种情况下，可以发现：通道——用于通道的四个侧部界定通道——各自在两个相接子组之间的过渡部处呈现不连续部。
图1示出了：不像现有技术的某些定子那样，得益于形成在隔开部36a和36b之间的通道的封闭性质，层压件组不具有可能需要在处理定子时所采取的特殊预防的突出的冷却散热片。
然而，即使某些通道仍通向外部，也不会脱离本发明的范围。
图10至图12中描绘的电机1包括根据本发明的层压件组10，该组10通过利用贯穿螺栓进行螺栓连接而固定前法兰2和后法兰3。前法兰可以支承接线盒4。
层压件组10可以由壳体5覆盖，该壳体5例如刻置在由后法兰3支承的后盖6的外表面的延续部中。形成在隔开部36a和36b之间的通道沿着前法兰2的圆筒形壁7轴向地通向电机的外部。
后盖6可以容置风扇7，风扇7的旋转通过电机的轴8驱动，使得强制循环的空气在电机的操作期间穿过通道。还可以将马达驱动的风扇单元安装在盖6内部，以横跨整个操作范围提供冷却。
在图12中，后盖6未被描绘，并且仅可以看见覆盖层压件组10的壳体5。在图13的替代性形式中，没有壳体5，仅存在后盖6。
在图10至图13的示例中，前法兰和后法兰均设置有支撑脚部28。
在图14和图15中示出的替代性形式中，电机意在以悬臂的方式安装，例如在专利US 7 573 165中描述的，并且后法兰3不再包括支撑脚部28。电机可以接纳设置在盖6内部并固定至后法兰的马达驱动风扇单元。
当然，本发明不局限于刚才已经描述的示例。
具体地，层压件组的总体形状可以改变，并且每个层压件均例如具有除正方形以外的六边形形状。

Claims (20)

1.一种电机(1)，所述电机(1)包括定子，所述定子包括磁性的层压件(20)组(10)，所述组(10)由至少一个第一子组(50)以及与所述第一子组相邻的至少一个第二子组(60)组成，所述第一子组和所述第二子组的层压件具有变得叠置的部分(25)，每个所述部分(25)均包括形成在所述层压件内的至少一个封闭通道(90)，这些通道(90)在所述子组之间的过渡部处彼此连通，所述层压件的变得叠置的所述部分(25)是不相同的以在所述通道(90)内的在所述第一子组的通道和所述第二子组的通道之间的所述过渡部处的流动中形成扰动。
2.根据权利要求1所述的电机，所述子组的所述层压件(20)是相同的，但所述子组的所述层压件(20)绕所述电机的轴线(X)从一个子组至另一个子组彼此成角度地偏移了360°/n的角度，其中，n是非零整数，所述层压件(20)通过旋转360°/n而不具有对称性使得由此偏移的所述层压件的变得叠置的所述部分(25)是不相同的并且在所述通道(90)内的在所述子组(50、60)之间的所述过渡部处的所述流动中形成所述扰动。
3.根据权利要求1和2中的其中一项所述的电机，每个层压件(20)均具有成角度延伸部(25)、优选地具有数目为n的成角度延伸部(25)，所述通道(90)穿过所述成角度延伸部(25)。
4.根据前一项权利要求所述的电机，至少两个通道(90)在每个成角度延伸部(25)内通过隔开部(36a、36b)分开，优选地，隔开部(36a、36b)为径向定向的。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，每个层压件(20)均包括两个外壁(33)，所述两个外壁(33)封闭所述通道(90)并且径向地偏移，这些壁(33)在所述子组之间的所述过渡部处的所述流动中形成扰动。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，每个层压件(20)均包括环状部分(23)，其中，所述环状部分的两个边缘(97)径向地偏移，这些边缘(97)在所述通道(90)中的在所述两个子组之间的所述过渡部处的所述流动中形成扰动。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，所述层压件(20)以下述方式制造：在两个子组之间的过渡部处，将一个子组的两个相邻通道分开的至少一个隔开部(36a)变得与另一子组的对应隔开部(36b)不完全地叠置，以在与所叠置的隔开部相邻的通道(90)中在所述子组之间的的分界面处形成不连续部。
8.根据权利要求7所述的电机，所述隔开部之间的形成所述不连续部的所述偏移量为至少1mm。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的电机，子组的所述隔开部中的至少一个隔开部定位在相邻子组的两个隔开部之间，使得穿过一个子组的通道(90)通入到所述相邻子组的两个通道中。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，所述层压件(20)具有通常为多边形、尤其为正方形、优选地为带有切角的正方形的轮廓。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，其中，n等于4。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，包括至少两个第一子组和两个第二子组的替代形式，优选地，所述至少两个第一子组和两个第二子组沿着层压件组从一个子组至下一个子组旋转360°/n。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，所述层压件包括至少一个外部识别槽(38)，所述至少一个外部识别槽(38)提供与每个子组在所述组(10)内的定向有关的信息。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，每个子组均包括在35个至140个之间的层压件(20)。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，所述层压件组包括孔(31)，所述孔(31)经由通路(32)侧向地通向外部，在这些孔(31)中接合贯穿螺栓(11)并且所述贯穿螺栓(11)经由所述通路(32)焊接至所述层压件，所述孔优选地位于所述部分(25)中并且每个孔均优选地位于所述部分的中央部(30)中。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，所述电机不具有围绕所述层压件组(10)的壳体。
17.根据权利要求1至16中的任一项所述的电机，包括至少部分地覆盖所述层压件组(10)的壳体(5)，尤其是金属片壳体。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的电机，所述电机以悬臂的方式安装在待被驱动或驱动所述电机的构件上，所述构件尤其是空气压缩机。
19.根据权利要求18所述的电机，包括前法兰和后法兰，其中，所述前法兰与待被驱动或驱动所述电机的所述构件相邻并且设置有支撑脚部(28)，所述后法兰不具有支撑脚部。
20.根据权利要求1至17中的任一项所述的电机，包括均设置有支撑脚部(28)的前法兰和后法兰。
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