CN107733138B - 具有强力声学衰减器的电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有强力声学衰减器的电动机。该电动机(10)包括：定义了内部空间(VI)的机架(12)，该内部空间容纳有转子(14)，定子(16)以及风扇(30)，该机架(12)包括：第一开孔(22)，该第一开孔使所述机架(12)的内部空间(VI)与该机架(12)外部流体连通；第二开孔(24)，该第二开孔使所述机架(12)的内部空间(VI)与该机架(12)外部沿基本垂直于所述转子的转动轴(X)的径向轴线(R)流体连通；所述风扇(30)位于所述第二开孔(24)附近且用于生成气体流体流(F)。第一声学衰减器(40)设于所述第二开孔(24)中，从而部分封闭该第二开孔(24)。

Description

具有强力声学衰减器的电动机

技术领域

本发明涉及一种具有声学衰减器的铁道车辆牵引电动机。

背景技术

电动机优化使得电动机尺寸越来越小且对冷却效率的要求越来越高。

该冷却尤其通过电动机的内部或外部风扇实现，此类风扇用于将冷却空气注入电动机内部，以对电动机的定子和/或转子进行冷却。为了提高冷却效率，可增大风扇尺寸和/或风速。

然而，增大风扇尺寸和/或风速，将使得电动机的声学噪声水平变大。为了满足电动机使用国的法律法规，该噪声水平必须小于预定的噪声水平阈值。

为此原因，使用声学衰减器是一种可有效降低电动机所发噪声水平的已知方法。

具有声学衰减器的此类电动机例如如文献US5124600和US4150313所述。

然而，这些电动机的结构并不能令人完全满意。事实上，这些电动机非常笨重，而且其声学衰减器使得电动机的定期维护变得非常复杂。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种具有声学衰减器的电动机，该电动机体积小巧且易于定期维护。

为此目的，本发明涉及一种电动机，包括：

定义了内部空间的机架，该内部空间内容纳有转子，定子以及风扇，该机架包括：

第一开孔，该第一开孔使所述机架的内部空间与该机架外部实现流体连通，

第二开孔，该第二开孔使所述机架的内部空间与该机架外部沿基本垂直于所述转子的转动轴的径向轴线流体连通，

所述风扇位于所述第二开孔附近且用于生成气体流体流，

其中，第一声学衰减器容纳于所述第二开孔中，从而部分封闭该第二开孔，

所述第二开孔至少包括供所述气体流体通过的第一通道和第二通道，该第一通道由所述第一声学衰减器封闭，

相对于所述第二开孔设有罩体，该罩体具有相对所述第二通道设置的至少一个隔音区域以及相对所述第一通道设置的至少一个通气区域。

此类电动机具有多重优点。以下，以非穷举的方式对这些优点进行总结。

设于所述电动机的机架的第二开孔内的所述第一声学衰减器可使该电动机基本保持其初始体积。因此，该衰减器的存在并不增加所述电动机的尺寸。

通过部分封闭所述第二开孔，可将所述电动机释放的噪声调节至预设水平。

有利地，本发明电动机可分别单独地或以任何技术上可能的组合包括以下特征中的一个或多个：

所述风扇为离心风扇；

所述罩体的隔音区域包括第二声学衰减器；

所述第一和第二声学衰减器具有至少一个多层结构，该多层结构包括底层，设于该底层上的至少一个空腔层，以及设于该空腔层上的第一通声层；

所述空腔层由至少一个柱体形成，该柱体具有六边形底部且在所述底层和所述第一通声层之间延伸预设距离；

所述多层结构包括多个叠置的空腔层；

所述第一通声层由带微孔的金属片形成；

所述底层基本隔音且由封闭金属片形成；

所述第一声学衰减器包括多层结构，该多层结构的底层作为第二通声层；

所述罩体由用于部分覆盖所述第二开孔的至少两个部分形成。

附图说明

通过阅读以下描述，将能更好地理解本发明。该描述仅为示例且参考附图，附图中：

图1为沿本发明电动机转子的转动轴X的部分截面图；

图2为沿与图1电动机转子的转动轴X垂直的平面P的部分截面图；

图3为沿与本发明电动机替代实施方式的转子的转动轴X垂直的平面P1的部分截面图；

图4为图1～图3声学衰减器的立体示意图。

具体实施方式

图1和图2所示为根据本发明第一实施方式的电动机10。电动机10包括定义了内部空间VI的机架12，该内部空间内容纳有转子14和定子16。转子14安装为可绕机架12内的旋转轴18转动，且安装为可相对于定子16和机架12绕转动轴线X转动。定子16包围转子14且与后者在机架12内共轴。传统上，转子14和定子16可将电能转化为由转子14的轴18产生的机械能。此类电动机的运行方式已为人所知，此处不再赘述。

根据一种实施方式，机架12包括第一开孔22，该第一开孔使机架12的内部空间VI与机架12外部流体连通。第一开孔22的朝向例如基本平行于转动轴线X。

机架12包括第二开孔24，该第二开孔使机架12的内部空间VI与机架12外部沿与转动轴线X基本垂直的径向轴线R流体连通。

机架12包括冷却回路20，该冷却回路可将外部气体流体流F(例如周围空气)从第一开孔22引导至第二开孔24。

更具体而言，如图1示意图所示，冷却回路20设置为使得来自于机架12外部的所述外部气体流体进入第一开孔22。通过使冷却回路20穿过定子16内部和/或其周围，由冷却回路2所引导的所述外部气体流体流通过机架12的内部空间VI，以例如冷却定子16。最后，第二开孔24可将加热后的所述外部气体流体排除至机架12的外部。如此，可通过来自电动机10所处环境内的周围空气对机架12和定子16进行有效冷却。

第二开孔24包括用于衰减噪声的第一声学衰减器40。以下，将对第一声学衰减器40进行更加详细的描述。

第二开孔24由罩体50覆盖。以下，将对罩体50进行更加详细的描述。

第二开孔24至少包括第一通道26和第二通道28。

第一通道26沿第一径向轴线R1延伸。径向表示轴线在基本垂直于转动轴线X的平面内延伸。第一通道26可使气体流体流F在机架12的内部空间VI和机架12外部之间流动。根据一种实施方式，第一通道26由第一声学衰减器40封闭。

第二通道28沿与第一径向轴线R1不同的第二径向轴线R2延伸。同样地，第二通道28可使气体流体流F在机架12的内部空间VI和机架12外部之间流动。

当第二开孔24包括两条以上的第一通道26和/或两条以上的第二通道28时，每条通道均沿不同的径向轴线延伸。

包含分别具有径向轴线R1～R8的总共八条第一通道26和第二通道28的此类实施例如图2所示，该图为沿垂直于所述电动机转动轴线X的平面P1的截面图。

在本说明书中，“上游”和“下游”两词为相对于气体流体流路在电动机10内的循环方向而言。

转子14的轴18具有风扇30，该风扇包括至少一个扇叶32，该扇叶可在机架12内的冷却回路20中生成气体流体流F。换句话说，风扇30用于促进所述气体流体在冷却回路20内的环流。

风扇30设于第二开孔24附近。

风扇30可沿转动方向RV转动。转动方向RV对环流于机架12和罩体50之间的电动机10周围的气体流体流F的方向具有影响。当转动方向RV反向时，气体流体流F同样反向。也就是说，当风扇30的转动方向RV为如图2所示的顺时针方向时，该流F基本以顺时针方向在机架12和罩体50之间的电动机10周围环流；反之亦然。

气体流体流F在内部空间VI内的方向与风扇30的转动无关。也就是说，来自机架12外部的所述外部气体流体进入第一开孔22，且由第二开孔24排出。

在图2所示实施例中，风扇30的转动方向RV为顺时针，且气体流体流F的朝向基本垂直于风扇30的转动轴线X。

风扇30的扇叶32例如位于第二开孔24的上游。如此，通过经第一开孔22从电动机外部吸入气体流体以及经第二开孔24将该气体流体排出，可在机架12的内部产生气体流。

风扇30例如为容纳于电动机10的机架12的内部空间内的离心风扇。与使用外部风扇的情况相比，在机架12的内部使用离心风扇可将电动机10的尺寸最小化。

电动机10还包括设于风扇30附近的至少一个第一声学衰减器40。

第一声学衰减器40设于第二开孔24内。因此，第一声学衰减器40部分封闭第二开孔24。第一声学衰减器40由螺钉(未图示)等紧固件固定于机架12上。如此，第一声学衰减器40易于在电动机10的维护期间实现拆卸和安装。

第一声学衰减器40可设于第一通道26内，以完全封闭该第一通道26。在此情况下，如图2实施例所示，第二通道28未由第一声学衰减器40封闭。

第一声学衰减器40详示于图4，且至少包括至少一个多层结构42，该多层结构包括基本隔音的底层44。底层44例如由金属片(如不锈钢)形成。底层44具有一厚度FE，该厚度例如大致为0.5mm～5mm。

多层结构42包括设于底层44上的至少一个空腔层46。空腔层46例如由至少一个柱体47形成。

柱体47的底部与底层44接触。柱体47的底部例如为六边形。柱体47可由金属形成。

柱体47沿与底层44所确定的平面垂直的轴线延伸。

柱体47在底层44和第一通声层48之间沿所述柱体的轴线延伸预设距离D。

预设距离D例如为5mm～100mm。

根据图4所示的实施方式，空腔层46由多个相邻的柱体47形成，从而构成蜂窝结构的空腔层。

第一通声层48设于空腔层46上且具有微孔49。微孔49例如具有0.5mm～5mm的直径。

第一通声层48平行于底层44。

第一通声层48例如由不锈钢片形成。

第一通声层48具有例如0.5mm～5mm的厚度CE。

第一通声层48允许气体流体流F经微孔49流入所述空腔层的至少一个柱体内。

有利地，声学衰减器40的朝向使得气体流体流F与第一通声层48相遇。

根据一种实施方式，第一通声层48朝向风扇30，而底层44朝向所述电动机的外部。

当气体流体流F与第一通声层48齐平或穿入第一通声层48时，气体流体流F所发出的声波穿过第一通声层48的微孔49，进入空腔层46的内部。

在空腔层46内，该声波被柱体47的柱壁转向并被底层44反射。根据亥姆霍兹原理，所述转向波和反射波之间的相互作用导致衰减。

该多层结构42对应于亥姆霍兹型夹层结构。

如此，通过声学衰减器40，可有效衰减转子14、风扇30以及转子14和定子16相互作用所生成的磁场所产生的噪声。

声学衰减器40的噪声衰减水平为2～5dB级。

所述噪声的可衰减的声学频率主要处于0～2kHz范围。

所述空腔层可对预设的声学频率进行衰减。该预设的声学频率可根据所述底层和第一通声层48之间的预设距离D预先选择。

或者，也可根据微孔49的直径以及/或者根据第一通声层48的厚度CE，选择待衰减的声学频率。

如此，可对产生于电动机10内且通过第二开孔24的噪声进行有效衰减。

第一声学衰减器40的朝向使得第一通声层48面向风扇30。电动机10包括用于至少保护第二开孔24的罩体50。

罩体50通过螺钉(未示出)固定于机架12上。如此，可易于在电动机10的维护期间拆卸及安装罩体50。

罩体50包括至少一个隔音区域52和至少一个通气区域54。

罩体50和机架12形成供气体流体流F通过的周侧通道55。周侧通道55具有在机架12和罩体50之间沿径向轴线R延伸的高度DC，该高度为20mm～100mm。

通过周侧通道55，气体流体流F可在机架12和罩体50之间的电动机10的周侧环流。气体流体流F在周侧通道55内的流动方向取决于风扇30的转动方向。换句话说，当风扇30的转动方向例如为顺时针时，可使得气体流体流F在周侧通道55内的流动方向大致为顺时针；反之亦然。

在罩体50固定于机架12上时，罩体50的隔音区域52与第二通道28相对。

隔音区域52在平行于转动轴线X的平面内延伸。隔音区域52例如由不锈钢或其他防腐蚀金属制成的金属片形成。

隔音区域52可引导气体流体流F，使其沿平行于由隔音区域52所确定的平面的方向流动。

换句话说，隔音区域52至少部分阻挡了来自于机架12的内部空间VI的噪声，从而使其反射至由隔音区域52所确定的表面上。

在罩体50附接于机架12上时，通气区域54与第一通道26相对。通气区域54在平行于转动轴线X的平面内延伸。通气区域54例如由带孔金属片形成。

通气区域54的孔允许气体流体流F穿过罩体50的通气区域54。换句话说，来自于机架12的内部空间VI的气体流体流F可经罩体50的通气区域54流向电动机10的外部。

在从机架12的内部空间VI流至电动机的外部的路径上，气体流体流F首先与第一声学衰减器40相遇，并且/或者穿过第二通道28。随后，气体流体流F与隔音区域52相遇，从而被引导至流向通气区域54及外部。在罩体50的通气区域54处，气体流体流F至少部分穿过通气区域54，流向电动机10的外部。

在罩体50的通气区域54处，气体流体流F可至少部分穿过通气区域54，从而继续留在周侧通道55内。

因此，如图2和图3所示，气体流体流F的路径上包括至少一个用于改变流动方向的挡隔件。

该挡隔件由第一声学衰减器40和隔音区域52形成，而且在其作用下，从第二开孔24释出的噪声被有效衰减。

罩体50由用于部分覆盖第二开孔24的至少两个部分50a和50b形成。第一部分50a和所述第二部分50b可彼此独立地从机架12上拆下。如此，在电动机10维护时，可将罩体50部分拆卸，以通过第二开孔24，对机架12的内部进行处理。因此，与只有在将罩体50完全拆卸才能对机架12内部进行处理的维护方式相比，电动机10的维护变得更加容易。

罩体50沿平行于转动轴线X的方向延伸一定的厚度距离E，该厚度距离E例如为20～200mm。

有利地，罩体50不超过电动机10的机架12的径向尺寸。如此，可使得电动机10保持小巧的尺寸。

根据一种可与上述实施方式结合的替代实施方式，第一声学衰减器40包括多层结构42，该多层结构的底层44为第二通声层。该第二通声层与第一通声层48相同。

因此，第一声学衰减器40包括插于两个通声层之间的空腔层46。

如此，由于通气区域54设置为与第一声学衰减底部相对，气体流体流F可在通过罩体50的通气区域54之前，至少部分与所述第二通声层齐平或面向该第二通声层。

当气体流体流F与所述第二通声层齐平或穿过该第二通声层时，由气体流体流F所产生的声波通过该第二通声层的孔进入第一声学衰减器40的空腔层46。

随后，所述声波根据亥姆霍兹原理被空腔层46衰减。

如此，所述噪声被声学衰减器40进一步衰减，从而提高噪声衰减效果。

在一种可与上述实施方式相结合的如图3所示的替代实施方式中，隔音区域52包括第二声学衰减器41。第二声学衰减器41可与第一声学衰减器40具有相同的结构。

第二声学衰减器41例如包括隔音底层44和通声层48。在此情况中，第二声学衰减器41的第一通声层48朝向风扇30。

在第二声学衰减器41的作用下，第二开孔24释出的噪声被进一步衰减。

在一种包括多条第一通道26和至少一条第二通道28的实施方式中，可在第一径向轴线和与该第一径向轴线不同的第二径向轴线之间所确定的径向扇区之间设置多个第一相邻通道26。如此，可降低电动机10在该径向扇区内产生的噪声。

在一种替代实施方式中，声学衰减器40设于第二通道28内，且第一通道26不设任何声学衰减器40。

在又一种替代实施方式中，声学衰减器40部分设于第一通道26内而且部分设于第二通道28内。

根据一种可与上述实施方式结合的替代实施方式，多层结构42包括多个叠置的空腔层46，每个空腔层46之间均包括孔板或薄膜。在此情况中，可对一定频率范围内的噪声进行衰减。

第一开孔22的朝向可垂直于转动轴线X。在此情况下，仍可适用以上相对于所述声学衰减器设于第一开孔22内的情形所描述的技术内容。

Claims (10)

1.一种电动机(10)，包括：

定义了内部空间(VI)的机架(12)，所述内部空间容纳有转子(14)，定子(16)以及风扇(30)，所述机架(12)包括：

第一开孔(22)，所述第一开孔使所述机架(12)的所述内部空间(VI)与所述机架(12)的外部实现流体连通，

第二开孔(24)，所述第二开孔使所述机架(12)的所述内部空间(VI)与所述机架(12)的外部沿基本垂直于所述转子的转动轴(X)的径向轴线(R)流体连通，

所述风扇(30)位于所述第二开孔(24)附近且用于生成气体流体流(F)，

其特征在于，第一声学衰减器(40)设于所述第二开孔(24)中，从而部分封闭所述第二开孔(24)，

所述第二开孔(24)至少包括供所述气体流体流通过的第一通道(26)和第二通道(28)，所述第一通道(26)由所述第一声学衰减器(40)封闭，

相对所述第二开孔(24)设有罩体(50)，所述罩体(50)具有相对所述第二通道(28)设置的至少一个隔音区域(52)以及相对所述第一通道(26)设置的至少一个通气区域(54)；

所述第一通道(26)和所述第二通道(28)允许所述气体流体流(F)在所述机架(12)的所述内部空间(VI)和所述机架(12)的外部之间流动；

所述第一通道(26)沿第一径向轴线(R1)延伸，所述第二通道(28)沿与所述第一径向轴线(R1)不同的第二径向轴线(R2)延伸，所述第一径向轴线(R1)和所述第二径向轴线(R2)在垂直于转动轴线(X)的平面内延伸；

所述第一通道(26)和所述第二通道(28)周向布置于所述转动轴线(X)周围；

所述第一通道(26)和所述第二通道(28)由所述机架(12)定义；

所述第一声学衰减器(40)设于所述第一通道(26)内；

所述罩体(50)和所述机架(12)形成供所述气体流体流(F)通过的周侧通道(55)。

2.根据权利要求1所述的电动机(10)，其特征在于，所述风扇(30)为离心风扇。

3.根据权利要求1或2所述的电动机(10)，其特征在于，所述罩体(50)的所述隔音区域(52)包括第二声学衰减器(41)。

4.根据权利要求3所述的电动机(10)，其特征在于，所述第一声学衰减器(40)和所述第二声学衰减器(41)具有至少一个多层结构(42)，所述多层结构包括底层(44)，设于所述底层上的至少一个空腔层(46)，以及设于所述空腔层(46)上的第一通声层(48)。

5.根据权利要求4所述的电动机(10)，其特征在于，所述空腔层(46)由至少一个柱体(47)形成，所述柱体具有六边形底部且在所述底层(44)和所述第一通声层(48)之间延伸预设距离(D)。

6.根据权利要求4或5所述的电动机(10)，其特征在于，所述多层结构(42)包括多个叠置的空腔层(46)。

7.根据权利要求4或5所述的电动机(10)，其特征在于，所述第一通声层(48)由带微孔(49)的金属片形成。

8.根据权利要求4或5所述的电动机(10)，其特征在于，所述底层(44)基本隔音且由封闭金属片形成。

9.根据权利要求1或2所述的电动机(10)，其特征在于，所述第一声学衰减器(40)包括多层结构(42)，所述多层结构包括作为第二通声层的底层(44)。

10.根据权利要求9所述的电动机(10)，其特征在于，所述罩体(50)由用于部分覆盖所述第二开孔(24)的至少两个部分(50a，50b)形成。

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