CN107742944A - 具有声学衰减器的电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有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)。至少一声学衰减器(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转动轴的径向轴线流体连通，
所述风扇位于所述第二开孔的附近且用于生成气体流体流，
其中，至少一声学衰减器设于所述第二开孔中，从而部分封闭该第二开孔，
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。
容纳于所述电动机机架的第二开孔内的所述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声学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所有技术上可设想到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；
所述第二开孔包括至少一条第一通道以及一条用于允许所述气体流体流通过的第二通道，所述第一通道由所述声学衰减器封闭；
所述声学衰减器具有多层结构，该多层结构包括基本无声的底层，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通声层之间延伸预设距离；
所述多层结构包括多个叠置空腔层；
所述底层由封闭金属片形成；
所述通声层由带微孔的金属片形成；
所述声学衰减器固定于外壳上，该外壳以使得所述通声层朝向所述风扇的方式安装于所述机架上；
所述外壳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转动轴线X的部分截面图；
图2为沿与图1电动机转子转动轴线X垂直的平面P1的部分截面图；
图3为图1声学衰减器的示意立体图。
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(inner volume)VI的机架12，该内部空间容纳有转子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的外部流体连通。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的外部沿与转动轴线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外部的外部气体流体进入第一开孔22。冷却回路20穿过定子16内部和/或其周围，并使得由所述冷却回路20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外部。如此，可通过源自电动机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包括用于衰减声学噪声的声学衰减器40。以下，对声学衰减器40进行更加详细的描述。
第二开孔24由外壳50覆盖，从而将声学衰减器40在第二开孔24内保持到位。以下，对外壳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的外部之间流动。根据一种实施方式，第一通道26由声学衰减器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的外部之间流动。
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F在电动机10内的环流方向而言。
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位于第二开孔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和外壳50之间的电动机10周围的气体流体流F的方向具有影响。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和外壳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，来自于机架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为顺时针方向，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附近的声学衰减器40。
声学衰减器40容纳于第二开孔24内。因此，声学衰减器40部分封闭第二开孔24。
声学衰减器40可容纳于第一通道26内并完全封闭该第一通道26。
在此情况中，如图2实施例所示，第二通道28未被声学衰减器40封闭。
声学衰减器40详示于图3，且至少包括多层结构42，该多层结构包括基本无声的底层44。底层44例如由金属片(如不锈钢)形成。底层44的厚度FE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和通声层48之间沿所述柱体轴线延伸预设距离D。
预设距离D例如为5mm～100mm。
根据图3所示实施方式，空腔层46由多个相邻柱体47形成，从而构成类似于蜂窝结构的空腔层。
通声层48设于空腔层46上且包括微孔49。微孔49例如具有0.5mm～5mm的直径。
通声层48平行于底层44。
通声层48例如由不锈钢片形成。通声层48具有例如0.5mm～5mm的厚度CE。
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与通声层48相遇。根据一种实施方式，通声层48朝向风扇30，而底层44朝向所述电动机外部。
当气体流体流F与通声层48齐平或穿过通声层48时，气体流体流F所发出的声波穿过通声层48的微孔49，进入空腔层46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声学噪声。
声学衰减器40的声学噪声衰减水平为2～5dB级。
所述声学噪声的可衰减声学频率主要处于0～2kHz范围。
所述空腔层可对预设声学频率进行衰减。该预设声学频率可根据所述底层和通声层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的声学噪声进行有效衰减。
外壳50通过螺钉(未示出)附接于机架12上。如此，可易于在电动机10维护期间拆卸及安装外壳50。
外壳50包括至少一个无声区域52和至少一个允许空气通过的区域54。
在外壳50附接于机架12上时，外壳50的无声区域52面向第一通道26。无声区域52不允许气体流体流F通过。
无声区域52在平行于转动轴线X的平面内延伸。无声区域52例如由不锈钢片或其他防腐蚀金属形成。
外壳50的无声区域52支承声学衰减器40。如此，可将声学衰减器40在第二开孔24的第一通道26内保持到位。
在外壳50附接于机架12上时，所述允许空气通过的区域54面向第二通道28。该允许空气通过的区域54在平行于转动轴线X的平面内延伸。该允许空气通过的区域54例如由带孔金属片形成。
所述允许空气通过的区域54的孔允许气体流体流F穿过外壳50的该允许空气通过的区域54。换句话说，来自于机架12的内部空间VI的气体流体流F可经第二开孔24的第二通道28以及经外壳50的所述允许空气通过的区域54流向电动机10的外部。
外壳50由至少两部分50a和50b形成，该两部分设置为部分覆盖第二开孔24。
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的维护时，可将外壳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，与只有在将外壳50完全拆卸才能对机架12的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。
外壳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，外壳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。
气体流体流F的总路径如下所述。气体流体流F由风扇30通过经第一开孔22将机架12外部的气体流体吸入机架12的内部空间VI内产生。之后，该流F流过机架12内的冷却回路20。随后，风扇30将该流F经第二开孔24排出。在该流F的排出过程中，该流F的至少一部分与阻塞第二开孔24的第一通道26的声学衰减器40相遇。最后，该流F部分经第二开孔24的第二通道28以及外壳50的所述允许空气通过的区域54流向所述电动机外部。
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定义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声学噪声。
在一种替代实施方式中，声学衰减器40容纳于第二通道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部分容纳于第一通道26内而且部分容纳于第二通道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)的附近且用于生成气体流体流(F)，
其特征在于，至少一个声学衰减器(40)设于所述第二开孔(24)中，从而部分封闭所述第二开孔(24)。
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，所述第二开孔(24)包括至少一条第一通道(26)以及一条用于允许所述气体流体流通过的第二通道(28)，所述第一通道(26)由所述声学衰减器(40)封闭。
4.根据权利要求1或3所述的电动机(10)，其特征在于，所述声学衰减器(40)具有多层结构(42)，所述多层结构包括基本无声的底层(44)，设于所述底层(44)上的至少一个空腔层(46)，以及设于所述空腔层(46)上的通声层(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，所述底层(44)由封闭金属片形成。
8.根据权利要求4或5所述的电动机(10)，其特征在于，所述通声层(48)由带微孔(49)的金属片形成。
9.根据权利要求1或2所述的电动机(10)，其特征在于，所述声学衰减器(40)固定于外壳(50)上，所述外壳以使得所述通声层(48)朝向所述风扇(30)的方式安装于所述机架(12)上。
10.根据权利要求9所述的电动机(10)，其特征在于，所述外壳(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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