CN108292877A - 用于机动车辆的旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车辆的旋转电机(10)，包括转子(105)和外壳(110)，该外壳(110)至少部分地限定封壳(125)，转子(105)安装在所述封壳(125)中以围绕轴线(X)旋转。所述旋转电机(10)的特征在于，它包括单个风扇(130)，所述风扇(130)固定到所述转子(105)以与所述转子(105)一起旋转，并且所述外壳(110)包括两个通风轴承(135,150)：第一轴承，所述第一轴承包括至少一个空气进口(140,145)；和第二轴承，所述第二轴承包括至少一个径向空气出口(160)，使得所述风扇(130)在所述封壳(125)内产生强制的冷却空气流。

Description

用于机动车辆的旋转电机

技术领域

本发明目的在于一种用于通过来自单个离心式风扇的强制空气流进行冷却的装置。

本发明在用于机动车辆的旋转电机的冷却中具有特别有利的应用。

本发明适用于任何旋转电机，特别是适用于可逆的交流发电机、交流起动机和机器。应当指出，可逆机器是能够以可逆方式工作的旋转电机，一方面，以交流发电机模式作为发电机工作，另一方面，作为电动机工作，特别是用于起动机动车辆的热机。

背景技术

旋转电机一般地包括外壳、轴、定子和转子。外壳至少部分地限定封壳，在封壳中布置有轴、固定到轴以便随着轴旋转的转子和围绕所述转子安装的定子。旋转电机将它们的能量的一部分以热的形式消散，通常需要冷却系统。

冷却能够通过简单的散热器、通过机器中的强制空气流、通过密封封壳内与机器接触的液体冷却剂的循环或者通过这些冷却手段中多个手段的组合来提供。

专利FR 2717639 B1中描述了现有技术的系统，其包括为旋转电机的轴提供轴向空气流的风扇，并且还包括通过使冷却剂在外围环形室内循环的冷却装置。在这个现有技术中，该空气冷却系统包括风扇，风扇被固定到转子以与其一起旋转，从而产生从轴向进口到轴向出口的强制空气流。进口和出口布置在旋转电机的外壳的两个轴向端部处。因此，只有转子受益于强制空气流。这种冷却系统因此能够使转子冷却而不是定子冷却。

在另一种现有技术的空气冷却系统中，外壳包括径向开口。这种空气冷却系统通常具有两个离心式风扇，这些风扇沿轴向相对并固定在转子上以便与之一起旋转。每个风扇产生从轴向进口到径向出口的强制空气流，使定子而不是转子能够被冷却。这些具有两个风扇的现有技术系统发出由空气流引起的大约110分贝的相当大的噪音。

此外，旋转电机发出令人耳不舒服的噪音。旋转电机在运行中发出的声音是周期性波，可以将该周期性波分解为其称为谐波的分量。由于车轮极性的对称性，声学分解使得能够听到更高水平分贝的至少一个谐波。这一谐波称为紧急谐波，其构成对人耳不舒服并且增加了旋转电机运行时发出的总噪音水平的声音。

目前的系统都不允许同时满足所有需要的要求，即在保持旋转电机的良好冷却性能的同时降低气流来源的噪音。

发明内容

本发明目的在于改善全部或部分的这些缺陷。

本发明涉及用于机动车辆的旋转电机，其包括转子和外壳，所述外壳至少部分地限定封壳，转子安装在封壳中以围绕轴线旋转。旋转电机的特征在于，其包括单个风扇，该风扇固定到转子以便与其一起旋转，并且外壳包括两个通风轴承：

-第一轴承，所述第一轴承包括至少一个空气进口，和

-第二轴承，所述第二轴承包括至少一个径向空气出口，

使得风扇在封壳内产生强制的冷却空气流，以使该空气流从第一轴承的空气进口循环到第二轴承的径向空气出口。

凭借这些布置，同一冷却空气流同时冷却转子和定子。因此，作为本发明的目的的装置允许降低气流来源的噪音，同时确保良好的冷却性能。实际上，使用单个风扇以及仅有一个轴承包括径向布置的空气出口的事实实现了大约四分贝的增益。此外，仅使用一个风扇使得节约了旋转电机中的空间，并且还节约了成本。

根据一实施例，旋转电机还包括定子，所述定子包括定子主体和电绕组，所述电绕组在定子主体中沿轴线延伸，并且在所述定子主体的两侧上延伸以便形成绕组端部，并且其中一个所述绕组端部在径向上至少部分地布置在第二轴承的径向开口和风扇之间。此外，这使得改进了对旋转电机的电绕组的冷却。

在一些实施例中，第二轴承的径向开口布置成靠近风扇。

在一些实施例中，第一轴承包括至少一个径向空气进口。

借助于这些布置，风扇形成的强制空气流被包围在第一轴承的径向开口中，然后通过第二轴承的径向出口排出。

在一些实施例中，第一轴承包括至少一个轴向空气进口。

借助于这些布置，风扇形成的强制空气流被包围在第一轴承的轴向开口中，然后通过第二轴承的靠近风扇的径向出口排出。

在一些实施例中，第一轴承包括至少一个轴向空气进口和至少一个径向空气进口。

借助于这些布置，风扇形成的强制空气流被包围在轴向进口和径向进口中，然后通过第二轴承的靠近风扇的径向空气出口排出。

在有利实施例中，第二轴承还包括至少一个轴向空气进口，使得风扇在封壳内产生另一强制的冷却空气流，以使该另一个空气流从第二轴承的所述轴向空气进口循环到第二轴承的径向空气出口。这一开口布置成靠近电机的电子单元，使得在轴向出口和径向出口之间循环的第二空气流可以冷却电子单元。

有利地，第一轴承对应于旋转电机的前轴承，而第二轴承对应于所述机器的后轴承。在本实施例中，风扇位于电机的后部。由于机器的后部与前部相比引起较少阻碍，因此这允许简化机器的设计。

在一些实施例中，风扇是离心式风扇。

在一些实施例中，旋转电机还包括固定到转子以与转子一起旋转的板，所述板包括多个轴向突出部。

所述板改变了布置有该板的极轮(polar wheel)的自然对称性。这允许减少噪音，而不损及机器中的空气流及相应地冷却性能。

借助于这些布置，所述板使得由于极轮的对称性而通过谐波发出的分贝数减少，并且因此降低了在操作中听到旋转电机时人耳感觉的不适。固定到转子以便与之一起旋转的所述板包括多个突出部，所述多个突出部也使得旋转电机在操作中发出的总噪音能够降低。

在一些实施例中，板的总厚度小于4mm。更特别地，板的厚度小于3.5mm。另外，各突出部具有小于3mm的轴向高度。

借助于这些布置，能够实现降低噪音和至少一个紧急谐波的技术效果，同时确保旋转电机的封壳内的最少阻塞。

在一些实施例中，轴向突出部通过在板的外部周界挤压成型而形成。

实验表明，由旋转电机在操作中发出的已知为紧急谐波的谐波与数目等于机器的转子的电极对的数目的谐波，特别是在对称爪形转子的情况下。

在一些实施例中，突出部的数目严格地大于旋转电机的转子的电极对的数目。

借助于这些布置，所述板更有效地使得由数目与转子的电极对的数目相等的紧急谐波发出的分贝数减少，由此降低机器的总噪音。

根据一实施例，旋转电机还包括安装在封壳外的电子单元。

根据一实施例，旋转电机还包括使用液体(诸如水)的冷却系统。

根据一实施例，旋转电机形成交流发电机、交流起动机或可逆机器。

附图说明

根据以下参考附图对作为本发明目的的旋转电机的至少一个具体实施例的非限制性说明，本发明的其它个别优点、目的和特征将变得显而易见，其中：

-图1示出了作为本发明目的的旋转电机的特定实施例的示意图和透视图，

-图2示出了作为本发明目的的旋转电机的特定实施例的示意图和截面图，包括在第一轴承上的至少一个径向开口，

-图3示出了作为本发明目的的旋转电机的特定实施例的示意图和截面图，包括在第一轴承上的至少一个轴向开口，

-图4示出了作为本发明目的的旋转电机的特定实施例的示意图和截面图，包括在第一轴承上的至少一个轴向开口和一个径向开口，

-图5示出了作为本发明目的的旋转电机的特定实施例的示意图和截面图，包括在第二轴承上的至少一个轴向开口和在所述帽上的至少一个开口，

-图6示出了噪音减弱板的特定实施例的示意图和透视图，该噪音减弱板固定到轴以便与其一起旋转并且超越转子，

-图7示出了噪音减弱板的特定实施例的示意图和透视图，

-图8以曲线图的形式示出了由根据本发明各种实施例的旋转电机在操作中发出的噪音和由现有技术的旋转电机在操作中发出的噪音，

-图9以曲线图的形式示出了由旋转电机在操作中发出的一系列谐波的总噪音和噪音，该旋转电机不包括噪音减弱板，和

-图10以曲线图的形式示出了由旋转电机在操作中发出的一系列谐波的总噪音和噪音，该旋转电机包括噪音减弱板。

具体实施方式

本说明书在纯粹非限制性的基础上给出，实施例的每个特征可以以有利的方式与另一个实施例的任何其他特征组合。

从以后可以清楚看出，附图没有按比例绘制。

图1示出了用于机动车辆的旋转电机10，其包括转子105和外壳110，外壳110至少部分地限定封壳125，转子105安装在封壳125中以围绕一轴线X旋转。旋转电机10的特征在于，其包括有单个风扇130，风扇130固定到转子105以与其一起旋转，并且外壳110包括两个通风轴承135、150：

-第一轴承，所述第一轴承包括至少一个空气进口140、145，和

-第二轴承，所述第二轴承包括至少一个径向空气出口160，使得风扇130在封壳内产生强制的冷却空气流，以使该空气流从第一轴承的空气进口循环到第二轴承的径向空气出口。

旋转电机10特别地包括一系列的极轮，这些极轮固定到转子的轴191以与其一起旋转。转子105沿其定向且也与轴191的轴线对应的轴线定义为轴线X。

转子105安装在外壳110内以由定子192包围。在本示例中，转子105是爪形转子。

在一些实施例中，外壳110包括组装在一起的前轴承135和后轴承150，特别地，前轴承135对应于第一轴承，而后轴承150对应于第二轴承。

更确切地说前轴承135设置在旋转电机10的皮带轮193的一侧，而后轴承150设置成在轴向上与前轴承135相反，优选地设置在所述旋转电机的电子单元194的一侧。电子单元194安装在旋转电机10上位于所述机器的后部(即，后轴承150)和帽195之间。换句话说，电子单元194不在由两个通风轴承限定的封壳125内。帽195使得能够保护电子单元。

在本示例中，定子192包括呈钢层压板的堆叠形式的主体196，主体196配备有狭槽以用于安装电绕组，该绕组横越主体196的狭槽并在所述主体196的两侧上形成前绕组端部197和后绕组端部198，该绕组例如从涂布有瓷釉的连续电线获得，或者从连接在一起的诸如轴销的杆状导电元件获得。

为降低旋转电机10的工作温度，空气冷却系统包括安装成在外壳110中旋转的通风装置和至少一个空气进口和一个空气出口。

通风装置是单个风扇130，其固定到转子105以便与其一起旋转。风扇130优选是离心式风扇，包括有主体和大致沿轴向延伸的一系列叶片。在一些实施例中，这些叶片各自从薄钢板切割出。在其它实施例中，风扇130由塑料制成。

借助于风扇，空气由于压下而经由至少一个空气进口穿过封壳125，并且经由至少一个空气出口排空。

在一些实施例中，由风扇130引出的空气的排空通过形成在外壳110中、特别是在后轴承150上的至少一个径向开口得到确保。“通过径向开口”理解为是指空气相对于旋转轴线X沿着径向方向排空。优选地，径向开口160以规则间隔布置在后轴承150的周缘上。作为替代，开口160以非规则间隔布置。这里的出口160布置为靠近离心式风扇130。

图2示出了其中前轴承135包括至少一个径向空气进口145和特别地一系列径向开口145的特定实施例。各开口145例如可以与其它开口均匀隔开，并且在径向上布置在轴承的周缘上。作为替代，开口145以非规则间隔布置。

冷却旋转电机的空气流(以图2上箭头所示)由此组成进入径向前轴承135的空气流，顺便冷却定子192的绕组端部197，然后在外壳110的封壳内沿轴向循环，顺便冷却转子105，最后沿径向通过径向出口160排出，顺便冷却定子192的后绕组端部198。

图3示出了其中前轴承135包括至少一个轴向空气进口140并且特别地一系列轴向开口140的特定实施例。“通过轴向开口”理解为指空气相对于旋转轴线X沿着轴线方向引出。

每个开口140例如可以布置在前轴承135的上部。在一些实施例中，开口140布置在前轴承135的上部的相同水平上。优选地，这些开口140可以布置成与定子192的前绕组端部197大致相反。

冷却旋转电机的空气流由此组成沿轴向进入前轴承135的流动，顺便冷却定子192的前绕组端部197，然后在外壳110的封壳内沿轴向循环，顺便冷却转子105，最后沿径向通过出口160排出，顺便冷却定子192的后绕组端部198。

图4示出了其中前轴承135包括至少一个轴向开口140和至少一个径向开口145的特定实施例。在本实施例中，相同的空气流则具有两个空气进口。

图5示出了其中后轴承150还包括至少一个轴向空气进口165的特定实施例。在本实施例中，帽195包括至少一个轴向空气进口155或一个径向空气进口(这里未示出)。优选地，帽的轴向开口155布置为靠近轴承的轴向开口165。另外，这里的开口165、155布置为靠近离心式风扇130。

由此，在本实施例中，冷却旋转电机的第二空气流构成经由轴向开口155、165沿轴向进入的空气流，冷却电子单元194，最后经由开口160排出，顺便冷却定子192的后绕组端部198。

图3、6和7示出了其中旋转电机10还包括板170的实施例，板170固定到转子105以便与其一起旋转。

优选地，板170通过焊接固定在转子170上。作为替代，板170还可以通过旋拧、粘结或压接在轴191上而被固定在转子上。在一些实施例中，板170由锻造的薄钢板制成，在其它实施例中，其由塑料制成。

板170包括呈盘形状的元件171，其固定在转子105上并且优选布置在转子105的极轮中的一个上，特别是布置在转子的前侧上靠近旋转电机10的皮带轮193。

板170包括从元件171在轴向上延伸的多个轴向突出部175。在一些实施例中，轴向突出部175例如通过从钢片拉延的金属形成。在一些实施例中，轴向突出部175通过在元件171的外部周界上挤压成型而形成。

板170由于极轮的均一周向分布而改变了转子105的自然对称性，从而使得降低噪音而不使得机器中的空气流且由此冷却性能降级。

在一些实施例中，板170的厚度小于4mm，更特别地小于3.5mm。例如，突出部175的轴向高度小于3mm，更特别地是大约2mm，并且元件171的厚度是大约1.2mm。在本示例中，板170的总厚度由此是大约3.2mm。

在一些实施例中，突出部170的数目严格地大于旋转电机的转子105的电极对的数目。在图6和7中所示的实施例中，转子包括八对电极，并且板170包括十个轴向突出部。

图8以曲线图形式示出了由根据本发明各种实施例的旋转电机330、335、340在操作中发出的噪音以及由现有技术性的旋转电机320发出的噪音。根据由x轴310示出的旋转电机10的每分钟转数，表示由y轴305示出的以分贝发射的噪音。

在纯粹提供信息的基础上，y轴305以1分贝的步进渐变，水平虚线每5分贝记录一次。

实验已经表明，与在操作中的现有技术的旋转电机相比，作为本发明目的的旋转机器的各种实施例在操作中降低了三到四分贝。

图9和10以曲线图的形式示出了由旋转电机在操作中发出的总噪音420、520和一系列谐波的噪音。

特别地观察到旋转电机发出的对应于谐波8 425,525的噪音。所示的但未参考的其它曲线等同于对应于谐波7、9、10、11和12发出的噪音。

根据由x轴410、510表示的旋转电机的每分钟转数，表示由y轴405、505示出的以分贝发射的噪音。

在纯粹的信息基础上，y轴405、505以1分贝的步进渐变，水平虚线每五分钟记录一次。

图9和图10中分解的旋转电机相类似。图10中的旋转电机包括用于降低噪音的创造性系统，图9中的另一旋转电机不包括所述系统。

图9和图10上分解的旋转电机包括具有八对电极的转子。

图9所示的曲线图表示在不包括固定到转子105并随其旋转的板170的旋转电机上测量的数据。与曲线425所示的谐波8相对应的噪音水平大于所有其它测量的谐波。对应于谐波8的这种噪音导致由曲线420所示的旋转电机发出的总噪音增加以及人耳听到由旋转电机在操作中发出的噪音时的不适。

图10所示的曲线图表示在操作中的旋转电机上测量的数据，其与图9中测量的类似，但其另外包括固定到转子105以与其一起旋转的板170，该板170包括多个轴向突出部。

图10示出了对应于曲线525所示的谐波8的噪音的减少以及由曲线520所示的包括板170的电机10发出的总噪音的降低。

在一些实施例中，如前所述的空气冷却系统可以与另一个冷却系统、特别是水或油冷却系统相组合。例如，其中一个通风轴承可以包括凹部，流体在凹部中循环以冷却定子主体196的凹部。在另一个例子中，旋转电机可以包括凹部，流体在该凹部中循环以冷却所述机器的电子单元194。该凹部例如可以布置于被容纳在电子单元194中的散热器内。作为替代，所述凹部可以布置在最靠近电子单元194的轴承中。

本发明特别适合用于机动车辆交流发电机或可逆机器的转子领域，但它也可以应用于任何类型的旋转机器。

Claims (15)

1.用于机动车辆的旋转电机(10)，所述旋转电机包括转子(105)和外壳(110)，所述外壳(110)至少部分地限定封壳(125)，所述转子(105)安装在所述封壳(125)中以围绕轴线(X)旋转，所述旋转电机(10)的特征在于，所述旋转电机包括单个风扇(130)，所述风扇(130)固定到所述转子(105)以与所述转子(105)一起旋转，并且所述外壳(110)包括两个通风轴承(135,150)：

第一轴承，所述第一轴承包括至少一个空气进口(140,145)，和

第二轴承，所述第二轴承包括至少一个径向空气出口(160)，

使得所述风扇(130)在所述封壳(125)内产生强制的冷却空气流，以使该空气流从所述第一轴承的所述空气进口(140、145)循环到所述第二轴承的所述径向空气出口(160)。

2.根据权利要求1所述的旋转电机(10)，其特征在于，所述旋转电机还包括定子(192)，所述定子(192)包括定子主体(196)和电绕组，所述电绕组在所述定子主体中在轴向上延伸，并且在所述定子主体的两侧上延伸以形成绕组端部(197、198)，并且所述绕组端部至少部分地沿径向布置在所述第二轴承的径向开口(160)和所述风扇(130)之间。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机(10)，其中，所述第一轴承包括至少一个径向空气进口(145)。

4.根据权利要求1或2所述的旋转电机(10)，其中，所述第一轴承包括至少一个轴向空气进口(140)。

5.根据权利要求1或2所述的旋转电机(10)，其中，所述第一轴承包括至少一个轴向空气进口(140)和至少一个径向空气进口(145)。

6.根据先前权利要求中任一项所述的旋转电机(10)，其中，所述第二轴承还包括至少一个轴向空气进口，使得所述风扇(130)在所述封壳(125)内产生另一强制的冷却空气流，以使该另一个空气流从所述第二轴承的所述轴向空气进口循环到所述第二轴承的所述径向空气出口。

7.根据先前权利要求中任一项所述的旋转电机(10)，其中，所述风扇(130)是离心式风扇。

8.根据先前权利要求中任一项所述的旋转电机(10)，其中，所述第一轴承对应于所述旋转电机(10)的前轴承(135)，并且其中所述第二轴承对应于所述机器的后轴承(150)。

9.根据先前权利要求中任一项所述的旋转电机(10)，其中，所述旋转电机还包括固定到所述转子(105)且随着所述转子(105)旋转的板(170)，所述板(170)包括多个轴向突出部(175)。

10.根据先前权利要求所述的旋转电机(10)，其中，所述板(170)的厚度小于4mm。

11.根据权利要求9或10中任一项所述的旋转电机(10)，其中，所述轴向突出部(175)通过在所述板(170)的外部周界上挤压成型而形成。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的旋转电机(10)，其中，所述突出部(175)的数目严格地大于所述旋转电机的转子(105)的电极对的数目。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的旋转电机(10)，其特征在于，所述旋转电机还包括安装在所述封壳(125)外的电子单元(194)。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的旋转电机(10)，其特征在于，所述旋转电机还包括具有液态流体的冷却系统，所述液态流体例如是水。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的旋转电机(10)，所述旋转电机形成交流发电、交流起动机或可逆机器。