CN109690919A - 用于旋转电机的转子的风扇 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机的转子，所述旋转电机尤其用于机动车辆，所述转子包括：‑转子主体；‑至少一个风扇(25,26)，其安装在所述转子本体上，所述风扇包括基部(37)和从所述基部突出地延伸的多个叶片(39)，每个叶片有：‑外径向端部(40)，‑第一轴向端部(42)和与所述第一端部轴向相对的第二轴向端部(43)，所述第一轴向端部与所述基部连续地延伸，‑第一轴向端部和外径向端部之间的第一连接部分(44)，‑第二轴向端部和外径向端部之间的第二连接部分(45)，其特征在于，第一连接部分和第二连接部分中的至少一个具有成圆形状。

Description

用于旋转电机的转子的风扇

技术领域

本发明特别涉及用于旋转电机的转子的风扇。

背景技术

本发明在旋转电机领域中具有特别有利的应用，诸如交流发电机、交流发电机-起动器或可逆电机。可以回想起，可逆电机是能够以可逆方式工作的旋转电机，一方面作为交流发电机功能的发电机，另一方面作为例如用于起动机动车辆的热力发动机的电马达。

旋转电机包括围绕轴线旋转可动的转子和围绕转子的固定定子，转子-定子组件安装在轴承中。在交流发电机模式中，当转子旋转时，它向定子感应磁场，定子将该磁场转换成电流以为车辆的耗电器供电并为电池再充电。在马达模式中，定子是被供电的并且感应出驱动转子旋转的磁场。

风扇安装在转子上并具有在旋转电机内部产生空气流通的功能，以冷却所述机器的最热的活动部件。特别是，风扇可允许冷却功率电子器件、轴承、转子绕组和定子绕组。

当前的风扇由相对于机器的轴线径向延伸的基部和多个叶片形成，所述多个叶片通常在轴向方向上从基部突出。这些叶片具有矩形形状。该矩形形状由第一轴向端部和第二轴向端部以及内径向端不和外径向端部限定；内径向端部最靠近机器的轴线，第一轴向端部与风扇基部连续地延伸。每个叶片则在第二轴向端部和外径向端部之间具有连接部分。

叶片的连接部分的大部分是楔形的，即它们形成大致矩形的角度。在旋转电机的某些配置中，一些叶片在其连接部分处可具有平台形式的倒角。该倒角主要具有平衡风扇的功能。另外，一般来说，这种倒角是在设计风扇时设置的，这种风扇自然是平衡的。

这种风扇产生的噪音水平会干扰机动车辆使用者的舒适性。

发明内容

本发明旨在避免现有技术的缺点。

因此，本发明旨在允许减小由旋转电机的风扇产生的空气动力学噪音，同时保持所述机器的良好冷却水平。

为此目的，本发明因此涉及一种用于旋转电机的转子，所述旋转电机尤其用于机动车辆。根据本发明，转子包括：

-转子本体；

-至少一个风扇，其安装在转子本体上，所述风扇包括基部和从基部突出地延伸的多个叶片，每个叶片具有：

-外径向端部，

-第一轴向端部和与所述第一端部轴向相对的第二轴向端部，所述第一轴向端部与基部连续地延伸，

-第一轴向端部和外径向端部之间的第一连接部分，

-第二轴向端部和外径向端部之间的第二连接部分。

此外，根据本发明，第一连接部分和第二连接部分中的至少一个具有成圆形状。

至少一个连接部分具有成圆形状使得可以通过减小不同元件之间的距离来减少风扇和定子之间的相互作用以及风扇和旋转电机的轴承之间的相互作用。

这也使得可以减少风扇产生的气流在叶片出口处的扰动，从而有助于提高冷却效率，也就是说，对于风扇入口处的相同的气流，出口处的气流增加。

因此，风扇产生的整体空气动力学噪声减小，而不影响旋转电机的冷却。特别地，诸如与转子的极对的数量相关的谐波的某些谐波不再相对于其他谐波具有任何出射。因此可以减少机动车辆用户可以听到的噪音。

成圆形状是指曲线的形式。换句话说，第一连接部分和第二连接部分中的至少一个具有相对于转子的轴线凸出的形式，即隆起的形式。换句话说，第一连接部分和第二连接部分中的至少一个没有尖锐边缘。这种成圆形式与倒角不同。

根据一个实施例，叶片设置在基部的外周边上。

根据一个实施例，连接部分在大于基部的轴向厚度的横向长度上延伸。横向长度由在叶片在平行于所述叶片的平面中的投影中所获得的内径向端部和外径向端部之间的距离限定。这简化了风扇的生产过程。

根据一个实施例，连接部分在大于或等于叶片总长度的10％的横向长度上延伸。

根据一个实施例，连接部分在大于基部的轴向厚度的轴向高度上延伸。高度由在叶片在平行于所述叶片的平面中的投影中所获得的第一轴向端部和第二轴向端部之间的距离限定。这同样简化了风扇的生产过程。

根据一个实施例，连接部分在大于或等于叶片总高度的10％的轴向高度上延伸。

根据一个实施例，连接部分具有横向长度和轴向高度，所述长度不同于所述高度。例如，长度大于高度。在另一个例子中，长度小于高度。

根据替代实施例，连接部分的横向长度等于其轴向高度。

根据一个实施例，第一连接部分和第二连接部分具有成圆形状。

根据一个实施例，每个成圆形状由半径和至少一个中心限定，第一连接部分的成圆形状的半径和/或至少一个中心分别不同于第二连接部分的成圆形状的半径和/或至少一个中心。

在一个变型中，第一连接部分的半径和至少一个中心分别与第二连接部分的半径和至少一个中心相同。

在一个实施例中，外径向端部由点形成。

根据一个实施例，叶片还具有在第二轴向端部和内径向端部之间的第三连接部分，所述内径向端部更靠近转子的轴线，第三连接部分具有成圆形状。

根据一个实施例，每个成圆形状由半径和至少一个中心限定，第三连接部分的成圆形状的半径和/或至少一个中心分别不同于第一连接部分的成圆形状的半径和/或至少一个中心以及第二连接部分的成圆形状的半径和/或至少一个中心。

作为变型，所有连接部分的半径和中心可以相同，以形成弧形或椭圆形的一部分。

根据一个实施例，同一风扇的至少一半叶片，特别是至少80％的叶片具有第一连接部分和第二连接部分中的具有成圆形状的至少一个连接部分，

根据一个实施例，同一风扇的所有叶片具有第一连接部分和第二连接部分中的具有成圆形状的至少一个连接部分。

根据一个实施例，同一风扇的所有叶片具有相同的形状。替代地，同一风扇的叶片可具有不同的形状。

根据一个实施例，同一风扇的所有叶片具有成圆形状的第一连接部分、第二连接部分和第三连接部分。

根据一个实施例，风扇包括至少部分地在叶片上延伸的加强肋，游隙设置在第一连接部分和所述肋之间。因此，肋不在第一连接部分上延伸。

根据一个实施例，游隙特别地大于基部的轴向厚度。

在一个实施例中，从基部朝向叶片在所述叶片的侧向面处测量的角度在40°至140°的范围内，侧向面在两个轴向端部之间延伸。

例如，叶片相对于轴向方向倾斜。在另一个例子中，叶片基本上垂直于基部轴向延伸，也就是说，所述角度基本上等于90°。

根据一个实施例，叶片在内径向端部和外径向端部之间沿直线延伸。

作为变型，叶片可以在内径向端部和外径向端部之间沿着相对于转子轴线凹入的曲线延伸。

在另一变型中，叶片可以在内径向端部和外径向端部之间沿着相对于转子轴线凸出的曲线延伸。

根据一个实施例，叶片与基部一体地制成。

根据一个实施例，风扇是离心式的。

根据一个实施例，每个轴承包括面对风扇的一部分的轴向空气入口开口和面对与绕组相关的髻状部的径向空气出口开口。

本发明还涉及一种旋转电机。旋转电机可以有利地形成交流发电机、交流发电机-起动器或可逆电机。

附图说明

通过阅读以下对本发明的非限制性实施例的详细描述和查阅附图，可以更好地理解本发明。在附图中：

图1示意性地和部分地示出了根据本发明实施例的旋转电机的剖视图；

图2示意性地和部分地示出图1的风扇的透视图；

图3至7示意性地和部分地示出了根据现有技术和根据本发明的各种实施例的风扇叶片的截面；

图8示出了表示针对不同风扇配置根据旋转速度的旋转电机的总体噪声水平的几条曲线；

图9示出了表示针对不同风扇配置根据旋转速度而与旋转电机的转子极对的数量相关的谐波的噪声水平。

具体实施方式

相同、相似或类似的元件从一个图到另一个图保留相同的参考。

将在下文中描述的实施方式绝非限制性的；尤其可以构想本发明的这样的变型：这些变型仅包括孤立于其它所描述特征的、以下所描述特征中的选集(une sélection)，如果该特征选集足以相对于现有技术提供技术优点或区别本发明。特别地，所描述的所有变型和所有实施方式都可以相互组合，如果技术方面不存在对该组合的阻碍。在这种情况下，将在本说明书中提及。

图1示出旋转电机10，其是紧凑的并且是多相的，特别是用于机动车辆。该旋转电机10以交流发电机模式将机械能转换成电能，并且可以在马达模式操作以将电能转换成机械能。该旋转电机10例如是交流发电机、交流发电机-起动器或可逆电机。

旋转电机10包括壳体11。在该壳体11内，它还包括轴13、与轴13旋转联结的转子12和围绕转子12的定子15。转子12的旋转运动围绕轴线X进行。

在本说明书的其余部分中，命名轴向、径向、外部和内部参考在其中心穿过轴13的轴线X。轴向方向对应于轴线X，而径向取向对应于与轴线X相交、特别是垂直的平面。对于径向方向，命名外部或内部相对于相同的轴线X判断，命名内部对应于朝向轴线取向的元件，或者相对于第二元件更靠近轴线的元件，命名外部指远离轴线。

在该示例中，壳体11包括组装在一起的前轴承16和后轴承17。这些轴承16、17具有中空形式并且每个都在中心承载有相应的滚珠轴承18、19，用于轴13的旋转安装。

带轮20固定在轴13的前端部上，在前轴承16处，例如借助于支承在该带轮的腔的底部上的螺母。该带轮20允许将旋转运动传递到轴13。

轴13的后端部在此承载属于集电极22的滑环21。属于电刷架24的刷23布置成在滑环21上摩擦。电刷架24连接到电压调节器(未示出)。

前轴承16和后轴承17还可包括用于空气通过的基本上侧向的开口，以允许通过在转子12的前脊面上(即在前轴承16处)的前风扇25和在转子的后脊面上(即在后轴承17处)的后风扇26的旋转所产生的空气流通来冷却旋转电机。

在该示例中，转子12是爪式转子。它包括形成转子主体的两个极轮31。每个极轮31由凸缘32和形成磁极的多个爪33形成。凸缘32具有横向取向并且具有例如大致环形的形状。该转子12还包括圆柱形芯34，其轴向插置在极轮31之间。这里，该芯34由两个半芯形成，每个半芯属于一个极轮。转子12在芯34和爪33之间包括线圈35，线圈35在此包括绕组毂和在该毂上的电绕组。例如，属于集电极22的滑环21通过引线键合连接到所述线圈35。转子12还可以包括插置在两个相邻的爪33之间的磁性元件。

在该示例性实施例中，定子15包括设置有凹口的叠片形式的主体27，凹口例如是半封闭或开放式凹口，其配备有用于安装电绕组28的凹口绝缘体。该绕组28穿过主体27的凹口，并在定子主体的两侧形成前髻状部29和后髻状部30。绕组28例如以星形或三角形连接。

此外，绕组28由一个相或多个相形成。每个相包括至少一个导体，该至少一个导体穿过定子主体27的凹口并且与所有相一起形成髻状部。绕组28电连接到电子组件36。

电子组件36包括至少一个电子功率模块，其允许操控绕组28的相。该功率模块形成电压整流桥，用于将交流发电机10产生的交流电压转换为直流电压，特别是为电池和车载网络供电。

当电绕组从电刷被供电时，转子被磁化并成为起感应的转子，在爪处形成南-北磁极。当轴旋转时，起感应的转子在定子中产生交流感应电流。整流器桥然后将该交流感应电流转换成直流电流，特别是为机动车的车载网络的负载和消耗器供电以及为其电池再充电。

风扇25、26的功能是产生冷却流体的流通，冷却流体在这种情况下为空气，用于冷却旋转电机10的最热的活动部件。这些热部件例如是电子组件36的二极管或晶体管，轴承18、19，转子的线圈35或定子的绕组28。

在轴承11中设置不同的开口以允许空气流的流通。例如，每个轴承16、17包括面对风扇的一部分的轴向空气入口开口和面对与绕组28相关的髻状部的径向空气出口开口。

如图2的示例中所述，每个风扇25、26包括呈环形板形式的基部37，其基本上是平坦的并具有横向取向。基部37设有圆形中心开口38，用于转子轴13的通过。每个风扇25、26还包括一系列相对于基部37轴向突出的叶片39。优选地，叶片设置在基部37的外周边上。因此，叶片形成向外扩散的通风通道。

每个叶片39具有外径向端部40和内径向端部41。径向端部是叶片的相对于基部37突出地延伸的端部，内径向端部41是最靠近中心开口38的端部。

此外，每个叶片39具有第一轴向端部42和与所述第一端部轴向相对的第二轴向端部43。轴向端部是叶片的在基本平行于基部37的方向上延伸的端部，第一轴向端部42与基部37连续地延伸，也就是说第一轴向端部42与基座37接触。更确切地，第一轴向端部37与基部37的面对转子的面连续地延伸。

另外，每个叶片39具有不同的连接部分：第一轴向端部42和外部径向端部40之间的第一连接部分44，第二轴向端部43和外径向端部40之间的第二连接部分45，第二轴向端部43和内径向端部41之间的三连接部分46。

图3示出了现有技术的叶片。该叶片具有形状为直角的连接部分。叶片则具有矩形整体形状。

图4、5、6和7示出了本发明的各种实施例。

图4示出了第一实施方式。在该第一方式中，第二连接部分45具有成圆形状，也就是说，第二轴向端部43和外径向端部40之间的连接是通过曲线而不再是直角实现。

优选地，连接部分在大于基部37的轴向厚度E的横向长度L2上延伸。

优选地，连接部分在大于基部37的轴向厚度E的轴向高度H2上延伸。

长度和高度分别由在平行于叶片的平面的投影中获取的内径向端部和外径向端部之间以及第一轴向端部和第二轴向端部之间的距离限定。

优选地，连接部分在大于或等于叶片39的总长度L1的10％的横向长度L2上延伸。类似地，连接部分在大于或等于叶片39的总高度H1的10％的高度H2上延伸。

在图4的示例中，第二连接部分45的长度L2等于总长度L1的一半。仍然在该示例中，第二连接部分45的高度H2等于总高度H1的一半。

图5示出了第二实施方式。在该第二方式中，第一连接部分44具有成圆形状，也就是说，第一轴向端部42和外径向端部40之间的连接是通过曲线而不再是直角实现。

在图5的示例中，第一连接部分44的长度L2等于总长度L1的40％。仍然在该示例中，第一连接部分44的高度H2等于总高度H1的60％。

图6示出了第三实施方式。在该第三方式中，第一连接部分44和第二连接部分45分别具有成圆形状。在该示例中，第一连接部分44的长度L2等于总长度L1的一半。仍然在该示例中，第一连接部分44的高度H2等于总高度H1的一半。另外，第二连接部分45的长度L2等于总长度L1的70％，第二连接部分45的高度H2等于总高度H1的一半。

成圆形状由半径和至少一个中心限定，半径从该至少一个中心限定。在图6所示的示例中，第一连接部分44的半径和/或中心分别不同于第二连接部分45的半径和/或中心。两个连接部分弯曲部之间没有对称性。

替代地，如图7所示，第一连接部分44的半径和中心分别与第二连接部分45的半径和中心相同。连接部分44、45则可以形成椭圆形部分或弧形。

在该示例以及图6的示例中，外径向端部40是一个点。

此外，在图7的示例中，第三连接部分46具有成圆形状，也就是说，第二轴向端部43和内径向端部41之间的连接通过曲线实现。

在该示例中，第三连接部分46的半径和/或中心分别不同于第一连接部分44的半径和/或中心和/或第二连接部分45的半径和/或中心。

作为变型，所有连接部分44、45、46的半径和中心可以相同，以形成弧形或椭圆形部分。

在不脱离本发明的范围的情况下，对于不同的方连接部分44、45、46，长度L2相对于总长度L1之间的比率和高度H2相对于总高度H1之间的比率的所有组合都是可行的，以优化低水平的空气动力学噪声和良好的冷却水平之间的折衷。

因此，连接部分44、45、46可以具有与其轴向高度H2不同的横向长度L2。例如，长度L2大于高度H2。在另一个示例中，长度L2小于高度H2。另外，在替代实施例中，长度L2可以等于高度H2。

优选地，同一风扇25、26的所有叶片39具有带有成圆形状的第一连接部分44和第二连接部分45中的至少一个。优选地，所有叶片39包括具有相同的成圆形状的连接部分，其具有相同的弯曲形状。换句话说，同一风扇25、26的叶片39彼此相同。

在一个替代实施例中，同一风扇25、26的叶片39对于某些所述部分可以由于曲率或非成圆连接部分而具有不同的形状。

在示例性实施例中，前风扇25的叶片39与后风扇26的叶片39相同。在一个变型中，前风扇25的叶片39与后风扇26的叶片39不同。

如图2所示，风扇25、26可包括加强肋47。这些肋47可以同时在基部37上和叶片39上延伸。优选地，连接部分44、45、46的成圆形状不在肋上延伸。优选地，第一连接部分44邻近加强肋47延伸。

优选地，从基部37朝向叶片39在叶片的侧向面处测量的角度在40°至140°的范围内，侧向面在两个轴向端部42、43之间延伸。例如，叶片39相对于轴向方向倾斜。在另一个例子中，叶片39基本上垂直于基部轴向延伸，也就是说，所述角度基本上等于90°。

优选地，叶片39在内径向端部41和外径向端部40之间沿直线延伸。作为变型，叶片39可以在内径向端部41和外径向端部40之间沿着相对于基部37凹入的曲线延伸。在另一变型中，叶片39可以在内径向端部41和外径向端部40之间沿着相对于基部37凸出的曲线延伸。

优选地，内径向端部41不与外径向端部40径向相对。因此，叶片39相对于横向于轴线X的轴线倾斜。

每个风扇25、26可包括一至五十九个叶片39。前风扇25和后风扇26可具有不同数量的叶片。

叶片39例如以规则的方式成角度地分布。作为变型，叶片39不以规则方式成角度地分布，也就是说，两个连续叶片之间的周向间隔不相等。

另外，一些叶片39可具有与同一风扇25、26的其他叶片39不同的总长度L1和/或总高度H1。这里的叶片径向地具有大于其轴向高度H1的长度L1。

优选地，风扇25、26由钢制成。

优选地，叶片39与基部37一体地制成。

优选地，每个风扇25、26由具有确定形状的切割板形成，随后在该切割板上将部分折叠以形成叶片39。因此，在将其折叠之前形成叶片39的成圆形状。

然后将如此形成的每个风扇25、26固定在转子12上，例如通过点焊或激光类型的焊接、通过螺纹连接或铆接或以任何其他方式固定。

角度分度器件可以干预风扇25、26的良好角度位置，从而干预叶片39的良好取向。

如尤其在图2中可以看到的，每个风扇25、26可以包括凸缘48，凸缘48从开口38轴向突出地延伸并且允许风扇相对于轴13对中。

优选地，每个风扇25、26与所涉及的极轮31接触。此接触是直接或间接联系。在间接接触的情况下，诸如涂层或层的器件可以至少局部地插置在所涉及的极轮31和风扇25、26之间。

优选地，每个风扇25、26是离心式的。作为变型，每个风扇25、26可以例如是轴向或轴向离心类型。

图8示出了表示旋转电机10根据其旋转速度的总噪声水平的第一曲线81、第二曲线82和第三曲线83。第一曲线81针对这样的风扇，其叶片39不具有成圆形状，如图3所示。因此，第一曲线81示出了现有技术的旋转电机。第二曲线82针对这样的风扇，其叶片39具有成圆形状的第一连接部分44，如图5所示。第三曲线83针对这样的风扇，其叶片39具有成圆形状的第一连接部分44、第二连接部分45和第三连接部分46，如图7所示。

可以看出，噪声水平在第二曲线82上相对于第一曲线81减小，并且在第三曲线83上甚至更小。因此，这种旋转电机具有降低的空气动力噪声。

图9示出了表示与旋转电机10根据其旋转速度与转子磁极对的数量相关的谐波的噪声水平的第一曲线91、第二曲线92和第三曲线93。例如，在具有6个极对的机器的情况下的谐波6。第一曲线91针对这样的风扇，其叶片39不具有成圆形状，如图3所示。因此，第一曲线91示出了现有技术的旋转电机。第二曲线92针对这样的风扇，其叶片39具有成圆形状的第一连接部分44，如图5所示。第三曲线93针对这样的风扇，其叶片39具有具有成圆形状的第一连接部分44、第二连接部分45和第三连接部分46，如图7所示。

可以看出，与转子磁极对数量相关的谐波的噪声水平在第二曲线92上相对于第一曲线91减小，并且在第三曲线93上甚至更小。因此，这种旋转电机具有降低的这种谐波的噪声水平以及所述谐波相对于其他谐波的减少了的出射。

本发明特别适用于交流发电机或可逆电机的转子领域，但它也适用于任何类型的旋转机器。

当然，前面的描述仅作为示例给出，并不限制本发明的范围，不能通过用任何其他等同物替换各种元件来超出本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于旋转电机的转子，所述旋转电机尤其用于机动车辆，所述转子包括：

转子本体；

至少一个风扇(25，26)，其安装在所述转子本体上，所述风扇包括基部(37)和从所述基部突出地延伸的多个叶片(39)，每个叶片(39)具有：

外径向端部(40)，

第一轴向端部(42)和与所述第一端部轴向相对的第二轴向端部(43)，所述第一轴向端部从所述基部(37)连续地延伸，

所述第一轴向端部(42)和所述外径向端部(40)之间的第一连接部分(44)，

所述第二轴向端部(43)和所述外径向端部(40)之间的第二连接部分(45)，

所述转子(12)的特征在于，所述第一连接部分(44)和所述第二连接部分(45)中的至少一个具有成圆形状。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述连接部分(44，45)在大于所述基部(37)的轴向厚度(E)的横向长度(L2)上延伸。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述连接部分(44，45)在大于所述基部(37)的轴向厚度(E)的轴向高度(H2)上延伸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子，其特征在于，连接部分(44，45)具有横向长度(L2)和轴向高度(H2)，所述长度(L2)不同于所述高度(H2)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的转子，其特征在于，所述第一连接部分(44)和所述第二连接部分(45)具有成圆形状。

6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，每个成圆形状由半径和至少一个中心限定，所述第一连接部分(44)的成圆形状的半径和/或所述至少一个中心分别不同于所述第二连接部分(45)的成圆形状的半径和/或所述至少一个中心。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的转子，其特征在于，叶片(39)还具有在所述第二轴向端部(43)和内径向端部(41)之间的第三连接部分(46)，所述内径向端部更靠近所述转子(12)的轴线，所述第三连接部分(46)具有成圆形状。

8.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，每个成圆形状由半径和至少一个中心限定，所述第三连接部分(46)的成圆形状的半径和/或所述至少一个中心分别不同于所述第一连接部分(44)的成圆形状的半径和/或所述至少一个中心以及所述第二连接部分(45)的成圆形状的半径和/或所述至少一个中心。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的转子，其特征在于，所述风扇(25，26)包括至少部分地在所述叶片(39)上延伸的加强肋(47)，在所述第一连接部分(44)与所述肋(47)之间设置游隙，所述游隙尤其大于所述基部(37)的轴向厚度。

10.一种旋转电机，包括根据权利要求1至9中任一项所述的转子，所述旋转电机形成交流发电机或交流发电机-起动器或可逆电机。