CN112042080A - 机器的优化冷却的壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造在电动旋转机器(M、MG)的壳体(1)的表面上的冷却结构体的方法。在将至少一个预设区域空置的情况下，通过增材制造法将至少一种材料逐层地施加到壳体(1)的表面上。通过施加材料来形成至少两个凸起件(4、41、42、43、6)，其中，通过将预设区域空置来形成冷却通道(3、31)。凸起件被构造为至少在两个凸起件之间形成冷却通道。本发明还涉及以该方法制造的冷却结构体(K)、壳体(1)和电动机器(M、MG)。

Description

机器的优化冷却的壳体

技术领域

本发明涉及一种用于制造在电动旋转机器的壳体的表面上的冷却结构体的方法。

背景技术

在空气冷却的电动旋转机器、尤其是电动机中，热量与气流一起在尽量大的壳体表面上散发。为此，使用具有冷却肋片的壳体。

然而，这种壳体仅在大量制造时才是经济的。另外，在生产中不能灵活地匹配客户的不同环境条件。

发明内容

因此，本发明的目的在于改进这种生产。

该目的通过根据权利要求1的方法实现，也就是通过一种用于制造在电动旋转机器的壳体的表面上的冷却结构体的方法实现，该电动旋转机器被设计为具有自冷却装置的永磁同步电机，该自冷却装置使用空气作为冷却剂，其中，在将至少一个预设区域、优选多个预设区域空置的情况下，通过增材制造法将至少一种材料逐层地施加到壳体的表面上，其中，通过施加材料来形成至少两个凸起件，其中，通过将预设区域空置来形成冷却通道，其中，凸起件被构造为至少在两个凸起件之间形成冷却通道。

此外，该目的通过根据权利要求10的冷却结构体来实现，即通过一种电动旋转机器的壳体的表面上的、通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法制造的冷却结构体来实现。

另外，该目的通过根据权利要求11的壳体实现，即通过具有根据权利要求10所述的冷却结构体的壳体来实现。

另外，该目的通过根据权利要求14的电动旋转机器实现，即通过具有根据权利要求11至13中任一项所述的壳体的电动旋转机器来实现。

根据本发明的方法优选地用于制造在自冷却的电动旋转机器(特别是马达)的壳体的表面上的冷却结构体。但是，该方法也可以用于自冷却和外部冷却的机器、特别是外部通风的机器。

本发明通过对流和/或辐射来促进冷却。

流体被优选用作冷却剂。可以使用气体(例如空气)或液体(例如水或水与乙二醇的混合物)。

冷却结构体有利地形成在伺服马达的壳体的表面上。

冷却结构体优选地导致壳体的表面积增加，由此可以更好和更快地散热。冷却剂流过冷却通道并排导热量。

由从属权利要求得出其他有利的实施方式。

在本发明的有利实施方式中，增材制造法是MPA法(金属粉末施加法)。

这对于小批量生产的电动旋转机器是特别有利的。

如果壳体是铝压铸的，则可以减少高昂的工具成本。但是，也存在如下的可能性，即大量制造的标准壳体通过增材制造法来修改。例如，可以用实现有效的外部通风的方式来修改自冷却的机器、尤其是伺服马达。这实现了成本优势。

在MPA法(金属粉末施加法)中，主要气体、优选水蒸气在拉瓦尔喷嘴中被加速。在拉瓦尔式喷射点之前不远处注入粉末颗粒。粉末颗粒被加速到超音速，并撞击到基材或组件上。粉末颗粒的高动能在撞击时转化为热量，导致颗粒粘附。由于粉末颗粒没有熔化，因此仅将少量能量引入到组件中。通过MPA法，多个喷嘴可以同时施加不同的粉末颗粒。这样，也可以创建具有至少两种不同材料的组件。

但是，其他的增材制造法也是可能的。例如，增材制造法是3D金属打印工艺(3DMP)、增材电弧焊工艺、激光施加焊接工艺、等离子粉末施加焊接工艺、DMD工艺(直接金属沉积)或LMD工艺(激光金属沉积)。

增材工艺的优点是可以设计成全自动运行。这实现了过程可靠的工艺。此外，增材工艺的优点在于，小批量和/或原型尤其可以在考虑到变化的几何形状的情况下被灵活且快速地制造。

铝或铜或其合金优选用作增材制造的材料。

铜的优点在于具有高的热导率，因此可以快速而有效地散热。因此，当必须长距离传导热量时，铜具有优势。

另一方面，铝是便宜的。壳体优选也具有铝，从而不发生材料过渡。

在本发明的另一有利的设计方案中，凸起件被构造为使得凸起件至少基本上沿机器轴线的方向延伸。

凸起件优选地被构造为肋片或冷却肋片，其至少基本上沿机器轴线的方向延伸。这确保了冷却剂通过形成在两个冷却肋片之间的冷却通道快速散热。

然而，这些凸起件也可以被构造为冷却肋片，该冷却肋片被构造成处于在0°与180°之间、优选地在80°与100°之间的角度。

在本发明的另一有利的设计方案中，凸起件被构造为使得凸起件从机器的轴向前端延伸至机器的轴向后端。

在本发明的另一有利的设计方案中，凸起件被构造为平行于机器轴线延伸的肋片。

在本发明的另一有利的设计方案中，凸起件被构造为波浪形肋片或螺旋形肋片。

波浪形肋片的优点是气流沿肋片形成涡流。在此，到湍流的热传递比到层流的热传递更有效。

螺旋形肋片有利地成形为多重螺纹。

特别地，波浪形或螺旋形肋片的生产不能通过常规方法(例如压铸)来实现，但是能通过根据本发明的方法实现。

在本发明的另一有利的实施形式中，凸起件构造为销钉，至少两个销钉优选至少基本上沿机器轴线的方向成排地布置成销钉排。

这引起气流的涡流及壳体表面的扩大。同时与肋片相比节省了材料。

在本发明的另一有利的设计方案中，参照圆周方向彼此相对的两个销钉排的销钉正对地或交错地布置。

在本发明的另一有利的设计方案中，形成具有至少一个沿圆周方向的突出部和/或至少一个沿逆圆周方向的突出部的至少一个凸起件、特别是肋片。有利的是，逆圆周方向与圆周方向相反。

该设计方案导致壳体表面的扩大，通过该扩大可以最佳地散发热量。

在本发明的另一有利的设计方案中，所描述的冷却结构体形成在壳体上。在本发明的另一有利的设计方案中，壳体被罩盖包围。

在本发明的另一个有利的设计方案中，罩盖通过增材制造法来制造。

有利的是，使用上面已经提到的增材制造法来制造该罩盖。

本发明提供的优点在于，根据机器的尺寸、冷却的类型、要散发的热量和/或所使用的材料、特别是壳体所使用的材料，可以最佳地匹配冷却结构体。

本发明还提供了如下优点，即来自电动旋转机器(特别是来自绕组和叠片铁心)的热量是通过使壳体表面积增大的凸起件从电机中导出，并通过由流体(尤其是空气)穿流的冷却通道进行散热。

通过根据本发明的方法，冷却结构体可以快速且廉价地匹配客户的特定要求或环境条件。

例如，根据应用区域的不同，可以将凸起件设置得更厚或更薄。冷却通道可以在多尘的使用区域中例如光滑且低堵塞地构造，在腐蚀性环境影响下可以被精加工。

此外，可以使用不同材料来形成凸起件。另外，可以使用材料混合物或可以在凸起件中实现材料梯度变化。

也可以轻松实现用于减少振动和噪声的旁路。

附图说明

在下文中，使用附图中所示的实施例更详细地描述和解释本发明。附图示出：

图1示出了用于制造在电动旋转机器的壳体的表面上的冷却结构体的方法的流程，

图2示出了具有冷却结构体K和罩盖的电动旋转机器的十字形壳体的设计方案的横截面，

图3示出了具有冷却结构体和罩盖的电动旋转机器的圆形壳体的另一设计方案的横截面，

图4示出了具有冷却结构体和增材制造的罩盖的电动旋转机器的十字形壳体的另一设计方案的横截面，

图5示出了具有冷却结构体和增材制造的罩盖(冷却结构体包括肋片和T形肋片)的电动旋转机器的十字形壳体的另一设计方案的横截面，

图6示出了具有冷却结构体和增材制造的罩盖(冷却结构体包括L型肋片)的电动旋转机器的十字形壳体的另一设计方案的横截面，

图7示出了具有带平行设计的肋片的壳体的电动旋转机器的设计方案的视图，

图8示出了具有带波浪形肋片的壳体的电动旋转机器的设计方案的视图，以及

图9示出具有带销钉的壳体的电动旋转机器的设计方案的视图。

具体实施方式

图1示出了用于制造在电动旋转机器的壳体的表面上的冷却结构体的方法的流程。

在方法步骤S1中，提供电动旋转机器的壳体。在方法步骤S2中，在将至少一个预设区域、优选多个预设区域空置的情况下，施加一层材料，优选施加铝。通过逐层地施加材料来形成凸起件，因此优选施加另外的层。

“F？”表示问题，即是否已如预期那样形成了凸起件。如果不是(以n表示)，则在方法步骤S2中施加另一层材料。

如果是(用j表示)，则在方法步骤S3中完成了壳体表面的冷却结构体。无需施加另一层材料。

此外，还可以实现对施加的凸起件的切削加工、例如钻螺纹孔。

图2示出了具有冷却结构体K和罩盖2的电动旋转机器M的十字形壳体1的实施例的横截面。壳体1在图中被设计为十字形。然而，其他壳体形状也是可能的。

在壳体1的表面上形成有凸起件，该凸起件通过图1中描述的增材制造法形成。在该图中，这些凸起件被设计为肋片4，其用于扩大壳体1的表面。在两个肋片之间设有冷却通道3，流体可以流过该冷却通道以进行冷却。冷却通道3优选地被空气穿流。沿着圆周方向U以限定的间隔形成肋片4。

肋片4优选地至少基本上沿机器轴线的方向延伸。肋片4优选平行于机器轴线地引导。肋片4优选地从机器M的轴向前端延伸至机器M的轴向后端。

该图还示出了罩盖2，该罩盖借助于紧固装置B、例如螺丝固定到壳体1上。

图3示出了具有冷却结构体K和罩盖2的电动旋转机器M的圆形壳体11的实施例的另一横截面。与图2不同，壳体11在图中是圆形的。

图4示出了具有冷却结构体K和增材制造的罩盖5的电动旋转机器M的十字形壳体1的设计方案的另一横截面。增材制造的罩盖5具有以下优点，即由于其连接到壳体，所以可以更好地散热，并且因此散热效率更高。在增材制造法中，增材制造的罩盖5有利地逐层地施加到壳体的表面上。

图5示出了带有冷却结构体和增材制造的罩盖5的电动旋转机器M的十字形壳体1的实施例的另一横截面。冷却结构体K包括肋片4和T形肋片6(具有沿圆周方向U的突出部和沿逆圆周方向的突出部)。

T形肋片提供了的扩大的表面积延展(例如大于销钉的情况)。

T形肋片6优选地连接至罩盖51，以便优化振动和噪声。这还具有以下优点，即冷却通道31被设计为彼此分开的，并且例如不同的流体可以流过它们(例如空气流过第一冷却通道而水流过第二冷却通道)，或者流体可以以不同的方向流过它们。

图6示出了具有冷却结构体K和增材制造的罩盖5的电动旋转机器M的十字形壳体1的实施例的另一横截面。冷却结构体K包括L形肋片41，L形肋片41提供了扩大的表面积延展(例如大于普通肋片的情况)。

该图还示出了罩盖5的另一实施例，即罩盖5不仅延伸到壳体1的边缘(见图4)，还沿着壳体1构造。

图7示出了具有带平行设计的肋片4的壳体MG的电动旋转机器的实施例的视图。在该图中，肋片4平行于机器轴线A在壳体的表面上从壳体的轴向前端形成到轴向后端，并呈现为冷却结构体K。然而，肋片4也可以相对于机器轴线A成一定角度，即倾斜地形成。

图8示出了具有壳体MG的电动旋转机器的实施例的视图，该壳体MG具有波浪形肋片42。在该图中，波浪形肋片42平行于机器轴线A在壳体的表面上从壳体的轴向前端形成到轴向后端，并呈现为冷却结构体K。但是，波浪形肋片42也可以相对于机器轴线A成一定角度，即倾斜地形成。

图9示出了具有壳体MG的电动旋转机器的实施例的视图，该壳体MG具有销钉43。这些销钉有利地沿着机器轴线A形成。销钉43在图中正对地布置，但是也可以交错地布置或以不同的形状布置。销钉43在壳体的表面上至少基本上从壳体的轴向前端形成到轴向后端，并呈现为冷却结构体K。

销钉43可以具有圆形的底表面(该底表面是销钉和壳体彼此邻接的表面)、卵形的底表面、椭圆形的底表面、正方形的底表面、长方形的底表面、带圆角的正方形的底表面或带圆角的长方形的底表面。但是，其他形状也是可能的。

优选地，在使用增材制造法时，包括其他类型的肋片(例如肋片4、L形肋片41、波浪形肋片42)或销钉43的冷却结构体K也可以与相应的罩盖5或51连接。

Claims (14)

1.一种用于制造在电动旋转机器(M、MG)的壳体(1)的表面上的冷却结构体的方法，所述电动旋转机器被设计为具有自冷却装置的永磁同步电机，所述自冷却装置使用空气作为冷却剂，

其特征在于，在将至少一个预设区域、优选多个预设区域空置的情况下，通过增材制造法将至少一种材料逐层地施加到所述壳体(1)的所述表面上，

其中，通过施加材料来形成至少两个凸起件(4、41、42、43、6)，

其中，通过将预设区域空置来形成冷却通道(3、31)，

其中，所述凸起件被构造为使得至少在两个凸起件之间形成冷却通道。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述增材制造法是MPA法。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述凸起件(4、41、42、43、6)被构造为使得所述凸起件至少基本上沿机器轴线(A)的方向延伸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述凸起件(4、41、42、43、6)被构造为使得所述凸起件从所述机器(M、MG)的轴向前端延伸至所述机器的轴向后端。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述凸起件(4、41、42、43、6)被构造为平行于机器轴线(A)延伸的肋片(4、41)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述凸起件(4、41、42、43、6)被构造为波浪形肋片(42)或螺旋形肋片。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸起件(4、41、42、43、6)被构造为销钉(43)，其中，至少两个销钉优选至少基本上沿机器轴线(A)的方向成排地布置成销钉排。

8.根据权利要求1或7中任一项所述的方法，其中，参照圆周方向(U)彼此相对的两个销钉排的销钉(43)正对地或交错地布置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，形成具有至少一个沿圆周方向(U)的突出部和/或至少一个沿逆圆周方向的突出部的至少一个凸起件(4、41、42、43、6)、特别是肋片(4、41)。

10.一种在电动旋转机器(M、MG)的壳体(1)的表面上的冷却结构体(K)，所述冷却结构体通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法来制造。

11.一种壳体(1)，具有根据权利要求10所述的冷却结构体(K)。

12.根据权利要求11所述的壳体(1)，所述壳体被罩盖(2、5、51)包围。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的壳体，其中，所述罩盖(5、51)通过增材制造法来制造。

14.一种电动旋转机器(M、MG)，具有根据权利要求11至13中任一项所述的壳体(1)。

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