CN113141089B - 具有外转子马达的通风机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有外转子马达的通风机，所述外转子马达包括马达部分和电子组件部分，其中所述马达部分和所述电子组件部分沿旋转轴被布置成沿轴向彼此邻接，其中所述通风机正常工作时借助于通风机叶轮在其优选对应于转子的抽吸侧与其优选对应于马达电子组件的压力侧之间产生压力差，其中在所述外转子马达内部，连续的冷却通道从压力侧流入口至少部分地沿着所述转子延伸至抽吸侧流出口，并且，工作时只能被动地通过所述通风机叶轮所产生的所述压力差来产生穿过所述冷却通道的冷却空气流。

Description

具有外转子马达的通风机
技术领域
本发明涉及一种通风机，具有外转子马达以及用于冷却马达电子组件和马达驱动元件的冷却通道。
背景技术
电动马达的发热对可用功率和使用寿命有着决定性影响。因此，现有技术已提出了冷却马达电子组件的措施，特别是在一个变体中，除了由外转子马达驱动的通风机叶轮外，还在转子上安装主动冷却轮，该主动冷却轮在转子旋转期间产生自己的冷却空气流，该冷却空气流主动流经马达电子组件。当在低转速下使用外转子马达时，主动冷却轮所提供的冷却功率往往不足以保证充分散热。另外，主动冷却轮的缺点是高转速下产生噪音，可能受旋转方向影响并且具有额外的转矩需求，而这会降低效率。
其他解决方案例如是增大邻接部件的表面或提高材料投入，也就是增大电子组件壳体的壁厚，以便能吸收更多的热。但这会增加重量。替代方案是使用导热能力更好的材料，只不过这样的材料更贵。
除了冷却马达电子组件外，也还希望冷却马达驱动元件，例如转子、定子或马达机架。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通风机，这种通风机即使在低转速下也能以尽可能少的材料消耗和材料成本使外转子马达的有关于其马达电子组件和马达驱动元件的整体配置得到更好的冷却。此外应确保较低的噪声。
这个目的通过以下的特征组合而达成。
根据本发明，提出一种具有外转子马达的通风机，其中外转子马达具有在马达部分中围绕旋转轴旋转的转子，该转子被构建为从径向外侧包围容置通风机叶轮。外转子马达进一步设有布置在电子组件部分中且容置在电子组件壳体中的马达电子组件，其中马达部分和电子组件部分沿旋转轴被布置成优选沿轴向彼此邻接，替代性地沿径向彼此邻接。通风机正常工作时借助于通风机叶轮在其优选对应于转子的抽吸侧与其优选对应于马达电子组件的压力侧之间产生压力差。在外转子马达内部，连续的冷却通道从电子组件壳体上的压力侧流入口沿着马达电子组件且至少部分地沿着转子延伸至马达部分中的抽吸侧流出口，使得工作时只能被动地通过通风机叶轮所产生的压力差来产生穿过冷却通道的冷却空气流，以便既冷却电子组件部分又冷却马达部分。
压力侧和抽吸侧原则上与通风机的通流方向有关。但冷却空气始终是从压力侧流向抽吸侧。当通流方向反转时，上述电子组件壳体上的流入口就会变成流出口，马达部分中的流出口则会变成流入口。
通风机工作时，通风机叶轮在抽吸侧吸入空气，使得抽吸侧产生负压，并且在压力侧将空气吹出，使得压力侧产生过压。由此在抽吸侧与压力侧之间形成压力差Δp。由于压力差而形成一个穿过冷却通道的补偿流，该补偿流被用作被动冷却空气流。因此，本解决方案是在抽吸侧的流出口处吸入冷却空气流并且用冷却通道输送冷却空气流，其中通过通风机叶轮在通风机吸入侧产生压力差。通过在压力侧吸入冷却空气流并且在转子上的抽吸侧排出冷却空气流，能够对电子组件部分中的马达电子组件和马达部分中的马达驱动元件进行全面冷却，也就是对外转子马达包括马达部件和电子组件在内的整体配置进行全面冷却。因此，通过冷却不是能提升效率，就是能根据具体用途而形成更小的马达。这能节约成本。
在本案中，冷却通道中“被动”产生的冷却空气流是相对于由工作时旋转着的主动冷却轮产生、因而是主动的空气流而言的。主动冷却轮会发出噪音，尤其是在较高转速下。这可以通过纯被动式冷却来避免。
马达电子组件的朝转子方向突伸程度最大的元件的末端所在的轴向剖面是电子组件部分与马达部分之间的分界。马达电子组件往往也轴向安置在马达驱动元件上。此时由这两个部件形成分界。
为了改善冷却效率，一个实施变体提出：在电子组件壳体上形成数个散热片，所述散热片从流入口开始沿轴向和径向延伸到冷却通道中并且形成冷却通道的通道壁面。散热片还优选形成电子组件壳体上的流入口。通过散热片所实现的表面增大以及直接定位在流入口处，这些举措使得可以通过穿过冷却通道的冷却空气流来实现有利且有效的散热。
优选地，所述通风机的特征进一步在于：转子具有优选形成为转子罩(Rotorglocke)的转子壳体，并且流出口形成在转子壳体的轴向端侧区域内。因此，流出优选是沿轴向进行，但也可以设置在转子壳体的侧面上或轴向端面与侧面之间的衔接部处，从而具有至少部分的径向流出方向。
径流式通风机一般不在转子或转子壳体上设置开口。因此针对这种实施，通风机叶轮具有叶轮底盘和形成在该叶轮底盘上的叶轮叶片，其中流出口形成在叶轮底盘上。因此，冷却通道在马达部分中并非延伸过整个轴向长度，而是在叶轮底盘处就已通向转子外部。
根据一种优选实施，外转子马达在马达部分中具有包含定子叠片组(Statorpaket)和马达绕组的定子衬套以及沿周向分布的定子散热片，其中冷却通道也沿着定子散热片延伸。
在用于径流式通风机的解决方案中，特别是如下设置：叶轮底盘以沿轴向与相对于叶轮底盘沿轴向延伸的定子散热片邻接的方式延伸，使得冷却空气流可沿轴向被定子散热片引向叶轮底盘上的流出口。除了冷却电子组件部分中的马达电子组件，这种解决方案也还帮助径流式通风机在马达部分中达到足够的冷却效率，因为定子散热片作为马达元件布置在马达部分中。
针对径流式通风机和斜流式通风机，一种实施变体提出：外转子马达在马达部分中具有包含定子叠片组和马达绕组的定子衬套以及沿周向分布的定子散热片，其中冷却空气流直接邻接地沿着定子散热片以及沿着定子叠片组分布。其中，冷却空气流可沿着最低阻力路径自由穿过马达部分或者在冷却通道中流经特定部件。由于存在将流出口形成在转子或转子壳体上的可能性，因此，冷却空气流可以在转子内部直接流经工作时会发热的部件。
所述通风机的一个有利实施例的特征在于：冷却通道在从电子组件部分到马达部分的衔接部中被静止不动的或可转动的盖体封闭或基本封闭。“基本封闭”的意思是不完全密封。然而，盖体可以像迷宫式密封件那样呈迷宫形，以尽可能地减小必须承受的泄漏损失。盖体工作时是静止不动还是发生转动，这取决于盖体固定在哪个部件上，例如固定在电子组件壳体上还是固定在转子上。其中，盖体形成外转子马达的外侧面。
在所述通风机的进一步方案中，如下设置：冷却通道在从流入口到流出口的延伸过程中数次变向，使得冷却空气流多次转向。这就可以沿着需要冷却的部件进行冷却，从而提升冷却效率。
转子壳体上的流出口相对于通风机叶轮轴向间隔开。这有助于确保足够的压力差，进而确保流出口处的抽吸效果。
所述通风机的一个实施进一步提出：冷却通道以周向上局部受限的方式在电子组件部分和马达部分中延伸。借此限制进行冷却所需要的空间。外转子马达的结构保持紧凑。
在所述通风机的进一步方案中，转子由至少一个轴承支承，其中冷却通道经过至少一个轴承。支架也会在工作时发热，这部分热优选由冷却空气流带走。
本发明还包括所述通风机的一种实施：具有外转子马达，该外转子马达具有在马达部分中围绕旋转轴旋转且被构建为从径向外侧包围容置通风机叶轮的转子以及布置在电子组件部分中的马达电子组件。马达部分和电子组件部分被布置成在沿着旋转轴的轴向上或者在相对于旋转轴而言的径向上彼此邻接。外转子马达在马达部分中具有包含定子叠片组和马达绕组的定子衬套以及沿周向分布的定子散热片。通风机正常工作时借助于通风机叶轮在其抽吸侧与其压力侧之间产生压力差Δp，其中在外转子马达内部，连续的冷却通道从压力侧流入口沿着定子散热片延伸至抽吸侧流出口。工作时只能被动地通过通风机叶轮所产生的压力差(Δp)来产生穿过冷却通道的冷却空气流。其中如下设置：马达电子组件的至少一个功率模块被布置成直接邻接具有定子散热片的定子衬套，以便通过定子衬套来冷却马达部分并至少冷却功率模块或者说为其散热，但也冷却马达电子组件的其他部件或者说为其散热。
只要技术上是可能的，则前述所有特征也直接适用于这种通风机。具体地说，冷却空气流同样与通风机的通流方向有关。也仍然包括两种变体，即：穿过叶轮底盘上的通流口，此时冷却空气流分布在转子壳体(转子罩)外部，或者，穿过转子罩端侧上的通流口，此时冷却空气流在转子罩内部沿着马达部件(例如定子绕组)分布。
附图说明
下面参照附图并结合本发明的优选实施予以详细说明。其中：
图1为关于通风机所产生的压力差的示意图，
图2为被实施为用于轴流式通风机、径流式通风机和斜流式通风机的外转子马达的第一实施例，
图3为被实施为轴流式通风机的通风机实施例，
图4为被实施为径流式通风机的通风机实施例，
图5为通风机的替代性实施例的第一变体，
图6为根据图5的通风机实施例的另一变体。
具体实施方式
图1以示意图例示性地示出通风机1的通风机叶轮25在工作过程中所产生的压力差Δp以及吸入侧负压p-和压力侧(即流出侧)过压p+。此处利用负压p-来产生冷却空气流的吸入，该冷却空气流作为补偿流逆向于通风机叶轮25所产生的空气流的主要流动方向而流动。
图2示出实施为轴流式通风机的通风机1的被部分剖开的外转子马达20的第一实施例。外转子马达20的整体配置沿轴向划分为电子组件部分21和轴向直接邻接的马达部分22。在电子组件部分21，马达电子组件11容置在盖形的电子组件壳体12中，负责驱动通风机叶轮25(此处未图示，但是以图3所示的方式套设在转子2上)的马达驱动元件则布置在马达部分22中，特别是圆柱形转子2及其筒形转子壳体13(转子罩)以及容置在转子壳体中的带有马达绕组的定子叠片组8。也能看到马达轴的支架14。
用于冷却空气流7的流入口71设置在电子组件壳体12的端侧，其中设有从流入口开始沿轴向和径向延伸的散热片3，这些散热片部分地确定冷却通道10的通道壁面。冷却通道10是连续的，分布在外转子马达的径向外侧区域中，在流入口71之后沿径向向外偏转而经过布置在印制电路板15上的电子部件，并且再度沿径向向内偏转而延伸至转子2，所述电子部件确定了马达电子组件11。在转子2区域内，冷却通道10轴向直线地在转子壳体13内部直接沿着定子叠片组8和轴承14延伸至轴向端侧的流出口72。在图示实施中，冷却通道在转子2区域内未专门设置壁部，因此，冷却空气流可以自由地顺着最低阻力路径沿着马达元件流向流出口72。但是作为替代方案，可以设置具有沿着特定部件的专用导引件的冷却通道，该冷却通道通过确定的界限(例如转子壳体的内壁面)而形成为封闭通道。
在邻接电子组件部分21的区域中，在马达部分22中沿周向分布的定子散热片5朝转子2方向延伸。冷却通道10经过定子散热片5，冷却空气流7从而将定子散热片5所吸收的热运走。通往转子2的衔接部被盖体6封闭，该盖体固定在电子组件壳体12上并且具有迷宫式密封件式的构造，以便将压力损失最小化。盖体6部分地既形成冷却通道10的通道壁面，又形成外转子马达20的外侧面。工作时，在马达部分22中的抽吸侧流出口72处抽吸冷却空气流7，使得冷却空气流从压力侧流入流入口71中并且穿过外转子马达20的整体配置而流动至流出口72。由于冷却空气流7仅是因抽吸侧与压力侧之间的压力差而产生，因此这里将其称为被动的。
图3以侧视图示出被替代性地实施为轴流式通风机的通风机1的实施例。若无另外说明，上述关于图1中的外转子20的特征同样存在于本实施例中。通风机叶轮25借助其叶轮轮毂以完全包围转子壳体13的方式固定在转子2上。通风机叶轮25工作时除主流外也还产生用于冷却空气流7的压力差Δp。在这个实施中，流出口72不设置在转子壳体13上，而是设置在通风机叶轮25或者说叶轮轮毂上。冷却空气流7在马达部分22中沿径向分布在转子壳体13与通风机叶轮25的叶轮轮毂17之间，因此，冷却通道10在马达部分22中由转子壳体13和通风机叶轮25的叶轮轮毂形成。
图4示出被实施为径流式通风机的通风机1的实施例，其中与以上示例不同的是，冷却通道10并非沿着整个转子2受导引。该径流式通风机的通风机叶轮25在其叶轮底盘26上具有流出口72。叶轮底盘26承载在本实施中为后曲的叶轮叶片9。因此，冷却通道10从电子组件壳体12上的流入口71沿着散热片3延伸至马达部分22并且在马达部分中沿着定子散热片5沿径向向外延伸至叶轮底盘26上的流出口72。随后，通风机叶轮25沿径向向外输送冷却空气流7。电子组件部分21中的冷却与前述实施例一样。在马达部分22中，主要通过定子散热片5实现冷却。
在图5所示的替代性实施中，通风机1实施为具有外转子马达20的径流式通风机，该外转子马达像前述实施例那样包括马达部分22以及沿旋转轴RA轴向邻接的、内设马达电子组件11的电子组件部分21。所有与前述实施一样的特征不再重复说明，但也适用于根据图5的实施例。在一个未图示的替代性实施中，电子组件部分也可以相对于旋转轴RA沿径向定向。通风机叶轮25在径向外侧容置于转子2上。通风机1借助通风机叶轮25在其抽吸侧与其压力侧之间产生压力差Δp。在外转子马达20内部，连续的冷却通道10沿着定子散热片5从压力侧流入口71延伸至抽吸侧流出口72，工作时，只是被动地通过通风机叶轮25所产生的压力差Δp来产生图中以箭头示出的、穿过冷却通道10的冷却空气流7。
马达电子组件11的功率模块47产生了大部分的热，因而被布置成直接邻接具有定子散热片5的定子衬套，以便通过定子衬套来冷却马达部分22和马达电子组件11的功率模块47。
图6示出通风机1的另一实施例，其中除了以下区别外，其结构均与图5中的结构相符。冷却空气流7像根据图4的实施那样在转子2外部。在这个实施中，通风机的通风机叶轮25也在其承载后曲叶轮叶片9的叶轮底盘26上具有流出口72。冷却通道10从径向外侧沿着定子散热片5延伸至叶轮底盘26上的流出口72。接着，通风机叶轮25沿径向向外输送冷却空气流7。通风机1像根据图5的实施那样借助通风机叶轮25在其抽吸侧与其压力侧之间产生压力差Δp。工作时，只是被动地通过通风机叶轮25所产生的压力差Δp来产生图中以箭头示出的、穿过冷却通道10的冷却空气流7。在这个实施中，马达电子组件11的功率模块47也被布置成直接邻接具有定子散热片5的定子衬套，以便直接通过定子衬套来冷却马达部分22和马达电子组件11的功率模块47。在根据图6的这个通风机1中，电子组件部分也可以相对于旋转轴RA沿径向而非沿轴向定向或定位。

Claims (15)

1.一种具有外转子马达(20)的通风机，所述外转子马达包括在马达部分(22)中围绕旋转轴(RA)旋转且被构建为从径向外侧包围容置通风机叶轮(25)的转子(2)以及布置在电子组件部分(21)中且容置在电子组件壳体(12)中的马达电子组件(11)，其中所述马达部分(22)和所述电子组件部分(21)沿所述旋转轴(RA)被布置成沿轴向或沿径向彼此邻接，其中所述通风机(1)正常工作时借助于所述通风机叶轮(25)在其抽吸侧与其压力侧之间产生压力差(Δp)，其中在所述外转子马达(20)内部，连续的冷却通道(10)从所述电子组件壳体(12)上的通流口沿着所述马达电子组件(11)且至少部分地沿着所述转子(2)延伸至所述马达部分(22)中的通流口，并且，工作时只能被动地通过所述通风机叶轮(25)所产生的所述压力差(Δp)来产生穿过所述冷却通道(10)的冷却空气流(7)，以便既冷却所述电子组件部分(21)又冷却所述马达部分(22)，其中利用负压(p-)来产生所述冷却空气流(7)的吸入，该冷却空气流(7)作为补偿流逆向于所述通风机叶轮(25)所产生的空气流的主要流动方向而流动。
2.根据权利要求1所述的通风机，其特征在于，所述电子组件壳体上的所述通流口确定了压力侧流入口(71)，并且所述马达部分(22)中的所述通流口确定了抽吸侧流出口(72)。
3.根据权利要求2所述的通风机，其特征在于，在所述电子组件壳体(12)上形成数个散热片(3)，所述散热片从所述流入口(71)开始沿轴向和径向延伸到所述冷却通道(10)中并且形成所述冷却通道(10)的通道壁面。
4.根据权利要求2或3所述的通风机，其特征在于，所述转子(2)具有转子壳体(13)，并且所述流出口(72)形成在所述转子壳体(13)的轴向端侧区域内。
5.根据权利要求2或3所述的通风机，其特征在于，所述通风机叶轮(25)具有叶轮底盘(26)和形成在所述叶轮底盘上的叶轮叶片(9)，所述流出口(72)形成在所述叶轮底盘上。
6.根据权利要求5所述的通风机，其特征在于，所述外转子马达(20)在所述马达部分(22)中具有包含定子叠片组(8)和马达绕组的定子衬套以及沿周向分布的定子散热片(5)，其中所述冷却通道(10)沿着所述定子散热片(5)延伸。
7.根据权利要求6所述的通风机，其特征在于，所述叶轮底盘(26)以沿轴向与相对于所述叶轮底盘(26)沿轴向延伸的所述定子散热片(5)邻接的方式延伸，使得所述冷却空气流(7)可沿轴向被所述定子散热片(5)引向所述叶轮底盘(26)上的所述流出口(72)。
8.根据权利要求1或2所述的通风机，其特征在于，所述外转子马达(20)在所述马达部分(22)中具有包含定子叠片组(8)和马达绕组的定子衬套以及沿周向分布的定子散热片(5)，其中所述冷却通道(10)沿着所述定子散热片(5)以及沿着所述定子叠片组(8)延伸。
9.根据权利要求1或2所述的通风机，其特征在于，所述冷却通道(10)在从所述电子组件部分(21)到所述马达部分(22)的衔接部中被静止不动的或可转动的无叶片盖体(6)封闭或基本封闭。
10.根据权利要求2或3所述的通风机，其特征在于，所述冷却通道(10)在从所述流入口(71)到所述流出口(72)的延伸过程中数次变向，使得所述冷却空气流(7)多次转向。
11.根据权利要求2或3所述的通风机，其特征在于，所述转子(2)上的所述流出口(72)相对于所述通风机叶轮(25)轴向间隔开。
12.根据权利要求1或2所述的通风机，其特征在于，所述冷却通道(10)以周向上局部受限的方式在所述电子组件部分(21)和所述马达部分(22)中延伸。
13.根据权利要求1或2所述的通风机，其特征在于，所述转子(2)由至少一个轴承(14)支承，并且所述冷却通道(10)经过所述至少一个轴承(14)。
14.根据权利要求1或2所述的通风机，其特征在于，所述转子(2)对应于所述抽吸侧，并且所述马达电子组件(11)对应于所述压力侧。
15.一种具有外转子马达(20)的通风机，所述外转子马达包括在马达部分(22)中围绕旋转轴(RA)旋转且被构建为从径向外侧包围容置通风机叶轮(25)的转子(2)以及布置在电子组件部分(21)中的马达电子组件(11)，其中所述马达部分(22)和所述电子组件部分(21)沿所述旋转轴(RA)被布置成沿轴向或沿径向彼此邻接，其中所述外转子马达(20)在所述马达部分(22)中具有包含定子叠片组(8)和马达绕组的定子衬套以及沿周向分布的定子散热片(5)，其中所述通风机(1)正常工作时借助于所述通风机叶轮(25)在其抽吸侧与其压力侧之间产生压力差(Δp)，其中在所述外转子马达(20)内部，连续的冷却通道(10)从压力侧流入口(71)沿着所述定子散热片(5)延伸至抽吸侧流出口(72)，并且，工作时只能被动地通过所述通风机叶轮(25)所产生的压力差(Δp)来产生穿过所述冷却通道(10)的冷却空气流(7)，其中所述马达电子组件(11)的至少一个功率模块(47)被布置成直接邻接具有所述定子散热片(5)的所述定子衬套，以便通过所述定子衬套来冷却所述马达部分(22)并至少冷却所述马达电子组件(11)的所述功率模块(47)，其中利用负压(p-)来产生所述冷却空气流(7)的吸入，该冷却空气流(7)作为补偿流逆向于所述通风机叶轮(25)所产生的空气流的主要流动方向而流动。
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