CN113574777A - 具有外部流体冷却回路的封装电机 - Google Patents

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Abstract

一种电机具有转子(1)和定子(2)，其中，转子(2)可围绕旋转轴线(4)旋转。外罩(6)在轴向上相应地从前端部(7)延伸到后端部(8)，使得端部(7，8)和定子(2)具有包括转子(1)的内部区域(9)，并且端部(7，8)、定子(2)和外罩(6)界定在外侧径向围绕内部区域(9)的外部区域(10)。内部区域(9)和外部区域(10)通过凹槽彼此连通，使得空气(12)能够从内部区域(9)流入外部区域(10)中并从那里向回流动。轴向延伸的管固定在端部(7，8)中并且在端部(7，8)之间在外部区域(10)中延伸。封闭元件(14，18)以流体密封方式安置在端部(7，8)背离外罩(6)的一侧上，使得端部(7，8)和封闭元件(14，18)相应地包围一个空腔(15，19)。前部空腔(15)借助于隔板(31)被分成至少两个子区域(32，33)。管的一部分通入到一个或另一个子区域(32，33)中。用于供应或排放流体冷却介质(23)的接口(22，34)布置在每个子区域(32，33)中。

Description

具有外部流体冷却回路的封装电机
技术领域
本发明基于一种电机，
-其中，电机具有转子和定子，
-其中，转子可围绕电机的旋转轴线旋转，
-其中，当围绕旋转轴线观察时，转子被定子包围，并且定子被外罩包围，
-其中，在旋转轴线的方向上看，外罩相应地从前端部延伸到后端部，使得前端部和后端部以及定子界定包括转子的内部区域，并且前端部和后端、定子和外罩界定在径向上外部围绕内部区域的外部区域，
-其中，内部区域和外部区域通过凹槽彼此连通，使得空气能够从内部区域流入外部区域并从那里流回内部区域，
-其中，轴向延伸的管分别固定在前端部和后端部中，使得轴向延伸的管分别从前端部通过外部区域延伸到后端部。
背景技术
在某些应用中，所使用的电机必须以防爆类型Ex d封装。然而，这种类型的电机总是需要更大的构造形式。
在此类电机的较大构造类型的情况下，电机通常如上所述地实施。这些电机用空气冷却。为此目的，在与外罩背离的一侧处的两个端侧之一处安置风扇，借助于该风扇将冷却空气吹过轴向延伸的管以进行二次冷却。
空气是一种相对较差的冷却介质。在二次冷却的范畴中，最好能够使用流体冷却介质(特别是水)来冷却电机。
例如从US3 457 439A或CN101 938 191 A中已知一种所述类型的电机。这种电机也能够在WO 2016/008 709 A1中找到。
发明内容
本发明的目的是提供一种开头所述类型的电机，其利用流体冷却介质冷却。
该目的通过具有权利要求1的特征的电机来实现。电机的有利设计方案是从属权利要求2至11的主题。
根据本发明，开头所述类型的电机被设计为
-前封闭元件和后封闭元件以流体密封方式安置在前端部和后端部的背离外罩的一侧上，从而前端部和前封闭元件包围前部空腔，并且后端部和后封闭元件包围后部空腔，
-轴向延伸的管通入到前部空腔和后部空腔中，
-借助于隔板将前部空腔分成至少两个子区域，
-轴向延伸的管的一部分通入到子区域的一个中，并且轴向延伸的管的另一部分通入到子区域中的另一个中，
-用于供应流体冷却介质的接口布置在子区域的一个中，以及
-用于从前部空腔排出流体冷却介质的接口布置在子区域的另一个中。
至少两个子区域通过隔板以流体密封方式彼此分开。前部空腔除了用于供应和排放流体冷却介质的接口以及至轴向延伸的管的入口之外被流体密封地封闭并且后部空腔除了至轴向延伸的管的入口外被流体密封地封闭。。
优选地，前端部和后端部以及外罩以防爆类型Ex d封装转子和定子。因此，也能够在有爆炸危险的环境中使用电机。
轴向延伸的管具有内直径和外直径。优选地，轴向延伸的管与定子具有相应的径向距离，该径向距离与内直径一样大，尤其甚至至少与外直径一样大。由此，以简单的方式产生了一个区域，在该区域中能够布置密封件用于将两个封闭元件密封到端部。
轴向延伸的管能够设计成双壁管，该管相应地具有引导流体冷却介质的内管和包围内管并由在外部区域被从内部区域流到外部区域中的空气环流的外管。虽然这种设计方案相对复杂，但其优点在于，内管中的一个的简单泄漏不会导致内部区域中的流体积聚。
替代地，轴向延伸的管能够设计为单壁管，其在内部引导流体冷却介质并且在外部被从内部区域流入外部区域中的空气环流。
在这两种情况下，如果将用于检测流体的探测装置布置在内部区域和/或外部区域中是有利的。由此，能够在由流体冷却介质引起的电短路之前及时注意到这种短路的风险并对此做出警告，或者甚至能够自动关闭电机。
轴向延伸的管在旋转轴线的周向上看在大于180°的角度上围绕旋转轴线分布地布置。由此，尽管这种构造方式相对紧凑，但仍然能够实现高效冷却。然而，在其他情况下，也能够低于该角度。
定子优选地被内罩无间距地包围的，并且内罩具有与外罩的径向距离。
附图说明
根据以下结合附图对实施例的描述，更详细地解释和说明了本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方式和方法。在此，以示意图示出：
图1示出了穿过电机的纵向截面，
图2示出了沿图1中II-II线的截面，
图3示出了图1的细节，
图4示出了单个管，
图5示出了单个管，
图6示出了外罩的截面和
图7示出了内罩的截面。
具体实施方式
根据图1，电机具有转子1和定子2。转子1布置在可旋转地支撑的转子轴3上。转子轴3和转子1连同转子轴由此能够围绕电机的旋转轴线4旋转。
就以下使用的术语“轴向”、“径向”和“切向”而言，它们始终关于旋转轴线4。“轴向”是平行于旋转轴线4的方向。“径向”是直接朝向或远离旋转轴线4与旋转轴线4正交的方向。“切向”是既与轴向正交又与径向正交的方向。因此，“切向”是在恒定的轴向位置并且以距旋转轴线4恒定径向间距围绕旋转轴线4圆形定向的方向。
在本发明的范畴中，定子2径向布置在外侧并且转子1径向布置在内侧。此外，如图1所示，定子2被内罩5无间距地包围。但这不是强制必须的。替代地，定子2能够仅被多个环包围，其中，至少在定子2的两个轴向端部处布置一个环。然而，定子2被外罩6包围。外罩6与定子2或必要时与内罩5具有径向间距a1。
外罩6通常具有圆柱形形状。这同样适用于内罩5(如果存在的话)。径向间距a1在切线方向上观察时通常是恒定的。然而，对于外罩6以及或者对于内罩5能够存在与圆柱形状的偏差。因此径向间距a1也能够变化。
外罩6在轴向方向上相应地从前端部7延伸到后端部8。两个端部7、8通常一体地构造，或者相应地由多个材料配合地彼此连接的部分构成。两个端部7、8和定子2或者必要时内罩5界定内部区域9。内部区域9包括转子1。此外，两个端部7、8、定子2和外罩6界定外部区域10，该外部区域在外侧径向地围绕内部区域9。优选地，两个端部7、8和外罩6还以防爆类型Ex d封装转子1和定子2。术语“防爆类型Ex d”对于本领域技术人员来说具有确定的含义，封装的相应实现对于本领域技术人员来说也是熟悉的。
内部区域9和外部区域10通过凹槽11彼此连通，使得空气12能够从内部区域9流入外部区域10并且从那里再次流回内部区域9。如果存在内罩5，则凹槽11能够存在于内罩5中。从内部区域9流入外部区域10并返回的空气12形成电机的内部冷却回路。
内部冷却回路通常是单流或双流，但原则上也有例外。在单流内部冷却回路的情况下，根据图1中的图示，在两个端部7、8附近有相应的凹槽11。空气12从内部区域9流过两个凹槽11之一进入外部区域10中，通过两个凹槽11中的另一个从外部区域10流入内部区域9中。在双流内部冷却回路的情况下(未示出，但同样能够实现)，还有一个另外的凹槽11大约存在于两个端部7、8之间的中间。在这种情况下，空气12通过在两个端部7、8附近的两个凹槽11从外部区域10流入内部区域9并且从内部区域9通过中间凹槽流入外部区域10。内部冷却回路的这些和可能的其他设计方案是本领域技术人员公知的。因此不需要对其做任何进一步的解释。
在两个端部7、8中还固定有管13。管13轴向延伸。管13相应地从前端部7通过外部区域10延伸到后端部8。管13通常固定在端部部分7、8中，使得它们不能够在无破坏地情况下从端部7、8被拆下。例如，管能够与端部7、8焊接。
根据图2中的图示，管13通常在在切线方向上看在大于180°的角度上围绕旋转轴线4分布式地布置。然而，图2中具体示出的布置以及图2中示出的管13的数量仅被理解为示例。在图2中，仅管13中的一些设有附图标记以避免不必要地移动图2。通常，沿切线方向观察，管13甚至围绕旋转轴线4在大于270°的角度上分布地布置，有时甚至基本上分布在四周，如图2所示。通常，管13还关于包括旋转轴线4的垂直平面E在平面E的两侧以基本相等的部分布置。
在前端部7上，在其背离外罩6的一侧处(即在轴向方向上)安置有前封闭元件14。图3详细说明了这一点。前端部7与前封闭元件14之间的连接点的设计方案使得产生流体密封封闭。前端部7和前封闭元件14因此封闭前部空腔15。
为了流体密封封闭，密封元件16能够布置在前端部7与前封闭元件14之间。例如，密封元件16能够设计为O形环。或者，前封闭元件14和/或前端部7能够具有用于密封元件16的凹槽17。然而，其他类型的密封也是可行的。例如，前封闭元件14能够与前端部7焊接。
以类似的方式，在后端部8上，在其背离外罩6的一侧处安置有后封闭元件18，使得后端部8和后封闭元件18包围后部空腔19。后端部8与后封闭元件18之间的连接点的设计方案通常类似于前端部7与前封闭元件14之间的连接的设计方案。在此，尤其是也能够存在密封元件20，或者包括用于密封元件20的凹槽21，并且在此也能够焊接。
管13通入到两个空腔15、19中，如图1和2所示。此外，前部空腔15还具有接口22，通过该接口能够为前部空腔15输送流体冷却介质。流体冷却介质23通常是水。然而，在个别情况下，它也能够是不同的介质，例如油。接口22能够根据需要布置。在根据图1和3的图示中实现对前部空腔15的径向供应。然而，对前部空腔15的轴向供应也是可能的。
如图3所示，管13具有内直径d1和外直径d2。管13还具有距定子2的相应径向间距a2。如果存在内罩5，间距a2优选地从内罩5开始确定。优选地，相应的径向间距a2至少与内直径d1一样大。如果相应的径向间距a2至少与外直径d2一样大，则更好。由此，尤其实现了两个端部7、8在其朝向定子2的径向内部区域中具有足够大的径向延伸，其中没有布置管13，使得在那里能够布置相应的封闭元件14、18(可能包括密封元件16，20)。
图4示出了管13之一的可行的设计方案。类似的实施适用于图4中未示出的其他管13。
根据图4中的图示，管13设计为双壁管13。因此它具有内管25和围绕内管25的外管26。内管25引导流体冷却介质23。外管26在外部区域10中被空气12、即内部冷却回路的空气12环流。内管25与外管26之间的间距应该尽可能小。如果需要，能够在内管25与外管26之间布置相对好的导热介质27，例如油、凝胶或粘合剂。
图5同样示出了管13之一的可行的设计方案。该设计方案是替代于图4的设计方案。(如上所述的)类似的实施适用于对于在图5中未示出的其他管13。
如图5所示，管13设计为单壁管13。它在内部引导流体冷却介质23，并且在外部被在外部区域10中流动的空气12、即内部冷却回路的空气12环流。
在根据图5的设计方案的情况下，探测装置28优选地布置在外部区域10中，如图6所示。探测装置28用于检测在外部区域10中是否存在流体，即流体冷却介质23。这样的探测装置28对于本领域技术人员来说通常是已知的。例如，小凹槽29能够布置在外罩6的相对较深的区域中，如果流体冷却介质23从管13之一出来并因此进入外部区域10，则能够在小凹槽中积聚流体冷却介质23。在小凹槽29中能够布置作为探测装置28的导体端部30，这些导体端部通过流体冷却介质23的这种积聚而彼此导电连接。
根据图7，对于内部区域9能够采用类似的设计方案。根据需要，根据图7的设计方案能够替代于或附加于根据图6的设计方案来实现。
根据图6和/或7的设计方案原则上也能够与根据图4的管13的设计方案组合。然而，在管13被设计为双壁管的情况下这不必要的。
在本发明的范畴中，流体冷却介质23被供应到前部空腔15并从其中排出。这将在下面结合图2更详细地解释。
根据图2，前封闭元件14具有至少一个隔板31。例如，如图2所示，隔板31能够竖直延伸。前部空腔15通过隔板31被分成至少两个子区域32、33。管13的一部分通入到子区域32中，管13的另一部分通入到子区域33中。子区域32具有接口22，经由该接口22给前部空腔15、更准确地说给前部空腔15的子区域32供应流体冷却介质23。另一个子区域33具有接口34，流体冷却介质23经由该接口从前部空腔15、更准确地说从前部空腔15的另一个子区域33排出。流体冷却介质23因此首先经由接口22流入子区域32中，然后经由通入到子区域32中的管13流入后部空腔19中，然后经由通入到子区域32中的管13流回子区域33中，并从那里经由接口34从前部空腔15排出。
两个子区域因此借助于隔板31以流体密封方式彼此分开。此外，前部空腔15(除了用于供应和排出流体冷却介质23的接口22、24以及通向轴向延伸的管13的入口)以流体密封方式封闭。同样地，除了通向轴向延伸的管13的入口之外，后部空腔19以流体密封方式封闭。
综上所述，本发明涉及以下事实：
电机具有转子1和定子2，其中，转子2可围绕旋转轴线4旋转。转子1在定子2的径向外侧，定子2与外罩6相距径向间距a1。外罩6从前端部7轴向延伸到后端部8，使得端部7、8和定子2界定包括转子1的内部区域9，并且使得端部7、8，定子2和外罩6界定在径向外侧上包围内部区域9的外部区域10。内部区域9和外部区域10通过凹槽11彼此连通，使得空气12能够从内部区域9流入外部区域10中并且从那里再次返回。轴向延伸的管13固定在端部7、8中并且在外部区域10中在端部7、8之间延伸。封闭元件14、18以流体密封方式安置在每个端部7、8的背离外罩6的侧面处，使得端部7、8和封闭元件14、18各自封闭一个空腔15、19。前部空腔15借助于隔板31被分成至少两个子区域32、33。每个管13的一部分通入到一个或另一个子区域32、33。用于供应或排出流体冷却介质23的接口22、34布置在每个子区域32、33中。
本发明具有许多优点。尤其是能够显着改善电机的冷却。因此，电机能够在相同尺寸和相同或甚至减轻重量的情况下以更高的功率运行。在测试中，已被证明是能够轻松实现性能提高约25％。此外，能够减少来自电机的噪声排放。
尽管通过优选的实施例更详细地说明和描述了本发明，但本发明不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员能够从中得出其他变体方案而不脱离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种电机，
-其中，所述电机具有转子(1)和定子(2)，
-其中，所述转子(2)能绕所述电机的旋转轴线(4)旋转，
-其中，围绕所述旋转轴线(4)观察，所述转子(1)被所述定子(2)包围，并且所述定子(2)被外罩(6)以径向距离(a1)包围，
-其中，在所述旋转轴线(4)的方向上看，所述外罩(6)相应地从前端部(7)延伸到后端部(8)，使得所述前端部和所述后端部(7，8)以及定子(2)界定包括所述转子(1)的内部区域(9)，并且所述前端部和所述后端部(7，8)、所述定子(2)以及所述外罩(6))界定在径向上在外部围绕所述内部区域(9)的外部区域(10)，
-其中，所述内部区域(9)和所述外部区域(10)通过凹槽(11)彼此连通，以使空气(12)能够从所述内部区域(9)流入到所述外部区域(10)中并且从所述外部区域流回到所述内部区域(9)中，
-其中，轴向延伸的管(13)相应地固定在所述前端部和所述后端部(7，8)中，使得所述轴向延伸的管(13)分别从所述前端部(7)经由所述外部区域(10)延伸到所述后端部(8)，
-其中，前封闭元件和后封闭元件(14，18)以流体密封方式安置在所述前端部和所述后端部(7，8)的背离所述外罩(6)的一侧上，使得所述前端部(7)和所述前封闭元件(14)包围前部空腔，并且使得所述后端部(8)和所述后封闭元件(18)包围后部空腔(15，19)，
-其中，所述轴向延伸的管(13)通入到所述前部空腔和所述后部空腔(15，19)中，
-其中，所述前部空腔(15)借助于隔板(31)被分成至少两个子区域(32，33)，
-其中，所述轴向延伸的管(13)的一部分通入到所述子区域(32，33)的一个中，并且所述轴向延伸的管(13)的另一部分通入到所述子区域(32，33)中的另一个中，
-其中，用于供应流体冷却介质(23)的接口(22)布置在所述子区域(32)的一个中，并且
-其中，用于从所述前部空腔(15)排出所述流体冷却介质(23)的接口(34)布置在所述子区域(33)的另一个中。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，至少两个所述子区域(32，33)借助于所述隔板(31)以流体密封方式彼此分开。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述前部空腔(15)除了用于供应和排放所述流体冷却介质(23)的接口(22，24)以及至所述轴向延伸的管(13)的入口之外被流体密封地封闭，并且所述后部空腔(19)除了至所述轴向延伸的管(13)的入口外被流体密封地封闭。
4.根据权利要求1、2或3所述的电机，其特征在于，所述前端部和所述后端部(7，8)以及所述外罩(6)以防爆类型Ex d封装所述转子(1)和所述定子(2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述轴向延伸的管(13)具有内直径(d1)和外直径(d2)，并且所述轴向延伸的管(13)与所述定子(2)具有相应的径向间距(a2)，所述径向距离与所述内直径(d1)一样大。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述轴向延伸的管(13)与所述定子(2)的相应间距(a2)至少与所述外直径(d2)一样大。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电机，其特征在于，所述轴向延伸的管(13)设计为双壁管，所述双壁管相应地具有引导所述流体冷却介质(23)的内管(25)和包围所述内管(25)并由在所述外部区域(10)中流动的空气(12)环流的外管(26)。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的电机，其特征在于，所述轴向延伸的管(13)设计为单壁管，所述单壁管在内部引导所述流体冷却介质(23)并且在外部由在所述外部区域(10)中流动的空气(12)环流。
9.根据权利要求7或8所述的电机，其特征在于，在所述内部区域(9)和/或所述外部区域(10)中布置有用于检测流体的探测装置(28)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，围绕所述旋转轴线(4)观察，所述轴向延伸的管(13)在大于180°的角度上围绕所述旋转轴线(4)分布地布置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述定子(2)被内罩(5)无间距地包围，并且所述内罩(5)具有距所述外罩(6)的径向间距。
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