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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 20 2008 015 895 U1 ist ein durchzugsbelüfteter Elektromotor bekannt, bei dem ein Motorgehäuse im Bereich von gegenüberliegenden Stirnseiten Öffnungen aufweist, so dass mittels eines Lüfters ein axialer Luftstrom durch das Motorgehäuse zur Kühlung eines Stators und/oder Rotors hindurchgeleitet werden kann. Befinden sich innerhalb des Motorgehäuses elektrische Bauelemente, können Maßnahmen vorgesehen sein, diese zusätzlich zu kühlen.
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Aus der
EP 0 724 324 B1 ist ein Elektromotor bekannt, der zum einen in einen Stator und einen Rotor aufweisendes Motorgehäuse und zum anderen ein an demselben, angesetztes Elektronikgehäuse aufweist, in dem elektronische Bauteile (Ansteuereinrichtung) zur Ansteuerung des Elektromotors angeordnet sind. An einer Stirnseite des Motorgehäuses ist ein Lüfter angeordnet, der durch eine Lüfterhaube abgedeckt ist. Mittels der Lüfterhaube kann ein Luftstrom aus der Umgebung über das Motorgehäuse geführt werden zur Kühlung desselben. Damit auch die elektronischen Bauteile gekühlt werden können, weist ein Außenring der Lüfterhaube eine radiale Öffnung auf, so dass ein Teil des angesaugten Luftstroms in radialer Richtung nach außen zu Kühlrippen des Elektronikgehäuses geleitet werden kann. Nachteilig an dem bekannten Elektromotor ist, dass zur Kühlung des Elektronikgehäuses ein Teil des für die Kühlung des Motorgehäuses vorgesehener Luftstrom abgezweigt werden muss, der somit nicht mehr zur Kühlung des Motorgehäuses genutzt werden kann.
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Aus der
DE 10 2004 036 281 A1 ist ein Elektromotor mit einem Motorträger und einem unfangsseitig an demselben an geordneten Elektronikgehäuse bekannt. An einem B-Lagerschild schließt sich axial ein Lüfter an, der zur Kühlung der in dem Motorgehäuse befindlichen Bauteile vorgesehen ist. Die in dem Elektronikgehäuse angeordneten Bauteile werden durch eine gesonderte Gehäusekühlung gekühlt.
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Aus der
EP 1 621 733 A1 ist ein Elektromotor mit einem Motorträger und einem Elektronikgehäuse bekannt. Das Elektronikgehäuse ist koaxial zu dem Motorträger auf einer Innenseite einer Stirnwand des Motorträgers angeordnet, die auf einer zu einem Lüfter gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Zur Kühlung des Elektronikgehäuses wird mittels eines Lüfter, ein Luftstrom angesaugt und dann in den Motorträger geleitet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine mit einem Motorträger und einem benachbarten Elektronikgehäuse derart weiterzubilden, dass eine Belüftung des Motorträgers und des Elektronikgehäuses auf effiziente Weise gewährleistet ist.
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Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Luftstrom zur Kühlung sowohl eines Motorträgers als auch eines benachbart angeordneten Elektronikgehäuses genutzt werden kann. Ein an einer Stirnseite des Motorträgers angeordneter Lüfter wird dazu genutzt, den an einer Stirnwand des Motorträgers durch axiale Öffnungen austretenden Luftstrom in vorzugsweise radialer Richtung umzulenken in Richtung des Elektronikgehäuses. Dem Lüfter kommt somit eine Doppelfunktion zu. Zum einen dient er zur Ansaugen eines Luftstromes, der im Wesentlichen in axialer Richtung durch den Motor geleitet wird. Zum anderen dient er als Luftführungsmittel zur Umlenkung des axialen Luftstroms in radialer Richtung zu dem Elektronikgehäuse. Vorteilhaft kann ein wesentlicher Teil des für die Innenbelüftung des Motorgs vorgesehenen Luftstroms auch zur Belüftung bzw. Kühlung des Elektronikgehäuses genutzt werden. vorteilhaft kann eine effiziente und platzsparende Kühlung von außerhalb des Motors angeordneten elektrischen Bauteilen, beispielsweise einen Frequenzumrichter, gewährleistet sein.
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Nach der Erfindung schließt sich an einer Stirnwand des Motorträgers ein den Lüfter teilweise umgebender Kranz an, mittels dessen der Luftstrom zumindest teilweise umgelenkt wird in Richtung von in einer Erstreckungsebene des Lüfters angeordneten Kühlrippen des Elektronikgehäuses. Der Kranz bewirkt eine Kanalisierung des Luftstroms in Richtung der Kühlrippen des Elektronikgehäuses, wobei die sternförmig auseinander laufenden Luftstromzweige gesammelt werden. Vorteilhaft kann dem Elektronikgehäuse ein Luftstrom hoher Strömungsdichte bereitgestellt werden.
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Nach der Erfindung ist der Kranz ringausschnittförmig in einem überstumpfen Winkelbereich erstreckend angeordnet. Vorteilhaft kann hierdurch eine ringförmige Sammlung des Luftstroms in eine vorgegebene Vorzugsrichtung entlang des Kranzes hin zu den Kühlrippen erfolgen.
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Nach der Erfindung ist der Kranz einstückig mit der Stirnwand des Motorträgers verbunden zur Bildung eines glockenförmigen A-Lagerschildes des Motorträgers. Vorteilhaft kann somit der Materialaufwand sowie der Platzbedarf für die Ausbildung des Luftkanals gering gehalten werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Lüfter ein Lüfterrad mit einer Mehrzahl von Lüfterschaufeln sowie eine Lüfterscheibe auf. Die Lüfterscheibe dient in Verbindung mit einer gegenüberliegenden Stirnwand des Motorträgers als Wandung für einen Luftkanal, durch den der Luftstrom, im Wesentlichen in radialer Richtung bzw. in Querrichtung nach außen geführt ist.
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Innerhalb des Luftkanals strömt der Luftstrom in radialer Richtung von innen nach außen, da die axiale Öffnung der Stirnwand in einem achsnahen Bereich angeordnet ist. Vorzugsweise ist die axiale Öffnung durch eine Mehrzahl von ringförmig oder kreisförmig angeordneten Durchbrechungen ausgebildet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung verlaufen die Kühlrippen des Elektronikgehäuses parallel zueinander.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Lüfterscheibe des Lüfters massiv ausgebildet, so dass sie eine durchgehende Wand für den radialen Luftkanal bildet.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Vorderansicht eines Elektromotors mit einem Motorträger und einem unterhalb desselben anschließenden Elektronikgehäuses,
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2 eine perspektivische Rückansicht des Elektromotors und
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3 eine Längsschnitt durch den Elektromotor.
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Eine elektrische Maschine nach der Erfindung kann beispielsweise als durchzugsbelüfteter Elektromotor 1, vorzugsweise als elektronisch kommutierter Synchronmotor ausgebildet sein. Der Elektromotor 1 umfasst zum einen einen Motorträger 2, in dem ein Stator 3 und ein drehfest mit einer Antriebswelle 4 verbundener Rotor 5 angeordnet sind.
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Der Motorträger 2 weist an einer Antriebsseite ein A-Lagerschild 6 und an einer gegenüberliegenden Nichtantriebsseite ein B-Lagerschild 7 auf, wobei das A-Lagerschild 6 einen größeren Durchmesser aufweist als das B-Lagerschild 7. Das A-Lagerschild 6 und das B-Lagerschild 7 können beispielsweise an einer Mantelfläche des Motorträgers 2 angeflanscht sein. Sie sind jeweils über Lager 8 gegenüber der Antriebswelle 4 abgestützt. In einem Ringbereich zwischen dem A-Lagerschild 6 und dem B-Lagerschild 7 erstreckt sich der Stator 3. Das A-Lagerschild 6 und das B-Lagerschild 7 sind jeweils direkt an den Stator 3 angeflanscht.
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Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Stator 3 von einem rohrförmigen Gehäusekörper umgeben bzw. der Stator 3 ist in dem rohrförmigen Gehäusekörper eingepresst. Der rohrförmige Gehäusekörper dient als Motorträger und ist mit dem A-Lagerschild 6 und dem B-Lagerschild 7 verbunden. Alternativ kann der vorzugsweise mit radial abstehenden Kühlrippen versehene rohrförmige Gehäusekörper auch auf dem Stator 3 aufgeschrumpft oder durch Druckgießen formschlüssig auf den Stator 3 aufgebracht sein.
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Zum anderen weist der Elektromotor 1 ein sich unmittelbar an einem Umfangsrand des Motorträgers 2 anschließendes Elektronikgehäuse 9 auf, in dem elektrische Bauteile, wie Leistungshalbleiter oder dergleichen zur Bildung eines Frequenzumrichters angeordnet sind. Der Frequenzumrichter dient zur Ansteuerung des Elektromotors 1. Gegebenenfalls kann das Elektronikgehäuse 9 auch durch einen Fortsatzabschnitt des A-Lagerschildes 6 gebildet sein, wobei die elektronischen Bauteile auf einer Leiterplatte angeordnet an einem vorgesehenen Platz innerhalb des Fortsatzabschnittes positioniert sind.
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Das B-Lagerschild 7 weist als axiale Öffnung eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten Durchbrechungen 10 auf, die einen Lufteinlass für einen sich in axialer Richtung ausbildenden Luftstrom 11 innerhalb des Motorträgers 2 bilden. Die Durchbrechungen 10 sind jeweils in einem achsfernen oder achsnahen Bereich einer senkrecht zur Antriebswelle 4 verlaufenden Stirnwand 12 des B-Lagerschildes 7 angeordnet.
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Das A-Lagerschild 6 weist an einer senkrecht zur Antriebswelle 4 verlaufenden Stirnwand 13 desselben als axiale Öffnung eine Mehrzahl von ringförmig verteilt angeordneten Durchbrechungen 14 auf, die einen Luftauslass des Motorträgers 2 bilden. Die Durchbrechungen 14 sind in einem achsnahen Bereich der Stirnwand 13 angeordnet.
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In axialer Richtung benachbart zu der Stirnwand 13 des A-Lagerschildes 6 ist außerhalb des Motorträgers 2 ein Lüfter (Radiallüfter 15) angeordnet, der drehfest mit der Antriebswelle 4 verbunden ist. Der Lüfter 15 weist ein Lüfterrad mit einer Mehrzahl von Lüfterschaufeln 16 sowie eine massive Lüfterscheibe 17 auf. Die Lüfterschaufeln 16 erstrecken sich in radialer Richtung auf einer der Stirnwand 6 zugewandten Seite der Lüfterscheibe 17 und sind mit dieser einstückig verbunden. Vorzugsweise ist die Lüfterscheibe 17 einstückig mit den Lüfterschaufeln 16 verbunden. Gegebenenfalls kann die Lüfterscheibe 17 auch Öffnungen aufweisen.
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In einer Erstreckungsebene E des Lüfters 15 schließt sich an einem Umfangsrand des A-Lagerschildes 6, im vorliegenden Fall unterhalb des A-Lagerschildes 6, das Elektronikgehäuse 9 an, wobei eine Reihe von parallel zueinander angeordneten Kühlrippen 18 des Elektronikgehäuses 9 in der Erstreckungsebene E verlaufen.
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Das A-Lagerschild 6 ist glockenförmig ausgebildet und weist einen sich an einem Umfangsrand der Stirnwand 13 anschließenden Kranz 19 auf, der sich ringausschnittförmig bzw. kreisringausschnittförmig in einem überstumpfen Winkelbereich α in Umfangsrichtung erstreckt. Der Kranz 19 umgibt den Lüfter 15, wobei ein Innendurchmesser des Kranzes 19 größer ist als ein Außendurchmesser der Lüfterscheibe 17. Zwischen einer Axialfläche 19' des Kranzes 19 und einem Umfangsrand der Lüfterscheibe 17 bildet sich somit ein Ringspalt 20 zur Führung des Luftstromes 11 aus.
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Wie besser aus 3 ersichtlich ist, bilden die parallel zueinander verlaufende Lüfterscheibe 17 und die Stirnwand 13 des A-Lagerschildes 6 Wandungen eines in der Erstreckungsebene E verlaufenden Luftkanals 21, in dem der durch die Durchbrechungen 14 der Stirnwand 13 aus dem Motorträger 2 austretender Luftstrom 11 umgelenkt wird von dem achsnahen Bereich in einen achsfernen Bereich. Der Luftstrom 11 kann eine radiale und/oder in Umfangsrichtung gerichtete Bewegungskomponente aufweisen und verlässt den Luftkanal 21 am Umfangsrand der Lüfterscheibe 17. Ein erster Teil des Luftstroms 11 wird in dem Ringspalt 20 gesammelt und entsprechend einer Vorzugsrichtung V ringförmig zu den Kühlrippen 18 geleitet. Ein zweiter Teil des Luftstroms 11 wird direkt an die Kühlrippen 18 übergeben, und zwar in einem Bereich, in dem der Kranz 19 offen ausgebildet ist, ohne das Vorsehen der Axialfläche 19'. Der erste Teil des Luftstroms 11 strömt in Umfangsrichtung bis zu einem offenen Bereich 22 des Kranzes 19, in dem sich die Kühlrippen 18 befinden.
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Die Kühlung bzw. Belüftung des Elektromotors 1 erfolgt somit in zwei Schritten. In einem ersten Schritt wird mittels des Lüfters 15 der Luftstrom 11 aus der Umgebung angesaugt, wobei der Luftstrom 11 durch den Lufteinlass 10 in den Motorträger 2 eintritt und im Wesentlichen in axialer Richtung bis zu dem Luftauslass 14 an dem gegenüberliegenden A-Lagerschild 6 geleitet wird zur Kühlung des Stators 3 und/oder des Rotors 5. In einem zweiten Schritt wird derselbe Luftstrom 11 über den Luftkanal 21 und/oder den Ringspalt 20 quer zur Antriebswelle 4 umgeleitet in Richtung der Kühlrippen 18 des Elektronikgehäuses 9. Der Luftstrom 11 kann somit auch zur Kühlung von elektronischen Bauteilen des Elektronikgehäuses 9 genutzt werden. Anschließend wird der Luftstrom 11 an die Umgebung abgegeben.
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Der erfindungsgemäße Elektromotor 1 kann beispielsweise für Heißluftöfen oder Pumpensysteme eingesetzt werden. Insbesondere kann der Elektromotor 1 für Gargeräte, beispielsweise Kombidämpfer, eingesetzt werden.
