电动电机的自支撑壳体的制作方法
【专利摘要】本发明涉及的是电动电机（23）的定子（22）的板叠（5）的自支撑壳体（1），该壳体具有以下特征：板叠部段（2），其包围着板叠（5），其中，板叠（5）由轴向地分层的叠片构成并且在其端面上具有至少各一个压紧板（4），其中，板叠部段（2）的内侧这样设计，即能容纳具有八角形横截面的基本形状的板叠（5），其中，此时在周向上板叠的较短的侧（25）和较长的侧（24）交替地存在；至少一个连接部段（3），位于板叠部段（2）的轴向延长中，用于将其他元件和/或装置定位在壳体（1）上；为了定位和固定板叠（5），支承区域（7）位于板叠部段（2）的内侧上，以使得在支承区域（7）之间产生自由空间。
【专利说明】电动电机的自支撑壳体
【技术领域】
[0001]本发明涉及了一种自支撑壳体，该自支撑壳体用于电动电机的定子的板叠、用于在自支撑壳体中定位定子自支撑壳体的板叠、以及带有位于壳体中的定子的板叠的电动电机。
【背景技术】
[0002]存在许多种电机设计方案，这些设计方案不仅可以针对气体冷却和水冷却，针对接线盒安装，针对轴承布置，而且还可以针对冷却电动电机的具体设计方案。为此EP0387743A1已知了一种气体冷却方案。在DE19742255C1中描述了一种带有位于定子板叠中的、轴线平行的冷却管道的无壳的三相交流电机。另外，US5084642A和DE9112631U1中已知了一种液体冷却的电动电机，其中，在此情况下转向装置和输入端和输出端接入到轴承端盖中。此时，轴高、冷却类型、接线盒的布置的每种改变均导致出现电动电机的一种几乎全新的结构和设计方案。
[0003]无壳的电机缺乏刚性并且为了对轴进行支承而设有盆式轴承端盖(Topflagerschilden)，该盆式轴承端盖的费用支出相对较高并且较为昂贵。AT170766中已知了一种无壳的电机，其叠片具有冷却和支脚突起。
[0004]具有壳体的电动电机导致有效部分变大，也就是说，换言之所提供的冷却范围与无壳机器不同。
【发明内容】
[0005]据此，本发明的目的在于:在考虑新的效率等级的条件下实现一种电动电机，尤其是低压层面的电动电机，该电动电机的制造相对更为简单并且避免了以上所述的缺陷。
[0006]通过一种电动电机的定子的板叠的自支撑壳体来实现所提出的目的，该壳体具有以下特征:
[0007]-包围板叠的板叠部段，其中，板叠由轴向地分层的叠片构成并且在其端面上具有至少各一个压紧板，其中，板叠部段的内侧这样设计，即能容纳具有八角形横截面的基本形状的叠片，其中，此时在周向上观看板叠的较短的侧和较长的侧交替地存在；
[0008]-位于板叠部段的轴向延长中的至少一个连接部段，以用于将其他元件和/或装置定位在壳体上；
[0009]-板叠的预先给定的支承区域，位于壳体的板叠部段的内侧上，以用于定位和固定板置；
[0010]-在周向和/或轴向方向观看，在支承区域之间设有自由空间。
[0011]另外通过带有板叠的电动电机来实现所提出的目的，其中，在连接区域上设有用于定子和/或转子的冷却总成。
[0012]这种自承重的壳体根据本发明具有简单的多角形的板叠部段，该板叠包括多角形的板叠。另外，根据本发明的自支撑壳体具有至少一个连接部段，该连接部段位于板叠部段上的轴向延长中。在多个连接部段的情况下，这些连接部段布置在板叠部段的两侧的轴向端部上。
[0013]根据本发明此时明确地确定和描述了自支撑壳体的任务。由此提出一个板形方案(Plattformkonzept),该板形方案此时能够以简单的方法和方式在不拟定和产生新的机器方案的条件下实现各种实施方式(例如，液体冷却、气体冷却、带有和不带有隔音件的机器、机器上的中间冷却装置、上面或侧面处的接线盒等)。
[0014]由此，壳体的板叠部段用于通过在板叠部段和板叠之间的确定的支承区域固定定子的板叠，尤其作为转矩支架(Drehmomentenstuetze)和/或用于组装板叠。
[0015]在另一个实施方式中，壳体的板叠部段的侧面是敞开的，从而仅有一个框架在可能的情况下通过一个或多个支柱进行强化地实现上述任务。板叠部段由此具有带有强化边缘的常规的棱柱体作为基本形态。
[0016]连接部段在轴向延长中紧接着和直接地布置在板叠部段上。连接部段和板叠部段有利地由一种材料实施且尤其实施成一体的。
[0017]极为简单地自支撑壳体利用其板叠部段和其连接部段来构造以及仅由少量基本元件自支撑壳体构成。这些基本元件能由钢材、铸刚或灰铸铁，或还能由招制成。
[0018]附加装置和/或辅助总成，例如，空气引导装置、空气分配装置、通风装置的安装、插件冷却器(Aufsatzkuehlern)的安装、轴承端盖、接线盒的所有连接可能此时仅仅通过壳体的一个或其他的连接部段来实现。在两个连接部段的情况下，板叠部段处在这两个连接部段之间。由于例如，仅仅设有外部冷却装置而没设有插件冷却器，所以可以通过连接部段上的空插头(Blindstopfen)或暗盖(Blindabdeckungen)来盖住或关闭没有使用的那个连接部段的功能或连接可能。这简化了壳体的基础结构，其原因在于，此时在电动电机的轴线高度上仅设有壳体，利用该壳体能实现所有连接可能、冷却可能。
[0019]由此，例如能实现所有冷却类型，例如，自行通风或外部通风，水冷却或具有外部通风的水冷却，以及独立的插件冷却器。
[0020]有利地，可以通过非常简单的壳体连同其连接部段来几乎自由地选择接线盒的位置，这是因为，例如对于肋片壳体而言接线盒的安装仅与连接部段而不与特定的容纳面相关联。
[0021]基本上定子的板叠实施成八角形的基本形状，其中，在周向上观看交替地布置较短的和较长的侧。
[0022]在此情况下将想象的、垂直于虚拟的机器轴线布置的平面定义为周向。这个平面平行于板叠的各个叠片延伸。
[0023]布置成板叠的叠片在其外侧(从支承区域观看)上具有扩大表面的结构。在此情况下在板叠中还补充地设有轴向延伸的凹进处。这些扩大表面的结构，如，冷却肋或用于冷却管道的卡槽和/或轴向凹进处在运转电动电机时被用来进行空气或液体冷却。由此能够以简单的方法和方式将机器实施成液体冷却的或气体冷却的机器。当然，在不对机器进行大规模调整的情况下也可以使用组合式冷却(气体和液体)。
[0024]有利地，支承区域设置在较短的侧上，使得在壳体的板叠部段的侧壁和板叠的较长侧之间能对预先给定的间距进行设定。在这个自由空间中可以放入例如噪声隔音垫。通过板叠和壳体的最小限度的接触来降低噪声排放。通过隔音材料能进一步降低该噪声排放。
[0025]另外，通过根据本发明的电动电机利用其自承重的壳体以及其板叠得到一种优化的材料应用，其原因在于，与圆形的板叠相比此时板叠的角部也可以参与应用。另外，通过使用自承重的壳体为壳体得到了高刚性。由此能够承受力矩。该力矩既可以是在电动电机运转时的转矩，又可以是在短路情况下的短路力矩。
[0026]如果板叠部段的侧壁被封闭，那么板叠以及其他的将不受到腐蚀作用的损害。
[0027]通过电动电机的根据本发明的结构能够以及简单的方法和方式简单地实现IEC34-7中所确定的保护类型。
[0028]还能够尤其经济地实现根据本发明的结构，其原因在于，通过使用这种自承重的壳体以标准的轴承端盖替代了昂贵的盆式轴承端盖。轴承端盖布置在连接部段中。
[0029]有利地，在周向上观看可以将自支撑壳体实施成一部分的，两部分的，或多部分的，以便由此尤其是在电动电机的轴高更大的情况下，在装配壳体的过程中能够更好地进行操作。在将各个部分定位在板叠上之后将其力配合地连接，以便能够承受上述力矩。
[0030]定子的板叠基本上在其端面上受到压紧板的冲击，该压紧板将各个轴向分层的叠片相互压紧。
[0031 ] 根据一个实施例，压紧板在定子孔的范围内且在可能的情况下在槽的范围内以及还有实际上的冷却凹进处的范围内与叠片的尺寸相符，但在其外直径方面则大于各个叠片。由此得到以下优点，即，在预先给定的支承区域上只有压紧板被放置在壳体的板叠部段的内侧上。由此，有利地具有八角形的基本形状的板叠的侧面之间，利用较短的和较长的板叠侧面来设定板叠的表面和板叠部段的内侧面之间的自由空间。在这个自由空间中此时可以嵌入隔音材料，有利地已经预制的隔音垫，该隔音材料可以与电机的和/或连接在电机上的变频器的预先给定的振动频率和噪声频率相匹配并且由此一开始就已经将一定的频率过滤掉。
[0032]通过在内部的布置此时隔音材料不受到外部影响，例如，天气或机械损坏的损害并且由此更长时间地保持其功能性。另外，隔音垫位于封闭的自由空间中且由此能够不会由于板叠的振动而滑动到绕组或转子中。
[0033]有利地，隔离垫被粘贴，旋拧或通过固定吊环固定在板叠上或板叠部段的内侧上。这种隔音垫导致噪声减小，这尤其对于在变频器上运转的电动电机而言极为重要。这种噪声是由布置在定子的槽中并且利用脉冲频率磁性地排斥和吸引的绕组的机械振动所产生的。
[0034]通过这种附加的措施在不改变变频器控制的条件下遵守噪声极限值。由此能够利用低时钟频率，也就是仍在可听到的< 16kHz的范围内在根据本发明的电动电机处运行变频器。此外更高的时钟频率将导致变频器出现更高的功率损耗。
[0035]在另一个实施方式中，压紧板在其外部尺寸方面至少在支承区域的范围内与定子板叠的叠片是相应的。由此无论是压紧板还是板叠的叠片均利用其较短的侧贴靠在支承区域上。由此，在周向上观看在壳体的板叠部段的支承区域和板叠之间设定四个接触区。每个接触区均轴向地延伸，以压紧板的较短的侧为起始点经过板叠的各个叠片的较短的侧直至最终到达第二压紧板的较短的侧。由此在板叠的表面和板叠部段的内侧面之间设定了在支承区域中轴向地延伸的接触区。在这些轴向地延伸的接触区之间，此时在板叠的表面和板叠部段的内侧面之间存在自由空间。在这些自由空间中也能够以上面所实施的方法和方式嵌入隔音材料，尤其是具有上述具有优点的效果的隔音垫。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]下面借助按原理示出的实施例来详细地阐述本发明以及本发明的其他有利的设计方案，附图示出:
[0037]图1是一种实施方式的按原理的纵向截面，
[0038]图2是另一种实施方式的按原理的纵向截面，
[0039]图3是根据图1的实施方式的截面图，
[0040]图4是带有隔音垫的实施方式的截面图，
[0041]图5,图6是壳体中的不同板叠的实施方式，
[0042]图7是带有隔音垫的根据图1的实施方式，
[0043]图8是带有板叠的壳体，
[0044]图9，图10分别是多部分的壳体，
[0045]图11至图13是壳体上的不同的轴承布置，
[0046]图14，图15是壳体上的冷却装置的不同布置，
[0047]图16是壳体上的按原理的液体冷却连接件，
[0048]图17，图18是壳体上的插件冷却器或套装式变频器，
[0049]图19是壳体上的接线盒的布置，
[0050]图20是壳体的支承区域，
[0051]图21至图24是壳体的其他实施方式，
[0052]图25是电动电机的透视图。
【具体实施方式】
[0053]图1示出了电动电机23的根据本发明的自支撑壳体I的按原理的纵向截面视图，该电动电机带有定子22，定子的板叠5通过端面上的压紧板4由轴分层的叠片构成。在自支撑壳体I的结构类型方面，利用不同的接合技术(钎焊、熔焊、粘合)将壳体部分或壳体部段、加强件、型材以及覆板相互连接。在此情况下单独通过这个壳体结构来承担负重功能。通过紧凑的壳体结构，通过在可能的情况下空心的、具有尽可能大的横截面的壳体部分以及由此通过高阻力矩来实现刚性。例如，在图8和图23中的卷边、凹陷(Eindellung)等提高了刚性。
[0054]壳体I尤其必须能够承载在运转时所产生的力矩，由此其也被用作为在短路情况下所产生的力矩的力矩支架。
[0055]压紧板4包装住板叠5并将其压紧在一起，使得叠片之间存在极为狭窄的间隙。尽管如此，灰尘或湿气仍能够通过毛细作用涌入到间隙中。壳体I具有板叠部段2以及与该板叠部段轴向地连接的连接部段3。连接部段3在此视图中在其高度方面不同于板叠部段
2。但其同样能设有相同的横截面或如图1所示的那样具有更大的横截面。
[0056]板叠部段2在此情况下在运转时通过压紧板4从板叠5中承受力矩并且将该力矩进一步传导给连接部段3，该连接部段例如与基座连接。[0057]如果连接部段3设有较大的横截面，那么在此情况下连接部段3下方的区域同时构成了支脚，在其上放置有运转中的电动电机23。
[0058]正如图1也示出的那样，板叠5仅仅布置在板叠部段2的内部。壳体I的板叠部段2不具有其他功能或用于外部的附加元件、例如通风装置等的连接的可能性。其用于定位以及在可能的情况下保护板叠5。为了进行装配，只有当连接区域3和/或板叠部段2能够设有用于运输吊环27的可能性时其才是具有优点的。
[0059]图2示出了电动电机23的纵向截面图，其中，与图1的区别在于，即无论是板叠5的叠片还是压紧板4均至少在预先确定的外部圆周部段中具有相同的直径和相同的横截面。所有板叠5在此情况下同样布置在壳体I的板叠部段2中。
[0060]在图1中，由通过压紧板4进行包装并且仅仅通过位于壳体I的板叠部段2的内侧面上的压紧板4轴向地分层的叠片构成的板叠5支撑在为此而设置的支承区域7中。叠片不与板叠部段2的内侧面接触。由此电动电机的力矩仅仅通过压紧板4与支承区域7的接触区传导给板叠部段2。
[0061]根据图2，无论是压紧板4的较短的侧还是板叠5的预先给定的区域均如也如图3所示的那样贴靠在位于板叠部段2的支承区域7中的叠片的较短的侧上。
[0062]图3示出，尤其是壳体I的板叠部段2在其外部基本形状方面可以构造成四角形的或还有八角形的。壳体I的板叠部段2的内侧面构成了八角形，该八角形尤其是在较短的内侧面上构成了用于板叠5的支承区域7和/或仅仅用于板叠5的压紧板4的支承区域。
[0063]在运转中的电动电机的定子孔9中布置有转子，该转子可旋转地放置在轴承端盖中并且通过与定子22的绕组系统的电磁交互作用产生例如用于驱动做功机器的转矩。
[0064]在板叠部段2的内侧面和板叠5的表面之间所得到的自由空间6中，如图4所示的那样放入了预制的隔音垫8，有利地该隔离垫与为电动电机23供电的变频器的特定的频率相匹配。由此可以另外利用低时钟频率运行变频器。
[0065]隔音垫8具有非常简单的矩形形状并且可以是已经预先制造完成的。隔离垫从外面是不可见的并且基于其放置于内部的布置方式而防止了其受到外界的影响，如，天气影响或机器损害或滑动的损害。
[0066]另外，隔离垫8有利地通过粘合、旋拧或辅助的固定环固定在板叠部段2的内侧面或板叠5上，使得防止在自由空间6内部出现滑动。由此排除了隔离垫8，例如由于电动电机在运转时的振动到达定子22的绕组区域中或电动电机23的旋转部分的区域中。
[0067]图5、图6示出了分别布置在板叠部段2中的不同的板叠5的叠片的按原理的横截面形状。板叠基本上具有八角形的基本形状，尽管在外圆周或板叠内部使用了扩大表面的方法，如，切口、凹进处、卡槽仍保留了这种基本形状。在此情况下，八角形基本形状具有较短的侧25和较长的侧24，这些侧在周向上进行交替并且由此通过其较短的侧25和支承区域7实现板叠5在壳体I的板叠部段2的内侧面上的定位和固定。
[0068]在此情况下，叠板垂直于虚拟的轴线26布置。在定子孔9的方向上板叠5具有槽10和齿11，其中，在槽中布置有绕组系统。
[0069]径向向外地连接有轭桥36 (Jochbruecke),该轭桥优选地不具有影响磁场线走向的凹进处。轭桥36的径向延展件37在此情况下优选地为槽10的深度的至少一半。
[0070]位于叠片之上和之中并且最终也位于板叠5中的凹进处34，例如，卡槽构成了轴向延伸的凹进处。这些凹进处合适地容纳有电动电机23的液体冷却装置的冷却管道和/或用作为电动电机的自行通风或外部通风的通风通道。
[0071]图7示出了根据图1的实施方式的按原理的纵向截面图，其中，此时隔离垫8布置在自由空间6中。
[0072]图9和图10示出，整个自支撑壳体I (根据图8)可由多个轴向地分开的部件组合而成。对于轴高很大的电动电机而言这是尤其具有优点的。在此情况下简化了壳体I的装配和搬运。每个轴向部段在此情况下均具有板叠部段2的和连接部段3的相应的部分。
[0073]为了能够构成所需要的转矩支架，各个部段力配合地组装在一起。
[0074]在连接部段3中，现在所有的、对于运转电动电机23所必要的连接件变型均能够穿过开口 12。这些连接件变型例如,是接线盒(Klemmenkasten)、通风装置、用于中间冷却器等的换气口的连接件。如果这些开口 12对于特定的机器类型和/或使用目的而言不是必要的，那么可以通过简单的盖板33来封闭这些开口。
[0075]图11示出一种实施方式，其中轴颈13轴向地从壳体I中伸出，在其上可以机械地连接做功机器。在此情况下轴承端盖19布置在左侧的连接部段3中。
[0076]正如图12和图13所示的那样，可以在连接区域3中设置其他的、不同的轴承端盖19，其中，在此情况下在轴承端盖19的选择时既要考虑到做功机器的相应的应用和目的，又要考虑到安装类型(水平的或垂直的轴13)。根据本发明现在通过例如将支脚18与基座连接而在连接部段3中实现以上考量。
[0077]由此能够以更为简单的方法和方式实现根据IEC34-7的电动电机的结构形式。
[0078]图14示出了根据本发明的方案的另一种有利的设计方案，S卩，此时能将通风装置14连接在连接部段3上。由此能够实现外部冷却电动电机23。板叠部段2在结构上不被触碰。
[0079]另外，根据图15同样可以在连接部段3的上方布置冷却装置或外部冷却装置。
[0080]图16示出了将液体冷却装置15连接在电动电机23上的原理上的可能性。自然为此要在凹进处内部，在定子22的板叠5的内部或其上布置冷却管道并且按流量地进行连接。在此情况下优选地力争实现在周向上观看为蜿蜓形的(Maeanderfoermiger)冷却管道走向。
[0081]图17在另一个实施方式中示出带有板叠部段2和两个连接部段3的壳体I。连接部段3的开口 12汇入到热交换器16中，该热交换器有利地是气体气体或气体液体-热交换器，其中，被加热的或中间冷却的冷却气体通过电动电机23的连接部段3的为此而设置的开口 12输出或输入。板叠部段2保持不被触碰。
[0082]为了对根据图17的实施方式进行补充，图18示出了定位在热交换器16上的变频器17。变频器17通过热交换器16受到连带冷却。电连接导线为此穿过热交换器16且通过连接区域3被引导给电动电机23的定子22的绕组系统。
[0083]图19示出了连接部段3上的接线盒20，其中，为了使外部的电连接件21更为简单，接线盒20利用其外部电连接件21的取向可以在不同的方向上进行设定。
[0084]所有连接元件，如接线盒20、热交换器16、变频器17等可以单独地或以任意组合通过开口 12安装在连接部段3上。
[0085]图20示出板叠部段2的支承区域7，该支承区域构造在八角形壳体I的较短的侧上。通过这个支承区域7在板叠部段2的内侧面和板叠5的表面之间实现了自由空间6，正如以上所实施的那样，该自由空间填充隔音材料。
[0086]图22示出壳体1，其中与之前所描述的实施方式相比，根据本发明的基本想法仍旧保留，但在板叠部段2中侧壁35是敞开的。由此与无壳的机器相比同样实现了相对更高的刚性。
[0087]在此情况下，原本的侧壁35也是可更换的。每个空隙均可以通过最为不同的侧壁35封闭。通过具有不同的或更厚的或更薄的材料(塑料、GFK...)的侧壁35会影响壳体I的振动特性。带有插入件(Einsatz)的侧壁35在此情况下伸入到自由空间6中。这种插入件例如是用于隔音材料的固定元件或带孔金属板。
[0088]然而为了进一步提高刚性，如图21所示，在板叠部段2的侧壁的剩余开口中设有接片28。
[0089]如图23所示，通过使得板叠部段2缺少侧壁能够使得支承区域7例如与机床的车刀尤其良好地共同工作，其原因在于车刀的工作区域29超过限定边缘30突出。
[0090]图24示出壳体I的透视图，该壳体在其板叠部段2的轴向端部上具有材料增厚部(Materialanhaeufungen),为此其尤其适合安装运输吊环27。
[0091]图25示出所述板形方案的一个可能的实施方式中的电动电机23，轴颈13在一个连接区域3处突出，该轴颈固定在位于该连接区域3中的轴承端盖19中。另外，这个连接区域3的开口 12设有通风格栅31、接线盒20以及运输吊环27。另一个连接区域具有通风护盖32。侧壁35被单独覆盖。
【权利要求】
1.一种电动电机(23)的定子(22)的板叠(5)的自支撑壳体(I),具有以下特征: -包围所述板叠(5)的板叠部段(2)，其中，所述板叠(5)由轴向地分层的叠片构成并且在所述板叠的端面上具有至少各一个压紧板(4)，其中，所述板叠部段(2)的内侧这样设计，即能容纳具有八角形横截面的基本形状的所述板叠(5)，其中，此时在周向上观看所述板叠的较短侧(25)和较长侧(24)交替地存在； -位于所述板叠部段(2)的轴向延长中的至少一个连接部段(3)，以用于将其他元件和/或装置定位在所述壳体(I)上； -所述板叠(5)的预先给定的支承区域(7)，位于所述壳体(I)的板叠部段(2)的内侧上，以用于定位和固定所述板叠(5)； -在周向和/或轴向上观看，在所述支承区域(7)之间设有自由空间(6)。
2.根据权利要求1所述的自支撑壳体(1)，其特征在于，仅仅通过位于所述壳体(I)的所述板叠部段(2)的所述支承区域(7)中的所述压紧板(4)来支撑所述定子(22)的所述板叠(5)。
3.根据权利要求1所述的自支撑壳体(1)，其特征在于，通过所述压紧板(4)和所述板叠(5)，尤其是所述支承区域(7)中的所述板叠(5)的所述较短的侧(25)将所述定子(22)的所述板叠(5 )支撑在所述板叠部段(2 )上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的自支撑壳体(I)，其特征在于，位于所述板叠(5)的表面和所述板叠部段(2)的与所述板叠的所述表面相应的内侧之间的自由空间(6)设有隔音材料。
5.根据权利要求4所述的自支撑壳体(1)，其特征在于，所述隔音材料以隔音垫(8)的形式存在。
6.根据权利要求4或5所述的自支撑壳体(I)，其特征在于，所述隔音材料与预先给定的吸收频率相匹配。
7.根据前述权利要求中任一项所述的自支撑壳体(1)，其特征在于，在周向上观看所述自支撑壳体(I)构造成为一部分的，两部分的，或多部分的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的自支撑壳体(I)，其特征在于，能仅仅通过所述连接部段(3)来安装附加元件，例如，冷却系统、接线盒(20)、轴承端盖(19)。
9.带有根据权利要求1至8中任一项所述的自支撑壳体的电动电机，其特征在于，在所述连接区域(3)上设有用于所述定子(22)和/或所述转子的冷却总成。
【文档编号】H02K5/24GK103548240SQ201180071083
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2011年5月24日 优先权日:2011年5月24日
【发明者】赖纳·格里勒恩贝格尔, 托马斯·科克, 乌尔里希·维尔纳, 马丁·辛德尔卡, 格哈德·多尔 申请人:西门子公司