专利名称：包含有用于导引冷却空气的径向隔板的电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电机。
背景技术：
电机是众所周知的。已知的电机具有外壳。转子轴通过轴承安装在外壳内，因而可绕轴线(shaft axis)旋转。外壳具有两个端面和一个侧面。外壳端面从轴向上界定的外壳内腔。侧面从 径向上界定外壳的外壳内腔。转子轴上以抗扭转方式安装有转子叠片组。该转子叠片组具 有多个轴向延伸冷却通道和多个径向延伸冷却通道。转子叠片组的径向延伸冷却通道沿径 向向外开口并且沿径向向内至少延伸至所述轴向延伸冷却通道。外壳具有两个轴向隔板， 这些轴向隔板以所述侧面为起点沿径向向内延伸，但终止于转子轴前方。所述轴向隔板沿 轴向看布置在转子叠片组和端面之间。外壳具有多个轴向筋条，这些轴向筋条沿所述侧面 的周边分布，至少在轴向隔板之间沿轴向延伸并沿径向向内延伸。这些轴向筋条承载着定 子叠片组。定子叠片组在电性上与转子叠片组相互作用。定子叠片组具有多个径向延伸冷 却通道，这些冷却通道沿径向向内、向外开口并与转子叠片组的径向延伸冷却通道共同作 用。定子叠片组承载着定子绕组。该定子绕组具有多个绕组端部，这些绕组端部沿轴向突 伸于定子叠片组两端之外。轴向隔板沿径向向内延伸的程度使得绕组端部从径向看被轴向 隔板覆盖。所述侧面在第一切向区域内具有两个冷却空气入口和一个冷却空气出口。所述 入口从轴向看各位于其中一个端面和其中一个轴向隔板之间。所述出口从轴向看位于所述 轴向隔板之间。现有技术中的电机是从两端沿轴向将冷却空气送入转子叠片组。冷却空气先流经 转子叠片组，再流经定子叠片组。冷却空气从定子叠片组中出来时沿径向向外流动。接下 来，冷却空气要么直接经由出口流向外部，要么沿轴向进入一个布置有绕组端部的区域。冷 却空气在这个区域内沿切向流动，直至到达第一切向区域。冷却空气在该切向区域内穿过 出口流向电机外部。第二部分冷却空气并不流经转子叠片组，而是直接穿过绕组端部。这部分冷却空 气穿过绕组端部后直接沿径向向外流动并与第一部分冷却空气混合。在此情况下，第一部 分冷却空气和第二部分冷却空气有时会对彼此造成一定的妨碍。现有技术选择接受这种部分冷却空气相互妨碍以及由此引起的电机利用率下降。 另外，现有技术还采用相对较强的风扇，而这类风扇会产生相应较大的冷却空气流。除此之 外，现有技术还会采用完全不同的冷却空气导引装置。
发明内容
本发明的目的是对开篇所述类型的电机进行改进，达到在保持基本结构不变的情 况下提高空气导引效率的目的。本发明用以达成上述目的的解决方案是一种具有权利要求1所述特征的电机。除开篇所述的特征外，本发明还具有以下特征所述外壳具有两个径向隔板，这些径向隔板沿 径向看布置在所述定子绕组的绕组端部和所述轴向筋条之间。所述径向隔板沿轴向看分别 从所述定子叠片组延伸至其中一个轴向隔板，沿切向看覆盖一个与所述第一切向区域大体 互补的第二切向区域。本发明电机的实现方式多种多样。举例而言，所述轴向隔板可具有径向内侧末端，该径向内侧末端沿径向看位于所 述绕组端部的径向内侧，所述轴向隔板的径向内侧末端上可设置端环，所述端环沿轴向看 朝所述定子叠片组延伸，但与所述定子叠片组间隔一定距离。作为上述设计方案的替代或补充方案，所述转子轴上在所述轴向隔板区域内可布 置多个风扇。作为上述其中一个(或两个)设计方案的替代或补充方案，所述轴向筋条在所述 径向隔板区域内的径向延伸度小于其在所述定子叠片组区域内的径向延伸度。
下文将联系附图并借助实施例对本发明的其他优点及技术细节进行说明，其中图1为本发明电机的纵向剖面图；图2为沿图1中A-A线截取的剖面图；以及图3为沿图1中B-B线截取的剖面图。
具体实施例方式下面将对展示同一个电机的图1至图3进行统一说明。先对本发明的基本原理和 作用方式进行阐释，再对其可行设计方案予以说明。图1至图3所示的电机具有外壳1。外壳1中装有转子轴2，该转子轴可绕轴线3 旋转。这部分结构安装时一般采用轴承。这些轴承往往实施为滚动轴承，例如球轴承。但 也可以采用其他类型的轴承，例如圆柱形或锥形轴承或者主动或被动磁轴承。下文所用的“轴向”、“径向，，和“切向，，等概念均以轴线3为基准。“轴向，，在此指 的是平行于轴线3的方向。“径向”是指与轴向正交的方向，包括朝向轴线3和背离轴线3 两种情况。“切向”指的是既与轴向正交又与径向正交的方向，即，与轴线3间隔一定径向距 离地环绕轴线3。外壳1具有两个端面4和一个侧面5。外壳1的端面4从轴向上界定外壳内腔6。 侧面5从径向上界定外壳1的外壳内腔6。转子轴2上以抗扭转方式安装有转子叠片组7。转子叠片组7具有多个轴向延伸 冷却通道8和多个径向延伸冷却通道9。轴向延伸冷却通道8可靠近转子轴2布置。转子 叠片组7的径向延伸冷却通道9沿径向向外开口并且沿径向向内至少延伸至轴向延伸冷却 通道8。如图1所示，径向延伸冷却通道9可以越过转子叠片组7的轴向延伸冷却通道8进 一步沿径向向内延伸。但不一定要这样设计。转子叠片组7的径向冷却通道9只要延伸至 轴向延伸冷却通道8就可以了。为清楚起见，图2和图3没有对转子轴2和转子叠片组7 进行图示。在转子叠片组7的径向延伸冷却通道9越过轴向延伸冷却通道8进一步沿径向向内延伸的情况下，越过该轴向延伸冷却通道8的程度原则上是可以自由选择的。特定而言， 转子叠片组7的径向延伸冷却通道9可以选择性地一直延伸至转子轴2，或者终止于转子轴 2前方距该转子轴一定径向距离处。外壳1具有两个轴向隔板10，这些轴向隔板以侧面5为起点沿径向向内延伸，但 终止于转子轴2前方。轴向隔板10沿轴向看布置在转子叠片组7和端面4之间。轴向隔 板10沿切向看是封闭的，即环绕在周围。这一点在图2和图3中显示得特别清楚。此外， 轴向隔板10之所以得名“轴向”的原因在于，它们从流体技术角度看将所述电机分隔成多 个彼此不同的轴向区域。外壳1具有多个沿侧面5的周边分布的轴向筋条11。轴向筋条11至少在轴向隔 板10之间沿轴向延伸并沿径向向内延伸。这些轴向筋条11承载着定子叠片组12。定子 叠片组12在电性上与转子叠片组7相互作用。定子叠片组12具有多个径向延伸冷却通道 13。定子叠片组12的径向延伸冷却通道沿径向向内、向外开口。它们与转子叠片组7的径 向延伸冷却通道9共同作用。图2和图3也没有对所述定子叠片组进行图示。定子叠片组12承载着定子绕组14。定子绕组13具有多个绕组端部15，这些绕组 端部沿轴向突伸于定子叠片组12两端之外。轴向隔板10沿径向向内延伸的程度使得绕组 端部15从径向看被轴向隔板覆盖。如图2和图3所示，侧面5在第一切向区域16内具有两个用于冷却空气19的入 口 17和一个用于冷却空气19的出口 18。入口 18从轴向看各位于其中一个端面4和其中 一个轴向隔板10之间。出口 18从轴向看位于轴向隔板10之间。外壳1具有两个径向隔板20，这些径向隔板沿径向看布置在定子绕组14的绕组端 部15和轴向筋条11之间。所述径向隔板沿轴向看分别从定子叠片组12延伸至其中一个 轴向隔板10，沿切向看覆盖一个与第一切向区域16大体互补的第二切向区域21。径向隔 板20之所以得名“径向”的原因在于，它们沿径向看将所述电机分隔成多个彼此不同的区 域。总体而言，第一切向区域16通常与第二切向区域20不重叠。在此情况下，第一切 向区域16可与第二切向区域21互补成一个完整的圆。但往往会留下两个剩余切向区域 22。如果存在剩余切向区域22，那么它们一般是一样大的。但在特殊情况下，所述剩余切向 区域也可以不一样大。也可以只存在其中一个剩余切向区域22。如图3所示，径向隔板20至少延伸至与第一切向区域16直接相邻的两个轴向筋 条11。因此，如果在实施例中设置八个轴向筋条11，并且第一切向区域16覆盖其中一个轴 向筋条11，则适用以下数值第一切向区域16沿切向看最多覆盖90°，按上述实施例则大 约覆盖45°。第二切向区域21至少覆盖270°。附图所示的就是这样一个实施例。如果第一切向区域16不覆盖任何一个轴向筋条11，那么第一切向区域16就会在 两个轴向筋条11之间延伸，从而最多覆盖45°。在此情况下，第二切向区域21将至少覆盖 315°。上述数值没有将轴向筋条11的切向延伸度考虑在内。由于轴向筋条11具有一定 的切向延伸度，实际所得的数值可能会略微有别于上述数值。下面对图1至图3所示的电机的冷却方式进行说明。在电机工作期间，转子轴2围绕轴线3旋转。通过入口 17吸入冷却空气19。第一
6部分冷却空气19先流经转子叠片组7的轴向延伸冷却通道8，再流经转子叠片组7的径向 延伸冷却通道9，最后流经定子叠片组12的径向延伸冷却通道13。如果第一部分冷却空气19从定子叠片组12中流出，其不是流出到第一切向区域 16中就是流出到第一切向区域16的外部。如果冷却空气是流出到第一切向区域16外部， 冷却空气19就须先沿轴向流向布置有绕组端部15的轴向区域。冷却空气19中的相关部 分在该区域内沿切向流动，直至到达第一切向区域16。随后，冷却空气19流向出口 18。再 经由出口沿径向流到电机外部。第二部分冷却空气19先穿过绕组端部15。这时，第二部分冷空气可以选择性地在 第二切向区域21的内部流动或流到第二切向区域21的外部。如果第二部分冷空气流到第 二切向区域21的外部，冷却空气19中的相关部分就会直接沿径向向外流动，再进一步通过 开口 18流向电机外部。离开电机之前，这部分冷却空气会在过程中与此前沿切向朝第一切 向区域16流动的第一部分冷却空气19混合。如果第二部分冷却空气19穿过在第二切向区域21的内部穿过绕组端部15，冷却 空气19中的相关部分就会在径向隔板20的作用下沿切向发生偏转，从而使得冷却空气19 中的相关部分先在切向上沿径向隔板20流动，直至其离开第二切向区域21。之后才会与第 一部分冷却空气19混合。也就是说，径向隔板20的作用是使得第一部分冷却空气19和第 二部分冷却空气19只有在第二切向区域21的外部才会相互混合，而此时它们的流动方向 是大体相同的。这样可以避免冷却空气19的相应部分彼此妨碍，从而达到提高电机冷却效 率的目的。本发明的上述原理可以采用不同的实现方式。图1至图3展示了相应的设计方案。 但本发明的电机原则上就算不采用这些设计方案也是可以实现的。此外，下文将要加以联 合说明的设计方案具有相对独立性，亦即，可以单独实施，配对实施，也可以统一实施。根据第一设计方案，轴向隔板10具有径向内侧末端23。沿径向看，该径向内侧末 端23位于绕组端部15的径向内侧。轴向隔板10的径向内侧末端23上设有端环24。端 环24沿轴向看朝定子叠片组12延伸。但与定子叠片组12间隔一定距离。通过这种设计 方案可以改善空气导引效果。尤其是可以避免有较大一部分冷却空气19在流经绕组端部 15时距离绕组端部过远，以至于无法将这部分冷却空气用于电机的冷却。端环24朝定子叠片组12延伸的程度不应过大。这个程度一般不超过轴向隔板10 与定子叠片组12之间的轴向距离的20%。此外，端环24的轴向延伸度一般不超过绕组端 部15突伸于定子叠片组12以外部分的轴向长度的15%。根据第二种可行设计方案，转子轴2上在轴向隔板10区域内布置有多个风扇25。 借此可以实现冷却空气19的主动及强化输送，进而提高冷却效率。根据另一种优选设计方案，轴向筋条11在径向隔板20区域内的径向延伸度小于 其在定子叠片组12区域内的径向延伸度。通过这一措施可以简化所述电机的结构。本发明的电机可以在保持可靠的空气流动原理的同时改善电机冷却效率。因此， 所述电机可以在基本结构不变的情况下以高于现有技术的持续额定功率或最大额定功率 进行工作。上述说明内容仅用于介绍本发明。本发明的保护范围仅由所附权利要求书界定。
权利要求
1.一种电机，其中， 所述电机具有一外壳(1)，所述外壳(1)中装有一转子轴O)，所述转子轴可绕一轴线( 旋转， 所述外壳(1)具有两个端面G)，所述端面从轴向上界定所述外壳(1)的一外壳内腔(6)，所述外壳(1)具有一侧面(5)，所述侧面从径向上界定所述外壳(1)的外壳内腔(6)， 所述转子轴( 上布置有一转子叠片组(7)，所述转子叠片组(7)具有多个轴向延伸冷却通道(8)和多个径向延伸冷却通道(9)， 所述转子叠片组⑵的径向延伸冷却通道(9)沿径向向外开口并且沿径向向内至少延 伸至所述轴向延伸冷却通道(8)，所述外壳(1)具有两个轴向隔板(10)，所述轴向隔板以所述侧面( 为起点沿径向向 内延伸，但终止于所述转子轴(2)前方，所述轴向隔板(10)沿轴向看布置在所述转子叠片组(7)和所述端面(4)之间， 所述外壳(1)具有多个轴向筋条(11)，所述轴向筋条沿所述侧面( 的周边分布，至少 在所述轴向隔板(10)之间沿轴向延伸并沿径向向内延伸，所述轴向筋条(11)承载一个在电性上与所述转子叠片组(7)相互作用的定子叠片组 (12)，所述定子叠片组(1 具有多个径向延伸冷却通道(13)，所述径向延伸冷却通道沿径 向向内、向外开口，并与所述转子叠片组⑵的径向延伸冷却通道(9)共同作用， 所述定子叠片组(1 承载一定子绕组(14)，所述定子绕组(14)具有多个绕组端部(15)，所述绕组端部沿轴向突伸于所述定子叠 片组(12)两端之外，所述轴向隔板(10)沿径向向内延伸的程度使得所述绕组端部(1 从径向看被所述轴 向隔板覆盖，所述侧面(5)在一第一切向区域(16)内具有两个用于冷却空气(19)的入口(17)和 一个用于冷却空气(19)的出口(18)，所述入口(17)从轴向看各位于其中一个所述端面(4)和其中一个所述轴向隔板(10) 之间，所述出口(18)从轴向看位于所述轴向隔板(10)之间， 所述外壳(1)具有两个径向隔板00)，所述径向隔板00)沿径向看布置在所述绕组端部(1 和所述轴向筋条(11)之间，沿 轴向看分别从所述定子叠片组(1 延伸至其中一个所述轴向隔板(10)，沿切向看在一第 二切向区域上延伸，所述第二切向区域与所述第一切向区域(16)大体互补。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述轴向隔板(10)具有径向内侧末端(23)，所述径向内侧末端沿径向看位于所述绕 组端部(15)的径向内侧，所述轴向隔板(10)的径向内侧末端03)上设有端环(M)，所述 端环沿轴向看朝所述定子叠片组(1 延伸，但与所述定子叠片组(1 间隔一定距离。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述转子轴( 上在所述轴向隔板(10)区域内布置有多个风扇05)。
4.根据权利要求1、2或3所述的电机，其特征在于，所述轴向筋条(11)在所述径向隔板00)区域内的径向延伸度小于其在所述定子叠片 组(12)区域内的径向延伸度。
全文摘要
本发明涉及一种电机，该电机包括在定子叠片组(12)和转子叠片组(7)中的径向延伸的通道冷却系统，主冷却气流延轴向从两端导入转子叠片组(7)且延径向流过转子叠片组(7)和定子叠片组(12)中的通道。部分气流还流过绕组端部(15)。电机的外壳(1)内具有热废气可从中流出的出口(18)。在电机外壳(1)的闭合端部，热废气首先延轴向流过轴向筋条(11)到达定子叠片组(12)的端部以便能从外壳(1)的开口侧流出。为了避免废气和部分冷却气流以及主冷却气流彼此阻碍，还提供隔板(10，20)。
文档编号H02K1/20GK102138272SQ200980128223
公开日2011年7月27日 申请日期2009年7月8日 优先权日2008年7月21日
发明者于尔根·拉贝尔迈尔, 卡斯滕·毛斯, 埃克哈德·雷塞尔, 塞巴斯蒂安·魏斯, 托马斯·许姆埃尔, 本亚明·艾兴格, 约瑟夫·尼德迈尔 申请人:西门子公司