CN110383649B - 电机的冷却 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(40)，具有：壳体(12)；定子；能旋转地支承在定子的容纳空间中的转子；冷却装置，用于排导来自壳体(12)的热量；能加载冷却空气的热交换器(14)，其布置在壳体(12)处并且与冷却装置耦合连接；冷却空气通道(16)；和风机(48)，用于将冷却空气引入冷却空气通道(16)中，其中，风机(48)具有以能驱动旋转的方式支承在风机壳体(50)中的风机轮(42)，其中，风机壳体(50)具有两个相对置的空气入口(44、46)和沿风机轮(42)的径向方向布置的至少一个空气出口(52)，风机轮(42)布置在空气入口之间。本发明的目的是改善电机的噪声排放。根据本发明，两个空气入口(44、46)中的至少一个至少在局部以管口(54、56)的形式设计。

Description

电机的冷却

技术领域

本发明涉及一种机器，具有：壳体；以抗扭的方式布置在壳体中的定子；能旋转地支承在定子的容纳空间中的转子；用于排导来自壳体的热量的冷却装置；能加载冷却空气的热交换器，该热交换器布置在壳体处并且与冷却装置耦合连接；用于供应和/或排导冷却空气的冷却空气通道；以及用于将冷却空气引入冷却空气通道的风机，其中，风机具有以能驱动旋转的方式支承在风机壳体中的风机轮，其中，风机壳体具有两个相对置的空气入口和沿风机轮的径向方向布置的至少一个空气出口，风机轮布置在这两个空气入口之间。

背景技术

通用电机在现有技术中是公知的，因此不需要特别的文献说明。在电机、特别是旋转电机中，固定件通常设置为定子，定子通常提供基本上圆形的通道开口作为用于接收设计为转子的旋转件的容纳空间。转子能旋转地安装在通道开口中，其中，在转子和定子之间形成气隙。

电机是这样一种装置，其在电动机运行中将电能转换成机械能、特别是动能，和/或在发电机运行中将机械能转换成电能。这种运动通常是由转子实施的旋转运动。与转子不同，定子通常抗扭转地布置，也就是说，旋转运动是转子相对于定子的旋转运动。

定子和转子通过磁通流连接，由此在电机运行中产生驱动转子以使其能相对于定子旋转的力、也就是转矩，并且在发电机运行中以旋转的形式将传输到转子的机械能转换成电能。为此目的，定子和转子各自具有绕组，电流通过绕组流动。在定子或转子中，绕组也能够通过永磁体形成或补充。

通用类型的旋转电机例如是旋转磁场机器，其连接到多相、特别是三相交流电网，例如是异步电机、同步电机、具有阻尼笼架等的同步电机或直流电机，例如是并联电机或串联电机等。

旋转电机通常具有壳体，该壳体包围旋转电机的部件，至少包围定子和转子。通常，电机还具有冷却装置，用于通过冷却流体排除来自壳体的热量。冷却装置能够集成到壳体中。然而，冷却装置还能够至少部分集成地布置在定子和/或转子中。

对此，US 2002/0141888A1公开了一种用于冷却马达的双侧径流式风机。

在应与外部大气隔离构造的电机中(例如其中电机相对于大气密封地封闭)，通常具有冷却装置，其在机器侧提供封闭的冷却循环。冷却流体能够是液体或气体，特别是空气。冷却装置优选地连接到热交换器，冷却流体通过热交换器流动。为此目的，冷却装置与热交换器以流体连接。对此，US 2015/0162805A1公开了旋转电机的转子和旋转电机。此外，DE 102010 001 437A1公开了一种电机，其具有滑环式转子和封闭的滑环装置。

热交换器优选地具有用于引导冷却空气的单独的流体通道，通过该流体通道能够接触冷却流体以进行热交换。冷却流体和冷却空气在热交换器中以材料配合的方式分离。

为了使冷却空气能够流过热交换器，设有风机，该风机用于将冷却空气引入冷却空气通道。风机具有其自己的风机壳体，风机的风机轮以能驱动和旋转的方式支承在风机壳体中。风机壳体还具有两个相对置的空气入口和沿风机轮的径向方向布置的至少一个空气出口，风机轮布置在这两个空气入口之间。风机轮通常布置成使得风机轮的旋转轴线横向于由两个相对置的空气入口形成的平面。

尽管这种现有技术已证明其价值，但仍存在缺点。在电机的正常操作中，由于风机的运行而产生噪声，该噪声取决于电机的运行状态能产生非常大的干扰。

发明内容

本发明的目的是改善电机的噪声排放。

对于根据本发明提出的通用电机，两个空气入口中的至少一个至少在局部以管口(Duese)的形式设计。

本发明基于以下构思，即以管口的形式设计空气入口，能够改善进入风机的气流，从而能够总体上实现更有利的气流，并由此能够减小噪声排放。本发明还基于如下的思想，即尤其在空气入口处提供减小噪声的措施是特别有利的，因为在那里还设有同样影响空气流动的风机轮。以管口的形式设计空气入口，能够为风机轮实现更有利的冷却空气的流动特性，从而能实现总体降噪。

由此，通过本发明也能够实现的是：在通常需要非常有效的冷却的电机中，能够提供关于冷却能力的高利用率。对于大型电机，这通过热交换器实现。这里主要使用两种变体方案，即通过空气-水热耦合器重新冷却并且通过空气-空气热交换器重新冷却。尽管以下基于空气-空气热交换器的应用，但是本发明的运行原理基本上也适用于空气-水热交换器。

在空气-空气热交换器中，用作冷却流体的空气在电机的壳体内通过例如管式热交换器冷却。为此，必须引导冷却空气通过热交换器的冷却管，以便从热交换器中排散热量。通常将环境空气用作冷却空气。然而，为此基本上也能使用另外的合适的流体冷却剂。通过热交换器的冷却管，确保冷却流体和冷却空气之间的材料分离。因此，机器内部空气流对应于冷却装置的冷却流体，而环境空气对应于冷却空气。

为了能够将周围环境的空气输送到热交换器中，需要技术性的空气输送装置。在这种情况下，空气输送装置由带有风机的风道提供。该空气输送装置在电机的正常运行中是一个相当大的噪声源。通常，风机经由电机的转子驱动，例如其中风机轮固定到转子轴上并在正常运行期间随之旋转。通过本发明，现在能够显著减小风机的噪声排放。

对于主要仅利用一个旋转方向在高转速范围内运行的电机而言，所谓的自通风空气输送装置被证明是有利的。由于在该方案中，不需要用于风机的单独的电驱动单元、特别是其风机轮，因此能够提高该电机的可靠性，因为能够节省驱动单元形式的附加技术组件。在自通风空气输送装置中，优先地使用转子的非驱动侧或转子的转子轴的非驱动侧，其非驱动侧的轴端部从电机或电机的壳体中伸出，并且能够用于驱动风机轮。风机轮本身能够以径流式风机轮或轴流式风机轮的形式设计并具有相应的空气叶片。

为了维护成本和改善电机可靠性，能产生风机轮与转子轴的轴端部的耦合连接的传动齿轮通常不被考虑用于自通风空气输送装置。出于这个原因，在自通风空气输送机中，风机轮通常设计处于正常运行中电机的运行转速，因为风机轮优选地由转子轴直接驱动。

尽管轴流式风机轮适合于输送相对大体积的冷却空气流，但是证明不利的是：为了克服大的反作用力，风机轮需要或者具有大直径，和/或以高速运行。在此，缺点尤其在于：由轴流式风机轮造成的噪声随其在直径方面的尺寸和其运行速度增大而增加。此外要考虑的是，轴流式风机轮的运行将在转子轴方面的轴向力传递给轴流式风机轮。特别是，在滑动支承的转子轴振动的情况中，允许的极限值会被迅速超过。

此外，证明不利的是，在具有冷却装置的模块化电机中，电机具有室内空气循环回路，与气流的设计相关，冷却空气必须在离开轴流式风机之后立刻偏转大约90°。

虽然径流式风机不需要这样，但是在高运行转速下具有相应大直径的径流式风机很快会达到强度和/或稳定性的极限。此外，应该注意的是，单通道径流式风机轮也与轴流式风机轮一样没将轴向动力传递到转子轴。然而，与相应功率的轴流式风机相比，径流式风机允许产生显著更高的压力的优点抵消了这一点。然而，在这种情况下，通过径流式风机的吸入开口或空气入口对体积流量的限制被证明为缺点，其取决于风机轮的直径并且因此限制了转速。因此，在大体积流量的情况中，不可避免地需要大直径的、即大的机械尺寸的径流式风机，而不需要径流式风机产生所需的高压。但是存在的问题是：径流式风机能够在不利的运行条件下运行，导致不利的效率，并且由于大的直径，可能导致相应的大噪声。因此，在本发明中提供的风机具有两个相对的空气入口。因此，至少能够避免关于径流式风机的上述问题。因此，提供了一种双通道式(zweiflutig)风机，即风机壳体具有两个相对的空气入口的风机。

本发明基于对优选地作为轴流风机(Wellenventilator)的双通道式风机的使用。尤其能够提出，两个空气入口中的一个在空气引导箱与电机的非驱动侧端罩之间的空间中配备有空气吸入路径。

如果风机轮基本上相对于空气入口对称地构造，则能够进一步实现的是，基本上没有轴向力施加在用于风机轮的驱动单元、例如转子轴上。此外，在用于高速的电机中，即使在冷却空气的大体积流量的情况中，风机轮的直径也保持很小。由此，能够实现这种风机的更高的效率，同时能够减小噪声排放。

还能够提出，设计为扩散器形式的区域沿流动方向与设计为管口形式的区域连接。这能够在冷却空气流动方面实现进一步改进。特别地，能够改善冷却空气从空气入口到风机轮的流动。由此提高了效率，噪声也能够进一步减小。

证明特别有利的是，沿流动方向在两个空气入口中的至少一个的上游构造有隔音壁。通过隔音壁，能够实现进一步减小噪声排放。隔音壁能够减少或避免通过空气入口的直接噪声。因此能够更好地衰减通过空气入口逸出的噪声。

隔音壁能够是单独的部件，其以足够的距离布置在空气入口的区域中，使得冷却空气的气流基本上不受阻碍。隔音壁尤其能够是风机壳体的至少一部分或者也能够是电机壳体的一部分。隔音壁能够由金属、陶瓷、塑料、复合材料和/或类似物形成。另外，隔音壁至少在进气入口侧具有能够减小噪声的表面结构。表面结构优选地在其尺寸方面匹配于通过空气入口的噪声辐射的频率范围。由此，能够实现噪声辐射的良好衰减。表面结构能够包括例如蜂窝、管、这两者的组合和/或类似物。

隔音壁能够例如形成为薄壁，其优选地构造为基本上平行于空气入口所在的平面。另外，隔音壁当然可以相对于该平面倾斜地构造或布置。隔音壁不需要构造为表面中的平面，其也能够是弯曲的，例如具有一个或多个弯折部和/或类似物。隔音壁的尺寸优选地选择为具有超出空气入口的尺寸。隔音壁的尺寸还能够取决于隔音壁到空气入口的距离。因此能够提出，随着隔音壁与空气入口的距离增加，隔音壁尺寸选择得更大。

另外提出，隔音壁至少在空气入口侧具有隔音材料。隔音材料能够与隔音壁一体形成。其例如能够作为涂层布置在隔音壁朝向空气入口的表面上。隔音材料能够例如通过粘合剂、例如是钉子、铆钉和/或类似物的紧固装置、夹紧装置等固定在隔音壁上。隔音材料例如能够包括使用例如陶瓷纤维的纤维材料，但也包括岩棉、玻璃棉、钢丝绒、它们的组合和/或类似物。此外，隔音材料当然也能够包括塑料、特别是泡沫塑料，其也能够用纤维加固。

最后提出，风机轮以径流式风机的形式设计并且具有以扩散器的形式设计的区域，该区域在流动方向上连接两个空气入口的、至少在局部以管口的形式设计的至少一个空气入口。这能够更好地调节从空气入口到风机轮的流动过渡。这不仅能够提高风机的效率，还能够进一步减小噪声。

附图说明

根据以下参考附图对实施例的描述，另外的优点和特征变得清楚易懂。在附图中，相同的附图标记表示相同的特征和功能。

附图示出：

图1以截面图示出了具有热交换器和单通道式风机的电机的示意性侧视图；

图2以放大图示出了图1中的单通道式风机的剖视图；

图3是与图1类似的示意图，其中风机在此设计为双通道式风机；

图4是与图2类似的示意图，其中根据图3的双通道式风机被放大显示；并且

图5示出了与图3类似的示意图，其中附加配置了隔音壁。

具体实施方式

图1以示意性侧视图示出了具有壳体12的电机10，其中(在图中未示出)以抗扭的方式布置有电机10的定子。定子提供形成容纳空间的通孔，转子能旋转地支承在容纳空间中。转子具有转子轴，转子轴具有驱动端部24和非驱动端部22。转子轴的驱动端部24和非驱动端部22从电机10的壳体12中伸出。

此外，电机10包括冷却装置，其用于借助冷却流体排导来自壳体12的热量，冷却流体在当前情况下是空气。冷却装置提供封闭的冷却回路并且连接到热交换器14。冷却装置本身未在图1中示出。

热交换器14能够加载冷却空气，冷却空气由风机32通过冷却空气通道16提供。通过未示出的空气出口，冷却空气从热交换器14排放到周围环境中。

风机32具有能旋转地支承在风机壳体34中的风机轮20，该风机轮在此设计为径流式风机轮。风机壳体34包括布置在端板26处的空气入口18，该开口在当前情况下与风机轮20的旋转轴线同轴地构造。在风机轮20的径向方向上形成空气出口36。

图2以截面图示出了风机32的放大视图。能够看出，风机轮20通过法兰连接到转子轴的非驱动端部22，由此形成风机轮毂30并确定旋转轴线。因此，风机轮20直接由电机10自身驱动。因此，风机32是单通道式风机。

风机轮20具有在圆周上径向地布置的空气叶片38，通过空气叶片能够以预设的方式输送空气。空气叶片38通过风机轮毂30的隔板28与转子轴的非驱动端部22机械连接。

电机10设计为旋转电机。为了安装电机10，该电机具有支脚62，其用于将电机10布置在合适的地基上。利用支脚62，电机10固定在地基上。

图3以示意性侧视图示出了与图1类似具有切开的风机的电机40，但现在具有双通道式风机48。风机48具有风机壳体50，风机轮42能驱动旋转地布置在风机壳体50中。与前一个实施例中一样，风机轮42连接到电机40的转子轴的非驱动端部22。

风机壳体50具有两个相对置的空气入口44、46，其在当前情况下基本上是圆形的。在空气入口44、46之间布置有风机轮42。在当前情况下，风机轮42设计为双侧径流式风机轮，使得冷却空气通过两个空气入口44、46吸入并输送到已经参考图1和图2说明的冷却空气通道16中。电机40的其他特征对应于已经参照图1和图2对电机10进行说明的那些特征，因此参考上述说明。因此，根据图3的实施例与根据图1的实施例的不同之处仅在于风机48，风机48在当前情况下与图1和图2的风机32相比设计为双通道式的。

在该实施例中，在风机侧还设置有空气出口52，由风机48提供的冷却空气通过该空气出口52被输送到冷却空气通道16中。冷却的另外的功能对应于以上说明。

在当前情况下，两个空气入口44、46在局部以管口54、56的形式构造。由此，实现了改善的气流，从而能够减小噪声排放并且能够提高风机48的效率。

图4示出了根据图3的风机48的放大视图。能够看出，风机轮42通过风机轮毂64以法兰连接到转子轴的非驱动端部22。由此，风机轮以抗扭的方式连接到转子轴。

风机轮42具有成对的空气叶片38，从而产生两个单独的空气流动区域，其中空气流动区域中的每一个被分配两个空气入口44、46中的一个。空气叶片38通过中央隔板66与风机轮毂64连接。

从图4中还能够清楚地看出，空气入口44、46各自具有以管口的形式设计的区域。这些区域相对于空气入口44、46环绕地设计。

图5示出了另一个实施例，该实施例基于根据图3和图4的实施例，因此参考相关的说明。

除了图3和图4的电机40之外，根据图5的电机40还沿流动方向在两个空气入口44、46的上游配备有隔音壁58、60。

隔音壁58、66在当前情况下设计为基本上平坦的金属壁，并且在其平面尺寸上伸出超过相应空气入口44、46的尺寸。由此，能够实现进一步的降噪。

隔音壁58、60与相应的空气入口44、46的距离分别被选择成，使得基本上能够忽略空气流动、特别是流动阻力的影响。

隔音壁48、60在空气入口侧具有隔音涂层，其在当前情况下由塑料泡沫材料形成。然而，可选地或附加地，也可使用其他纤维材料，例如岩棉、玻璃棉、钢丝绒、它们的组合和/或类似物。

这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明。当然，在不脱离本发明的构思的情况下，能够提供特征的变化。以管口的形式设计的区域不需要相对于空气入口完全环绕地构造。能够提出，仅空气入口的一部分以管口的形式设计。此外，在本发明的范围内当然能够提供空气入口区域中的进一步的流体调节。

Claims (4)

1.一种电机(40)，具有：

-壳体(12)；

-以抗扭的方式布置在所述壳体(12)中的定子；

-能旋转地支承在所述定子的容纳空间中的转子；

-用于排导来自所述壳体(12)的热量的冷却装置，所述冷却装置为了排导的目的在机器侧提供用于冷却流体的封闭的冷却回路；

-能加载冷却空气的热交换器(14)，所述热交换器布置在所述壳体(12)处并且与所述冷却装置耦合连接，其中，所述热交换器(14)设计用于由所述冷却流体穿流，并且所述热交换器设计用于，通过引导所述冷却空气穿过所述热交换器(14)的冷却管并且使所述冷却装置与所述热交换器(14)以流体连接的方式，在所述热交换器(14)中保障所述冷却流体与所述冷却空气之间的材料隔离；

-用于供应和/或排导所述冷却空气的冷却空气通道(16)；和

-作为轴流风机的风机(48)，所述风机用于将所述冷却空气引入所述冷却空气通道(16)中，其中，所述风机(48)具有自有的风机壳体(50)，风机轮(42)以能驱动旋转的方式支承在所述风机壳体中，其中，所述风机壳体(50)具有两个相对置的空气入口(44、46)和沿所述风机轮(42)的径向方向布置的刚好一个空气出口(52)，所述风机轮(42)布置在所述空气入口之间，由所述风机(48)提供的所述冷却空气通过所述空气出口被输送到所述冷却空气通道(16)中；

其特征在于，

所述风机(48)设计为双通道式风机，为了设计双通道式风机的目的，所述风机轮(42)设计为双侧径流式风机轮，使得冷却空气通过两个所述空气入口(44、46)相应地吸入并输送到所述冷却空气通道(16)中，并且所述空气入口(44、46)设计为管口(54、56)。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，设计为扩散器的区域沿流动方向与设计为所述管口(54、56)的区域连接。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，沿流动方向在两个所述空气入口(44、46)中的至少一个的上游构造有隔音壁(58、60)。

4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述隔音壁(58、60)至少在空气入口侧具有隔音材料。

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