CN1305258A - 具有冷却装置的电动机 - Google Patents

Abstract

具有冷却装置的电动机,包括:转轴;固定到转轴上的转子组件;围绕转子组件的定子组件;轴承,连接转轴两端支承转轴;轴流式风扇,作为冷却装置在每个轴承和转子组件间,冷却定子组件和转子组件;端盖,连接到外壳的两端以保护结构并包括多个进气口;在转子组件上形成使空气流通的多个通孔;在端盖的表面上形成多个凹槽或冷却销增大冷却面积,将电动机内部产生的热量散发。提高了冷却效率,电动机运行更稳定,延长了电动机的使用寿命。

Description

具有冷却装置的电动机

本发明涉及一种具有冷却装置的电动机。尤其是，本发明涉及一种具有能有效冷却电动机运行过程中所产生的电动机热量的冷却装置的电动机。

概括地说，电动机分成直流电动机和交流电动机。直流电动机，例如串励电动机、并励电动机和复励电动机，当直流电加到转子上时旋转。交流电动机利用交流电旋转，感应电动机、同步电动机和交流换向器电动机就是这种类型。当电动机由于高速旋转运动而被驱动时，电动机的线圈部件中消耗电能并产生热。产生的热会对电动机造成损坏，例如，导致线圈过热烧毁。所以，将电动机运行时在电动机中产生的热量散发掉是必要的。因此，为了解决电动机的冷却问题，已经产生了很多装置。

图1和2示出了现有电动机，图1是透视图，图2是纵剖面图。

参照图1和2，现有电动机100包括：位于电动机中央的转轴101；通过压力固定到转轴101上并随转轴101旋转的转子组件102；围绕转子组件102安装的定子组件103；为支承转轴101而安装的轴承104；以及分别放置在定子组件103上部和下部的定子绕组105。此外，在轴承104的上、下部和定子绕组105的上、下部之间安装离心式风扇106、106′，以使空气流通，从而冷却电动机内部。并且，轴承104的上、下部的外部与端盖107、107′相连，端盖107、107′包括保护内部结构的轴承座107b、107′b和吸入空气的进气部件107h、107′h。

在现有电动机中，当电能加到定子绕组105上时，定子绕组105产生旋转磁场。并且，转子组件102通过旋转磁场和转子组件102的永久磁铁产生的磁场相互作用而旋转。因此，固定到转子组件102上的转轴101旋转，同时，固定到转轴101上的离心式风扇106、106′也旋转。

当电动机长期运行时，定子绕组105产生的热(焦耳热)导致电动机内部温度上升。离心式风扇106、106′与转轴101和转子组件102一起旋转，并引导电动机内部空气的流通。离心式风扇106、106′的旋转使风扇叶片之间存在的热空气通过旋转离心力流到外面。因此，电动机内部的空气压力变得相对低于电动机外面的空气压力，外部冷却空气通过在端盖107、107′的水平表面上形成的进气口107h、107h流入电动机内部。此后，引入电动机内部的空气则通过风扇旋转被抽到外面，从而空气连续循环。因此，定子组件103和转子组件102被气冷装置冷却，从而防止了电动机内部的快速升温。

如上所述，现有电动机利用离心式风扇106、106′作为冷却装置。参照图3，设置在转子组件102上部的离心式风扇106具有空气流量小、静压高的特点。因此，限制了通过离心式风扇循环的空气量，所以冷却效果不好。当电动机高速旋转时，在轴承104上部和下部产生热量，但没有使所产生的热量散发掉的冷却装置。因此，轴承104上的润滑油或润滑脂变干，使轴承性能下降，缩短了轴承的使用寿命。

本发明的主要目的是克服以上现有技术的缺陷，提供一种具有能更有效地使电动机运行过程中电动机内部和轴承中产生的热量冷却的冷却装置的电动机。

这些以及其他目的通过一种具有冷却装置的电动机得以实现，所述具有冷却装置的电动机包括：转轴；固定到转轴上的转子组件；围绕转子组件的定子组件；轴承，连接到转轴两端以支承转轴；轴流式风扇，作为冷却装置放在每个轴承和转子组件之间，用于冷却定子组件和转子组件；端盖，连接到外壳的两端以保护结构并包括多个进气口；以及在端盖外表面上形成的多个冷却销，用于排出电动机运行过程中在轴承和电动机内部产生的热量。

本发明的另一些目的通过一种具有冷却装置的电动机得以实现，所述具有冷却装置的电动机包括：转轴；固定到转轴上的转子组件；围绕转子组件的定子组件；轴承，连接到转轴两端以支承转轴；轴流式风扇，作为冷却装置放在每个轴承和转子组件之间，用于冷却定子组件和转子组件；端盖，连接到外壳的两端以保护结构并包括多个进气口；以及在转子组件上形成使空气流通的多个通孔。

本发明的另一些目的通过一种具有冷却装置的电动机得以实现，所述具有冷却装置的电动机包括：转轴；固定到转轴上的转子组件；围绕转子组件的定子组件；轴承，连接到转轴两端以支承转轴；混合式风扇，由离心式风扇和轴流式风扇组合而成，作为冷却装置放在每个轴承和转子组件之间，用于冷却定子组件和转子组件；端盖，连接到外壳的两端以保护结构并包括多个进气口；以及在转子组件上形成使空气流通的多个通孔。其中，混合式风扇包括：轴衬，具有不同半径的两个圆柱体轴向连接；轴流式风扇，设置在轴衬的较大半径的圆柱体外表面上；以及离心式风扇，设置在轴衬的较小半径的圆柱体外表面上。

通过以下的详细说明、权利要求和附图，本领域的技术人员显然会理解本发明的目的和优点。

图1是现有感应电动机的透视图；

图2是现有感应电动机的纵剖面图；

图3是现有感应电动机的离心式风扇的平面图；

图4是根据本发明所述的具有冷却装置的电动机第一实施例的平面图；

图5是沿图4中线A-A′的剖面图；

图6是根据本发明所述的具有冷却装置的电动机第一实施例的轴流式风扇透视图；

图7是根据本发明所述的具有冷却装置的电动机第一实施例中在定子绕组上形成的冷却孔的图形；

图8是根据本发明所述的具有冷却装置的电动机第一实施例中在端盖上形成的圆形突起的精选视图；

图9是根据本发明所述的具有冷却装置的电动机第二实施例的剖面图；

图10是沿图9中线B-B′的剖面图；

图11是根据本发明所述的具有冷却装置的电动机第二实施例的轴流式风扇透视图；

图12是图11的轴流式风扇组件的轴流式风扇主体的侧视图；

图13是根据本发明所述的具有冷却装置的电动机第三实施例的平面图；

图14是沿图13中线C-C′的剖面图；

图15是适用于根据本发明所述的具有冷却装置的电动机第三实施例的混合式风扇第一实施例的平面图；

图16是沿图15中线D-D′的剖面图；

图17是适用于根据本发明所述的具有冷却装置的电动机第三实施例的混合式风扇第二实施例的平面图；

图18是沿图17中线E-E′的剖面图；

图19是适用于根据本发明所述的具有冷却装置的电动机第三实施例的混合式风扇第三实施例的平面图；

图20是沿图19中线F-F′的剖面图。

参照图4和图5，根据本发明第一实施例的电动机300包括：位于电动机中央的转轴301；通过压力固定到转轴301上并随转轴301一起转动的转子组件302；围绕转子组件302安装的定子组件303；以及为支承转轴301而安装的轴承304。以及，在定子组件303的上部和下部分别安装定子绕组305。

参照图6，通风风扇即轴流式风扇306具有气流大和静压低的特征，它安装在上、下轴承304和转子组件302之间，用于冷却电动机的内部。轴流式风扇306最好为圆盘形风扇结构，叶片306b和包围叶片306b的圆柱形外壁306w一体形成，以保持风扇稳定旋转和结构稳固。轴流式风扇306的一侧最好连接冷却环308，以便提高定子绕组305的冷却效率。参照图6，冷却环308可以是与轴流式风扇306分开的一部分，也可以通过将它放在圆柱形外壁上而成为轴流式风扇306的一部分。根据本发明的最佳实施例，轴流式风扇306安装在转子组件302的上部和下部，但是，也可以在转子组件302的上部或下部放置离心式风扇。

端盖307、307′用于保护内部结构，它包括轴承座307b、307b′以及使空气流通的进气口307h、307h′，端盖307、307′附接在轴承304上部和下部的外侧。如图所示，在端盖307、307′的外表面形成多个冷却销309，以放出电动机运行期间轴承304和电动机内部所产生的热量。尽管根据本发明实施例所述的冷却销309是以转轴301为中心的同心圆状的圆弧形状，但不限制特殊形状和结构。由于冷却销309的目的是提高冷却效率，所以冷却销309的形状可以是矩形并从转轴301开始径向设置。通过拉模铸造方法用如铝这样的材料很容易制造冷却销309。

如图7所示，定子绕组305最好设有冷却孔305h，以便通过增大空气流量来提高定子绕组305的冷却效率。通过将线圈缠绕在具有冷却孔的线圈架上，或者在不使用线圈架时以特定方式缠绕线圈以形成冷却孔，可以使定子绕组305配有冷却孔。对于本领域的技术人员来说，不用线圈架缠绕线圈不是一件困难的工作。参照图8，在端盖307′的进气口307′h的边沿形成圆突起307′t，以使通过进气口307′h吸入的空气流通和增大冷却面积。

下面参照图4或图8描述根据本发明第一实施例的冷却过程。

在电动机正常运行过程中，在置于电动机内部的定子绕组305中产生热(焦耳热)。当转子组件302旋转时，随着转轴301和轴流式风扇306的转动，迫使外部空气和内部空气之间空气循环，从而向外部放出热量。轴流式风扇306的旋转导致电动机内部被加热的空气通过电动机侧面上的开口流到外面，外面的冷却空气通过电动机上、下端盖307、307′上的进气孔307h、307′h被吸进来。此后，通过风扇的旋转将引入电动机内部的空气排到外面。因此，外面的空气和里面的空气不断地循环，从而具有定子绕组305的定子组件303和转子组件302都通过空气冷却方法被冷却。由于空气经过定子绕组305的冷却孔305h，所以提高了定子绕组305的冷却率。并且，由于在轴流式风扇306上部放置了冷却环308，轴流式风扇306的旋转在冷却环308周围的区域内产生空气循环，也增强了定子绕组305上部的冷却效果。而且，在端盖307外表面上形成的冷却销309也引导热交换，借此，轴承304中和电动机内部产生的热量散到外面。结果，轴承得到了更有效的冷却，提高了电动机内部的冷却率。

图9和图10示出了根据本发明所述具有冷却装置的电动机的第二实施例，图9是平面图，图10是沿图9中线B-B′的剖面图。

根据本发明第二实施例所述的电动机500的结构于第一实施例相类似。所以，相同部件的说明从略，下文仅描述那些区别特征。

参照图9和10，与第一实施例区别最大的部件是端盖507和转子组件502。

如图9和图10所示，在端盖507的内、外表面上形成多个凹槽509以增大冷却面积。参照附图，凹槽509为圆形，但根据需要也可以采用其他形状。

参照图10，沿轴向顺序形成多个通孔502h以使空气流通，每个孔与转子组件502的间隔固定。多个通孔502h由于轴流式风扇506的旋转使空气积极流通而使电动机内部的热量得到冷却。

参照图11，与第一实施例相类似，轴流式风扇506放在轴承504和转子组件502之间。图11示出的轴流式风扇506包括六个叶片506b，但这仅仅是为了说明，叶片的数量并不限于六个。图11和12所示的轴流式风扇506的形状具有剪切部分。图中，因为干扰别的部件，所以将叶片一部分剪掉。但是，如果电动机的内部结构改变了，也可以不剪切叶片506b。

参照图11，在轴流式风扇506主体周围安装环形部件506r，以保护叶片506b和使风扇的旋转稳定。环形部件506r具有多个以固定间隔布置并通过连接装置506c与风扇506的主体相连接以形成整体部件的片506s。当风扇和连接装置506c旋转时，通过连接装置506c与风扇506的主体相连接的片506s旋转，使得电动机内部的空气流量增加。

根据本发明的第二实施例，当风扇506旋转时，电动机500内部的空气被迫流到外面，借此，电动机500内部产生的热量散到外面。

空气通过设在转子组件502上的多个通孔502h流通，因此，增强了电动机内部的冷却。并且，通过设在轴流式风扇506的环形部件506r上的带506s的旋转，增加了带506s周围的区域内的空气流量，使定子绕组505上部的冷却效果得到改善。在图9至12中，标号501是转轴，503是定子组件，506h是轴衬，507b和507′b是轴承座，507h和507′h是进气口。

图13至14示出了本发明的具有冷却装置的电动机的第三实施例，其中，图13是平面图，图14是沿图13中线C-C′的剖面图。

本发明第三实施例的电动机700的结构与第二实施例的结构相类似。所以，相同部件的详细说明从略。

但是，位于上轴承704和转子组件702之间的风扇706F的结构与第二实施例是完全不同的。参照图15和16，混合式风扇706F由轴流式风扇和离心式风扇组合而成，用作第三实施例中电动机的上部风扇。

图15和16示出了适用于根据本发明第三实施例所述电动机的混合式风扇的第一例图。第一例图的混合式风扇706F包括：轴衬706h，两个不同半径的圆柱体轴向连接在其中；轴流式风扇706A，设置在轴衬706h的较大半径的圆柱体外表面上；离心式风扇706R，设置在轴衬706h的较小半径的圆柱体外表面上。

轴流式风扇706A包括轴衬706h的较大半径的圆柱体706a，径向设置在较大半径的圆柱体706a上的多个轴流叶片706b，以及将多个轴流叶片706b相互连接的环形部件706c。

离心式风扇706R包括轴衬706h的较小半径的圆柱体706d；以及径向设置在大半径的圆柱体706a上的多个径向叶片706e。

图17和18示出了在根据本发明第三实施例所述电动机种使用的混合式风扇的第二例图。第二例图的结构与第一例图的结构相类似。在第二例图的混合式风扇706S中，多个片706f以固定距离设置在第一环形部件706c的下部，第一环形部件706c将多个轴流叶片706b的端部相互连接起来。在多个片706f的下部设置将多个片706f相互连接起来的第二环形部件706g。第二例图的混合式风扇706S通过多个片706f包括了第一例图的混合式风扇706F的功能和离心式风扇的功能。这样，由于片706f的离心式风扇功能增强了设置多个片706f的区域内的空气循环，因此增加了电动机内部的空气流量。

图19和图20示出了适用于根据本发明第三实施例所述电动机的混合式风扇的第三例图。第三例图的混合式风扇结构与第二例图的结构相类似。但是，第三例图的混合式风扇706T与第二例图的区别在于：连接多个片706f下部的环形部件706g的外圆周表面尺寸大于连接多个轴流式风扇叶片706b端部的环形部件706c的外圆周表面尺寸。除了通过多个片706f和连接片706f的第二环形部件706g改善了空气流动功能之外，第三例图的混合式风扇功能与第二实施例的混合式风扇功能相类似。

当分别设有第一、第二和第三例图706F、706S和706T的混合式风扇的本发明第三实施例的电动机700运行时，由于外部空气和内部空气被迫流通，使电动机内部产生的热量被排出。

如上所述，由于空气经过设置在转子组件702上的多个通孔702h，空气流量增大，因此，增强了电动机内部的的冷却效率。尤其是，混合式风扇706F、706S和706T的轴流式风扇706A和离心式风扇706R同时工作，使得空气在电动机的轴向和径向上更有效地流动。

如上所述，为了冷却电动机的内部，本发明的具有冷却装置的电动机用轴流式风扇或具有大空气流量、低静压的混合式风扇来代替具有小空气流量、高静压的传统离心式风扇。以及，在转子组件中，形成多个通孔以引导空气更有效地流动。端盖设有冷却销或凹槽以增大冷却面积，从而与现有电动机相比提高了冷却效率。因此，稳定了电动机的运行特性，延长了电动机的使用寿命。

Claims (13)

1．一种具有冷却装置的电动机，  包括：

转轴；

固定到转轴上的转子组件；

围绕转子组件的定子组件；

轴承，连接到转轴两端以支承转轴；

轴流式风扇，作为冷却装置放在每个轴承和转子组件之间，用于冷却定子组件和转子组件；

端盖，缚接到外壳的两端以保护结构并包括多个进气口；以及

在端盖外表面上形成的多个冷却销，用于排出电动机运行过程中在轴承和电动机内部产生的热量。

2．根据权利要求1所述具有冷却装置的电动机，其中，所述轴流式风扇为盘形风扇，叶片和围绕叶片的圆柱形外壁形成整体部件。

3．根据权利要求1所述具有冷却装置的电动机，其中，在轴流式风扇上设置冷却环，以便提高定子绕组的冷却效率。

4．根据权利要求1所述具有冷却装置的电动机，其中，将冷却孔附接到定子绕组上，以利用气冷装置冷却定子绕组。

5．根据权利要求1所述具有冷却装置的电动机，其中，在端盖进气口的边沿连接园形突起，以有效地引导被吸入的空气流过进气口和扩大冷却面积。

6．一种具有冷却装置的电动机，包括：

转轴；

固定到转轴上的转子组件；

围绕转子组件的定子组件；

轴承，连接到转轴两端以支承转轴；

轴流式风扇，作为冷却装置放在每个轴承和转子组件之间，用于冷却定子组件和转子组件；

端盖，连接到外壳的两端以保护结构并包括多个进气口；  以及

在转子组件上形成使空气流通的多个通孔。

7．根据权利要求6所述的具有冷却装置的电动机，其中，在端盖的外表面和内表面上形成多个凹槽以增大冷却面积。

8．根据权利要求6所述的具有冷却装置的电动机，其中，沿着轴流式风扇的主体，具有以固定间隔彼此隔开的多个片的环形部件经连接装置与风扇的主体相连接以形成整体部件。

9．一种具有冷却装置的电动机，  包括：

转轴；

固定到转轴上的转子组件；

围绕转子组件的定子组件；

轴承，连接到转轴两端以支承转轴；

混合式风扇，由离心式风扇和轴流式风扇组合而成，作为冷却装置放在每个轴承和转子组件之间，用于冷却定子组件和转子组件；

端盖，连接到外壳的两端以保护结构并包括多个进气口；  以及

在转子组件上形成使空气流通的多个通孔。

10．根据权利要求9所述的具有冷却装置的电动机，其中，混合式风扇包括：

轴衬，具有不同半径的两个圆柱体轴向连接；

轴流式风扇，设置在轴衬的较大半径的圆柱体外表面上；  以及

离心式风扇，设置在轴衬的较小半径的圆柱体外表面上。

11．根据权利要求10所述的具有冷却装置的电动机，其中，轴流式风扇包括：

轴衬的较大半径的圆柱体；

以固定距离径向布置在较大的圆柱体上的多个轴流叶片；以及

将多个轴流叶片相互连接起来的环形部件。

12．根据权利要求11所述的具有冷却装置的电动机，其中，多个片彼此之间以固定距离安装在环形部(第一环形部件)的下部，另一个环形部件(第二部件)安装在多个片的下部以将这些片连接起来。

13．根据权利要求12所述的具有冷却装置的电动机，其中，第二环形部件的外半径大于第一环形部件的外半径。

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