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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere Elektromotorkühlung.
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Stand der Technik
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Da sich die Leistung von Elektromotoren, die in Elektrofahrzeugen, wie etwa Elektro-Motorrädern, Elektro-Fahrrädern und Elektroautos, verwendet werden, erhöht hat, hat die effektive Kühlung der Elektromotoren mehr und mehr an Bedeutung gewonnen. Die maximal zugelassene Betriebstemperatur von Elektromotorelementen, wie etwa Lager, Rotationsdichtungen, Magneten und Kupferwicklungen, bestimmt die maximale kontinuierliche Leistung des Elektromotors. Wenn der Elektromotor betrieben wird, wird Wärmeverlust im Stator und Rotor entstehen. Obwohl der Elektromotor einer Flüssigkeitskühlung ausgesetzt werden kann, wird allgemein Gasströmungskühlung für diese Art von Elektromotor verwendet, um die Struktur zu vereinfachen und die Kosten zu reduzieren. Zu diesem Zweck sind mehrere Kühlrippen, die sich in eine Längsrichtung eines Gehäuses erstrecken, allgemein in einer Umfangsrichtung an einem Elektromotorgehäuse, das als eine Wärmeübertragungsoberfläche des Elektromotors dient, angeordnet; wobei ein sich längs erstreckender Kühlgasströmungskanal zwischen benachbarten Kühlrippen gebildet wird. Eine Kühlgasströmung kann, wenn sie entlang des Kühlgasströmungskanals fließt, einem Wärmeaustausch mit den Kühlrippen unterzogen werden, wodurch Wärme von den Kühlrippen weg geführt und in die Umgebung zerstreut wird.
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Im Fall eines Elektromotors mit Kühlgasströmungskanälen, die der Umgebung vollständig zugänglich sind, wird, wenn eine Kühlgasströmung entlang eines Kühlgasströmungskanals fließt, die Geschwindigkeit der Gasströmung schrittweise abnehmen, und es besteht eine Möglichkeit, dass die Kühlgasströmung in die Umgebung zerstreut wird, bevor sie die gesamte Länge des Kühlgasströmungskanals durchflossen hat; dies wird dazu führen, dass ein Teil des Elektromotors, der dem Kühlgasströmungskanal nachgelagert ist, nicht in der Lage ist, vollständig gekühlt zu werden. Um dieses Problem zu lösen, ist schon vorgeschlagen worden, dass ein zylindrisches Ummantelungsrohr am Elektromotorgehäuse bereitgestellt wird; wobei das zylindrische Ummantelungsrohr bewirkt, dass der Kühlgasströmungskanal als ein geschlossener Kanal gebildet wird, der nur an zwei Enden geöffnet ist, wodurch verhindert wird, dass die Kühlgasströmung auf halbem Wege in die Umgebung zerstreut wird. Ein derartiges zylindrisches Ummantelungsrohr schränkt jedoch den Kontakt zwischen einer externen natürlichen Gasströmung und den Kühlrippen ein, was die Kühleffizienz reduziert, insbesondere dann, wenn es keine erzwungene Kühlgasströmung gibt, die durch den Kühlgasströmungskanal fließt.
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Somit gibt es einen Bedarf, eine bestehende Elektromotorkühlung zu verbessern.
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Inhalt der Erfindung
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, mindestens einen Nachteil des oben erwähnten Stands der Technik zu überwinden, indem ein Elektromotor bereitgestellt wird, der nicht nur einheitlich gekühlt werden kann, sondern auch eine verbesserte Kühleffizienz aufweisen kann.
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Zu diesem Zweck wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Elektromotor bereitgestellt, der Folgendes umfasst:
- ein Gehäuse mit mehreren sich längs erstreckenden Kühlrippen, die an dem Gehäuse in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und einem sich längs erstreckenden Kühlgasströmungskanal, der zwischen benachbarten Kühlrippen ausgebildet ist;
- eine erste Endabdeckung und eine zweite Endabdeckung, die an zwei Enden des Gehäuses montiert sind, sodass sie einen im Wesentlichen geschlossenen Innenraum bilden;
- eine Drehwelle, die drehbar durch die erste Endabdeckung und die zweite Endabdeckung gestützt wird;
- einen Rotor, der sich im Innenraum befindet und an der Drehwelle montiert ist; und
- einen Stator, der den Rotor im Innenraum umgibt und unmittelbar angrenzend zum Gehäuse angeordnet ist;
- dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ferner ein Gasströmungsführungsmittel umfasst, das an den Kühlrippen angeordnet ist und ermöglicht, dass die Kühlrippen der Umgebung in einer Umfangsrichtung des Gehäuses teilweise ausgesetzt sind, wobei das Gasströmungsführungsmittel dazu ausgelegt ist, eine Kühlgasströmung, die dazu neigt, auf halbem Wege entlang des Kühlgasströmungskanals aus dem Kühlgasströmungskanal in die Umgebung herauszuströmen, zurück in den Kühlgasströmungskanal zu führen.
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Das Gasströmungsführungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur gewährleisten, dass eine Kühlgasströmung durch den gesamten Kühlgasströmungskanal fließt, sodass ein Teil des Elektromotors, der dem Kühlgasströmungskanal nachgelagert ist, auch effektiv gekühlt werden kann, sondern das Gasströmungsführungsmittel ermöglicht auch, dass die Kühlrippen in der Umfangsrichtung des Gehäuses der Umgebung teilweise ausgesetzt werden, sodass eine externe natürliche Gasströmung in direkten Kontakt mit den Kühlrippen kommen kann, wodurch die Kühleffizienz verbessert wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische dreidimensionale Ansicht eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine andere schematische dreidimensionale Ansicht eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 ist eine schematische dreidimensionale Schnittansicht eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 4 ist eine schematische Schnittansicht eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Gasströmungspfade durch Pfeile dargestellt sind.
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Spezielle Ausführungsformen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf Beispiele ausführlich beschrieben. Fachleute sollten verstehen, dass diese demonstrativen Ausführungsformen keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung andeuten.
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1 ist eine schematische dreidimensionale Ansicht eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 ist eine andere schematische dreidimensionale Ansicht eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3 ist eine schematische dreidimensionale Schnittansicht eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine in 1 dargestellte Verdrahtungsbox ist in den 2 und 3 weggelassen. Wie in den 1 - 3 dargestellt, umfasst ein Elektromotor 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 3, eine erste Endabdeckung 7 und eine zweite Endabdeckung 9, die an zwei Enden des Gehäuses 3 montiert sind, sodass sie einen im Wesentlichen geschlossenen Innenraum 5 bilden, eine Drehwelle 15, die drehbar durch ein erstes Lager 11, das an der ersten Endabdeckung 7 angeordnet ist, und ein zweites Lager 13, das an der zweiten Endabdeckung 9 angeordnet ist, gestützt wird, einen Rotor 17, der sich im Innenraum 5 befindet und an der Drehwelle 15 montiert ist, sodass er sich mit der Drehwelle 15 dreht, und einen Stator 19, der den Rotor 17 im Innenraum 5 umgibt und unmittelbar angrenzend zum Gehäuse 3 angeordnet ist.
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Mehrere Kühlrippen 21, die sich in eine Längsrichtung des Gehäuses erstrecken, sind an dem Gehäuse 3 in einer Umfangsrichtung angeordnet; ein sich längs erstreckender Kühlgasströmungskanal 23 ist zwischen benachbarten Kühlrippen 21 ausgebildet. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Elektromotor 1 ferner ein Gasströmungsführungsmittel 25, das an den Kühlrippen 21 angeordnet ist und ermöglicht, dass die Kühlrippen 21 der Umgebung in einer Umfangsrichtung des Gehäuses teilweise ausgesetzt sind. Das Gasströmungsführungsmittel 25 wird zum Zurückführen einer Kühlgasströmung, die dazu neigt, auf halbem Wege entlang des Kühlgasströmungskanals 23 aus dem Kühlgasströmungskanal 23 in die Umgebung herauszuströmen, in dem Kühlgasströmungskanal 23 verwendet, wodurch verhindert wird, dass die Kühlgasströmung auf halbem Wege entlang des Kühlgasströmungskanals 23 aus dem Kühlgasströmungskanal 23 in die Umgebung herausströmt.
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Bei den bevorzugten Ausführungsformen, die in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, umfasst das Gasströmungsführungsmittel 25 mehrere Gasströmungsführungsringe 27, die an den Kühlrippen 21 angeordnet sind, sodass sie in der Längsrichtung des Gehäuses 3 beabstandet sind. Jeder Gasströmungsführungsring 27 ist als ein ringförmiges Glied ausgebildet, das das Gehäuse 3 umschließt. Vorzugsweise ist der Gasströmungsführungsring 27 an einem Ende 27a, das der Richtung eines Einlasses 23a des Kühlgasströmungskanals 23 zugewandt ist (z. B. zu der rechten Seite in den 1 - 4), etwas radial nach außen aufgeweitet, sodass eine Trompetenform gebildet wird, wodurch erleichtert wird, eine Kühlgasströmung, die dazu neigt, auf halbem Wege entlang des Kühlgasströmungskanals 23 aus dem Kühlgasströmungskanal 23 in die Umgebung herauszuströmen, zurück in den Kühlgasströmungskanal 23 zu führen. In den Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen sind zwei Gasströmungsführungsringe 27 an den Kühlrippen 21 angeordnet, sodass sie in der Längsrichtung des Gehäuses 3 beabstandet sind, aber es sollte verstanden werden, dass es in Abhängigkeit von den Abmessungen des Elektromotors möglich ist, dass ein, drei oder eine größere Anzahl von Gasströmungsführungsringen 27 an den Kühlrippen 21 angeordnet sind. Des Weiteren ist es auch möglich, dass das Gasströmungsführungsmittel 25 nicht als ein vollständiges ringförmiges Glied ausgebildet ist, sondern stattdessen als mehrere Führungsplatten ausgebildet ist, die so angeordnet sind, dass sie in der Umfangsrichtung des Gehäuses 3 beabstandet sind. Jede Führungsplatte, die sich teilweise in engem Kontakt mit den Kühlrippen 21 befindet, ist an einer Seite, die der Richtung des Einlasses des Kühlgasströmungskanals 23 zugewandt ist (z. B. zu der rechten Seite in den 1 - 4), etwas radial nach außen aufgeweitet. Mehrere beabstandete Führungsplatten dieser Art können, wie erforderlich, an mehreren Positionen in der Längsrichtung des Gehäuses 3 angeordnet sein.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann das Gasströmungsführungsmittel 25 ein Gasströmungsführungsstreifen sein, der an den Kühlrippen 21 spiralförmig entlang des Gehäuses 3 angeordnet ist. Eine spiralförmiger Gasströmungsführungsstreifen ist leichter herzustellen und einzubauen. Die Ganghöhe zwischen benachbarten Spiralwindungen des spiralförmigen Gasströmungsführungsstreifens kann rational gemäß den Abmessungen des Elektromotors ausgewählt werden. Vorzugsweise ist der spiralförmige Gasströmungsführungsstreifen an einer Seite, die der Richtung eines Einlasses 23a des Kühlgasströmungskanals 23 zugewandt ist (z. B. zu der rechten Seite in den 1 - 4), etwas radial nach außen aufgeweitet, wodurch erleichtert wird, eine Kühlgasströmung, die dazu neigt, auf halbem Wege entlang des Kühlgasströmungskanals 23 aus dem Kühlgasströmungskanal 23 in die Umgebung herauszuströmen, zurück in den Kühlgasströmungskanal 23 zu führen. Es sollte verstanden werden, dass es möglich ist, dass das Gasströmungsführungsmittel 25 kein spiralförmiger kontinuierlicher Gasströmungsführungsstreifen ist, sondern stattdessen mehrere Führungsplatten umfasst, die so angeordnet sind, dass sie entlang eines spiralförmigen Pfades beabstandet sind. Jede Führungsplatte, die sich teilweise in engem Kontakt mit den Kühlrippen 21 befindet, kann auch an einer Seite, die der Richtung des Einlasses des Kühlgasströmungskanals 23 zugewandt ist (z. B. zu der rechten Seite in den 1 - 4) etwas radial nach außen aufgeweitet sein.
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Die Fälle, bei denen das Gasströmungsführungsmittel 25 mehrere Führungsplatten umfasst, die so angeordnet sind, dass sie entlang eines kreisförmigen Pfades oder eines spiralförmigen Pfades beabstandet sind, sind oben beschrieben worden, aber es sollte auch verstanden werden, dass das Gasströmungsführungsmittel 25 mehrere Führungsplatten umfassen kann, die so angeordnet sind, dass sie in einem beliebigen anderen geeigneten Muster oder einer beliebigen anderen geeigneten Form beabstandet sind.
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Obwohl der Elektromotor gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine natürliche Gasströmung als eine erzwungene Kühlgasströmung verwenden kann, z. B. eine Gasströmung, die durch eine Bewegung des Elektromotors bezüglich der Umgebung erzeugt wird, wenn der Elektromotor an einem Fahrzeug montiert ist, kann einen Kühllüfter 29 an einer hinteren Endabdeckung des Elektromotors (der zweiten Endabdeckung 9 in den Figuren) montiert sein, um die notwendige erzwungene Kühlgasströmung zu erzeugen. Es ist auch möglich, dass der Kühllüfter 29 an einer vorderen Endabdeckung montiert ist. Der Kühllüfter 29 kann durch eine Ummantelung 31 bedeckt sein, die am Gehäuse 3 montiert ist und ein Durchgangsloch aufweist. Der Kühllüfter 29 kann an der Drehwelle 15 montiert sein, um durch den Elektromotor 1 angetrieben zu werden. Weiter bevorzugt wird der Kühllüfter 29 durch einen anderen Elektromotor 33 angetrieben, der getrennt angeordnet ist, sodass der Betrieb des Kühllüfters 29 und der Betrieb des Elektromotors 1 unabhängig voneinander gesteuert werden. Somit kann der Betrieb des Kühllüfters 29 wie erforderlich gesteuert werden, wenn der Elektromotor 1 betrieben wird, um das Ziel einer zusätzlichen Energieeinsparung zu erreichen. Ein Rotationstransformator 35, der an der Drehwelle 15 montiert ist, ist auch an der vorderen Endabdeckung des Elektromotors (der ersten Endabdeckung 7 in den Figuren) angeordnet, um die Drehung des Elektromotors 1 zu steuern. Zusätzlich dazu ist, um zu ermöglichen, dass die durch den Kühlgasströmungskanal 23 fließende Gasströmung schnell und gleichmäßig in die Umgebung zerstreut wird, eine Oberfläche 7a der Endabdeckung, die einem Auslass 23b des Kühlgasströmungskanals 23 zugewandt ist (der Endabdeckung 7 in den Figuren), als eine bogenförmige Oberfläche ausgebildet, um die Zerstreuung der Kühlgasströmung, die schon einem Wärmeaustausch unterzogen wurde, zu unterstützen.
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4 ist eine schematische Schnittansicht eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Gasströmungspfade durch Pfeile dargestellt sind. In 4 repräsentiert der dicke Pfeil A erforderliche ideale Gasströmungspfade, der dünne Pfeil B repräsentiert tatsächliche, mögliche Gasströmungspfade nach einer Montage des Gasströmungsführungsmittels der vorliegenden Erfindung. Wie schon bekannt ist, könnte die Kühlgasströmung in dem Fall, bei dem der Elektromotor nicht mit dem Gasströmungsführungsmittel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, auf halbem Wege entlang des Kühlgasströmungskanals 23 aus dem Kühlgasströmungskanal 23 in die Umgebung herausströmen. Sobald der Motor jedoch mit dem Gasströmungsführungsmittel 25 der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, führt das Gasströmungsführungsmittel 25 der vorliegenden Erfindung, wenn Kühlgasströmungen dazu neigen, auf halben Wege entlang der Kühlgasströmungskanäle 23 aus den Kühlgasströmungskanälen 23 in die Umgebung herauszuströmen, diese Gasströmungen, die im Begriff sind, herauszuströmen, in die nachgelagerten Kühlgasströmungskanäle 23 zurück, wie durch die dünnen Pfeile B dargestellt. Somit liegen die tatsächlichen, möglichen Gasströmungspfade sehr nahe an den erforderlichen idealen Gasströmungspfaden, die durch die dicken Pfeile A repräsentiert werden, und es kann gewährleistet werden, dass die Kühlgasströmungen durch die gesamten Kühlgasströmungskanäle 23 fließen und einem vollen Wärmeaustausch mit den Kühlrippen 21, die die Kühlgasströmungskanäle 23 definieren, unterzogen werden, sodass ein Teil des Elektromotors 1, der den Kühlgasströmungskanälen 23 nachgelagert ist, auch effektiv gekühlt werden kann.
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Das Gasströmungsführungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung deckt die Kühlrippen am Gehäuse nicht vollständig ab, wie dies das zylindrische Ummantelungsrohr im Stand der Technik auf die Weise macht. Somit kann das Gasströmungsführungsmittel nicht nur gewährleisten, dass eine Kühlgasströmung durch den gesamten Kühlgasströmungskanal fließt, sodass der Teil des Elektromotors, der dem Kühlgasströmungskanal nachgelagert ist, auch effektiv gekühlt werden kann, sondern das Gasströmungsführungsmittel ermöglicht auch, dass eine externe natürliche Gasströmung in direkten Kontakt mit den Kühlrippen kommt, wodurch die Kühleffizienz verbessert wird. Bei manchen Situationen ermöglicht die vorliegende Erfindung sogar, dass nur eine externe natürliche Gasströmung in direktem Kontakt mit den Kühlrippen zum Kühlen der elektrischen Maschine verwendet wird, ohne zu erfordern, dass eine erzwungene Kühlgasströmung, die durch den Kühlgasströmungskanal fließt, erzeugt wird, wodurch der Energieverbrauch weiter gesenkt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist oben unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen ausführlich beschrieben. Offensichtlich sollten die oben beschriebenen und in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen alle als anschaulich verstanden werden, ohne eine jegliche Beschränkung der vorliegenden Erfindung zu bilden. Fachleute könnten verschiedene Änderungen in der Form oder Abänderungen an der vorliegenden Erfindung vornehmen, ohne von deren Gedanken abzuweichen; diese Änderungen in der Form oder Abänderungen sollen nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen.
