用於旋轉的電機器的葉輪和具有葉輪的旋轉的電機器的製造方法
2024-02-05 12:27:15
用於旋轉的電機器的葉輪和具有葉輪的旋轉的電機器的製造方法
【專利摘要】公開了一種用於旋轉的電機器（100）的葉輪（10），其包括：-帶有外圍面（22）的中空圓柱形的基體（21），其中，葉輪（10）具有旋轉軸線（24），外圍面（22）圍繞該旋轉軸線沿著基體（21）的圓周方向（29）延伸；-沿著基體的圓周方向（29）環繞基體（21）的第一端部區域（30）和沿著基體的圓周方向（29）環繞基體（21）的第二端部區域（31），其中，第一端部區域（30）和第二端部區域（31）沿著旋轉軸線（24）的方向彼此相對而置；-在外圍面（22）上的槽（23），其中，槽（23）在基體（21）的圓周方向（29）上沿著外圍面（22）、並在基體（21）的第一端部區域（30）和第二端部區域（31）之間延伸；和-至少一個板條形的旋流件（25），在槽（23）內，該旋流件在第一端部區域（30）和第二端部區域（31）之間延伸，由此至少一個旋流件（25）被設計用於在葉輪（10）圍繞旋轉軸線（24）旋轉時產生離開外圍面（22）的空氣運動（26）。
【專利說明】用於旋轉的電機器的葉輪和具有葉輪的旋轉的電機器
[0001]本發明涉及一種用於旋轉的電機器的葉輪和一種具有葉輪的旋轉的電機器特別是電動機或發電機。本發明還涉及一種具有這種旋轉的電機器的汽車。
[0002]在現代的汽車內越來越多地安裝有電動機。在此，它們特別是被用作完全整合在驅動系內的驅動電機或在混合動力應用中例如被用作起動器發電機。在此，部分地使用他勵同步電機，這些同步電機具有由設置有勵磁繞組的疊片組構成的轉子。在此，勵磁繞組的端部通過兩個被布置在轉子軸上的滑環引出來。通過碳刷將勵磁電壓施加在勵磁繞組上。這兩個滑環與承載它們的基體一起也常常被簡單地稱為「滑環」。
[0003]這種旋轉的電機器出現了碳刷的磨掉物以導電的灰塵顆粒的形式進入到機器內部的問題。這些灰塵顆粒例如可以作為導電層沉積在機器元件上並導致導電的電氣間隙(Kriechstrecke)0
[0004]文獻DE 100 14 310 Al公開了一種具有用於密封電機器的殼體內腔的、浮動的間隙密封件的電機器。雖然這種間隙密封件可以使得灰塵難以進入到殼體內腔之內，但是還需要更好地保護殼體內腔以防電刷灰塵進入。
[0005]文獻DE 10 2008 041 650 Al介紹了一種具有風扇的電機器，該風扇具有用於分配空氣的突伸式的風扇葉片，由此把磨掉的電刷灰塵連同空氣一起從滑環引開。
[0006]本發明的目的在於提出一種可行方案，根據該可行方案，以技術上簡單同時特別高效的方式儘可能進一步地防止在電機器工作時產生的電刷灰塵進入到機器內部。
該目的通過獨立權利要求的主題來實現。有利的設計方案是從屬權利要求的主題。
[0007]根據本發明的第一方面，提出一種用於旋轉的電機器的葉輪，其具有下述特徵:
-帶有外圍面的中空圓柱形的基體，其中，葉輪具有旋轉軸線，外圍面圍繞該旋轉軸線沿著基體的圓周方向延伸；
-沿著基體的圓周方向環繞基體的第一端部區域和沿著基體的圓周方向環繞基體的第二端部區域，其中，第一和第二端部區域沿著旋轉軸線的方向彼此相對而置；
-在外圍面上的槽，其中，槽在基體的圓周方向上沿著外圍面、並在基體的第一和第二端部區域之間延伸；和
-至少一個板條形的旋流件，在槽內，該旋流件在第一和第二端部區域之間延伸，由此至少一個旋流件被設計用於在葉輪圍繞旋轉軸線旋轉時產生離開外圍面的空氣運動。
[0008]在該種情況下，「葉輪」在此和下文中係指一種可圍繞其旋轉軸線轉動的具有旋流件的裝置，在葉輪圍繞旋轉軸線旋轉時，這些旋流件產生空氣運動。
[0009]「中空圓柱形的基體的圓周方向」係指沿著基體的外圍面、環繞基體的圓周的方向。
[0010]優選地，葉輪包括至少兩個彼此以相同的間隔被均勻分布地布置在槽內的旋流件。通過將旋流件均勻分布在槽內，可以避免葉輪的不平衡。
[0011]通過將槽設計在外圍面上且在葉輪的中空圓柱形的基體的兩個對置的端部區域之間，並且通過設計至少一個板條形的、在第一和第二端部區域之間在槽內延伸的旋流件，因此可以在葉輪的基體的外圍面上形成至少一個盆形的凹窪，該凹窪連同旋流件和基體的兩個端部區域一起如同渦輪機的渦輪葉片一樣起作用，在上述葉輪圍繞其旋轉軸線轉動時產生離開外圍面的空氣運動。
[0012]如果電刷灰塵顆粒到達盆形的凹窪區，那麼這些電刷灰塵顆粒就通過空氣運動從外圍面進而從葉輪被帶走。
[0013]由此以技術上簡單同時特別高效的方式防止在電機器工作時產生的電刷灰塵顆粒進入到機器內部。
[0014]在一種優選的設計方案中適當設計至少一個旋流件，使得該旋流件至少部分地沿著基體的圓周方向上隔斷槽。換而言之:至少一個旋流件並不從第一端部區域連續地延伸到第二端部區域。這種設計方案具有以下優點:通過藉助旋流件產生的隔斷而形成具有不同渦流的空氣運動。由此，空氣運動的速度發生變化，這有利於帶走不同大小的灰塵顆粒。
[0015]在一種替代的設計方案中，至少一個旋流件從第一端部區域連續地延伸到第二端部區域，由此，至少一個旋流件沿著基體的圓周方向完全隔斷槽。這種設計方案具有以下優點:由此，在葉輪的轉速本身恆定時產生很大程度上恆定但相對更加強烈的空氣運動。
[0016]在另一優選的設計方案中，至少一個旋流件平行於旋轉軸線延伸。
[0017]在一種替代的設計方案中，至少一個旋流件傾斜於旋轉軸線延伸。
[0018]優選地，至少一個旋流件沿著葉輪的基體的圓周方向螺旋形或螺線形地延伸。
[0019]後三種所述的設計方案在空氣運動時產生不同的渦流，所述空氣運動在葉輪旋轉時產生。
[0020]在另一優選的設計方案中，至少一個旋流件在背離旋轉軸線的那一側具有表面，其中，所述表面相對於外圍面不突伸地特別是相對於外圍面基本上平整地構造。
[0021]旋流件的相對於外圍面不突伸地特別是相對於外圍面基本上平整的表面具有以下優點:葉輪可以例如採用注塑方法作為大宗商品以較少的加工步驟成本低廉地製造。此夕卜，如此構造的旋流件產生具有渦流的空氣運動，這些渦流高效地將位於旋流件區域內的灰塵顆粒帶走。
[0022]替代地，從葉輪的旋轉軸線徑向地觀察，至少一個旋流件可以具有比兩個端部區域的高度更小的高度。在此還可以考慮的是，兩個端部區域分別具有不同大小的高度。
[0023]根據本發明的另一方面，提出一種旋轉的電機器，該機器包括轉子軸和上述的葉輪，其中，葉輪布置在轉子軸上並與轉子軸抗扭地連接。
[0024]這種旋轉的電機器適合用在汽車內。所述電機器既可以用作完全整合在驅動系中的驅動電機例如輪轂電機或者軸向電機，又可以例如用作起動器發電機。在該種情況下，電機器可以被構造為電動機或發電機，或者既可以作為電動機又可以作為發電機進行工作。
[0025]針對這種電機器，可以使得灰塵被由葉輪產生的空氣運動帶走，由此防止掉落的電刷灰塵進入到機器內部。為此按照上述方式構造並布置葉輪，使得掉落在電機器的電刷上的灰塵顆粒在可能進入到殼體內腔中之前通過在工作時產生的空氣運動主要在徑向上從轉子軸被帶走。
[0026]在一種優選的設計方案中，旋轉的電機器還包括至少部分地包圍電機器的殼體內腔的殼體件。在該種情況下設計最大部分地容納轉子軸的殼體內腔。在殼體件上，電機器具有開口，轉子軸穿過該開口部分地從殼體內腔伸出。在殼體內腔的外面，電機器具有布置在轉子軸上的滑環。在殼體內腔和滑環之間並且在殼體內腔外面布置有上述葉輪。在該種情況下，葉輪被設計用於在轉子軸轉動時在電機器工作時產生用於將電刷灰塵從開口帶走的上述空氣運動。
[0027]在電機器的另一優選的設計方案中，葉輪被設計成可插到轉子軸。按照該實施方式，在安裝時可以將葉輪簡單地插到轉子軸上，從而幾乎不需要附加的安裝成本。於是在需要時，例如在修理電機器時，可以採用簡單的方式又將葉輪從轉子軸上拔出來。
[0028]在另一種其它的優選的設計方案中，電機器在殼體內腔和滑環之間具有至少一個曲徑式密封件。在此，曲徑式密封件具有環繞轉子軸的並布置在轉子軸上的第一成型元件和與第一成型元件相咬合的、同樣環繞轉子軸且布置在殼體件上的第二成型元件。在此，第一和第二成型元件優選均具有由電絕緣材料例如塑料製成的表面。所述成型元件也可以完全由塑料構成。
[0029]「曲徑式密封件」在此及下文中係指非接觸的密封件，其密封效果基於因曲徑所致的路徑明顯延長。路徑延長可以通過在轉子軸上和在固定的殼體件上的成型元件的相互嵌接來實現。在此，曲徑式密封件圍繞轉子軸同心地布置。特別地，曲徑式密封件可以被構造為多槽-曲徑式密封件，並且具有多個前後相繼串聯的、由彼此相咬合的成型元件構成的密封件。
[0030]針對這種旋轉的電機器，可以通過以下方式防止掉落的電刷灰塵進入到機器內部即殼體內腔中:一方面通過曲徑式密封件明顯延長灰塵所要歷經的一直伸到殼體內腔中的路徑，另一方面通過曲徑式密封件的迴旋防止灰塵不受妨礙地進入到殼體內腔中。因此，曲徑式密封件的設置附加地改善了密封效果，進而有利地補充了葉輪的作用。
[0031]在一種優選的設計方案中，葉輪在滑環側置於曲徑式密封件之前。按照該設計方案，來自滑環的灰塵流因此首先進入到葉輪的作用區內，該葉輪將大部分灰塵顆粒從關鍵區去除。因此還僅有被高度稀釋的灰塵流到達曲徑式密封件。
[0032]在電機器的另一其它優選的設計方案中，葉輪和第一成型元件一體地構造。在該種情況下，葉輪和第一成型元件可以採用注塑方法以簡單的方式作為大宗商品製造成一體的鑄件。
[0033]在另一其它優選的設計方案中，電機器在開口內且在葉輪與殼體內腔之間具有漏鬥形的導流元件，該導流元件沿著轉子軸的圓周方向環繞轉子軸，並且被設計用於沿著離開殼體內腔的方向使得由葉輪產生的空氣運動轉向。
[0034]優選地,導流元件與殼體件一體地構造。
[0035]根據本發明的另一方面，提出一種具有上述電機器的汽車。汽車在此可以是電動汽車或者混合動力汽車，其中電機器用作汽車的驅動裝置。
[0036]此外，上述葉輪和上述電機器的有利的設計可以在一定程度上轉用到上述汽車上，也被視為汽車的有利的設計。
[0037]現藉助於附圖對本發明的實施方式進行詳述。在附圖中:
圖1在立體圖中示意性地示出了本發明的一個實施方式的葉輪；
圖2、2A在橫截面圖中示意性地示出了根據本發明的一個實施方式的旋轉的電機器的一部分；
圖3在橫截面圖中示意性地示出了根據本發明的另一實施方式的旋轉的電機器的一部分。
[0038]在附圖中相同的部件標有相同的附圖標記。
[0039]圖1在示意性的立體圖中示出了用於接下來將在圖2、2A和3中示出的旋轉的電機器100的葉輪10。
[0040]葉輪10包括具有圓柱形外圍面22的中空圓柱形的基體21，所述外圍面沿著基體的圓周方向29環繞並沿圓周包圍基體21。葉輪10被設計得可以圍繞旋轉軸線24轉動，其中，旋轉軸線24平行於外圍面22並穿過基體21的圓心延伸。
[0041]葉輪10還具有沿著基體的圓周方向29環繞基體21的第一端部區域30和同樣沿著基體的圓周方向29環繞基體21的第一端部區域31。在此沿著旋轉軸線24的方向看去，第一端部區域30和第二端部區域31彼此相對。
[0042]在外圍面22上，葉輪10具有沿著基體的圓周方向29環繞基體21的、沿著外圍面22且在基體21的第一與第二端部區域30、31之間延伸的槽23。
[0043]在該槽23內設置有至少三個板條形的旋流件25，它們彼此以相同的間隔被均勻分布地布置在槽23內。因此在這些旋流件25之間形成具有類似菱形表面的盆狀的凹窪。在此，旋流件25均相對於旋轉軸線24傾斜約15°的角度28進行延伸。通過旋流件25相對於旋轉軸線24傾斜的布置，在葉輪10圍繞旋轉軸線24轉動時，這些旋流件產生空氣運動26，空氣運動從外圍面22離開並沿著垂直於旋轉軸線24伸展的方向27流動。
[0044]旋流件25在背離旋轉軸線24的一側均具有表面32，其中這些表面32和外圍面22彼此平整地構造。
[0045]圖2、2A在垂直於電機器100的轉子軸2的橫截面圖中示出了被構造為他勵同步電機的電機器100的一部分，其中，圖2A又示出了在圖2中已被示出的電機器100的部分A。電機器100的定子未被示出。轉子I包括布置在轉子軸2上的轉子疊片組3。
[0046]轉子疊片組3被布置在殼體內腔5之內。轉子軸2可轉動地支撐在殼體內腔5之內，其中僅示出了一個軸承4。轉子軸2穿過在殼體件6例如軸承蓋上的開口 9從殼體內腔5中部分地伸出來。
[0047]在殼體內腔5的外面，在轉子軸2上布置有兩個滑環7，通過這些滑環藉助於碳刷8將勵磁電壓施加在轉子I的未示出的勵磁繞組上。
[0048]未示出的滑環包套(Schleifringkapsel)可以包圍滑環7和碳刷8,進而包圍電刷腔(Biirstenraum) 12。
[0049]在轉子I工作時，碳刷8會在電刷腔12內產生導電的碳粉。經由開口 9例如會使得碳粉進入到殼體內腔5之內，在那裡沉積成導電層並導致洩漏電流(KriechstKmen)。
[0050]為了防止這種情況，轉子I在開口 9的區域內在轉子軸2上具有上述的葉輪10。葉輪10與轉子軸2抗扭地連接，在電機器100工作時與轉子軸2 —起圍繞同樣也是葉輪10的旋轉軸線24的旋轉軸線轉動。在這種情況下，葉輪10產生圖1中所示的空氣運動26，這種空氣運動將碳粉顆粒從開口 9帶走。
[0051]在開口 9中設置有與殼體件6 —體地構造的協助葉輪10的作用的導流元件11。因此如在圖2A中詳細地示出，導流元件11被構造為漏鬥形，並且相比於背離殼體內腔5進而面向滑環7的端部18，在面向殼體內腔5的端部17具有更小的直徑。
[0052]在電機器100工作時，導流元件11將由葉輪10產生的空氣運動26沿著離開殼體內腔5的方向19引導，從而使得碳粉顆粒被有效地從開口 9帶走。
[0053]圖3在垂直於電機器100的轉子軸2的橫截面圖中示出了另一被構造為他勵同步電機的電機器100的一部分。圖3中的電機器與圖2、2A中所示的電機器的不同之處在於，除了葉輪10之外還設置有曲徑式密封件13來代替導流元件11，以便防止碳粉進入到殼體內腔5之內。在此，葉輪10在滑環側置於曲徑式密封件13之前21，因此首先被朝向殼體內腔5流動的空氣經過。
[0054]在一種未示出的實施方式中，葉輪10在滑環側置於曲徑式密封件13之後。也可以設置有多個葉輪10和/或曲徑式密封件13。
[0055]曲徑式密封件13由抗扭地與轉子軸2相連接的第一成型元件15以及由與殼體部件6相連接並布置在開口 9內的第二成型元件14構成。
[0056]成型元件14、15具有彼此相咬合且彼此不相接觸的「密封唇」16，並且由塑料或者由其它不導電的材料製成。由此在這些密封唇16之間形成一條路徑，沿著旋轉軸線24的方向看去，該路徑具有矩形波的形式，進而明顯地比開口 9的深度更長。因此通過曲徑式密封件13使得碳粉進入到殼體內腔5之內所要歷經的路段明顯地延長，由此產生密封效果。
[0057]在一種未示出的實施方式中，曲徑式密封件具有更多數量的前後相繼布置的、彼此相咬合的密封唇。由此使得碳粉所要歷經的路徑附加地延長並改善了密封效果。
[0058]儘管前面介紹了至少一個示範性的實施方式，卻可以做出各種不同的改變和改型。所述實施方式僅僅是範例，而不應以任何方式限制適用範圍、可用性或配置。確切地說，前述說明令本領域技術人員有計劃實施至少一個示範性的實施方式，其中，在不偏離所附權利要求及其法律等同體的保護範圍的情況下，可以對在示範性的實施方式中說明的部件的功能和布置方式做出眾多改型。
【權利要求】
1.一種用於旋轉的電機器(100)的葉輪(10)，具有以下特徵: -帶有外圍面(22)的中空圓柱形的基體(21)，其中，葉輪(10)具有旋轉軸線(24)，夕卜圍面(22)圍繞該旋轉軸線沿著基體(21)的圓周方向(29)延伸； -沿著基體的圓周方向(29)環繞基體(21)的第一端部區域(30)和沿著基體的圓周方向(29)環繞基體(21)的第二端部區域(31)，其中，第一端部區域(30)和第二端部區域(31)沿著旋轉軸線(24)的方向彼此相對而置； -在外圍面(22)上的槽(23)，其中，槽(23)在基體(21)的圓周方向(29)上沿著外圍面(22)、並在基體(21)的第一端部區域(30)和第二端部區域(31)之間延伸；和 -至少一個板條形的旋流件(25)，在槽(23)內，該旋流件在第一端部區域(30)和第二端部區域(31)之間延伸，由此至少一個旋流件(25)被設計用於在葉輪(10)圍繞旋轉軸線(24)旋轉時產生離開外圍面(22)的空氣運動(26)。
2.按照權利要求1所述的葉輪(10)，其中，至少一個旋流件(25)沿著所述基體(21)的圓周方向(29)至少部分地隔斷所述槽(23)。
3.按照權利要求1或2所述的葉輪(10)，其中，至少一個旋流件(25)從所述第一端部區域(30) —直延伸到所述第二端部區域(31)，由此，至少一個旋流件(25)沿著所述基體(21)的圓周方向(29)完全隔斷所述槽(23)。
4.按照上述權利要求之一所述的葉輪(10)，其中，至少一個旋流件(25)平行於所述旋轉軸線(24)延伸。
5.按照上述權利要求廣3之一所述的葉輪(10)，其中，至少一個旋流件(25)傾斜於所述旋轉軸線(24)延伸。
6.按照上述權利要求廣3之一所述的葉輪(10)，其中，至少一個旋流件(25)螺旋形地延伸。
7.按照上述權利要求之一所述的葉輪(10)，其中，至少一個旋流件(25)在背離所述旋轉軸線(24)的那一側具有表面(32)，其中，所述表面(32)相對於所述外圍面(22)不突伸地特別是相對於所述外圍面(22 )基本上平整地構造。
8.一種旋轉的電機器(100)，具有以下特徵: -轉子軸(2)； -按上述權利要求之一所述的葉輪(10); -其中，所述葉輪(10)布置在所述轉子軸(2)上並與所述轉子軸(2)抗扭地連接。
9.按照權利要求8所述的旋轉的電機器(100)，還具有以下特徵: -至少部分地包圍所述電機器(100)的殼體內腔(5)的殼體件(6)，其中，所述殼體內腔(5)被設計用於容納所述轉子軸(2)； -在所述殼體件(6)上的開口(9)，所述轉子軸(2)經由該開口部分地從所述殼體內腔(5)中伸出； -布置在所述殼體內腔(5)之外並且在所述轉子軸(2)上的滑環(7)； -其中，所述葉輪(10)布置在所述殼體內腔(5)與所述滑環(7)之間並且在所述殼體內腔(5)之外，由此，所述葉輪(10)被設計用於產生空氣運動(26)，用於將灰塵由所述開口(9)和/或所述滑環(7)帶走。
10.按照權利要求8或9所述的旋轉的電機器(100)，其中，所述葉輪(10)被構造得可插到所述轉子軸(2)上。
11.按照權利要求8?10之一所述的旋轉的電機器(100)，其中，在所述殼體內腔(5)和所述滑環(7)之間設置有至少一個曲徑式密封件(13)，該曲徑式密封件包括在所述轉子軸(2)上的環繞所述轉子軸(2)的第一成型元件(15)和與所述第一成型元件(15)相咬合的並且在所述殼體件(6)上環繞所述轉子軸(2)的第二成型元件(14)。
12.按照權利要求11所述的旋轉的電機器(100)，其中，所述葉輪(10)和所述第一成型元件(15)—體地構造。
13.按照權利要求8?10之一所述的旋轉的電機器(100)，其中，所述電機器(100)在所述開口(9)內且在所述葉輪(10)與所述殼體內腔(5)之間具有環繞所述轉子軸(2)的漏鬥形的導流元件(11)，該導流元件被設計用於沿著離開所述殼體內腔(5)的方向(19)使得由所述葉輪(10)產生的空氣運動(26)轉向。
14.按照權利要求13所述的旋轉的電機器(100)，其中，所述導流元件(11)與所述殼體件(6 ) —體地構造。
15.一種具有按照權利要求8?14之一所述的旋轉的電機器(100)的汽車。
【文檔編號】H02K13/00GK104247169SQ201380019438
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月9日 優先權日:2012年4月10日
【發明者】布拉託夫 M., 韋爾克 K., 韋舍 D. 申請人:大陸汽車有限公司