具有兩個軸流式通風機的電機的製作方法

2023-10-18 06:26:19

專利名稱：具有兩個軸流式通風機的電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電機，具有定子；與定子之間磁性地相互作用的轉子；軸，轉子布置在該軸上，並且該軸支撐在定子上，以用於沿第一旋轉方向和相反的第二旋轉方向旋轉；和為了實現沿第一旋轉方向運動而與軸抗扭地連接的軸流式通風機。
背景技術：
為了優化散熱，電機(特別是電動機和發電機)通常具有帶有通風機和通風機罩的冷卻系統。通風機吸取冷卻空氣，然後該冷卻空氣通過電機的殼體的冷卻肋片吹出。為了達到良好的冷卻效果，必須輸送足量的空氣和冷卻劑。
電機可以通過不同的通風機進行冷卻。例如可以使用直接安裝在發動機軸上的離心式通風機和軸流式通風機進行冷卻。離心式通風機具有通風機葉片，它們應沿徑向朝向外側並將冷卻劑同樣沿徑向向外輸送。通過離心式通風機輸送冷卻劑與電機的旋轉方向無關。在軸流式通風機中，通風機葉片以一定的斜度固定在通風機輪轂上。軸流式通風機沿軸向方向輸送冷卻劑。但是，輸送方向取決於軸的旋轉方向和通風機葉片的斜度方向。一般地，軸流式通風機輸送的冷卻劑比離心式通風機多。為了利用軸流式通風機的優勢(空氣量大且噪音小)，迄今為止，通風機必須始終與電機的旋轉方向相匹配。此外，還可以藉助於外部通風機對電機進行冷卻。外部通風機通常設計為軸流式通風機。其具有自身的、旋轉方向固定的驅動裝置。因此冷卻不取決於電機的軸的旋轉方向。但外部通風機也必須有自身的驅動裝置。由出版物DE 7032537U中已知了一種用於制動電動機的冷卻裝置。該冷卻裝置用於冷卻具有通風機葉輪的電力制動電動機。通風機葉輪通過自由輪(FreilSufe)固定在可移動部件、例如發動機軸之上或旁邊，從而使通風機葉輪能夠在發動機制動時繼續運轉。通風機葉輪可以具有能夠在順時針旋轉和逆時針旋轉之間轉換的自由輪。此外，專利文獻DE 431682A描述了一種用於可逆式空氣輸送的、具有兩個等軸布置且斜度相反的空氣螺旋槳的通風設備。這兩個空氣螺旋槳以相同的方式旋轉，並且這樣地依次順序布置，即在所需氣流的方向上，起作用的螺旋槳在前，在此氣流中只起微弱作用的螺旋槳在後。特別是一個螺旋槳位於待冷卻的機器的一側，另一個螺旋槳位於該機器的另一側。另外，螺旋槳可以是可摘下的，以便於使驅動裝置僅轉動為相應氣流方向而安裝的螺旋槳。冷卻劑、特別是空氣也就必須能夠從軸向的兩側流向機器，從而能保證在兩個旋轉方向上的冷卻。

發明內容
因此，本發明的目的在於，能夠不依賴於旋轉方向，在儘可能小的結構空間內實現對電機的高效冷卻。根據本發明，該目的通過一種電機來實現，該電機具有定子；與定子之間磁性地相互作用的轉子；軸，轉子布置在該軸上，並且該軸支撐在定子上，以用於沿第一旋轉方向和相反的第二旋轉方向旋轉；和為了實現沿第一旋轉方向運動而與軸抗扭地連接的第一軸流式通風機，其中，在轉子的、與第一軸流式通風機相同的一側上，第二軸流式通風機為了沿第二旋轉方向運動而抗扭地布置在軸上，第一軸流式通風機在軸上在第二旋轉方向上具有自由輪，並且第二軸流式通風機在軸上在第一旋轉方向上具有自由輪。相應地，電機在其一側(通風側；B側)上具有兩個依次順序布置在軸上的軸流式通風機是有利的。所以，與旋轉方向無關，只需要來自通風側的冷卻劑流。同時，軸流式通風機的自由輪保證了，對於每個旋轉方向而言，僅特別地直接驅動軸流式通風機之一。另一個軸流式通風機空轉，並且可以一起旋轉或反向運轉。軸流式通風機的原理保證了高效冷卻。第一軸流式通風機優選地具有輪轂和 固定在輪轂上的通風機葉片，該通風機葉片在輪轂的圓周上具有第一斜度，其中，第二軸流式通風機具有輪轂和固定在輪轂上的通風機葉片，該通風機葉片在兩個軸流式通風機安裝完成的狀態下，在輪轂的圓周上具有與第一斜度方向相反的第二斜度。如果方向相反的兩個斜度值相等，就可以在葉片幾何形狀相同的情況下在兩個旋轉方向上實現相同的輸送效率。按照一種實施方式，兩個軸流式通風機分別利用具有止回器的滾動軸承支撐在軸上。這種做法以簡單的方式保證了每個通風機只沿預定的方向被驅動，而在另一個旋轉方向上為空轉。按照另一種實施方式，兩個軸流式通風機分別利用滾動軸承支撐在軸上，並且耦合裝置使得第一軸流式通風機沿第一旋轉方向並且第二軸流式通風機沿第二旋轉方向以形狀配合或摩擦連接的方式與軸相連接。由於耦合裝置與滾動軸承分離，因此可以保證高質量的軸承結構。特別是耦合裝置可以具有飛輪，該飛輪在兩個軸流式通風機之間，能旋轉運動地安裝在軸的螺紋上，並且飛輪在面向軸流式通風機的一側上分別具有摩擦面，其中，兩個軸流式通風機分別具有相應的摩擦面，以便於能夠根據軸的旋轉方向形成與飛輪之間的摩擦連接。尤其是在軸加速時，則將飛輪壓在各個需要的軸流式通風機上，從而通過摩擦使軸流式通風機轉入旋轉運動狀態。耦合裝置還可以具有定位機構，利用該定位機構，將飛輪在摩擦連接的情況下以軸向抵靠並能分離的方式定位在第一軸流式通風機或第二軸流式通風機上。與卡口式連接相似，飛輪例如通過起動轉矩與各個軸流式通風機接合，並帶動軸流式通風機。兩個軸流式通風機布置在通風側上是有利的，其中，在定子和軸流式通風機之間插入軸承蓋，軸支撐在該軸承蓋上，並且其中，冷卻劑流能從每個軸流式通風機沿軸向方向穿過軸承蓋直接輸送到定子和/或轉子。這種方式的優點在於，由軸流式通風機輸送的冷卻劑流可以不依賴於電機的旋轉方向，不需轉向而直接出現在待冷卻的元件上。


下面根據附圖對本發明作進一步說明，圖中示出圖I示出根據本發明的發動機的通風側的視圖；圖2示出具有自由輪的滾珠軸承；圖3示出具有包含止回器的滾珠軸承的軸流式通風機；
圖4示出根據本發明的第二種實施方式中電動機的通風側的視圖；圖5示出圖4所示的耦合裝置處於第一位置的原理圖；圖6示出圖5所示的耦合裝置處於第二位置的視圖；圖7示出具有可旋轉式飛輪的軸流式通風機的俯視圖；圖8不出發動機沿一個方向旋轉時的通風原理圖；圖9示出發動機沿相反方向旋轉時的通風原理圖。
具體實施例方式下述詳細描述的實施例展示出本發明的優選實施方式。圖I中的例子示出穿過電機(例如發動機或發電機)的縱剖面的通風側端部。電機具有定子I和轉子2。轉子2固定在軸3上，該軸自身又可旋轉地支撐在軸承蓋4中，該軸承蓋是電機的殼體的一部分。軸3的軸端3』在通風側B上從軸承蓋4中伸出。根據本發明，兩個軸流式通風機5，6支撐在軸端3』上。兩個軸流式通風機5和6分別設計用於相反的旋轉方向。在圖I的例子中，軸流式通風機5用於逆時針旋轉，軸流式通風機6用於順時針旋轉。只有當按照各自預定的旋轉方向旋轉時，相應的軸流式通風機才會將空氣或冷卻劑輸送到電機的殼體。也就是說，提供兩個在相反方向上起作用的軸流式通風機5，6，其中，根據旋轉方向由電動機或發電機驅動二者之一，並且另一個通風機沿這個方向具有自由輪。兩個通風機都通過一個相應的軸承可旋轉地與軸3或軸端3 『相連接。在第一實施例中，按照圖2，軸流式通風機5，6藉助於具有內置止回器的滾珠軸承7支撐。這種具有止回器的滾珠軸承是十分常見的。圖3示出軸流式通風機5，6，其輪轂具有帶有止回器的滾珠軸承7。要為兩個軸流式通風機5，6相應地對滾珠軸承7進行定向，從而使得對於其中一個通風機而言在一個方向上得出一個止回器並且對於另一個通風機而言在另一個方向上得出一個止回器。根據一種可替換的實施方式，通風機5，6的取決於旋轉方向的、相互的耦合通過位於軸3上的飛輪8 (參見圖4)來實現。飛輪8是環形的並且具有內螺紋。其布置在兩個通風機5和6之間。兩個軸流式通風機5，6之間的軸端3的部段9 (參見圖5)具有與飛輪8的內螺紋相匹配的外螺紋10。通過旋轉運動，飛輪8可以如圖5和圖6中的原理圖所示，在部段10上,在兩個軸流式通風機5，6之間來回移動。在圖5的例子中，軸3或3 『沿箭頭11所示方向旋轉。通過螺紋10，飛輪8至少在加速期間沿箭頭12所示方向向左擠壓在軸流式通風機6上。兩個軸流式通風機5，6藉助於簡單的滾動軸承支撐在軸端3 『上。一旦現在在飛輪8與軸流式通風機6之間產生摩擦連接，則飛輪8就可以帶動通風機6，從而使其也按照旋轉運動方向11旋轉。如果電機或軸3按照圖6中箭頭13所示沿相反方向運行，則飛輪8通過螺紋10沿箭頭14所示方向向右壓在軸流式通風機5上。如果軸流式通風機5在圖5所示的旋轉過程中仍是自由的，則其會在圖6所示的例子中在方向相反的旋轉過程中由飛輪8通過摩擦連接抓牢並帶動。此時，軸流式通風機5將空氣或冷卻劑輸送給電機。在這種狀態下，另一個軸流式通風機6可以在軸端3 『上自由旋轉。
為了使飛輪8與相應的軸流式通風機5，6之間在軸轉速恆定期間也有摩擦連接，可以設計為將飛輪8定位在各自的最終位置上，從而保證摩擦連接。這可以通過例如將各自最終位置上的螺紋做得非常平的方式(特別是非常平)來實現。這種做法的工作原理與卡口式連接的工作原理相似。當旋轉方向改變時，飛輪會因其自身的慣性從定位位置中旋轉而出，並然後移動至對面的軸流式通風機。圖7示出軸流式通風機5，6能如何在實施例中應用。在軸流式通風機5，6的輪轂中設有簡單的滾動軸承或滾珠軸承15。於是，軸流式通風機5，6原則上可自由旋轉地支撐在軸3上。除此之外，還在軸流式通風機5，6的輪轂上固定了摩擦環16。如果將飛輪擠壓在摩擦環16上，則會產生相應的摩擦連接，並且可以通過這種動力嚙合來傳遞轉矩。在圖4所示的例子中，飛輪8例如抵靠在通風機6的摩擦環16上，從而使該通風機由軸3驅動。相應地，另一個軸流式通風機5處於空轉狀態中。圖8和圖9示出電機沿不同方向旋轉時冷卻流情況的略圖。圖8基本上與圖I吻合，其中，只是示意性地指出了兩個軸流式通風機5，6。在圖8所示的例子中，軸流式通風機6的葉輪在略圖中斜度為正，該通風機沿旋轉方向被向左驅動。於是，通過軸 流式通風機6生成一股朝向電機的殼體或軸承蓋4並在那裡進入殼體的內部空間裡的氣流或冷卻劑流17。此時，另一個軸流式通風機5空轉，並相應地在冷卻劑流17中自由運動。它可以與被驅動的軸流式通風機6 —起旋轉,或者也可以沿相反方向旋轉。如果軸如圖9所示沿相反方向旋轉，則軸流式通風機5被驅動，並且，軸流式通風機6空轉。由於圖9示出的軸流式通風機5的通風機葉片的斜度為負，因此在這裡，冷卻劑還是被輸送到電機的軸承蓋4處。與此同時，產生了稍有變化的冷卻劑流17 『。在電機的軸沿一個方向旋轉時，只驅動位於電機通風側但在相反方向上起作用的兩個軸流式通風機中的一個是有利的。所以，無論旋轉方向如何，始終有一股冷卻劑流吹向電機的殼體。此外，特別有利的是，冷卻電機可以從一側完成，而不需外部驅動。
權利要求
1.一種電機,具有 -定子(1); -與所述定子(I)之間磁性地相互作用的轉子(2)； -軸(3，3 『)，所述轉子(2)布置在所述軸上，並且所述軸支撐在所述定子(I)上，以用於沿第一旋轉方向和相反的第二旋轉方向旋轉；和 -為了實現沿所述第一旋轉方向運動而與所述軸抗扭地連接的第一軸流式通風機(5)； 其特徵在於， -在所述轉子(2)的、與所述第一軸流式通風機(5)相同的一側上，第二軸流式通風機(6)為了實現沿所述第二旋轉方向運動而抗扭地布置在所述軸上， -所述第一軸流式通風機(5)在所述軸上在所述第二旋轉方向上具有自由輪，和 -所述第二軸流式通風機(6)在所述軸上在所述第一旋轉方向上具有自由輪。
2.根據權利要求I所述的電機，其中，所述第一軸流式通風機(5)具有輪轂和固定在所述輪轂上的通風機葉片，所述通風機葉片在所述輪轂的圓周上具有第一斜度，和其中，所述第二軸流式通風機(6)具有輪轂和固定在所述輪轂上的通風機葉片，所述通風機葉片在兩個所述軸流式通風機(5，6)安裝完成的狀態下，在所述輪轂的圓周上具有與所述第一斜度方向相反的第二斜度。
3.根據權利要求I或2所述的電機，其中，所述兩個軸流式通風機(5，6)分別利用具有止回器(7)的滾動軸承支撐在所述軸上。
4.根據權利要求I或2所述的電機，其中，所述兩個軸流式通風機(5，6)分別利用滾動軸承(15)支撐在所述軸上，並且耦合裝置(8)使得所述第一軸流式通風機(5)沿所述第一旋轉方向(13 )並且所述第二軸流式通風機(6 )沿所述第二旋轉方向(11)以形狀配合或摩擦連接的方式與所述軸相連接。
5.根據權利要求4所述的電機，其中，所述耦合裝置(8)具有飛輪，所述飛輪在兩個所述軸流式通風機(5，6)之間，能旋轉運動地安裝在所述軸的螺紋(10)上，並且所述飛輪在面向所述軸流式通風機的一側上分別具有摩擦面，並且其中，兩個所述軸流式通風機(5，6)分別具有相應的摩擦面(16)，以便於能夠根據所述軸的旋轉方向形成與所述飛輪之間的摩擦連接。
6.根據權利要求5所述的電機，其中，所述耦合裝置(8)具有定位機構，利用所述定位機構，將所述飛輪在摩擦連接的情況下以軸向抵靠並能分離的方式定位在所述第一軸流式通風機(5)或所述第二軸流式通風機(6)上。
7.根據前述權利要求中任一項所述的電機，其中，所述兩個軸流式通風機(5，6)布置在通風側(B)上，在所述定子(I)和所述軸流式通風機(5，6)之間插入軸承蓋(4)，所述軸(3,3 『)支撐在所述軸承蓋上，並且冷卻劑流(17，17 『)能從每個軸流式通風機(5，6)沿軸向方向穿過所述軸承蓋直接輸送到所述定子和/或所述轉子。
全文摘要
本發明涉及一種能有效冷卻並且能緊湊安裝的電機。根據本發明所述的電機具有定子(1)；與定子(1)之間磁性地相互作用的轉子(2)；軸(3，3『)，轉子(2)布置在該軸上，並且該軸支撐在定子(1)上，以用於沿第一旋轉方向和相反的第二旋轉方向旋轉；和為了實現沿第一旋轉方向運動而與軸3，3『抗扭地連接的第一軸流式通風機。在轉子(2)的、與第一軸流式通風機(5)相同的一側上，第二軸流式通風機(6)為了沿第二旋轉方向運動而抗扭地布置在軸(3，3『)上。第一軸流式通風機(5)在軸上在第二旋轉方向上具有自由輪，同樣，第二軸流式通風機(6)在軸上在第一旋轉方向上具有自由輪。
文檔編號H02K9/04GK102868254SQ201210222470
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月28日 優先權日2011年7月5日
發明者克勞斯·比特納, 諾貝特·韋納 申請人:西門子公司