ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА
ELECTRIC MACHINE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к ротационной электрической машине и, в частности, к бесщеточному двигателю с герметичной электроникой и с открытым корпусом для рассеивания тепла.
Уровень техники
Бесщеточные двигатели в целом содержат корпус, закрытый чашкой с образованием кожуха, в котором расположен обмотанный статор и ротор с постоянными магнитами.
Кроме того, бесщеточные двигатели также оснащены электроникой управления, управляющей их работой, причем данная электроника может быть расположена внутри или снаружи вышеуказанного кожуха.
Двигатель одного типа, называемый двигателем открытого типа, имеет отверстия в корпусе, выполненные для обеспечения циркуляции воздуха для охлаждения обмоток статора.
На рынке востребованы двигатели или открытые двигатели, то есть двигатели, которые просты для охлаждения и оснащены при этом герметичной электроникой, что позволяет получить более надежное изделие, поскольку электрические компоненты защищены от внешних воздействий.
Двигатели вышеописанного типа, как правило, спроектированы для привода вентиляторных лопастей в электрических вентиляторах для охлаждения излучающих масс.
В данных применениях, в частности, электрические вентиляторы поддерживаются вентиляционным каналом при помощи корпуса двигателя. Более конкретно в многочисленных технических решениях в существующем уровне техники вентиляционный канал электрического вентилятора содержит кольцо для установки двигателя, корпус которого оснащен выступами для соединения с кольцом.
В одном примерном решении существующего уровня техники электрические схемы размещены внутри герметично закрытого кожуха, причем данный кожух, в свою очередь, расположен внутри двигателя. В частности, в решениях существующего уровня техники содержащий электронику кожух размещен в чашке двигателя внутри двигателя, а плата внутри данного кожуха соединена со статором посредством соединителей, например фастонных соединителей.
Однако описанные последние решения имеют недостатки.
Закрывающая чашка должна быть выполнена с увеличенными размерами для обеспечения возможности размещения внутри ней закрытого кожуха, содержащего электронику управления.
При этом электроника расположена очень близко к обмотке статора и в той же окружающей среде и, следовательно, может быть подвержена увеличению температуры, вызванному работой двигателя.
Кроме этого, соединение обмоток статора с печатной монтажной платой выполнено посредством соединителей и может легко испытывать проблемы, связанные с надежностью и эффективностью вследствие, например, вибраций или износа на самом контакте.
Вентиляционный канал должен иметь установочное кольцо, при этом соединение с соответствующим электрическим вентилятором является относительно сложным.
В конкретных применениях соединение двигателя с соответствующим вентиляционным каналом или с диффузором для рассеивания потока, производимого вентилятором, является неудовлетворительным с точки зрения динамики текучей среды.
Раскрытие изобретения
В данном контексте главная техническая задача данного изобретения состоит в создании ротационной электрической машины, не имеющей вышеуказанных недостатков.
Одна задача данного изобретения состоит в создании бесщеточного двигателя, в котором в течение работы электроника управления не подвержена воздействию тепла от двигателя.
Другая задача состоит в создании электрического двигателя, электроника которого защищена от внешних воздействий.
Еще одна задача данного изобретения состоит в создании электрического двигателя, в котором соединения между электроникой и статором являются более надежными, чем в решениях из уровня техники.
Другая задача данного изобретения состоит в создании электрической машины, выполненной с возможностью легкой и точной установки в соответствующем диффузоре или вентиляционном канале.
Указанную техническую цель и определенные задачи решаются, по существу, посредством электрической машины согласно п. 1 формулы данного изобретения.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества данного изобретения будут более очевидными из нижеследующего подробного описания со ссылками на неограничивающий и неисключительный предпочтительный вариант осуществления электрической машины, как проиллюстрировано на прилагаемых чертежах, на которых:
на фиг. 1 изображен схематичный покомпонентный вид в аксонометрии электрической машины согласно изобретению, на котором некоторые части не показаны для большей ясности;
на фиг. 2 изображен второй схематичный покомпонентный вид в аксонометрии электрической машины на фиг. 1, на котором некоторые части не показаны для большей ясности;
на фиг. 3 изображен схематичный вид сверху электрической машины на фиг. 1 и 2;
на фиг. 4 изображен схематичный вид в разрезе по плоскости Α-A на фиг. 3, электрической машины на фиг. 1-3, на котором некоторые части не показаны для большей ясности;
на фиг. 5 изображен схематичный вид части электрической машины согласно изобретению;
на фиг. 6 изображен схематичный частично покомпонентный вид в аксонометрии электрического вентилятора, содержащего электрическую машину согласно изобретению;
на фиг. 7 изображен схематичный вид предпочтительной конфигурации узла электрического вентилятора на фиг. 6.
Осуществление изобретения
На прилагаемых чертежах, в частности на фиг. 1, 3 и 4, номер позиции 1 обозначает электрическую машину согласно изобретению, в частности бесщеточный электрический двигатель, причем далее конкретная ссылка сделана на данный двигатель.
Как описано более подробно ниже, указанный двигатель 1 является двигателем открытого типа с герметичной электроникой управления и предпочтительно предназначен для привода вентилятора 50 в вентиляторном блоке 51.
Указанный блок содержит двигатель 1, вентилятор 50, приводимый двигателем 1, и диффузор 46, поддерживающий двигатель 1 и проводящий поток, производимый вентилятором 50.
В одном варианте осуществления данного изобретения вентиляторный блок 51 выполнен по типу, описанному в заявке IT BO2012A000298.
Двигатель 1, имеющий ось R вращения, содержит корпус 2, снабженный вентиляционными и охлаждающими отверстиями 2а, и чашку 3, присоединенную к корпусу 2 с образованием кожуха 4 электрического двигателя 1.
Чашка 3 содержит фланец 3а, проходящий радиально за корпус 2.
При этом фланец 3а используется для установки двигателя 1 в вышеуказанном вентиляционном блоке посредством набора отверстий 45.
Внутри корпуса 2 зафиксирован обмотанный статор 5.
Данный статор 5 содержит ферромагнитный сердечник 6, образованный пакетом из пластин 6а, и пару передних компонентов 7, закрывающих сердечник 6, и обмотку 8.
Указанная обмотка 8 образована множеством катушек 9, каждая из которых намотана на соответствующем статорном зубце 10.
В показанном примере, в частности на фиг. 1 и 5, двигатель 1 выполнен трехфазным, а обмотка 8 имеет три свободных конца 11, 12, 13, каждый из которых соответствует одной фазе двигателя 1.
При этом каждый фазовый конец 11, 12, 13 представляет собой пару скрученных жил, образующих скрученную часть соответствующей фазы.
Предпочтительно, как описано ниже более подробно, обмотка 8 изготовлена с использованием проволоки, которая может быть спаяна, то есть с использованием проволоки, изолирующее покрытие которой удаляется при заданной температуре, например при температуре, превышающей 400°С.
В показанном предпочтительном варианте осуществления данного изобретения каждый из концов 11, 12 и 13 фазы содержит гибкую часть 14.
Более точно для каждой фазы обмотка 8 содержит соответствующую гибкую часть 14.
В показанном предпочтительном варианте осуществления данного изобретения каждая гибкая часть 14 содержит по меньшей мере одно первое ответвление 15 (в показанном примере два ответвления), поперечное оси R вращения, и второе ответвление 16, параллельное оси R вращения.
При этом второе ответвление 16 образует соответствующий конец 11, 12 и 13 обмотки 8 и образовано, для каждой фазы, как указано выше, парой скрученный жил.
Следует отметить, в частности, со ссылками на фиг. 1 и 5, что для ясности концы 11, 12 и 13 изображены в отчасти удлиненной форме. Для удержания статора 5 в оптимальном положении внутри корпуса 2 двигатель 1 содержит множество пружин 17, действующих между статором 5 и кожухом 4.
Более точно пружины 17 выполнены по винтовому типу, при этом их линия действия параллельна оси R.
В показанном примере, в частности на фиг. 5, передний компонент 7, обращенный к чашке 3, имеет три гнезда 18 для пружин в таком же количестве.
В соответствующей зеркальной схеме, как изображено, например, на фиг. 2, чашка 3 имеет другие три гнезда 19 для соответствующих пружин 17, причем на данной фигуре видны только два гнезда из указанных трех гнезд.
Пружины 17 вставлены между статором 5 и чашкой 3 и расположены в гнездах 18 и 19.
Двигатель 1 содержит ротор 20, вставленный в кожух 4 и прикрепленный к нему с возможностью вращения.
Данный ротор 20, по существу, известного типа содержит пакет 21 пластин, на внешней поверхности которых зафиксированы магниты 22.
Ротор 20 содержит вал 23, зафиксированный посредством двух подшипников 24, 25 на кожухе 4. Согласно чертежам чашка 3 содержит гнездо 26 для подшипника 24.
Как показано, в частности, на фиг. 1 и 2, следует отметить, что двигатель 1 содержит печатную монтажную плату 27 для управления двигателем 1.
При этом монтажная плата 27 соединена со статором 5, в частности с вышеуказанными первым, вторым и третьим концами 11, 12 и 13 для подачи питания в фазы обмотки 8.
Плата 27 содержит набор из трех трубок 28, 29 и 30, предпочтительно изготовленных из металла, каждая из которых предназначена для соединения с одним концом 11, 12, 13 обмотки 8, как описано ниже, то есть с соответствующей фазой статора.
Наружная часть кожуха 4 содержит гнездо 31 для печатной монтажной платы 27, причем данная печатная монтажная плата 27 удерживается в указанном гнезде 31.
Гнездо 31 сообщается с внутренней частью кожуха 4 посредством набора из трех сквозных отверстий 32, 33, 34, предназначенных для прохода концов 11, 12, 13 фаз статора 5.
В показанном предпочтительном варианте осуществления данного изобретения гнездо 31 выполнено в чашке 3 на наружной части кожуха 4, а отверстия 32, 33, 34 выполнены в самой чашке 3.
Как показано на фиг. 5, следует отметить, что каждый конец 11, 12, 13 содержит у основания соответствующей скрученной части, то есть соответствующего ответвления 16 петлю 11а, 12а, 13а.
Передний компонент 7 содержит набор из трех крюков 11b, 12b, 13b, расположенных на переднем компоненте 7 в отверстиях 32, 33, 34.
При использовании каждый крюк 11b, 12b, 13b выравнивается в соответствии с направлением, определенным осью R вращения, с соответствующим отверстием 32, 33, 34.
При этом происходит зацепление петель 11а, 12а, 13а с соответствующим крюком 11b, 12b, 13b таким образом, что концы 11, 12 и 13 фаз, по существу, удерживаются в отверстиях 32, 33, 34 в заданном положении.
Таким образом, в частности, при сборке двигателя 1 обеспечена возможность легкой вставки концов 11, 12 и 13 фаз в соответствующие отверстия 32, 33, 34.
Плата 27 содержит клеммник 27а питания, выполненный с возможностью соединения с неизображенной проводкой.
Предпочтительно достижение уплотнения гнезда 31 в клеммнике 27а питания происходит, по существу, известным образом, не описанным ниже, путем размещения какого-либо компонента на указанной проводке, например закрывающей накладке.
При использовании, как изображено, каждый конец 11, 12, 13 обмотки 8 вставляется в соответствующее отверстие 32, 33, 34.
Каждый конец 11, 12, 13 вставляется в гнездо 31 через соответствующее отверстие 32, 33, 34.
Машина 1 содержит жесткую систему 100 для герметичного соединения между платой 27 и обмоткой 8 статора.
Данная система 100 размещена, для каждой фазы, по существу, в переходном отверстии 32, 33, 34 для соответствующего конца 11, 12, 13 обмотки 8.
При этом система 100 содержит концы 11, 12, 13 обмотки 8, вставленные в соответствующее отверстие 32, 33, 34.
Система 100 содержит уплотнение 35, 36, 37 для каждого отверстия 32, 33, 34.
Каждое уплотнение 35, 36, 37 изнутри покрывает соответствующее отверстие 32, 33, 34 и предпочтительно изготовлено из резины, имеющей, например, твердость 40 по Шору.
В предпочтительном варианте, например в показанном варианте, каждое уплотнение 35, 36, 37 является трубчатым, соосным с соответствующим отверстием 32, 33, 34, при этом оно вставлено в последнее.
Концы 11, 12, 13 обмотки 8 вставлены через соответствующее уплотнение 35, 36, 37.
Система 100 содержит набор проводящих элементов, например металлических, изготовленных из меди или бронзы, расположенных в соответствующем отверстии 32, 33, 34 между концом 11, 12, 13 обмотки 8 и соответствующим уплотнением 35, 36, 37.
Фазы соединены с платой 27 посредством соответствующего металлического элемента.
Предпочтительно каждый проводящий элемент образован вышеуказанными трубками 28, 29, 30, вставленными в соответствующее отверстие 32, 33, 34 и в уплотнение 35, 36, 37.
При этом каждый конец из концов 11, 12, 13 фаз вставлен в соответствующую трубку 28, 29, 30 и припаян к данной трубке. Припаивание для присоединения концов 11, 12, 13 к соответствующей трубке 28, 29, 30 выполняют таким образом, что трубка 28, 29, 30 закрыта изнутри.
На фиг. 4 схематично изображен в качестве примера конец 11, припаянный к соответствующей трубке 28.
При этом для обозначения припоя, заполняющего трубку 28, использовано символьное обозначение S.
При использовании на наружной поверхности трубок 28, 29, 30 расположена резина соответствующего уплотнения 35, 36, 37, при этом концы 11, 12, 13 фазы проходят внутри указанных трубок.
Предпочтительно уплотнение 35, 36, 37, расположенное между чашкой 3 и трубками 28, 29, 30 в отверстиях 32, 33, 34, обеспечивает герметичность между наружной поверхностью трубок и чашкой.
Кроме этого, печатная монтажная плата 27 остается правильно расположенной в гнезде 31, в частности, во время сборки машины 1.
Гибкая часть 14 или по меньшей мере часть данной гибкой части, не припаянная внутри соответствующей трубки, обеспечивает возможность относительной подвижности между статором 5 и печатной монтажной платой, с данным статором жестко соединены катушки 9, что гарантирует оптимальную сборку и работу двигателя 1.
В частности, петли 11а, 12а, 13b выполнены с возможностью свободного прохождения по соответствующему крюку 11b, 12b, 13b, предпочтительно проходящему в целом по оси R.
Как указано выше, проволока обмотки 8 может быть припаяна, причем предпочтительно внутренняя часть трубок 28, 29, 30 заполнена припойным материалом, например оловом.
Таким образом, переходные отверстия 32, 33, 34 для обмоток в чашке герметично закрыты уплотнением, трубкой и припоем внутри данной трубки.
Любая вода или другое подобное вещество, присутствующее в кожухе 4, не может достичь печатной монтажной платы 27, поскольку все проходы, через которые фазы соединены с платой 27, герметично закрыты.
Как, например, показано на фиг. 2 следует отметить, что двигатель 1 содержит уплотнение 38 на чашке 3.
В частности, уплотнение 38 предназначено для поглощения вибраций и расположено по меньшей мере частично между корпусом 2 и чашкой 3. Предпочтительно уплотнение 38 изготовлено из резины, имеющей, например, твердость 40 по Шору.
Уплотнение 38 содержит первую часть 39 на гнезде 26 подшипника 24 для предотвращения распространения вибраций, производимых ротором 20, на кожух 4 и, следовательно, на охлаждающую систему, для которой предпочтительно предназначен двигатель 1.
Данное уплотнение 38 содержит вторую часть 40, расположенную между корпусом 2 и чашкой 3 в соединительных зонах.
Уплотнение 38 содержит кольцевую третью часть 44, внешнюю относительно частей 39 и 40.
Данная часть 44 образует воздухонепроницаемое уплотнение между чашкой 3 и вентиляционным блоком, для которого предпочтительно предназначен двигатель 1.
В частности, часть 44 образует воздухонепроницаемое уплотнение между чашкой 3 и диффузором 46.
В показанном предпочтительном варианте осуществления данного изобретения уплотнение 38 изготовлено в виде одного элемента с уплотнениями 35, 36, 37.
Предпочтительно уплотнение 38 и уплотнения 35, 36, 37 отлиты вместе с чашкой 3.
В других непоказанных вариантах осуществления изобретения отдельные уплотнения независимы друг от друга.
Двигатель 1 содержит закрывающую гнездо 31 крышку 41, присоединенную к чашке 3 герметичным образом.
А именно внешний край 41а крышки 41 припаян лазером к чашке 3 на внешней стенке 31а гнезда 31.
Как изображено на фиг. 4, чашка 3 содержит трубку 42, соосную с осью R и выступающую на стороне, противоположной от статора 5.
Крышка 41 содержит отверстие 43, также соосное с осью R, край которого припаян к трубе 42.
Таким образом образован доступ к валу 23 для прохода неизображенного контактного элемента, необходимого при установке неизображенного вентилятора на вал на противоположной стороне.
Как показано, в частности, на фиг. 2, 6 и 7, для более подробного рассмотрения чашки 3 следует отметить, что данная чашка содержит первую центральную часть 52, причем в данной части выполнено гнездо 26 подшипника 24, и вторую периферийную часть 53, проходящую от центральной части 52.
Часть 53 проходит от центральной части 52 в сторону от оси R вращения за корпус 2 и содержит вышеуказанный фланец 3а для установки электрической машины 1 в диффузоре 46.
Центральная часть 52 является частью чашки 3 и предназначена для закрытия корпуса 2.
При этом часть 52 содержит дискообразную часть 54, соосную с ротором 20, причем в данной дискообразной части выполнено гнездо 26 и множество зон 55, три зоны в показанном примере, в которых зафиксирован корпус 2.
В центральной части 52, в частности в дискообразной части 54 выполнены отверстия 32, 33, 34 для прохода концов обмоток.
Корпус 2 содержит множество выступов 56, три выступа в показанном примере, каждый из которых оснащен соответствующим отверстием 57 и предназначен для соединения с чашкой 3 в зоне 55.
Вышеуказанная часть 40 уплотнения 38 помещена, в частности, между выступами 56 и зонами 55.
В каждой зоне 55 чашка 3 имеет глухое отверстие 58, при этом машина 1 содержит болты 59, соединяемые с соответствующим глухим отверстием 58 через отверстия 57.
От части 54 между зонами 55 проходит периферийная часть 53.
При этом вышеуказанный фланец 3а расположен снаружи зон 55 относительно оси R вращения и содержит множество выступов 60, три выступа в показанном примере, в каждом которых выполнено одно отверстие из вышеуказанных отверстий 45.
Периферийная часть 53 без фланца 3а и выступов 60 имеет размеры в плане, по существу, равные размерам в плане вентилятора 50.
Внешняя кольцевая часть 44 уплотнения 38 проходит, по существу, по фланцу 3а и содержит множество кольцевых частей 44а в вышеуказанных отверстиях 45.
Часть 44 обращена к корпусу 2 и образует воздухонепроницаемое уплотнение между двигателем 1, в частности между чашкой 3 и диффузором 46.
Данный диффузор 46 имеет отверстие (не показано) для вставки вентилятора 50 и поверхность, окружающую отверстие и предназначенную для поддержки и фиксации двигателя 1 с помощью выступов 60.
В одном варианте осуществления данного изобретения чашка 3 привинчена к диффузору 46 болтами (не показаны).
Как показано, в частности, на фиг. 2, каждое вышеуказанное отверстие 45 выровнено по радиусу, проходящему через ось R вращения, с соответствующим отверстием 58 и с отверстием 32, 33, 34 для облегчения отлития уплотнения 38 и уплотнений 35, 36 и 37 в виде одного элемента.
В одном варианте осуществления данного изобретения электрическая машина 1, имеющая ось R вращения, содержит корпус 2, чашку 3, присоединенную к корпусу 2 с образованием кожуха 4 электрической машины, статор 5, помещенный в кожух 4, печатную монтажную плату 27 управления, связанную со статором 5, ротор 20, вставленный в кожух 4 и прикрепленный к нему с возможностью вращения, уплотнительные средства, вставленные, по меньшей мере частично, между корпусом 2 и чашкой 3.
Чашка 3 содержит первую центральную часть 52, имеющую гнездо 26 для подшипника 24, поддерживающего ротор, и соединенную с корпусом 2 для закрытия корпуса 2 и образования кожуха 4.
Указанная чашка содержит вторую периферийную часть 53, проходящую от центральной части 52 в сторону от оси R вращения за корпус 2 и содержащую средства для фиксации электрической машины 1 с целью установки электрической машины 1 в соответствующем диффузоре 46.
Указанные уплотнительные средства предпочтительно содержат первую уплотнительную часть 39 на гнезде 26.
Указанные уплотнительные средства предпочтительно содержат вторую уплотнительную часть 40, расположенную между корпусом 2 и чашкой 3.
Вторая уплотнительная часть 40 предпочтительно размещена между первой центральной частью 52 корпуса 2 и чашкой 3.
Указанные уплотнительные средства предпочтительно содержат третью, по существу, кольцевую уплотнительную часть 44, 44а, связанную со второй частью 53 указанной чашки и обращенную к корпусу 2.
Предпочтительно первая уплотнительная часть 39, вторая уплотнительная часть 40 и третья уплотнительная часть 44 образуют одно уплотнение.
Внешняя часть кожуха 4 предпочтительно содержит гнездо 31 для печатной монтажной платы 27, причем указанное гнездо сообщается с внутренней частью кожуха 4 посредством, например, первого, второго и третьего отверстия 32, 33, 34.
Данная печатная монтажная плата 27 размещена в гнезде 31, причем указанные уплотнительные средства содержат первое, второе и третье трубчатое уплотнение 35, 36, 37, при этом каждое из которых соосно с соответствующим отверстием 32, 33, 34 и вставлено в него.
Отверстия 32, 33, 34 предпочтительно расположены в первой центральной части 52 чашки 3.
Первая уплотнительная часть 39, вторая уплотнительная часть 40 и третья уплотнительная часть 44 предпочтительно образуют одно уплотнение, причем трубчатые уплотнения 35, 36, 37 выполнены в виде одного элемента.
Предпочтительно указанные уплотнительные средства изготовлены в виде одного элемента с чашкой 3.
Описанное изобретение обеспечивает важные преимущества.
Так, электроника размещена отдельно от двигателя, снаружи кожуха и не подвержена влиянию рабочих температур двигателя.
При этом электроника жестко соединена со статором более надежным способом по сравнению с использованием соединителей.
В то же время петли могут перемещаться вдоль соответствующих крюков, и концевая скрутка фаз имеют пружинную функцию, что гасит вибрации, производимые при работе для сохранения пайки, выполненной, как указано, относительно жесткой.
В любом случае электроника защищена от внешних воздействий, при этом двигатель имеет корпус, открытый для охлаждения обмоток.
Действительно, пайка фаз к печатной монтажной плате, полностью блокирующая трубки платы, обеспечивает герметичность гнезда платы.
Размещение электроники вблизи статора позволяет уменьшить испускаемые магнитные поля, что повышает электромагнитную совместимость двигателя по сравнению с техническими решениями, в которых электроника размещена отдельно и на расстоянии.
Форма чашки обеспечивает как закрытие корпуса, так и сборку двигателя с использованием самой чашки без использования частей корпуса.
Данная чашка, в целом, имеет часть для сборки и часть, отличную от указанной части для сборки, для закрытия двигателя.
Сборочный фланец, оснащенный уплотнением, образует уплотнение между двигателем и диффузором со значительным улучшением эксплуатационных характеристик вентиляционного блока, в котором установлена машина 1.