КОРПУС ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
HOUSING FOR ELECTRIC MACHINE

Настоящее изобретение касается корпуса для электрической машины. Кроме того, настоящее изобретение касается электрической машины.
Электрические машины имеются сегодня на рынке во множестве различных вариантах осуществления. Однако наибольшую долю составляют при этом электрические машины с самоохлаждением или сторонним охлаждением, которые, как правило, выполнены с классическим ребристым корпусом. Эти формы корпуса очень хорошо зарекомендовали себя в прошлом, однако сегодня уже не соответствуют современным требованиям, так как просто уже не могут решаться многие проблемы или, соответственно, осуществляться новые требования.
Например, известны электрические машины, имеющие ребристый корпус, который изготовлен из серого чугуна, и который может охлаждаться с помощью стороннего вентиляционного агрегата. При этом в корпус интегрированы рециркуляционные каналы. Дополнительно этот корпус предусматривает поверхности для клеммных коробок или, соответственно, вспомогательных клеммных коробок. При этом обычно сторонний вентиляционный агрегат может устанавливаться только в осевом направлении. Кроме того, в рециркуляционном канале должны прокладываться провода статора, из-за чего он является не вполне работоспособным. К тому же рециркуляционные каналы не оребрены и поэтому не охлаждаются оптимальным образом. Поэтому не может эффективно отводиться тепло от внутреннего циркуляционного контура охлаждения. Кроме того, существует опасность, что может происходить срыв набегающего потока наружного воздуха по длине корпуса. К тому же расположение клеммных коробок возможно только в предопределенных положениях. Дополнительные поверхности для монтажа приборов мониторинга не предусмотрены.
Кроме того, известны концепции двигателей, при которых со стороны привода и со стороны, противоположной приводу, применяются горшковые крышки подшипников. У таких электрических машин простая концепция чистки невозможна, так как охлаждающий воздух направляется через пакет листов. Кроме того, такие двигатели с точки зрения устойчивости не подходят для больших высот оси. Эти электрические машины оптимизированы для работы со сторонним вентилятором, и, таким образом, обладают преимуществом гибкого расположения клеммной коробки.
Также предлагаются электрические машины, которые тоже имеют ребристый корпус, изготовленный, например, из алюминия или серого чугуна. Такие электрические машины оптимизированы для самоохлаждения, но не имеют внутреннего циркуляционного контура охлаждения. Кроме того, расположение клеммных коробок ограничено, и при этом предусмотренные для расположения клеммных коробок цоколи клеммных коробок мешают осевому потоку охлаждающего средства.
Помимо того, известны корпуса для электрических машин, которые выполнены в виде ребристого корпуса из серого чугуна, при этом для охлаждения в корпус интегрированы выполненные трудоемким образом рециркуляционные каналы или, соответственно, проемы.
В этой связи DE 1613307 A1 описывает электромагнитную ротационную машину, в частности электродвигатель или генератор. При этом корпус ротационной машины может иметь четыре поперечные распорки, которые приварены к венцеобразной части корпуса по всей длине пакета листов статора. Эти поперечные распорки, которые имеют по существу форму стального уголка, служат для направления потока охлаждающего средства.
Кроме того, DE 8502977 U1 описывает корпус статора для электрической машины. Этот корпус статора включает в себя три сегмента ребер, причем эти сегменты ребер имеют ребра охлаждения различной длины, так что получается по существу корпус в форме прямоугольного параллелепипеда.
Также DE 102007034914 A1 описывает двигатель с преобразователем и способ охлаждения двигателя с преобразователем.
При этом в первой части трубчатого корпуса расположен статор, а вторая часть трубчатого корпуса окружает первую часть трубчатого корпуса. Таким образом, между частями корпуса выполнен кольцевой проточный канал для охлаждающего воздуха или для охлаждающего средства. Вентилятор для нагнетания охлаждающего воздуха может быть, например, расположен на стороне двигателя с преобразователем, противоположной приводу.
Кроме того, DE 102008028658 A1 описывает электродвигатель, имеющий датчик. Электродвигатель имеет корпус, который включает в себя ребра охлаждения. При этом датчик расположен в корпусе датчика. Корпус датчика закреплен на кожухе вентилятора электродвигателя, который окружает колесо вентилятора, образуя корпус. При движущемся колесе вентилятора воздушный поток беспрепятственно течет в осевом направлении по части, образующей корпус, или сквозь часть, образующую корпус.
В DE 9800917 U1 описан электродвигатель, корпус которого имеет ребра воздушного охлаждения. Посредством ребер воздушного охлаждения может существенно повышаться доля количества воздуха, поставляемого радиальным вентилятором, которая протекает через каналы пакета листов статора. При этом каналы, образованные ребрами для направления воздуха, ориентированы по каналам в угловых областях пакета листов статора.
Из US 6522936 B1 известна электрическая машина, у которой статор расположен в полом блочном корпусе, имеющем в угловых областях соответствующие ребра охлаждения.
Кроме того, WO 2007/002216 A1 описывает электрическую машину, корпус которой имеет множество ребер охлаждения. Со стороны электрической машины, противоположной приводу, расположен вентилятор, который окружен колпаком. С помощью этого колпака создаваемый вентилятором воздушный поток направляется к ребрам охлаждения.
В US 4908538 A описана электрическая машина, которая охлаждается с помощью внутренней системы вентиляции и внешней системы вентиляции. Внутренняя система вентиляции включает в себя вентилятор, привод которого осуществляется ротором и с помощью которого охлаждающий воздух направляется по каналам.
В JP 2001238395 A описана электрическая машина, которая имеет корпус для статора. На наружной стороне корпуса предусмотрено ребро охлаждения, на которой установлено покрытие.
Кроме того, JP S5932334 A описывает электрическую машину, на корпусе которой расположены множество ребер охлаждения. В некоторой области эти ребра охлаждения находятся на большем расстоянии друг от друга. В этой области может располагаться клеммная коробка.
Задачей настоящего изобретения является создать более эффективное охлаждение для электрической машины.
Эта задача решается с помощью корпуса с признаками п.1 формулы изобретения и электрической машины с признаками пункта 7 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования настоящего изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Предлагаемый изобретением корпус для электрической машины включает в себя область охлаждения, в которой расположены множество ребер охлаждения для направления потока охлаждающего средства по наружной поверхности стенки корпуса, область подвода охлаждающего средства, которая присоединяется к области охлаждения с первой стороны области охлаждения и которая имеет по меньшей мере один канал для подвода потока охлаждающего средства к ребрам охлаждения области охлаждения, и область отвода охлаждающего средства, которая присоединяется к области охлаждения с противоположной первой стороне, второй стороны области охлаждения и которая имеет по меньшей мере один канал для отвода потока охлаждающего средства от ребер охлаждения области охлаждения. Во внутреннем пространстве корпуса расположена по меньшей мере одна выемка для направления потока охлаждающего средства внутри корпуса, при этом указанная по меньшей мере одна выемка распространяется в осевом направлении корпуса. Помимо этого, корпус в области подвода охлаждающего средства имеет прямоугольное поперечное сечение, при этом во внутреннем пространстве корпуса в области подвода охлаждающего средства в углах расположено по одному каналу для подвода потока охлаждающего средства. Также в области отвода охлаждающего средства корпус имеет прямоугольное поперечное сечение, при этом во внутреннем пространстве корпуса в области отвода охлаждающего средства в углах расположено по одному каналу для отвода потока охлаждающего средства. Кроме того, ребра охлаждения в области охлаждения ограничивают наружную поверхность в форме прямоугольного параллелепипеда.
Корпус для электрической машины может быть, например, изготовлен из серого чугуна или из стали. Корпус может иметь наружные области по существу в форме прямоугольного параллелепипеда. Корпус имеет три различные области. В средней области или, соответственно, области охлаждения у стенки корпуса, которая, например, может быть выполнена по существу в форме полого цилиндра, расположены множество ребер охлаждения, которые могут распространяться в осевом направлении стенки корпуса. При этом ребра охлаждения могут быть выполнены так, чтобы они в краевой области стенки корпуса имели большую протяженность перпендикулярно к осевому направлению, чем в средней области. Другими словами, ребра охлаждения в области охлаждения корпуса ограничивают наружную поверхность в форме прямоугольного параллелепипеда.
Кроме того, корпус имеет область подвода охлаждающего средства, которая на первой стороне присоединяется к области охлаждения корпуса. В этой области подвода охлаждающего средства корпус включает в себя по меньшей мере один канал, с помощью которого охлаждающее средство, которое, например, предоставляется собственным вентилятором или сторонним вентилятором, направляется к ребрам охлаждения в области охлаждения корпуса. На второй стороне области охлаждения присоединяется область отвода охлаждающего средства корпуса. В области отвода охлаждающего средства корпус имеет по меньшей мере один канал для отвода потока охлаждающего средства, направляемого по ребрам охлаждения области охлаждения. По указанному по меньшей мере одному каналу в области подвода охлаждающего средства, который, например, может быть выполнен в виде сопла, направленный поток охлаждающего средства может направляться к ребрам охлаждения в области охлаждения. Благодаря дополнительному отводу потока охлаждающего средства по указанному по меньшей мере одному каналу в области отвода охлаждающего средства, который, например, может быть выполнен в виде сопла, может достигаться отсутствие срыва потока охлаждающего средства в области ребер охлаждения или, соответственно, отсутствие отделения потока охлаждающего средства. Таким образом, тепло, создаваемое электрической машиной, может особенно эффективно отводиться через ребра охлаждения в области охлаждения.
Кроме того, в области подвода охлаждающего средства корпус имеет прямоугольное поперечное сечение, при этом во внутреннем пространстве корпуса в области подвода охлаждающего средства в углах расположено по одному каналу для подвода потока охлаждающего средства. Дополнительно в области отвода охлаждающего средства корпус имеет прямоугольное поперечное сечение, при этом во внутреннем пространстве корпуса в области отвода охлаждающего средства в углах расположено по одному каналу для отвода потока охлаждающего средства. В области подвода охлаждающего средства и в области отвода охлаждающего средства корпус предпочтительно не имеет ребер охлаждения. При этом ребра охлаждения в области охлаждения предпочтительно выполнены или, соответственно, расположены таким образом, что получается наружная поверхность в форме прямоугольного параллелепипеда. Благодаря тому, что корпус в области подвода охлаждающего средства и в области отвода охлаждающего средства имеет прямоугольное поперечное сечение, которое предпочтительно имеет такие же наружные размеры, как и корпус в области охлаждения, может осуществляться особенно эффективный подвод и отвод охлаждающего средства от ребер охлаждения. Кроме того, благодаря дизайну корпуса в форме прямоугольного параллелепипеда поверхность охлаждения значительно увеличивается, благодаря чему может лучше отводиться тепло потерь. Также этот корпус пригоден как для применения собственных вентиляторов, так и для применения сторонних вентиляторов.
Помимо того, во внутреннем пространстве корпуса расположена по меньшей мере одна выемка для направления потока охлаждающего средства внутри корпуса. Внутри корпуса в стенке корпуса могут быть выполнены соответствующие углубления или, соответственно, выемки, которые служат для направления внутреннего циркуляционного контура охлаждения. При этом, например, в стенке корпуса могут быть выполнены четыре отдельные выемки, которые распространяются в осевом направлении корпуса. Эти четыре выемки могут находиться в каждой из областей углов корпуса в форме прямоугольного параллелепипеда. Таким образом, может создаваться воздуховод для внутреннего циркуляционного контура охлаждения.
Предпочтительно ребра охлаждения расположены в области охлаждения по всему периметру наружной поверхности стенки корпуса. Благодаря тому, что ребра охлаждения распределены по всему периметру стенки корпуса, может обеспечиваться эффективное охлаждение. При этом ребра охлаждения расположены также на тех областях стенки корпуса, которые находятся напротив выемок для направления охлаждающего средства внутри корпуса. Таким образом, может особенно эффективно отводиться наружу также тепло, созданное во внутреннем циркуляционном контуре охлаждения.
В другом варианте осуществления в области отвода охлаждающего средства корпус имеет по меньшей мере одно проходное отверстие. Через указанное по меньшей мере одно отверстие может создаваться ввод для электрических проводов, в частности для контактирования статора электрической машины.
В другом варианте осуществления в области отвода охлаждающего средства корпус имеет по меньшей мере одну крепежную поверхность. Эта крепежная поверхность может находиться в области проходного отверстия. Проходное отверстие может быть также расположено в пределах крепежной поверхности. Крепежная поверхность может служить цоколем клеммной коробки для крепления клеммной коробки. При этом также с каждой стороны корпуса в форме прямоугольного параллелепипеда может быть предусмотрена крепежная поверхность. Таким образом, в зависимости от случая применения, на соответствующей крепежной поверхности может устанавливаться одна или несколько клеммных коробок, вспомогательных клеммных коробок или же приборов мониторинга.
Предпочтительно в области, обращенной к крепежным поверхностям в области отвода охлаждающего средства, в области охлаждения расположен отклоняющий элемент охлаждающего средства. Другими словами, в области охлаждения корпуса, которая примыкает к области отвода охлаждающего средства корпуса, расположен соответствующий отклоняющий элемент охлаждающего средства, который отклоняет поток охлаждающего средства, направляемый по ребрам охлаждения, в области крепежной поверхности в области отвода охлаждающего средства. Благодаря этому может достигаться отсутствие влияния крепежной поверхности на поток охлаждающего средства.
В другом варианте осуществления на стороне ребер охлаждения, противоположной стенке корпуса, на ребрах охлаждения расположен по меньшей мере один воздухонаправляющий щиток. Для улучшения направления воздуха или, соответственно, потока охлаждающего средства посредством ребер охлаждения дополнительно на наружных поверхностях корпуса в области охлаждения могут быть расположены один или несколько щитков.
Предлагаемая изобретением электрическая машина включает в себя предлагаемый изобретением корпус, при этом область подвода охлаждающего средства корпуса находится со стороны электрической машины, противоположной приводу, а область отвода охлаждающего средства корпуса - со стороны привода электрической машины.
Предпочтительно электрическая машина включает в себя вентилятор, который расположен на корпусе на стороне области подвода охлаждающего средства, противоположной области охлаждения. Вентилятор, который, например, может быть выполнен в виде собственного вентилятора или в виде стороннего вентилятора, может быть расположен на стороне электрической машины, противоположной приводу. При этом может применяться один вентилятор для создания наружного потока охлаждающего средства, который направляется по ребрам охлаждения, и для создания внутреннего потока охлаждающего средства внутри корпуса. Альтернативно этому может предусматриваться первый вентилятор для наружного потока охлаждающего средства и второй вентилятор для внутреннего потока охлаждающего средства. При этом может достигаться особенно эффективное охлаждение электрической машины.
Преимущества и усовершенствования, описанные выше в связи с предлагаемым изобретением корпусом, могут переноситься на предлагаемую изобретением электрическую машину.
Теперь настоящее изобретение поясняется подробнее с помощью прилагаемых чертежей. При этом показано:
фиг.1: корпус для электрической машины на изображении в перспективе;
фиг.2: корпус с фиг.2 в другом варианте осуществления;
фиг.3: корпус с фиг.2 в развернутом изображении;
фиг.4: корпус с фиг.1 на виде сбоку в сечении;
фиг.5: электрическая машина с корпусом на виде в перспективе;
фиг.6: электрическая машина с фиг.5 на другом виде в перспективе;
фиг.7: изображение в перспективе электрической машины с детальным видом ребер охлаждения в области охлаждения и отклоняющим элементом охлаждающего средства;
фиг.8: вид электрической машины сзади;
фиг.9: вид в перспективе электрической машины с детальным видом каналов для отвода потока охлаждающего средства; и
фиг.10: вид электрической машины сбоку.
Изложенные подробнее ниже примеры осуществления представляют собой предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1 показан корпус 10 для электрической машины 12 на виде в перспективе. Корпус 10 электрической машины 12 разделен на три области 14, 16 и 18. В области 14 охлаждения, которая соответствует средней области корпуса 10, корпус включает в себя множество ребер 20 охлаждения, которые в настоящем случае изображены только в верхней области корпуса 10. Ребра 20 охлаждения расположены на наружной поверхности стенки 22 корпуса. Стенка 22 корпуса имеет по существу форму полого цилиндра. Корпус 10 может быть, например, изготовлен из серого чугуна или стали. Благодаря тому, что корпус 10 внутри 24 имеет по существу круглое поперечное сечение, корпус 10 может быть изготовлен посредством токарной обработки.
Кроме того, корпус 10 имеет область 16 подвода охлаждающего средства, которая присоединяется к области 14 охлаждения. Область 16 подвода охлаждающего средства имеет прямоугольное или, соответственно, квадратное поперечное сечение. В области 16 подвода охлаждающего средства находится по меньшей мере один канал, который служит для подвода потока охлаждающего средства к ребрам 20 охлаждения в области 14 охлаждения корпуса 10. Кроме того, корпус 10 включает в себя область 18 отвода охлаждающего средства, которая тоже имеет прямоугольное или, соответственно, квадратное поперечное сечение. В области 18 отвода охлаждающего средства находится по меньшей мере один канал, который служит для отвода потока охлаждающего средства от ребер 20 охлаждения в области 14 охлаждения. В настоящем примере осуществления область 18 отвода охлаждающего средства включает в себя четыре канала 26, из которых изображены три. Каналы 26 расположены каждый в углах корпуса в области 18 отвода охлаждающего средства. Внутри 24 корпуса 10 расположены соответствующие выемки 28, которые распространяются в осевом направлении 30 корпуса. Выемки 28 служат для направления потока охлаждающего средства внутри корпуса 10.
Также корпус 10 включает в себя в области 18 отвода охлаждающего средства на наружных поверхностях соответствующие крепежные поверхности 32. Крепежные поверхности 32 служат для монтажа клеммных коробок. Также на крепежных поверхностях 32 могут располагаться вспомогательные клеммные коробки или приборы мониторинга. В области каждой из крепежных поверхностей 32 предусмотрены проходные отверстия 34. Проходные отверстия 34 служат для ввода электрических проводов. Например, через проходные отверстия 34 могут проводиться электрические провода для электрического контактирования статора с клеммной коробкой. Корпус 10 в области 14 охлаждения имеет соответствующие отклоняющие элементы 36 охлаждающего средства. Отклоняющие элементы 36 охлаждающего средства расположены в той области указанной области 14 охлаждения, которая обращена к крепежным поверхностям 32 в области 18 отвода охлаждающего средства. Благодаря этому может достигаться направление потока охлаждающего средства вокруг крепежных поверхностей 32 или, соответственно, проходного отверстия 34 в каналы 26 области 18 отвода охлаждающего средства. Кроме того, корпус 10 включает в себя соответствующие выемки 38 для установки ножек для корпуса 10.
На фиг.2 показан другой вариант осуществления корпуса 10 для электрической машины 12 на виде в перспективе. При этом проходные отверстия 34 в крепежных поверхностях 32, в отличие от проходных отверстий в варианте осуществления с фиг.1, имеют эллиптическое поперечное сечение.
На фиг.3 показан корпус 10 с фиг.1 в развернутом изображении. При этом можно видеть, что ребра 20 охлаждения распространяются в осевом направлении 30. Ребра 20 охлаждения расположены по всему периметру корпуса 10 в области 14 охлаждения. При этом одно из ребер 20 выполнено цельно в отклоняющем элементе 36 охлаждающего средства. Другими словами, одно из ребер 20 охлаждения выполнено в виде стенки, которая расширяется в направлении проходного отверстия 34. Кроме того, ребра 20 охлаждения в области, находящейся у проходного отверстия 34, имеют меньшую протяженность в осевом направлении.
На фиг.4 показан корпус 10 на виде сбоку в сечении. При этом можно видеть, что ребра 20 охлаждения в краевой области длиннее, чем в средней области, так что в целом в области 14 охлаждения получается наружная поверхность корпуса 10 в форме прямоугольного параллелепипеда. Кроме того, на этом изображении можно видеть выемки 28, которые служат для направления потока охлаждающего средства во внутреннем пространстве 24 корпуса 10.
На фиг.5 показана электрическая машина, имеющая корпус 10. При этом область 16 подвода охлаждающего средства находится на стороне 40 электрической машины 12, противоположной приводу, а область 18 отвода охлаждающего средства – на стороне 42 привода электрической машины 12. В области 16 подвода охлаждающего средства корпуса 10 расположен вентилятор 44, который окружен кожухом вентилятора. С помощью вентилятора 44 создается воздушный поток, который по не изображенным здесь каналам в области 16 подвода охлаждающего средства через ребра 20 охлаждения в области 14 охлаждения направляется к каналам 26 в области 18 отвода охлаждающего средства. На верхней крепежной поверхности 32 расположена клеммная коробка 46. На фиг.6 показана электрическая машина с фиг.5 на другом виде в перспективе.
На фиг.7 показан другой вид в перспективе электрической машины 12. С помощью изображения на фиг.7 поясняется расположение ребер 20 охлаждения, которые распространяются в осевом направлении 30. Также можно видеть область 36 отклонения охлаждающего средства, которая отклоняет поток охлаждающего средства вокруг области крепежной поверхности 32.
На фиг.8 показан вид сбоку электрической машины 12. На изображении фиг.8 кожух вентилятора 44 снят. На этом изображении показаны каналы 48, которые служат для подвода потока охлаждающего средства, создаваемого вентилятором 44, к ребрам 20 охлаждения. Каналы 48 в настоящем примере осуществления выполнены аналогично каналам в области 18 отвода охлаждающего средства.
На фиг.9 показано другое изображение в перспективе электрической машины 12 с детальным видом каналов 26 в области 18 отвода охлаждающего средства.
На фиг.10 показана электрическая машина 12 на виде сбоку. При этом дополнительно на наружных поверхностях ребер 20 охлаждения расположены воздухонаправляющие щитки 50, которые улучшают направление потока охлаждающего средства по ребрам 20 охлаждения.
У электрической машины 12 может применяться как собственный вентилятор, так и сторонний вентилятор. При этом может также применяться вентилятор 44, с помощью которого обеспечиваются как наружный поток охлаждающего средства, который направляется по ребрам 20 охлаждения, так и внутренний поток охлаждающего средства, который направляется через выемки 28. Альтернативно этому может предусматриваться один вентилятор для наружного потока охлаждающего средства и один вентилятор для внутреннего потока охлаждающего средства. Для направления созданного вентилятором 44 воздушного потока могут, например, использоваться соответствующие крышки подшипников на стороне 42 электрической машины 12, противоположной приводу.
Благодаря дизайну корпуса 10 в форме прямоугольного параллелепипеда может создаваться значительно увеличенная поверхность охлаждения электрической машины 12. Благодаря этому может лучше отводиться тепло потерь, которое создается электрической машиной 12. Дополнительно путем точного направления воздуха посредством каналов 26 и 28 может улучшаться производительность охлаждения. Благодаря отклоняющему элементу 36 охлаждающего средства, воздушный поток больше не подвергается влиянию цоколя клеммной коробки. С помощью корпуса 10 при комбинировании новой концепции корпуса и радиального вентилятора может осуществляться директива по энергопотребляющей продукции, так как двигатель для радиального вентилятора больше не обязан устанавливаться в области входа воздуха.
Кроме того, с помощью корпуса 10 посредством выемок 28 в корпусе 10 может получаться оптимизированный внутренний циркуляционный контур охлаждения. К тому же, благодаря выполнению проходных отверстий 34, больше не подвергается влиянию воздушный поток во внутреннем циркуляционном контуре охлаждения. Благодаря крепежным отверстиям 32 получаются разные возможности установки клеммных коробок, вспомогательных клеммных коробок или приборов мониторинга на боковых поверхностях корпуса 10. Кроме того, вследствие свободного доступа к ребрам 20 охлаждения становится возможной простая концепция чистки.