Ротор электрического мотора с наружным ротором и мотор с наружным ротором

Изобретение относится к ротору электромотора с наружным ротором, состоящему из колокола ротора с периферийной стенкой и по меньшей мере одного одностороннего днища ротора для покрытия статора, особенно в качестве части корпуса мотора с высокой степенью защиты оболочки, например IP54 по DIN/IEC-EN 60034 - Часть 5. Технический результат - повышение эффективности охлаждения. Колокол ротора снабжён проникающим сквозь днище ротора радиатором с высокой способностью к теплопроводности таким образом, что возникающее с внутренней стороны тепло мотора при помощи радиатора через днище ротора может быть выведено наружу в окружающую среду. Радиатор заполняет отверстия днища ротора, причем он снабжен как внутренними теплоотводящими пластинами, направленными от днища ротора внутрь колокола ротора, так и наружным охлаждающим оребрением. Радиатор напрессован в области днища ротора с проникновением в отверстия таким образом, что теплоотводящие пластины выполнены формовкой внутри колокола ротора, а наружное оребрение выполнено формовкой снаружи. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Данное изобретение относится, в соответствии с ограничительной частью первого пункта формулы изобретения, к ротору электромотора с наружным ротором, состоящего из корпуса (колокола) ротора с периферийной стенкой и по меньшей мере одного одностороннего днища ротора для покрытия статора, особенно в качестве части корпуса мотора с высокой степенью защиты оболочки, например, IP54 по DIN/IEC-EN 60034 - Часть 5.

Кроме того, по четырнадцатому пункту формулы изобретения, изобретение относится к электромотору с наружным ротором, состоящему из статора и охватывающего статор ротора.

Документ ЕР 1419568 В1 описывает «Электромотор с высокой степенью защиты оболочки», корпус которого формируется колоколообразной частью ротора (наружный ротор). Зазор, образующийся между крутящимся наружным ротором и прочей, по оси граничащей и, кроме прочего, содержащей электронику мотора стационарной (не вращающейся) частью мотора, уплотняется против проникновения влаги или других чужеродных материалов снаружи при помощи соответствующей герметизации вращения, в частности в виде лабиринтного уплотнения.

Таким образом, обеспечивается требуемая высокая степень защиты оболочки. В результате, из-за практически закрытого или закапсулированного колокола мотора возникает проблема того, что производительность ограничивается нагреванием мотора в процессе его работы. Поэтому указанный документ описывает особое средство для внутреннего охлаждения при помощи создания внутреннего воздушного вихревого потока во внутренней области между статором и ротором. С этой целью указанный мотор снабжается внутренним воздушным вентилятором: с одной стороны - по оси между статором и расположенным на кромке ротора электронным блоком, и, с другой стороны, еще одним вентилятором по оси между статором и днищем ротора. Однако действенность этих вращающихся с ротором вентиляторов ограничена, так как этим достигается только движение воздуха в закапсулированном внутреннем пространстве мотора с той целью, чтобы разогретый воздух более интенсивно проникал к определенным механическим частям, таким как щетка статора и/или колокол ротора, через которые тепло затем должно выводиться наружу. Такой отвод тепла, по меньшей мере, в отношении колокола ротора, не является особенно эффективным, поскольку используемый для его производства материал (тянутая сталь или искусственный материал) обладает плохой теплопроводностью λ<100 Вт/м·К.

Данное изобретение ставит перед собой задачу такого усовершенствования мотора с наружным ротором, а в особенности его ротора, при котором, посредством более эффективного охлаждения, он станет пригоден для более широкой области производительности.

Согласно изобретению, это достигается при помощи ротора с отличительными признаками первого пункта формулы изобретения. Дающие преимущество виды изготовления и особые варианты осуществления содержатся в подчиненных формулах изобретения. В соответствии с изобретением, электромотор с наружным ротором является содержанием пункта 14 формулы изобретения.

В соответствии с этим патент предусматривает наличие в колоколе ротора такого радиатора с высокой теплопроводностью, прилегающего к днищу ротора, который способен обеспечить отвод возникающего внутри мотора тепла наружу в окружающую среду. Этот теплоотвод осуществляется, в основном, посредством радиатора, с той целью, чтобы охлаждение материала и собственная теплопроводность колокола ротора оставались в значительной степени независимы.

Сам колокол ротора состоит, по меньшей мере, в области днища ротора, из материала с плохой способностью к теплопроводности, что означает, что способность к теплопроводности в любом случае находится значительно ниже значения 100 Вт/м·К. К примеру, способность к теплопроводности стали - в зависимости от легирования - располагается в области от 10 до 60 Вт/м·К, а в случае искусственных материалов гарантированно даже менее 1 Вт/м·К. В противоположность к этому предлагаемый патентом радиатор состоит из материала с высокой теплопроводностью, которая в любом случае выше 100 Вт/м·К и стремится превысить 150 Вт/м·К. При использовании алюминия способность к теплопроводности А - в зависимости от легирования - располагается в области от 150 до 240 Вт/м·К.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления радиатор заполняет отверстия днища ротора, причем он снабжается как внутренними теплоотводящими пластинами, направленными внутрь колокола ротора, с одной стороны, так и наружным оребрением, выходящим на его поверхность, с другой стороны. Целесообразным материалом выполнения радиатора является при этом алюминий или другой пригодный альтернативный материал с соответственно высокой способностью к теплопроводности выше 100 Вт/м·К, а в особенности выше 150 Вт/м·К. Погруженные во внутреннее пространство мотора впритык к статору теплоотводящие пластины способствуют как интенсивному обмену воздуха, так и, благодаря соответственно большой площади поверхностей, которые действуют как площади нагрева, эффективному забору тепла. Во всем радиаторе приходит в действие перепад температур, посредством которого тепло выводится через радиатор изнутри наружу и там передается окружающему воздуху. Имеющееся снаружи оребрение радиатора также призвано увеличивать площадь, которая там используется при отдаче тепла.

В качестве дальнейших мер в наиболее предпочтительном варианте осуществления выступает герметизация отверстий днища ротора, служащих для отвода тепла изнутри наружу при помощи радиатора, которая, несмотря на значительное усовершенствование теплоотвода, позволяет обеспечить дальнейшую высокую степень защиты оболочки.

Далее по тексту представлено более детальное описание изобретения при помощи изображения и наглядных отдельных вариантов осуществления и вариантов комплектации. На прилагаемых фигурах изображены:

Фиг. 1 - вид в перспективе сечения первого варианта осуществления ротора в рамках изобретения, а именно вид сбоку на закрытую сторону ротора.

Фиг. 2 - вид, схожий с фиг. 1, однако с направлением взгляда на противолежащую открытую сторону ротора.

Фиг. 3 - вид в перспективе сечения установленного ротора по фиг. 1 и 2.

Фиг. 4-6 - изображения, аналогичные фигуры от 1 до 3 альтернативного, второго варианта осуществления изобретения.

Фиг. 7-9 - изображения последующей, третьей альтернативы ротора, а именно:

Фиг. 7 - вид в перспективе сбоку на закрытую сторону ротора.

Фиг. 8 - вид в перспективе на противолежащую открытую сторону ротора.

Фиг. 9 - осевое сечение ротора по фиг. 7 и 8.

На различных фигурах одни и те же детали обозначаются одинаковыми цифрами. Поэтому каждая деталь описывается только один раз, причем описание соответствует аналогично всем изображенным фигурам, на которых эта деталь отмечается соответствующей цифрой.

На изображениях электромотора с наружным ротором представлен только сам улучшенный согласно изобретению ротор 1, состоящий из колокола (колоколообразного корпуса) ротора 2 с периферийной стенкой 4 и одностороннего, закрытого днища ротора 6. Ротор 1 (электромотора с наружным ротором) покрывает подобным образом не изображенный с одной стороны статор электромотора с наружным ротором в качестве части корпуса мотора. При этом ротор 1 при помощи вала ротора 8 внутри статора расположен в готовом к вращению виде. Зазор, образующийся между крутящимся наружным ротором 1 и прочей, по оси граничащей частью корпуса мотора, уплотняется против проникновения влаги или других чужеродных материалов снаружи при помощи соответствующего вращающегося уплотнения 10, выполненного в частности в виде лабиринтного уплотнения. Благодаря этому мотор отвечает требованиям IEC 60034 - 5 к высокой степени защиты оболочки, например IP54.

Из-за практически закрытого или закапсулированного исполнения корпуса мотора, а также потому, что колокол ротора изготавливается из материала с плохой теплопроводностью λ<100 Вт/м·К, чаще всего из тянутой стали или искусственных материалов, предусматриваются средства, делающие возможным вывод внутреннего тепла наружу. Согласно изобретению, колокол ротора 2 снабжен таким радиатором 12 с теплопроводностью λ>100 Вт/м·К и особенно λ>150 Вт/м·К, прилегающего к днищу ротора 6, который способен обеспечить отвод тепла, возникающего внутри мотора, через днище ротора наружу в окружающую среду.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления радиатор 12 заполняет отверстия 14 днища ротора 6, причем он снабжается как внутренними теплоотводящими пластинами 16, направленными внутрь колокола ротора 2, с одной стороны, так и наружным оребрением 18, выходящим на поверхность, с другой стороны. Внутренние теплоотводящие пластины 16 могут - как показано - иметь радиальное расположение, однако также могут иметь профиль в виде крыльчатки вентилятора. Наружное оребрение 18 также предпочтительно выполнять по периметру окружности, осью которой является ось радиатора 12. Расположение и исполнение внутренних теплоотводящих пластин 16 и наружного оребрения 18 является, однако, однозначно предоставленным на усмотрение производителя.

Относительно первого варианта осуществления по фиг. 1-3, радиатор 12 представлен здесь в виде отдельной детали, как цельный охлаждающий элемент 20 круглой формы. Этот цельный охлаждающий элемент 20 с одной стороны снабжен теплоотводящими пластинами 16, а с другой - наружным оребрением 18. При этом охлаждающий элемент 20 в виде крышки закрепляется снаружи на днище ротора 6, причем теплоотводящие пластины 16 сквозь отверстия 14 в днище ротора 6 проникают во внутреннее пространство колокола ротора 2. Для этого теплоотводящие пластины 16 приспособлены к размерам и распределены по группам согласно расположению отверстий 14 таким образом, что они точно входят в отверстия при верном направлении охлаждающего элемента 20. Например, согласно фиг. 2, каждые две охлаждающие пластины образуют из себя группу, которую следует вводить через отверстие 14. Разумеется, отверстия 14 могут быть исполнены крупнее, так, чтобы увеличилось число охлаждающих пластин 16 группы, подлежащей введению через одно отверстие 14. Существенным является то, что охлаждающий элемент 20 в собранном состоянии плотно перекрывает отверстия 14 днища ротора 6 наружу. В представленном примере предпочтительным является применение уплотнителя 22 между днищем ротора 6 и охлаждающим элементом 20 в области всех отверстий 14. В качестве альтернативы могут быть также предусмотрены уплотнители для каждого отдельного отверстия 14.

Крепление охлаждающего элемента 12 к ротору 1 или колоколу ротора 2 может преимущественно осуществляться посредством привинчивания, причем винты 24 вкручиваются через монтажные отверстия охлаждающего элемента 20 сквозь просверленные стенки днища ротора 6. На это особо сделан упор в фиг. 3.

В случае второго варианта осуществления по фиг. от 4 до 6, радиатор 12 комплектуется как двухдетальный, состоящий из двух отдельных частей, а именно из внутреннего, круглой формы, охлаждающего элемента 26, снабженного теплоотводящими пластинами 16 с одной стороны, и внешнего, круглой формы, охлаждающего элемента 28, снабженного охлаждающим оребрением 18 снаружи, с другой стороны. Внутренний охлаждающий элемент 26 устанавливается в колокол ротора 2 и закрепляется на внутренней стороне днища ротора 6. Внешний охлаждающий элемент 28 - аналогично цельному охлаждающему элементу 20 по фиг. от 1 до 3 - закрепляется снаружи на днище ротора 6. При этом оба охлаждающих элемента 26 и 28 соединены один с другим посредством теплопроводящих областей теплового контакта 30 в области отверстий 14 днища ротора 6. Области теплового контакта 30 проникают в отверстия 14, в результате чего радиатор 12 воспринимает тепло через отверстия 14. На это отдельно указывает сечение на фиг. 6. Для достижения хорошей теплопроводности области теплового контакта 30 имеют по возможности большую площадь поверхности, прилегающей одна к другой. Отверстия 14 изготовлены подходящими для этой цели по размеру.

Также при этом втором варианте осуществления по фиг. от 4 до 6 предусмотрено соответствующее уплотнение отверстий 14 наружу, причем в данном случае между днищем ротора 6 и наружным охлаждающим элементом 28 предусмотрено размещение соответствующего уплотнителя 22. Для установки или прикрепления наружный охлаждающий элемент 28 и внутренний охлаждающий элемент 26 крепко соединены друг с другом посредством многослойного крепления днища ротора 6, в частности привинчены. С этой целью предусмотрены соответствующие винты 24 областей теплового контакта 30, имеющие целью достижение по возможности более крепкой, хорошо проводящей тепло конструкции в результате прикручивания. Винтовые крепления могут быть применены также дополнительно в промежуточных областях.

Наконец, что касается третьего варианта осуществления по фиг. от 7 до 9, радиатор 12 напрессован в области днища ротора 6 с размещением в отверстия 14, причем изнутри создаются теплоотводящие пластины 16, а снаружи - наружное оребрение 18. Таким образом, радиатор 12 и колокол ротора 2 или днище ротора 6 связаны здесь материалом и формой. На это указывает, прежде всего, сечение на фиг. 9. Заформованный, в лучшем случае состоящий из алюминиевой впрессовки радиатор 12, перекрывает отверстия 14 днища ротора 6 посредством материалопластичного проникновения таким образом, что капсулирование с высокой степенью защиты оболочки может быть обеспечено без дополнительного уплотнения.

В целях дальнейшего усовершенствования вариантов осуществления может быть предусмотрено, чтобы колокол ротора 2 на своей открытой стороне, противоположной днищу ротора 6 и радиатору 12 по оси, комплектовался радиатором 32 круглой формы, снабженным лопастеобразными теплоотводящими пластинами, распределенными по всему объему. Таким образом достигается улучшение отвода тепла наружу и в этой области.

Дополнительно или в качестве альтернативы радиатору 32 может быть применен также не изображенный внутренний вентилятор - в смысле вышеупомянутого ЕР 1419568 В1 - на удлиненном конце вала ротора 8, таким образом, что в собранном моторе с внешним ротором этот внутренний вентилятор применяется для вращения на оси в области между статором и электронным блоком мотора.

Далее, в неизображенном варианте осуществления, колокол ротора 2 можно снабдить днищем ротора с двух сторон, например, так, как показано в DE 29612395 U1. При этом одно или каждое днище ротора по желанию может быть укомплектовано радиатором 32 в одном из вышеописанных вариантах осуществления. Закрытый с обеих сторон корпус ротора не имеет совместно вращающегося вала ротора, а вращается на или при закрепленной опоре.

Ради полноты изложения следует заметить, что соответствующий изобретению ротор 1 предпочтительнее использовать для привода вентилятора. С этой целью колокол ротора 2 снабжается закрепленными снаружи на периферийной стенке 4 держателями 36 для не изображенного вентилятора. Они, однако, изображены только на фиг. от 1 до 3.

Для варианта осуществления, при котором требования к высокой степени защиты оболочки не особенно важны, днище/каждое днище может комплектоваться дополнительными отверстиями для более полного охлаждения.

Даже если на изображениях представлен только ротор 1, изобретение имеет отношение ко всему электромотору с наружным ротором, в особенности к закапсулированному корпусу мотора с высокой степенью защиты оболочки, например, IP54, состоящему из не представленного на изображении статора и соответствующего изобретению ротора 1, который, как горшок, охватывает статор, например, по осевой стороне, в качестве части корпуса мотора.

1. Ротор (1) электромотора с наружным ротором, состоящий из колокола ротора (2) с периферийной стенкой (4) и по меньшей мере одного одностороннего днища ротора (6) для покрытия статора, особенно в качестве части корпуса мотора с высокой степенью защиты оболочки, например, IP54 по DIN/IEC-EN 60034 - Часть 5, отличающийся тем, что колокол ротора (2) снабжен проходящим сквозь днище ротора (6) радиатором (12) с высокой способностью к теплопроводности таким образом, что возникающее с внутренней стороны тепло мотора при помощи радиатора (12) через днище ротора (6) может быть выведено наружу в окружающую среду,
где радиатор (12) заполняет отверстия (14) днища ротора (6), причем он снабжен как внутренними теплоотводящими пластинами (16), направленными от днища ротора (6) внутрь колокола ротора (2), с одной стороны, так и наружным охлаждающим оребрением (18), выходящим на его поверхность, с другой стороны,
и где радиатор (12) напрессован в области днища ротора (6) с проникновением в отверстия (14) таким образом, что теплоотводящие пластины (16) выполнены формовкой внутри колокола ротора (2), а наружное оребрение (18) выполнено формовкой снаружи, где радиатор (12) и колокол ротора (2) или днище ротора (6) связаны материалом и формой.

2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что колокол ротора (2), по меньшей мере, в области днища ротора (6) выполнен из материала с низкой теплопроводностью λ<100 Вт/м·К, в частности из стали и/или искусственного материала.

3. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что радиатор (12) обладает способностью к теплопроводности λ>100 Вт/м·К, в частном случае исполнения λ>150 Вт/м·К.

4. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что радиатор (12), по меньшей мере, отчасти состоит из алюминия со способностью к теплопроводности в области от 150 до 240 Вт/м·К.

5. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что колокол ротора (2) с открытой стороны, противоположной днищу ротора (6) и радиатору (12) по оси, комплектуется радиатором (32) круглой формы, который снабжен лопастеобразными теплоотводящими пластинами, распределенными по всему периметру.

6. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что колокол ротора (2) посредством одностороннего днища ротора (6) соединен с установленным на статоре валом ротора (8), на выдвинутом конце которого закреплено с возможностью вращения внутри корпуса электромотора, между статором и электронным блоком мотора колесо внутреннего вентилятора.

7. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что колокол ротора (2) снабжен днищем ротора с двух сторон, причем одно или каждое днище ротора может быть укомплектовано радиатором (12) по одному из предыдущих пунктов.

8. Ротор по п. 7, отличающийся тем, что колокол ротора (2) при помощи вращающейся опоры располагается или может располагаться на неподвижной оси.

9. Электромотор с наружным ротором, особенно в качестве части корпуса мотора с высокой степенью защиты оболочки, например, IP54 по DIN/IEC-EN 60034 - Часть 5, состоящий из статора и покрывающего статор ротора (1) в варианте осуществления по одному из вышеприведенных пунктов.