CN111342597B - 一种转子油冷永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子油冷永磁电机，由定子组件、永磁转子和左右侧的第一滑动轴承、第二滑动轴承组成，永磁转子包括转轴、转子支架、转子轭部和永磁磁极，转轴的中心孔内设置有中心流道，第一滑动轴承产生一个润滑油压力腔，压迫润滑油流经中心流道，从而实现对永磁磁极的冷却；本发明的应用对象为配置滑动轴承的低速永磁电机，充分利用了原用于润滑冷却滑动轴承的润滑油，仅在转轴和转子轭部开设流道的较少改进，就实现了对永磁磁极的直接油冷；本发明基本不增加原电机体积重量、也不增加滑动轴承复杂度，冷却效果要明显优于传统的风冷，也不产生额外的噪声；本发明提出的静压及动压方案、流道及热管结构可供不同转速的电机选择。

Description

一种转子油冷永磁电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种转子油冷永磁电机。

背景技术

目前永磁电机由于其效率高、体积重量小、维护简单等优点在低速直驱领域广泛应用。在船舶电力推进、矿用直驱等低速直驱领域，由于转速低、功率大，永磁电机普遍采用油润滑滑动轴承。

对于上述领域的永磁直驱电机，一般定子为电枢绕组，转子为永磁磁极。定子一般采用水冷结构，且定子绝缘耐温等级可以到180℃甚至更高，所以定子冷却相对容易。虽然永磁转子自身发热量小，但由于永磁转子被发热的定子包围冷却困难，而冷却水路一般位于定子外圆，决定了在不采取转子冷却措施的前提下，永磁磁极温度必将超过定子铁心温度，而转子的永磁材料对温度更敏感（一般钕铁硼要求工作在120℃以下），此时只能降低定子的负荷、导致电机体积重量增加，或提高永磁材料耐热等级、导致成本增加并也降低了转子磁负荷（温度越高、永磁材料磁性能越低）。

为了实现高温度的定子和较低温度的永磁转子同时存在，最大发挥材料性能，降低永磁直驱电机的体积重量及成本，就必须对永磁转子进行冷却。目前永磁直驱电机转子冷却主要为风冷，分为强迫通风和自带风扇两种结构。强迫通风需要引入有源风机，在电机内部要形成风道，虽然冷却效果好，但增加了结构复杂度，也增加了噪声。自带风扇为在转子上安装扇叶，在转子旋转时，扇叶驱动电机内部空气局部循环，实现对转子磁极的冷却，由于转速低其冷却效果一般，且难以实现对较长永磁转子的冷却，如果电机转速很低自带风扇难以形成有效风路。

发明内容

本发明针对现有自带风扇的低速直驱永磁电机永磁转子冷却效果差或结构复杂，而强迫通风的永磁电机存在噪声大的不足，提供一种转子油冷永磁电机，适用于配置油润滑滑动轴承的低速永磁电机。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种转子油冷永磁电机，由定子组件、永磁转子和左右侧的滑动轴承组成，其定子部分为常规交流电机定子，所述永磁转子包括转轴、转子支架、转子轭部和永磁磁极，所述转轴的中心孔内设置有中心流道，转轴的驱动端设置有两个轴肩，所述的轴肩内间断开设有连通中心流道的L形流道，所述的滑动轴承包括位于驱动端带推力的第一滑动轴承和位于非驱动端仅径向支撑的第二滑动轴承，所述的第一滑动轴承由第一轴承座和第一轴瓦组成，所述第一轴承座的上下端分别设置有第一进油口和第一出油口，所述的第一轴瓦布置在两轴肩之间，通过内部流道连通第一进油口，第一轴瓦溢出的压力润滑油部分沿L形流道进入转轴中心流道，其他润滑油由第一出油口排出，所述的第一轴承座与转轴之间形成防止润滑油泄露的第一密封部，所述的第一轴承座与轴肩之间形成一个通过压力腔压迫润滑油流经中心流道、从而实现对永磁磁极冷却的第二密封部，所述的第二滑动轴承由第二轴承座和第二轴瓦组成，所述第二轴承座的上下端分别设置有第二进油口和第二出油口，从第一滑动轴承流出并实现对转轴冷却的润滑油经中心流道和此径向流道进入第二滑动轴承内部，最终与第二进油口进入的润滑油混合，并经第二出油口排出，滑动轴承的润滑油在第一滑动轴承、转轴和第二滑动轴承之间形成的流道中流动，实现润滑油对永磁磁极的冷却。

所述的一种转子油冷永磁电机，其转子支架和转子轭部内分别设置有径向流道和轴向流道，所述的转轴内部中央设置封堵部，对中心孔两边的中心流道进行封堵，保证润滑油沿中心流道进入径向流道和轴向流道，实现对永磁磁极的冷却。

所述的一种转子油冷永磁电机，其转子支架和转子轭部内分别设置有热管，所述的热管彼此相连并延伸至转轴中的中心流道，热管收集永磁磁极的热量并传递到中心流道，由流经此处的润滑油带走。

本发明的有益效果是：针对配置滑动轴承的低速永磁电机，充分利用了原用于润滑冷却滑动轴承的润滑油，仅在转轴和转子轭部开设流道的较少改进，就实现了对永磁磁极的直接油冷；本发明基本不增加原电机体积重量、也不增加滑动轴承复杂度，冷却效果要明显优于传统的风冷，也不产生额外的噪声；本发明提出的静压及动压方案、流道及热管结构可供不同转速的电机选择。

本发明在转子的永磁磁极段，可设计成两种结构即流道结构和热管结构：流道结构在转子支架及转子轭部分别设置径向和轴向流道，润滑油直接流到转子轭部，实现对永磁磁极冷却；热管结构在永磁磁极附近布设热管，并将热管与流经转轴中心孔的润滑油连接，热管收集永磁磁极热量并传递给润滑油，热管结构路径短，且润滑油均在转轴中心流动，适用于较高转速并对润滑油压力需求较低的电机。

附图说明

图1为本发明第一实施例电机结构的主视图；

图2为本发明永磁转子的剖视图；

图3为第一滑动轴承的局部放大图；

图4为第二滑动轴承的局部放大图；

图5为本发明第二实施例的电机结构示意图。

各附图标记为：1—永磁转子，2—第一滑动轴承，3—定子组件，4—第二滑动轴承，1.1—转轴，1.2—轴肩，1.3—转子支架，1.4—转子轭部，1.5—永磁磁极，1.6—热管，2.1—第一出油口，2.2—第一轴瓦，2.3—第一轴承座，2.4—第一进油口，4.1—第二出油口，4.2—第二轴瓦，4.3—第二轴承座，4.4—第二进油口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

图1、图2所示是本发明的基于流道结构的转子油冷永磁电机的一个基本实施例。电机由定子组件3、永磁转子1和左右侧的滑动轴承组成，其定子部分为常规交流电机定子，内转子为径向表贴式永磁磁极型式，永磁转子1包括转轴1.1、转子支架1.3、转子轭部1.4和永磁磁极1.5，驱动端配置带推力的第一滑动轴承2，非驱动端配置仅径向支撑的第二滑动轴承4，所述的转轴1.1的中心孔为润滑油的轴向流道，该流道需根据具体结构进行封堵，转轴1.1的驱动端设置有两个轴肩1.2，为了尽量降低开口对转轴强度和刚度的影响，轴肩1.2为高压润滑油进口，所述的轴肩1.2内间断开设有连通中心流道的L形流道，其开口在油压较高的推力面上。

如图3所示，第一滑动轴承2由第一轴承座2.3和第一轴瓦2.2组成，所述第一轴承座2.3的上下端分别设置有第一进油口2.4和第一出油口2.1，所述的第一轴瓦2.2布置在两轴肩1.2之间，轴瓦和轴肩相对旋转，通过内部流道连通第一进油口2.4，第一轴瓦2.2溢出的压力润滑油部分沿L形流道进入转轴1.1中心流道，其他润滑油由第一出油口2.1排出，其中第一轴瓦2.2由推力瓦和径向瓦组成，由轴承顶部进入到第一轴瓦2.2的润滑油流经推力瓦和径向瓦的摩擦面后产生动压力（或外部直接供高压油），在轴肩1.2和轴承座2.3之间采用刀口密封，以尽量保持第一轴瓦2.2处的油压。

考虑到转轴1.1强度，选择在轴肩1.2处开L形孔（该孔可先开通孔再焊接堵住外侧开口形成）。

本实施例的转子支架1.3和转子轭部1.4内分别设置有径向流道和轴向流道，润滑油直接流到转子轭部1.4，实现对永磁磁极1.5的冷却，流道结构路径较长，需要润滑油压力更高，对于线速度较高转子不适用；所述的转轴1.1内部中央设置封堵部，对中心孔两边的中心流道进行封堵，保证润滑油沿中心流道进入径向流道和轴向流道，实现对永磁磁极1.5的冷却。

所述的第一轴承座2.3与转轴1.1和轴肩1.2之间分别形成第一密封部（图中密封1）和第二密封部（图中密封2），密封1防止润滑油泄露，密封2内部形成压力腔，压力腔压迫润滑油流经中心流道，从而实现对永磁磁极1.5冷却，内部压力腔中润滑油的压力来源有两种：一种为直接由第一进油口2.4注入实现静压润滑的高压润滑油，另一种为转轴1.1旋转时轴瓦2.2与转轴1.1及轴肩1.2之间动压润滑产生的动压力。

如图4所示，第二滑动轴承4为润滑油的出口，此处流道出口为开放结构无备压，由第二出油口4.1、第二轴瓦4.2、第二轴承座4.3和第二进油口4.4组成。第二轴承座4.3与转轴1.1形成密封，防止润滑油泄露，转轴1.1在此处开有径向流道并在转轴1.1端部封堵，从第一滑动轴承2流出并实现对永磁磁极1.5冷却的润滑油经中心流道和此径向流道进入第二滑动轴承4内部，最终与第二进油口4.4进入的润滑油混合，并经第二出油口4.1排出，滑动轴承的润滑油在第一滑动轴承2、转轴1.1和第二滑动轴承4之间形成的流道中流动，实现润滑油对永磁磁极的冷却。

本实施例的转轴1.1可按如下方式加工：先从非驱动端加工一个带阶梯的中心盲孔，中间需要封堵的位置设置止口，从非驱动端依次放入塞块到各自止口位置，再与转轴1.1一起钻孔攻丝，通过螺栓实现塞块与转轴1.1的固定，将缝隙用胶填满，确保不漏油。

考虑到强度，转子支架1.3与转轴1.1的径向孔开在转子支架1.3内部，各自开孔安装对齐后，内外双边焊接保证不漏油，如果转子外径与转轴直径相差较大，可以在转子支架1.3径向适当位置设置过渡集油槽。

转子轭部1.4的轴向流道可以采用双层结构，即先与两端转子支架1.3焊接一个内圆筒，在内圆筒外圆开轴向流道（油槽），再在内圆筒外部热套一个外圆筒，并两端焊接保证不漏油，永磁磁极1.5安装在外圆筒的外圆。

实施例2

图5所示为本发明的基于热管结构的转子油冷永磁电机的一个基本实施例。该实施例与实施例1不同之处在于转子永磁磁极段。

本实施例的转子支架1.3和转子轭部1.4内分别设置有热管1.6，所述的热管1.6彼此相连并延伸至中心流道，热管1.6收集永磁磁极1.5的热量并传递到中心流道，由润滑油带走；热管结构润滑油流道路径短，且润滑油均在转轴中心流动，适用于较高转速并对润滑油压力的需求较低。

本实施例的转轴1.1可先从非驱动端加工中心盲孔，在非驱动端用塞块焊接封堵。在转子轭部1.4开轴向孔，塞入热管1.6，并保证热管1.6与转子轭部1.4接触良好，热管1.6从内外两侧深入转轴1.1的中心孔中，并焊接保证不漏油。当热管1.6数量较多时，应在转轴1.1的对应处设置过渡阶梯，以增加转轴1.1的强度。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种转子油冷永磁电机，由定子组件（3）、永磁转子（1）和滑动轴承组成，所述永磁转子（1）包括转轴（1.1）、转子支架（1.3）、转子轭部（1.4）和永磁磁极（1.5），其特征在于：所述的转轴（1.1）内设置有中心流道，转轴（1.1）的驱动端设置有两个轴肩（1.2），所述的轴肩（1.2）内设有连通中心流道的L形流道，所述的滑动轴承包括位于驱动端带推力的第一滑动轴承（2）和位于非驱动端仅径向支撑的第二滑动轴承（4），所述的第一滑动轴承（2）由第一轴承座（2.3）和第一轴瓦（2.2）组成，所述第一轴承座（2.3）的上下端分别设置有第一进油口（2.4）和第一出油口（2.1），所述的第一轴瓦（2.2）布置在两轴肩（1.2）之间，通过内部流道连通第一进油口（2.4），所述的第一轴承座（2.3）与转轴（1.1）之间形成防止润滑油泄露的第一密封部，所述的第一轴承座（2.3）与轴肩（1.2）之间形成一个压迫润滑油流经中心流道的第二密封部，所述的第二滑动轴承（4）由第二轴承座（4.3）和第二轴瓦（4.2）组成，所述第二轴承座（4.3）的上下端分别设置有第二进油口（4.4）和第二出油口（4.1），润滑油经中心流道进入第二滑动轴承（4）内部与第二进油口（4.4）进入的润滑油混合，并经第二出油口（4.1）排出，实现对永磁磁极（1.5）的冷却。

2.根据权利要求1所述的一种转子油冷永磁电机，其特征在于，所述的转子支架（1.3）和转子轭部（1.4）内分别设置有径向流道和轴向流道，所述的转轴（1.1）内部中央设置封堵部，对两边的中心流道进行封堵，保证润滑油沿中心流道进入径向流道和轴向流道，实现对永磁磁极（1.5）的冷却。

3.根据权利要求1所述的一种转子油冷永磁电机，其特征在于，所述的转子支架（1.3）和转子轭部（1.4）内分别设置有热管（1.6），所述的热管（1.6）彼此相连并延伸至中心流道，热管（1.6）收集永磁磁极（1.5）的热量并传递到中心流道，由润滑油带走。

4.根据权利要求2或3所述的一种转子油冷永磁电机，其特征在于，所述的第一轴瓦（2.2）由推力瓦和径向瓦组成。

5.根据权利要求2所述的一种转子油冷永磁电机，其特征在于，所述的转子支架（1.3）内沿径向设置有过渡集油槽。

6.根据权利要求2所述的一种转子油冷永磁电机，其特征在于，所述转子轭部（1.4）内的轴向流道为双层结构。

7.根据权利要求6所述的一种转子油冷永磁电机，其特征在于，所述的转子轭部（1.4）由内外两个圆筒热套连接形成，两层轴向流道分别设置在两个圆筒上，所述的永磁磁极（1.5）安装在外圆筒上。

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