CN112688491B - 一种永磁电机高效率通风冷却*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁电机通风冷却***，通风冷却***的离心式风扇设置在转轴的一侧，空心转轴的一端设置为空心轴进气口，空心转轴的另一端设置为空心轴出气口；定子铁芯上开设的定子槽用于安放定子绕组，同时为冷却风提供流通路径，流通路径形成槽内风道，定子铁芯沿轴向分成两段，形成径向风孔，定子铁芯的一端设置有左端腔导流装置，定子铁芯的另一端设置有右端腔导流装置，左端腔导流装置上固定有左侧端腔冷凝器，右端腔导流装置上固定有右侧端腔冷凝器，沿着机壳内圆周方向阵列设置多个机壳风道，机壳风道与左端腔导流装置、右端腔导流装置、径向风孔以及槽内风道均相通。本发明中内风路和外风路相互独立，提高了转子的散热效率。

Description

一种永磁电机高效率通风冷却***

技术领域

本发明属于永磁电机通风技术领域，具体涉及一种中小型永磁电机高效率通风冷却***。

背景技术

近年来，永磁电机由于具有功率密度高、体积小的优点广泛应用于交通运输、风力发电等领域。然而永磁电机运行过程中会产生大量的热量，严重影响永磁电机运行的可靠性，因此设计一个高效率的冷却***对于永磁电机来说至关重要。

空气冷却是一种结构简单、成本低廉的冷却方式。对于自通风冷却***来说，电机内部的空气流动通过设置在转轴上的风扇驱动，通过与电机内部发热源发生对流散热吸收电机的热量。现有自通风冷却技术中，一种为冷却空气从电机外部进入电机内部，吸收电机产生的热量后，再排出到电机外部。这种结构容易造成外部粉尘进入电机内部，吸附在永磁体上，影响电机的可靠运行。另一种为全封闭式的循环通风***，冷却空气在电机内部循环，通过二次冷却介质将电机热量排出。这种冷却结构中，定转子的冷却均通过内部空气循环冷却，并且冷却空气在两端端腔流动复杂，存在着散热效率低、冷却不充分的问题。

发明内容

发明目的：本发明提出一种永磁电机高效率通风冷却***，其目的在于解决现有永磁电机冷却***存在影响电机可靠运行，以及散热效率低、冷却不充分的问题。

技术方案：

一种永磁电机通风冷却***，包括电机本体和设置于电机本体上的通风冷却结构，电机本体包括转轴、转子铁芯、永磁体、定子铁芯、定子绕组和机壳，转轴上设置有转子铁芯、永磁体和机壳，定子铁芯固定于机壳上，定子铁芯上设置有定子绕组，转子铁芯上设置有永磁体，定子铁芯与永磁体之间为空气隙，通风冷却***的离心式风扇设置在转轴的一侧，转轴为空心转轴，空心转轴的一端设置为空心轴进气口，空心转轴的另一端设置为空心轴出气口；定子铁芯上开设的定子槽用于安放定子绕组，同时为冷却风提供流通路径，流通路径形成槽内风道，定子铁芯沿轴向分成两段，形成径向风孔，定子铁芯的一端设置有左端腔导流装置，定子铁芯的另一端设置有右端腔导流装置，左端腔导流装置上固定有左侧端腔冷凝器，右端腔导流装置上固定有右侧端腔冷凝器，沿着机壳内圆周方向阵列设置多个机壳风道，机壳风道与左端腔导流装置、右端腔导流装置、径向风孔以及槽内风道均相通。

定子绕组占定子槽内空间65%-75%，槽内风道占定子槽内空间25%-35%。

机壳风道与离心式风扇的扇叶对应处设置为机壳风道入口，左端腔导流装置和右端腔导流装置上上均设置有通风孔，左端腔导流装置的通风孔与机壳风道连通，并形成左端腔导流装置入口；右端腔导流装置上的通风孔与机壳风道连通，并形成右端腔导流装置入口和右端腔导流装置出口；左端腔导流装置和右端腔导流装置与槽内风道连通，槽内通风道与径向风孔连通。

左端腔导流装置、右端腔导流装置均为环形筒状结构，环形筒状结构的一端开口、另一端封闭，左端腔导流装置和右端腔导流装置的外环面的外径均与定子铁芯的外径相同，左端腔导流装置的内环面的内径与转子铁芯的外径相同，右端腔导流装置的内环面的外径与定子铁芯的内径相同；左端腔导流装置的外环面所在圆柱面上设置有通风孔，左端腔导流装置的外环面与定子铁芯紧密接触，左端腔导流装置的内环面和转子铁芯之间留有一定间隙；右端腔导流装置的内环面和外环面所在圆柱面上均设置有通风孔，右端腔导流装置的内环面和外环面均与定子铁芯紧密接触。

左端腔冷凝器和右端腔冷凝器均为空心圆柱结构，空心圆柱结构内部开设有多条并联的水道，水道内流通有冷却水，左端腔冷凝器的左端腔冷凝器入口和左端腔冷凝器出口相对设置在机壳上；右端腔冷凝器的右端腔冷凝器入口和右端腔冷凝器出口也相对设置在机壳上。

左端腔冷凝器入口、左端腔冷凝器出口、右端腔冷凝器入口和右端腔冷凝器出口在空间位置上均与机壳风道错开。

空心转轴内壁面上焊接有多个沿圆周方向阵列的扰流片。

空心轴进气口和空心轴出气口处安装有滤尘网。

有益效果：

本发明中内风路和外风路相互独立，互不影响。内风路循环中冷却空气与电机的定子铁芯，槽内绕组、端部绕组和永磁体充分接触，冷却效果更好，散热效率高。外风路中，空心轴中的冷却空气吸收转子铁芯和永磁体的产生的热量，并将热量传递到电机外部，提高了转子的散热效率。

附图说明

图1为机壳风道侧视图；

图2为冷凝器截面图；

图3为外风路和内风路结构示意图；

图4为冷却水板剖面图；

图5为左端腔导流装置结构示意图；

图6为右端腔导流装置结构示意图；

图7为空心转轴截面示意图；

图8为机壳风道侧视图的截面图；

图9为滤尘网结构图；

附图标记说明：1、离心式风扇，2、机壳风道，3、机壳风道入口，4、左端腔导流装置，5、右端腔导流装置，6、左端腔导流装置进气孔，7、空气隙，8、右端腔导流装置进气孔，9、右端腔导流装置出气孔，10、左端腔冷凝器，11、右端腔冷凝器，12、左端腔冷凝器入口，13、左端腔冷凝器出口，14、右端腔冷凝器入口，15、右端腔冷凝器出口，16、槽内风道，17、径向风孔，18、空心转轴，19、扰流片，20、空心轴进气口，21、空心轴出气口，22、水道，23、通风孔，24内环面，25、外环面，26、定子铁芯，27、定子绕组，28、转子铁芯，29、永磁体，30、机壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1-2和图8所示，一种永磁电机通风冷却***，包括电机本体和设置于电机本体上的通风冷却结构，电机本体包括空心转轴18、转子铁芯28、永磁体29、定子铁芯26、定子绕组27和机壳30，空心转轴18上固定连接有转子铁芯28，永磁体29通过胶粘固定在转子铁芯28上，空心转轴18通过轴承连接有机壳30的前后端盖，转子铁芯28通过键槽固定安装在空心转轴18上，定子铁芯26通过热套工艺固定安装在机壳30上，定子铁芯26与永磁体29之间为空气隙7。通风冷却结构的离心式风扇1设置在转轴的一侧，并和空心转轴18同轴安装，用以驱动电机内部冷却空气循环流动，转轴为空心转轴18，空心转轴18的一端设置为空心轴进气口20，空心转轴18的另一端设置为空心轴出气口21，形成外风路I；定子铁芯26的一端设置有左端腔导流装置4，定子铁芯26的另一端设置有右端腔导流装置5，左端腔导流装置4上固定有左侧端腔冷凝器10，右端腔导流装置5上固定有右侧端腔冷凝器11，定子铁芯26沿轴向分成两段，形成径向风孔17，通风冷却结构中的机壳30通过热套工艺和定子铁芯26固定安装，并沿机壳30圆周方向上设置有机壳风道2，机壳风道2与左端腔导流装置4、右端腔导流装置5、径向风孔17以及槽内风道16均相通，形成内部循环的内风路II。

在定子铁芯26上开设定子槽，开设定子槽用于安放定子绕组27和形成槽内风道16。定子绕组27和槽内风道26所占定子槽内空间比例要适当，在定子槽面积一定的前提下，如果定子绕组27占定子槽内空间过小，电机电流密度将增大，导致定子绕组损耗增大，绕组温升过高，同时电机效率降低；如果定子绕组27占定子槽内空间过大，定子槽内风道16面积减小，导致槽内风路风阻增大，风量减小，从而降低电机的散热效率。本实施方式中，定子绕组27占定子槽内空间65%-75%，槽内风道16占定子槽内空间25%-35%较为适宜。

机壳风道2与离心式风扇1的扇叶对应处设置为机壳风道入口3，左端腔导流装置4和右端腔导流装置上5上均设置有通风孔23，使冷却空气能够流经端部绕组，能够更好的冷却端部绕组，有效降低端部绕组的温度。左端腔导流装置4的通风孔23与机壳风道2连通，并形成左端腔导流装置入口6；右端腔导流装置上5的通风孔23与机壳风道2连通，并形成右端腔导流装置入口8和右端腔导流装置出口9；左端腔导流装置4和右端腔导流装置5与槽内风道16连通，槽内通风道16与径向风孔17连通，使冷却空气流经槽内风道冷却槽内定子绕组，有效降低槽内绕组的温度。即相当于，在定子铁芯26的左中右、定子铁芯26与永磁体29之间均设置有风道或者风孔，有利于气体在电机内部充分的流通，有效降低定子铁芯26、定子绕组27、永磁体29的温度。

如图5-6所示，左端腔导流装置4、右端腔导流装置5通过螺栓固定安装在电机机壳30上，分别和左右两侧定子铁芯26端部紧密接触，并分别将电机两端端部绕组包覆。左端腔导流装置4、右端腔导流装置5均为环形筒状结构，环形筒状结构的一端开口、另一端封闭，左端腔导流装置4和右端腔导流装置5的外环面25的外径均与定子铁芯26的外径相同，左端腔导流装置4的内环面24的内径与转子铁芯28的外径相同，右端腔导流装置5的内环面24的外径与定子铁芯26的内径相同；左端腔导流装置4的外环面25所在圆柱面上设置有通风孔23，左端腔导流装置4的外环面25与定子铁芯26左端面紧密接触，左端腔导流装置4的内环面24和转子27之间留有一定间隙，使被左端腔冷凝器10冷却后的气流能够通过空气隙7回到离心式风扇处；右端腔导流装置5的内环面24和外环面25所在圆柱面上均设置有通风孔23，右端腔导流装置5的内环面24和外环面25均与定子铁芯26紧密接触。

左端腔导流装置4的内环面24所在圆柱面上设置有通风孔23，右端腔导流装置5的内环面24、外环面25所在圆柱面上均设置通风孔23，有利于冷却空气能够沿规定路径循环流动，增大冷却空气与电机内部热源的接触面积，更好的冷却电机。

如图1-2和4所示，左端腔冷凝器10、右端腔冷凝器11通过螺栓固定安装在机壳30上，并分别和左端腔导流装置4、右端腔导流装置5紧密接触。左端腔冷凝器10和右端腔冷凝器11均为空心圆柱结构，空心圆柱结构内部开设有多条并联的水道22，水道22内流通有冷却水，左端腔冷凝器10的左端腔冷凝器入口12和左端腔冷凝器出口13相对设置在机壳上，具体为左端腔冷凝器10的左端腔冷凝器入口12设置在机壳上端，左端腔冷凝器10的左端腔冷凝器出口13设置在机壳下端；右端腔冷凝器11的右端腔冷凝器入口14和右端腔冷凝器出口15也相对设置在机壳上；具体为右端腔冷凝器11的右端腔冷凝器入口14设置在机壳上端，左右端腔冷凝器11的右端腔冷凝器出口15设置在机壳下端。水道22采用多并联结构，冷却液从左端腔冷凝器10和右端腔冷凝器11入口流入，分两路进入各自的水道22，采用多并联螺旋水道22，减小了水路的水阻，提高了左端腔冷凝器10和右端腔冷凝器11的冷凝作用。

左端腔冷凝器10、右端腔冷凝器11和机壳风道2均设置在通风冷却结构圆周方向上，但左端腔冷凝器入口12、左端腔冷凝器出口13、右端腔冷凝器入口14和右端腔冷凝器出口15在空间位置上均与机壳风道2错开。

如图1-2和7所示，空心转轴18的内壁面上焊接有多个沿圆周方向阵列的扰流片19，起到轴流风扇的作用。扰流片随空心转轴一起旋转，将电机外部空气吸入空心转轴内部，吸收电机转子铁芯28和永磁体29产生的热量后，排出电机外。为增大空心转轴内部风压，沿电机轴向方向，空心转轴内部可设置多组扰流片19，类似于多个轴流风扇并联，具体可根据电机实际需要确定。

空心转轴18两端端部为开口空心结构，空心轴进气口20和空心轴出气口21处安装有滤尘网，滤尘网结构图如图9所示，滤尘网为圆形结构，内部设有滤尘棉的支架，支架上安装有滤尘棉。防止空气中的灰尘进入转轴内部造成粉尘堆积，降低冷却效果，增加维护成本。空心转轴右端部为空心轴进气口20，空心转轴左端部为空心轴出气口21。

本发明电机内部共有两条风路，外风路I和内循环风路II，如图3所示。电机转动时，扰流片19随着转轴同步旋转，在扰流片处形成负压区，电机外部冷却空气在大气压的作用下通过滤尘网，从空心转轴的进气口20进入空心转轴18内，吸收电机转子28产生的热量后，从空心转轴18的空心轴出气口21流出，从而将转子铁芯28、永磁体29的热量排出。离心式风扇1随着电机空心转轴18同步旋转，离心式风扇1驱动电机内部空气从机壳风道2的机壳风道入口3进入机壳风道2，沿机壳风道2，气流依次进入右端腔导流装置5、径向风孔17、左端腔导流装置4，进入径向风孔17的空气通过槽内风道16至左端腔冷凝器10和右端腔冷凝器11，并将热量传递给左端腔冷凝器10和右端腔冷凝器11，经左端腔冷凝器10和右端腔冷凝器11冷却后的空气通过空气隙7回到离心式风扇1，继续循环，从而完成对电机定子铁芯26、定子绕组27和永磁体29的冷却。

本发明中内风路和外风路相互独立，互不影响。内风路循环中冷却空气与电机的定子铁芯，槽内绕组、端部绕组和永磁体充分接触，冷却效果更好，散热效率高。外风路中，空心轴中的冷却空气吸收转子铁芯和永磁体的产生的热量，并将热量传递到电机外部，提高了转子的散热效率。

Claims (7)

1.一种永磁电机通风冷却***，包括电机本体和设置于电机本体上的通风冷却结构，电机本体包括转轴、转子铁芯（28）、永磁体（29）、定子铁芯（26）、定子绕组（27）和机壳（30），转轴上设置有转子铁芯（28）、永磁体（29）和机壳（30），定子铁芯（26）固定于机壳（30）上，定子铁芯（26）上设置有定子绕组（27），转子铁芯（28）上设置有永磁体（29），定子铁芯（26）与永磁体（29）之间为空气隙（7），其特征在于：通风冷却***的离心式风扇（1）设置在转轴的一侧，转轴为空心转轴（18），空心转轴（18）的一端设置为空心轴进气口（20），空心转轴（18）的另一端设置为空心轴出气口（21）；定子铁芯（26）上开设的定子槽用于安放定子绕组（27），同时为冷却风提供流通路径，流通路径形成槽内风道（16），定子铁芯（26）沿轴向分成两段，形成径向风孔（17），定子铁芯（26）的一端设置有左端腔导流装置（4），定子铁芯（26）的另一端设置有右端腔导流装置（5），左端腔导流装置（4）上固定有左侧端腔冷凝器（10），右端腔导流装置（5）上固定有右侧端腔冷凝器（11），沿着机壳（30）内圆周方向阵列设置多个机壳风道（2），机壳风道（2）与左端腔导流装置（4）、右端腔导流装置（5）、径向风孔（17）以及槽内风道（16）均相通；

左端腔导流装置（4）、右端腔导流装置（5）均为环形筒状结构，环形筒状结构的一端开口、另一端封闭，左端腔导流装置（4）和右端腔导流装置（5）的外环面（25）的外径均与定子铁芯（26）的外径相同，左端腔导流装置（4）的内环面（24）的内径与转子铁芯（28）的外径相同，右端腔导流装置（5）的内环面（24）的外径与定子铁芯（26）的内径相同；左端腔导流装置（4）的外环面（25）所在圆柱面上设置有通风孔（23），左端腔导流装置（4）的外环面（25）与定子铁芯（26）紧密接触，左端腔导流装置（4）的内环面（24）和转子铁芯（28）之间留有一定间隙；右端腔导流装置（5）的内环面（24）和外环面（25）所在圆柱面上均设置有通风孔（23），右端腔导流装置（5）的内环面（24）和外环面（25）均与定子铁芯（26）紧密接触。

2.根据权利要求1所述的永磁电机通风冷却***，其特征在于：定子绕组（27）占定子槽内空间65%-75%，槽内风道（16）占定子槽内空间25%-35%。

3.根据权利要求1所述的永磁电机通风冷却***，其特征在于：机壳风道（2）与离心式风扇（1）的扇叶对应处设置为机壳风道入口（3），左端腔导流装置（4）和右端腔导流装置（5）上均设置有通风孔（23），左端腔导流装置（4）的通风孔（23）与机壳风道（2）连通，并形成左端腔导流装置入口（6）；右端腔导流装置上（5）的通风孔（23）与机壳风道（2）连通，并形成右端腔导流装置入口（8）和右端腔导流装置出口（9）；左端腔导流装置（4）和右端腔导流装置（5）与槽内风道（16）连通，槽内风道（16）与径向风孔（17）连通。

4.根据权利要求1所述的永磁电机通风冷却***，其特征在于：左端腔冷凝器（10）和右端腔冷凝器（11）均为空心圆柱结构，空心圆柱结构内部开设有多条并联的水道（22），水道（22）内流通有冷却水，左端腔冷凝器（10）的左端腔冷凝器入口（12）和左端腔冷凝器出口（13）相对设置在机壳上；右端腔冷凝器（11）的右端腔冷凝器入口（14）和右端腔冷凝器出口（15）也相对设置在机壳上。

5.根据权利要求1所述的永磁电机通风冷却***，其特征在于：左端腔冷凝器入口（12）、左端腔冷凝器出口（13）、右端腔冷凝器入口（14）和右端腔冷凝器出口（15）在空间位置上均与机壳风道（2）错开。

6.根据权利要求1所述的永磁电机通风冷却***，其特征在于：空心转轴（18）内壁面上焊接有多个沿圆周方向阵列的扰流片（19）。

7.根据权利要求1所述的永磁电机通风冷却***，其特征在于：空心轴进气口（20）和空心轴出气口（21）处安装有滤尘网（31）。

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