CN113904469A - 具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机，它涉及电机领域。本发明为了解决现有高速感应电动机振动和噪声较大和发热严重的问题。转子斜槽和中间连接环沿轴向交错排布并相互连接，转子斜槽以中间连接环为中心左右对称，每段转子斜槽沿转子铁芯外表面倾斜a角度，具有相同叶片安装角度的抽出式轴流风扇和压入式轴流风扇安装在转子端环两侧，渐变式轴向通风孔沿轴向贯穿整个转子，定子槽中嵌入式导热铁芯与定子铁芯轭部相连接，并与定子绕组接触，定子槽中嵌入式导热铁芯内部开设有内冷式矩形通风道，水套位于机壳和端盖内部，散热翅位于端盖表面。本发明减小了高速感应电动机振动和噪声，增强了冷却效果，结构简单，便于实现。

Description

具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机
技术领域：
本发明涉及具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机，属于电机领域。
背景技术：
由于高速电机具有体积较小、功率密度较大的特点，现如今被广泛应用作驱动装置，高速电机可以直接与高速负载相连，因此与常规电机相比省去了机械增速装置，而高速感应电动机与高速永磁电机和高速开关磁阻电机相比具有成本低、控制技术成熟、实心转子承受离心力大等优点而得到广泛使用，然而随着电机频率的提高，随之而来的高速感应电动机内部发热与振动噪声等问题越来越严重，影响到了高速感应电动机的使用寿命。
为了能够有效地减小高速感应电动机的振动和噪声，降低高速感应电动机定子铁芯、定子绕组、转子铁芯和转子导条的温度，可以采用具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机，有效地减小了由于高速感应电动机内部谐波磁场产生的振动和噪声，明显地增大了高速感应电动机内总流体流量，显著地加快了高速感应电动机内冷却气体的流动速度，增大了冷却气体与定子铁芯、定子绕组、转子铁芯和转子导条的表面散热系数，有效地降低了定子铁芯、定子绕组、转子铁芯和转子导条的最高温度，确保高速感应电动机可以长期安全可靠运行。
发明内容：
本发明的目的是提供具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机，以解决传统高速感应电动机振动噪声较大，定子铁芯、定子绕组、转子铁芯和转子导条温度过高的问题，加快了高速感应电动机内冷却气体的流动速度，提高了高速感应电动机内冷却气体的利用率，有效地降低了高速感应电动机内各构件的温度，增强了高速感应电动机安全稳定运行的能力。
本发明的具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机，它包括定子铁芯、转子铁芯、抽出式轴流风扇、转子端环、渐变式转子轴向通风孔、机壳、端盖、水套、转轴、中间连接环、压入式轴流风扇、定子绕组、转子斜槽、滚珠轴承、定子槽、内冷式矩形通风道、嵌入式导热铁芯、散热翅，渐变式转子轴向通风孔由进风孔、出风孔和两孔之间气体区域组成，转子斜槽和中间连接环沿轴向交错排布并相互连接，转子斜槽以中间连接环为中心左右对称，每段转子斜槽沿转子铁芯外表面倾斜a角度，具有相同叶片安装角度的抽出式轴流风扇和压入式轴流风扇安装在转子端环两侧，渐变式轴向通风孔沿轴向贯穿整个转子，定子槽中嵌入式导热铁芯与定子铁芯轭部相连接，并与定子绕组接触，定子槽中嵌入式导热铁芯内部开设有内冷式矩形通风道，水套位于机壳和端盖内部，散热翅位于端盖表面。
定子轴向矩形通风道长度为20mm至30mm；定子轴向矩形通风道宽度为5mm至10mm；渐变式转子轴向通风孔的进风口直径为12mm至17mm；渐变式转子轴向通风孔的出风口直径为9mm至15mm；水套内冷却水流速为1m/s至3m/s；转子斜槽沿转子铁芯外表面倾斜角度a为20°至40°。
作为优选，所述的转子区域两端位置处转子斜槽在圆周方向上稀疏，中间位置处转子斜槽在圆周方向上密集，进一步减小了高速感应电动机的振动和噪声，提高了高速感应电动机的稳定性和可靠性。
作为优选，所述的渐变式转子轴向通风孔的截面形状由圆形变为长方形，增大了转子铁芯和冷却气体的接触面积，进一步降低了转子铁芯的温度。
作为优选，所述的内冷式矩形通风道的截面由矩形变为梯形，增大了内冷式矩形通风道和嵌入式导热铁芯的接触面积，进一步提高了冷却气体带走嵌入式导热铁芯热量的能力。
本发明的优点：高速感应电动机内振动和噪声问题较为严重，并且定子铁芯、定子绕组、转子铁芯与转子导条温度较高，本发明专利将原来转子区域单方向转子斜槽结构变为多段转子斜槽结构，并且多段转子斜槽和中间连接环沿轴向交错排布并相互连接，每段转子斜槽以中间连接环为中心左右对称，原来实心转子铁芯内部开设有渐变式转子轴向通风孔，在定子槽内增设嵌入式导热铁芯，在嵌入式导热铁芯中开设有内冷式矩形通风道，嵌入式导热铁芯和定子铁芯轭部相连接，并与定子绕组紧密接触，构成了具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机，有效地减小了高速感应电动机的振动和噪声，通过压入式轴流风扇和抽出式轴流风扇带动了高速感应电动机内部冷却气体流动，增大了冷却气体与定子铁芯、转子铁芯的接触面积，并创新地通过嵌入式导热铁芯中内冷式矩形通风道内的冷却气体可以有效地带走定子槽中铜绕组和定子铁芯轭部的热量，明显地降低了定子铁芯、定子铜绕组、转子铁芯和转子斜槽内导条的温度。高速感应电动机内冷却气体的热量可以通过机壳和端盖内水套中的冷却水带走，进一步提高了冷却气体带走高速感应电动机内各构件热量的能力。本发明专利所述的具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机能够有效地增强定子区域和转子区域的冷却效果，提高了高速感应电动机内冷却气体的利用率，明显地降低了定子区域和转子区域内各构件的最高温度，有效地减小了高速感应电动机的振动和噪声，增强了高速感应电动机长期安全可靠运行的能力。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明所述具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机的剖视图；
图2为本发明所述具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机的转子俯视图；
图3为本发明所述具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机的抽出式轴流风扇的侧视图；
图4为本发明所述具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机的压入式轴流风扇的侧视图；
图5为本发明所述具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机的M-M处截面图；
图6为本发明所述具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机的N-N处截面图；
图7为本发明具体实施方式二所述所述具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机转子俯视图；
图8为本发明具体实施方式三所述所述具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机的M-M处截面图；
图9为本发明具体实施方式四所述所述具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机定子槽的截面图。
图中：1-定子铁芯、2-转子铁芯、3-抽出式轴流风扇、4-转子端环、5-渐变式转子轴向通风孔、6-机壳、7-端盖、8-水套、9-转轴、10-中间连接环、11-压入式轴流风扇、12-定子绕组、13-转子斜槽、14-滚珠轴承、15-定子槽、16-内冷式矩形通风道、17-嵌入式导热铁芯、18-散热翅。图中箭头所示为具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机内部冷却气体的流动方向，水套内表示冷却水的流入方向，表示冷却水的流出方向。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5和图6说明本实施方式，它包括定子铁芯1、转子铁芯2、抽出式轴流风扇3、转子端环4、渐变式转子轴向通风孔5、机壳6、端盖7、水套8、转轴9、中间连接环10、压入式轴流风扇11、定子绕组12、转子斜槽13、滚珠轴承14、定子槽15、内冷式矩形通风道16、嵌入式导热铁芯17、散热翅18，渐变式转子轴向通风孔5由进风孔5-1、出风孔5-2和两孔之间气体区域组成，转子斜槽13和中间连接环10沿轴向交错排布并相互连接，转子斜槽13以中间连接环10为中心左右对称，每段转子斜槽13沿转子铁芯2外表面倾斜a角度，具有相同叶片安装角度的抽出式轴流风扇3和压入式轴流风扇11安装在转子端环4两侧，渐变式轴向通风孔5沿轴向贯穿整个转子，定子槽15中嵌入式导热铁芯17与定子铁芯1轭部相连接，并与定子绕组12接触，定子槽15中嵌入式导热铁芯17内部开设有内冷式矩形通风道16，水套8位于机壳6和端盖7内部，散热翅18位于端盖7表面。
定子轴向矩形通风道16长度为20mm至30mm，本实施例取为25mm；定子轴向矩形通风道16宽度为5mm至10mm，本实施例取为8mm；渐变式转子轴向通风孔5的进风口5-1直径为12mm至17mm，本实施例取为14mm；渐变式转子轴向通风孔5的出风口5-2直径为9mm至15mm，本实施例取为10mm；水套8内冷却水流速为1m/s至3m/s，本实施例取为2m/s；转子斜槽13沿转子铁芯2外表面倾斜角度a为20°至40°，本实施例取为30°。
具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机创新性地将转子斜槽13和中间连接环10沿轴向交错排布并相互连接，转子斜槽13以中间连接环10为中心左右对称，每段转子斜槽13沿转子铁芯2外表面倾斜a角度，确保每段转子斜槽13在转子铁芯2外表面斜过的距离等于一个定子齿距，使得齿谐波在每段转子斜槽13内产生的齿谐波电动势相互抵消，减小了齿谐波对转子振动的影响。转子斜槽13以中间连接环10为中心左右对称，定子铁芯1和转子铁芯2之间气隙内谐波磁场在中间连接环10两侧转子斜槽13内产生的电磁力在轴向方向上相互抵消，从而有效地减小了由于高速感应电动机内部谐波磁场产生的振动和噪声，增强了高速感应电动机安全可靠运行的能力。此外，高速感应电动机转子高速旋转带动抽出式轴流风扇3和压入式轴流风扇11转动，压入式轴流风扇11带动感应电动机内部冷却气体进入到定子铁芯1和转子铁芯2之间气隙，冷却气体在定子铁芯1和转子铁芯2之间气隙内沿着轴向方向流动可以有效地带走定子铁芯1齿部和转子铁芯2齿部的热量，降低了定子铁芯1齿部和转子铁芯2齿部的温度，这部分冷却气体到达抽出式轴流风扇3后，在抽出式轴流风扇3的作用下冷却气体的流动速度和压力进一步地增加，其中一路冷却气体进入到嵌入式导热铁芯17的内冷式矩形通风道16中，冷却气体在内冷式矩形通风道16中沿轴向方向流动，可以有效地带走与嵌入式导热铁芯17接触的定子绕组12的热量，从而有效地降低发热最为严重的定子绕组12的温度，而且还可以有效地带走与嵌入式导热铁芯17相连接的定子铁芯1轭部的热量，从而降低定子铁芯1轭部的温度，由于冷却气体从嵌入式导热铁芯17入口流入和出口流出，从而加快了嵌入式导热铁芯17入口处和出口处定子端部绕组周围的流体速度，增大了定子端部绕组的表面散热系数，有效地降低了高速感应电动机两侧定子端部绕组的温度，另一路冷却气体进入到转子铁芯2内的渐变式轴向通风孔5中，这部分冷却气体可以提高转子铁芯2内部的表面散热系数，有效地带走了转子铁芯2和转子斜槽13内导条的热量，从而降低了转子铁芯2和转子斜槽13内导条的温度。由于渐变式轴向通风孔5的截面积沿着冷却气体的流动方向逐渐减小，使得冷却气体速度沿着冷却气体流动的方向逐渐增大，弥补了冷却气体温度升高导致冷却效果变差的影响。这两路冷却气体分别从内冷式矩形通风道16出口和渐变式轴向通风孔5出口流出后，再通过压入式轴流风扇11将冷却气体压入到定子铁芯1和转子铁芯2之间气隙从而完成整个循环。机壳6内水套8中的冷却水可以有效地带走定子铁芯1的热量，端盖7内水套8中的冷却水可以通过散热翅18有效地带走高速感应电动机内冷却气体的热量，从而降低了高速感应电动机内冷却气体的温度，增强了高速感应电动机安全可靠运行的能力。
具体实施方式二：结合图7说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于转子区域两端位置处转子斜槽13在圆周方向上稀疏，中间位置处转子斜槽13在圆周方向上密集，进一步减少了高速感应电动机的振动和噪声，提高了高速感应电动机的稳定性和可靠性。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图8说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于渐变式转子轴向通风孔5的截面形状由圆形变为长方形，增大了转子铁芯2和冷却气体的接触面积，进一步降低了转子铁芯2的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图9说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于内冷式矩形通风道16的截面由矩形变为梯形，增大了内冷式矩形通风道16和嵌入式导热铁芯17的接触面积，进一步提高了冷却气体带走嵌入式导热铁芯17热量的能力。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机，其特征在于：它包括定子铁芯(1)、转子铁芯(2)、抽出式轴流风扇(3)、转子端环(4)、渐变式转子轴向通风孔(5)、机壳(6)、端盖(7)、水套(8)、转轴(9)、中间连接环(10)、压入式轴流风扇(11)、定子绕组(12)、转子斜槽(13)、滚珠轴承(14)、定子槽(15)、内冷式矩形通风道(16)、嵌入式导热铁芯(17)、散热翅(18)，渐变式转子轴向通风孔(5)由进风孔(5-1)、出风孔(5-2)和两孔之间气体区域组成，转子斜槽(13)和中间连接环(10)沿轴向交错排布并相互连接，转子斜槽(13)以中间连接环(10)为中心左右对称，每段转子斜槽(13)沿转子铁芯(2)外表面倾斜a角度，具有相同叶片安装角度的抽出式轴流风扇(3)和压入式轴流风扇(11)安装在转子端环(4)两侧，渐变式轴向通风孔(5)沿轴向贯穿整个转子铁芯(2)，定子槽(15)中嵌入式导热铁芯(17)与定子铁芯(1)轭部相连接，并与定子绕组(12)接触，定子槽(15)中嵌入式导热铁芯(17)内部开设有内冷式矩形通风道(16)，水套(8)位于机壳(6)和端盖(7)内部，散热翅(18)位于端盖(7)表面。
2.定子轴向矩形通风道(16)长度为20mm至30mm；定子轴向矩形通风道(16)宽度为5mm至10mm；渐变式转子轴向通风孔(5)的进风口(5-1)直径为12mm至17mm；渐变式转子轴向通风孔(5)的出风口(5-2)直径为9mm至15mm；水套(8)内冷却水流速为1m/s至3m/s；转子斜槽(13)沿转子铁芯(2)外表面倾斜角度a为20°至40°。
3.根据权利要求1所述的具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机，其特征在于：转子区域两端位置处转子斜槽(13)在圆周方向上稀疏，中间位置处转子斜槽(13)在圆周方向上密集。
4.根据权利要求1所述的具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机，其特征在于：渐变式转子轴向通风孔(5)的截面形状由圆形变为长方形。
5.根据权利要求1所述的具有轴向多段转子斜槽的双内冷式高速感应电动机，其特征在于：内冷式矩形通风道(16)的截面由矩形变为梯形。
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