CN113937945A - 一种对轴承冷却的永磁电机及电力机车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种对轴承冷却的永磁电机，转轴和转子内芯周向相对固定，转轴通过两组轴承转动安装于定子外壳，转轴和转子内芯能够同步相对于定子外壳转动；定子外壳设置定子外风道，每组轴承至少对应设置一个定子外风道，定子外风道的两端开口分别与外界连通形成进风口和出风口，定子外风道的中部靠近轴承的内端部；定子外风道的进风口朝向车辆的行走方向，出风口背向车辆的行走方向，气流从进风口进入，沿定子外风道流动，并从出风口排出，车辆行走时产生的气流绕过转轴，当气流经过定子外风道时，可以吸收轴承散发的热量，并随气流带出，对轴承冷却降温，提升电机内部轴承的散热效果。本发明涉及的电力机车可实现相同的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，更进一步涉及一种对轴承冷却的永磁电机。本发明还涉及一种电力机车。
背景技术
电力机车采用电动机驱动行驶，电动机工作时产生大量热量，在常规的技术方案中，主要利用冷却液流经分布在定子机座上的水道，带走电机内部热量。
冷却液流经定子上的水道，这种冷却结构可以有效地实现定子散热，但无法对永磁电机内部的转子、轴承等部位进行直接冷却，使得电机内部的热量不能有效散出，容易形成等温体，限制了电机功率及转矩的发挥，尤其是高转矩密度、高功率密度和结构紧凑的电机。轴承长期工作在高温环境下，容易发生故障，影响永磁电机正常运行。
对于本领域的技术人员来说，如何更好地对电机轴承进行降温冷却，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种对轴承冷却的永磁电机，通过设置定子外风道将走行风引入定子外壳，吸收并转移轴承产生的热量，降低轴承温度，提升工作寿命，具体方案如下：
一种对轴承冷却的永磁电机，包括定子外壳、转子内芯和转轴，所述转轴和所述转子内芯周向相对固定，所述转轴通过两组轴承转动安装于所述定子外壳；
所述定子外壳设置定子外风道，每组所述轴承至少对应设置一个所述定子外风道，所述定子外风道的两端分别与外界连通形成进风口和出风口，所述定子外风道的中部靠近所述轴承的内端部；
所述定子外风道的进风口朝向车辆的行走方向，出风口背向车辆的行走方向；车辆行走时产生的气流绕过所述转轴，对所述轴承冷却降温。
可选地，所述定子外风道的进风口和出风口设置在所述定子外壳的同一侧；
所述定子外风道靠近进风口和出风口的部分与行走方向形成夹角。
可选地，所述定子外风道包括直线形延伸的进风段和出风段，所述进风段和出风段分别对接连通环状的绕流段，所述绕流段环绕所述转轴。
可选地，所述定子外壳的外壁上安装引风罩，所述定子外风道的进风口和出风口分别对应一个所述引风罩，所述引风罩用于引导进入和排出的气流；并能够过滤气流。
可选地，所述定子外壳内设置冷却水道，所述冷却水道用于循环流通冷却水。
可选地，所述定子外壳内沿周向设置分隔件，所述分隔件与所述转子内芯相对滑动接触密封，所述定子外壳内分隔形成密闭腔。
可选地，所述转子内芯设置内循环扇叶，所述内循环扇叶位于所述密闭腔内；所述内循环扇叶随所述转子内芯转动时，使所述密闭腔形成循环气流。
可选地，所述转子内芯位于所述密闭腔的位置沿轴向开设转子风道，所述定子外壳位于所述密闭腔的位置沿轴向开设定子内风道，内循环扇叶产生的气流在所述定子内风道和所述转子风道之间循环流动。
本发明还公开一种电力机车，包括上述任一项所述的对轴承冷却的永磁电机。
本发明提供一种对轴承冷却的永磁电机，转轴和转子内芯周向相对固定，转轴通过两组轴承转动安装于定子外壳，转轴和转子内芯能够同步相对于定子外壳转动；定子外壳设置定子外风道，每组轴承至少对应设置一个定子外风道，定子外风道的两端开口分别与外界连通形成进风口和出风口，定子外风道的中部靠近轴承的内端部；定子外风道的进风口朝向车辆的行走方向，出风口背向车辆的行走方向，气流从进风口进入，沿定子外风道流动，并从出风口排出，车辆行走时产生的气流绕过转轴，当气流经过定子外风道时，可以吸收轴承散发的热量，并随气流带出，对轴承冷却降温，提升电机内部轴承的散热效果。本发明涉及的电力机车可实现相同的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的对轴承冷却的永磁电机的剖面结构示意图；
图2为定子外风道的结构示意图；
图3为本发明的对轴承冷却的永磁电机的局部剖面结构图。
图中包括：
定子外壳1、冷却水道11、分隔件12、定子内风道13、转子内芯2、内循环扇叶21、转子风道22、转轴3、轴承4、定子外风道5、进风段51、绕流段52、出风段53、引风罩6。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种对轴承冷却的永磁电机，通过设置定子外风道将走行风引入定子外壳，吸收并转移轴承产生的热量，降低轴承温度，提升工作寿命。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的对轴承冷却的永磁电机及电力机车进行详细的介绍说明。
本发明的对轴承冷却的永磁电机包括定子外壳1、转子内芯2、转轴3、轴承4等结构；结合图1所示，为本发明提供的对轴承冷却的永磁电机的剖面结构示意图；转轴3和转子内芯2周向相对固定，转轴3和转子内芯2保持同步转动；转轴3通过两组轴承4转动安装于定子外壳1，转轴3和转子内芯2同步相对于定子外壳1转动。
两组轴承4分别位于定子外壳1靠近两端的位置，如图1所示，轴承4分别位于定子外壳1的侧壁位置，两个轴承4对转轴3的支撑间距更大，能保证转轴3转动的稳定性。定子外壳1的内腔固定设置定子铁芯A，转子内芯2上固定安装转子铁芯B，工作时，定子铁芯A和转子铁芯B之间产生扭矩，为转子内芯2提供动力，转子内芯2进而驱动转轴3输出旋转。
定子外壳1设置定子外风道5，每组轴承4至少对应设置一个定子外风道5，定子外风道5为两端贯通的通道式结构，定子外风道5的两端分别与外界连通形成进风口和出风口，外界的气流从进风口流入，沿定子外风道5运动并从出风口排出。
如图2所示，为定子外风道5的结构示意图；定子外风道5的中部靠近轴承4的内端部，轴承4的外端部靠近定子外壳1的外表面；轴承4的外端部表示靠近定子外壳1外表面的一端，内端部表示靠近定子外壳1内腔的一端，图2中轴承4的左侧表面外端部，右侧表面内端部。
轴承4通过压盖被安装于定子外壳1上设置的安装槽中，轴承4并不直接与气流接触，以避免气流所含的杂质进入轴承，定子外风道5与轴承4的安装槽之间存在薄壁间隔，当气体流经定子外风道5时，流经的气流与轴承4之间的导热间距很短，轴承4的热量可以快速地传递到流经的空气中，对轴承4起到降温的作用。
本发明所展示的附图相当于俯视方向的示意图；车辆行走的前进方向朝向图中的上方，如图中空心大箭头所示，定子外风道5的进风口朝向车辆的行走方向，出风口背向车辆的行走方向，当车辆行走时产生的走行风能够从进风口进入，并沿图中标号①②所示的箭头移动，标号①②所示的箭头分别为气流沿两个定子外风道5的运动路径，最终从出风口排出；车辆行走时产生的气流绕过转轴3，对轴承4冷却降温。
需要注意的是，定子外风道5的进风口朝向车辆的行走方向，并不代表定子外风道5必须要开设在定子外壳1的迎风面上，也可以开设在定子外壳1与行走方向平行的侧壁上，也即本申请附图所示，定子外风道5的进风口朝向与行走方向形成锐角，气流同样能够进入，并且可尽量减少对定子外壳1的空间占用。
经过上述的介绍可知，本发明的对轴承冷却的永磁电机在随车辆行走时产生的气流绕过转轴，气流经过定子外风道吸收轴承散发的热量，并将热量随气流带出，对轴承冷却降温，提升电机内部轴承的散热效果。
在上述方案的基础上，本发明的定子外风道5的进风口和出风口设置在定子外壳1的同一侧，也即如本申请的附图所示，定子外风道5的进风口和出风口均设置在定子外壳1与行走方向平行的侧壁上，定子外风道5靠近进风口和出风口的部分与行走方向形成夹角，此夹角为锐角，气流沿定子外风道5引导的方向流动，将定子外壳1以及轴承产生的热量吸收并带出，从而起到冷却降温的作用。当然，除了这种优选的方式之外，定子外风道5还可以设置为直线结构，也即定子外风道5的轴线平行于行走方向，进风口位于正对迎风面的侧壁，出风口位于相对的另一侧壁。
更进一步，如图2所示，本发明的定子外风道5包括直线形延伸的进风段51和出风段53，进风段51和出风段53均为直线通道结构，进风段51和出风段53的轴线与行走方向呈锐角；绕流段52为圆环形，环绕转轴3设置，进风段51和出风段53分别对接连通环状的绕流段52，气流依次流经进风段51、绕流段52和出风段53，经过绕流段52时，从转轴3的侧方绕过。
具体地，本发明在定子外壳1的外壁上安装引风罩6，定子外风道5的进风口和出风口分别对应一个引风罩6，引风罩6为凹槽形的壳体结构，罩设包围进风口和出风口；引风罩6用于引导进入和排出的气流，并对气流起到过滤作用，减少杂质进入。引风罩6的表面呈设置网状的开孔，根据工作环境的需要确定网孔的尺寸。
具体地，本发明在定子外壳1内设置冷却水道11，冷却水道11用于循环流通冷却水，如图3所示，为本发明的对轴承冷却的永磁电机的局部剖面结构图；冷却水道11为定子外壳1侧壁设置的夹层结构，冷却水道11的两端贯通，内部可通入冷却水，通过液冷的方式对定子外壳1进行冷却。图中标号③所示的箭头表示冷却水道11内流通的冷却液的运动路径。
结合图1和图3所示，在定子外壳1内沿周向设置分隔件12，分隔件12呈环状分布，与转子内芯2的转动周向保持一致；分隔件12与转子内芯2相对滑动接触密封，通过分隔件12与转子内芯2外部相应的结构形成密封接触，定子外壳1的内腔通过分隔件12与转子内芯2的密封接触分隔形成密闭腔，密闭腔独立于定子外风道5，两者不相连通；密闭腔内部的气体不与外界气流交流，密闭腔内产生的热量经由冷却水道11流通冷却液带出。
更进一步，本发明在转子内芯2设置内循环扇叶21，内循环扇叶21固定于转子内芯2，内循环扇叶21位于密闭腔内；内循环扇叶21随转子内芯2转动时，使密闭腔形成循环气流，密闭腔内的气流流动路径如图中标号④的箭头所示，气流只在密闭腔内部流动，不断循环的气流使密闭腔的热量不断循环，接近冷却水道11时发生热交换，使密闭腔内的热量能够更快的导出，加速降温效率。
更进一步，在转子内芯2位于密闭腔的位置沿轴向开设转子风道22，定子外壳1位于密闭腔的位置沿轴向开设定子内风道13，内循环扇叶21产生的气流在定子内风道13和转子风道22之间循环流动，定子内风道13和转子风道22均为直线贯通结构，平行于转轴3，不仅对气流起到导向的作用，还增加了气流的接触面积，进一步加速散热。
本发明还提供一种电力机车，包括上述的对轴承冷却的永磁电机，该电力机车可以实现相同的技术效果。该电力机车的其他部分结构请参考现有技术，本发明在此不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种对轴承冷却的永磁电机，其特征在于，包括定子外壳(1)、转子内芯(2)和转轴(3)，所述转轴(3)和所述转子内芯(2)周向相对固定，所述转轴(3)通过两组轴承(4)转动安装于所述定子外壳(1)；
所述定子外壳(1)设置定子外风道(5)，每组所述轴承(4)至少对应设置一个所述定子外风道(5)，所述定子外风道(5)的两端分别与外界连通形成进风口和出风口，所述定子外风道(5)的中部靠近所述轴承(4)的内端部；
所述定子外风道(5)的进风口朝向车辆的行走方向，出风口背向车辆的行走方向；车辆行走时产生的气流绕过所述转轴(3)，对所述轴承(4)冷却降温。
2.根据权利要求1所述的对轴承冷却的永磁电机，其特征在于，所述定子外风道(5)的进风口和出风口设置在所述定子外壳(1)的同一侧；
所述定子外风道(5)靠近进风口和出风口的部分与行走方向形成夹角。
3.根据权利要求2所述的对轴承冷却的永磁电机，其特征在于，所述定子外风道(5)包括直线形延伸的进风段(51)和出风段(53)，所述进风段(51)和出风段(53)分别对接连通环状的绕流段(52)，所述绕流段(52)环绕所述转轴(3)。
4.根据权利要求3所述的对轴承冷却的永磁电机，其特征在于，所述定子外壳(1)的外壁上安装引风罩(6)，所述定子外风道(5)的进风口和出风口分别对应一个所述引风罩(6)，所述引风罩(6)用于引导进入和排出的气流；并能够过滤气流。
5.根据权利要求3所述的对轴承冷却的永磁电机，其特征在于，所述定子外壳(1)内设置冷却水道(11)，所述冷却水道(11)用于循环流通冷却水。
6.根据权利要求1至5任一项所述的对轴承冷却的永磁电机，其特征在于，所述定子外壳(1)内沿周向设置分隔件(12)，所述分隔件(12)与所述转子内芯(2)相对滑动接触密封，所述定子外壳(1)内分隔形成密闭腔。
7.根据权利要求6所述的对轴承冷却的永磁电机，其特征在于，所述转子内芯(2)设置内循环扇叶(21)，所述内循环扇叶(21)位于所述密闭腔内；所述内循环扇叶(21)随所述转子内芯(2)转动时，使所述密闭腔形成循环气流。
8.根据权利要求7所述的对轴承冷却的永磁电机，其特征在于，所述转子内芯(2)位于所述密闭腔的位置沿轴向开设转子风道(22)，所述定子外壳(1)位于所述密闭腔的位置沿轴向开设定子内风道(13)，内循环扇叶(21)产生的气流在所述定子内风道(13)和所述转子风道(22)之间循环流动。
9.一种电力机车，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的对轴承冷却的永磁电机。
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