CN114726150A - 基于冷却优化设计的高速电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速电机技术领域，尤其涉及一种基于冷却优化设计的高速电机，包括：定子，用于产生转动磁场；转子，在定子的转动磁场的带动下产生转动；电机壳，内部为空腔结构；定子和转子均设置在空腔结构中；电机壳一端侧面设置有进风孔，另一端端面的中心处设置有出风孔；导风装置，设置在电机壳内，且设置在电机壳内部靠近出风孔的端部；导风装置设置有沿转子周向分布的多个导风板；每个导风板沿转子径向呈弯曲状向外延伸，且弯曲方向与转子的旋转方向相反，用于将气流向中心进行集中。本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种基于冷却优化设计的高速电机，能够使高速电机获得更好的冷却效果，并且降低高速电机的生产成本。

Description

基于冷却优化设计的高速电机

技术领域

本发明涉及高速电机技术领域，尤其涉及一种基于冷却优化设计的高速电机。

背景技术

高速电机是一种转速能够超过10000r/min的新型电机，相较于传统电机，高速电机具有更高的转速。电机在运行时，电气损耗与机械损耗会产生热量，由此导致电机各部分温度升高。而对于转速更高的高速电机，其温升的幅度就会更大，过高的温升有可能导致电机绕组烧毁、硅钢片磁导下降、永磁体失磁等，严重影响电机的正常运转。因此设置冷却***对于高速电机来说是十分必要的。

现有的高速电机采用的冷却方式为：在电机壳内填充氟利昂等冷却剂，氟利昂浸泡转子和定子，将转子和定子产生的热量通过氟利昂传递至电机壳上，再通过电机壳侧壁散发到空气中完成散热。但由于氟利昂整体只能在电机壳内进行流动，因此在吸收热量一段时间后，散热速度跟不上热量产生的速度，因此氟利昂的散热效果就会逐渐变差；同时，由于氟利昂本身价格较高，并且向电机壳内灌装氟利昂也需要通过特殊的设备才能完成，从而增加了高速电机的生产成本。

鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，设计一种基于冷却优化设计的高速电机，能够使高速电机获得更好的冷却效果，并且降低高速电机的生产成本。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种基于冷却优化设计的高速电机，解决现有的高速电机中，由于使用氟利昂导热进行冷却的方式，所导致的冷却效果散热效果会随时间变差、以及高速电机的生产成本较高的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，包括：

定子，多相电源通过设置在其内部的绕组后，可以产生转动磁场；

转子，内部设置多个永磁体，可以在所述定子的转动磁场的带动下产生转动；

电机壳，内部为空腔结构；所述定子和所述转子均设置在所述空腔结构中；所述电机壳一端侧面设置有进风孔，另一端端面的中心处设置有出风孔；

导风装置，固定设置在所述电机壳内，且设置在所述电机壳内部靠近所述出风孔的端部；所述导风装置设置有沿所述转子周向分布的多个导风板；每个所述导风板沿所述转子径向呈弯曲状向外延伸，且弯曲方向与所述转子的旋转方向相反，用于将气流向中心进行集中。

进一步地，所述导风板两端的宽度大于所述导风板中间段的宽度，且所述导风板的宽度最小处对应设置在所述转子的最外缘处。

进一步地，电机壳包括前端盖、后端盖和中间壳体；所述中间壳体内部为两端贯通的中空结构；所述前端盖和所述后端盖分别设置在所述中间壳体的两端，分别用于堵住所述中空结构两端的开口；所述进风孔设置在中间壳体上，所述出风孔设置在所述后端盖上。

进一步地，所述后端盖上设置轴承座；所述导风装置还设置安装套环，所述安装套环套设在所述轴承座的外侧面上；所有导风板的一端端部均与安装套环连接。

进一步地，所述安装套环的内侧面设置凸筋，所述凸筋与所述轴承座外侧过盈配合。

进一步地，所述凸筋相对于所述轴承座的中心轴线倾斜设置，且使所述凸筋靠近所述出风孔的一端向与转子转向相同的方向进行倾斜。

进一步地，所述进风孔处设置有过滤器，所述后端盖与所述导风装置之间设置有过滤网。

进一步地，所述过滤网的周向边缘设置多个卡口；所述后端盖上设置多个卡块，所述卡块与所述卡口相卡接。

进一步地，所述卡块抵住所述导风板弯曲端上远离弯曲方向的一面。

进一步地，所述电机壳外侧面设置有沿周向分布的多个散热片。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

1.本高速电机采用风冷形式替代了现有高速电机中填充氟利昂的冷却方式，并且通过导风装置对高速电机内部的气流进行导向，使其能够自发地形成电机内外流通的气流，相较于传统无法形成内外流动的氟利昂，本冷却形式可以更加持久地保持对电机的冷却效果；

2.由于本高速电机采用导风装置代替了氟利昂，导风装置可以是便宜的塑料结构，通过模具就可以快捷且低成本地进行生产，在电机生产中也不需要灌注氟利昂的复杂设备，仅需要一个简单的压装工装即可完成安装，从而可以大大减少电机的材料成本和生产成本；

3.在传统的高速电机中，如果氟利昂没能够完全填充电机壳内部，或者随着电机的使用氟利昂产生了消耗，则就会在电机壳内部形成一定的空气区域，不仅会影响电机的散热冷却效果，同时随着转子的高速转动还会导致产生噪声和剧烈的抖动，严重影响电机的正常使用；而本高速电机采用风冷冷却形式，并且将导风装置设置在不会产生转动的电机壳上，可以使电机内部的气流较为平缓，从而降低电机的噪音和抖动；

4.液体的氟利昂与空气相比，对转子产生的阻力更大，因此本电机采用的风冷冷却形式可以最大限度地降低转子转动过程中受到的阻力，从而提升电机效率；

5.由于需要密封液体状态的氟利昂，因此传统的高速电机需要设置复杂的密封结构避免氟利昂泄漏，则就会对电机零件的加工和装配要求更高，而本高速电机采用风冷形式，可以有效地降低零件加工和装配的难度。

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中记载的一些实施例，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为本发明实施例中基于冷却优化设计的高速电机的结构示意图；

图2为本发明实施例中基于冷却优化设计的高速电机的结构分解图；

图3为本发明实施例中基于冷却优化设计的高速电机的侧面剖视图；

图4为本发明实施例中导风装置的结构示意图；

图5为本发明实施例中过滤网的结构示意图；

图6为本发明实施例中后端盖的结构示意图；

附图标记：定子1、转子2、电机壳3、进风孔31、出风孔32、前端盖33、后端盖34、中间壳体35、轴承座36、卡块37、导风装置4、导风板41、安装套环42、凸筋43、过滤器5、过滤网6、卡口61。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种基于冷却优化设计的高速电机，如图1~6所示，包括：

定子1，用于缠绕铜线、铝线等导电体来形成绕组，并且向外引出多根导线连接多相电源，多相电源通过设置在其内部的绕组后，产生转动的磁场；

转子2，内部设置多个呈特殊排布方式的永磁体，定子1的转动磁场对特殊排布的永磁体产生力的作用，最终带动整个转子2产生转动；

定子1和转子2更加具体的结构和带动原理属于永磁同步电机领域的现有技术，在此不作赘述。

本高速电机还包括有：电机壳3，内部为空腔结构；定子1和转子2均设置在空腔结构中；定子1引出的导线引出至电机壳3外侧；转子2端部也延伸至电机壳3的外侧，用于安装叶片等旋转体；在电机壳3一端侧面还设置有贯通电机壳3侧壁的进风孔31，另一端端面的中心处还设置有贯通电机壳3端面的出风孔32；

导风装置4，固定设置在电机壳3内，且设置在电机壳3内部靠近出风孔32的端部；导风装置4设置有沿转子2周向分布的多个导风板41；每个导风板41的整体垂直于电机壳3的端面，而在导风板41的延伸方向，每个导风板41均沿转子2径向呈弯曲状向外延伸，且弯曲方向与转子2的旋转方向相反，用于将气流向中心进行集中。

具体的，本高速电机的冷却原理如下：高速电机转子的转速远远大于普通的电机，因此在转子2转动的过程中，就会带动转子2两端的气流产生旋转，本电机将导风装置4仅设置在转子2的一端，导风板41会对此端处的转动的气流进行导向，使外侧的气流向中心汇聚，则中心处的气压就会增大，从而通过出风孔32向电机壳3外侧流出，同时外侧的气压会减小，则定子1和转子2之间缝隙内的气体就会向此端进行流动，另一端的气流进入定子1和转子2之间的缝隙内，外界的气体再从进风孔31处补入，最终实现气体的内外流动，定子1和转子2的热量会随着向电机壳3外流出的气体被带走，并且还能不断地有冷风补入对定子1和转子2进行冷却，从而保证电机的持续冷却效果。同时，由于本冷却***中，使气流产生转动的主要动力是靠转子2的带动，因此气流的流速不会过快，从而导风板41对气流的汇聚效果不会太明显，使中心处和外侧的气压差保持在较小的水平，从而使电机壳3内部的气流能够更加平缓地进行流动，有效地避免电机产生噪音或者抖动，保障电机的正常、平稳的运行。

优选的，将导风板41两端的宽度设置成大于导风板41中间段的宽度，并且将导风板的宽度最小处与转子最外缘处对齐，可以进一步地减小电机的噪音或者抖动，其具体原理为：由于旋转的气流是转子2所带动的，转子2上越靠近外侧的部分线速度就越大，因此会将气流带动得更加快，因此越往外侧的气流对导风板41的冲击也就越大，因此需要将导风板41的宽度设置成从中心端向中间端逐渐减小的形状，从而保证导风板41上中心处和中间所受到的气流的冲击整体相近，避免导风板41因受力不均产生抖动。而导风板41的最外侧应该与电机壳3的内壁相贴合，则此时导风板41的最外侧已经到达了定子1的端部，此处的气流容易受到电机壳3内壁的摩擦影响、并且由于定子1没有带动能力，因此此处的气流流速反而会有一定的下降，为了将更多的气体能够向中心汇聚，此处就需要再加宽导风板41，使其能够对更多最外侧的气流进行导向。同时，如果在中心处汇聚的气体过多，导致气体来不及从出风孔32向外流出的情况下，如果导风板41各处的宽度都保持一致，则气压较高的中心部分无法向其他地方释放气压，并且还会有外侧的气体不断地被汇聚到中心，就会导致中心处和外侧产生较大的气压差，影响电机壳3内部气流的稳定；而本设计中的导风板41由于具有宽度较小的中间段，因此中心部分气压较高的气体可以从导风板的中间段扩散，外侧汇聚来的气体也可以从导风板的中间段散开，从而保证中心处和外侧的气压差不会过大，使电机壳3内部的气流保持平缓。

考虑到电机壳3的生产和安装定子1、转子2的便捷性，优选将电机壳3进行分体设计，将其分为前端盖33、后端盖34和中间壳体35；中间壳体35内部为两端贯通的中空结构，定子1可以便捷地从中空结构的开口塞入；前端盖33和后端盖34分别设置在中间壳体35的两端，使用螺钉、螺栓与中间壳体35固定连接，分别用于堵住中空结构两端的开口；进风孔31设置在中间壳体35上，出风孔32设置在后端盖34上。前端盖33和后端盖34上都会设置有轴承座36，用来放置套在转子2上的轴承。

上述结构下，为了方便导风装置4的安装，导风装置4会设置一个安装套环42，所有导风板41的一端端部均与安装套环42连接，通过将安装套环42套设在轴承座36的外侧面上，就可以一次实现对所有导风板41的限位固定，安装套环42可以与轴承座36的外侧面采用过盈配合的方式实现固定，也可以通过在安装套环42侧面设置安装孔、通过螺钉的方式将安装套环42安装在后端盖34上；安装套环42的内侧面上优选设置凸筋43，可以大大增加安装套环42与轴承座36之间连接的紧固程度，并且优选将凸筋43相对于轴承座36的中心轴线倾斜设置，且使凸筋43靠近出风孔32的一端向与转子转向相同的方向进行倾斜，则可以形成与螺旋线相似的结构，在导风板41受到气流的吹动并产生与转子相同方向的转动趋势时，倾斜的凸筋43可以带动安装套环42产生向后端盖34端面移动的趋势，可以使安装套环42在后端盖34上的固定效果更好；此结构下，还可以在轴承座36的外侧面再加工出与凸筋43相配合的滑槽，使凸筋43在滑槽内滑动，避免凸筋43在轴承座36的外侧打滑，保证安装套环42能够产生移动趋势，进一步地减少导风装置4产生抖动的可能。

为了避免外界的杂物进入电机壳3的内部，优选在进风孔31处设置有过滤器5，用于过滤进入电机壳3内部的气流内的杂物，后端盖34与导风装置4之间也优选设置有过滤网6，用于防止杂物从出风孔32处进入电机壳3内。过滤器5可以采用市场上能够买到的过滤装置，通过螺纹安装在进风孔31处即可；过滤网6需要进行单独设计，使过滤网6中心套在轴承座36外侧，并且过滤网6最外侧与后端盖34的内部侧壁相贴，避免过滤网6在使用过程中产生抖动，同时优选在过滤网6的周向边缘设置多个卡口61，并在后端盖34上设置多个卡块37，过滤网6安装后，卡块37与卡口61相卡接，保证过滤网6不会产生转动。

卡块37优选设计成在卡住卡口61后朝导风板41方向延伸，并且抵住导风板41弯曲端上远离弯曲方向的一面，导风板41此端部由于远离安装套环42，因此最容易被气流吹动产生抖动，抖动会传递至电机整体，影响电机地正常工作，而通过卡块37的抵接，能够对弯曲端进行支撑，从而避免导风板41产生抖动。

电机壳3外侧面优选还设置有沿周向分布的多个散热片，散热片沿电机壳3的长度方向进行延伸，不仅能够加强电机壳3的结构强度，同时还能够增大电机壳3的表面积，使定子1和转子2传递到电机壳3上的热量能够快速地散发出去，进一步提升电机的冷却效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。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 (10)

1.一种基于冷却优化设计的高速电机，其特征在于，包括：

定子，多相电源通过设置在其内部的绕组后，可以产生转动磁场；

转子，内部设置多个永磁体，可以在所述定子的转动磁场的带动下产生转动；

电机壳，内部为空腔结构；所述定子和所述转子均设置在所述空腔结构中；所述电机壳一端侧面设置有进风孔，另一端端面的中心处设置有出风孔；

导风装置，固定设置在所述电机壳内，且设置在所述电机壳内部靠近所述出风孔的端部；所述导风装置设置有沿所述转子周向分布的多个导风板；每个所述导风板沿所述转子径向呈弯曲状向外延伸，且弯曲方向与所述转子的旋转方向相反，用于将气流向中心进行集中。

2.根据权利要求1所述的基于冷却优化设计的高速电机，其特征在于，所述导风板两端的宽度大于所述导风板中间段的宽度，且所述导风板的宽度最小处对应设置在所述转子的最外缘处。

3.根据权利要求1所述的基于冷却优化设计的高速电机，其特征在于，电机壳包括前端盖、后端盖和中间壳体；所述中间壳体内部为两端贯通的中空结构；所述前端盖和所述后端盖分别设置在所述中间壳体的两端，分别用于堵住所述中空结构两端的开口；所述进风孔设置在中间壳体上，所述出风孔设置在所述后端盖上。

4.根据权利要求3所述的基于冷却优化设计的高速电机，其特征在于，所述后端盖上设置轴承座；所述导风装置还设置安装套环，所述安装套环套设在所述轴承座的外侧面上；所有导风板的一端端部均与安装套环连接。

5.根据权利要求4所述的基于冷却优化设计的高速电机，其特征在于，所述安装套环的内侧面设置凸筋，所述凸筋与所述轴承座外侧过盈配合。

6.根据权利要求5所述的基于冷却优化设计的高速电机，其特征在于，所述凸筋相对于所述轴承座的中心轴线倾斜设置，且使所述凸筋靠近所述出风孔的一端向与转子转向相同的方向进行倾斜。

7.根据权利要求4所述的基于冷却优化设计的高速电机，其特征在于，所述进风孔处设置有过滤器，所述后端盖与所述导风装置之间设置有过滤网。

8.根据权利要求7所述的基于冷却优化设计的高速电机，其特征在于，所述过滤网的周向边缘设置多个卡口；所述后端盖上设置多个卡块，所述卡块与所述卡口相卡接。

9.根据权利要求8所述的基于冷却优化设计的高速电机，其特征在于，所述卡块抵住所述导风板弯曲端上远离弯曲方向的一面。

10.根据权利要求1所述的基于冷却优化设计的高速电机，其特征在于，所述电机壳外侧面设置有沿周向分布的多个散热片。

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