CN117458786A - 一种电机冷却***及永磁直驱牵引电机 - Google Patents

一种电机冷却***及永磁直驱牵引电机 Download PDF

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黄鹏程
郑国丽
刘苛扬
杨杰
王冬梅
丁禄振
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Abstract

本发明公开了一种电机冷却***及永磁直驱牵引电机,涉及电机冷却技术领域。电机冷却***,包括转轴、转子组件、定子组件、壳体以及端盖,端盖包括分设于转子组件的轴向的两端的第一端盖和第二端盖;第一端盖与转子组件之间形成第一腔室,第二端盖与转子组件之间形成第二腔室,转子组件设置有冷却风路,且冷却风路的一端与第一腔室连通,另一端与第二腔室连通;第一端盖设置有用于与第一腔室连通的进风路,第二端盖设置有用于与第二腔室连通的出风路;气体依次流经进风路、第一腔室、冷却风路、第二腔室,并由出风路流出。本发明中采用风冷的冷却方式,可适用于低速、高转矩永磁直驱牵引电机的转子组件的冷却降温。

Description

一种电机冷却***及永磁直驱牵引电机
技术领域
本发明涉及电机冷却技术领域,更具体地说,涉及一种电机冷却***。此外,本发明还涉及一种包括上述电机冷却***的永磁直驱牵引电机。
背景技术
牵引电机作为重载货运机车核心动力部件,采用高效永磁直驱牵引电机的驱动结构,能消除齿轮传递效率损耗,提高机车总效率。
低速、高转矩永磁直驱牵引电机定子铜耗占比远高于齿轮传动牵引电机,在机车、车辆冷却***散热能力限制的情况下,牵引电机定子绕组温度高,转子磁钢在牵引电机转速较低的情况下,热量很难通过内部空气与高温定子或机壳进行热交换,转子冷却散热困难。
另外,如若使用液冷的冷却方式,对轴承润滑及其密封结构具有极高的技术要求,现有的低速、高转矩永磁直驱牵引电机的轴承润滑及密封不满足要求,均不能对转子进行液冷,现有的混合冷却以及牵引电机既有的冷却方式均无法实现对低速、高转矩永磁直驱牵引电机的冷却需求。
综上所述,如何提供一种适用于低速、高转矩永磁直驱牵引电机的电机冷却***,是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种电机冷却***,可通过风冷对转子组件进行冷却降温,降低了对轴承的密封结构的要求,可适用于低速、高转矩永磁直驱牵引电机。
本发明的另一目的是提供一种包括上述电机冷却***的永磁直驱牵引电机。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种电机冷却***,包括转轴、转子组件、定子组件、壳体以及端盖,所述转子组件套设于所述转轴并位于所述定子组件的内侧,所述定子组件安装于所述壳体的内侧,所述端盖包括分设于所述转子组件的轴向的两端的第一端盖和第二端盖;
所述第一端盖与所述转子组件之间形成第一腔室,所述第二端盖与所述转子组件之间形成第二腔室,所述转子组件设置有冷却风路,且所述冷却风路的一端与所述第一腔室连通,另一端与所述第二腔室连通;所述第一端盖设置有用于与所述第一腔室连通的进风路,所述第二端盖设置有用于与所述第二腔室连通的出风路;
气体依次流经所述进风路、所述第一腔室、所述冷却风路、所述第二腔室,并由所述出风路流出,实现对所述转子组件的风冷散热。
可选地,所述转子组件包括转子铁芯以及埋设于所述转子铁芯并沿转子铁芯的轴向延伸的磁钢,所述冷却风路设置于所述转子铁芯。
可选地,所述冷却风路包括多个柱状通孔,多个所述柱状通孔沿所述转子铁芯的周向均匀分布,且所述柱状通孔在所述转子铁芯的周向贯穿所述转子铁芯。
可选地,所述进风路设置于所述第一端盖的偏上部位置,所述出风路设置于所述第二端盖的偏下部位置。
可选地,所述进风路包括多个与所述第一腔室连通的第一通道;
所述出风路包括多个与所述第二腔室连通的第二通道。
可选地,相邻所述第一通道之间的间隔设置;
相邻所述第二通道之间的间隔设置。
可选地,所述壳体设置有水道、与所述水道连通的进水口以及与所述水道连通的出水口;所述水道沿所述壳体的轴向延伸。
可选地,所述壳体包括外水套和内水套,所述外水套套设于所述内水套的外部,所述外水套与所述内水套之间的腔室形成所述水道;所述进水口和所述出水口均设置于所述外水套。
可选地,所述第一端盖设置有第一延伸部和第二延伸部,所述第一延伸部设置于所述第一端盖中朝向所述转子组件的一侧并沿所述转轴的轴向向靠近所述转子组件的方向延伸,所述第二延伸部设置于所述第一端盖的内侧面并沿所述转轴的径向向靠近所述转轴的方向延伸;所述第一延伸部、所述第二延伸部、所述转轴、所述转子组件围设形成所述第一腔室;
所述第二端盖设置有第三延伸部和第四延伸部,所述第三延伸部设置于所述第二端盖中朝向所述转子组件的一侧并沿所述转轴的轴向向靠近所述转子组件的方向延伸,所述第四延伸部设置于所述第二端盖的内侧面并沿所述转轴的径向向靠近所述转轴的方向延伸;所述第三延伸部、所述第四延伸部、所述转轴、所述转子组件围设形成所述第二腔室。
一种永磁直驱牵引电机,包括上述任一项所述的电机冷却***。
在使用本发明提供的电机冷却***时,气体由第一端盖的进风路吹入,经第一腔室进入冷却风路,流经冷却风路后进入第二腔室,并由第二端盖的出风路吹出,在气体流经冷却风路的过程中,气体与转子组件进行热交换,吸收转子组件的热量,实现转子组件的冷却降温。
由于本发明中采用风冷的冷却方式,因此,可降低对轴承的密封结构的要求,可适用于低速、高转矩永磁直驱牵引电机的转子组件的冷却降温。
此外,本发明还提供了一种包括上述电机冷却***的永磁直驱牵引电机。
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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的永磁直驱牵引电机的具体实施例的剖面示意图;
图2为本发明所提供的永磁直驱牵引电机另一方向的剖面示意图;
图3为第一通道的设置位置示意图;
图4为第二通道的设置位置示意图。
图1-图4中:
1为定子组件、11为定子铁芯、12为定子绕组、2为转子组件、21为转轴、22为转子铁芯、23为磁钢、3为壳体、31为法兰、4水道、41为外水套、42为内水套、43为进水口、44为出水口、51为第一端盖、52为第二端盖、61为进风路、611为第一通道、612为进风口、62为出风路、621为第二通道、63为冷却风路、71为第一腔室、72为第二腔室、81为传动端轴承、82为非传动端轴承。
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。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种电机冷却***,可通过风冷对转子组件进行冷却降温,降低了对轴承的密封结构的要求,可适用于低速、高转矩永磁直驱牵引电机。
本发明的另一核心是提供一种包括上述电机冷却***的永磁直驱牵引电机。
请参考图1至图4。
本具体实施例公开了一种电机冷却***,包括转轴21、转子组件2、定子组件1、壳体3以及端盖,转子组件2套设于转轴21并位于定子组件1的内侧,定子组件1安装于壳体3的内侧,端盖包括分设于转子组件2的轴向的两端的第一端盖51和第二端盖52;第一端盖51与转子组件2之间形成第一腔室71,第二端盖52与转子组件2之间形成第二腔室72,转子组件2设置有冷却风路63,且冷却风路63的一端与第一腔室71连通,另一端与第二腔室72连通;第一端盖51设置有用于与第一腔室71连通的进风路61,第二端盖52设置有用于与第二腔室72连通的出风路62;气体依次流经进风路61、第一腔室71、冷却风路63、第二腔室72,并由出风路62流出,实现对转子组件2的风冷散热。
需要进行说明的是,本具体实施例中的第一腔室71和第二腔室72并不是完全封闭的腔室,而是相对封闭的腔室,对第一端盖51与转子组件2之间、第二端盖52与转子组件2之间的密封性要求不高,在实际使用的过程中,气体进入进风路61之后,在气压的作用下,会进入第一腔室71,第一腔室71内的气压不断增减,会使至少部分气体进入与第一腔室71连通的冷却风路63;气体在气压的作用下,由冷却风路63流出至第二腔室72,第二腔室72内的气压不断增加,使气体由出风路62流出。
在使用本具体实施例提供的电机冷却***时,气体由第一端盖51的进风路61吹入,经第一腔室71进入冷却风路63,流经冷却风路63后进入第二腔室72,并由第二端盖52的出风路62吹出,在气体流经冷却风路63的过程中,气体与转子组件2进行热交换,吸收转子组件2的热量,实现转子组件2的冷却降温。
由于本具体实施例中采用风冷的冷却方式,因此,可降低对轴承的密封结构的要求,而低速、高转矩永磁直驱牵引电机的轴承的密封性不高,因此本具体实施例中的电机冷却***可适用于低速、高转矩永磁直驱牵引电机的转子组件2的冷却降温。
在一具体实施例中,转子组件2包括转子铁芯22以及埋设于转子铁芯22并沿转子铁芯22的轴向延伸的磁钢23,冷却风路63设置于转子铁芯22。
需要进行说明的是,冷却风路63可以是没有折弯的风路,也可以是具有折弯但是折弯不影响气体流动的风路,具体根据实际情况确定。
具体的,可以冷却风路63包括多个柱状通孔,多个柱状通孔沿转子铁芯22的周向均匀分布,且柱状通孔在转子铁芯22的周向贯穿转子铁芯22。
进一步,如图2所示,可以将冷却风路63设置为沿转轴21的轴向延伸的圆柱状通孔,多个冷却风路63沿转子铁芯22的周向均匀分布。当然,冷却风路63还可以设置为其它形状的风路,具体根据实际情况确定,在此不做赘述。
本具体实施例中多个柱状通孔沿转子铁芯22的周向均匀分布,可以使转子组件2的各个部位均匀冷却。
在一具体实施例中,如图3所示,进风路61设置于第一端盖51的偏上部位置,进风路61偶进风口612,如图4所示,出风路62设置于第二端盖52的偏下部位置。
本具体实施例中提到的第一端盖51的偏上部位置是指第一端盖51中间位置偏上的位置,第二端盖52的偏下部位置是指第二端盖52中间位置偏下的位置。
具体的,可以使进风路61包括多个与第一腔室71连通的第一通道611,出风路62包括多个与第二腔室72连通的第二通道621。
具体的,可以将第一通道611、第二通道621设置为扇形通道,也可以为矩形、方形、柱状等形状的通道,具体根据实际情况确定。
进一步,可以使相邻第一通道611之间间隔设置;进一步可以使相邻第一通道611之间的间隔角度相同,当然,相邻第一通道611之间的间隔角度也可以不同,具体根据实际情况确定;相邻第二通道621之间间隔设置;进一步可以使相邻第二通道621之间的间隔角度相同,当然,相邻第二通道621之间的间隔角度也可以不同,具体根据实际情况确定。
需要进行说明的是,本具体实施例中进风路61在第一端盖51的圆周方向所占角度小于或等于180度,具体可根据实际情况确定。出风路62在第二端盖52的圆周方向所占角度小于或等于180度,具体可根据实际情况确定。
本具体实施例中将进风路61设置于第一端盖51的偏上部位置,与机车、车辆的冷却***连接,可方便气体进入进风路61;将出风路62设置于第二端盖52的偏下部位置,可避免空气中的杂质进入电机内部。
此外,还可以在进风路61的进风口612和出风路62的出风口均设置过滤网,以避免杂质进入电机内部。
在一具体实施例中,如图1所示,壳体3设置有水道4、与水道4连通的进水口43以及与水道4连通的出水口44;水道4沿壳体3的轴向延伸。
具体的,定子组件1插装于壳体3内侧,定子组件1包括定子铁芯11和定子绕组12,壳体3包括外水套41、内水套42、以及两个法兰31,如图2所示,外水套41套设于内水套42的外部,外水套41与内水套42之间的腔室形成水道4;进水口43和出水口44均设置于外水套41。
实际设置时,可以如图2所示,内水套42沿圆周方向全部包裹定子铁芯11,外水套41沿圆周方向部分与内水套42形成腔体,构成水道4,水道4分布于部分周向,以避让其它零部件的安装;当然,也可以使外水套41沿圆周方向与内水套42形成腔体,构成水道4,水道4分布于整个周向,具体根据实际情况确定。
在一具体实施例中,如图1所示,转轴21的一端设置有传动端轴承81,另一端设置有非传动端轴承82,且传动端轴承81位于第二端盖52的外侧,非传动端轴承82位于第一端盖51的外侧;第一端盖51设置有第一延伸部和第二延伸部,第一延伸部设置于第一端盖51中朝向转子组件2的一侧并沿转轴21的轴向向靠近转子组件2的方向延伸,直至第一延伸部接触转子组件2,或直至第一延伸部与转子组件2之间具有不影响转子组件2转动的狭小间隙;第二延伸部设置于第一端盖51的内侧面并沿转轴21的径向向靠近转轴21的方向延伸,直至第二延伸部接触转轴21,或直至第二延伸部与转轴21之间具有不影响转轴21转动的狭小间隙;第一延伸部、第二延伸部、转轴21、转子组件2围设形成第一腔室71;
第二端盖52设置有第三延伸部和第四延伸部,第三延伸部设置于第二端盖52中朝向所述转子组件2的一侧并沿转轴21的轴向向靠近转子组件2的方向延伸,直至第三延伸部接触转子组件2,或直至第三延伸部与转子组件2之间具有不影响转子组件2转动的狭小间隙;第四延伸部设置于第二端盖52的内侧面并沿转轴21的径向向靠近转轴21的方向延伸,直至第四延伸部接触转轴21,或直至第四延伸部与转轴21之间具有不影响转轴21转动的狭小间隙;第三延伸部、第四延伸部、转轴21、转子组件2围设形成第二腔室72。
本具体实施例中通过设置第一延伸部和第二延伸部使第一腔室71的密封性能提高,通过设置第三延伸部和第四延伸部使第二腔室72的密封性能提高,虽然第一腔室71与第二腔室72不能做到严格密封,但是相对密封效果提升之后,可以使气体尽可能多的进入冷却风路63,由冷却风路63流出的气体也可以更好的集中排出。
除了上述电机冷却***,本发明还提供一种包括上述实施例公开的电机冷却***的永磁直驱牵引电机,该永磁直驱牵引电机的其他各部分的结构请参考现有技术,本文不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内,在此不做赘述。
以上对本发明所提供的电机冷却***及永磁直驱牵引电机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电机冷却***,其特征在于,包括转轴(21)、转子组件(2)、定子组件(1)、壳体(3)以及端盖,所述转子组件(2)套设于所述转轴(21)并位于所述定子组件(1)的内侧,所述定子组件(1)安装于所述壳体(3)的内侧,所述端盖包括分设于所述转子组件(2)的轴向的两端的第一端盖(51)和第二端盖(52);
所述第一端盖(51)与所述转子组件(2)之间形成第一腔室(71),所述第二端盖(52)与所述转子组件(2)之间形成第二腔室(72),所述转子组件(2)设置有冷却风路(63),且所述冷却风路(63)的一端与所述第一腔室(71)连通,另一端与所述第二腔室(72)连通;所述第一端盖(51)设置有用于与所述第一腔室(71)连通的进风路(61),所述第二端盖(52)设置有用于与所述第二腔室(72)连通的出风路(62);
气体依次流经所述进风路(61)、所述第一腔室(71)、所述冷却风路(63)、所述第二腔室(72),并由所述出风路(62)流出,实现对所述转子组件(2)的风冷散热。
2.根据权利要求1所述的电机冷却***,其特征在于,所述转子组件(2)包括转子铁芯(22)以及埋设于所述转子铁芯(22)并沿转子铁芯(22)的轴向延伸的磁钢(23),所述冷却风路(63)设置于所述转子铁芯(22)。
3.根据权利要求2所述的电机冷却***,其特征在于,所述冷却风路(63)包括多个柱状通孔,多个所述柱状通孔沿所述转子铁芯(22)的周向均匀分布,且所述柱状通孔在所述转子铁芯(22)的周向贯穿所述转子铁芯(22)。
4.根据权利要求1所述的电机冷却***,其特征在于,所述进风路(61)设置于所述第一端盖(51)的偏上部位置,所述出风路(62)设置于所述第二端盖(52)的偏下部位置。
5.根据权利要求2所述的电机冷却***,其特征在于,所述进风路(61)包括多个与所述第一腔室(71)连通的第一通道(611);
所述出风路(62)包括多个与所述第二腔室(72)连通的第二通道(621)。
6.根据权利要求3所述的电机冷却***,其特征在于,相邻所述第一通道(611)之间的间隔设置;
相邻所述第二通道(621)之间的间隔设置。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电机冷却***,其特征在于,所述壳体(3)设置有水道(4)、与所述水道(4)连通的进水口(43)以及与所述水道(4)连通的出水口(44);所述水道(4)沿所述壳体(3)的轴向延伸。
8.根据权利要求7所述的电机冷却***,其特征在于,所述壳体(3)包括外水套(41)和内水套(42),所述外水套(41)套设于所述内水套(42)的外部,所述外水套(41)与所述内水套(42)之间的腔室形成所述水道(4);所述进水口(43)和所述出水口(44)均设置于所述外水套(41)。
9.根据权利要求1-6任一项所述的电机冷却***,其特征在于,所述第一端盖(51)设置有第一延伸部和第二延伸部,所述第一延伸部设置于所述第一端盖(51)中朝向所述转子组件(2)的一侧并沿所述转轴(21)的轴向向靠近所述转子组件(2)的方向延伸,所述第二延伸部设置于所述第一端盖(51)的内侧面并沿所述转轴(21)的径向向靠近所述转轴(21)的方向延伸;所述第一延伸部、所述第二延伸部、所述转轴(21)、所述转子组件(2)围设形成所述第一腔室(71);
所述第二端盖(52)设置有第三延伸部和第四延伸部,所述第三延伸部设置于所述第二端盖(52)中朝向所述转子组件(2)的一侧并沿所述转轴(21)的轴向向靠近所述转子组件(2)的方向延伸,所述第四延伸部设置于所述第二端盖(52)的内侧面并沿所述转轴(21)的径向向靠近所述转轴(21)的方向延伸;所述第三延伸部、所述第四延伸部、所述转轴(21)、所述转子组件(2)围设形成所述第二腔室(72)。
10.一种永磁直驱牵引电机,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的电机冷却***。
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