CN204089477U - 轴和定子双冷却电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轴和定子双冷却电机，定子铁心固定安装在主轴上，外转子的若干个永磁体在转子壳体的内表面上纵横对齐排列，外转子的两端进风端和出风端分别固定连接有各自的固定盘，进风端的固定盘上设有进风风道，定子外侧面与转子内侧面之间留有构成外散热风道的环形缝隙，定子铁心内设有构成内散热风道的轴向通孔，主轴设有构成主轴散热风道的主轴轴孔，主轴轴孔的进风端封堵，主轴轴孔的出风端内设有引风机。本实用新型有利于消除高次谐波，并通过定子外侧、定子内和主轴内设置的多个散热风道进行强制风冷，有利于控制电机温升，提高电机转矩密度和扭矩输出，特别适用于低速大扭矩电机。

Description

轴和定子双冷却电机

技术领域

本实用新型涉及一种定子铁心和主轴上均设置强制冷却结构的电机，特别适应于低速外转子大扭矩永磁同步电机以及基于这种电机的无齿轮起重机起升机构。

背景技术

永磁同步电动机以其效率高、功率密度大等优点得到广泛应用，在此基础上发展起来一种转子在外、定子铁心在内的永磁同步电机，即外转子永磁同步电机，相比于同体积的传统的内转子永磁同步电机，其定子铁心直径较小，定子铁心绕组端部接线较短，节省铜线，其转子直径较大，因此转动力臂较大，非常适合应用于输出大扭矩的场合，如起重机、电动车等的电动部分。

但同时也伴随出现新的问题：定子铁心自身的铁损和定子铁心上定子绕组的铜损会产生大量的热，这些热是否能够及时排出电机是影响电机温升的关键之一。现有技术下电机内部没有专门的冷却路径，而且为了保持电机内部的清洁，特别是避免定子铁心和转子间气隙被灰尘等杂质污染，通常电机两端设有端盖（固定盘）或采用其他形式的封闭式结构，因此电机的散热特别是定子铁心的散热比较困难，非常容易导致电机温升，从而制约电机转矩密度的提高，特别是对于低速大扭矩的外转子永磁同步电机，由于产热量大，散热问题就显得尤为重要。

目前永磁同步电机的散热方式基本都采用表面自然冷却或冷却液冷却，其中表面自然冷却方式一般为增大电机的散热表面积，并在定子铁心外部套上热阻小、散热效果好的铝制外壳，外壳表面设置散热片，靠电机外壳表面的热辐射和空气自然流动获得冷却，不加装其他专门的冷却装置，这种散热方式对于内转子电机较为有效，但对于外转子电机，由于铁心、绕组、间隙、外壳等构成的径向散热通道过长，热阻较大，散热效果不够理想，特别是对于低速大扭矩电机而言，无法取得满意的散热效果，成为制约这种电机应用的一个重要因素。

发明内容

为了解决现有技术下的上述问题，本实用新型提供了一种轴和定子双冷却电机，采用这种电机可以通过强制通风的方式直接对定子铁心和主轴进行风冷，有利于控制电机温升，提高电机转矩密度和扭矩输出。

本实用新型的技术方案是：一种轴和定子双冷却电机，包括定子和转子，所述定子由定子铁心和设置在定子铁心上的绕组构成，所述定子铁心固定安装在主轴上，所述转子为外转子，包括筒状的转子壳体和位于所述转子壳体内的永磁体，所述永磁体的数量为若干个，固定联结在所述转子壳体的内表面上，所述若干个永磁体在所述转子壳体的内表面上纵横对齐排列，纵向直线排列的永磁体数量为若干个，横向（轴向，沿圆周的方向）环形排列的永磁体数量也为若干个，所述外转子的进风端和出风端分别固定连接有各自的固定盘，所述各端的固定盘分别通过各自的转子轴承与所述主轴旋转连接，所述进风端的固定盘上设有进风风道，所述定子的进风端和出风端与各对应端的固定盘之间分别留有构成进风端匀压气隙带和出风端匀压气隙带的间隙，所述进风端匀压气隙带与所述进风风道连通，所述定子外侧面与所述转子内侧面之间留有构成外散热风道的环形缝隙，所述外散热风道的进风端与出风端分别与各相应端的匀压气隙带连通，所述主轴设有构成主轴散热风道的主轴轴孔，所述主轴轴孔两端的侧壁上分别设有进风端主轴侧孔和出风端主轴侧孔，所述进风端主轴侧孔的一端连通所述进风端的主轴轴孔，另一端连通所述进风端的匀压气隙带，所述出风端主轴侧孔的一端连通所述出风端的主轴轴孔，另一端连通所述出风端的匀压气隙带，所述主轴轴孔的进风端封堵，所述出风端的主轴轴孔内设有引风机或者所述出风端的主轴轴孔连接有引风机。

本实用新型的有益效果为：由于将转子的永磁体纵横对齐联结在转子壳体的内表面，每个永磁体的长度小，有利于消除与抑制高次谐波，优化电磁特性，减小涡流损耗和发热量；由于设置位于定子表面（定子和转子之间）的外散热风道和位于主轴内的主轴散热风道，可以通过引风机进行强制风冷，由此极大地改善了散热效果，极大地提高了散热能力，有效地避免了温升过高对电机产生的负面影响，使电机的适应性更强，适应的扭矩输出更高，应用领域更宽，更能在恶劣环境下工作；由于各散热风道的两端设置了共用的匀压气隙带，不仅实现了各风道之间的连通，而且通过在这些匀压气隙带中的匀压作用，有利于各散热风道及同一散热风道的各处之间气流的均衡，改善散热效果；由于相应的散热风道设置在电机内部，不占用电机外空间，具有体积小、隐蔽性强、节能、环保、传动灵活稳定等优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的断面结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型公开了一种轴和定子双冷却电机，包括定子和转子1，所述定子由定子铁心2和设置在定子铁心上的绕组3构成，所述定子铁心固定安装在主轴4上，所述转子为外转子，包括筒状的转子壳体和位于所述转子壳体内的永磁体，所述永磁体的数量为若干个，固定联结在所述转子壳体的内表面上，所述若干个永磁体在所述转子壳体的内表面上纵横对齐排列，纵向直线排列的永磁体数量为若干个，横向环形排列的永磁体数量也为若干个，所述外转子的进风端和出风端分别固定连接有各自的固定盘5，所述各端的固定盘分别通过各自的转子轴承6与所述主轴旋转连接，所述进风端的固定盘上设有进风风道7，所述定子的进风端和出风端与各对应端的固定盘之间分别留有构成进风端匀压气隙带和出风端匀压气隙带的间隙，所述进风端匀压气隙带与所述进风风道连通，所述定子外侧面与所述转子内侧面之间留有构成外散热风道8的环形缝隙，所述外散热风道的进风端与出风端分别与各相应端的匀压气隙带连通，所述主轴设有构成主轴散热风道9的主轴轴孔，所述主轴轴孔两端的侧壁上分别设有进风端主轴侧孔10和出风端主轴侧孔11，所述进风端主轴侧孔的一端连通所述进风端的主轴轴孔，另一端连通所述进风端的匀压气隙带，所述出风端主轴侧孔的一端连通所述出风端的主轴轴孔，另一端连通所述出风端的匀压气隙带，所述主轴轴孔的进风端通过堵板12封堵，所述出风端的主轴轴孔内设有引风机13或者所述出风端的主轴轴孔连接有引风机。引风机启动后，外部冷空气从进风端固定盘上的进风风道进入该端的匀压气隙带，一部分经过外散热风道后进入出风端的匀压气隙带，然后通过相应端的主轴侧孔进入主轴轴孔，另一部分经过进风端的主轴侧孔进入该端的主轴轴孔，沿主轴轴孔流入出风端，两部分空气流在出风端主轴轴孔内汇合，经引风机送出主轴，由此形成对定子外表面和主轴内部的强制风冷，由此实现高效强制散热的目的。另外，上述外散热风道、匀压气隙带和主轴轴孔均可以是现有电机下的相应间隙或中空的主轴轴孔，有利于简化结构。

优选地，所述定子铁心内设有构成内散热风道14的轴向(平行于主轴轴线的方向)通孔，所述内散热风道的进风端和出风端分别与相应端的匀压气隙带连通，由此增加了对定子内部的强制风冷，进一步大幅度地提高了冷却效果。

通常，所述定子铁心由若干相同结构的沿轴向叠置的定子冲片组成，在此情况下，优选地，所述定子冲片上冲制有若干散热风道孔，所述内散热风道由所述各定子冲片上的相应散热风道孔构成，由此可以在基本上不增加加工工艺或工艺难度的情况下，形成所需的内散热风道。

优选地，所述定子冲片上的若干散热风道孔沿同一圆周均匀分布，由此可以均衡各处的散热效果。当需要设置多层散热风道孔时，所述定子冲片上的若干散热风道孔可以沿多个圆周分布，各圆周的若干散热风道孔均匀分布。

优选地，所述定子冲片上分布于同一圆周上的若干散热风道孔的形状和大小相同，均为以所述定子冲片的中心为圆心的弧形长条孔，由此可以保证定子铁心强度的情况下有效地提高风道的散热面积。

优选地，所述定子冲片上的散热风道孔距该定子冲片内边缘（位于中央的主轴安装孔的边缘）的距离小于距该定子冲片外边缘的距离，由此在综合外散热风道和内散热风道作用的情况下，提高总体散热效率和散热能力。

优选地，所述进风风道为轴向穿透所述进风端固定盘的通孔，以简化结构，降低风阻和提高效率，所述通孔优选圆孔，以进一步简化加工工艺。

优选地，所述进风风道的数量为多个，以实现均衡进风，优化气流组织。

优选地，所述多个进风风道沿一个圆周或多个圆周分布，所述同一个圆周上分布的多个进风风道均布。当进风风道的数量较少时，可以沿一个圆周分布即可，有利于简化结构，当固定盘面积（主要是转子端面积）较大时，可以增加进风风道的数量并分布在多个圆周上，以便使进风更加均匀，并有利于减小风阻。

优选地，所述进风端的主轴侧孔通流截面积小于所述出风端的主轴侧孔的通流截面积，由此可以平衡经外散热风道和内散热风道的空气流与经主轴散热风道的空气流之间的风阻，调节各相应风道的流量，改善散热效果。

通常，所述进风端的主轴侧孔可以为一个或多个，所述出风端的主轴侧孔的数量也可以为一个或多个，以根据实际需求综合考虑结构简化和气流均衡及降低风阻的要求。

优选地，所述进风端的多个主轴侧孔分布在进风端主轴的一个或多个横截面的环形侧壁上，分布在所述主轴同一横截面的环形侧壁上的多个主轴侧孔在该横截面的环形侧壁上均匀分布，以优化气流，减小风阻，方便加工。

通常，所述主轴轴孔和各主轴侧孔优选为圆孔，以便于加工。

本实用新型特别适应于低速大扭矩外转子永磁电机以及基于这种电机的无齿轮传动的起重机起升机构，所述起重机起升机构以外转子作为起重机起升机构的外筒，省略了现有传统起重机起升机构的齿轮减速装置，不仅简化了结构，减小了体积，而且还提高了效率和可靠性。

为表述上简便起见，本实用新型以电机泛指通常意义下的电机以及起重机起升机构等电动设备中涉及电动的部分。

Claims (10)

1.一种轴和定子双冷却电机，包括定子和转子，所述定子由定子铁心和设置在定子铁心上的绕组构成，所述定子铁心固定安装在主轴上，所述转子为外转子，包括筒状的转子壳体和位于所述转子壳体内的永磁体，所述永磁体的数量为若干个，固定联结在所述转子壳体的内表面上，所述若干个永磁体在所述转子壳体的内表面上纵横对齐排列，纵向直线排列的永磁体数量为若干个，横向环形排列的永磁体数量也为若干个，所述外转子的进风端和出风端分别固定连接有各自的固定盘，所述各端的固定盘分别通过各自的转子轴承与所述主轴旋转连接，其特征在于所述进风端的固定盘上设有进风风道，所述定子的进风端和出风端与各对应端的固定盘之间分别留有构成进风端匀压气隙带和出风端匀压气隙带的间隙，所述进风端匀压气隙带与所述进风风道连通，所述定子外侧面与所述转子内侧面之间留有构成外散热风道的环形缝隙，所述外散热风道的进风端与出风端分别与各相应端的匀压气隙带连通，所述主轴设有构成主轴散热风道的主轴轴孔，所述主轴轴孔两端的侧壁上分别设有进风端主轴侧孔和出风端主轴侧孔，所述进风端主轴侧孔的一端连通所述进风端的主轴轴孔，另一端连通所述进风端的匀压气隙带，所述出风端主轴侧孔的一端连通所述出风端的主轴轴孔，另一端连通所述出风端的匀压气隙带，所述主轴轴孔的进风端封堵，所述出风端的主轴轴孔内设有引风机或者所述出风端的主轴轴孔连接有引风机。

2.如权利要求1所述的轴和定子双冷却电机，其特征在于所述定子铁心内设有构成内散热风道的轴向通孔，所述内散热风道的进风端和出风端分别与相应端的匀压气隙带连通。

3.如权利要求2所述的轴和定子双冷却电机，其特征在于所述定子铁心由若干相同结构的沿轴向叠置的定子冲片组成，所述定子冲片上冲制有若干散热风道孔，所述内散热风道由所述各定子冲片上的相应散热风道孔构成。

4.如权利要求3所述的轴和定子双冷却电机，其特征在于所述定子冲片上的若干散热风道孔沿一个圆周均匀分布，或者所述定子冲片上的若干散热风道孔沿多个圆周分布，分布在同一圆周上的若干散热风道孔在该圆周上均匀分布。

5.如权利要求4所述的轴和定子双冷却电机，其特征在于所述定子冲片上分布于同一圆周上的若干散热风道孔的形状和大小相同，均为以所述定子冲片的中心为圆心的弧形长条孔。

6.如权利要求5所述的轴和定子双冷却电机，其特征在于所述定子冲片上的散热风道孔距该定子冲片内边缘的距离小于距该定子冲片外边缘的距离。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的轴和定子双冷却电机，其特征在于所述进风风道为轴向穿透所述进风端固定盘的通孔。

8.如权利要求7所述的轴和定子双冷却电机，其特征在于所述进风风道的数量为多个。

9.如权利要求8所述的轴和定子双冷却电机，其特征在于所述多个进风风道沿一个圆周或多个圆周分布，所述同一个圆周上分布的多个进风风道均布。

10.如权利要求9所述的轴和定子双冷却电机，其特征在于所述进风端的主轴侧孔通流截面积小于所述出风端的主轴侧孔的通流截面积，所述进风端的主轴侧孔和所述出风端的主轴侧孔的数量分别为一个或多个。