CN101645629A - 一种外转子永磁同步电机的自通风冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种外转子永磁同步电机的自通风冷却装置，前，后端盖分别装在电机外转子铁心两端，两端盖内均设有风扇轮；风扇轮具有一轮毂和多片叶片，轮毂套在电机轴上；前端盖的圆周与叶片具有间隙，前端盖的端面开有环状进风口；后端盖的圆周与叶片相接，后端盖圆周上相邻叶片间形成排风口；定子铁心内开有多个定子铁心通风道，外转子铁心内侧壁的转子齿突出于永磁体，相邻转子齿之间形成外转子通风道。本发明通过前端盖离心风扇吸入冷空气，经由通风道，对电机进行直接风冷，最后通过后端盖离心风扇将带有电机内部热量的空气排出电机体外。本发明能够保持冷却空气在电机内部的顺利流动，具有良好的风冷效果，保证永磁电机的持续工作可靠性。

Description

一种外转子永磁同步电机的自通风冷却装置
技术领域
本发明涉及电机冷却技术领域，具体涉及一种外转子永磁电动机的自通风冷却装置。
背景技术
永磁同步电机是一种新型直驱式力矩伺服电机，因其输出转矩大、转速低、结构紧凑、高效节能等优点，特别适合于低速驱动场合，在冶金机械、电动交通工具、数控机床装备等众多领域得到广泛的应用。对永磁电机而言，电机的整体性能很大程度上取决于永磁体，而电机发热对永磁体性能的稳定性势必产生不利的影响，因此采用合理的冷却方式来控制电机温升非常必要。
永磁电机转矩密度高，发热比较严重。目前用于该类电机的永磁材料主要是钕铁硼，其温度稳定性有一定的局限性。在电机温度达到或超过稳定工作温度时，容易产生永磁体热退磁和绝缘严重老化的现象，导致电机性能和使用寿命降低。
由于小型化设计的要求，永磁电机一般采用自然冷却，依靠机体内的空气流通带走热量，冷却效果差。为了提高冷却效率，研究者们把电励磁电机中常用的冷却方式应用到永磁电机中，例如在电机转轴上安装风扇进行自通风冷却。中国实用新型专利200720040649.1公开了一种永磁发电机的冷却风扇结构，在发电机转子上安装风叶环与压圈，风叶环、压圈与转子铁心连接成一体，在转子铁心内安装永磁体，风叶环上风叶片与装有永磁体的转子铁心分别设在风叶环底板的两面，安装发电机的发动机飞轮壳径向外圆面上开有排风口，与发电机转子的通风孔形成一个冷却风道。
上述冷却结构可从转子通风孔吸入冷空气对电机转子铁心和定子线圈进行直接风冷，同时将传导至转子的热量带走，具有良好的风冷效果。但是这种结构并不适用于外转子永磁电机，这是由结构的特殊性决定的：一方面转子外置，电机轴固定不动，无法在轴上安装风扇；另一方面定子内置造成定子散热困难，对整体散热要求更高。可见，基于传统通风冷却结构的设计无法满足外转子永磁同步电机的散热要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提出一种外转子永磁同步电机的自通风冷却装置，通过外转子带动离心风扇式端盖旋转，产生冷却风来强制对电机进行冷却，提高电机定子铁心和端部绕组的冷却效果。
一种外转子永磁同步电机的自通风冷却装置，包括前端盖、后端盖、定子铁心通风道和转子铁心通风道；
前，后端盖分别装在电机外转子铁心两端，两端盖内均设有风扇轮；风扇轮具有一轮毂，以及至少四片径向朝外延伸排列在该轮毂周缘上的叶片，轮毂套在电机轴上；前端盖的圆周与内部风扇轮的叶片具有间隙，前端盖的端面靠近风扇轮处开有环状进风口；后端盖的圆周与内部风扇轮的叶片相接，后端盖圆周上相邻叶片间形成排风口；
在定子铁心内开有五个以上沿电机轴向的定子铁心通风道，定子铁心通风道在定子铁心横截面上呈环状均匀分布；外转子铁心内侧壁的转子齿突出于永磁体，相邻转子齿之间形成外转子通风道。
本发明的技术效果体现在：本发明通过与电机转子铁心相连的前端盖离心风扇作用，从外部吸入冷空气，经由定子铁心的轴向通风道和转子内侧轴向(或者螺旋)风路，对电机定子铁心、定子线圈与转子铁心进行直接风冷，减小定子上热量对转子上永磁体的热传导，同时将传导至转子的热量带走，最后通过后端盖离心风扇作用，将带有电机内部热量的空气排出电机体外。本发明所述的自通风冷却结构，能够保持冷却空气的顺利流动，将电机内部的热量顺利排出，具有良好的风冷效果，保证永磁电机的持续工作可靠性。
附图说明
图1为电机纵向剖面展示的冷却风路总体结构示意图。
图2为定子铁心通风道结构示意图。
图3为直通式转子通风道的结构示意图。
图4为螺旋式转子通风道的结构示意图。
图5为前端盖离心风扇的结构示意图。
图6为后端盖离心风扇的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对实施例进行详细说明。
图1为电机纵向剖面展示的冷却风路总体结构示意图，冷却风路包括：前端盖4、定子铁心2轴向直通风道、转子铁心3内侧通风道和后端盖5。
前、后端盖4、5安装在电机外转子铁心1两端，与转子铁心1通过螺钉8固定连接，并通过轴承6套装在电机轴3上，端盖为离心风扇结构。定子铁心2开孔，形成轴向通风道。转子1内侧依靠突出的转子齿，形成多条通风道，可以根据不同实例设计为轴向直通风道或者螺旋风道。
图2为定子铁心通风道结构示意图，定子铁心2开有横截面呈环状分布的八个通孔，形成八条轴向直通风道9。
图3为直通式转子通风道的结构示意图，转子铁心1内表面的转子齿10略突出于永磁体11，在转子内侧形成多条均布轴向直通风道12。直通风道中气流方向与电机转向无关。
若电机为固定单一转向运行，转子可采用斜极结构来加强空气的流动。如图4所示为螺旋式转子通风道的结构，转子齿呈螺旋状突出于转子铁心1内表面，永磁体11也相应的呈螺旋状嵌于转子齿10间，转子铁心内侧形成多条均布的螺旋通风道13，图4所示实例为六条螺旋通风道。
转子铁心边缘开有定位孔15，用于和端盖4、5固定连接。
图5为前端盖离心风扇的结构示意图，端盖中心为风扇轮14，可套装在电机轴3上，端盖内侧风扇轮上设有四片或四片以上的离心式风扇叶片16，端面靠近风扇轮处开有环状进风口17，以吸入外部冷却空气。冷却空气由进风口平行进入端盖，由于风扇的离心作用，气流沿径向分散；端盖圆周侧为封闭结构，可防止冷却空气流出端盖外；圆周侧壁与风扇叶片之间留有一定间隙18，以利于冷却空气流向转子铁心和定子铁心端部7，并经由定、转子通风道到达铁心另一端。
图6为后端盖离心风扇的结构示意图，与前端盖相似，端盖中心为风扇轮14，套装于电机轴3上，端盖内侧风扇轮上设有四片或四片以上的离心式风扇叶片16，端面全封闭；端盖圆周侧壁为开放式，相邻叶片间形成多个排风口19。从定、转子通风道过来的带有电机热量的气流平行进入后端盖风扇，由于离心作用，气流沿径向分散，由排风口排出电机体外。
风扇轮14、风扇叶片16与端盖铸造为一个整体，不需要其它连接部件。端盖边缘开有定位孔15，用于和转子铁心1固定连接。

Claims (1)

1.一种外转子永磁同步电机的自通风冷却装置，包括前端盖、后端盖、定子铁心通风道和转子铁心通风道；
前，后端盖分别装在电机外转子铁心两端，两端盖内均设有风扇轮；风扇轮具有一轮毂，以及至少四片径向朝外延伸排列在该轮毂周缘上的叶片，轮毂套在电机轴上；前端盖的圆周与内部风扇轮的叶片具有间隙，前端盖的端面靠近风扇轮处开有环状进风口；后端盖的圆周与内部风扇轮的叶片相接，后端盖圆周上相邻叶片间形成排风口；
在定子铁心内开有五个以上沿电机轴向的定子铁心通风道，定子铁心通风道在定子铁心横截面上呈环状均匀分布；外转子铁心内侧壁的转子齿突出于永磁体，相邻转子齿之间形成外转子通风道。
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