CN101783555A - 具有内风冷系统的小功率电动机 - Google Patents

Abstract

具有内风冷系统的小功率电动机，包括转轴、转子、定子、端盖和机座；所述转子包括转子铁心及其端部沿轴向外伸的内风扇叶片；所述定子包括定子铁心和定子绕组，定子绕组端部环绕所述转子内风扇叶片；其特征在于，所述内风扇叶片的轴向外端连接于一环绕所述转轴的回转面。该设计可提高内风扇的空气效率，使所有循环气流穿越定子绕组端部，明显降低电动机绕组温升，且结构简单，成本较低。

Description

具有内风冷系统的小功率电动机

技术领域

本发明涉及一种小功率电动机，尤其是其冷却结构，在国际专利分类表中，分类属于H02K9/06。

背景技术

笼型感应电动机历史悠久。封闭式或防护式中小型笼型感应电动机的传统设计可见《电机设计》(西安交通大学陈世坤，机械工业出版社1982年北京第1版)，其典型结构见该书P164～165中图8-3和图8-4。该设计的空气冷却系统实际应用于产品，尤其是直接用于小功率电动机，冷却效果欠理想，当电动机绕组温升偏高时，只能修改电磁设计，以至增加较多的材料成本。

本发明涉及的术语，还可见国家标准GB/T 2900.25-94《电工术语  旋转电机》

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种具有内风冷系统的小功率电动机，其冷却系统可以比传统结构明显降低电动机绕组温升，且容易在传统设计的基础上稍加修改实现，所需成本较低。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，具有内风冷系统的小功率电动机，包括转轴、转子、定子、端盖和机座；所述转子包括转子铁心及其端部沿轴向外伸的内风扇叶片；所述定子包括定子铁心和定子绕组，定子绕组端部环绕所述转子内风扇叶片；其特征在于，所述内风扇叶片的轴向外端连接于一环绕所述转轴的回转面。

传统结构小功率笼型感应电动机通常以定子绕组端部散热条件较差而温升较高。虽然其铸铝笼型转子多数具有自导电环(又称端环)沿轴向伸出的叶片构成的内风扇，但其主要作用是搅拌机内空气加速循环，以便更好地与机座和端盖(对封闭式)或外部(对防护式)交换热量。所述内风扇的叶片虽邻近定子绕组端部，但缺乏适当的流道，其旋转时搅动的空气仅一部分吹拂定子绕组端部，尤其当受尺寸和转速限制时，对其冷却作用不强。

本设计在传统结构的基础上，于所述内风扇叶片的轴向外端巧妙地增加一环绕所述转轴的回转面，该回转面把各叶片的轴向外端连接封闭为一个个间隔的管道，结果把原搅拌式的内风扇改造为分别以转子端面(含导电环)和该回转面为前盘或后盘，以风扇叶片向着定子绕组端部的圆柱面为排风口(适用内转子电动机，风扇叶片的外径侧迎向定子绕组端部的内径侧)或吸风口(适用外转子，风扇叶片的内径侧迎向定子绕组端部的外径侧)的离心式通风机，大大提高空气效率，而且使所有循环气流穿越定子绕组端部，因而显著增强对端部的冷却。空气效率的提高也增强对风扇叶片从转子内部传出的热量的冷却。以上均导致明显降低电动机绕组温升。然而，所增加的回转面结构非常简单，成本很低。

本发明解决所述技术问题的技术方案的进一步设计之一是，所述端盖和机座对转子和定子构成全封闭，所述回转面具有环绕转轴的通风孔。此为本发明针对封闭式电动机的典型设计。该设计形成的气流路线，

——对于内转子电动机为：风扇叶片的外径侧(离心式通风机排风口)——定子绕组端部——端盖内表面——回转面环绕转轴的通风孔(离心式通风机吸风口)——风扇叶片的内径侧——风扇叶片管道——风扇叶片的外径侧；

——对于外转子电动机为：风扇叶片的外径侧(离心式通风机排风口)——端盖内表面——回转面环绕转轴的通风孔——定子绕组端部——风扇叶片的内径侧(离心式通风机吸风口)——风扇叶片管道——风扇叶片的外径侧。

所述循环气流从绕组端部带出热量，然后在掠过端盖内表面或/和机座内表面时得到冷却。因此，最好设计所述端盖内或/和机座内具有散热筋，以增大热交换面积；并且，若所述通风孔的形状为所述转轴的同心圆，最好把端盖内的散热筋设计在该同心圆的切线上，以导引气流在进入进风口前形成可提高通风机效率的预旋。

本发明解决所述技术问题的技术方案的进一步设计之二是，所述回转面具有环绕转轴的通风孔，所述端盖具有环绕转轴的通风孔，所述转子为内转子以及机座或/和端盖具有邻近定子绕组端部的通风孔，或者所述转子为外转子以及机座或/和端盖具有邻近所述风扇叶片外径侧的通风孔。此为本发明针对开启式电动机的典型设计。该设计形成的气流路线，

——对于内转子电动机为：机外空气——端盖环绕转轴的的通风孔——回转面环绕转轴的通风孔(离心式通风机吸风口)——风扇叶片的内径侧——风扇叶片管道——风扇叶片的外径侧(离心式通风机排风口)——定子绕组端部——机座或/和端盖邻近定子绕组端部的通风孔——机外空气；

——对于外转子电动机为：机外空气——端盖环绕转轴的的通风孔——回转面环绕转轴的通风孔——定子绕组端部——风扇叶片的内径侧(离心式通风机吸风口)——风扇叶片管道——风扇叶片的外径侧(离心式通风机排风口)机座或/和端盖邻近所述风扇叶片的外径侧的的通风孔——机外空气。上述气流路线对绕组端部冷却的是不断更新的机外空气，冷却效果较好。

针对开启式电动机的特别设计之一是，所述转子为内转子，且仅一端具有所述内风扇叶片，该内风扇叶片轴向外端连接的回转面与所述转轴密闭接触；于转子不具有所述内风扇叶片的一端，一环绕所述转轴且轴向遮盖定子绕组端部的回转面与所述转轴密闭接触；所述机座或/和端盖具有邻近定子绕组端部的通风孔，转子具有轴向通风孔。该设计形成的气流路线为：

机外空气——机座或/和端盖于不具有所述内风扇叶片的一端邻近定子绕组端部的通风孔——不具有所述内风扇叶片的一端的定子绕组端部——转子轴向通风孔——风扇叶片的内径侧——风扇叶片管道——风扇叶片的外径侧——具有所述内风扇叶片的一端的定子绕组端部——机座或/和端盖于具有所述内风扇叶片的一端邻近定子绕组端部的通风孔——机外空气。

针对开启式电动机的特别设计之二是，所述转子为外转子，且仅一端具有所述内风扇叶片，该内风扇叶片轴向外端连接的回转面与所述转轴密闭接触；于转子不具有所述内风扇叶片的一端，一环绕所述转轴且轴向遮盖定子绕组端部的回转面与所述转轴密闭接触；所述机座或/和端盖具有邻近所述风扇叶片外径侧或转子端部的通风孔，定子具有轴向通风孔。该设计形成的气流路线为：

机外空气——机座或/和端盖于不具有所述内风扇叶片的一端邻近转子端部的通风孔——于不具有所述内风扇叶片一端的定子绕组端部——定子轴向通风孔——于具有所述内风扇叶片的一端的定子绕组端部——风扇叶片的内径侧——风扇叶片管道——风扇叶片的外径侧——机座或/和端盖于具有所述内风扇叶片的一端邻近所述风扇叶片外径侧的的通风孔——机外空气。

以上特别设计仅由一端的离心式通风机结构驱动冷却气流，可节省结构和借助轴向通风孔加强转子内部的冷却。

对于以上所有设计，更进一步的设计是所述回转面沿径向延伸，于轴向方向遮盖定子绕组端部，并且最好此后进一步向所述定子铁心方向延伸。该设计增大气流对绕组端部的吹拂面积，进一步改善冷却效果。

本发明技术方案及其典型设计将在具体实施方式中进一步说明。

附图说明

以下附图用于说明本发明的具体实施方式。

图1是传统的封闭式中小型笼型感应电动机结构示意图；

图2是本发明第1实施例电动机结构示意图；

图3是本发明第2实施例电动机结构示意图；

图4是本发明第3实施例电动机结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例电动机可在国家行业标准Y系列或AO2、BO2、CO2和DO2系列电动机的传统设计基础上改进而成，如背景技术所述《电机设计》中图8-3所示封闭式中小型笼型感应电动机的结构见图1，包括：

——转轴1、转子2、定子3、端盖4、机座5、外风扇60和风罩70；

——转子2包括转子铁心6和铸铝的笼型绕组，笼型绕组包括导电环7及其沿轴向外伸的内风扇叶片8；

——定子3包括定子铁心9和定子绕组，；

——定子绕组的端部10径向包围转子内风扇叶片8。

本发明第1实施例电动机的结构示意如图2所示。该电动机是对如图1所示封闭式中小型笼型感应电动机修改设计而成，所沿用的结构包括：

——转轴1、转子2、定子3和机座5；

——转子2包括转子铁心6和铸铝的笼型绕组，笼型绕组包括导电环7及其沿轴向外伸的内风扇叶片8；

——定子3包括定子铁心9和定子绕组；

——定子绕组的端部10径向包围转子内风扇叶片8。

设计修改包括：

——内风扇叶片8的各叶片轴向外端紧配合嵌入以工程塑料制造的环绕转轴1的圆环片11开设的具有相应分布和形状的凹槽或孔中，圆环片11具有环绕转轴1的圆形通风孔12且沿径向延伸，轴向遮盖定子绕组端部10；

——端盖14内、外表面均于同截面(见主视图)凸起散热筋15，且筋的走向与通风孔12外圆的切线平行(见左视图)；

——由于冷却效果改善，传统设计的外风扇和风罩取消。

该设计形成由内风扇叶片8和以圆环片11为前盘与以转子2的端面(含导电环7)为后盘构成的叶轮，以及以通风孔12为进风口和内风扇叶片8向着定子绕组端部的开口为排风口的离心式通风机结构。其驱动的气流路线为：

风扇叶片8外径侧——定子绕组端部10——端盖14内表面——通风孔12——风扇叶片8内径侧——风扇叶片8外径侧。

本发明第2实施例电动机的结构如图3所示。该电动机也是对如图1所示封闭式中小型笼型感应电动机修改设计而成，所沿用的结构包括：

——转轴1、转子2和定子3；

——转子2包括转子铁心6和铸铝的笼型绕组，笼型绕组包括导电环7及其沿轴向外伸的内风扇叶片8；

——定子3包括定子铁心9和定子绕组；

——定子绕组的端部10径向包围转子内风扇叶片8。

设计修改包括：

——内风扇叶片8的轴向外端也如实施例1连接一环绕转轴1的圆罩111，圆罩111也具有如实施例1的环绕转轴1的圆形通风孔12且沿径向延伸，但对定子绕组端部10轴向遮盖后即折弯向定子铁心9轴向延伸，对定子绕组端部10径向遮盖，结果如帽子般罩住定子绕组端部10；

——机座105于邻近定子绕组端部10处，即固定端盖114的法兰盘内侧截面开设6～8个对称分布的长条状通风孔13；

——端盖114于轴承室外周开设6～8个对称分布的环条状通风孔115；

——由于机座105和端盖114开设通风孔，电动机由封闭式变为开启式，且机内冷却效果改善，传统设计封闭式电动机的外风扇和风罩也如实施例1取消。

该设计也形成类似实施例1的离心式通风机结构，所驱动气流路线为：

机外空气——通风孔115——通风孔12——风扇叶片8内径侧——风扇叶片8外径侧——定子绕组端部10——通风孔13——机外空气。

本发明第3实施例电动机的结构示意如图4所示。该电动机也是对如图1所示封闭式中小型笼型感应电动机修改设计而成，所沿用的结构包括：

——转轴1、定子3和端盖4、；

——定子3包括定子铁心9和定子绕组；

设计修改包括：

——转子202包括转子铁心206和铸铝的笼型绕组，转子铁心206具有轴向通风孔207；笼型绕组包括导电环7，但仅一端具有沿轴向外伸且被定子绕组端部10径向包围的内风扇叶片88；内风扇叶片88的轴向外端也如实施例2连接一环绕转轴1和罩住定子绕组端部10的圆罩211，但圆罩211不设通风孔，而是让转轴1密闭地滑动穿过或连接；于转子202不具有所述内风扇叶片的一端，也有一环绕转轴1和罩住定子绕组端部10的圆罩212，让转轴1密闭地连接；

——机座105也如实施例2于邻近定子绕组端部10处，即固定端盖4的法兰盘内侧截面开设6～8个对称分布的长条状通风孔13；

——转子202具有轴向通风孔203；

——由于冷却效果改善，传统设计的外风扇和风罩也如实施例2取消。

该设计形成由转子202一端的内风扇叶片8和以转子202的端面(含导电环7)为前盘与以圆环片211为后盘构成的叶轮，以及以转子202的轴向通风孔203为进风口和内风扇叶片8向着定子绕组端部的开口为排风口的离心式通风机。其驱动的气流路线为：

机外空气——通风孔13——定子绕组端部10——定子轴向通风孔203——风扇叶片88内径侧——风扇叶片88外径侧——定子绕组端部10——通风孔13——机外空气。

以上实施例电动机端盖和机座是可分离结构，但对于许多家用电动器具用电动机，例如洗衣机电动机等，端盖和机座是一体化铸造或金属薄板拉伸成型后套在定子铁心二端的壳体，在壳体的径向或轴向开出所述通风孔。

以上实施例还可以运用现有技术有进一步的设计，例如：

——内风扇叶片8可按照流体力学和通风机叶轮的知识和实验，设计效果更佳的叶片数量、高度、宽度和倾角等；并可对其连接圆环的构造选择更合适的机械构造、工艺和材料；

——各通风孔可按照流体力学和通风机的知识和实验，设计效果更佳的尺寸和形状；

以上实施例均是针对内转子电动机。对于如吊扇一类外转子电动机，其结构可见《小功率电动机应用技术手册》(庞启淮，机械工业出版社1990年北京第1版)中图7-15及其说明。此类电动机可按照本发明针对外转子电动机的设计方案实施设计修改。

Claims (10)

1.具有内风冷系统的小功率电动机，包括转轴、转子、定子、端盖和机座；所述转子包括转子铁心及其端部沿轴向外伸的内风扇叶片；所述定子包括定子铁心和定子绕组，定子绕组端部环绕所述转子内风扇叶片；其特征在于，所述内风扇叶片的轴向外端连接于一环绕所述转轴的回转面。

2.按照权利要求1所述电动机，其特征在于：所述端盖和机座对转子和定子构成全封闭，所述回转面具有环绕转轴的通风孔。

3.按照权利要求2所述电动机，其特征在于：所述端盖内或/和机座内具有散热筋。

4.按照权利要求3所述电动机，其特征在于：所述通风孔的形状为所述转轴的同心圆，所述端盖内的散热筋在该同心圆的切线上。

5.按照权利要求1所述电动机，其特征在于：所述回转面具有环绕转轴的通风孔，所述端盖具有环绕转轴的通风孔，所述转子为内转子，所述机座或/和端盖具有邻近定子绕组端部的通风孔。

6.按照权利要求1所述电动机，其特征在于：所述回转面具有环绕转轴的通风孔，所述端盖具有环绕转轴的通风孔，所述转子为外转子，所述机座或/和端盖具有邻近所述风扇叶片外径侧的通风孔。

7.按照权利要求1所述电动机，其特征在于：所述转子为内转子，且仅一端具有所述内风扇叶片，该内风扇叶片轴向外端连接的回转面与所述转轴密闭接触；于转子不具有所述内风扇叶片的一端，一环绕所述转轴且轴向遮盖定子绕组端部的回转面与所述转轴密闭接触；所述机座或/和端盖具有邻近定子绕组端部的通风孔，转子具有轴向通风孔。

8.按照权利要求1所述电动机，其特征在于：所述转子为外转子，且仅一端具有所述内风扇叶片，该内风扇叶片轴向外端连接的回转面与所述转轴密闭接触；于转子不具有所述内风扇叶片的一端，一环绕所述转轴且轴向遮盖定子绕组端部的回转面与所述转轴密闭接触；所述机座或/和端盖具有邻近所述风扇叶片或转子的外径侧的通风孔，定子具有轴向通风孔。

9.按照权利要求1至8中任一项所述电动机，其特征在于：所述回转面沿径向延伸，轴向遮盖定子绕组端部。

10.按照权利要求9所述电动机，其特征在于：所述回转面轴向遮盖定子绕组端部后向所述定子铁心方向延伸，于径向方向遮盖定子绕组端部。

Images