CN104158315A - 定子内冷却的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定子内冷却的电机，外转子的两端设有固定盘，定子的两端分别与相应端的固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间隙，定子外侧面与转子内侧面之间设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，外散热风道的两端和内散热风道的两端均分别与相应端的端部匀压气隙带连通，两端部匀压气隙带分别连通各自的通风风道，其中一个端部匀压气隙带的通风风道用作进风风道，另一个端部匀压气隙带的通风风道用作出风风道，至少一个端部匀压气隙带的通风风道上设有强制通风装置。本发明能够较好地解决定子铁心的散热问题，以便于控制电机的温升，给电机转矩密度的提高提供空间，特别是适用于低速大扭矩电机。

Description

定子内冷却的电机

技术领域

本发明涉及一种定子铁心内设有冷却结构的外转子电机。

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，如起重机起升机构、电动车等。

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，本发明提供了一种定子内冷却的电机，能够较好地解决定子铁心的散热问题，有效地控制电机的温升，给电机转矩密度的提高提供空间。

本发明的技术方案是：一种定子内冷却的电机，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定子主轴上，所述转子为外转子，其两端均设有固定盘，所述固定盘通过转子轴承与所述定子主轴旋转连接，所述定子两端分别与相应端的固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间隙，所述定子外侧面与所述转子内侧面之间设有构成外散热风道的环形缝隙，所述定子铁心内设有构成内散热风道的轴向通孔，所述外散热风道的两端和所述内散热风道的两端均分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述两端部匀压气隙带分别连通各自的通风风道，其中一个端部匀压气隙带的通风风道用作进风风道，另一个端部匀压气隙带的通风风道用作出风风道，至少一个所述端部匀压气隙带的通风风道上设有强制通风装置。

本发明的有益效果为：由于在定子内部和定子外侧分别设置了内散热风道和外散热风道，并通过强制通风的方式在电机内部进行散热通风，直接将定子热量带出，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；由于在内外散热风道两端均具有相应的端部匀压气隙带，使外散热风道的两端和各散热风道的两端均处于较为均衡的压力下，有利于各散热风道、散热风道的各处气流的均衡，改善散热效果；由于对定子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是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的另一个实施例的结构示意图；

图3是本发明的主体断面结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种定子内冷却的电机，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定子主轴4上，所述转子为外转子，其两端均设有固定盘5，所述固定盘通过转子轴承（未示出）与所述定子主轴旋转连接，所述定子两端分别与相应端的固定盘之间留有构成端部匀压气隙带6、7的间隙，所述定子外侧面与所述转子内侧面之间设有构成外散热风道8的环形缝隙（横截面呈环形），所述定子铁心内设有构成内散热风道9的轴向(平行于定子主轴轴线的方向)通孔，所述外散热风道的两端和所述内散热风道的两端均分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述两端部匀压气隙带分别连通各自的通风风道，其中一个端部匀压气隙带的通风风道用作进风风道10，另一个端部匀压气隙带的通风风道用作出风风道11，至少一个所述端部匀压气隙带的通风风道上设有强制通风装置。通过强制通风装置的通风作用（鼓风和/或引风），在所述内散热风道和外散热风道形成具有所需风量和压力的气流，定子上的热量通过热交换散到内散热风道和外散热风道的气流中后被气流带出，由此实现高效强制散热的目的。上述外散热风道和端部匀压气隙带均可以是现有电机的相应间隙，有利于简化结构。

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。

通常，所述通风风道可以开设在相应端的固定盘上（如图1），以简化结构，降低风阻和提高效率，所述通风风道也可以开设在相应端的定子主轴上（如图2），以提高对强制通风装置的适应性，简化与强制通风装置之间的连接结构，并提高通风能力。所述开设在相应端的固定盘上的通风风道优选为穿透该固定盘的固定盘通风孔，所述开设相应端的定子主轴上的通风风道优选由开设在相应端定子主轴上的轴向主轴通风孔41和侧向主轴通风孔42构成，所述轴向主轴通风孔的外端开口于所述相应端的主轴轴端，里端封堵（包括采用封堵件封堵或设置成盲孔），所述侧向主轴通风孔设置在所述轴向主轴通风孔的侧壁上，一端连通相应端的端部匀压气隙带，另一端连通所述轴向主轴通风孔。

作为一种实施方式，所述强制通风装置可以为送风风机，所述进风风道开设在相应端的定子主轴上，所述送风风机的出风口连通所述进风风道，与这种强制通风方式相适应，所述出风风道可以开设在相应端的固定盘上，也可以开设在相应端的定子主轴上，当所述出风风道开设在相应端的固定盘上，所述开设在相应端的固定盘上的出风风道的数量通常可以为多个，以提高通风能力。

作为另一种实施方式，所述强制通风装置可以为引风风机，所述出风风道开设在相应端的定子主轴上，所述引风风机的进风口连通所述出风风道，与这种强制通风方式相适应，所述进风风道可以开设在相应端的固定盘上，也可以开设在相应端的定子主轴上，当所述进风风道开设在相应端的固定盘上，所述开设在相应端的固定盘上的进风风道的数量通常可以为多个，以提高通风能力。

作为再一种实施方式，所述进风风道和出风风道的数量均为若干个，分别开设在相应端的固定盘上，所述出风风道上设有出风单向阀12，所述强制通风装置为进风气泵13，所述进风气泵的数量为若干个，分别串接各自对应的所述进风风道中，所述进风气泵两端的进风风道上均设有相应的进风单向阀（如进气阀14、排气阀15）。对所述气泵的驱动和工作方式控制可以通过任意适宜的现有和其他可能的适宜技术。

优选地，所述进风气泵包括缸体，所述缸体轴向设置在相应的所述固定盘上，所述缸体内设有配套的活塞，所述活塞连接有延伸到所述固定盘内侧的活塞杆，所述缸体内空腔由所述活塞分隔为有杆腔和无杆腔，所述有杆腔位于所述无杆腔的内侧，所述定子主轴上设有位于相应端部匀压气隙带内且与所述阀杆构成凸轮机构的多级凸轮16，所述多级凸轮转动时推动所述阀杆往复移动，所述进风气泵的进气口和出气口均设在所述无杆腔的底部，由此所述无杆腔构成所述进风风道的一部分，实现所述气泵在所述进风风道上的串接。通常在阀杆顶端可以设置与所述凸轮配合的轮子，所述凸轮的凸台也可以采用一个顶弧与两个内弧平滑连接的曲面结构，以减小摩擦。电机工作时，所述固定盘随外转子转动并通过所述多级凸轮带动所述各个气泵的阀杆往复移动，进而带动各个气泵的活塞往复移动，随着活塞的移动，依靠所述进风气泵两端进风风道上的进风单向阀的作用，外部空气进入无杆腔，再从无杆腔进入相应端的匀压气隙带，经过内散热风道和外散热风道后，经另一端的出风口流出。根据实际需要，可以通过适宜的气泵数量（进风风道数量）、气泵参数及凸轮上的凸台数量等，可以满足电机散热对风量和风压的要求。这种气泵无需另接外部动力，在电机工作时自动开始工作，电机停止时自动停止，非常方便。

本发明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，本发明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)

1.一种定子内冷却的电机，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定子主轴上，所述转子为外转子，其两端均设有固定盘，所述固定盘通过转子轴承与所述定子主轴旋转连接，其特征在于所述定子两端分别与相应端的固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间隙，所述定子外侧面与所述转子内侧面之间设有构成外散热风道的环形缝隙，所述定子铁心内设有构成内散热风道的轴向通孔，所述外散热风道的两端和所述内散热风道的两端均分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述两端部匀压气隙带分别连通各自的通风风道，其中一个端部匀压气隙带的通风风道用作进风风道，另一个端部匀压气隙带的通风风道用作出风风道，至少一个所述端部匀压气隙带的通风风道上设有强制通风装置。

2.如权利要求1所述的定子内冷却的电机，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。

3.如权利要求2所述的定子内冷却的电机，其特征在于所述定子冲片上的若干散热风道孔沿同一圆周均匀分布，或者所述定子冲片上的若干散热风道孔沿多个圆周分布，各圆周的若干散热风道孔均匀分布。

4.如权利要求3所述的定子内冷却的电机，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。

5.如权利要求4所述的定子内冷却的电机，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。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的定子内冷却的电机，其特征在于所述通风风道开设在相应端的固定盘上或者开设在相应端的定子主轴上，所述开设在相应端的固定盘上的通风风道为穿透该固定盘的固定盘通风孔，所述开设相应端的定子主轴上的通风风道由开设在相应端定子主轴上的轴向主轴通风孔和侧向主轴通风孔构成，所述轴向主轴通风孔的外端开口于所述相应端的主轴轴端，里端封堵，所述侧向主轴通风孔设置在所述轴向主轴通风孔的侧壁上，一端连通相应端的端部匀压气隙带，另一端连通所述轴向主轴通风孔。

7.如权利要求6所述的定子内冷却的电机，其特征在于所述强制通风装置为送风风机，所述进风风道开设在相应端的所述定子主轴上，所述送风风机的出风口连通所述进风风道，所述开设在相应端的固定盘上的出风风道的数量为多个。

8.如权利要求6所述的定子内冷却的电机，其特征在于所述强制通风装置为引风风机，所述出风风道开设在相应端的定子主轴上，所述引风风机的进风口连通所述出风风道，所述开设在相应端的固定盘上的进风风道的数量为多个。

9.如权利要求6所述的定子内冷却的电机，其特征在于所述进风风道和所述出风风道的数量均为若干个，分别开设在相应端的所述固定盘上，所述出风风道上设有出风单向阀，所述强制通风装置为进风气泵，所述进风气泵的数量为若干个，分别串接各自对应的所述进风风道中，所述进风气泵两端的进风风道上均设有相应的进风单向阀。

10.如权利要求9所述的定子内冷却的电机，其特征在于所述进风气泵包括缸体，所述缸体轴向设置在相应的所述固定盘上，所述缸体内设有配套的活塞，所述活塞连接有延伸到所述固定盘内侧的活塞杆，所述缸体内空腔由所述活塞分隔为有杆腔和无杆腔，所述有杆腔位于所述无杆腔的内侧，所述定子主轴上设有位于相应端部匀压气隙带内且与所述阀杆构成凸轮机构的多级凸轮，所述多级凸轮转动时推动所述阀杆往复移动，所述进风气泵的进气口和出气口均设有在所述无杆腔的底部。