CN104578649A - 一种具有弧形导风板的轴向分段式电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有导风板的轴向分段式电机转子，该转子沿径向由内到外包括转轴、转鼓、转子铁心机构，其中转子铁心机构套设于转鼓上，且转子铁心机构包括转子铁心与磁钢，转鼓套设于转轴上，转鼓上开有若干沿轴向方向的开口，转子铁心机构沿轴向方向分若干段组成，分段之间设置有导风板，所述导风板上设置有沿径向的弧形通风道，形成负压。按照本发明实现的电机转子，能充分利用转子高速旋转时形成的负压使空气在转子轴向与径向风道流通，对流换热能力加强。另外，采用此结构很大程度上减小转子风阻，提高了电机整机的效率。

Description

一种具有弧形导风板的轴向分段式电机转子

技术领域

本发明属于电机冷却领域，更具体地，涉及一种带有弧形导风板的电机转子冷却结构。

背景技术

电机是一种广泛应用于国民经济各个领域的机电能量转换装置，在现代社会生产和生活中有着不可取代的作用。然而，电机在运行过程中，由于存在各种损耗，会导致电机内部发热，从而危及电机的安全运行和减少电机的寿命。

分数槽集中绕组相对于整数槽绕组，具有绕组结构简单，绕线方便，绕组端部较短，因此，具有很广阔的应用前景。然而，分数槽集中绕组永磁同步电机运行于高速时，转子铁心损耗与磁钢涡流损耗急剧增大，与此同时，在高速运行时的分数槽集中绕组永磁同步电机转子产生热量，其冷却设计是个重要但是却还没有解决的问题。

现有技术中的解决该冷却问题的主要方案有：(1)在电机的机壳中设置直槽或螺旋水道，在转子上设置轴向通风孔，定子中产生的热量主要通过热传导由水套中的水直接带走；(2)在电机内部转轴的一端或两段安装轴流风扇，电机内端部空间的空气在风扇的搅动下，流速增大，可以比较显著地改善绕组端部和转子端面的冷却情况，另一方面，空气在轴流风扇的作用下，进入气隙和轴向通风孔，可以提高气隙和轴向通风孔中的空气的流量和对流换热系数，可以使更多的热量通过气隙和轴向通风孔中的空气带入到端部空间以及定子上；(3)例如专利文献(公开号为CN103051088A)公开了一种轴向分段式实心永磁转子，其采用了分段式并且采用导风部的构造，使得实心转子能够良好的通风达到降温的目的。

而对于方案(1)，由于气隙的导热系数很小，并且转子旋转所带来的对流换热效果十分有限，所以真正通过气隙达到定子的热量很小，机壳上的水套只能对定子产生很好的冷却效果而对转子的冷却不足，这样会导致高速运行下，由于高频谐波磁场产生的铁心和磁钢涡流损耗使永磁体温度超过极限温度，从而可能导致永磁体产生不可逆退磁，危及电机安全正常运行；对应方案(2)，虽然也能在一定程度上对转子产生冷却的效果，但是也有着不可调和的缺点:增加电机的体积，影响转子的动态响应性能，导致轴流风扇叶片根部的断裂、电机的轴向冷却不均匀，不适于要求电机运行于低噪静音的电动汽车驱动场合，对转子内部的磁钢的冷却效果差；对于方案(3)，虽改进了电机转子轴向冷却不均匀的特点，其采用的轴向导风与径向导风组合也能提高转子对流换热能力。但是采用的径向导风孔其对流换热能力有限，另外其径向直槽式的导风道在电机高速旋转时，同样会使电机转子上的风摩损耗显著增加。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有弧形导风板的电机转子冷却结构，由此解决分数槽集中绕组永磁同步电机转子冷却效果不良，不能直接对转子内部进行冷却的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有导风板的轴向分段式电机转子，该电机转子沿径向由内到外包括转轴、转鼓、转子铁芯机构，其中转子铁心机构套设于转鼓上，且转子铁心机构包括转子铁心与磁钢，转鼓套设于转轴上，其特征在于，所述转鼓内开有若干沿轴向方向的轴向通风孔，所述转子铁心机构和所述转鼓沿轴向方向分若干段组成，分段之间设置有环状的导风板，所述导风板上设置有沿径向的弧形导风道，形成负压，使所述导风道(9)内空气呈湍流状态。

进一步地，所述弧形导风道的设置方式为在所述导风板的内部开设有若干沿径向呈弧形的通风道。

进一步地，所述弧形导风道的设置方式为在所述导风板的表面设置若干沿径向呈弧形的导风道。

进一步地，在所述导风板的表面设置的所述弧形通风道的具体设置方式为：沿所述导风板径向分为若干环区，在每环区的圆周分布有若干弧形片，每环的弧形片的弧形方向一致，由此两个弧形片之间形成弧形导风道。

进一步地，所述导风板径向分为两个环区，两个环区的所述弧形片相对，呈八字型。

进一步地，所述转鼓之间分段的距离比所述转子铁心机构分段的距离宽。

进一步地，所述电机转子的两端还设置有轴向压板，用于压紧固定轴向分段式的电机转子结构。

进一步地，所述磁钢在所述转子铁心内形成内置式或是表贴式的结构。

进一步地，所述弧形通风道沿轴向的厚度为2-4mm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列的有益效果：

(1)轴向分布式弧形导风板与轴向分段转子铁芯组合在一起，很大程度上增大了转子轴向导热能力；

(2)轴向分布式弧形导风板与轴向分段转子铁芯组合在一起，转子结构紧凑而坚固，因此可以运行于更高的速度下，也基本不存在叶片断裂的可能；

(3)转鼓轴向分段不仅加强了转子对流换热，更进一步地减小了电机整体重量与转动惯量；

(4)采用弧形导风板与转子铁芯组合结构所产生的噪声较小，更适用于对噪声要求比较高的场合；

(5)采用轴向均匀分布式的弧形导风板，使整个转子循环风路对称分布，因此，电机温升分布也是均匀的，不会出现转子部分过热的现象；

(6)弧形导风板与转子集成在一起，减小了电机高速运行时的风摩损耗，这样可以提高电机及整个系统的效率。

附图说明

图1是按照本发明实现的具有导风板的转子的整体结构示意图；

图2是按照本发明实现的具有导风板的转子的截面图；

图3是按照本发明实现的转子中的磁钢安装的示意图；

图4是按照本发明实现的转子的侧面截面示意图；

图5是按照本发明实现的转子中的导风板的实施例一的结构示意图；

图6是按照本发明实现的转子中的导风板的实施例二的结构示意图；

图7是按照本发明实现转子机构的整体结构结构示意图的剖面结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-转轴  2-转鼓  3-轴向导风孔  4-硅钢片叠片  5-导风板  6-轴向压板  7-转子铁心  8-磁钢  9-弧形导风道

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种分数槽集中绕组永磁同步电机转子，同时该转子结构也适合其它类型的永磁电机，特别是转子损耗高而且散热困难的永磁电机。

如图1所示，本发明所涉及的转子电机转子沿径向由内到外包括转轴1、转鼓2、转子铁心机构，其中转子铁心机构套设于转鼓2上，且转子铁心机构包括转子铁心7与磁钢8，转鼓2套设于转轴1上，其中本发明的转子结构的正视图如图2所示，其中如图3所示，磁钢8可以位于转子铁芯7内形成内置式结构，也可以位于转子铁芯7表面形成表贴式的结构。

在本发明中，将由硅钢叠片4叠加而成的转子铁心7，磁钢8和转鼓2轴向分段，如图4所示的侧向的截面图，在轴向分段的转子铁芯7之间，设置有一个带有弧形风道的径向导风板5。轴向分段的转鼓2带有轴向通风孔，并且转鼓2的轴向分段距离可以较转子铁芯机构分段距离更宽，这样不仅使转子整体化而且径向冷却良好，更进一步地减小了转子重量与转动惯量。其中转鼓2起转子铁芯支撑作用，同时又能加强转子整体的冷却效果。

其中导风板5上的弧形通风道有两种的设置方式，其中如图形5所示是导风板的其中一实施例一的设置方式，其在导风板5的内部开设有弧形通道。

导风板5上的弧形通道还有另外的设置方式，如图形6所示，是在导风板5的表面上设置弧形导风道9的另外一种实施方式，在这种实施方式中，在沿所述导风板5径向分成了2个环区，在每环区的圆周分布有若干弧形片，每环的弧形片的弧形方向一致，由此两个弧形片之间形成弧形通风道，并且两个环区的弧形片相对，呈八字型，这种类型的导风板在电机高速旋转时，其主要作用充分搅动径向导风道内的空气，使导风道内的空气呈湍流状态，显著增强了其转子对流换热能力。此种多个环区的设置方式可以设置多个，由此可以进一步提高空气流通的效率。当然，这些导风板的制作方式可以采用模具化的加工方式生产。

本发明的电机转子的制作过程如下：

在分别制作出分段的上述各个部件之后，将各段磁钢、铁芯、弧形导风板和转鼓压紧成为一个结构坚固的整体，若干个这样整体轴向分布利用轴向压板6压紧后并与转轴1过盈配合构成转子结构。

本发明的工作原理如下：

转子在旋转的过程中，如图7所示，转子表面的空气在粘性力的作用下也会跟着旋转，另外一方面，在转子内部弧形导风板5的作用下，转子转鼓2上轴向通风孔3的空气会经过导风板5被送到气隙中，并通过气隙分别到达电机两端的端部空间，然后回到通风孔中，完成一个循环。采用弧形导风板的另外一个主要作用是转子在旋转时，在弧形导风板5的弧形导风通道的一侧形成负压，使导风道内的空气呈湍流状态，这样可以在最大限度减小转子风阻的同时，使导风板5中的空气能够自由流动，显著增强转子整体的对流换热能力。另外，弧形导风板5是用导热性能材料制成，这样可以使转子铁芯7与磁钢8的热量尽可能被弧形导风板中的空气带走，使转子温升尽大可能地降低。

当然导风板5上的主要结构是具有弧形导风道即可，能够在旋转时形成负压，使转子风阻降低，同时又能很大程度地增强其对流换热的能力。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有弧形导风板的轴向分段式电机转子，该电机转子沿径向由内到外包括转轴(1)、转鼓(2)、转子铁心机构，其中转子铁心机构套设于转鼓(2)上，且转子铁心机构包括转子铁心(7)与磁钢(8)，转鼓(2)套设于转轴(1)上，其特征在于，所述转鼓(2)内开有若干沿轴向方向的轴向通风孔(3)，所述转子铁心机构和所述转鼓(2)沿轴向方向分若干段组成，分段之间设置有环状的导风板(5)，所述导风板(5)上设置有沿径向的弧形导风道(9)，形成负压，使所述导风道(9)内空气呈湍流状态。

2.如权利要求1所述的具有弧形导风板的轴向分段式电机转子，其特征在于，所述弧形导风道(9)的设置方式为在所述导风板(5)的内部开设有若干沿径向呈弧形的导风道。

3.如权利要求1所述的具有弧形导风板的轴向分段式电机转子，其特征在于，所述弧形导风道(9)的设置方式为在所述导风板(5)的表面设置若干沿径向呈弧形的导风道。

4.如权利要求3所述的具有弧形导风板的轴向分段式电机转子，其特征在于，在所述导风板(5)的表面设置的所述弧形通风道的具体设置方式为：沿所述导风板(5)径向分为若干环区，在每环区的圆周分布有若干弧形片，每环的弧形片的弧形方向一致，由此两个弧形片之间形成弧形导风道。

5.如权利要求4所述的具有弧形导风板的轴向分段式电机转子，其特征在于，所述导风板(5)径向分为两个环区，两个环区的所述弧形片相对，呈八字型。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的具有弧形导风板的轴向分段式电机转子，其特征在于，所述转鼓(2)之间分段的距离比所述转子铁芯机构分段的距离宽。

7.如权利要求6所述的具有弧形导风板的轴向分段式电机转子，其特征在于，所述电机转子的两端还设置有轴向压板(6)，用于压紧固定轴向分段式的电机转子结构。

8.如权利要求7所述的具有弧形导风板的轴向分段式电机转子，其特征在于，所述磁钢(8)在所述转子铁芯(7)内形成内置式或是表贴式的结构。

9.如权利要求8所述的具有弧形导风板的轴向分段式电机转子，其特征在与，所述弧形导风道(9)沿轴向的厚度为2-4mm。