CN104935140A - 起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及一种起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，属于电机制造技术领域。冷却风路由风机、定子铁心轴向通风道、转子轴向通风道、空心轴通风道四部分构成。通过风机直接对定子线圈、定子铁心和永磁体进行风冷，并且减少有定子传递给永磁体的热量，带有电机内部热量的空气经过空心轴风道将热量散到电机外部，然后空气回到风机处，能够保证空气的顺利流通，充分将电机的热量散出去，具有良好的风冷效果，保证电机连续安全运行。

Description

起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统

技术领域

 本发明属于电机制造技术领域，主要涉及电机冷却系统，特别是涉及一种起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统。

背景技术

永磁同步电动机具备体积小、重量轻、结构简单、效率高、可以实现直驱控制等优点，适合低速、大扭矩的应用场合，在石油开采、港口起重、冶金轧钢等行业得到广泛的应用。电机的温升影响电机的使用寿命、安全运行。因此必须建立一套有效的冷却系统带走电机的热量。

起重机用永磁同步电机在运行过程中需频繁的起动、制动，负荷变化大，导致起重机用永磁同步电机局部温升问题较为突出。当电机温度达到或超过稳定工作温度时，容易造成绝缘老化和永磁体退磁的现象，导致电机性能下降，甚至引起安全问题。

中国实用新型专利200910306821.7公开了一种外转子永磁同步电机自通风的冷却装置，在电机前后端盖装有风扇轮，风扇轮具有一轮毂，以及至少四片径向朝外延伸排列的叶片，通过前端盖的离心风扇的作用从外部吸入冷空气，经过定子铁心的轴向通风道以及转子的轴向风道，最后通过后端盖离心式风扇将电机内部带有热量的空气排出电机体外。

上述冷却系统可以直接对电机定子线圈和永磁体进行直接风冷，具有良好的冷却效果。但是这种结构并不适用于起重机用外转子永磁同步电机，主要原因有两方面：一是起重机用外转子永磁同步电机转速很低，每分钟只有十几转，而且起重机用外转子永磁同步电机轴向长度达到1000mm，所以靠电机自转带动风扇对电机进行冷却不能很好地将电机内部热量带走；另一方面起重机用外转子永磁同步电机防护等级要求IP54，所以开启式的冷却方式是不可取的。可见，基于传统通风冷却结构的设计无法满足起重机用外转子永磁同步电机的散热要求。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对起重机用外转子永磁同步电机，设计了一种新的冷却系统。

技术方案

一种起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，包括电机和冷却风路，其特征在于：电机包括定子铁心、定子线圈、空心轴、永磁体、转子；定子铁心设置在空心轴外部，转子设置在定子铁心外部，定子铁心的端部设有定子线圈，永磁体设置在转子内侧；冷却风路包括风机、定子铁心轴向通风道、转子轴向通风道、空心轴通风道；风机安装在空心轴的端部，空心轴上开有空心轴通风孔，各空心轴通风孔的位置互相错开；空心轴内部开有通风道，并且两端通过挡板封闭；转子采用表贴结构，相邻磁极间留有空间形成转子轴向通风道；定子铁心开有轴向通风道。

空心轴内部套有一个薄圆筒，薄圆筒通过两端的挡板固定在空心轴上，形成一个闭合的冷却系统。

空心轴外侧的风道与外界进行热量交换，且完全密封。

空心轴通风孔的数量为4~8个，且在径向方向的投影均匀分布。

永磁体固定于转子内表面，相邻永磁体之间形成多条均匀转子轴向通风道。

在定子铁心内部开有多个沿电机轴向的定子铁心轴向通风道，定子铁心轴向通风道沿圆周呈环状均匀分布；定子铁心轴向通风道位于定子冲片内侧，其形状为圆柱、扇形或其它不规则形状。

定子铁心轴向通风道位于定子冲片外侧，定子铁心固定在辐板上，定子铁心通过辐板与空心轴连接，相邻辐板间形成通风道。

所述起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统的冷却方法，其特征在于：通过风机吹过的风一部分直接对定子线圈、定子铁心进行风冷，然后带有电机内部热量的风经过空心轴通风道将热量散到电机外部，回到风机处；另一部分直接对永磁体进行风冷，并且将定子传递给永磁体的热量带走一部分，同样经过空心轴通风道将热量散到电机外部，回到风机处。

优点及效果

本发明的优点与积极效果如下：

（1）通过装在轴上的风机的作用，将冷空气直接经过定子铁心轴向通风道和转子轴向通风道，一方面直接对定子线圈和定子铁心进行冷却；另一方面减少定子铁心向永磁体的热量传递，同时冷却空气直接对永磁体进行冷却，降低永磁体的温升。

（2）带有电机内部热量的空气经过空心轴通风道把热量散到电机外部，降温后的空气回到风机进行下一次循环。

（3）本发明的冷却系统是封闭式的，并且能够保证空气的顺利流通，将电机内部的热量散到电机外部，具有良好的冷却效果，为电机的可靠运行提供保障。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图。

图2为起重机用外转子永磁同步电机的定子铁心轴向通风道结构示意图。

图3为起重机用外转子永磁同步电机的另一种定子铁心轴向通风道结构示意图。

图4为起重机用外转子永磁同步电机转子轴向通风道结构示意图。

图5为起重机用外转子永磁同步电机空心轴通风道示意图。

图6为起重机用外转子永磁同步电机空心轴纵向剖面图。

附图标记说明：

1. 风机，2. 定子线圈，3. 转子，4. 永磁体，5. 定子铁心，6. 空心轴，7.定子铁心轴向通风道，8. 空心轴通风孔，9. 辐板轴，10. 薄圆筒，11. 挡板。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明：

本发明涉及一种起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，如图1-图6所示，包括电机和冷却风路，其特征在于：电机包括定子铁心5、定子线圈2、空心轴6、永磁体4、转子3；定子铁心5设置在空心轴6外部，转子3设置在定子铁心5外部，在定子铁心5的端部设有定子线圈2，永磁体4设置在转子3的内侧。

图1为电机纵向剖面展示的冷却结构总体示意图，冷却风路包括风机1、定子铁心轴向通风道7、转子轴向通风道、空心轴通风道；风机1安装在空心轴6的端部，图5为空心轴通风道示意图，为了使气流顺利流通，在空心轴6上开有空心轴通风孔8，各空心轴通风孔8的位置互相之间错开，这样设置可以降低对电机空心轴强度的影响；空心轴6内部开有通风道，并且两端通过挡板11封闭；转子3采用表贴结构，相邻磁极间留有空间形成转子轴向通风道；定子铁心5开有轴向通风道。

图6为空心轴的纵向剖面图，由于电机防护等级要求IP54，开启式冷却系统是不可取的，所以在空心轴6内部套一个薄圆筒10，薄圆筒10通过两端的挡板11固定在空心轴上，这样形成一个闭合的冷却系统，带有电机内部热量的空气可以通过薄圆筒10将热量散到电机外部。

空心轴6外侧的风道与外界进行热量交换，且完全密封。

空心轴通风孔8的数量为4~8个，且在径向方向的投影均匀分布。

图4为转子轴向通风道结构示意图，如图4所示，永磁体4固定于转子3内表面，相邻永磁体之间形成多条均匀转子轴向直通风道，直通风道中气流与电机转向无关。

针对起重机用外转子永磁同步电机的特点，本发明设计了两种定子铁心轴向通风道：

1、在定子铁心5内部开有多个沿电机轴向的定子铁心轴向通风道7，定子铁心轴向通风道沿圆周呈环状均匀分布；定子铁心轴向通风道位于定子冲片内侧，其形状为圆柱、扇形或其它不规则形状。

图2为第一种定子铁心轴向通风道示意图，定子铁心5开有沿圆周均匀分布的4个定子铁心轴向通风道7，形成4条直的轴向通风道。之所以没有采用传统的圆形通风孔，是因为定子通风孔7散热面积更大，同时可以减轻电机质量。

2、起重机用外转子永磁同步电机由于轴向长度超过1000mm，加工定子铁心轴向通风道可能比较困难，将定子铁心轴向通风道设置于定子冲片外侧，定子铁心固定在辐板上，定子铁心通过辐板与空心轴连接，相邻辐板间形成通风道。辐板可以根据实际需要设置，可设置4~8根。

例如：可以设计成如图3所示的第二种定子铁心轴向通风道，由定子铁心5和辐板9构成，定子铁心5固定在辐板9上，形成8个均匀分布的定子铁心轴向通风道，这种定子铁心轴向通风道加工更方便，散热面积更大，冷却效果更好。

以上结构均可增大通风道的散热面积，同时，不仅加工简单，而且减轻电机重量。

上述起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统的冷却方法，通过风机吹过的风一部分直接对定子线圈、定子铁心进行风冷，然后带有电机内部热量的风经过空心轴通风道将热量散到电机外部，回到风机处；另一部分直接对永磁体进行风冷，并且将定子传递给永磁体的热量带走一部分，同样经过空心轴通风道将热量散到电机外部，回到风机处。

本发明的工作原理如下：

本发明提供了一种起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，这种冷却系统是封闭式的。包括电机和冷却风路，所述电机为起重机用外转子永磁同步电机，包括定子铁心、定子线圈、空心轴、永磁体、转子。风机安装在空心轴端部产生风压，永磁体固定在转子上，相邻永磁体的空间形成转子轴向通风道，针对起重机用外转子永磁同步电机的特点，设计了两种定子铁心轴向通风道：一种定子铁心轴向通风道是在定子冲片内侧，其形状为圆柱、扇形或其他形状的；另一种定子铁心轴向通风道是在定子冲片外侧，定子铁心通过辐板与空心轴连接，相邻辐板间形成通风道。由于存在转子轴向通风道和定子铁心轴向通风道，并通过强制通风的方式在电机内部进行散热通风，直接将定子铁心、永磁体热量带出，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。空心轴上开有通风孔，空心轴内部套一个薄圆筒，薄圆筒通过两端的挡板固定在空心轴上，这样形成一个闭合的冷却系统。

本发明的工作过程如下：

通过风机产生风压，冷却风经过定子线圈后分成两路：一路冷却风经过转子轴向通风道，直接对永磁体进行冷却，并且减少从定子铁心传向永磁体的热量；另一路冷却风经过定子轴向通风道，直接对定子铁心进行冷却，由于定子铁心的径向导热很好，这样定子线圈的热量通过传到定子铁心，通过定子铁心轴向通风道散出。然后，带有电机内部热量的冷却风经过空心轴通风孔进入空心轴通风道，冷却风通过空心轴的薄圆筒将带有的热量散到电机外部，冷却风与空心轴的薄圆筒接触面积大，散热能力强，能够很好的对空气降温，降温后的空气回到风机处，进行下一次循环。

Claims (8)

1.一种起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，包括电机和冷却风路，其特征在于：电机包括定子铁心（5）、定子线圈（2）、空心轴（6）、永磁体（4）、转子（3）；定子铁心（5）设置在空心轴（6）外部，转子（3）设置在定子铁心（5）外部，定子铁心（5）的端部设有定子线圈（2），永磁体（4）设置在转子（3）内侧；冷却风路包括风机（1）、定子铁心轴向通风道、转子轴向通风道、空心轴通风道；风机（1）安装在空心轴（6）的端部，空心轴（6）上开有空心轴通风孔（8），各空心轴通风孔（8）的位置互相错开；空心轴（6）内部开有通风道，并且两端通过挡板（11）封闭；转子（3）采用表贴结构，相邻磁极间留有空间形成转子轴向通风道；定子铁心（5）开有轴向通风道。

2. 根据权利要求1所述的起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，其特征在于：空心轴（6）内部套有一个薄圆筒（10），薄圆筒（10）通过两端的挡板（11）固定在空心轴上，形成一个闭合的冷却系统。

3. 根据权利要求1或2所述的起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，其特征在于：空心轴（6）外侧的风道与外界进行热量交换，且完全密封。

4. 根据权利要求1或2所述的起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，其特征在于：空心轴通风孔（8）的数量为4~8个，且在径向方向的投影均匀分布。

5. 根据权利要求1所述的起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，其特征在于：永磁体（4）固定于转子（3）内表面，相邻永磁体之间形成多条均匀转子轴向通风道。

6. 根据权利要求1所述的起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，其特征在于：在定子铁心（5）内部开有多个沿电机轴向的定子铁心轴向通风道（7），定子铁心轴向通风道沿圆周呈环状均匀分布，其形状为圆柱、扇形或其它不规则形状。

7. 根据权利要求1所述的起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统，其特征在于：定子铁心轴向通风道位于定子冲片外侧，定子铁心固定在辐板上，定子铁心通过辐板与空心轴连接，相邻辐板间形成通风道。

8. 根据权利要求1所述起重机用外转子永磁同步电机的冷却系统的冷却方法，其特征在于：通过风机吹过的风一部分直接对定子线圈、定子铁心进行风冷，然后带有电机内部热量的风经过空心轴通风道将热量散到电机外部，回到风机处；另一部分直接对永磁体进行风冷，并且将定子传递给永磁体的热量带走一部分，同样经过空心轴通风道将热量散到电机外部，回到风机处。