CN105071619A - 一种定子绕组设有散热装置的永磁无刷电机 - Google Patents

Abstract

一种定子绕组设有散热装置的永磁无刷电机，包括机壳、定子、转子、轴承组件、文丘里引风管和轴流风机；定子包括定子铁心、定子绕组、绕组进风管组件和绕组出风管组件，定子铁心上设有定子槽，由管状截面的空心铜导线绕制而成的定子绕组位于定子槽内，中空铜导线形成定子绕组的散热内风道；绕组进风管组件包括分接管、绝缘连接管和进风管，绕组出风管组件包括分接管、连接管和文丘里引风管；转子与定子绕组相配合段设有永磁体，转子与定子绕组之间设有气隙；文丘里引风管的入口段位于轴流风机扇叶上方，其扩散段端口与机壳固定。本发明的优点是：该永磁电机定子绕组散热装置体积小、重量轻、功率与扭矩大、过载能力高，散热性能好。

Description

一种定子绕组设有散热装置的永磁无刷电机

技术领域

本发明涉及一种定子绕组设有散热装置的永磁无刷电机，属于电机技术领域。

背景技术

永磁无刷电机具有结构简单，无励磁损耗，功率密度大，效率高等特点，在航天航空、机器人、家用电器和办公自动化领域有广泛的应用。散热问题是永磁无刷电机中存在的重要问题之一。定子绕组作为电机运行时的主要热源，其温度受到绝缘等级的限制，热量如果不能有效的散出，当绕组温度上升至电机绝缘等级规定的温度限制之上时，会带来导致电枢绕组绝缘被破坏的风险，进而引起电机短路。电机短路可能造成定子瞬时电流过大，导致绝缘的进一步破坏。同时，瞬时的强磁场还会引起永磁体失磁。此外，电机温升过高时会使永磁体出现不可逆退磁，导致三相反电势的不平衡，影响电机的输出特性，最终使电机无法正常工作。因此，永磁无刷电机的散热成为电机设计的核心问题之一。

目前永磁电机的冷却方式概括起来，主要有以下几种：

1）风扇、风机冷却

大多数永磁电机采用轴流式或离心式风扇、风机进行冷却，利用冷却介质经风道带走定子绕组产生的热量。采用该类型冷却方式时，由于定子绕组在定子槽内排列紧凑，不易与冷却介质充分接触，电机的冷却效果受到限制，可靠性低，无法满足船舶、电动汽车等对电机散热性能的要求，限制了电机的应用领域。

2）冷却器冷却

采用空-水冷却器等对永磁电机进行冷却时，冷却介质（流体和空气）能够快速的将定子绕组传导和辐射出的热量带走，电机冷却效果较好。但是，空-水冷却器体积较大，电机的功率密度难以提升，电机存在整体结构笨重，复杂等弊端；

3）其它冷却方式

大型电机定子绕组采用空心导线，并在导线内通以冷却介质进行循环冷却。这种冷却方法效果好，但是需要冷却介质循环设备，成本高，不易推广使用。

文丘里效应，也称文氏效应。这种现象以其发现者意大利物理学家文丘里（GiovanniBattistaVenturi）命名。该效应表现在受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速或流量增大的现象，其流量与过流断面成反比。而由伯努力定律知流速的增大伴随流体压力的降低，即常见的文丘里现象。通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。利用这种效应可以制作出文氏管。

电机定子绕组中导线采用空心铜导线，使用空心铜导线在提高散热能力的同时可以减小定子绕组重量，降低铜材的消耗量。

发明内容

本发明的目的是解决现有永磁电机低速散热性差、体积大、重量重、功率与扭矩小、过载能力低、以及散热困难的问题，提供了一种定子绕组设有散热装置的永磁无刷电机。

本发明的技术方案：

一种定子绕组设有散热装置的永磁无刷电机，包括机壳、定子、转子、轴承组件、文丘里引风管和轴流风机，机壳为圆筒形壳体，机壳两个端面中心分别设有轴承组件，机壳上部分别设有出风口、接线盒和进风口；定子包括定子铁心、定子绕组、绕组进风管组件和绕组出风管组件，定子铁心上设有定子槽，由管状截面的空心铜导线绕制而成的定子绕组位于定子槽内，中空铜导线形成定子绕组的散热内风道，定子绕组通过导线与接线盒连接；绕组进风管组件包括绕组进风道分接管、进风道绝缘连接管和进风管，机壳上的进风管依次与进风道绝缘连接管、绕组进风道分接管和定子绕组的进风端连接，绕组出风管组件包括绕组出风道分接管、出风道绝缘连接管和文丘里引风管，定子绕组的出风端依次与绕组出风道分接管、出风道绝缘连接管和文丘里引风管的喉道分接头连接，两个绕组风道分接管的接线端分别与定子绕组连接；转子与定子绕组相配合段设有永磁体，转子与定子绕组之间设有气隙，转子两端通过轴承组件与机壳定位，轴流风机与转子固定；文丘里引风管包括入口段、收缩段、喉道、扩散段和喉道分接头，入口段位于轴流风机扇叶上方，其扩散段端口与机壳固定。

本发明的优点是：该永磁电机定子绕组散热装置体积小、重量轻、功率与扭矩大、过载能力高，散热性能好。

附图说明

图1为定子绕组设有散热装置的永磁无刷电机结构示意图。

图2为该永磁无刷电机的定子绕组局部放大结构示意图。

图中：1.机壳2.定子3.转子4.轴承组件5.文丘里引风管6.轴流风机7.出风口8.接线盒9.进风口10.定子铁心11.定子绕组12.定子槽

13.绕组进风道分接管14.进风道绝缘连接管15.进风管16.绕组出风道分接管17.出风道绝缘连接管18.接线端19.永磁体20入口段21.收缩段

22.喉道23.扩散段24.喉道分接头25.气隙。

具体实施方式

为了能够更清楚的理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

实施例：

一种定子绕组设有散热装置的永磁无刷电机，如图1所示，包括机壳1、定子2、转子3、轴承组件4、文丘里引风管5和轴流风机6，

机壳1为圆筒形壳体，机壳1两个端面中心分别设有轴承组件4，机壳1上部分别设有出风口7、接线盒8和进风口9；

定子2包括定子铁心10、定子绕组11、绕组进风管组件和绕组出风管组件，定子铁心10上设有定子槽12，由管状截面的空心铜导线绕制而成的定子绕组11位于定子槽12内，如图2所示，中空铜导线形成定子绕组11的散热内风道，定子绕组11通过导线与接线盒8连接；当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，具有集肤效应，即电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导线内部实际上电流较小，电流频率越高，导体的集肤效应越显著，采用空心导体可以在提高散热能力的同时减小绕组重量；

绕组进风管组件包括绕组进风道分接管13、进风道绝缘连接管14和进风管15，机壳1上的进风管15依次与进风道绝缘连接管14、绕组进风道分接管13和定子绕组11的进风端连接，绕组出风管组件包括绕组出风道分接管16、出风道绝缘连接管17和文丘里引风管5，定子绕组11的出风端依次与绕组出风道分接管16、出风道绝缘连接管17和文丘里引风管5的喉道分接头24连接，两个绕组风道分接管的接线端18分别与定子绕组11连接；

转子3与定子绕组11相配合段设有永磁体19，转子3与定子绕组11之间设有气隙25，转子3两端通过轴承组件4与机壳1定位，轴流风机6与转子3固定并随转子旋转而转动；

文丘里引风管5包括入口段20、收缩段21、喉道22、扩散段23和喉道分接头24，入口段20位于轴流风机6扇叶上方，其扩散段23端口与机壳1固定，轴流风机6的扇叶片与出风口7对应并将风道出来的风经过文丘里引风管5排出；文丘里引风管5是先收缩后逐渐扩大的管道，依据文丘里效应制作而成，即受限流体在通过缩小的过流断面时，流体的流速增大，在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用；空气从文丘里引风管5的入口段20进入，经过收缩段21进入喉道22，随着截面逐渐减小，空气的流速增大，压强减小，这时就在喉道22处产生一定的真空度，致使喉道分接头22内的空气被吸入文氏管内，空气的流速越大，产生的真空度越高；经过入口段20进入的空气与经过喉道分接头24进入的空气汇合后经扩散段23一起排出。

该实施例中，文丘里管的尺寸为：收缩段的锥角为21°±2°；扩散段的锥角为9°；喉道直径与喉道长度相等。

该永磁无刷电机运行时，会在定子装配中产生大量的热量，所诉的定子装配中采用空心铜导线绕组，不仅可以减少电机重量，而且利于散出产生的热量，与所诉的分接管相连后，热气流从其绝缘部分流入所述的文丘里管，经过文丘里效应排出。从而整个装置达到快速散热的作用。

本发明采用空心铜导线制成的定子绕组，以及相关附件构成定子绕组散热风道，可以使冷却风与发热的定子绕组充分接触，使定子绕组产生的热量能够快速排出，避免热量传输至定子铁心，降低电机的最高温升，能够防止定子绕组绝缘破坏和永磁体因温升过高而发生严重失磁甚至不可逆退磁，致使电机无法安全可靠运行的现象。当绕组中通过交流电流时，集肤效应使导体内部的电流集中在导体外表的薄层，导线内部电流密度较小，使用空心铜导线在提高散热能力的同时可以减小定子绕组重量，降低铜材的消耗量，节约大量有色金属材料。另外，本发明采用具有文丘里效应的引风部件，利用转子散热风道的文丘里效应，强制定子绕组散热风道的冷却风流动，无需增加冷却介质循环设备，散热装置结构简单。

Claims (1)

1.一种定子绕组设有散热装置的永磁无刷电机，其特征在于：包括机壳、定子、转子、轴承组件、文丘里引风管和轴流风机，机壳为圆筒形壳体，机壳两个端面中心分别设有轴承组件，机壳上部分别设有出风口、接线盒和进风口；定子包括定子铁心、定子绕组、绕组进风管组件和绕组出风管组件，定子铁心上设有定子槽，由管状截面的空心铜导线绕制而成的定子绕组位于定子槽内，中空铜导线形成定子绕组的散热内风道，定子绕组通过导线与接线盒连接；绕组进风管组件包括绕组进风道分接管、进风道绝缘连接管和进风管，机壳上的进风管依次与进风道绝缘连接管、绕组进风道分接管和定子绕组的进风端连接，绕组出风管组件包括绕组出风道分接管、出风道绝缘连接管和文丘里引风管，定子绕组的出风端依次与绕组出风道分接管、出风道绝缘连接管和文丘里引风管的喉道分接头连接，两个绕组风道分接管的接线端分别与定子绕组连接；转子与定子绕组相配合段设有永磁体，转子与定子绕组之间设有气隙，转子两端通过轴承组件与机壳定位，轴流风机与转子固定；文丘里引风管包括入口段、收缩段、喉道、扩散段和喉道分接头，入口段位于轴流风机扇叶上方，其扩散段端口与机壳固定。