CN106451864B - 永磁牵引电机混合通风冷却系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁牵引电机混合通风冷却系统及方法，冷却系统由独立驱动工作的径向通风冷却系统和轴向通风冷却系统组成，由径向通风冷却系统直接吹拂冷却转子、永磁体，由轴向通风冷却系统冷却端部绕组、均衡整机温升。本发明在质量传输上将径向通风和轴向通风分离，通风系统风阻损耗较小；两套通风系统各自冷却电机内发热较为严重的位置，冷却性能优异。径向通风冷却系统由分离隔板区分为进风通道和出风通道两部分，进入各个径向通风孔的冷却气体温升相似，保证了电机温升在轴向的均衡性；轴向通风冷却系统保证了电机温升在周向的均衡性。本发明具有电机内部冷却效果好，电机温升均衡性好的特点，适于推广应用。

Description

永磁牵引电机混合通风冷却系统及方法

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，主要涉及电机冷却系统，特别是涉及中小型轨道交通、公共交通、电动车辆永磁牵引电机冷却系统，具体说是一种具有轴向、径向两套通风路径的永磁牵引电机冷却系统及方法。

背景技术

永磁电机具有高效、高功率密度的特点，且在轻载运行状态下也能保持较高的效率和功率因数，相比于异步电机作为牵引电机在电动车辆的长期工作中能够有效地节约能源。由于电动车电机采用变频器控制且工作频率往往较高，在电机转子和永磁体中存在大量的空间谐波和时间谐波，发热严重。因此，必须建立一套有效的电机内部冷却系统来保证电机的输出转矩能力和运行可靠性。

由于永磁体热传导能力较差，其导热系数一般不到硅钢片材料的1/5。此外，出于安装工艺和生产工艺的需要，在永磁体和转子铁心开设的安装槽间存在较大的间隙，影响永磁体热量的传递。传统的永磁电机轴向通风系统对永磁体的间接冷却效率较低，很难保证其散热能力。而以往异步电机的混合通风结构中，径向风路和轴向风路交联，对于中小型牵引电机风阻损耗较大，限制了电机的效率。

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，针对永磁牵引电机，设计了一种具备轴向、径向两套在质量传输上分离、在热量传输上交联的冷却风路的电机冷却系统。

技术方案

一种永磁牵引电机混合通风冷却系统，轴承安装于端盖与转轴间，定子线圈绕置于定子铁心的开槽内，永磁体内置于转子铁心中；冷却系统分为径向通风系统和轴向通风系统；轴向通风系统包括冲剪出转子轴向通风孔构型的转子铁心叠片叠压形成转子轴向通风孔、冲剪出定子轴向通风孔构型的定子铁心叠片叠压形成定子轴向通风孔、和轴向风路离心式风扇；轴向风路离心式风扇安装在电机转轴于端盖内的非驱动端，和转轴同步旋转，驱动轴向风路冷却风；径向通风系统包括离心式风扇、导风壳、定子径向通风孔、和转子径向通风孔；径向风路离心式风扇安装于端盖外转轴非驱动端，随转轴同步旋转，驱动径向风路冷却风；导风壳安装于定子铁心外；转子铁心与定子铁心采用分段结构，相邻的转子铁心叠片之间的间隙构成转子径向通风孔，相邻的定子铁心叠片之间的间隙构成定子径向通风孔；位于转轴非驱动端的导风壳的端部开有径向风路冷却风入口，导风壳的另一端开有径向风路出口。

径向风路由分离隔板分隔出进风通道和出风通道，由导风壳进入各个定子径向通风孔的冷却风温升相似。

分离隔板下端折向进风通道。

上述永磁牵引电机混合通风冷却系统的冷却方法，包括径向通风系统冷却和轴向通风系统冷却；轴向风路冷却风由安装于电机内部非驱动端、随转轴同步旋转的轴向风路离心式风扇驱动，通过定子轴向通风孔传递到电机腔内驱动端，由转子轴向通风孔回到轴向风路离心式风扇位置，形成循环冷却风路；径向风路冷却风由安装于电机端盖外随转轴同步旋转的径向风路离心式风扇驱动，进入定子铁心外安装的导风壳中，由定子径向通风孔的进风通道进入电机；由于分离隔板的作用，径向风路冷却风由定子径向通风孔进入转子径向通风孔，由出风通道回到导风壳中，沿轴向传递出电机。

轴向通风风路和径向通风风路在质量传输上分离，由各自风扇独立驱动，通风路径间接明确、风阻损耗小。

轴向通风风路和径向通风风路在定子径向通风孔和转子径向通风孔位置存在热量传输交互，均衡冷却风温升。

径向通风冷却系统由分离隔板分割为进风通道和出风通道，由导风壳进入各个定子径向通风孔的冷却风温升相似，均衡电机轴向温升。

分离隔板下端折向进风通道，起到导风作用，使径向冷却风更趋向于进入转子径向通风孔。

优点及效果

与现有技术相比，本实发明的优点与积极效果为：

（1）将径向风路和轴向风路在质量传输上分离，径向风路在轴向通过定子铁心外的导风壳走风，风阻损耗较低。

（2）冷却系统通过径向风路直接吹拂冷却转子铁心、永磁体，通过轴向风路实现端部绕组的冷却并均衡整机的温升，两套冷却风路各司其职，由于两套通风系统各自冷却电机内发热较为严重的位置，系统冷却性能优异。

（3）径向通风冷却系统由分离隔板分为进风通道、出风通道两部分，保证了由各个径向通风孔流入的冷却风温升相似，确保了电机在轴向温升分布的均匀性；由轴向通风冷却系统保证了电机在周向温升分布的均匀性。

（4）径向风路和轴向风路在定子铁心位置交汇，由温升较低的径向风路冷却风带走部分轴向冷却风热量。

（5）径向风路冷却风在流入径向风道前，在导风壳中直接吹拂定子铁心，进一步强化电机的散热能力。

附图说明

图1为电机轴向冷却风路示意图。

图2为电机径向冷却风路横截面通风路径图。

图3为电机径向冷却风路进风通道通风路径图。

图4为电机径向冷却风路出风通道通风路径图。

图5为电机径向冷却风路示意图。

附图标记说明：

1. 轴向风路冷却风、2. 转子轴向通风孔、3. 永磁体、4. 轴向风路离心式风扇、5. 定子轴向通风孔、6.出风通道、7. 分离隔板、8. 径向风路冷却风、9.进风通道、10. 径向风路离心式风扇、11. 转子径向通风孔、12. 定子线圈、13. 导风壳、14. 径向风路冷却风入口、15. 径向风路冷却风出口、16. 定子径向通风孔、17. 轴承、18. 转子铁心、19. 定子铁心、20. 端盖、21. 转轴。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明提出了一种永磁牵引电机混合通风冷却系统，如图1~图5所示，电机的轴承17安装于端盖20与转轴21间，定子线圈12绕置于定子铁心19的开槽内，永磁体3内置于转子铁心18中。冷却系统分为径向通风系统和轴向通风系统。

轴向通风系统包括冲剪出转子轴向通风孔构型的转子铁心叠片叠压形成转子轴向通风孔2、冲剪出定子轴向通风孔构型的定子铁心叠片叠压形成定子轴向通风孔5、和轴向风路离心式风扇4；轴向风路离心式风扇4安装在电机转轴21于端盖20内的非驱动端，和转轴21同步旋转，驱动轴向风路冷却风1。

径向通风系统包括离心式风扇10、导风壳13、定子径向通风孔16、和转子径向通风孔11；径向风路离心式风扇10安装于端盖20外转轴21非驱动端，随转轴21同步旋转，驱动径向风路冷却风8；导风壳13安装于定子铁心19外；转子铁心18与定子铁心19采用分段结构，相邻的转子铁心叠片之间的间隙构成转子径向通风孔11，相邻的定子铁心叠片之间的间隙构成定子径向通风孔16；位于转轴21非驱动端的导风壳13的端部开有径向风路冷却风入口14，导风壳13的另一端开有径向风路出口15。

径向风路由分离隔板7分隔出进风通道9和出风通道6，保证了由导风壳13进入各个定子径向通风孔16的冷却风温升相似，均衡了电机轴向温升。

分离隔板7下端折向进风通道9，起到导风作用，使径向冷却风更趋向于进入转子径向通风孔。

上述永磁牵引电机混合通风冷却系统的冷却方法如下：包括径向通风系统冷却和轴向通风系统冷却；轴向风路冷却风1由安装于电机内部非驱动端、随转轴同步旋转的轴向风路离心式风扇4驱动，通过定子轴向通风孔5传递到电机腔内驱动端，由转子轴向通风孔2回到轴向风路离心式风扇4位置，形成循环冷却风路；径向风路冷却风8由安装于电机端盖20外随转轴同步旋转的径向风路离心式风扇10驱动，进入定子铁心19外安装的导风壳13中，由定子径向通风孔16的进风通道9进入电机；由于分离隔板7的作用，径向风路冷却风8由定子径向通风孔16进入转子径向通风孔11，由出风通道6回到导风壳13中，沿轴向传递出电机。

在电机混合通风冷却系统中，轴向通风风路和径向通风风路在质量传输上分离，由各自风扇独立驱动，通风路径间接明确、风阻损耗小。

轴向通风风路和径向通风风路在定子径向通风孔16和转子径向通风孔11位置存在热量传输交互，均衡冷却风温升。

本发明装配及工作过程如下：

永磁体3内置于转子铁心18中；转子铁心叠片冲剪出转子轴向通风孔构型，叠压形成转子轴向通风孔2；定子铁心叠片冲剪出定子轴向通风孔构型，叠压形成定子轴向通风孔5；轴向风路离心式风扇4安装于电机转轴21于端盖20内非驱动端，和转轴21同步旋转，驱动轴向风路冷却风1；定子线圈12通过绕线工艺置于定子铁心19开设的槽内；轴承17安装于端盖20与转轴21间；导风壳13安装于定子铁心18外；转子铁心18与定子铁心19通过分段结构、安装形成转子径向通风孔11和定子径向通风孔16；电机径向风路冷却风8由安装于端盖20外、转轴21非驱动端的径向风路离心式风扇10驱动，由径向风路冷却风入口14进入导风壳13；径向风路由分离隔板7分成进风通道9和出风通道6两部分；径向风路冷却风8由径向风路出口15离开电机。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为电机轴向通风系统示意图，轴向风路冷却风1由安装于电机内部非驱动端、随转轴同步旋转的轴向风路离心式风扇4驱动，通过电机定子轴向通风孔5传递到电机腔内驱动端，由转子轴向通风孔2回到风扇位置，形成循环冷却风路。

图5为电机径向通风系统示意图，结合图2~图4，径向风路冷却风8如图3所示，由安装于电机端盖20外随转轴同步旋转的径向风路离心式风扇10驱动，进入定子铁心外安装的导风壳13中，由定子径向通风孔16的进风通道9进入电机。如图2所示，由于分离隔板7的作用，径向通风系统冷却风由定子径向通风孔16进入转子径向通风孔11，由定子径向通风孔16出风通道6回到导风壳13中，沿轴向传递出电机，如图4所示。

本发明中由于径向通风冷却系统的作用，其冷却风可以直接吹拂到较难散热的转子铁心18、永磁体3内部位置，如图2所示，帮助转子铁心18、永磁体3散热。由于将径向通风冷却系统分离为进风通道9、出风通道6两部分，保证了由各个定子径向通风孔16流入的冷却风温升相似，确保了电机在轴向温升分布的均匀性；由轴向通风系统保证了电机在周向温升分布的均匀性。

Claims (7)

1.一种永磁牵引电机混合通风冷却系统，轴承（17）安装于端盖（20）与转轴（21）间，定子线圈（12）绕置于定子铁心（19）的开槽内，永磁体（3）内置于转子铁心（18）中；其特征在于：冷却系统分为径向通风系统和轴向通风系统；轴向通风系统包括冲剪出转子轴向通风孔构型的转子铁心叠片叠压形成转子轴向通风孔（2）、冲剪出定子轴向通风孔构型的定子铁心叠片叠压形成定子轴向通风孔（5）、和轴向风路离心式风扇（4）；轴向风路离心式风扇（4）安装在电机转轴（21）于端盖（20）内的非驱动端，和转轴（21）同步旋转，驱动轴向风路冷却风（1）；径向通风系统包括离心式风扇（10）、导风壳（13）、定子径向通风孔（16）、和转子径向通风孔（11）；径向风路离心式风扇（10）安装于端盖（20）外转轴（21）非驱动端，随转轴（21）同步旋转，驱动径向风路冷却风（8）；导风壳（13）安装于定子铁心（19）外；转子铁心（18）与定子铁心（19）采用分段结构，相邻的转子铁心叠片之间的间隙构成转子径向通风孔（11），相邻的定子铁心叠片之间的间隙构成定子径向通风孔（16）；位于转轴（21）非驱动端的导风壳（13）的端部开有径向风路冷却风入口（14），导风壳（13）的另一端开有径向风路出口（15）；

径向风路由分离隔板（7）分隔出进风通道（9）和出风通道（6），由导风壳（13）进入各个定子径向通风孔（16）的冷却风温升相似。

2.根据权利要求1所述的永磁牵引电机混合通风冷却系统，其特征在于：分离隔板（7）下端折向进风通道（9）。

3.根据权利要求1所述的永磁牵引电机混合通风冷却系统的冷却方法，其特征在于：包括径向通风系统冷却和轴向通风系统冷却；轴向风路冷却风（1）由安装于电机内部非驱动端、随转轴同步旋转的轴向风路离心式风扇（4）驱动，通过定子轴向通风孔（5）传递到电机腔内驱动端，由转子轴向通风孔（2）回到轴向风路离心式风扇（4）位置，形成循环冷却风路；径向风路冷却风（8）由安装于电机端盖（20）外随转轴同步旋转的径向风路离心式风扇（10）驱动，进入定子铁心（19）外安装的导风壳（13）中，由定子径向通风孔（16）的进风通道（9）进入电机；由于分离隔板（7）的作用，径向风路冷却风（8）由定子径向通风孔（16）进入转子径向通风孔（11），由出风通道（6）回到导风壳（13）中，沿轴向传递出电机。

4.根据权利要求3所述的永磁牵引电机混合通风冷却系统的冷却方法，其特征在于：轴向通风风路和径向通风风路在质量传输上分离，由各自风扇独立驱动，通风路径间接明确、风阻损耗小。

5.根据权利要求3所述的永磁牵引电机混合通风冷却系统的冷却方法，其特征在于：轴向通风风路和径向通风风路在定子径向通风孔（16）和转子径向通风孔（11）位置存在热量传输交互，均衡冷却风温升。

6.根据权利要求3所述的永磁牵引电机混合通风冷却系统的冷却方法，其特征在于：径向通风冷却系统由分离隔板（7）分割为进风通道（9）和出风通道（6），由导风壳（13）进入各个定子径向通风孔（16）的冷却风温升相似，均衡电机轴向温升。

7.根据权利要求3所述的永磁牵引电机混合通风冷却系统的冷却方法，其特征在于：分离隔板（7）下端折向进风通道（9），起到导风作用，使径向冷却风更趋向于进入转子径向通风孔。