CN107994736B - 一种自然冷却永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自然冷却永磁电机，包括定子和转子；所述的定子包括镂空机座以及定子铁心，定子冲片的外圆周上设置有多个沟槽，沟槽内设置有散热片，所述的定子铁心内部设置有多个定子槽，槽内设置有定子绕组；所述的转子包括转子本体和转子风扇，所述的转子本体包括转子空心轴和转子支架，所述的转子空心轴一端开有进风口，另一端开有出风口，进风口和出风口与转子支架空腔相通，所述的转子支架为筒状体；本发明转子空心轴与转子支架的空腔串联形成冷却风流动通道，依靠转子支架内转子风扇叶片旋转产生风压，将外部环境冷却空气由转轴轴向进风口吸入，流经转子空心轴、转子支架内壁面，由转轴出风口流出，以冷却磁钢。

Description

一种自然冷却永磁电机

技术领域

本发明属于电机冷却技术领域，具体涉及一种自然冷却永磁电机。

背景技术

永磁电机具有机构简单，运行可靠，损耗少，效率高，可以实现直驱控制等优点，因此广泛应用于电站空冷岛冷却风机、石油、矿山开采，冶金轧钢等各种工业领域。为了满足不同应用环境，不同驱动负载的要求，对电机提出了更高的要求。电机运转过程会产生损耗，在电机内部转换成热量，造成电机内部各部件温度升高，为了保证电机稳定安全运行，电机的温升不能超过一定的数值，采用合理的冷却系统对控制电机的温升非常重要。

目前对电机冷却的方式主要有空气冷却方式和水冷却方式。空气冷却方式通常是在电机内部安装冷却风扇，水冷却方式主要是在电机内设置循环水路，并在电机外部设置循环水站为电机提高冷却水源。

对于煤矿矿井等冷却水供应较困难的场合，适宜采用空气冷却方式。传统的自然风冷电机通常是在电机机座设置散热筋，会使机座结构复杂，工艺性差,体积重量大。同时传统的自然风冷永磁电机存在转子冷却困难的问题。

中国发明201110296178.1公布了一种隔爆型自然冷却异步电机，电机机座为钢板焊接而成且呈圆筒状，沿电机外表面焊接有多个第一散热筋。

上述冷却结构增加了散热面积，增强了电机的散热能力。但这种电机机座结构复杂，热量需要通过机座圆筒进行传递，多个第一散热筋均是焊接而成，工艺复杂，焊接工作量大，会造成电机体积和重量的增加，且会增大电机径向尺寸，限制了电机在一定场所的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计了一种新型的转子内带风扇、定子铁心外圆带散热片的自然风冷永磁电机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自然冷却永磁电机，包括定子和转子；所述的定子包括镂空机座以及固定在镂空机座上的定子铁心，所述的定子铁心由多个定子冲片交错叠压而成，定子冲片的外圆周上按照规律设置有多个具有一定深度和一定宽度的沟槽，所述的沟槽内设置有散热片，散热片单片的厚度略小于沟槽宽度，散热片的高度根据电机散热要求来计算，散热片圆周外侧设有梳状压块，将散热片固定在镂空机座上，所述的定子铁心内部设置有多个定子槽，槽内设置有定子绕组；所述的转子包括转子本体和转子风扇，所述的转子本体包括转子空心轴和固定有磁钢的转子支架，所述的转子空心轴一端径向封闭且轴向开有进风口，另一端轴向封闭且径向开有出风口，进风口和出风口与转子支架空腔相通，所述的转子支架为筒状体，所述的转子风扇包括固定于转子支架内的转子风扇叶片和固定于转子风扇叶片侧面的导流板，所述导流板与转子支架内圆间留有一定的间隙。

所述的一种自然冷却永磁电机，其梳状压块通过焊接等方式与镂空机座固定为一个整体。

所述的一种自然冷却永磁电机，其出风口有多组，每组数量2-4个，形状为圆形或腰圆形，沿圆周方向均匀分布。

所述的一种自然冷却永磁电机，其转子风扇叶片数量为12-24个，沿周向均匀分布。

所述的一种自然冷却永磁电机，其散热片采用铝或与镂空机座相同的材质。

所述的一种自然冷却永磁电机，其梳状压块为具有一定角度的弧形板。

本发明的有益效果是：

转子空心轴、空心轴轴向进风口、转子风扇、转子空心支架、空心轴径向出风口在电机转子内部形成完整的冷却风路；转子风扇产生的风压将冷空气从空心轴轴向进风口吸入，流经转子支架内壁，冷空气将磁钢热量带出电机，能有效降低磁钢的温升；电机内部与冷却风路物理隔离，使电机防护等级达到IP54；定子铁心外圆周沟槽内布置散热片，散热片通过梳状压块固定于镂空机座，结构简单，工艺性好，与机座加散热筋比较，能更大的增加散热面积且不增大电机径向尺寸，并缩短与定子内绕组的距离，散热片可为铝制，能极大的减轻电机重量；本发明所述的冷却系统结构简单，工艺性好，可靠性高，能将电机内部热量及时有效排出，为永磁电机可靠运行提供了保障。

附图说明

图1为本发明的总体结构剖视图；

图2为本发明的镂空机座示意图；

图3为本发明定子铁心的示意图；

图4为本发明散热片和梳状压块的示意图；

图5为本发明转子结构风道剖视图。

各附图标记为：1—定子，1.1—镂空机座，1.2—定子铁心，1.3—沟槽，1.4—散热片，1.5—梳状压块，2—转子，2.1—转子本体，2.1.1—转子空心轴，2.1.1.1—进风口，2.1.1.2—出风口，2.1.2—转子支架，2.1.2.1—磁钢，2.2—转子风扇，2.2.1—转子风扇叶片，2.2.2—导流板。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，本发明提供的一种转子内带风扇的自然风冷永磁电机，以下简称电机，主要由定子1和转子2组成，所述的定子1包括镂空机座1.1和固定在镂空机座1.1上的定子铁心1.2，所述的转子2包括带支架的转子本体2.1和转子风扇2.2。

本发明的定子可解决传统自然冷却机座散热筋焊接困难、结构复杂及体积重量大等不足，本发明的转子可解决永磁电机的转子磁钢散热问题，提高了磁钢的可靠性和安全性，同时，进一步减轻电机重量，降低电机成本，提高产品的市场竞争力。

镂空机座1.1上固定有定子铁心1.2，定子铁心外圆设置有许多沟槽1.3，定子铁心沟槽1.3内设置有散热片1.4，散热片1.4圆周外侧设有梳状压块1.5，梳状压块1.5与镂空机座通过焊接等方式固定为一个整体结构。

本发明散热片的设置极大的增加了散热面积，提升了电机的散热能力和散热效果，可用有效降低电机内部温升，与采用在机座外侧直接焊接或铸造散热筋的冷却方式相比，该电机定子结构紧凑，能有效降低电机的体积和重量，并同时具有较好的工艺性和较低的制造成本。

参照图2所示，镂空机座1.1为钢板焊接而成，且为镂空状筒状体，可极大地降低机座的重量，镂空机座1.1有许多横向筋和纵向筋，强度和刚度较好，对定子铁心1.2及整个电机起到固定和支撑作用。镂空机座1.1外径与散热片1.4的高度相对应。

电机的定子铁心1.2为导磁材料制作而成，通常为由多个定子冲片叠压及各种紧固件压紧构成的整体结构。所述的定子铁心的外圆周上按照规律设置有多个沟槽1.3，如图3所示，用于嵌放散热片1.4。

本发明实施例提供的转子内带风扇的自然风冷永磁电机，在定子铁心外圆周沟槽内设置多个散热片，电机内部产生的热量通过定子铁心传导至各散热片和定子机座，并通过散热片和定子机座将热量散热至空气中，散热片的设置极大地增加了散热面积，提升了电机的散热能力和散热效果，有效降低电机内部温升，与在机座外侧直接焊接或铸造散热筋的冷却方式相比，该电机结构紧凑，冷却结构大大简化，能有效降低电机的体积和重量，并同时具有较好的工艺性，降低了制造成本。

上述的定子铁心外圆周上沟槽的宽度、深度及数量，可根据电机散热的需要设置，优选的是，各沟槽为条状且沿机座的轴向均匀分布于定子铁心外圆周，并且，各沟槽与机座设计相对应，机座横向筋遮挡处可不设置沟槽。

沟槽一般由定子冲片冲制而成，并且，本实施例中，定子铁心外圆上的沟槽宽度范围为4-6mm，深度范围为8-12mm，沟槽数量与沟槽宽度存在一定关系。更加优选的是，各沟槽的宽度为5mm，深度为10mm，数量为198。

通过实验表明采用上述尺寸的沟槽可使定子冲片冲制工艺简单，且沟槽数量尽可能较多，可达到更好的散热效果。

参照图4所示，该散热片可选用多种材料制做，可以选用与机座相同材质的材料制作，也可以选择散热性能良好、密度小的材料制作，如铝制材料。将制作好的片状散热片崁放进沟槽内前，可在与沟槽接触的散热片表面上涂抹导热性能较好的胶，以使散热片与沟槽接触良好，减小热传导热阻。

上述的散热片单片厚度略小于定子铁心沟槽宽度，以使散热片能较容易崁放进沟槽且接触良好为宜，宽度为略小于机座纵向筋间距离，高度根据电机散热要求来计算。本实施例中，散热片单片厚度为4.5mm，宽度为172mm，高度为70mm。

为更好的固定各散热片，在定子铁心固定于镂空机座，且散热片崁放进定子铁心沟槽内后，在散热片外圆上，将梳状压块的齿压进各散热片间的空隙，并将梳状压块两侧与机座横向筋点焊固定。

上述的梳状压块一般选用与机座相同材料制作，以与机座焊接容易。梳状压块厚度范围为8-12mm，为具有一定角度的弧形压板，角度为机座横向筋间夹角，每个机座横向筋与纵向筋网格内梳状压块数量1-2。本实施例中，梳状压块厚度为10mm，弧度为22°，每个机座横向筋与纵向筋网格内梳状压块数量为2。

在上述实施例的基础上，进一步地，参照图5，所述的转子2包括带支架的转子本体2.1和转子风扇2.2，所述的转子本体2.1包括转子空心轴2.1.1、转子支架2.1.2，所述的转子空心轴2.1.1上一端开有轴向进风口2.1.1.1，另一端开有径向出风口2.1.1.2，所述的转子支架2.1.2上固定有磁钢2.1.2.1（转子永磁体），所述的转子风扇2.2包括转子风扇叶片2.2.1和导流板2.2.2，转子风扇叶片2.2.1固定于转子支架2.1.2上，导流板2.2.2固定于转子风扇叶片2.2.1侧面。

所述转子空心轴2.1.1与转子支架2.1.2空腔串联形成冷却风流动通道，依靠转子支架2.1.2内转子风扇叶片2.2.1旋转产生风压，将外部环境冷却空气由转轴轴向进风口2.1.1.1吸入，流经转轴，经导流板2.2.2的导流，流经转子支架2.1.2内壁面，由转轴径向出风口2.1.1.2流出。

上述的转子空心轴2.1.1与转子支架2.1.2通过焊接或装配成为一体式结构。

进一步地，转子空心轴2.1.1轴向进风口2.1.1.1数量为1，沿转轴轴向，径向出风口2.1.1.2数量为2-4，沿圆周方向均匀分布，形状为圆形或腰圆形。本实施例中，径向出风口2.1.1.2数量为3，形状为腰圆形。

上述的转子风扇叶片2.2.1数量为12-24，风扇外径与转子支架2.1.2内径相同，风扇内径大于转子空心轴2.1.1外径。本实施例中，转子风扇叶片2.2.1数为12。

转子风扇2.2外侧有设置有导流板2.2.2，所述导流板2.2.2与转子支架2.1.2内圆间留有一定的间隙，一般为40-60mm，本实施例中间隙为50mm。

本发明实施例提供的转子自带风扇的自然风冷永磁电机，通过转子空心轴和空心转子支架轴向风路的设计，实现对转子磁钢的冷却，同时电机内部与冷却风路物理隔离，提高了电机的防护等级和可靠性，在满足电机散热的基础上进一步降低了电机重量。

本发明的定子散热片固定简单可靠，无须大量焊接，极大简化机座加工工艺；转子磁钢发热小，且通过转子支架设计，增强了转子散热能力，解决了磁钢散热问题，提高了磁钢的安全性和可靠性；同时，镂空机座和空心转子支架进一步减轻了电机重量，提高了产品的市场竞争力。

由于该电机结构简单，体积重量小，将其应用于电站空冷岛冷却风机、石油、矿山开采等场合，可降低电站空冷岛冷却风机整机、矿井挖煤机整机等的整机系统重量，扩大了永磁电机的应用场合，对节能减排意义重大。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种自然冷却永磁电机，其特征在于：包括定子（1）和转子（2）；

所述的定子（1）包括镂空机座（1.1）以及固定在镂空机座上的定子铁心（1.2），所述的镂空机座（1.1）为钢板焊接而成的镂空状筒状体，镂空机座（1.1）上有对定子铁心（1.2）起固定和支撑作用的横向筋和纵向筋，所述的定子铁心（1.2）由多个定子冲片交错叠压而成，定子冲片的外圆周上冲制有多个具有深8-12mm、宽4-6mm的沟槽（1.3），所述的沟槽（1.3）内设置有散热片（1.4），散热片（1.4）圆周外侧设有梳状压块（1.5），其弧度为机座（1.1）横向筋间夹角，梳状压块（1.5）通过焊接方式与镂空机座（1.1）固定为一个整体，每个横向筋与纵向筋网格内的梳状压块（1.5）为1-2个，所述的定子铁心（1.2）内部设置有多个定子槽，槽内设置有定子绕组；

所述的转子（2）包括转子本体（2.1）和转子风扇（2.2），所述的转子本体（2.1）包括转子空心轴（2.1.1）和固定有磁钢（2.1.2.1）的转子支架（2.1.2），转子空心轴（2.1.1）与转子支架（2.1.2）通过焊接或装配成为一体式结构，所述的转子空心轴（2.1.1）一端径向封闭且沿转轴轴向开有1个进风口（2.1.1.1），另一端轴向封闭且沿圆周方向均匀开有多组出风口（2.1.1.2），每组数量2-4个，形状为圆形或腰圆形，进风口（2.1.1.1）和出风口（2.1.1.2）与转子支架（2.1.2）的空腔相通，所述的转子支架（2.1.2）为筒状体，所述的转子风扇（2.2）包括固定于转子支架（2.1.2）内的转子风扇叶片（2.2.1）和固定于转子风扇叶片（2.2.1）侧面的导流板（2.2.2），所述导流板（2.2.2）与转子支架（2.1.2）内圆间留有40-60mm间隙。

2.根据权利要求1所述的一种自然冷却永磁电机，其特征在于，所述的转子风扇叶片（2.2.1）数量为12-24个，沿周向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种自然冷却永磁电机，其特征在于，所述的散热片（1.4）采用铝或与镂空机座（1.1）相同的材质。

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