CN108711964B - 一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机 - Google Patents

一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机 Download PDF

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Abstract

一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机，属于电机技术领域，本发明为了解决现有大容量永磁电动机温度高的问题，转轴通过转子轴承安装在定子机座上，转轴上安装有转子铁心，定子机座的内壁上安装有定子铁心，定子铁心上安装有定子绕组，转子铁心位于定子铁心内且两者之间留有安装间隙，转子铁心的外壁上等间距设置有多个永磁体，永磁体一端的顶角与转子铁心轴线之间的夹角为a，定子铁心的径向面上开有多个定子轴向通风孔，定子轴向通风孔呈网状分布，转子抽入‑压出式通风道的内壁上等间距交错设置有多个多级风扇上叶片和多级风扇下叶片。本发明增强了永磁电动机构件的冷却效果，结构简单，便于实现。

Description

一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电 动机
技术领域
本发明涉及一种永磁电动机，具体涉及一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机，属于电机技术领域。
背景技术
永磁电动机具有高功率密度、小体积、高转矩、高效率等特点，广泛应用于电动汽车、航天航空、风力发电等领域。随着永磁电动机容量逐渐增加，永磁电动机热负荷的选取也逐渐接近极限，其单位体积的损耗和发热显著增大，永磁电动机内定子绕组、定子铁心以及永磁体的温度急剧升高，不合理的通风冷却设计无法有效地将永磁电动机内各构件的热量带走，导致发热严重的定子绕组温度超过绝缘耐热等级，烧毁定子绕组，也会导致永磁体退磁，严重威胁到永磁电动机的安全可靠运行。
现有的大容量永磁电动机定子和转子多采用实心结构，这导致永磁电动机内部没有形成自循环通风冷却系统，无法高效地通过流动的冷却气体将永磁电动机定子铁心内部、转子铁心内部以及永磁体的热量带走，导致永磁电动机内部各构件温度较高，严重限制了永磁电动机功率密度的提升和大容量化的发展，因此，急需要采用新型通风冷却技术，有效地带走永磁电动机内部的热量，将永磁电动机定子铁心、定子绕组、转子铁心以及永磁体的温升限制在允许范围内，进一步提高永磁电动机的功率密度，确保大容量永磁电动机可以长期高效、安全地运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机，以解决上述技术问题。
一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机包括定子铁心、定子绕组、定子轴向通风孔、定子机座、螺旋式正循环水道、螺旋式反循环水道、散热片、转子铁心、永磁体、转子轴向通风孔、转子抽入-压出式通风道、多级风扇上叶片、多级风扇下叶片、转子轴承和转轴；
转轴通过转子轴承安装在定子机座上，转轴上安装有转子铁心，定子机座的内壁上安装有定子铁心，定子铁心上安装有定子绕组，转子铁心位于定子铁心内且两者之间留有安装间隙，转子铁心的外壁上等间距设置有多个永磁体，永磁体一端的顶角与转子铁心轴线之间的夹角为a，定子铁心的径向面上开有多个定子轴向通风孔，定子轴向通风孔呈网状分布，转子铁心的径向面上开有多个转子轴向通风孔，转子轴向通风孔沿圆周方向等间距分布，每个转子轴向通风孔对应设置有一个转子抽入-压出式通风道，转子抽入-压出式通风道靠近转子外圆，转子抽入-压出式通风道的内壁上等间距交错设置有多个多级风扇上叶片和多级风扇下叶片，散热片对称设置在定子机座两端的内壁上，定子机座的壳体内还设有螺旋式正循环水道和螺旋式反循环水道，螺旋式正循环水道和螺旋式反循环水道镜像设置。
优选的：定子轴向通风孔的截面为圆形，圆形的直径为9mm至20mm；定子轴向通风孔沿径向方向有3-6排；转子轴向通风孔的截面为圆形，圆形的直径为11mm至22mm；转子轴向通风孔沿径向方向有1-2排；转子抽入-压出式通风道内安装多级风扇上叶片和多级风扇下叶片的高度为8mm至15mm；相邻的一个多级风扇上叶片和一个多级风扇下叶片为一级风扇，转子抽入-压出式通风道内有2级风扇至10级风扇；螺旋式正循环水道和螺旋式反循环水道内冷却水的流速为1m/s至3m/s；散热片的厚度为2mm，在定子机座内表面散热片沿圆周方向均匀分布，散热片为凹槽形，定子绕组的端部位于散热片的凹槽内，散热片的数量为10-25个；永磁体在转子铁心外表面倾斜角a角度为5-10度。
优选的：定子绕组包括定子下层绕组和定子上层绕组，定子绕组外设有定子主绝缘，定子下层绕组和定子上层绕组之间设有层间绝缘。
优选的：定子铁心内开设有定子矩形轴向通风道，定子矩形轴向通风道与定子主绝缘相接触。
优选的：转子铁心内开设有转子内冷式轴向通风槽，转子内冷式轴向通风槽与永磁体相接触。
本发明与现有产品相比具有以下效果：传统大容量永磁电动机定子铁心、定子绕组和永磁体的温度较高，并且永磁电动机内冷却气体的利用率较低。本发明通过在原来实心定子铁心内部开设定子网状轴向通风孔，实心转子铁心内部开设转子抽入-压出式通风道和转子轴向通风孔，转子抽入-压出式通风道内安装有多级风扇，形成了具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统。利用具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统可以明显地加快永磁电动机内冷却气体的流动速度，提高了冷却气体带走定子铁心、转子铁心和永磁体热量的能力，明显地降低了定子铁心、定子主绝缘、定子绕组、转子铁心以及永磁体的温度。此外，通过包裹绕组式内置散热片、螺旋式正循环水道和螺旋式反循环水道可以高效地带走永磁电动机内部冷却气体的热量。本发明所述的一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机能够有效地增强定子区域和转子区域的冷却效果，提高了永磁电动机内冷却气体的利用率，明显地降低了永磁电动机内各构件的最高温度，节省了材料，降低了成本，增强了永磁电动机长期安全稳定运行的能力。
附图说明
图1为本发明所述一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机的轴向剖视图；
图2为本发明所述一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机的圆周方向剖视图；
图3为本发明所述一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机的永磁体上视图；
图4为本发明具体实施方式二所述的一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机的轴向方向剖视图；
图5为本发明具体实施方式三所述的一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机的圆周方向剖视图；
图6为本发明具体实施方式四所述的一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机的圆周方向剖视图；
图7为本发明具体实施方式五所述的一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机的圆周方向剖视图。
图中：1-定子铁心、2-定子绕组、3-定子主绝缘、4-层间绝缘、5-定子轴向通风孔、6-定子机座、7-螺旋式正循环水道、8-螺旋式反循环水道、9-散热片、10-转子铁心、11-永磁体、12-转子轴向通风孔、13-转子抽入-压出式通风道、14-多级风扇上叶片、15-多级风扇下叶片、16-转子轴承、17-转轴、18-定子矩形轴向通风道和19-转子内冷式轴向通风槽。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
具体实施方式一，如图1、图2和图3所示，图中箭头所示为一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机中冷却气体的流动方向。本发明所述的一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机包括定子铁心1、定子绕组2、定子轴向通风孔5、定子机座6、螺旋式正循环水道7、螺旋式反循环水道8、散热片9、转子铁心10、永磁体11、转子轴向通风孔12、转子抽入-压出式通风道13、多级风扇上叶片14、多级风扇下叶片15、转子轴承16和转轴17；
转轴17通过转子轴承16安装在定子机座6上，转轴17上安装有转子铁心10，定子机座6的内壁上安装有定子铁心1，定子铁心1上安装有定子绕组2，转子铁心10位于定子铁心1内且两者之间留有安装间隙，转子铁心10的外壁上等间距设置有多个永磁体11，永磁体11一端的顶角与转子铁心10轴线之间的夹角为a，定子铁心1的径向面上开有多个定子轴向通风孔5，定子轴向通风孔5呈网状分布，转子铁心10的径向面上开有多个转子轴向通风孔12，转子轴向通风孔12沿圆周方向等间距分布，每个转子轴向通风孔12对应设置有一个转子抽入-压出式通风道13，转子抽入-压出式通风道13靠近转子外圆，转子抽入-压出式通风道13的内壁上等间距交错设置有多个多级风扇上叶片14和多级风扇下叶片15，散热片9对称设置在定子机座6两端的内壁上，定子机座6的壳体内还设有螺旋式正循环水道7和螺旋式反循环水道8，螺旋式正循环水道7和螺旋式反循环水道8镜像设置。
定子轴向通风孔5的截面为圆形，圆形的直径为9mm至20mm，本实施例取为12mm。定子轴向通风孔5沿径向方向有3-6排，本实施例取为3排。转子轴向通风孔12的截面为圆形，圆形的直径为11mm至22mm，本实施例取为18mm。转子轴向通风孔12沿径向方向有1-2排，本实施例取为1排。转子抽入-压出式通风道13内安装多级风扇上叶片14和多级风扇下叶片15的高度为8mm至15mm，本实施例取为10mm。相邻的一个多级风扇上叶片14和一个多级风扇下叶片15为一级风扇，转子抽入-压出式通风道13内有2级风扇至10级风扇，本实施例取为7级风扇。螺旋式正循环水道7和螺旋式反循环水道8内冷却水的流速为1m/s至3m/s，本实施例取为1.5m/s。散热片9的厚度为2mm，在定子机座6内表面散热片9沿圆周方向均匀分布，散热片9的数量为10-25个，本实施例取为20个。永磁体11在转子铁心10外表面倾斜a角度为5-10度，本实施例取为5度。
在原来大容量永磁电动机实心定子铁心1内开设有定子轴向通风孔5，原来实心转子铁心10内开设有转子轴向通风孔12和转子抽入-压出式通风道13，并在转子抽入-压出式通风道13内安装有多级风扇上叶片14和多级风扇下叶片15，在永磁电动机转子旋转时通过转子抽入-压出式通风道13内多级风扇叶片驱动永磁电动机内部冷却气体流动，转子抽入-压出式通风道13内流动的冷却气体可以带走转子铁心10的热量，降低了转子铁心10的温度，还可以降低靠近转子抽入-压出式通风道13的永磁体11的温度，防止永磁体11由于温度过高导致的退磁，从转子抽入-压出式通风道13出口流出的冷却气体经过散热片9，一部分冷却气体进入到定子轴向通风孔5，这部分冷却气体沿定子铁心1轴向方向流动，增大了定子铁心1的表面散热系数，有效地带走了定子铁心1和定子绕组2的热量，明显地降低了定子铁心1和定子绕组2的温度，从定子轴向通风孔5出口流出的气体冷却定子端部绕组后进入到转子抽入-压出式通风道13的入口；另一部分冷却气体进入到转子轴向通风孔12，有效地带走了转子铁心10的热量，提高了转子铁心10的表面散热系数，降低了转子铁心10的温度；从定子轴向通风孔5出口和转子轴向通风孔12出口流出的这两部分冷却气体再次进入到转子抽入-压出式通风道13，形成了一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统。永磁体11在转子铁心10外表面倾斜a角度可以加快永磁电动机通风冷却系统内冷却气体的流动速度，还可以减小永磁电动机内的磁场谐波，减小定子铁心1的损耗；散热片9可以有效地带走永磁电动机内冷却气体的热量，降低永磁电动机内冷却气体的温度，还可以降低定子端部绕组的温度；定子机座6内螺旋式正循环水道7和螺旋式反循环水道8内冷却水可以将定子铁心1和散热片9传递过来的热量带走，还可以带走转子轴承16的热量，有效地提高了永磁电动机长期安全稳定运行的能力。
定子绕组2包括定子下层绕组2-1和定子上层绕组2-2，定子绕组2外设有定子主绝缘3，定子下层绕组2-1和定子上层绕组2-2之间设有层间绝缘4。
具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于定子轴向通风孔5出口面积和转子轴向通风孔12出口面积增大，可以增大进入到转子铁心10的流体流量，加快了永磁电动机内冷却气体的循环速度，提高了冷却气体的利用率，降低了永磁电动机内部定子铁心1、定子绕组2、转子铁心10和永磁体11的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于定子轴向通风孔5的数量增加，增大了进入到定子铁心1内冷却气体的流量，增强了定子铁心1和定子绕组2的冷却效果，提高了定子铁心1内部表面散热系数，进一步降低了定子铁心1和定子绕组2的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图6说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于定子铁心1内开设有定子矩形轴向通风道18，定子矩形轴向通风道18与定子主绝缘3相接触。增大了进入到定子铁心1内冷却气体的流量，增强了冷却气体带走定子上层绕组2-2和定子铁心1热量的能力，有效地降低了发热严重的定子上层绕组2-2的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图7说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于在转子铁心10内开设有转子内冷式轴向通风槽19，转子内冷式轴向通风槽19与永磁体11相接触。转子内冷式轴向通风槽19内冷却气体可以有效地带走永磁体11的热量，降低了永磁体11的温度，提高了永磁体11抗退磁的能力。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机，其特征在于：包括定子铁心(1)、定子绕组(2)、定子轴向通风孔(5)、定子机座(6)、螺旋式正循环水道(7)、螺旋式反循环水道(8)、散热片(9)、转子铁心(10)、永磁体(11)、转子轴向通风孔(12)、转子抽入-压出式通风道(13)、多级风扇上叶片(14)、多级风扇下叶片(15)、转子轴承(16)和转轴(17)；
所述转轴(17)通过转子轴承(16)安装在定子机座(6)上，转轴(17)上安装有转子铁心(10)，定子机座(6)的内壁上安装有定子铁心(1)，定子铁心(1)上安装有定子绕组(2)，转子铁心(10)位于定子铁心(1)内且两者之间留有安装间隙，转子铁心(10)的外壁上等间距设置有多个永磁体(11)，永磁体(11)一端的顶角与转子铁心(10)轴线之间的夹角为a，定子铁心(1)的径向面上开有多个定子轴向通风孔(5)，定子轴向通风孔(5)呈网状分布，转子铁心(10)的径向面上开有多个转子轴向通风孔(12)，转子轴向通风孔(12)沿圆周方向等间距分布，每个转子轴向通风孔(12)对应设置有一个转子抽入-压出式通风道(13)，转子抽入-压出式通风道(13)靠近转子外圆，转子抽入-压出式通风道(13)的内壁上等间距交错设置有多个多级风扇上叶片(14)和多级风扇下叶片(15)，散热片(9)对称设置在定子机座(6)两端的内壁上，定子机座(6)的壳体内还设有螺旋式正循环水道(7)和螺旋式反循环水道(8)，螺旋式正循环水道(7)和螺旋式反循环水道(8)镜像设置。
2.根据权利要求1所述的一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机，其特征在于：所述定子轴向通风孔(5)的截面为圆形，圆形的直径为9mm至20mm；定子轴向通风孔(5)沿径向方向有3-6排；转子轴向通风孔(12)的截面为圆形，圆形的直径为11mm至22mm；转子轴向通风孔(12)沿径向方向有1-2排；转子抽入-压出式通风道(13)内安装多级风扇上叶片(14)和多级风扇下叶片(15)的高度为8mm至15mm；相邻的一个多级风扇上叶片(14)和一个多级风扇下叶片(15)为一级风扇，转子抽入-压出式通风道(13)内有2级风扇至10级风扇；螺旋式正循环水道(7)和螺旋式反循环水道(8)内冷却水的流速为1m/s至3m/s；散热片(9)的厚度为2mm，在定子机座(6)内表面散热片(9)沿圆周方向均匀分布，散热片(9)为凹槽形，定子绕组(2)的端部位于散热片(9)的凹槽内，散热片(9)的数量为10-25个；永磁体(11)在转子铁心(10)外表面倾斜角a角度为5-10度。
3.根据权利要求1所述的一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机，其特征在于：所述定子绕组(2)包括定子下层绕组(2-1)和定子上层绕组(2-2)，定子绕组(2)外设有定子主绝缘(3)，定子下层绕组(2-1)和定子上层绕组(2-2)之间设有层间绝缘(4)。
4.根据权利要求3所述的一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机，其特征在于：所述的定子铁心(1)内开设有定子矩形轴向通风道(18)，定子矩形轴向通风道(18)与定子主绝缘(3)相接触。
5.根据权利要求1所述的一种具有内置多级风扇式双路自循环通风冷却系统的永磁电动机，其特征在于：所述的转子铁心(10)内开设有转子内冷式轴向通风槽(19)，转子内冷式轴向通风槽(19)与永磁体(11)相接触。
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