CN109038949A - 一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构 - Google Patents

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康铭
史婷娜
郭丽艳
王慧敏
王志强
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Abstract

本发明公开了一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，包括电机转子、风刺底盘和风刺叶片，所述电机转子上开设有轴向通风孔和第一固定安装孔，所述风刺底盘上开设有与所述第一固定安装孔相对应的第二固定安装孔，所述第二固定安装孔两两之间安装有风刺叶片，且安装方向与电机轴向和电机径向各成0°～90°，所述第一安装孔和第二安装孔内共同设置有安装杆。该结构采用一种风刺结构，在原有风刺基础上加入了两个倾斜角，以增加转子两侧气压差，结合转子轴向通风孔，强迫端腔空气通过通风孔进行冷却，加强了转子内部冷却效果，且不改变电机的电磁特性。

Description

一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，利用转子轴向通风孔和一种风刺配合达到较好的散热效果。
背景技术
永磁电机由于体积小、功率密度大、结构可靠性高和效率高等优点，正在成为电机领域的研究热点之一，被广泛应用于航空航天，军事，电动汽车等领域。
永磁电机的转子一般设计成有较强的磁性，电机工作时，由于涡流损耗和磁滞损耗的存在，会使电机转子铁心和永磁体产生一定的热量，同时转子与转轴之间的机械摩擦也会产生一定的热量，使转子的温度升高。温度会影响永磁材料的剩磁密度，从而影响感应电势、输出功率等电机性能。当温升过高时，永磁体会发生不可逆退磁，造成转子磁通量下降，从而降低电机性能，缩短电机寿命，严重时将导致电机报废。
为避免杂质进入电机内部，以及许多运行环境因素的限制，永磁电机通常采用全封闭结构，这会使转子散热条件不理想，加剧了永磁体的温升。水冷结构虽然能够有效地抑制定子温度，但对于转子冷却效果并不理想。
目前专门针对转子冷却措施较少，通常围绕添加风扇，转子铁心开孔等进行设计。对于转子开设径向通风孔的结构，能够实现端部空气与气隙间的流通，但会改变转子结构，影响电机的电磁性能；对于轴向通风孔结构，通常需要外置风机进行冷却，不适用于全封闭电机。对于转子安装叶轮配合通风孔的结构，虽然加强了轴向通风效果，但对端部空气的湍流效果较差，空气与电机壁面的换热系数低，冷却效果欠佳。现有的风刺结构通过对转子端部空气的搅动作用，提升端部空气对流换热效果，但由于转子两侧不存在气压差，很难实现内循环。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，该结构采用一种风刺结构，在原有风刺基础上加入了两个倾斜角，以增加转子两侧气压差，结合转子轴向通风孔，强迫端腔空气通过通风孔进行冷却，加强了转子内部冷却效果，且不改变电机的电磁特性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，包括电机转子、风刺底盘和风刺叶片，所述电机转子上开设有轴向通风孔和第一固定安装孔，所述风刺底盘上开设有与所述第一固定安装孔相对应的第二固定安装孔，所述第二固定安装孔两两之间安装有风刺叶片，且安装方向与电机轴向和电机径向各成0°～90°，所述第一安装孔和第二安装孔内共同设置有安装杆。
进一步的，所述轴向通风孔为圆形，位于磁极下方的转子轭部，其圆心位于磁极中心线上，在保证电机转子铁心轭部不饱和的情况下选取最大孔径。
进一步的，所述第一固定安装孔为圆形，位于磁极上方的转子极靴处，其圆心位于磁极中心线上，在满足安装强度的前提下选取最小孔径。
进一步的，所述风刺叶片的安装位置与电机转子径向方向成0°～90°。
进一步的，所述风刺叶片的安装方向与电机轴向的夹角为0°～90°，且风刺叶片朝向电机转子内侧。
进一步的，所述风刺底盘和风刺叶片采用导热率高于200W/(m·K)的铝合金材料。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.该结构加强了电机内部空气对流强度，能够有效地降低转子温度，使永磁材料工作温度在所允许的温度范围内，保障了电机的性能和可靠性。
2.该结构既保留了传统风刺的空气搅动作用，又加入了空气内循环机制，在保证空气与电机内壁面的换热效果的同时，弥补了电机转子中心位置温升过高的问题。
3.风刺底盘与电机转子固定在一起，随电机运行而转动，无需额外的动力设备，成本低。
4.转子轭部开设的轴向通风孔不影响电机的电磁性能。
附图说明
图1为电机转子结构示意图。
图2为风刺底盘结构示意图。
图3(a)、图3(b)为风刺叶片倾角示意图。
图4为安装杆示意图。
图5为本发明整体结构装配图。
附图标记：1-电机转子，2-轴向通风孔，3-第一固定安装孔，4-风刺底盘，5-第二固定安装孔，6-风刺叶片，7-夹角，8-夹角，9-安装杆
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明保护一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，包括电机转子1、风刺底盘4和风刺叶片6，如图1所示，电机转子1上开设有轴向通风孔2和第一固定安装孔3，风刺底盘4上开设有与第一固定安装孔3相对应的第二固定安装孔5，其中轴向通风孔2和第一固定安装孔3根据不同电机的实际情况选取合理的尺寸和位置。每两个第二固定安装孔5之间安装一个风刺叶片6，风刺底盘4的内径以不阻挡转子轴向通风孔为准，如图2所示。风刺叶片6安装位置与转子径向方向成一定夹角7，且安装方向与电机轴向成一定夹角8，如图3(a)和图3(b)所示。电机转子1两端各安装一个风刺底盘，由安装杆9经由第二固定安装孔5和第一固定安装孔3固定。该发明的整体结构装配图如图5所示。
具体地，转子轴向通风孔2位于磁极下方的转子轭部，其圆心位于磁极中心线上，在保证电机转子铁心轭部不饱和以及转子铁心强度满足要求的情况下选取最大孔径，可通过磁路计算或有限元仿真确定。转子固定安装孔3为圆形，位于磁极上方的转子极靴处，其圆心位于磁极中心线上，在满足安装强度的前提下选取最小孔径。
具体地说，风刺叶片6安装位置与径向的夹角7可取0°～90°，其安装方向与电机轴向的夹角8可取0°～90°，且风刺叶片6朝向转子1内侧，倾斜角度可根据不同电机模型通过流体场仿真选取最优值。
具体地说，风刺整体采用导热率高于200W/(m·K)、磁导率低的铝合金材料，在不影响电磁性能的前提下加强热传导能力。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，其特征在于，包括电机转子、风刺底盘和风刺叶片，所述电机转子上开设有轴向通风孔和第一固定安装孔，所述风刺底盘上开设有与所述第一固定安装孔相对应的第二固定安装孔，所述第二固定安装孔两两之间安装有风刺叶片，且安装方向与电机轴向和电机径向各成0°～90°，所述第一安装孔和第二安装孔内共同设置有安装杆。
2.根据权利要求1所述一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，其特征在于，所述轴向通风孔为圆形，位于磁极下方的转子轭部，其圆心位于磁极中心线上，在保证电机转子铁心轭部不饱和的情况下选取最大孔径。
3.根据权利要求1所述一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，其特征在于，所述第一固定安装孔为圆形，位于磁极上方的转子极靴处，其圆心位于磁极中心线上，在满足安装强度的前提下选取最小孔径。
4.根据权利要求1所述一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，其特征在于，所述风刺叶片的安装位置与电机转子径向方向成0°～90°。
5.根据权利要求1所述一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，其特征在于，所述风刺叶片的安装方向与电机轴向的夹角为0°～90°，且风刺叶片朝向电机转子内侧。
6.根据权利要求1所述一种适用于全封闭内置式永磁电机的转子冷却结构，其特征在于，所述风刺底盘和风刺叶片采用导热率高于200W/(m·K)的铝合金材料。
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