CN111416465B - 一种快速降温的永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于带有用于冷却介质流动的通道或管道的电机技术领域，公开了一种快速降温的永磁电机，包括从内至外依次设置的驱动轴、转子、定子和外壳，定子固定在外壳内，外壳上设有多个透气孔，驱动轴的前端延伸至外壳外，定子上沿轴向设有多条导气通道，导气通道包括沿远离驱动轴的前端依次设置的导流段、冷却段和导出段，且导流段和导出段均呈锥形；导流段和导出段的小径端与冷却段直径相同，且导流段和导出段的小径端与冷却段连通；驱动轴的前端位于外壳内的部分上还固定有向导流段导气的第一旋转叶片。本发明解决了现有的永磁电机的转子降温效果差。

Description

一种快速降温的永磁电机
技术领域
本发明属于带有用于冷却介质流动的通道或管道的电机领域，具体涉及一种快速降温的永磁电机。
背景技术
电机，是一种依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，通常包括定子、包裹在定子外的转子以及包裹在转子外的外壳。电机有非常多的种类，其中永磁电机就是常见的一种，永磁电机是以永磁体作为转子产生旋转磁场，使三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应感应三相对称电流的电机。
永磁电机长时间使用后，其驱动系统(即永磁体)会大量的发热，而驱动系统长时间工作于高温环境下，极易造成驱动系统上的稀土磁性材料出现过热现象。而Nd-Fe-B(稀土磁性材料)的磁通密度随环境温度变化显著，高温环境下转子磁链会出现大幅波动，从而造成相同电流情况下PMSM输出转矩性能的恶化。因此，为确保永磁电机的稳定运行，需要对运行中的永磁电机进行快速的降温。
现目前的永磁电机，通常是在外壳上开设通气孔，实现内外气体的流通，进而起到降温的效果。但是，转子通常是置于定子内部，距离外壳的通气孔较远，即使外壳内侧和外侧之间的气体发生流通，对于转子的降温效果也较差，因此，不能较好的起到整体降温的效果，还是会使得永磁电机的运行不稳定。
发明内容
本发明意在提供一种快速降温的永磁电机，以解决现有的永磁电机的转子降温效果差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种快速降温的永磁电机，包括从内至外依次设置的驱动轴、转子、定子和外壳，定子固定在外壳内，外壳上设有多个透气孔，驱动轴的前端延伸至外壳外，定子上沿轴向设有多条导气通道，导气通道包括沿远离驱动轴的前端依次设置的导流段、冷却段和导出段，且导流段和导出段均呈锥形；导流段和导出段的小径端与冷却段直径相同，且导流段和导出段的小径端与冷却段连通；驱动轴的前端位于外壳内的部分上还固定有向导流段导气的第一旋转叶片。
本技术方案的技术原理：
电机运行时，驱动轴发生转动，进而带动第一旋转叶片转动，从而带动气体流动，使得气体进入导气通道内，对定子以及转子进行降温。由于导气通道的结构设置，使得导气通道呈两端大中部小的结构，因此在气体流动时，根据伯努利原理，导气通道中部(即冷却段)的流速快。根据能量守恒定理，气体在导气通道中部的流速快，因此气体在经过导气通道中部时，气体的温度低，能够提高对定子和转子的降温效果。
本技术方案的有益效果：
1、本技术方案通过电机运行时，驱动轴带动第一旋转叶片转动，能实现对气体的导流，进而实现气体对定子和转子的降温；
2、本技术方案通过在转子内设置多条导气通道，能够通过第一旋转叶片转动导流的气体进入导气通道内，并利用导气通道内的气体流动，实现对定子和转子的降温；由于导气通道设置在定子内，使得气体距离转子更近，因而能增加气体与转子之间的热交换，进而提高对转子的降温效果；
3、本技术方案中，由于导流段和导出段均呈锥形，因此使得整个导气通道呈两端大中间小的结构，而在气体流动时，根据伯努利原理，气体在冷却段的流速快，在能量守恒定律的原则下，气体在冷却段的温度低，能够与定子和转子进行更多的热交换，提高对定子和转子的降温效果。
综上所述，本技术方案通过向外部引入气流，并通过结构的设置，利用伯努利原理，使得气流的温度降低，进而能实现对定子和转子的快速降温，并且相比现有技术，降温效果佳。
进一步，所述定子的前端还固定有第一挡流罩，第一挡流罩包裹第一旋转叶片和多条导气通道。
有益效果：通过设置第一挡流罩，能够将第一旋转叶片转动时产生的气流，包裹在第一挡流罩内，并全部导入导气通道内，进而能增加导气通道内的气体流动，从而提高气体流动时的降温效果。
进一步，所述导流段的外圈均设置有环形的增流环，增流环与导流段连通；定子上还设有导流环，导流环包裹多条导气通道，导流环与多个增流环均连通；还包括与导流环连通的加气部。
有益效果：在导流段的外圈设置增流环，使得增流环与导流段形成空气放大器的结构。利用加气部向导流环内导入气体，再通过导流环将气体导入多个增流环内，再进入导流段内。根据空气放大器的运动原理，能够增大导流段的气体的流速，因此能够进一步加快气体在冷却段的流速，使得气体的温度得到进一步的降低，进而提高对定子和转子的降温效果。
进一步，所述加气部包括固定在外壳内侧前端的加气桶，加气桶内竖向滑动连接有滑板，加气桶位于滑板的上方设有进气口和出气口，滑板上部设有用于密封进气口的挡板，出气口内设有出气单向阀，出气口与导流环之间连通有导气管；滑板的下部固定有推杆，驱动轴的前端固定有多根驱动推杆的驱动杆；加气桶的底部设有限位环。
有益效果：驱动轴转动时，能够带动驱动杆转动，当驱动杆转动至与推杆接触时，推动推杆逐渐的上移，此时滑板在推杆的作用下上移。而在滑板上移的过程中，带动挡板上移，进而将进气口密封，同时滑板会挤压加气桶内的气体，使得气体通过出气口和导气管进入导流环内，为空气放大器的运行提供高压气体。同时由于滑板的滑动挤压加气桶内的气体，能实现对气体加压，进而使得进入导流环的气体是通过加压的气体，便于空气放大器结构的运行。
进一步，所述推杆的底部固定有配重块。
有益效果：设置配重块，能够在驱动杆不挤压推杆时，在配重块的作用下，滑板自动快速的下滑，使得挡板与进气口分离，实现进气口将外部与加气桶连通，向加气桶内加入气体，为下一次向导流环内导入气体做准备。
进一步，所述配重块呈球形。
有益效果：在驱动杆与配重块接触时，驱动杆沿着配重块的弧面滑动，方便推动配重块上移，进而实现推杆带动滑板上移。
进一步，所述限位环与滑板之间设有缓冲弹簧。
有益效果：在配重块的作用下，滑板会快速的下移，会与限位环发生较大的撞击，进而易造成限位环受损。而设置缓冲弹簧，能够在滑板滑动至加气桶下部时，对滑板进行缓冲，减少对限位环的撞击，进而减少限位环的损坏。
进一步，所述驱动轴的后端设置有第二旋转叶片。
有益效果：驱动轴带动第二旋转叶片转动，能够将导气通道内的气体导出，加快气体流速的同时方便气体的导出。
进一步，所述定子的后端固定有第二挡流罩，第二挡流罩包裹第二旋转叶片和多个导出段。
有益效果：设置第二挡流罩，能避免第二旋转叶片在转动时，将外侧的气体进行导流，减少外侧气体对第二旋转叶片导流的影响。
进一步，所述透气孔设置在外壳的两端上。
有益效果：将透气孔设置在两端上，能方便第一旋转叶片转动时，将外部的气体导入外壳内进行对定子和转子的降温；也能方便第二旋转叶片转动时，将对定子和转子降温后的气体快速的导出外壳内。
附图说明
图1为本发明实施例1的纵向剖视图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：驱动轴1、第一旋转叶片11、第二旋转叶片12、驱动杆13、转子2、定子3、导气通道31、导流段311、冷却段312、导出段313、增流环32、导流孔33、导流环34、加气孔35、第一挡流罩36、第二挡流罩37、外壳4、透气孔41、加气桶5、进气口51、出气口52、限位环53、滑板6、挡板61、推杆7、配重块71、导气管8。
实施例1：
一种快速降温的永磁电机，基本如附图1所示，包括从内至外依次设置的驱动轴1、转子2、定子3和外壳4，转子2为永磁体，定子3的外侧焊接有固定块，固定块远离定子3的一侧焊接在外壳4的内侧。外壳4包括包裹在定子1外的壳体和安装在壳体两侧的端盖，端盖上均设有多个透气孔41，端盖通过螺栓固定在壳体上。以图1的视图为准，外壳4的左侧为前端，外壳4的右侧为后端。
驱动轴1的前端贯穿前侧的端盖，且驱动轴1的前端延伸至端盖外，且驱动轴1与前端的端盖转动连接。驱动轴1的前端位于壳体内的部分上焊接有三个第一旋转叶片11，三个旋转叶片倾斜设置，且三个第一旋转叶片11构成一个类似风扇叶片结构，能实现将外壳4前端的气体通过透气孔41吸入，并向后端排出。定子3的前端上焊接有第一挡流罩36，第一挡流罩36包裹三个第一旋转叶片11。
定子3上位于第一挡流罩36内侧设有多条导气通道31，导气通道31的数量根据实际的需求进行选择，本实施例中设置有四条导气通道31，四条导气通道31均沿定子3的轴向设置，且均匀布置在定子3上。
导气通道31均包括从左至右依次连通的导流段311、冷却段312和导出段313，导流段311和导出段313均呈锥形，且导流段311和导出段313的小径端相对设置，冷却段312的直径与导流段311和导出段313的小径端直径相同，使得导气通道31形成两端大中间小的形状。
结合图2所示，定子3内还设置有四个增流环32，每个增流环32分别位于每个导气通道31的导流段311外侧，且定子3上设有四个导流孔33，导流孔33将增流环32和导流段311连通。定子3内还设置有导流环34，导流环34包裹四个导气通道31，定子3上还设有四个加气孔35，加气孔35将导流环34和四个增流环32连通。
壳体前端的内侧设有加气部，加气部包括固定在壳体上部的加气桶5，加气桶5的敞口端朝下，加气桶5的敞口端内侧设有限位环53。加气桶5内竖向滑动连接有滑板6，加气桶5左侧壁设有进气口51，加气桶5右侧壁设有出气口52，进气口51和出气口52均位于滑板6上方。进气口51可与前侧端盖上的透气孔41连通，在安装端盖时，将前侧端盖上的透气孔41与进气口51对齐后，再利用螺丝将端盖固定在壳体上；滑板6上部的左侧焊接有挡板61，挡板61的左侧与加气桶5的左侧壁相贴，能实现滑板6带动挡板61上移时，能将进气口51密封。出气口52内设有出气单向阀，当滑板6向上滑动，挤压加气桶5上部的气体时，加气桶5上部的压强增加，进而在高压下打开出气单向阀，使得气体通过出气口52排出。出气口52和导流环34之间连通有导气管8。
滑板6的底部焊接有推杆7，推杆7的底部焊接有配重块71，配重块71为球体，配重块71的材质为非金属，配重块71的重量和具体材质根据实际的需求进行选择，例如本申请选用2kg中的塑料球；配重块71选用非金属材质，能避免转子2(永磁体)对配重块71的运动轨迹产生影响。驱动轴1位于前侧的端盖和第一旋转叶片11之间的部分均布有多根驱动杆13，本实施例中设置两根驱动杆13，驱动杆13的长度根据实际的需求进行设置，使得驱动杆13转动至顶端时，能挤压配重块71，进而带动推杆7上移。滑板6的底部还焊接有弹簧，弹簧的底端焊接在限位环53上。
具体实施过程如下：
在电机启动后，驱动轴1会发生转动，进而为物件提供驱动力。驱动轴1转动时带动第一旋转叶片11转动，而三个第一旋转叶片11构成风扇的叶片结构，因此通过前侧端盖上的透气孔41将外侧低温的气体吸入，并向第一旋转叶片11的后端(即图1所示的右侧)排出。气体在排出后受到第一挡流罩36的阻挡，因此只能进入导气通道31内，对定子3进行降温。并且导气通道31设置在定子3内，使得气体与转子2之间的距离更近，因此气体能够带走部分转子2的温度，实现对转子2的降温。
由于导气通道31呈两端大中间小的结构，根据伯努利原理，气体在经过冷却段312时，流速较快。同时，根据能量守恒定律，在冷却段312的气体流速快，温度低，此时气体能够与定子3和转子2发生较多的热交换，从而提高对定子3和转子2的降温效率和效果。
在驱动轴1转动的过程中，会带动驱动杆13转动，当驱动杆13转动至顶端时，挤压配重块71，使得配重块71和推杆7上移，进而带动滑板6上移。随着滑板6的上移，挡板61逐渐密封进气口51，当进气口51密封后，滑板6持续上移，使得加气桶5上部的气体被挤压，气体通过出气口52和导气管8进入导流环34内，并分布在增流环32内。增流环32与导流段311连通，且进入增流环32的气体是在加气桶5内进行增压的气体；此时，增流环32与导流段311构成空气放大器的结构，因此当加压后的气体通过增流环32进入导流段311后，能增加气体的流速，并配合导气通道31的结构，能进一步加快气体在冷却段312的流速，同时使得气体在冷却段312的气体更低，进而进一步提高对定子3和转子2的降温效果。
随着驱动轴1的转动，当驱动杆13不再挤压配重块71时，滑板6在配重块71的重力作用下自动下移，此时挡板61下移，进气口51不再封闭，将外部与加气桶5连通，向加气桶5内补入气体。
导气通道31内的气体流动至后端后，通过导出段313排出，并通过后侧端盖上的透气孔41排出至外壳4内。
实施例2：
实施例2与实施例1的不同之处仅在于，如图3所示，定子3的后端焊接有第二挡流罩37，第二挡流罩37包裹四个导气通道31；第二挡流罩37呈锥形，且第二挡流罩37的大径端朝右，第二挡流罩37的右端与右侧的端盖相抵。驱动轴1的后端上焊接有三个第二旋转叶片12，三个第二旋转叶片12构成风扇叶片的结构，使得第二旋转叶片12转动时，将前侧的气体吸入，并向后侧排出。
在电机运行的过程中，驱动轴1带动第二旋转叶片12转动，使得第二旋转叶片12的转动产生气体的流动，将导气通道31内的气体快速的吸入，并向右侧排出。在此过程中，通过第二旋转叶片12转动时吸入气体，实现加快导气通道31内的气体流动。并且利用第二挡流罩37的阻挡，能够使得导气通道31内排出的对定子3和转子2进行过热交换的气体(温度较高的气体)直接通过后侧端盖上的透气孔41排出。避免进行热交换后的气体弥散在壳体内，又与定子3和转子2发生反向的热交换，导致定子3和转子2温度升高的情况出现。
对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本专利实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.一种快速降温的永磁电机，包括从内至外依次设置的驱动轴、转子、定子和外壳，定子固定在外壳内，外壳上设有多个透气孔，驱动轴的前端延伸至外壳外，其特征在于：定子上沿轴向设有多条导气通道，导气通道包括沿远离驱动轴的前端依次设置的导流段、冷却段和导出段，且导流段和导出段均呈锥形；导流段和导出段的小径端与冷却段直径相同，且导流段和导出段的小径端与冷却段连通；驱动轴的前端位于外壳内的部分上还固定有向导流段导气的第一旋转叶片；定子的前端还固定有第一挡流罩，第一挡流罩包裹第一旋转叶片和多条导气通道；导流段的外圈均设置有环形的增流环，增流环与导流段连通；定子上还设有导流环，导流环包裹多条导气通道，导流环与多个增流环均连通；还包括与导流环连通的加气部；加气部包括固定在外壳内侧前端的加气桶，加气桶内竖向滑动连接有滑板，加气桶位于滑板的上方设有进气口和出气口，滑板上部设有用于密封进气口的挡板，出气口内设有出气单向阀，出气口与导流环之间连通有导气管；滑板的下部固定有推杆，驱动轴的前端固定有多根驱动推杆的驱动杆；加气桶的底部设有限位环。
2.根据权利要求1所述的一种快速降温的永磁电机，其特征在于：所述推杆的底部固定有配重块。
3.根据权利要求2所述的一种快速降温的永磁电机，其特征在于：所述配重块呈球形。
4.根据权利要求3所述的一种快速降温的永磁电机，其特征在于：所述限位环与滑板之间设有缓冲弹簧。
5.根据权利要求4所述的一种快速降温的永磁电机，其特征在于：所述驱动轴的后端设置有第二旋转叶片。
6.根据权利要求5所述的一种快速降温的永磁电机，其特征在于：所述定子的后端固定有第二挡流罩，第二挡流罩包裹第二旋转叶片和多个导出段。
7.根据权利要求6所述的一种快速降温的永磁电机，其特征在于：所述透气孔设置在外壳的两端上。
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