CN111953102A - 一种具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，包括内定子和外转子，所述的外转子固定在转子外壳的内表面，所述转子外壳的两端设有端盖，所述的外转子包括转子铁芯以及沿周向交替设置在转子铁芯内表面的永磁体和铁磁极，在转子铁芯的全部或部分的铁磁极上设有储油孔槽；所述内定子和外转子之间的气隙内设有液态冷却媒质。利用本发明，可以解决现有低速外转子永磁电机定子散热困难的问题，在不影响电机电磁性能的情况下，通过改变电机的转子结构，尽可能降低生产工艺成本，改善电机的散热性能。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，尤其是涉及一种具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机。
背景技术
在外转子电机中，能量损耗所产生的热量主要集中于定子铁芯和线圈，该热量需通过定转子之间的气隙传递到转子，再发散到电机之外。气隙中一般只有空气，且空气的热导率低，难以产生有效的传导散热；在低速电机中，通常情况下空气流动性差，难以产生有效的对流散热。因此，在低速外转子电机中，定子热量难以散出，容易造成定子过热，影响电机的性能和寿命。因此，此类电机的冷却技术尤为重要。
公开号为CN102857027A的中国专利文献公开了一种封闭循环的外转子风扇电机通风系统，其中转子支架以电机转轴为中心转动，驱动电机内部形成内循环，由此产生对流散热，改善散热效果。但是该发明的结构在低速电机中难以形成足够的循环风速，也就难以改善散热；并且该结构需要安装额外的机械装置，增加了电机的安装尺寸和成本。
对于低速外转子电机，一种常用的改善冷却方法是在电机气隙中充入冷却油(或者其他液态冷却媒质，以下统称为“液态冷却媒质”)，可以把定子上的热量通过这些液态冷却媒质传递到转子上。由于液态冷却媒质会大大增加摩擦损耗，并且容易通过轴端的轴承部位渗漏，因此通常只在气隙下部的三分之一左右的空间内充入液态冷却媒质，因此，也只有定子下部三分之一左右的部位能够有较好的散热条件，而上部约三分之二左右的部位仍然散热困难，并且造成定子的温度分布非常不均匀。
为此，公告号为CN106972666A的中国专利文献提出一种油冷、低耗外转子永磁电机，该发明的转子每个磁极都由永磁体构成(即全永磁极结构)，在永磁体的内圆弧面两侧削内角，再在由所有永磁体组成的整个圆筒状结构的内表面上沿轴向开设旋进引流槽，在转子磁轭的外表面沿轴向开设斜过流槽。该发明通过引流槽与斜过流槽中的液态冷却媒质提高转子的散热能力，但是液态冷却媒质不接触定子，并不能有效改善定子的散热，并且永磁体结构复杂，加工工艺繁琐，大大提高了成本。
发明内容
为解决现有技术存在的低速外转子永磁电机定子散热困难的问题，本发明提供了一种具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，在不影响电机电磁性能的情况下，通过改变电机的转子结构，尽可能降低生产工艺成本，改善电机的散热性能。
一种具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，包括内定子和外转子，所述的外转子固定在转子外壳的内表面，所述转子外壳的两端设有端盖，所述的外转子包括转子铁芯以及沿周向交替设置在转子铁芯内表面的永磁体和铁磁极，在转子铁芯的全部或部分的铁磁极上设有储油孔槽；所述内定子和外转子之间的气隙内设有液态冷却媒质。
本发明中，外转子不再采用传统的全永磁极结构，而是采用交替极结构，半数磁极由永磁体构成，而另半数的磁极由铁磁极(铁芯)构成，铁磁极可以与转子铁芯一起加工，没有附加的工艺成本，同时减少了昂贵的永磁体的用量。
在电机气隙下部的三分之一左右的空间内充入液态冷却媒质，因此，定子下部三分之一左右的部位中的热量可以通过液态冷却媒质传递到外转子及机壳上。通过在外转子的全部或者部分铁磁极上开设储油孔槽，当带有储油孔槽的转子铁磁极旋转到下部三分之一左右空间时，气隙内的液态冷却媒质充入储油孔槽中，当铁磁极随着转子旋转而位于上部三分之二左右空间时，液态冷却媒质从储油孔槽逐渐释放，经过气隙滴淋在上部三分之二左右的定子上，并由重力作用而回流至下部三分之一左右的气隙内，进而将上部三分之二左右的定子里的热量传递至外转子和及机壳上。
可选择的，在设有储油孔槽的铁磁极上，轴向上储油孔槽数量为一个或多个。
当铁磁极上的储油孔槽数量为一个时，该储油槽孔可以设置在铁磁极的端部或中部；当铁磁极上的储油孔槽数量为多个时，多个储油孔槽可以均匀设置在沿轴向的铁磁极上。
或者，当铁磁极上的储油孔槽数量为一个时，该储油孔槽也可以为沿轴向贯穿对应的铁磁极。
由于有冷却液的存在，储油孔槽对电机转子的平衡影响较小。储油孔槽越多，散热条件越好，但是如果电机温升不高，就不需要太多的储油孔槽，太多的孔槽可能会影响电机的机械结构。因此，在具体设计装配过程中，储油孔槽的数量和位置可根据不同的电机作适应性调整。
所述的储油槽孔包括储油孔和连通槽两部分，所述的储油孔通过连通槽与内定子和外转子之间的气隙连通。
所述储油孔的横截面可以为圆形、椭圆形或其他多边形。
为了便于液态冷却媒质的的注入，所述的端盖上设有用于朝电机内气隙注入液态冷却媒质的注油孔。
所有永磁体的充磁方向一致，铁磁极经永磁体磁化后的磁极方向与永磁体相反。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在低速外转子永磁电机的转子铁芯上开设储油孔槽的结构，由于采用了交替磁极结构，可以在该结构的转子铁磁极上开设储油孔槽而无需附加工艺成本，当这些铁磁极旋转到下部三分之一左右的空间时，可以将气隙内的液态冷却媒质充入储油孔槽，而当这些铁磁极旋转到上部三分之二左右的空间时，储油孔槽内的液态冷却媒质由于重力作用而逐渐释放，经气隙滴淋在上部三分之二左右的定子上，并由重力作用而流淌至下部三分之一左右的气隙内，进而将上部三分之二左右的定子里的热量传递至转子上，由此大大改善了上部三分之二左右的定子的散热条件，使得整个定子的温度分布比较均匀，避免了定子局部过热和电机寿命缩短。
附图说明
图1为本发明一种具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机的主剖视图；
图2为图1所示的沿A-A方向的剖视图；
图3为具有储油孔槽的铁磁极示意图。
图中：1-定子轴，2-定子铁芯，3-定子线圈，4-永磁体，5-转子铁芯，6-转子外壳，7-储油孔槽，71-储油孔，72-连通槽，8-轴承，9-端盖，10-注油孔，11-铁磁极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1～2所示，一种具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，包括内定子和外转子，内定子包括定子轴1、定子铁芯2及定子线圈3；外转子包括转子外壳6、转子铁芯5、交替极结构的永磁体4、交替极结构的铁磁极11、轴承8及端盖9。
铁磁极11和转子铁芯5共同制作，例如，用硅钢片冲压制作。永磁体4依次内埋在转子铁芯5的内表面，也就是在相邻铁磁极11之间。所有永磁体充磁方向一致，例如，所有永磁体4都是N极面向气隙，则铁磁极11经永磁体4磁化后表现为S极面向气隙。永磁体也可以全部采用相反的充磁方向，对电机性能无任何差异。
本发明中，外转子不再采用传统的全永磁极结构，而是采用交替极结构。交替极结构就具体为半数磁极由永磁体4构成，且这些永磁体4的充磁方向一致，形状上无需做诸如引流槽这样的额外处理，无需额外的加工成本；而另半数的磁极由铁芯构成，称为铁磁极11，铁磁极11可以与转子铁芯5一起加工，没有附加的工艺成本，同时减少了昂贵的永磁体的用量。
可选择的，在转子铁芯5的全部或者部分铁磁极11上开设储油孔槽7，每个铁磁极11上的储油孔槽7数量可以为1个或多个。沿转轴方向，储油孔槽7可以贯穿铁磁极11，也可以位于铁磁极11的端部、中间等局部位置。
当铁磁极11上的储油孔槽7数量为一个时，该储油槽孔7可以设置在铁磁极的端部或中部；当铁磁极11上的储油孔槽7数量为多个时，多个储油孔槽7可以均匀设置在沿轴向的铁磁极11上。
或者，当铁磁极11上的储油孔槽数量为一个时，该储油孔槽7也可以为沿轴向贯穿对应的铁磁极11。
在装配时，转子铁芯5可以通过紧配合、胶水或紧固件固定在转子外壳6的内表面上，转子外壳6与端盖9之间可以通过螺钉等紧固。
铁磁极11上具有储油孔槽7，如图3所示，储油孔槽包括储油孔71和连通槽72两部分，连通槽72将储油孔71和电机的气隙连通。
端盖9上设有用于朝电机内气隙注入液态冷却媒质的注油孔10，电机装配完毕后，通过注油孔10向电机内注入液态冷却媒质，直到电机下部三分之一左右的空间内充满液态冷却媒质。
本实施例中，对于储油孔槽7的数量、形状和位置视具体设计而定，储油孔槽的储油孔71的横截面可以设计为圆形、椭圆或梯形等，图2中为圆形，并通过连通槽72与电机气隙联通。铁磁极11上的储油孔槽7的横截面设计以及数量设计，既要满足电机的电磁性能，即储油孔槽7不破坏铁磁极下磁场的波形，确保电机的电磁性能，又要使储油孔槽7具有足够大的容积来充入液态冷却媒质。
在图2所示的情况下，转子下部的铁磁极11浸泡在气隙内的液态冷却媒质中，因此液态冷却媒质自然充入这些铁磁极11的储油孔槽；同时，转子上部的铁磁极11内储油孔槽7里的液态冷却媒质逐渐因重力作用而释出，滴淋在定子的上部，将定子上部的热量传递到下部的气隙里并进而传递到外转子。随着电机转子的旋转，不断有铁磁极11进入下部空间，将液态冷却媒质充入储油孔槽，再旋转到上部空间，将液态冷却媒质逐渐释出，滴淋并冷却定子上部，再旋转到下部空间，如此循环，改善电机的散热，避免电机定子局部过热。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，包括内定子和外转子，所述的外转子固定在转子外壳的内表面，所述转子外壳的两端设有端盖，其特征在于，所述的外转子包括转子铁芯以及沿周向交替设置在转子铁芯内表面的永磁体和铁磁极，在转子铁芯的全部或部分的铁磁极上设有储油孔槽；所述内定子和外转子之间的气隙内设有液态冷却媒质。
2.根据权利要求1所述的具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，其特征在于，在设有储油孔槽的铁磁极上，轴向上储油孔槽数量为一个或多个。
3.根据权利要求2所述的具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，其特征在于，当铁磁极上的储油孔槽数量为一个时，该储油槽孔设置在铁磁极的端部或中部；当铁磁极上的储油孔槽数量为多个时，多个储油孔槽均匀设置在沿轴向的铁磁极上。
4.根据权利要求2所述的具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，其特征在于，当铁磁极上的储油孔槽数量为一个时，该储油孔槽沿轴向贯穿对应的铁磁极。
5.根据权利要求1所述的具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，其特征在于，所述的储油槽孔包括储油孔和连通槽两部分，所述的储油孔通过连通槽与内定子和外转子之间的气隙连通。
6.根据权利要求5所述的具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，其特征在于，所述储油孔的横截面为圆形、椭圆形或多边形。
7.根据权利要求1所述的具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，其特征在于，所述的端盖上设有用于朝电机内气隙注入液态冷却媒质的注油孔。
8.根据权利要求1所述的具有转子储油孔槽的低速外转子永磁电机，其特征在于，所有永磁体的充磁方向一致，所述铁磁极的磁极方向与永磁体相反。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113691044A (zh) * | 2021-07-05 | 2021-11-23 | 湖北工业大学 | 一种新型轴向无铁芯电机转子结构及其散热方法 |
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2020
- 2020-08-28 CN CN202010885778.0A patent/CN111953102A/zh active Pending
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