CN112713716B - 一种设有内外冷却风路的封闭式电机及电机机座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机及其机座，具体为一种设有内外冷却风路的封闭式电机及其机座。本发明为了解决现有的开启式电机和封闭式电机存在很多缺陷的问题，故提供一种设有内外冷却风路的封闭式电机及其机座，本发明中的电机包括具有中空区域的双层筒状机座及其中的散热板，散热板将中空区域分隔成外冷却风道和内冷却风道，机座传动端端板设有与外冷却风道相通且相适配的机座外冷却风道进口，外层机座的非传动端的圆周面分别设有与外冷却风道相通的外冷却风道出口，内层机座的传动端和非传动端的圆周面分别设有与每个内冷却风道相通的传动端内风路循环口与非传动端内风路循环口，本发明中电机结构使得电机防护性能好、冷却散热优良。

Description

一种设有内外冷却风路的封闭式电机及电机机座

技术领域

本发明涉及一种电机，特别涉及一种封闭式电机及电机机座，具体为一种设有内外冷却风路的封闭式电机及电机机座。

背景技术

永磁电机作为一种特种电机运用于客运运输车辆上具有显著优势，相比异步电机转子铜导条结构，永磁电机转子采用永磁体，运行过程中因为没有导条的电流，所以不产生铜耗，电机效率高，具有明显节能降耗的优点。同等功率的永磁电机相比异步电机体积小、重量轻，有利于节省客运运输车辆上电机的安装空间。相同体积的永磁电机和异步电机相比较，永磁电机功率与扭矩更大，功率密度更高。基于以上优势，永磁电机在车辆牵引运输系统中得到越来越广泛的应用。永磁电机中转子不产生铜耗，电机损耗部分主要由定子铁耗和定子铜耗构成，这部分损耗变成热量导致永磁电机温度升高，影响着定子绕组绝缘寿命，影响着永磁电机可靠性及使用寿命。因此在设计开发永磁电机时，如何提高定子部分冷却散热能力、降低定子温度成为要解决的关键问题。

定子部分的温升决定了永磁电机整机温升，关系着永磁电机能否可靠运行。在设计永磁电机定子冷却风路时，可以采用全封闭式结构和开启式结构。如果防护等级要求高，永磁电机采用全封闭式结构，如图1所示，由于电机中无单独冷却风道，机座与两端端盖构成密闭空腔，有效隔绝电机内部零部件与外部大气，外部大气中的灰尘、水分、异物不能进入电机内部，防护等级高，但电机内部热量不能有效传导出去，电机温升高影响着电机可靠运行，为解决此问题，只能依靠增大电机体积与重量以增加电机热容量从而降低定子部分的温升；如果防护等级要求不高，永磁电机采用开启式结构，机座或端盖上设置有进出风口，内部热量能够有效传导出去。开启式结构可以采用自通风或者强迫通风，自通风结构在永磁电机内部转子转轴上安装有离心风扇，利用离心风扇离心力的作用促进电机内部热空气和外部冷却空气交换，冷却内部发热部件，如图2所示。强迫通风结构利用外部风扇促进内部热空气和外部冷却空气交换，冷却电机内部发热部件，见图3所示。这两种结构中，电机内部定子铁心、定子线圈上产生的热量均能够通过冷却空气带到电机外部，冷却效率高，永磁电机设计时可以选取较大的电磁负荷，从而减少电机体积，降低电机重量，但缺点是外部大气中的水分、异物、灰尘容易随着冷却空气进入永磁电机内部，从而污染内部绕组和轴承，影响着永磁电机可靠运行，降低使用寿命。

发明内容

本发明为了解决现有的永磁电机存在上述缺陷的问题，提供了一种新型的设有内外冷却风路的封闭式电机及电机机座。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种设有内外冷却风路的封闭式电机，包括筒状机座、定子、转子、分别与机座两端配合的传动端端盖和非传动端端盖，转子铁心圆周方向冲制有均布的轴向通风孔，机座为由内层机座、外层机座、机座传动端端板与机座非传动端端板构成的双层筒状机座，内层机座、外层机座、机座传动端端板与机座非传动端端板形成中空区域，中空区域内设有多个方形散热板（方形散热板由四个端面和两个侧面组成，四个端面即第一端面、第二端面、第三端面、第四端面），散热板的第一端面与外层机座的内圆周面垂直固定连接，散热板的第二端面与内层机座的外圆周面垂直固定连接，散热板的第三端面与机座传动端端板的内侧端面固定连接，从而使得散热板将中空区域分隔成至少一个外冷却风道和至少一个内冷却风道，每个内冷却风道中至少有一个散热板与外冷却风道共用,每个内外冷却风道共用的散热板的第四端面与机座非传动端端板的内侧端面固定连接，机座传动端端板设有与外冷却风道相通且相适配（数量、位置相同）的机座外冷却风道进口，外层机座的非传动端的圆周面分别设有与每个外冷却风道相通的外冷却风道出口，内层机座的传动端和非传动端的圆周面分别设有与每个内冷却风道相通的传动端内风路循环口与非传动端内风路循环口；传动端端盖的侧壁上设有外部进风口，传动端端盖与机座配合的端部设有通孔，通孔的一端开口位于传动端端盖的与机座配合的端面且与机座外冷却风道进口相通，通孔的另一端开口位于传动端端盖的内圆周面且与外部进风口相通，转子的转轴的传动端套固有圆环状的风扇盘，风扇盘的两侧面均设有扇叶，风扇盘的外圆周面与传动端端盖的止口的内圆周面间隙配合。

电机运行时，风扇盘与其两侧扇叶随着转子的转轴的旋转而旋转，使得电机内部自成一由传动端内风路循环口、内冷却风道、非传动端内风路循环口、轴向通风孔构成的内冷却风路，使得电机内部定子线圈、定子铁心上的热量经过内冷却风路后将热量传导到内冷却风道的散热板上，同时风从外部进风口进入，经过通孔、外冷却风道后，内冷却风道与外冷却风道共用的散热板上的热量通过外冷却风道带走，最后从外冷却风道出口排出，形成外冷却风路。另外，相比于传统封闭式电机机座的散热需要通过自然冷却来说，本发明中机座的散热通过外冷却风路的设计使得机座的散热效果更好。同时，在提高散热效果的情况下，使用本发明中的封闭式电机，使得电机内部与外部环境隔绝，外部环境中的灰尘、异物、水分无法进入电机内部，实现了电机内部封闭，提高了电机防护能力及运行可靠性。

一种电机机座，机座为由内层机座、外层机座、机座传动端端板与机座非传动端端板构成的双层筒状机座，内层机座、外层机座、机座传动端端板与机座非传动端端板形成中空区域，中空区域内设有多个方形散热板（方形散热板由四个端面和两个侧面组成，四个端面即第一端面、第二端面、第三端面、第四端面），散热板的第一端面与外层机座的内圆周面垂直固定连接，散热板的第二端面与内层机座的外圆周面垂直固定连接，散热板的第三端面与机座传动端端板的内侧端面固定连接，从而使得散热板将中空区域分隔成至少一个外冷却风道和至少一个内冷却风道，每个内冷却风道中至少有一个散热板与外冷却风道共用, 每个内外冷却风道共用的散热板的第四端面与机座非传动端端板的内侧端面固定连接，机座传动端端板设有与外冷却风道相通且相适配（数量、位置相同）的机座外冷却风道进口，外层机座的非传动端的圆周面分别设有与每个外冷却风道相通的外冷却风道出口，内层机座的传动端和非传动端的圆周面分别设有与每个内冷却风道相通的传动端内风路循环口与非传动端内风路循环口。使用本发明中具有内外冷却风道的电机机座结构，不仅增加了机座的散热效果，同时还使得电机内部与外部环境隔绝，外部环境中的灰尘、异物、水分无法进入电机内部，实现了电机内部封闭，提高了电机防护能力及运行可靠性。

本发明所产生的有益效果如下：采用本发明中的设有内外冷却风路的封闭式电机，有效解决了全封闭电机散热性能不好，开启式电机防护性能不好的弊端，使得电机防护性能好、可靠性高、冷却散热优良、重量轻、体积小，功率大，满足车辆牵引系统对牵引电机的性能要求，比较起来，采用本技术方案的中的电机具有如下优点：1）结构简单成本低，不需要投入复杂的铸造模具，通过焊接、加工等手段可实现；2）防护性能好，能够有效防止外部环境中的杂质、异物、灰尘、水分进入电机内部，提高电机运行可靠性；3）通风散热能力优良，电机内部热量通过该冷却系统可以高效散发到外部。

附图说明

图1为全封闭结构电机结构示意图；

图2为开启式自通风式电机结构示意图；

图3为开启式强迫通风式电机结构示意图；

图4为本发明的机座结构示意图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6为本发明的外部冷却风路结构示意图；

图7为本发明的内部冷却风路结构示意图。

图中：1—机座，2—定子 ，3—转子，4—传动端端盖，5—非传动端端盖，6—轴向通风孔，7—内层机座，8—外层机座，9—机座传动端端板，10—机座非传动端端板，11—散热板，12—外冷却风道，13—内冷却风道，14—机座外冷却风道进口，15—外冷却风道出口，16—传动端内风路循环口，17—非传动端内风路循环口，18—止口，19—通孔，20—风扇盘，21—扇叶，22—外部进风口。

具体实施方式

如图4-7所示，一种设有内外冷却风路的封闭式电机，包括筒状机座1、定子2、转子3、分别与机座1两端配合连接的传动端端盖4和非传动端端盖5，转子3铁心圆周方向冲制有均布的轴向通风孔6，机座1为由内层机座7、外层机座8、机座传动端端板9与机座非传动端端板10构成的双层筒状机座1，内层机座7、外层机座8、机座传动端端板9与机座非传动端端板10形成中空区域，中空区域内设有多个方形散热板11（方形散热板11由四个端面和两个侧面组成，四个端面即第一端面、第二端面、第三端面、第四端面），散热板11的第一端面与外层机座8的内圆周面垂直固定连接，散热板11的第二端面与内层机座7的外圆周面垂直固定连接，散热板11的第三端面与机座传动端端板9的内侧端面固定连接，从而使得散热板11将机座1中空区域分隔成至少一个外冷却风道12和至少一个内冷却风道13，每个内冷却风道13中至少有一个散热板11与外冷却风道12共用, 每个内外冷却风道共用的散热板11的第四端面与机座非传动端端板10的内侧端面固定连接，机座传动端端板9设有与外冷却风道12相通且相适配的机座外冷却风道进口14，外层机座8的非传动端的圆周面分别设有与每个外冷却风道12相通的外冷却风道出口15，内层机座7的传动端和非传动端的圆周面分别设有与每个内冷却风道13相通的传动端内风路循环口16与非传动端内风路循环口17；传动端端盖4的侧壁上设有外部进风口22，传动端端盖4与机座1配合的端部设有通孔19，通孔19的一端开口位于传动端端盖4的与机座1配合的端面且与机座外冷却风道进口14相通，通孔19的另一端开口位于传动端端盖4的内圆周面且与外部进风口22相通，转子3的转轴的传动端套固有圆环状的风扇盘20，风扇盘20的两侧面均设有扇叶，风扇盘20的外圆周面与传动端端盖4的止口18的内圆周面间隙配合。

电机运行时，风扇盘20与其两侧扇叶21随着转子3的转轴的旋转，使得电机内部自成一由传动端内风路循环口16、内冷却风道13、非传动端内风路循环口17、轴向通风孔6构成的内冷却风路，使得电机内部定子线圈、定子铁心上的热量经过内冷却风路后将热量传导到内冷却风道13的散热板11上，同时风从外部进风口22进入，经过通孔19、外冷却风道12后，内冷却风道13与外冷却风道12共用的散热板11上的热量通过外冷却风道12带走，最后从外冷却风道出口15排出，形成外冷却风路。另外，相比于传统封闭式电机的散热通过机座1的自然冷却来说，本发明中机座1的散热通过外冷却风路的设计使得机座1的散热效果更好。同时，在提高散热效果的情况下，使用本发明中的电机结构，使得电机内部与外部环境隔绝，外部环境中的灰尘、异物、水分无法进入永磁电机内部，实现了电机内部封闭，提高了电机防护能力及运行可靠性。

具体实施时，风扇盘20的外圆周面与传动端端盖4的止口18的内圆周面为迷宫密封结构，对电机内部的密封效果更好。每个散热板11的第四端面均与机座非传动端端板10的内侧端面固定连接，散热板11面积越大，电机的散热效果越好。外冷却风道12为16个，内冷却风道13为8个，每两个相邻的内冷却风道13之间设有四个外冷却风道12，每相邻四个外冷却风道12对应的外冷却风道出口15合并为一个外冷却风道出口15，这样的结构设计更加合理。

本具体实施方式中，风扇盘20的两侧面的扇叶21与风扇盘20一体铸造，结构简单易实现。

如图4、5所示，一种电机机座，机座1为由内层机座7、外层机座8、机座传动端端板9与机座非传动端端板10构成的双层筒状机座1，内层机座7、外层机座8、机座传动端端板9与机座非传动端端板10形成中空区域，中空区域内设有多个方形散热板11（方形散热板11由四个端面和两个侧面组成，四个端面即第一端面、第二端面、第三端面、第四端面），散热板11的第一端面与外层机座8的内圆周面垂直固定连接，散热板11的第二端面与内层机座7的外圆周面垂直固定连接，散热板11的第三端面与机座传动端端板9的内侧端面固定连接，从而使得散热板11将机座1中空区域分隔成至少一个外冷却风道12和至少一个内冷却风道13，每个内冷却风道13中至少有一个散热板11与外冷却风道12共用, 每个内外冷却风道共用的散热板的第四端面与机座非传动端端板10的内侧端面固定连接，机座传动端端板9设有与外冷却风道12相通且相适配的机座外冷却风道进口14，外层机座8的非传动端的圆周面分别设有与每个外冷却风道12相通的外冷却风道出口15，内层机座7的传动端和非传动端的圆周面分别设有与每个内冷却风道13相通的传动端内风路循环口16与非传动端内风路循环口17。使用本发明中具有内外冷却风道12的机座1结构，机座1内部与外部环境隔绝，外部环境中的灰尘、异物、水分无法进入机座1内部，实现了内部封闭，提高了电机防护能力及运行可靠性。在机座1中设计有散热板，提高了电机整体散热能力。

具体实施时，每个散热板11的第四端面均与机座非传动端端板10的内侧端面固定连接，散热板11面积越大，电机的散热效果越好。外冷却风道12为16个，内冷却风道13为8个，每两个相邻的内冷却风道13之间设有四个外冷却风道12，每相邻四个外冷却风道12对应的外冷却风道出口15合并为一个外冷却风道出口15，这样的结构设计更加合理。

Claims (8)

1.一种设有内外冷却风路的封闭式电机，包括筒状机座（1）、定子（2）、转子（3）、分别与机座（1）两端配合连接的传动端端盖（4）和非传动端端盖（5），转子（3）铁心圆周方向冲制有均布的轴向通风孔（6），其特征在于，机座（1）为由内层机座（7）、外层机座（8）、机座传动端端板（9）与机座非传动端端板（10）构成的双层筒状机座（1），内层机座（7）、外层机座（8）、机座传动端端板（9）与机座非传动端端板（10）形成中空区域，中空区域内设有多个方形散热板（11），散热板（11）的第一端面与外层机座（8）的内圆周面垂直固定连接，散热板（11）的第二端面与内层机座（7）的外圆周面垂直固定连接，散热板（11）的第三端面与机座传动端端板（9）的内侧端面固定连接，从而使得散热板（11）将中空区域分隔成至少一个外冷却风道（12）和至少一个内冷却风道（13），每个内冷却风道（13）中至少有一个散热板（11）与外冷却风道（12）共用, 每个内外冷却风道共用的散热板（11）的第四端面与机座非传动端端板（10）的内侧端面固定连接，机座传动端端板（9）设有与外冷却风道（12）相通且相适配的机座外冷却风道进口（14），外层机座（8）的非传动端的圆周面分别设有与每个外冷却风道（2）相通的外冷却风道出口（15），内层机座（7）的传动端和非传动端的圆周面分别设有与每个内冷却风道（13）相通的传动端内风路循环口（16）与非传动端内风路循环口（17）；传动端端盖（4）的侧壁上设有外部进风口（22），传动端端盖（4）与机座（1）配合的端部设有通孔（19），通孔（19）的一端开口位于传动端端盖（4）的与机座（1）配合的端面且与机座外冷却风道进口（14）相通，通孔（19）的另一端开口位于传动端端盖（4）的内圆周面且与外部进风口（22）相通，转子（3）的转轴的传动端套固有圆环状的风扇盘（20），风扇盘（20）的两侧面均设有扇叶（21），风扇盘（20）的外圆周面与传动端端盖（4）的止口（18）的内圆周面间隙配合。

2.根据权利要求1所述的一种设有内外冷却风路的封闭式电机，其特征在于，风扇盘（20）的外圆周面与传动端端盖（4）的止口（18）的内圆周面为迷宫密封结构。

3.根据权利要求2所述的一种设有内外冷却风路的封闭式电机，其特征在于，每个散热板（11）的第四端面均与机座非传动端端板（10）的内侧端面固定连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种设有内外冷却风路的封闭式电机，其特征在于，外冷却风道（12）为16个，内冷却风道（13）为8个，每两个相邻的内冷却风道（13）之间设有四个外冷却风道（12），每相邻四个外冷却风道（12）对应的外冷却风道出口（15）合并为一个外冷却风道出口（15）。

5.根据权利要求4所述的一种设有内外冷却风路的封闭式电机，其特征在于，风扇盘（20）的两侧面的扇叶（21）与风扇盘（20）一体铸造。

6.一种电机机座，其特征在于，机座（1）为由内层机座（7）、外层机座（8）、机座传动端端板（9）与机座非传动端端板（10）构成的双层筒状机座（1），内层机座（7）、外层机座（8）、机座传动端端板（9）与机座非传动端端板（10）形成中空区域，中空区域内设有多个方形散热板（11），散热板（11）的第一端面与外层机座（8）的内圆周面垂直固定连接，散热板（11）的第二端面与内层机座（7）的外圆周面垂直固定连接，散热板（11）的第三端面与机座传动端端板（9）的内侧端面固定连接，从而使得散热板（11）将中空区域分隔成至少一个外冷却风道（12）和至少一个内冷却风道（13），每个内冷却风道（13）中至少有一个散热板（11）与外冷却风道（12）共用, 每个内外冷却风道共用的散热板（11）的第四端面与机座非传动端端板（10）的内侧端面固定连接，机座传动端端板（9）设有与外冷却风道（12）相通且相适配的机座外冷却风道进口（14），外层机座（8）的非传动端的圆周面分别设有与每个外冷却风道（2）相通的外冷却风道出口（15），内层机座（7）的传动端和非传动端的圆周面分别设有与每个内冷却风道（13）相通的传动端内风路循环口（16）与非传动端内风路循环口（17）。

7.根据权利要求6所述的一种电机机座，其特征在于，每个散热板（11）的第四端面均与机座非传动端端板（10）的内侧端面固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种电机机座，其特征在于，外冷却风道（12）为16个，内冷却风道（13）为8个，每两个相邻的内冷却风道（13）之间设有四个外冷却风道（12），每相邻四个外冷却风道（12）对应的外冷却风道出口（15）合并为一个外冷却风道出口（15）。

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