CN113381530A - 一种全封闭双循环风冷电机结构 - Google Patents

一种全封闭双循环风冷电机结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电机通风冷却技术领域，特别涉及一种全封闭双循环风冷电机结构。本发明的全封闭双循环风冷电机结构，包括：第一机座组件、定子铁芯、转子、第二机座组件，定子铁芯上分别设置有定子外循环通风孔和定子内循环通风孔，转子上设置有沿轴向贯通的转子通风孔，第二机座组件上分别设置有外循环进风孔和第一内循环通风孔，第一机座组件上分别设置有外循环出风孔和第二内循环通风孔，其中，定子外循环通风孔、定子外循环通风孔和外循环出风孔构成外循环冷却风道；第一内循环通风孔、定子内循环通风孔、第二内循环通风孔和转子通风孔构成内循环冷却风道。本发明中，通过内循环冷却风道的建立，可提升电机内部气体流动性，提高电机的散热能力。

Description

一种全封闭双循环风冷电机结构
技术领域
本发明涉及电机通风冷却技术领域，特别涉及一种全封闭双循环风冷电机结构。
背景技术
轨道交通用牵引电动机一般采用风冷、液冷的冷却方式，包括全封闭式风冷、全开启式风冷、半开启式风冷、机壳液冷等。
全开启式风冷的特点是结构比较简单，冷却风可直接冷却电机定子、转子与轴承，散热能力高。但通常情况下，不适用于永磁电机，主要由于永磁电机转子的特殊性需做成封闭式结构或半开启式结构，以防止灰尘、水分、酸碱等异物进入电机内部，降低转子及永磁体结构与性能可靠性，尤其是为了防止轨道机车车辆运行时车轮与钢轨摩擦产生的金属粉末进入电机内部和吸附在永磁电机转子表面，造成电机定、转子气隙变小，甚至扫膛，故永磁同步牵引电机通常采用全封闭结构。
全封闭的风冷冷却方案的主要问题是电机内部尤其是绕组端部的热量只能通过电机内部空气传导到外循环风道壁，传导路径长，且内部空气流动性差，对于高转矩密度的电机来讲，这种冷却方案的散热能力有限，电机温升较高，尤其是绕组端部温度高。由于电机内部的热量不能有效散出，致使全封闭式电机内部温度较开启式通风散热结构的电机内部温度高很多，导致定子线圈端部温度、永磁体温度及轴承温度高，降低电机绝缘系统可靠性、轴承运行可靠性直至影响整机可靠性。
发明内容
本发明提供一种全封闭双循环风冷电机结构，用于至少解决一个上述的技术问题。
本发明的一种全封闭双循环风冷电机结构，包括：第一机座组件、定子铁芯、转子、第二机座组件，所述转子安装在电机轴上，所述定子铁芯同轴安装在转子的相对外侧，所述第一机座组件和所述第二机座组件分别固定在所述定子铁芯的两端，
所述定子铁芯上分别设置有沿轴向贯通的定子外循环通风孔和定子内循环通风孔，所述转子上设置有沿轴向贯通的转子通风孔，所述第二机座组件上分别设置有外循环进风孔和第一内循环通风孔，所述第一机座组件上分别设置有外循环出风孔和第二内循环通风孔，
其中，所述外循环进风孔、所述定子外循环通风孔和所述外循环出风孔构成外循环冷却风道；所述第一内循环通风孔、所述定子内循环通风孔、所述第二内循环通风孔和所述转子通风孔构成内循环冷却风道。
在一个实施方式中，定子外循环通风孔和定子内循环通风孔的数量为多个，所述定子外循环通风孔和所述定子内循环通风孔在所述定子铁芯的周向上交替地设置，并且所述定子外循环通风孔和所述定子内循环通风孔的中心位于同一圆周上。
在一个实施方式中，所述定子外循环通风孔和所述定子内循环通风孔均靠近所述定子铁芯的外周边缘设置。
在一个实施方式中，所述定子铁芯由具有所述定子外循环通风孔和所述定子内循环通风孔的硅钢片叠压而成。
在一个实施方式中，所述第一内循环通风孔的一端朝向所述定子铁芯的第二绕组，所述第二内循环通风孔的一端朝向所述定子铁芯的第一绕组。
在一个实施方式中，所述第一机座组件包括固定依次相连的第一端盖和第一压圈，所述第二机座组件包括依次相连的第二端盖和第二压圈，
其中，所述第一内循环通风孔设置在所述第一压圈上；所述第二内循环通风孔设置在所述第二压圈上。
在一个实施方式中，所述第一机座组件包括固定依次相连的第一端盖和第一压圈，所述第二机座组件包括依次相连的第二端盖和第二压圈，
其中，所述第一内循环通风孔的一部分设置在所述第二压圈上，其另一部分设置在所述第二端盖上；
所述第二内循环通风孔的一部分设置在所述第一压圈上，其另一部分设置在所述第一端盖上。
在一个实施方式中，所述转子的一端设置有内风扇，所述内风扇设置在靠近所述转子通风孔的位置处。
在一个实施方式中，所述外循环进风孔处设置有外风扇，所述外风扇与电机轴相连。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供一种全封闭双循环冷却方案，以解决高功率密度电机温度升高的问题，在不改变电机体积和重量的前提下，通过内循环冷却风道的建立，可以有效地提升电机内部气体流动性，从而提高电机的散热能力，改善电机内部的散热环境，进而提高电机的功率密度。
(2)内循环冷却风道与外循环冷却风道在机械结构上完全隔离，在提升散热功率的同时，也不影响其结构的封闭性，可以较好的保护电机内部空气环境的洁净程度，避免转子裸露在风道里吸附铁屑而对电机运行带来的隐患。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明中的外循环风道示意图；
图2是本发明中一个实施例中的内循环风道示意图；
图3是本发明中另一个实施例中的内循环风道示意图；
图4是本发明中一个实施例中的定子铁芯的结构示意图。
附图标记：
1-定子铁芯；2-转子；3-电机轴；4-第一端盖；5-第一压圈；
6-第二端盖；7-第二压圈；8-内风扇；9-外风扇；10-第二绕组；
11-第一绕组；12-定子外循环通风孔；13-定子内循环通风孔；
14-转子通风孔；15-外循环进风孔；16-第一内循环通风孔；
17-外循环出风孔；18-第二内循环通风孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如图1中所示，转子2在“内”；定子铁芯1在“外”。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
如图1-4中所示，本发明提供一种全封闭双循环风冷电机结构，包括：第一机座组件、定子铁芯1、转子2、第二机座组件，转子2安装在电机轴3上，定子铁芯1同轴安装在转子2的相对外侧，第一机座组件固定在定子铁芯1的前端，第二机座组件固定在定子铁芯1的后端。定子铁芯1上分别设置有沿轴向贯通的定子外循环通风孔12和定子内循环通风孔13，转子2上设置有沿轴向贯通的转子通风孔14，第二机座组件上分别设置有外循环进风孔15和第一内循环通风孔16，第一机座组件上分别设置有外循环出风孔17和第二内循环通风孔18。
其中，如图1中所示，外循环进风孔15、定子外循环通风孔12和外循环出风孔17构成外循环冷却风道。如图2或图3中所示，第一内循环通风孔16、定子内循环通风孔13、第二内循环通风孔18和转子通风孔14构成内循环冷却风道。
本发明提供一种全封闭双循环冷却方案，以解决高功率密度电机温度升高的问题，在不改变电机体积和重量的前提下，通过内循环冷却风道的建立，可以有效的提升电机内部气体流动性，从而提高电机的散热能力，改善电机内部的散热环境，从而提高电机的功率密度。
同时，内循环冷却风道与外循环冷却风道在机械结构上完全隔离，在提升散热功率的同时，也不影响其结构的封闭性，可以较好的保护电机内部空气环境的洁净程度，避免转子2裸露在风道里吸附铁屑而对电机运行带来的隐患。
在一个实施例中，第一机座组件包括固定依次相连的第一端盖4和第一压圈5，第二机座组件包括依次相连的第二端盖6和第二压圈7。其中，如图2中所示，第一内循环通风孔16设置在第一压圈5上；第二内循环通风孔18设置在第二压圈7上。
在另一个实施例中，第一机座组件包括固定依次相连的第一端盖4和第一压圈5，第二机座组件包括依次相连的第二端盖6和第二压圈7。其中，如图3中所示，第一内循环通风孔16的一部分设置在第二压圈7上，其另一部分设置在第二端盖6上；第二内循环通风孔18的一部分设置在第一压圈5上，其另一部分设置在第一端盖4上。
需要说明的是，在上述的两个实施例中，外循环进风口的一部分设置在第二端盖6上，另一部分设置在第二压圈7上；外循环出风口的一部分设置在第一端盖4上，另一部分设置在第一压圈5上。
在一个实施例中，定子外循环通风孔12和定子内循环通风孔13的数量为多个，定子外循环通风孔12和定子内循环通风孔13在定子铁芯1的周向上交替的设置，并且定子外循环通风孔12和定子内循环通风孔13的中心位于同一圆周上。
优选地，定子外循环通风孔12和定子内循环通风孔13在定子铁芯1的周向上等间距地交替设置。
换言之，每个定子内循环通风孔13的两侧均与定子外循环通风孔12相邻，定子内循环通风孔13与定子外循环通风孔12之间的距离较近，两孔的温差较大，因此，定子内循环通风孔13与定子外循环通风孔12之间的热传递效率也较高。
具体地，相邻的两个定子内循环通风孔13之间设置有至少两个定子外循环通风孔12。如图4中所示，相邻的两个定子内循环通风孔13之间设置有三个定子外循环通风孔12。这样，每个定子外循环通风孔12最多仅与一个定子内循环通风孔13相邻，使相邻的定子外循环通风孔12与定子内循环通风孔13之间保持较大的温差，有利于保持较高的热传递效率。
优选地，定子外循环通风孔12和定子内循环通风孔13均靠近定子铁芯1的外周边缘设置，以利于散热。
优选地，定子铁芯1由具有定子外循环通风孔12和定子内循环通风孔13的硅钢片叠压而成。其中，硅钢片导热性能较高，有利于保证定子外循环通风孔12与定子内循环通风孔13之间较高的热传导效率。
进一步优选地，第一内循环通风孔16的一端朝向定子铁芯1的第二绕组10，第二内循环通风孔18的一端朝向定子铁芯1的第一绕组11。由于电机在运行工作中，其内部的温升较高，尤其是绕组端部温度较高，通过将第一内循环通风孔16的一端朝向定子铁芯1的第二绕组10，第二内循环通风孔18的一端朝向定子铁芯1的第一绕组11，有利于使流动的空气充分地带走第一绕组11和第二绕组10的热量，提高其散热效果。
在一个实施例中，转子2的一端设置有内风扇8，内风扇8设置在靠近转子通风孔14的位置处。外循环进风孔15处设置有外风扇9，外风扇9与电机轴3相连。
其中，转子2旋转时可以带动内风扇8旋转，从而使内循环冷却风道中的空气流通；电机轴3旋转时可以带动外风扇9旋转，从而使外循环风道中的空气流通。
如图1中所示，外循环冷却风道中冷却风的走向为：外风扇9随着电机轴3的旋转而吸入外部冷却风，将冷却风通过外循环进风孔传递至定子铁芯1的定子外循环通风孔12中，再之后传递至外循环出风孔17中，然后将热空气送至外界。
如图2或图3中所示，内循环冷却风道中冷却风的走向为：内风扇8随着转子2旋转，促使电机内部空气进行循环，内部空气由转子通风孔14流通，经内风扇8将内部空气吹向第二绕组10所在的位置以冷却第二绕组10，之后内部空气进入第一内循环通风孔16，之后传递至定子铁心的定子内循环通风孔13中，最后通过第二内循环通风孔18流出并吹向第一绕组11，从而完成一个循环，之后内部空气继续进入转子通风孔14中，继续进行内循环。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种全封闭双循环风冷电机结构，包括：第一机座组件、定子铁芯、转子、第二机座组件，所述转子安装在电机轴上，所述定子铁芯同轴安装在转子的相对外侧，所述第一机座组件和所述第二机座组件分别固定在所述定子铁芯的两端，
所述定子铁芯上分别设置有沿轴向贯通的定子外循环通风孔和定子内循环通风孔，所述转子上设置有沿轴向贯通的转子通风孔，所述第二机座组件上分别设置有外循环进风孔和第一内循环通风孔，所述第一机座组件上分别设置有外循环出风孔和第二内循环通风孔，
其中，所述外循环进风孔、所述定子外循环通风孔和所述外循环出风孔构成外循环冷却风道；所述第一内循环通风孔、所述定子内循环通风孔、所述第二内循环通风孔和所述转子通风孔构成内循环冷却风道。
2.根据权利要求1所述的一种全封闭双循环风冷电机结构，其特征在于，定子外循环通风孔和定子内循环通风孔的数量为多个，所述定子外循环通风孔和所述定子内循环通风孔在所述定子铁芯的周向上交替地设置，并且所述定子外循环通风孔和所述定子内循环通风孔的中心位于同一圆周上。
3.根据权利要求2所述的一种全封闭双循环风冷电机结构，其特征在于，所述定子外循环通风孔和所述定子内循环通风孔均靠近所述定子铁芯的外周边缘设置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种全封闭双循环风冷电机结构，其特征在于，所述定子铁芯由具有所述定子外循环通风孔和所述定子内循环通风孔的硅钢片叠压而成。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种全封闭双循环风冷电机结构，其特征在于，所述第一内循环通风孔的一端朝向所述定子铁芯的第二绕组，所述第二内循环通风孔的一端朝向所述定子铁芯的第一绕组。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种全封闭双循环风冷电机结构，其特征在于，所述第一机座组件包括固定依次相连的第一端盖和第一压圈，所述第二机座组件包括依次相连的第二端盖和第二压圈，
其中，所述第一内循环通风孔设置在所述第一压圈上；所述第二内循环通风孔设置在所述第二压圈上。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种全封闭双循环风冷电机结构，其特征在于，所述第一机座组件包括固定依次相连的第一端盖和第一压圈，所述第二机座组件包括依次相连的第二端盖和第二压圈，
其中，所述第一内循环通风孔的一部分设置在所述第二压圈上，其另一部分设置在所述第二端盖上；
所述第二内循环通风孔的一部分设置在所述第一压圈上，其另一部分设置在所述第一端盖上。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种全封闭双循环风冷电机结构，其特征在于，所述转子的一端设置有内风扇，所述内风扇设置在靠近所述转子通风孔的位置处。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种全封闭双循环风冷电机结构，其特征在于，所述外循环进风孔处设置有外风扇，所述外风扇与电机轴相连。
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