CN113708566B - 一种表贴式高速永磁电机和电机冷却风路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表贴式高速永磁电机和电机冷却风路。该电机冷却风路包括设于机壳的轴向中部的进风口和两个设于机壳的轴向两端的出风口；进风口和任一出风口通过间隙风道连通；与两个出风口连通的间隙风道相互独立；任一间隙风道紧邻转子或设于转子。该电机冷却风路相较于常规的电机风冷结构而言，该电机冷却风路易于加工，能够实现冷却介质从转子温度更高的电机的轴向中部进入，并通过间隙风道令前述冷却介质分流后分别朝向电机的轴向两端移动。前述作业方式可以降低进风口处的风压，降低电机的供风功率和风磨损耗，有效解决电机轴向温度过大的问题，更好地平衡电机在加工性能、安装性能以及包括散热在内的工作性能多方面的需求。

Description

一种表贴式高速永磁电机和电机冷却风路

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种电机冷却风路。还涉及一种表贴式高速永磁电机，包括上述电机冷却风路。

背景技术

表贴式永磁电机的转子的主要结构包括护套、永磁体和转轴。其中，常见的护套包括合金护套和碳纤维护套，但无论具体采用哪种护套，都不可避免地会造成转子温度升高至超标，进而影响电机的工作性能。尤其是对于大功率高速电机和超高速永磁电机而言，转子及其永磁体更为细长，这就导致转子的中部温度很高且难以冷却，容易造成永磁体失磁或碳纤维护套失效。

因此，如何对转子的中部进行有效冷却，同时尽可能平衡在电机在加工、安装和作业性能等多方面的需求，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电机冷却风路，可以有效降低转子的温度，避免转子各处温差过大；加工和安装方便，工艺性和工作性能良好。本发明的另一目的是提供一种表贴式高速永磁电机，包括上述电机冷却风路。

为实现上述目的，本发明提供一种电机冷却风路，包括设于机壳的轴向中部的进风口和两个设于所述机壳的轴向两端的出风口；所述进风口和任一所述出风口通过间隙风道连通；与所述两个所述出风口连通的所述间隙风道相互独立；任一所述间隙风道紧邻转子或设于所述转子。

优选地，所述间隙风道包括位于相互套设的定子铁芯和护套二者的装配间隙处的第一间隙风道。

优选地，所述间隙风道包括设于永磁体内部的第二间隙风道；所述第二间隙风道沿所述永磁体的轴向贯通设置。

优选地，所述永磁体包括多个扇环部；所述机壳内的护套套设并紧配于全部所述扇环部合围成的圆环柱体；设于相邻两个所述扇环部的接触面的凹槽拼接成所述第二间隙风道。

优选地，位于所述永磁体的直轴方向附近的所述第二间隙风道的风道横截面小于位于所述永磁体的交轴方向附近的所述第二间隙风道的风道横截面。

优选地，所述间隙风道包括设于转轴的第三间隙风道；所述第三间隙风道沿所述转轴的轴向贯通设置。

优选地，所述第三间隙风道具体为设于所述转轴的周侧表面的凹槽。

优选地，还包括围设于定子铁芯的外周的冷却腔。

优选地，所述冷却腔具体为冷却液腔。

本发明还提供一种表贴式高速永磁电机，包括如上所述的电机冷却风路。

相对于上述背景技术，本发明所提供的电机冷却风路包括进风口、两个出风口以及间隙风道；进风口设于电机的机壳的轴向中部，两个出风口分别设于机壳的轴向两端，间隙风道紧邻转子设置或者设于转子。

在上述电机冷却风路中，进风口和任意一个出风口通过间隙风道连通，与此同时，与两个出风口连通的间隙风道彼此互不连通。因此，当该电机冷却风路的进风口通入作为空气等冷却介质时，空气在进风口处一分为二，实现沿前述间隙风道分别向电机的轴向两端流动，最终自位于机壳两端的出风口流出。

相较于常规的电机风冷结构而言，本发明所提供的电机冷却风路令作为冷却介质的空气从电机的轴向中部进入机壳，通过与两个出风口分别连接的间隙风道令前述冷却介质分流，最终实现空气分别朝向电机的轴向两端移动。

在合理有效地对电机各个部位进行降温冷却的前提下，该电机风冷结构的上述作业方式可以降低进风口处的风压，并降低向电机内部提供冷却介质的供风功率和风磨损耗，可以有效解决转子轴向各处温差过大和的问题。与此同时，该电机冷却风路在风冷原理的基础实现对电机及其转子的冷却，相较于采用液相材料对电机及其转子进行冷却的部分现有技术而言，既解决了转子温度高且温差过大的问题，还不会在电机工作时因液相材料发生相变而导致电机振动失衡。此外，本发明所提供的电机冷却风路中，整个电机内的间隙风道自机壳的轴向中部一分为二，无论间隙风道以紧邻转子的方式成型，还是加工于转子的内部，均易于加工、便于装配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的电机冷却风路的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的护套、永磁体和转轴的装配示意图。

其中，1-机壳、21-进风口、22-出风口、23-第一间隙风道、24-第二间隙风道、25-第三间隙风道、3-定子铁芯、4-护套、5-永磁体、6-转轴、7-冷却腔、8-定子隔板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明实施例所提供的电机冷却风路的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的护套、永磁体和转轴的装配示意图。

本发明提供一种电机冷却风路，包括设于机壳1的进风口21和出风口22、设于机壳1内部的间隙风道。该电机冷却风路中，进风口21设于机壳1的轴向中部，两个出风口22分别设于机壳1的轴向两端，进风口21和任意一个出风口22通过前述间隙风道连通；前述间隙风道可紧邻机壳1内的转子设置或者设于转子。

其中，任意一个出风口22可以位于机壳1的轴向端部的端面，也可以位于机壳1的轴向端部的周侧。考虑到该电机冷却风路中进风口21的位置，本发明所提供的多个实施例中，优先令出风口22位于机壳1的轴向端部的周侧。

该电机冷却风路包括两个出风口22，这两个出风口22分别连接有间隙风道，且这两个出风口22各自所连接的间隙风道相互独立，并不连通。换言之，机壳1内设有沿机壳1的径向横截面分布的隔断，沿机壳1的轴向来看，该隔断处于机壳1的轴向中部，与两个出风口22分别连接的间隙风道分别位于该隔断的两端，自进风口21进入的空气分别流向该隔断的两侧，从而分别进入两个间隙风道。例如，沿电机的轴向来看，电机包括两段定子，两段定子的定子铁心可通过设于二者之间的定子隔板8相互分隔，同时形成可供空气沿径向穿过定子并进入转子内的径向风道。

综上可见，利用该电机冷却风路对电机进行冷却降温作业时，作为冷却介质的空气自电机的轴向中部进入电机，同时自电机的轴向中部分为两道分别朝向电机的轴向两端的气流，最终从位于机壳1的轴向两端的两个出风口22分别流动。换言之，该电机冷却风路实现了并联通风冷却，在相同风量下，风路并联时的入口风压是风路串联时的入口风压的1/4，因此配套风机的功率可以大幅减小，同时电机的风摩损耗小。

相较于常规的电机风冷结构而言，本发明所提供的电机冷却风路调整了冷却介质在电机内部的流动路径，令冷却介质从转子温度更高的电机的轴向中部进入机壳1，并通过与两个出风口22分别连接的间隙风道令前述冷却介质分流后分别朝向电机的轴向两端移动。前述作业方式不仅可以降低进风口21处的风压，降低向电机内部提供冷却介质的供风功率和风磨损耗，而且在合理有效地对电机各个部位进行降温冷却的前提下，缩短了冷却介质在电机内部的流通路径的长度，有效应用细长型的转子因轴向中部过热而出现轴向中部和两端温差过大的问题。

下面结合附图和实施方式，对本发明所提供的电机冷却风路做更进一步的说明。

针对上述实施例中，本发明所提供的电机冷却风路中，间隙风道可包括设于定子铁芯3和护套4二者之间的第一间隙风道23。在电机合装时，定子铁芯3处于护套4外周，定子铁芯3的内周壁和护套4的外周壁存在一定装配间隙，这一装配间隙即为上述第一间隙风道23。

针对第一间隙风道23的上述结构设置，该电机冷却风路中，自机壳1的进风口21进入机壳1内的冷却介质会从定子铁芯3的内周壁和护套4的外周壁之间流动，能够对定子的定子铁芯3和转子的护套4进行降温冷却。

进一步地，该电机冷却风路的间隙风道还包括设于永磁铁的第二间隙风道24。永磁体5和护套4均属于转子的零部件；永磁体5和护套4相互套设，具体指护套4套设于永磁体5的外周，令护套4的内周壁围设并贴紧永磁体5的外周壁，实现二者的固定连接。

上述第二间隙风道24设于永磁体5内，且沿永磁体5的轴向贯通。

由于永磁体5通常与转轴6、护套4装配，例如护套4、永磁体5、转轴6三者在电机的机壳1内由外向内依次套设固定，因此，第二间隙风道24具体可以指设于永磁体5的外周壁和内周壁之间的通道，也可以指设于永磁体5的外周壁或内周壁的通槽。

当第二间隙风道24指的是设于永磁体5的外周壁的通槽时，该通槽位于永磁体5和护套4的内周壁之间，因此该通槽在永磁体5和护套4的结构限定下形成可供冷却介质定向流动的通道。同理，通槽位于永磁铁和转轴6的外周壁之间时，该通槽在永磁体5和转轴6的结构限定下形成可供冷却介质定向流动的通道。

以下提供一种第二间隙风道24的具体设置方式。

永磁体5包括多个扇环部，全部扇环部可围绕同一中心轴拼接形成圆环柱体状结构，且前述中心轴与机壳1内的护套4的中心轴重合，也就是说，护套4套设于全部扇环部合围拼接而成的圆环柱体。其中，护套4与前述圆环柱体紧密配合以实现相对固定，换句话说，护套4起到自全部扇环部的外周起到箍紧全部扇环部的作用。

针对扇环部在永磁体5中的结构特点，任意一个扇环部在自身弧长方向的两端分别与另外两个扇环部接触，为了简化第二间隙风道24在永磁体5内的加工，可在任意一个扇环部用于接触另一扇环部的表面设有凹槽，也就是说，凹槽设于相邻两个扇环部的接触面之间。

对于单个扇环部而言，凹槽位于其表面，便于加工；对于两个相互装配的两个扇环部而言，二者的凹槽在对准后拼接成第二间隙风道24。与此同时，凹槽所在的表面为任意一个扇环部的平面，相较于令第二间隙风道24设于永磁体5的外周壁或者内周壁而言，位于扇环部的平面上的凹槽的机加工性能更好。

为了更好的对永磁体5进行降温冷却，永磁体5内通常设有多个第二间隙风道24。特别的，为了改善电机的性能，可参考图2，位于永磁体5的直轴方向附近的第二间隙风道24的风道横截面小于位于永磁体5的交轴方向附近的第二间隙风道24的风道横截面，从而起到改善气隙磁密波形正弦度、降低电机谐波和涡流损耗的作用。其中，前述直轴方向和交轴方向为基于转子磁极建立的坐标方位。

针对第二间隙风道24的上述结构设置，该电机冷却风路中，自机壳1的进风口21进入机壳1内的冷却介质会从进入永磁体5内并沿永磁体5的轴向流动，从而对作为转子的组成零件之一的永磁体5进行降温冷却。

进一步地，该电机冷却风路的间隙风道还包括设于转轴6的第三间隙风道25。第三间隙风道25沿转轴6的轴向贯通；第三间隙风道25设于转轴6，包括且不限于设于转轴6的外周壁、内周壁或者前述外周壁和内周壁之间。相较于圆环柱体状的永磁体5而言，转轴6为实心圆柱结构，因此，为了方便加工，第三间隙风道25具体可以为设于转轴6的外周壁的凹槽。

对于上文提及的第一间隙风道23、第二间隙风道24、第三间隙风道25，该电机冷却风路可以择其一设置，也可以采用两种或三种的组合。以该电机冷却风路的间隙风道同时包括第一间隙风道23、第二间隙风道24、第三间隙风道25三者为例，此时，以机壳1的轴向中部为界，具备该电机冷却风路的电机相当于在机壳1的轴向任意一侧形成了定子和转子间隙风路、永磁体5风路和转轴6风路这三种风路，因此该电机的总风压小、各路风量量，电机的风磨损失也小。

在本发明所提供的第二种具体实施例中，除了针对转子设置间隙风道，以便利用间隙风道对转子进行风冷以外，该电机冷却风路还针对定子设置冷却腔7，以便利用冷却腔7内的冷却介质针对性地对定子进行冷却。

其中，上述冷却腔7围设于定子的定子铁芯3的外周；冷却腔7内可通入冷却液或者冷却空气。例如，针对定子装配于转子外部的部分电机而言，上述冷却腔7内可通过冷却液。简而言之，定子采用水冷原理实现散热，转子采用强迫风冷实现散热。

因此，通过上述电机冷却风路可以对定子实现循环水冷，对转子实现并联通风冷却，从而分别对电机的定子和转子进行有效冷却，解决了电机尤其是表贴式高速永磁电机中定子、转子温度过高且温度分布不均的问题，降低了永磁体5失磁和转子护套4失效的风险，提高了电机运行可靠性。

本发明还提供一种表贴式高速永磁电机，包括上文所提及的电机冷却风路。

该表贴式高速永磁电机包括机壳1、设于机壳1内的转子和定子；其中，定子套设于转子的外周。该表贴式高速永磁电机能够有效控制电机内各个零部件沿轴向方向的温差，尤其适用于具有细长型转子的电机。

以上对本发明所提供的表贴式高速永磁电机和电机冷却风路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电机冷却风路，其特征在于，包括设于机壳(1)的轴向中部的进风口(21)和两个设于所述机壳(1)的轴向两端的出风口(22)；所述进风口(21)和任一所述出风口(22)通过间隙风道连通；与两个所述出风口(22)连通的所述间隙风道相互独立；任一所述间隙风道紧邻转子或设于所述转子；

所述间隙风道包括位于相互套设的定子铁芯(3)和护套(4)二者的装配间隙处的第一间隙风道(23)；

所述间隙风道包括设于永磁体(5)内部的第二间隙风道(24)；所述第二间隙风道(24)沿所述永磁体(5)的轴向贯通设置；所述永磁体(5)包括多个扇环部；所述机壳(1)内的护套(4)套设并紧配于全部所述扇环部合围成的圆环柱体；设于相邻两个所述扇环部的接触面的凹槽拼接成所述第二间隙风道(24)；

所述间隙风道包括设于转轴(6)的第三间隙风道(25)；所述第三间隙风道(25)沿所述转轴(6)的轴向贯通设置；所述第三间隙风道(25)具体为设于所述转轴(6)的周侧表面且装配于相邻两个第二间隙风道(24)之间的凹槽。

2.根据权利要求1所述的电机冷却风路，其特征在于，位于所述永磁体(5)的直轴方向附近的所述第二间隙风道(24)的风道横截面小于位于所述永磁体(5)的交轴方向附近的所述第二间隙风道(24)的风道横截面。

3.根据权利要求1或2所述的电机冷却风路，其特征在于，还包括围设于定子铁芯(3)的外周的冷却腔(7)。

4.根据权利要求3所述的电机冷却风路，其特征在于，所述冷却腔(7)具体为冷却液腔。

5.一种表贴式高速永磁电机，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的电机冷却风路。

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