CN117811257B - 高速永磁电机及其转子散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及永磁电机技术领域，特别是涉及一种高速永磁电机及其转子散热系统，其中转子散热系统包括：吸气装置，固定于电机内部的转轴上，具有吸气口和排气口；气流导向结构，用于将排气口排出的气流导入转子一端的减重孔内；气流交换结构，包括设于电机的壳体上的进气口和出气口，用于交换电机内外的气流。转子散热系统利用与转轴同步旋转的吸气装置吸入电机内气流后排向减重孔，由于吸气装置与转轴始终保持相对静止，因此吸气装置排向减重孔的气流在惯性影响下也容易进入减重孔，而不会受到高速旋转的转子端面的阻挡；又因排向减重孔的气流具有一定速度，因此能强制挤压出减重孔中气体，实现减重孔中气流循环，从而对转子降温。

Description

高速永磁电机及其转子散热系统

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，特别是涉及一种高速永磁电机及其转子散热系统。

背景技术

高速永磁电机是集成了机械、电气、控制、电力电子和新材料等各种先进技术的高度机电一体化产品。随着现代装备制造业向高速度、高效率、低能耗、高自动化方向不断发展，高速电机的技术提升后结构创新显得越来越迫切。由于高速永磁电机发热功率大，容易导致定子、转子温度过高，影响电机效率，甚至还可能会导致转子永磁体不可逆失磁，造成电机报废。因此，保证电机的运行温度（尤其转子永磁体工作温度）在安全范围内是高速永磁电机设计的难点。

参照图1，转子永磁体101嵌于转子硅钢片上，转子硅钢片上还具有减重孔102，减重孔102中空气流通时可以带走转子硅钢片的热量，从而避免转子硅钢片积热，将转子永磁体101的工作温度控制在安全范围内。但高速永磁电机的转子高速旋转时，转子的两端面处气压相当，无法实现减重孔内空气与转子外空气的流通换热。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种转子散热系统，旨在解决高速永磁电机的转子高速旋转时，转子的两端面处气压相当，无法实现减重孔内空气与转子外空气的流通换热问题。

本发明提供一种转子散热系统，包括：吸气装置，固定于电机内部的转轴上，具有吸气口和排气口；气流导向结构，用于将所述排气口排出的气流导入转子一端的减重孔内；气流交换结构，包括设于电机的壳体上的进气口和出气口，用于交换电机内外的气流。

可选的，所述吸气装置包括固定于转轴上的风筒和叶片，所述风筒中央穿设转轴，多个所述叶片位于所述风筒内壁与转轴侧壁之间，且沿转轴的周向分布，所述叶片用于跟随转轴旋转时向所述风筒内吸风；所述吸气口位于所述风筒远离转子的一端，所述排气口位于所述风筒靠近转子的一端。

可选的，所述气流导向结构包括围绕转轴的环形外筒和环形内筒，所述环形外筒与所述环形内筒围成环形气流通道，所述环形气流通道的一端与所述排气口接通，另一端指向转子一端面上的所有减重孔。

可选的，所述气流导向结构包括布气板和多个围绕转轴分布的导气管，所述布气板覆盖于所述排气口上，所述导气管一端固定于所述布气板上，另一端指向转子一端面上的一个或多个减重孔，所述导气管通过所述布气板与所述排气口相通。

可选的，所述布气板上还固定有第二导气管，所述第二导气管一端通过所述布气板与所述风筒相通，另一端指向定子。

可选的，所述散热系统还包括冷气储罐，用于向所述吸气口排放冷气。

可选的，所述散热系统还包括射流管，所述射流管包括喷嘴、吸入室、吸气管和喉管，所述吸入室位于所述喉管长度方向的一端，所述喷嘴插于所述吸入室内并与所述喉管同轴，所述吸气管连接所述出气口，所述吸气管一端与所述吸入室连通，另一端位于所述减重孔远离所述吸气装置的一端，所述喷嘴用于通入压缩气体，所述喉管用于向远离所述吸入室方向喷气。

可选的，所述喷嘴连接所述冷气储罐。

可选的，所述喉管连接供气管，所述供气管连接所述进气口，所述供气管穿入电机内并指向所述吸气口。

本发明采用上述技术方案所达到的技术效果：

利用与转轴同步旋转的吸气装置吸入电机内气流后排向减重孔，由于吸气装置与转轴始终保持相对静止，因此吸气装置排向减重孔的气流在惯性影响下也容易进入减重孔，而不会受到高速旋转的转子端面的阻挡；又因排向减重孔的气流具有一定速度，因此能强制挤压出减重孔中气体，实现减重孔中气流循环。

本发明的目的之二在于提供一种高速永磁电机，包括上述转子散热系统，具有提高对转子散热效率的优点。

附图说明

图1为背景技术中转子的结构示意图；

图2为实施例1中转子散热系统的立体图；

图3为实施例1中转子散热系统的俯视图；

图4为图3的A-A方向剖视图；

图5为实施例2中转子散热系统的结构示意图；

图6为实施例3中具有转子散热系统的高速永磁电机的结构示意图；

图7为实施例3中高速永磁电机隐藏侧壳后的结构示意图；

图8为实施例3中冷气储罐与半剖的射流管连接示意图。

附图标记：1、吸气装置；11、风筒；111、吸气口；112、排气口；12、叶片；2、气流导向结构；21、环形外筒；22、环形内筒；23、环形气流通道；24、布气板；25、导气管；26、第二导气管；3、射流管；31、喷嘴；32、吸入室；33、吸气管；34、喉管；341、渐缩段；342、等径直管段；343、扩散段；4、冷气储罐；5、供气管；

100、转子；101、转子永磁体；102、减重孔；200、定子；300、转轴。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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作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。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

实施例1

本申请实施例提供一种转子散热系统，参照图1和图2，包括吸气装置1、气流导向结构2和气流交换结构。转子100由多片转子硅钢片层叠构成，每片转子硅钢片上均具有多个用于嵌入转子永磁体101的嵌孔、多个减重孔102，以及中央孔。电机的转轴300穿于中央孔内，转轴300侧壁与中央孔过盈配合或通过键配合，从而使转轴300与转子100相对固定。

参照图2至图4，吸气装置1固定于电机壳体内的转轴300上，由风筒11和多个叶片12构成，所有叶片12位于风筒11内。风筒11轴向一端具有吸气口111，吸气口111位于风筒11远离转子100的一端；另一端具有排气口112（见图4），排气口112位于风筒11靠近转子100的一端。叶片12与转轴300固定连接的作用，是使叶片12与转轴300同步高速旋转，从而能够使电机内的气流被吸入吸气口111，并从排气口112吹出。当排气口112向转子100一端面的减重孔102内吹风时，即可强制排出减重孔102内气体，实现减重孔102内气流循环。

参照图2和图3，所有叶片12围绕转轴300的轴线均匀分布，且叶片12内侧（靠近转轴300一侧）固定于转轴300侧壁上，叶片12外侧固定于风筒11内侧上。风筒11可以是等径筒，也可以是不等径管，本实施例不做具体限制，只需满足转轴300位于风筒11的轴线处即可。

参照图4，气流导向结构2包括环形外筒21和环形内筒22，以及由环形外筒21与环形内筒22围成的环形气流通道23。环形外筒21一端与风筒11设置排气口112的端部固定连接，另一端指向转子100端面的减重孔102，环形外筒21包围转轴300；环形内筒22也包围转轴300，且位于环形外筒21的内侧，环形内筒22一端紧贴转轴300使排气口112不会漏气至环形内筒22的内侧；环形内筒22外侧与环形外筒21内侧围成环形气流通道23，环形气流通道23的一端沿周向与排气口112接通，另一端指向转子100一端面上的所有减重孔102。

环形内筒22与环形外筒21的固定方式有两种：一、环形内筒22的外侧采用多根连接杆与环形外筒21的内侧固定连接；二、参照图4，环形内筒22靠近风筒11的端部做成套管状与转轴300过盈配合或焊接固定。考虑到环形气流通道23内若具有多根连接杆会增大对气流的阻力，降低气流进入减重孔102时的速度，因此本实施例优选上述第二种环形内筒22与环形外筒21的固定方式。

参照图4，为了加强结构强度，减小结构跟随转轴300高速旋转时的变形，可以将风筒11与环形外筒21用同一材料一体成型，且风筒11、叶片12、环形内筒22和环形外筒21均优先采用耐高温的金属材料。

气流交换结构包括设于电机壳体上的进气口和出气口，用于交换电机内外的气流。可以将进气口设置于电机一端的端盖上，将出气口设置于电机另一端的端盖上；也可以将进气口设置于电机侧壁靠近一端端盖处，将出气口设置于电机侧壁靠近另一端端盖处。

本申请实施例提出的转子散热系统，具有优点：

利用与转轴300同步旋转的吸气装置1吸入电机内气流后排向减重孔102，由于吸气装置1与转轴300始终保持相对静止，因此吸气装置1排向减重孔102的气流在惯性影响下也容易进入减重孔102，而不会受到高速旋转的转子100端面的阻挡；又因排向减重孔102的气流具有一定速度，因此能强制挤压出减重孔102中气体，实现减重孔102中气流循环，置换出转子100的热量，从而对转子100降温。

本申请实施例还提供了一种高速永磁电机，该电机包括上述转子散热系统，该系统已在本实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上提供一种转子散热系统，区别在于气流导向结构2不同，气流导向结构2与吸气装置1的连接方式也随之改变。

参照图5，本实施例的气流导向结构2包括布气板24和多个围绕转轴300均匀分布的导气管25；布气板24呈环形，固定于风筒11朝向转子100的一端上，用于覆盖排气口112；布气板24上沿其周向等距设置多个安装孔，导气管25的一端固定于安装孔内，实现导气管25内部与排气口112相通，导气管25另一端指向转子100一端面上的一个或多个减重孔102。若一根导气管25只指向一个减重孔102，则可以将导气管25做成圆管；若一根导气管25指向多个减重孔102，则可以将导气管25做成扁管。

参照图5，若要对定子200散热，可以将布气板24上的某个安装孔内的导气管25换成第二导气管26（如图中虚线所示），第二导气管26指向定子200，或指向定子200与转子100之间的间隙。

实施例3

本实施例在实施例1或实施例2的基础上提供一种转子散热系统，参照图6和图7，增加了冷气储罐4和射流管3，冷气储罐4用于向吸气装置1的吸气口111排放冷气，射流管3用于在转子100背向吸气装置1的端面处吸气，从而辅助减重孔102排气。

参照图6至图8，射流管3包括喷嘴31、吸入室32、吸气管33和喉管34，吸入室32位于喉管34长度方向的一端，吸入室32远离喉管34的一端被喷嘴31插入，且喷嘴31与喉管34同轴。喷嘴31通过管道连接冷气储罐4，管道上具有阀门，打开阀门后，喷嘴31喷出的冷气流不受吸入室32内壁阻挡地射入喉管34内。吸气管33以垂直于喷嘴31轴向的姿态与吸入室32相通，且由吸气管33进入吸入室32的气流不直接冲击喷嘴31射出的气流，而是冲击喷嘴31外壁。吸气管33从上述气流交换结构中的出气口进入电机内，并伸至转子100背离吸气装置1的端面处，管端与减重孔102的距离为0.5cm-2cm。

参照图8，喉管34包括渐缩段341、等径直管段342和扩散段343，其中等径直管段342位于渐缩段341与扩散段343之间。渐缩段341的较宽端向吸入室32内壁过渡，较窄端连接等径直管段342；扩散段343的较窄端连接等径直管段342。

参照图8，冷气储罐4中的压力气体由喷嘴31射入喉管34，造成吸入室32内负压，从而吸气管33可从减重孔102吸气进入吸入室32，实现对减重孔102的辅助排气。从吸气管33进入吸入室32的气体跟随喷嘴31射出的冷气共同被喉管34射出。

参照图8，喉管34的出气端连接有供气管5，供气管5从上述气流交换结构中的进气口进入电机内，并指向吸气装置1的吸气口111。供气管5喷出的冷气被吸气装置1吸入，并通过气流导向结构2引导入减重孔102内，从而提高了对转子100的散热效率，使转子100永磁体的工作温度更容易控制在安全范围内。

气流交换结构中的进气口和出气口，配合冷气储罐4和射流管3构成气流循环系统，该系统可以使电机的进气口完全关闭、出气口部分关闭，从而使电机具有优异的防尘性能；出气口也可以完全关闭，但需在电机壳体上安装泄压阀，完全关闭出气口后，电机兼具优异的防尘和防水性能。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种转子散热系统，其特征在于，包括：

吸气装置（1），固定于电机内部的转轴（300）上，具有吸气口（111）和排气口（112），所述吸气装置（1）包括固定于转轴（300）上的风筒（11）和叶片（12），所述风筒（11）中央穿设转轴（300），多个所述叶片（12）位于所述风筒（11）内壁与转轴（300）侧壁之间，且沿转轴（300）的周向分布，所述叶片（12）用于跟随转轴（300）旋转时向所述风筒（11）内吸风；所述吸气口（111）位于所述风筒（11）远离转子（100）的轴向一端，所述排气口（112）位于所述风筒（11）靠近转子（100）的轴向一端；

气流导向结构（2），用于将所述排气口（112）排出的气流导入转子（100）一端的减重孔（102）内，所述气流导向结构（2）包括布气板（24）和多个围绕转轴（300）分布的导气管（25），所述布气板（24）覆盖于所述排气口（112）上，所述导气管（25）一端固定于所述布气板（24）上，另一端指向转子（100）一端面上的一个或多个减重孔（102），所述导气管（25）通过所述布气板（24）与所述排气口（112）相通，所述布气板（24）上还固定有一个第二导气管（26），所述第二导气管（26）一端通过所述布气板（24）与所述风筒（11）相通，另一端指向定子（200）；

气流交换结构，包括设于电机的壳体上的进气口和出气口，用于交换电机内外的气流；

冷气储罐（4），用于向所述吸气口（111）排放冷气；

射流管（3），所述射流管（3）包括喷嘴（31）、吸入室（32）、吸气管（33）和喉管（34），所述吸入室（32）位于所述喉管（34）长度方向的一端，所述喷嘴（31）插于所述吸入室（32）内并与所述喉管（34）同轴，所述吸气管（33）连接所述出气口，所述吸气管（33）一端与所述吸入室（32）连通，另一端位于所述减重孔（102）远离所述吸气装置（1）的一端，所述喷嘴（31）用于通入压缩气体，所述喉管（34）用于向远离所述吸入室（32）方向喷气，所述喷嘴（31）连接所述冷气储罐（4），所述喉管（34）连接供气管（5），所述供气管（5）连接所述进气口，所述供气管（5）穿入电机内并指向所述吸气口（111）。

2.如权利要求1所述的转子散热系统，其特征在于，所述气流导向结构（2）包括围绕转轴（300）的环形外筒（21）和环形内筒（22），所述环形外筒（21）与所述环形内筒（22）围成环形气流通道（23），所述环形气流通道（23）的一端与所述排气口（112）接通，另一端指向转子（100）一端面上的所有减重孔（102）。

3.一种高速永磁电机，包括权利要求1至2中任意一项所述的转子散热系统。