CN221042569U - 一种可通风自循环冷却的永磁同步高速电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可通风自循环冷却的永磁同步高速电机，包括由内到外依次套接的转轴、定子铁芯和机壳，转轴为内部设有轴流风扇的空心轴，机壳和定子铁芯之间设有内部流通有冷却水的水冷换热套，机壳和水冷换热套之间的间隔为水冷换热套轴向风道，水冷换热套的中部、定子铁芯的中部、转轴的中部和转轴的两端都设有通孔，水冷换热套轴向风道、水冷换热套上的通孔、定子铁芯上的通孔、转轴中部的通孔、转轴内部容腔、转轴两端的通孔、机壳端部空间、水冷换热套轴向风道依次连通。本实用新型实现对定子和转子内部的冷却，并将电机内部的热量带至水冷换热套，最终由冷却水带走，电机结构简单紧凑，方便实施，无需对原有电机部件进行较大改动。

Description

一种可通风自循环冷却的永磁同步高速电机

技术领域

本实用新型属于永磁同步高速电机领域，具体为一种可通风自循环冷却的永磁同步高速电机。

背景技术

永磁同步高速电机因转速高、功率密度大、体积小、高效节能等优点，市场关注度越来越高。但也正因为其大功率密度、小体积造成电机的散热设计成为难点，其中，转子的散热设计最为困难。转子的磁钢抗拉强度低，为避免转子上的磁钢(即永磁体)在转子的高转速下产生的离心力作用下发生径向移动，磁钢外表面需采用保护套箍紧，为减小转子涡流损耗一般采用碳纤维套，而碳纤维套导热性差，这就容易导致永磁同步高速电机转子因散热困难导致磁钢退磁、碳纤维套失效等问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种可通风自循环冷却的永磁同步高速电机，在轴流风扇的动力作用下形成一空气循环通道，机壳两端外的空气进入机壳内部、依次经过定子铁芯中部、绕组中部、转轴中部进入转轴内部，最后从转轴端部出来后进入机壳两端外，实现对定子和转子内部的冷却，并将转子、定子的热量带至水冷换热套，最终由冷却水带走，实现循环冷却，克服了现有永磁同步高速电机转子因散热困难导致的磁钢退磁、碳纤维套失效问题；所述电机结构简单紧凑，方便实施，无需对原有电机部件进行较大改动。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种可通风自循环冷却的永磁同步高速电机，包括由内到外依次套接的转轴、定子铁芯和机壳，转轴外表面上安装有永磁体，永磁体外套接有碳纤维套，定子铁芯内表面上安装有绕组，转轴为具有内部容腔的空心轴，转轴内部容腔安装有轴流风扇，机壳和定子铁芯之间设有内部流通有冷却水的水冷换热套，机壳和水冷换热套之间的间隔为水冷换热套轴向风道，水冷换热套的中部、定子铁芯的中部、转轴的中部和转轴的两端都设有通孔，水冷换热套轴向风道、水冷换热套上的通孔、定子铁芯上的通孔、转轴中部的通孔、转轴内部容腔、转轴两端的通孔、机壳端部空间、水冷换热套轴向风道依次连通。

作为上述技术方案的进一步改进：

水冷换热套为套接在定子铁芯外的圆筒状结构，流通冷却水的通道位于水冷换热套的内表面和外表面之间，水冷换热套上的通孔为水冷换热套径向风道，水冷换热套径向风道贯穿水冷换热套的侧壁，水冷换热套径向风道和流通冷却水的通道不连通。

水冷换热套径向风道设有至少两个，各水冷换热套径向风道沿着水冷换热套的周向均匀间隔布置，水冷换热套径向风道的长度方向平行于水冷换热套的径向。

定子铁芯为筒状，定子铁芯中部的通孔为定子径向风道，定子径向风道的长度方向平行于定子铁芯的径向，定子径向风道位于定子铁芯轴向的中部。

定子径向风道设有至少两个，各定子径向风道沿着定子铁芯的周向均匀间隔布置。

碳纤维套为筒状，碳纤维套和转轴共中心线，碳纤维套套接在转轴外，永磁体位于碳纤维套和转轴之间，碳纤维套不遮挡转轴中部和端部的通孔。

转轴中部的通孔为转轴径向风道，转轴径向风道的长度方向平行于转轴的径向，转轴径向风道位于转轴轴向的中部。

转轴径向风道设有至少两个，各转轴径向风道沿着转轴的周向均匀间隔布置。

转轴两端的通孔为转轴端部风道，转轴端部风道的一端连通转轴内部容腔、另一端朝着远离转轴径向风道的方向延伸并连通外部，转轴端部风道超出定子铁芯的端部。

转轴每端设有至少两个转轴端部风道，各转轴端部风道沿着转轴的周向均匀间隔布置。

本实用新型的有益效果是：在轴流风扇的动力作用下形成一空气循环通道，机壳两端外的空气进入机壳内部、依次经过定子铁芯中部、绕组中部、转轴中部进入转轴内部，最后从转轴端部出来后进入机壳两端外，实现对定子和转子内部的冷却，并将转子、定子的热量带至水冷换热套，最终由冷却水带走，实现循环冷却，克服了现有永磁同步高速电机转子因散热困难导致的磁钢退磁、碳纤维套失效问题；所述电机结构简单紧凑，方便实施，无需对原有电机部件进行较大改动。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

一种可通风自循环冷却的永磁同步高速电机，如图1所示，包括机壳1、水冷换热套2、定子铁芯3、碳纤维套4、永磁体5、转轴6和轴流风扇7。

转轴6为具有内部容腔的空心轴，转轴6的两端可转动地安装在轴承座上。转轴6的内部容腔为转轴轴向风道6-3，转轴轴向风道6-3的长度方向平行于转轴6的轴向。转轴6的中部和两端都设有通孔。转轴6中部的通孔为转轴径向风道6-2，转轴径向风道6-2的长度方向平行于转轴6的径向，转轴径向风道6-2位于转轴6轴向的中部，即从转轴6的长度方向上来看，转轴径向风道6-2位于转轴6的中部。转轴径向风道6-2设有至少两个，各转轴径向风道6-2在同一截面内沿着转轴6的周向均匀间隔布置。转轴径向风道6-2的一端连通转轴轴向风道6-3、另一端连通转轴6外部。

转轴6两端的通孔为转轴端部风道6-1，转轴端部风道6-1的一端连通转轴轴向风道6-3、另一端朝着远离转轴径向风道6-2的方向延伸并连通外部，即转轴端部风道6-1的长度方向不垂直于转轴6的轴向。较佳的，转轴6每端的转轴端部风道6-1的连通外部的一端超出此端定子铁芯3的端部。

转轴6每端设有至少两个转轴端部风道6-1，各转轴端部风道6-1沿着转轴6的周向均匀间隔布置。

转轴轴向风道6-3内设有轴流风扇7，轴流风扇7和转轴6过盈配合。较佳的，轴流风扇7设有至少两个，各轴流风扇7沿着转轴轴向风道6-3的长度方向间隔布置。轴流风扇7在转轴6旋转时搅动空气由中间往端部流动，为循环风路的动力源。

本实施例中，设有两个轴流风扇7，两个轴流风扇7分别设在转轴径向风道6-2的两侧。

转轴6外表面上安装有永磁体5，较佳的，永磁体5设有多个。

永磁体5外套接有碳纤维套4，具体的，碳纤维套4为筒状，碳纤维套4和转轴6共中心线，碳纤维套4套接在转轴6外，永磁体5位于碳纤维套4和转轴6之间。较佳的，为不遮挡转轴径向风道6-2，碳纤维套4可设有两个，在转轴径向风道6-2两侧的转轴6外各套接一个碳纤维套4。

碳纤维套4外套接有定子铁芯3，定子铁芯3为圆筒状结构，定子铁芯3和转轴6共中心线。定子铁芯3的侧壁上设有通孔，为定子径向风道3-1，定子径向风道3-1的长度方向平行于定子铁芯3的径向，定子径向风道3-1位于定子铁芯3轴向的中部，即从定子铁芯3的轴向上来看，定子径向风道3-1位于定子铁芯3的中部。定子径向风道3-1设有至少两个，各定子径向风道3-1在同一截面内沿着定子铁芯3的周向均匀间隔布置。定子径向风道3-1的两端分别连通定子铁芯3的内部和外部。

定子铁芯3的内表面上安装有绕组，较佳的，绕组的两端部分别超出定子铁芯3的两端部。显然的，绕组和碳纤维套4之间间隔布置，以使绕组不干涉转轴6的转动。绕组的两端分别为第一绕组端部3-2和第二绕组端部3-3。

显然，定子铁芯3和所述绕组构成所述电机的定子。

定子铁芯3外套接有水冷换热套2，水冷换热套2为圆筒状结构，水冷换热套2中有供冷却水流通的通道，较佳的，流通冷却水的通道位于水冷换热套2的内表面和外表面之间，即设置在水冷换热套2的侧壁上。

水冷换热套2的中部设有通孔，为水冷换热套径向风道2-2，水冷换热套径向风道2-2贯穿水冷换热套2的侧壁，水冷换热套径向风道2-2和流通冷却水的通道不连通。水冷换热套径向风道2-2的长度方向平行于水冷换热套2的径向，水冷换热套径向风道2-2位于水冷换热套2的中部，即从水冷换热套2的轴向上来看，水冷换热套径向风道2-2位于水冷换热套2的中部。水冷换热套径向风道2-2设有至少两个，各水冷换热套径向风道2-2在同一截面内沿着水冷换热套2的周向均匀间隔布置。

水冷换热套2外套接有机壳1，较佳的，水冷换热套2的内表面接触并贴合定子铁芯3的外表面，水冷换热套2的外表面和机壳1的内表面间隔布置。机壳1和水冷换热套2之间的间隔为水冷换热套轴向风道2-1。

由上，转轴6、永磁体5和碳纤维套4形成转动的转子机构。

较佳的，水冷换热套径向风道2-2、定子径向风道3-1、转轴径向风道6-2位于同一截面内。

基于上述结构，本实用新型的工作原理和过程为：在轴流风扇7的吸气和排气作用下，在所述电机内部腔室内会形成如下空气循环通道：转轴径向风道6-2→转轴轴向风道6-3→轴流风扇7→转轴端部风道6-1→第一绕组端部3-2和第二绕组端部3-3外的机壳1端部空间→水冷换热套轴向风道2-1→水冷换热套径向风道2-2→定子径向风道3-1→转轴径向风道6-2。

冷空气被轴流风扇7由水冷换热套径向风道2-2吸入，并沿定子径向风道3-1和转轴径向风道6-2进入转轴轴向风道6-3，再由转轴6端部排出，进入机壳1端部空间，并流过绕组端部，冷空气与转子、定子发生热交换转为热空气，热空气进入水冷换热套轴向风道2-1，与水冷换热套2壁面发生热交换，热量被水冷换热套2内的冷却水带走，热空气转为冷空气再通过水冷换热套径向风道2-2进入转子，如此循环，有效控制转子温度。

需要说明的是，所述绕组上有间隙，可供空气通过。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域的技术人员根据本实用新型的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种可通风自循环冷却的永磁同步高速电机，包括由内到外依次套接的转轴(6)、定子铁芯(3)和机壳(1)，转轴(6)外表面上安装有永磁体(5)，永磁体(5)外套接有碳纤维套(4)，定子铁芯(3)内表面上安装有绕组，其特征在于，转轴(6)为具有内部容腔的空心轴，转轴(6)内部容腔安装有轴流风扇(7)，机壳(1)和定子铁芯(3)之间设有内部流通有冷却水的水冷换热套(2)，机壳(1)和水冷换热套(2)之间的间隔为水冷换热套轴向风道(2-1)，水冷换热套(2)的中部、定子铁芯(3)的中部、转轴(6)的中部和转轴(6)的两端都设有通孔，水冷换热套轴向风道(2-1)、水冷换热套(2)上的通孔、定子铁芯(3)上的通孔、转轴(6)中部的通孔、转轴(6)内部容腔、转轴(6)两端的通孔、机壳(1)端部空间、水冷换热套轴向风道(2-1)依次连通。

2.根据权利要求1所述的自循环冷却的永磁同步高速电机，其特征在于：水冷换热套(2)为套接在定子铁芯(3)外的圆筒状结构，流通冷却水的通道位于水冷换热套(2)的内表面和外表面之间，水冷换热套(2)上的通孔为水冷换热套径向风道(2-2)，水冷换热套径向风道(2-2)贯穿水冷换热套(2)的侧壁，水冷换热套径向风道(2-2)和流通冷却水的通道不连通。

3.根据权利要求2所述的自循环冷却的永磁同步高速电机，其特征在于：水冷换热套径向风道(2-2)设有至少两个，各水冷换热套径向风道(2-2)沿着水冷换热套(2)的周向均匀间隔布置，水冷换热套径向风道(2-2)的长度方向平行于水冷换热套(2)的径向。

4.根据权利要求1所述的自循环冷却的永磁同步高速电机，其特征在于：定子铁芯(3)为筒状，定子铁芯(3)中部的通孔为定子径向风道(3-1)，定子径向风道(3-1)的长度方向平行于定子铁芯(3)的径向，定子径向风道(3-1)位于定子铁芯(3)轴向的中部。

5.根据权利要求4所述的自循环冷却的永磁同步高速电机，其特征在于：定子径向风道(3-1)设有至少两个，各定子径向风道(3-1)沿着定子铁芯(3)的周向均匀间隔布置。

6.根据权利要求1所述的自循环冷却的永磁同步高速电机，其特征在于：碳纤维套(4)为筒状，碳纤维套(4)和转轴(6)共中心线，碳纤维套(4)套接在转轴(6)外，永磁体(5)位于碳纤维套(4)和转轴(6)之间，碳纤维套(4)不遮挡转轴(6)中部和端部的通孔。

7.根据权利要求1所述的自循环冷却的永磁同步高速电机，其特征在于：转轴(6)中部的通孔为转轴径向风道(6-2)，转轴径向风道(6-2)的长度方向平行于转轴(6)的径向，转轴径向风道(6-2)位于转轴(6)轴向的中部。

8.根据权利要求7所述的自循环冷却的永磁同步高速电机，其特征在于：转轴径向风道(6-2)设有至少两个，各转轴径向风道(6-2)沿着转轴(6)的周向均匀间隔布置。

9.根据权利要求7所述的自循环冷却的永磁同步高速电机，其特征在于：转轴(6)两端的通孔为转轴端部风道(6-1)，转轴端部风道(6-1)的一端连通转轴(6)内部容腔、另一端朝着远离转轴径向风道(6-2)的方向延伸并连通外部，转轴端部风道(6-1)超出定子铁芯(3)的端部。

10.根据权利要求8所述的自循环冷却的永磁同步高速电机，其特征在于：转轴(6)每端设有至少两个转轴端部风道(6-1)，各转轴端部风道(6-1)沿着转轴(6)的周向均匀间隔布置。