一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種永磁同步電機的冷卻結(jié)構(gòu)設計，其中該電機的轉(zhuǎn)子鐵芯具有平滑型軸向冷卻通道和徑向冷卻通道，并在兩側(cè)壓板處連接有一定數(shù)目的葉片。電機在工作時，電機殼體內(nèi)冷卻介質(zhì)在葉片的作用下，經(jīng)徑向和軸向冷卻通道循環(huán)流動，由冷卻介質(zhì)對電機的定、轉(zhuǎn)子同時冷卻。這種構(gòu)造使得冷卻介質(zhì)能在軸向和徑向流動通過所述定、轉(zhuǎn)子，尤其能使轉(zhuǎn)子各處均勻散熱，達到良好冷卻效果。
【專利說明】—種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)電機冷卻設計領域，特別涉及具有轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)的永磁同步電機。其中該電機轉(zhuǎn)子具有平滑型軸向冷卻通道和徑向冷卻通道，這種構(gòu)造使得冷卻介質(zhì)在運行時能在軸向和徑向流動通過所述定、轉(zhuǎn)子，尤其能使轉(zhuǎn)子各處均勻散熱，達到良好冷卻效果。
【背景技術】
[0002]目前電氣傳動機械設備廣泛應用于國防、航天、冶金等領域，特別是在先進設備制造領域和高精度控制傳動領域，其動力源多為由驅(qū)動控制器驅(qū)動的永磁同步電動機。這種電氣傳動系統(tǒng)的特點是集成了機械、電氣、電子、控制、新材料等各種先進技術，發(fā)展成為高度機電一體化的產(chǎn)品。具有調(diào)速范圍廣、轉(zhuǎn)動慣量小、系統(tǒng)效率高、易于實現(xiàn)無級調(diào)速和精密控制的優(yōu)點。
[0003]隨著現(xiàn)代各工業(yè)應用領域的不斷發(fā)展，對驅(qū)動電機的各項技術指標要求越來越高。在提升電機容量的同時，對電機的體積、轉(zhuǎn)速、使用溫升等提出了苛刻的限制條件，因此驅(qū)動電機的冷卻設計越來越顯得重要。
[0004]目前永磁電機廣泛采用的冷卻方案是，對電機的定子進行風冷或者液體循環(huán)強制冷卻，而對轉(zhuǎn)子沒有專門的冷卻措施。由于定子鐵芯齒槽結(jié)構(gòu)造成的氣隙不均勻和施加電流中的高次諧波成分，導致永磁電機氣隙磁場中含有大量諧波，這將會在電機定、轉(zhuǎn)子鐵芯中產(chǎn)生高頻附加損耗；同時由于磁鋼是導電體，因此高次諧波也會在磁鋼中產(chǎn)生渦流損耗，這些附加損耗不僅降低了電機的效率，增加了電機的發(fā)熱和溫升水平，而且給電機的長期穩(wěn)定運行帶來風險。
[0005]由于永磁電機轉(zhuǎn)子與定子之間氣隙狹小，氣隙中的空氣軸向流動困難，使得轉(zhuǎn)子的冷卻困難，會產(chǎn)生發(fā)熱嚴重的問題，這將會使轉(zhuǎn)子上的磁鋼材料在長期高溫下失磁，降低電機的輸出效能；另外，轉(zhuǎn)子鐵芯發(fā)熱嚴重，熱量傳遞到轉(zhuǎn)軸和軸承上，將會影響軸承的使用壽命，并且使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生熱變形，影響電機的工作性能，導致電機振動劇烈，噪聲嚴重。所以在永磁電機中，特別是高功率密度的永磁電機中，轉(zhuǎn)子上的發(fā)熱問題需要重點考慮，轉(zhuǎn)子的冷卻結(jié)構(gòu)設計也極為重要。
[0006]申請?zhí)枮閆L200610095805.4的專利，提到帶有中心轉(zhuǎn)子冷卻管的電機冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但此結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)子鐵芯上帶有勺狀體，布置在轉(zhuǎn)子鐵芯表面下方，不適用于表貼式的永磁同步電機。申請?zhí)枮閆L201010184819.X的專利，提到具有轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)的高速電機結(jié)構(gòu)，但該結(jié)構(gòu)只在轉(zhuǎn)子鐵芯上設置有軸向通風孔，雖然能在轉(zhuǎn)子上起到一定的降溫作用，但是該種結(jié)構(gòu)只能對有限長度的小型永磁電機起到較好冷卻效果，對于容量更大的永磁同步電機，例如轉(zhuǎn)子軸向長度超過300_或者更大，長的轉(zhuǎn)子就會限制通過軸向冷卻通道的冷卻介質(zhì)流量，造成轉(zhuǎn)子軸向長度冷熱不均。申請?zhí)枮閆L201010136949.6的專利，提到高速永磁同步電機的自內(nèi)冷轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，是利用表貼磁鋼和永磁體護套構(gòu)成軸向通風孔道，只適用于表貼式永磁同步電機，且沒有設置徑向冷卻通道，也存在長轉(zhuǎn)子軸向長度冷熱不均的問題。申請?zhí)枮閆L200780033194.3的專利，提到用于電機勵磁繞組的轉(zhuǎn)子徑向通風管的冷卻結(jié)構(gòu)，也利用了軸向冷卻通道，但是沒有運用到表貼式永磁電機的磁鋼表面和護套形成有效通風道，缺少對永磁電機磁鋼在轉(zhuǎn)子位置上的放置設計，因此需要在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上進行改進通風設計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術不足，通過改善電機冷卻結(jié)構(gòu)布置，有效提高永磁同步電機轉(zhuǎn)子的冷卻效果。
[0008]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是提供了一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)形成的徑向輻射型分布的多個平滑型的轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道和沿軸向分段分布的多個平滑型的轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道，還包括在定子鐵芯內(nèi)形成的徑向輻射型多個定子軸向冷卻通道和沿軸向分段分布的多個定子徑向冷卻通道；在轉(zhuǎn)子鐵芯兩側(cè)壓板上開有多個通風孔，且在兩側(cè)壓板上分別連接有多片薄葉片，薄葉片跟隨轉(zhuǎn)子鐵芯旋轉(zhuǎn)運動后驅(qū)動冷卻介質(zhì)在永磁同步電機的腔體內(nèi)循環(huán)流通，冷卻介質(zhì)在循環(huán)流通過程中通過轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道和轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道冷卻轉(zhuǎn)子鐵芯，同時，冷卻介質(zhì)在循環(huán)流通過程中通過定子軸向冷卻通道和定子徑向冷卻通道冷卻定子鐵芯；在定子鐵芯的外壁與永磁同步電機的殼體接觸處形成有水道結(jié)構(gòu)，由水道結(jié)構(gòu)內(nèi)的冷卻介質(zhì)直接冷卻定子鐵芯，并間接冷卻永磁同步電機的腔體內(nèi)的冷卻介質(zhì)。
[0009]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道與所述定子徑向冷卻通道相對布置，且相互獨立。
[0010]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道在所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)或平行于轉(zhuǎn)子軸線，或傾斜于轉(zhuǎn)子軸線，且所述轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道的截面從所述轉(zhuǎn)子鐵芯兩端面往中心呈喇叭形收縮，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯的中心處設置有隔風擋板。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道或所述定子軸向冷卻通道在圓周繞中心軸均勻分布。
[0012]優(yōu)選地，在所述轉(zhuǎn)子兩側(cè)壓板上開設的通風孔的數(shù)目與所述轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道的數(shù)目相同，且其孔徑大于所述轉(zhuǎn)子鐵芯端面上的轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道。
[0013]優(yōu)選地，所述通風孔或垂直于所述壓板端面設置，或向所述轉(zhuǎn)子鐵芯旋轉(zhuǎn)方向傾斜設置。
[0014]優(yōu)選地，所述薄葉片的形狀為類矩形或者類扇形，其安裝方式為前傾式、或徑向式、或后傾式。
[0015]優(yōu)選地，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)放置有磁鋼，其放置方式或為表貼式、或為內(nèi)裝式。
[0016]優(yōu)選地,在永磁同步電機的轉(zhuǎn)軸上固定有軸流式風扇葉輪。
[0017]優(yōu)選地，在所述定子軸向冷卻通道的外側(cè)設有擋風板。
[0018]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0019]1、本發(fā)明的用于永磁同步電機的冷卻結(jié)構(gòu)，在電機定、轉(zhuǎn)子上設置有徑向和軸向冷卻通道，并在兩側(cè)壓板處連接有一定數(shù)目的薄型葉片。電機在旋轉(zhuǎn)工作時，電機殼體內(nèi)冷卻介質(zhì)在葉片的作用下，經(jīng)徑向和軸向冷卻通道循環(huán)流動，由冷卻介質(zhì)對電機的定、轉(zhuǎn)子同時冷卻，降低了電機定、轉(zhuǎn)子在高溫下長期工作帶來的風險，延長了電機的使用壽命，并能提高電機的工作效能。[0020]2、電機的殼體外套有水道，可以更好地直接冷卻定子，并且間接的降低了空腔內(nèi)冷卻介質(zhì)的溫度，更有利于整個電機的冷卻效果。
[0021]3、轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道在軸向上面積是可變的，可以是平行于軸線分布，也可以是傾斜軸線分布，面積隨軸向位置變化而變化的冷卻通道可以降低由于轉(zhuǎn)子鐵芯過長以及徑向通道分流帶來的壓頭不夠和風量偏少的問題，并且轉(zhuǎn)子中心部位可以得到與兩側(cè)相近的冷卻效果，使轉(zhuǎn)子整體冷熱均勻，避免轉(zhuǎn)子鐵芯變形和磁鋼材料失磁的風險。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為永磁同步電機整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為常規(guī)無冷卻的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為實施例5所述的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖中各標號標不:I，殼體；2，水道結(jié)構(gòu)；3，定子鐵芯；4,定子軸向冷卻通道；5,定子徑向冷卻通道；6，氣隙；7，轉(zhuǎn)子鐵芯；8，轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道；9，定子壓板；10，定子線圈端部；11，擋風板；12，前端蓋；13，葉輪組件；14，前軸承組件；15，轉(zhuǎn)軸；16，散熱筋；17，薄葉片；18，壓板；19，轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道；20，擋風罩；21，外置風扇；22，后端蓋；23，后軸承組件。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0027]實施例1
[0028]圖1表不本發(fā)明的一種用于永磁同步電機轉(zhuǎn)子冷卻的結(jié)構(gòu)實例,包括殼體1、定子鐵芯3、轉(zhuǎn)子鐵芯7、前端蓋12、后端蓋22、前軸承組件14、后軸承組件23等。定子鐵芯3套設于殼體I內(nèi)；磁鋼固定放置于轉(zhuǎn)子鐵芯7，并用兩側(cè)壓板18在軸向固定，轉(zhuǎn)子鐵芯7固定于電機轉(zhuǎn)軸15上，形成轉(zhuǎn)子組件。轉(zhuǎn)子鐵芯7套設于定子鐵芯3內(nèi)，前端蓋12、后端蓋22、前軸承組件14、后軸承組件23與殼體I分別組成前后空腔，內(nèi)部冷卻介質(zhì)可以在空腔內(nèi)流動貫通。電機運行時，由兩側(cè)壓板18上的厚度約為0.5?5mm的矩形或扇形的薄葉片17通過旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流動，以達到冷卻定子繞組端部10、轉(zhuǎn)軸15和前軸承組件14及后軸承組件23的效果，薄葉片17的數(shù)目和尺寸大小可根據(jù)需要的風量和壓頭進行優(yōu)化設計，以達到完好的提供冷卻動力的要求，同時避免因設計不合理導致機械振動和噪聲增大。在轉(zhuǎn)子鐵芯7內(nèi)形成的徑向輻射型分布的多個平滑型的轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道19和沿軸向分段分布的多個平滑型的轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道8，在轉(zhuǎn)子鐵芯7內(nèi)每隔30?80mm長度可設置一個轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道8,寬度一般在5?15_。在定子鐵芯3內(nèi)形成的徑向福射型分布的多個定子軸向冷卻通道4和沿軸向分段分布的多個定子徑向冷卻通道5，定子鐵芯3內(nèi)每隔30?80mm長度可設置一個定子徑向冷卻通道5，定子徑向冷卻通道5寬度一般在5?15_。薄葉片17跟隨轉(zhuǎn)子鐵芯7旋轉(zhuǎn)運動后驅(qū)動冷卻介質(zhì)在永磁同步電機的腔體內(nèi)循環(huán)流通，冷卻介質(zhì)在循環(huán)流通過程中通過轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道19和轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道8冷卻轉(zhuǎn)子鐵芯7，同時，冷卻介質(zhì)在循環(huán)流通過程中通過定子軸向冷卻通道4和定子徑向冷卻通道5冷卻定子鐵芯3。
[0029]同時，在定子鐵芯3的外壁與永磁同步電機的殼體I接觸處形成有水道結(jié)構(gòu)2，水道結(jié)構(gòu)2內(nèi)的冷卻介質(zhì)流動工作，直接冷卻定子鐵芯3，間接冷卻電機空腔內(nèi)冷卻介質(zhì)。通過內(nèi)外冷卻介質(zhì)的流動，使前后空腔的散熱效果基本一致。這樣的風路設計結(jié)構(gòu)，不僅使發(fā)熱量較大的定子3得到良好冷卻，而且使發(fā)熱量較小但能嚴重影響磁鋼工作性能的轉(zhuǎn)子7得到冷卻；與此同時，改善了轉(zhuǎn)軸15和前軸承組件14、后軸承組件23處的發(fā)熱情況，進而保證前軸承組件14、后軸承組件23與前端蓋12、后端蓋22、殼體I之間穩(wěn)定的機械配合距離，提高轉(zhuǎn)子組件部分的旋轉(zhuǎn)動平衡度，使電機振動幅度減少。
[0030]在本實施方式中，轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道8與定子徑向冷卻通道5可以相對設置不交錯，以減少流阻；定子軸向冷卻通道4在圓周上均勻分布，具體數(shù)量和尺寸大小可根據(jù)定子鐵芯3的尺寸大小確定；轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道19在圓周上均勻分布，具體數(shù)量和尺寸大小可根據(jù)轉(zhuǎn)子鐵芯7的尺寸大小確定，轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道19可以是平行于軸線，也可以是傾斜于轉(zhuǎn)子軸線，且冷卻通道截面從轉(zhuǎn)子鐵芯7兩端面往中心呈喇叭形收縮，通過兩壓板18外側(cè)的薄葉片17的旋轉(zhuǎn)運動形成離心式風扇的送風效果。
[0031]實施例2
[0032]本實施例與實施例1的不同之處在于:水道結(jié)構(gòu)2可以是具有螺旋形水道或者“S”型水道，具體選擇可根據(jù)冷卻所需流量、流速以及進出水孔的安裝位置決定。
[0033]實施例3
[0034]本實施例與實施例1的不同之處在于:在轉(zhuǎn)軸15上安放固定軸流式風扇葉輪13，以滿足可能需要的冷卻風量，具體選擇可以根據(jù)電機的安裝尺寸和空間位置需求以及冷卻效果計算結(jié)果決定。
[0035]實施例4
[0036]本實施例與實施例1的不同之處在于:在定子軸向冷卻通道4外側(cè)加工有擋風板11，使得電機空腔內(nèi)冷卻介質(zhì)流動時，氣流能夠在進入或者流出冷卻通道時減少流阻，以增強通風效果。
[0037]實施例5
[0038]結(jié)合圖3，本實施例與實施例1的不同之處在于:轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道19平行于轉(zhuǎn)子軸線，其通道截面積不變。
[0039]實施例6
[0040]本實施例與實施例1的不同之處在于:所述電機殼體I外可以是散熱筋16結(jié)構(gòu)，殼體采用自然冷卻或者外配風扇21強制風冷。
[0041]上述只是本發(fā)明的例示，并非對本發(fā)明做任何形式和結(jié)構(gòu)上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳的結(jié)構(gòu)件圖標示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍的情況下，都可以利用上述揭示的技術內(nèi)容和說明做出多種可能的變動。因此凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術實質(zhì)對以上例示所做的任何簡單修改、等同變化等，均應落在本發(fā)明技術方案保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括在轉(zhuǎn)子鐵芯(7)內(nèi)形成的沿徑向輻射型分布的多個平滑型的轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道(19)和沿軸向分段分布的多個平滑型的轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道(8)，還包括在定子鐵芯(3)內(nèi)形成的徑向輻射型分布的多個定子軸向冷卻通道(4)和沿軸向分段分布的多個定子徑向冷卻通道(5);在轉(zhuǎn)子鐵芯(7)兩側(cè)壓板(18)上開有多個通風孔，且在兩側(cè)壓板(18)上分別連接有多片薄葉片(17)，薄葉片(17)跟隨轉(zhuǎn)子鐵芯(7)旋轉(zhuǎn)運動后驅(qū)動冷卻介質(zhì)在永磁同步電機的腔體內(nèi)循環(huán)流通，冷卻介質(zhì)在循環(huán)流通過程中通過轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道(19)和轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道(8)冷卻轉(zhuǎn)子鐵芯(7)，同時，冷卻介質(zhì)在循環(huán)流通過程中通過定子軸向冷卻通道(4)和定子徑向冷卻通道(5)冷卻定子鐵芯(3);在定子鐵芯(3)的外壁與永磁同步電機的殼體(I)接觸處形成有水道結(jié)構(gòu)(2)，由水道結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)的冷卻介質(zhì)直接冷卻定子鐵芯(3)，并間接冷卻永磁同步電機的腔體內(nèi)的冷卻介質(zhì)。
2.如權利要求1所述的一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子徑向冷卻通道(8)與所述定子徑向冷卻通道(5)相對布置，且相互獨立。
3.如權利要求1所述的一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道(19)在所述轉(zhuǎn)子鐵芯(7)內(nèi)或平行于轉(zhuǎn)子軸線，或傾斜于轉(zhuǎn)子軸線，且所述轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道(19)的截面從所述轉(zhuǎn)子鐵芯(7)兩端面往中心呈喇叭形收縮，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯(7)的中心處設置有隔風擋板。
4.如權利要求1所述的一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道(19)或所述定子軸向冷卻通道(4)在圓周繞中心軸均勻分布。
5.如權利要求1所述的一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述轉(zhuǎn)子兩側(cè)壓板(18)上開設的通風孔的數(shù)目與所述轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道(19)的數(shù)目相同，且其孔徑大于所述轉(zhuǎn)子鐵芯(7)端面上的轉(zhuǎn)子軸向冷卻通道(19)。
6.如權利要求1所述的一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述通風孔或垂直于所述壓板(18)端面設置，或向所述轉(zhuǎn)子鐵芯(7)旋轉(zhuǎn)方向傾斜設置。
7.如權利要求1所述的一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述薄葉片(17)的形狀為類矩形或者類扇形，其安裝方式為前傾式、或徑向式、或后傾式。
8.如權利要求1所述的一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述轉(zhuǎn)子鐵芯(7)內(nèi)放置有磁鋼，其放置方式或為表貼式、或為內(nèi)裝式。
9.如權利要求1所述的一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:在永磁同步電機的轉(zhuǎn)軸(15)上固定有軸流式風扇葉輪(13)。
10.如權利要求1所述的一種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述定子軸向冷卻通道⑷的外側(cè)設有擋風板(11)。
【文檔編號】H02K1/20GK103746485SQ201310724028
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權日:2013年12月24日
【發(fā)明者】曹翼, 李光耀 申請人:上海電機系統(tǒng)節(jié)能工程技術研究中心有限公司, 上海電科電機科技有限公司