一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機的製作方法

2023-08-01 06:54:11 1

專利名稱：一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有空氣冷卻結構的牽引電機，尤其是一種具有從牽引電機外部導入冷風直接對電機的定子鐵心和端蓋進行冷卻的空氣冷卻結構的全封閉永磁同步牽引電機。
背景技術：
由於受到安裝空間和重量的限制，牽引電機通常採用較高的電磁負荷。牽引電機運行時所產生的損耗較高，發熱比較嚴重，直接影響電機的絕緣材料壽命和運行可靠性，因此在研製牽引電機時，必須改進電機的傳統冷卻方式，以提高其散熱能力，延長絕緣壽命， 適應牽引系統中的要求，保證電機運行安全、可靠。永磁同步電機因功率密度大、綜合運用效率高，近年來倍受關注，在牽引領域有些初步的應用，例如Siemens和Bombardier已經實現了永磁同步電機在動車和地鐵列車上的牽引應用。通過研究和試驗發現將現有的永磁同步電機直接應用於牽引領域中是不合適的，需要對其冷卻裝置做進一步改進，提高散熱能力，保證運行安全。永磁同步牽引電機因為電機本身的特殊性——永磁體勵磁，需要採取措施避免永磁體失磁和異物進入電機被永磁體吸附，影響電機運行。全封閉結構是永磁同步牽引電機應用的一種選擇，其優良散熱能力是必備的要求，保證永磁體工作在它的限定溫度之下，同時採用外部通風系統對永磁同步牽弓I電機進行強迫冷卻，加強電機的散熱。目前牽引電動機的冷卻方式主要有強迫風冷、自通風、自然冷卻、充液冷卻、熱管冷卻和水冷幾種方式，其中在機車和動車應用中，強迫風冷應用最廣泛。從交直傳動系統中的脈(直)流牽弓I電機到交流傳動系統中的異步牽弓I電機，外部通風系統(風機、空氣過濾器等)利用風道直接將冷風吹進牽引電動機內部，冷卻定子和轉子的各個零部件，利用氣流壓差，將牽引電動機內部的熱風排入周圍環境中，此類開啟式結構不適用永磁牽引電機。在低地板城市客車和電動汽車應用中，因使用環境惡劣，牽引電機採用全封閉結構，一般採用自然冷卻、自通風和水冷等冷卻方式，雖然水冷方式對於功率密度較高的牽引電機應用比較多，但在部分場所的應用受到限制，如在無軌電車中，不推薦使用水冷牽引電機；而自然冷卻方式的冷卻效果有限，採用這種冷卻方式的牽引電機體積相對較大，功率等級偏低；自通風冷卻方式在牽引電機低速時風量小、冷卻效果差、高速時通風噪聲大，採用這種冷卻方式的牽引電機軸向長度較長、功率等級和轉速受到限制、影響其應用。全封閉結構的牽引電機採用外強迫通風冷卻可以規避上述問題，有效地屏蔽電磁噪聲，降低通風噪聲。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，克服了全封閉永磁同步電機在牽引領域應用時因冷卻效果造成牽引電機體積大，在牽引電機低速時風量小、冷卻效果差、高速時通風噪聲大，電機功率等級和轉速受到限制的技術問題，提供了一種新型的，具備外部強迫通風冷卻結構的高速、高功率密度或大功率永磁同步牽引電機。本實用新型具體提供了一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機的具體實施方式
，一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，包括定子、轉子和機殼，還包括進風口、 內風道、冷卻風道、出風口，永磁同步牽引電機為全封閉結構，且冷卻風道布置在機殼的四個角上，全封閉永磁同步牽引電機的冷卻結構包括由外部強迫風冷裝置和位於永磁同步牽引電機內封閉層內的內部循環風冷卻裝置組成的複合冷卻裝置。作為本實用新型一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機進一步的實施方式， 外部強迫風冷裝置包括進風口、內風道、冷卻風道、出風口，外部強迫風冷裝置由進風口導入外部的冷卻風在冷卻風道內冷卻永磁同步牽引電機，進風口和內風道布置在永磁同步牽引電機的一端，出風口布置在永磁同步牽引電機的相對另一端，內風道和冷卻風道處於封閉層外部的永磁同步牽引電機夾層中，內風道連接出風口和冷卻風道。作為本實用新型一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機進一步的實施方式， 機殼的外形為削角四邊形，外部強迫風冷裝置的冷卻風道包括布置在定子的削角四邊形內層與定子鐵心外圓所形成的四個角區，冷卻風道包括由機殼、定子鐵心、定子鐵心支撐筋組成的8個軸向區域，定子鐵心外圓上設置有散熱筋。作為本實用新型一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機進一步的實施方式， 內部循環風冷卻裝置設置於永磁同步牽引電機封閉層的內部，包括定子通風孔，定、轉子鐵心間的氣隙和轉子通風孔，通過設置在轉子上的葉輪，在轉子轉動時形成的內部空氣循環的裝置，定子通風孔為由定子鐵心外圓半孔和鐵心支撐筋上的槽組成的通風孔。作為本實用新型一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機進一步的實施方式， 設置在轉子上的葉輪位於永磁同步牽引電機封閉層的內部，葉輪布置在永磁同步牽引電機的一側，由安裝在轉子鐵心端壓板上的6 12片風葉組成。作為本實用新型一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機進一步的實施方式， 轉子通風孔位於永磁同步牽引電機的封閉層內，內部循環風冷卻裝置中的轉子通風孔為由轉子鐵心內圓上的半圓孔與轉軸支架形成的通風孔。作為本實用新型一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機的另一種實施方式， 轉子鐵心中設置有永磁體，永磁體的兩側留有磁極側通風孔。位於永磁同步牽引電機封閉層內的內部循環風冷卻裝置中的轉子通風孔進一步為位於轉子鐵心磁極側面的磁極側通風孔。作為本實用新型一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機的另一種實施方式， 轉子鐵心中設置有永磁體，永磁體的兩側留有磁極側通風孔。位於永磁同步牽引電機封閉層內的內部循環風冷卻裝置中的轉子通風孔進一步為由轉子鐵心內圓上的半圓孔與轉軸支架形成的通風孔和位於轉子鐵心磁極側面的磁極側通風孔。作為本實用新型一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機進一步的實施方式， 在冷卻風道內定子鐵心外圓上布置有6 10個不同形狀的散熱筋。通過實施本實用新型一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機具體實施方式
所描述的技術方案，永磁同步牽引電機的冷卻由外部的強迫風冷和內部的循環風共同完成，強迫風冷由外部的風源提供冷卻風，通過進風口導入電機中空層。永磁同步牽引電機採用全封閉結構，冷卻風在封閉層外的夾層中流動，電機內部受到的汙染小、噪音小，使用周期長，維修成本較低。並在定子冷卻風道內進行熱交換，永磁同步牽引電機的封閉層內有空氣循環。利用四邊形和圓形成的四個角布置冷卻風道，使得電機結構緊湊，永磁同步牽引電機的冷卻和自身旋轉速度不關聯。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實用新型具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機一種具體實施方式
的橫截面結構示意圖；圖2是本實用新型具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機一種具體實施方式
的縱截面結構示意圖；圖中，1-冷卻風道，2-散熱筋，3-定子通風孔，4-氣隙，5-磁極側通風孔，6_轉子內通風孔，7-定子鐵心，8-轉子鐵心，9-轉軸，10-永磁體，11-定子鐵心支撐筋，12-封閉層，13-端蓋，14-葉輪，15-進風口，16-內風道，17-機殼，18-出風口。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。如附圖1和附圖2所示，給出了應用本實用新型而形成的全封閉永磁同步牽引電機一個具體實施例，
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。實施例一一種應用於城市客運列車交流傳動系統的永磁同步牽引電機(如圖1、2所示)，由客運列車的通風系統獨立提供冷卻風源，為了保證運行可靠性和降低維護保養費用，永磁同步牽引電機採用內部全封閉結構，夾層內強迫通風冷卻。本實用新型具體實施方式
描述的全封閉永磁同步牽引電機是一種由機殼17和兩端端蓋的內層形成的全封閉結構永磁同步電機，可以很好地預防異物進入電機內部，使永磁體10得到機械保護。永磁同步電機由外部強迫風冷裝置和位於永磁同步牽引電機內封閉層12內的內部循環風冷卻裝置組成的複合冷卻裝置進行冷卻。本實用新型所述的外部強迫風冷裝置是一種由進風口 15、內風道16、冷卻風道1、出風口 18組成，由進風口 15導入的外部冷風在電機風道內進行熱交換而冷卻電機的裝置。進風口 15布置在永磁同步電機一端，外接列車通風道，冷卻空氣由此導入，機殼17和端蓋13中空層即為內風道16和冷卻風道1，處於永磁同步電機封閉內層12外面，冷卻空氣在內風道16和冷卻風道1內流動，進行熱交換，出風口 18布置在永磁同步電機的另一端，熱空氣由此排放。機殼17和定子鐵心7間的中空層即為冷卻風道1，機座的橫截面為削角四邊形，與定子鐵心7外圓所形成的四個削角空區，一邊開槽的定子鐵心支撐筋11將這四個削角空區隔成8個區域，即8個軸向冷卻風道1。冷卻風道1內布置有6 10個不同形狀的散熱筋 2，用於增加散熱面積，加強散熱。為了使轉子的熱量散發，在電機的封閉層12內定子與轉子之間設置內部循環風冷卻裝置，電機內部迅速成為等溫體，由外部強迫風冷裝置散熱。內部循環風冷卻裝置由定子通風孔3、定子鐵心7和轉子鐵心8間的氣隙4、轉子內通風孔6、磁極側通風孔以及葉輪14組成，在轉子轉動時安裝在轉子一側鐵心端壓板上的6 12片風葉組成葉輪14在電機內部形成壓力差，使內部空氣流動，與永磁同步電機的各部件進行溫度交換。定子鐵心7外圓半孔和定子鐵心支撐筋11上的開槽組成定子通風孔3 ；轉子鐵心 8內圓上的半圓孔和轉軸9的支架形成轉子內通風孔6，在轉子鐵心8中永磁體10的磁極兩側也預留磁極側通風孔5。定子採用不完全雙層中空結構，封閉層12內布置電機的定子鐵心7和繞組，定子鐵心7和定子鐵心支撐筋11間留有定子通風孔3，是內部空氣循環通道；在外層，機殼17的四個角上布置八個軸向且四周封閉的冷卻風道1，在冷卻風道1內有增加散熱能力的輔助筋2，外部的冷卻風主要在此風道1內進行熱交換，機殼17的一端布置進風口 15和內風道 16，用來和列車通風道對接，導入冷卻風，內風道16連接八個冷卻風道1和進風口 15，由端蓋13和機殼17形成整體結構，在機殼17的另一端布置出風口 18。轉子鐵心8中安裝永磁體10，永磁體10的兩側留有通風孔5，轉軸9的支架和轉子鐵心8形成內通風孔6，它們都是內部空氣循環通道，轉子鐵心8內圓上有3個半圓孔，用來增加散熱面。轉子鐵心8的一端壓板安裝有8片風葉組成葉輪14，在轉子轉動時作為風機成為內部空氣循環的動力。和自帶同軸風扇冷卻方式的相同功率的永磁同步電機相比， 應用本實用新型的永磁同步牽引電機結構緊湊，軸向長度短，可在更高轉速下運行。外部強迫通風冷卻的全封閉永磁同步牽引電機，能有效地屏蔽電機運行時所產生的電磁噪聲。由於沒有使用同軸外風扇，不會在電機高速運行時產生通風噪聲，因而運行時永磁同步牽引電機整體噪聲幅度小。冷卻風由外部控制，與電機的運行狀態無關，在電機低速和不工作時也能得到冷卻。由於電機為全封閉結構，受到的汙染小，其使用周期長，維修成本較低。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬於本實用新型技術方案保護的範圍內。
權利要求1.一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，包括定子、轉子和機殼(17)，其特徵在於還包括進風口( 15)、內風道(16)、冷卻風道(1 )、出風口( 18)，永磁同步牽引電機為全封閉結構，且冷卻風道(1)布置在機殼(17)的四個角上，全封閉永磁同步牽引電機的冷卻結構包括由外部強迫風冷裝置和位於永磁同步牽引電機封閉層(12)內的內部循環風冷卻裝置組成的複合冷卻裝置。
2.根據權利要求1所述的一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，其特徵在於 所述的外部強迫風冷裝置包括進風口(15)、內風道(16)、冷卻風道(1)、出風口(18)，外部強迫風冷裝置由進風口(15)導入外部的冷卻風在內風道(16)和冷卻風道(1)內冷卻永磁同步牽引電機，進風口(15)和內風道(16)布置在永磁同步牽引電機的一端，出風口(18)布置在永磁同步牽引電機的相對另一端，內風道(16)和冷卻風道(1)處於封閉層(12)外的永磁同步牽引電機夾層中，內風道(16)連接進風口(15)和冷卻風道(1)。
3.根據權利要求1或2所述的一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，其特徵在於所述機殼(17)的外形為削角四邊形，外部強迫風冷裝置的冷卻風道(1)包括布置在定子的削角四邊形內層與定子鐵心(7)外圓所形成的四個角區，冷卻風道(1)包括由機殼 (17)、定子鐵心(7)、定子鐵心支撐筋(11)組成的8個軸向區域，定子鐵心(7)外圓上設置有散熱筋(2)。
4.根據權利要求1或2所述的一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，其特徵在於所述的內部循環風冷卻裝置設置於永磁同步牽引電機封閉層(12)的內部，包括定子通風孔(3)，定、轉子鐵心間的氣隙(4)和轉子通風孔，通過設置在轉子上的葉輪(14)提供動力，在轉子轉動時形成的內部空氣循環的裝置，所述定子通風孔(3)為由定子鐵心(7)外圓上半孔和鐵心支撐筋(11)上的槽組成的通風孔。
5.根據權利要求4所述的一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，其特徵在於 所述設置在轉子上的葉輪(14)位於永磁同步牽引電機封閉層(12)的內部，葉輪(14)布置在永磁同步牽引電機的一側，由安裝在轉子鐵心(8)端壓板上的6 12片風葉組成。
6.根據權利要求4所述的一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，其特徵在於 所述轉子通風孔為位於永磁同步牽引電機的封閉層(12)內，由轉子鐵心(8)內圓上的半圓孔與轉軸(9)支架形成的轉子內通風孔(6)。
7.根據權利要求4所述的一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，其特徵在於 所述轉子鐵心(8)中設置有永磁體(10)，永磁體(10)的兩側留有磁極側通風孔( ，所述轉子通風孔為位於永磁同步牽引電機的封閉層(12)內，在轉子鐵心(8)磁極側面的磁極側通風孔(5)。
8.根據權利要求4所述的一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，其特徵在於 所述轉子鐵心(8)中設置有永磁體(10)，永磁體(10)的兩側留有磁極側通風孔( ，所述轉子通風孔為位於永磁同步牽引電機的封閉層(12)內，由轉子鐵心(8)內圓上的半圓孔與轉軸(9)支架形成的轉子內通風孔(6)和位於轉子鐵心(8)磁極側面的磁極側通風孔(5)。
9.根據權利要求1、2、5至8中任一權利要求所述的一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，其特徵在於所述冷卻風道(1)內定子鐵心(7)外圓上布置有6 10個不同形狀的散熱筋(2)。
專利摘要本實用新型公開了一種具有空氣冷卻結構的永磁同步牽引電機，包括進風口、內風道、冷卻風道、出風口，冷卻風道布置在機殼的四個角上，電機冷卻由外部風冷裝置和封閉層內部循環風冷卻裝置組成的複合冷卻裝置共同完成。外部風冷裝置採用外部強迫通風經由電機一端的進風口導入電機夾層中的內風道，再進入冷卻風道，然後從電機的另一端排出，電機的熱量通過冷卻風散發。內部循環風冷卻裝置是一種利用定子通風孔、氣隙和轉子通風孔及安裝在轉軸上的葉輪所組成的內部空氣循環冷卻裝置，轉子的熱量通過內部空氣循環傳遞到定子鐵心和端蓋。本實用新型描述的電機結構緊湊，適用於有獨立通風冷卻系統的鐵路高速客運列車用全封閉永磁同步牽引電機。
文檔編號H02K9/02GK202026203SQ20112013998
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月5日 優先權日2011年5月5日
發明者劉春秀, 李華湘, 李益豐, 楊金霞, 王健, 辛本雨, 陳致初 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司