一种主动送风冷却永磁电机及电力机车的制作方法

1.本发明涉及电机领域，更进一步涉及一种主动送风冷却永磁电机。此外，本发明还涉及一种电力机车。


背景技术：

2.轨道机车采用永磁电机提供动力，常规的自冷型电机是通过定子外壳开设的通风道通风的方式进行冷却，工作时转子风扇产生的冷却风由非传动端端盖进入定子通风道内，并沿定子通风道轴向到达传动端端盖或中间端盖上的出风口，由出风口排出通风道，以带走电机定子外壳的热量。
3.这种常规的外扇自冷型电机仅通过定子通风道内的冷却风来散热，使得电机内部的热量不能有效散出，电机内部很容易成为一个等温体。电机内部热量在各部位间相互传导、对流和辐射，其定子线圈端部温度、永磁体温度、轴承的温度都会很高，而线圈、轴承、永磁体温度限值各不相同，限制了电机功率的发挥，尤其是高转矩密度、高功率密度和结构紧凑的电机。
4.对于本领域的技术人员来说，如何更好地对电机内部进行冷却，是目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种主动送风冷却永磁电机，外界的冷却气流由进气外风扇转动产生动力，气流经过转轴内部时发生热交换，可以将内部产生的一部分热量带出，加速冷却效率，提升电机内部的冷却效果，具体方案如下：
6.一种主动送风冷却永磁电机，包括定子外壳、转子内芯、转轴、转子外风扇，所述转子内芯和所述转轴周向相对固定，所述转轴通过轴承转动安装于所述定子外壳；所述转子外风扇固定于所述转子内芯；所述定子外壳内设置定子排风道；所述转子外风扇位于所述定子排风道；
7.所述转轴内部沿轴向开设轴进气通道，所述轴进气通道的进气端与外界连通；所述转轴的管壁开设轴出气通道；所述轴进气通道的进气端与所述定子排风道分别位于所述转子内芯的两端；
8.所述转子外风扇随所述转子内芯转动形成负压，外界的气流从所述轴进气通道的进气端进入，经过所述轴出气通道进入所述定子排风道，从所述定子排风道排到外界。
9.可选地，所述转子内芯沿轴向贯通设置转子外通风道；所述轴出气通道设置两组，两组所述轴出气通道分别位于所述转子内芯的两端；
10.从靠近进气端的所述轴出气通道排出的气体流经所述转子外通风道，并排入所述定子排风道；
11.从远离进气端的所述轴出气通道排出的气体直接排入所述定子排风道。
12.可选地，所述定子外壳靠近进气端的侧壁设置定子进气口，所述定子进气口朝向
所述转子外通风道；外界的气流经过所述定子进气口流入所述转子外通风道。
13.可选地，所述定子外壳的内壁设置分隔板，所述分隔板滑动对接所述转子内芯，分隔形成内部密封腔和外部通风腔，外界的气流能够流入所述外部通风腔，最终汇入所述定子排风道排出。
14.可选地，所述转子内芯设置内循环风扇，所述内循环风扇随所述转子内芯同步转动，使所述内部密封腔中的气体循环流动。
15.可选地，所述转子内芯沿轴向贯通设置转子内循环风道，所述转子内循环风道位于所述内部密封腔，所述转子内循环风道正对所述内循环风扇，所述内部密封腔产生的循环气流经过所述转子内循环风道。
16.可选地，所述定子外壳内设置定子内循环风道，所述定子内循环风道位于所述定子外壳的内壁与定子铁芯之间、或者独立设置于定子铁芯自身，所述内部密封腔产生的循环气流经过所述定子内循环风道。
17.可选地，所述转轴周向固定连接进气外风扇；
18.所述定子外壳沿外表面的走向贯通设置定子散热风道，经由所述进气外风扇驱动，外界的气体从进风端进入所述散热风道，并从出风端排出，流经的气流与所述定子外壳进行热交换。
19.可选地，所述进气外风扇正对定子进气口的位置设置风扇通风口和、或所述定子外壳的进气端罩设固定进风罩。
20.发明还提供一种电力机车，包括上述任一项所述的主动送风冷却永磁电机。
21.本发明提供一种主动送风冷却永磁电机，转轴通过轴承转动安装于定子外壳，转子内芯、转子外风扇均与转轴同步转动；定子外壳内开设定子排风道；转轴内部沿轴向开设轴进气通道，轴进气通道的进气端与外界连通；转轴的内壁上开设轴出气通道；轴进气通道的进气端与定子排风道分别位于转子内芯的两端；转子外风扇位于定子排风道，当转子外风扇转动时使其所在区域产生负压，形成气体流动的动力，外界的气流从轴进气通道的进气端进入，流经轴进气通道，能够从轴出气通道进入定子排风道，从定子排风道进入外界；气流经过转轴内部时发生热交换，可以将内部产生的一部分热量带出，相比于传统的通过定子外壳冷却的方式能够加速冷却效率，提升电机内部的冷却效果。本发明涉及的电力机车能够达到相同的技术效果。
附图说明
22.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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明提供的主动送风冷却永磁电机沿轴线方向的剖面图；
24.图2为图1上半幅剖面示意图。
25.图中包括：
26.定子外壳1、定子排风道11、定子进气口12、分隔板13、散热风道14、定子内循环风道15、转子内芯2、转子外通风道21、内循环风扇22、转子内循环风道23、转子外风扇24、转轴
3、轴进气通道31、轴出气通道32、进气外风扇4、风扇通风口41、进风罩5。
具体实施方式
27.本发明的核心在于提供一种主动送风冷却永磁电机，外界的冷却气流由进气外风扇转动产生动力，气流经过转轴内部时发生热交换，可以将内部产生的一部分热量带出，加速冷却效率，提升电机内部的冷却效果。
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的主动送风冷却永磁电机和电力机车进行详细的介绍说明。
29.如图1所示，为本发明提供的主动送风冷却永磁电机沿轴线方向的剖面图；图2为图1上半幅剖面示意图；本发明的主动送风冷却永磁电机包括定子外壳1、转子内芯2、转轴3、转子外风扇24等结构。转子内芯2和转轴3周向相对固定，转轴3和转子内芯2保持周向同步转动。
30.转轴3通过轴承转动安装于定子外壳1，轴承至少设置两个，分别位于定子外壳1两端侧壁与转轴3相对的位置，转子内芯2和转轴3同步相对于定子外壳1转动，轴承减小转动时的阻力。如图1所示，定子外壳1对应安装定子铁芯a，转子内芯2对应安装转子铁芯b，通电工作时，通过转子铁芯b和定子铁芯a之间产生的电磁力形成转动扭矩，驱动转子内芯2和转轴3同步转动。
31.定子外壳1内设置定子排风道11，定子排风道11两端贯通设置，其中一端与外界相连通。转子外风扇24位于定子排风道11，转子外风扇24固定于转子内芯2，转子外风扇24和转子内芯2保持同步转动；当转子外风扇24转动时将空气向外送出，使其所在的定子排风道11产生负压，外界的空气向定子排风道11的补充，通过转子外风扇24产生气体流动的动力。
32.转轴3内部沿轴向开设轴进气通道31，轴进气通道31的长度方向沿转轴3的轴向，轴进气通道31为中空的通道结构；轴进气通道31的一端与外界连通作为进气端，外界的气流可以经过的进气端进入轴进气通道31；转轴3的管壁上开设轴出气通道32，轴出气通道32的贯通方向朝向定子排风道11，轴出气通道32可以垂直于转轴3的轴线方向(如附图所示的结构)，也可以与转轴3的轴线形成锐角，这个锐角指气流沿转轴3的轴线方向流动，经过轴出气通道32排出时转折的夹角为锐角。这些具体的设置形式都应包含在本发明的保护范围之内。
33.轴进气通道31的进气端与定子排风道11分别位于转子内芯2的两端，如图1所示，轴进气通道31的进气端位于转子内芯2的右侧，定子排风道11位于转子内芯2的左侧，相应地，轴出气通道32和定子排风道11位于转子内芯2的同一侧，也即图中轴出气通道32和定子排风道11均位于转子内芯2的左侧。
34.外界的气流从轴进气通道31的进气端进入，经过轴出气通道32进入定子排风道11，从定子排风道11进入外界；本发明的主动送风冷却永磁电机在工作时，转子内芯2和转轴3保持同步转动，带动转子外风扇24同步转动，转子外风扇24转动时形成负压进而产生气流，使外界的气流从进气端进入轴进气通道31，如图1中标号
①
所示的箭头，气流沿轴进气通道31流动的过程可以与转轴3进行热交换，转轴3的热量向气流传递，降低转轴3的温度。之后气流从轴出气通道32排出，进入定子排风道11并排出到外界，将热量带出到外界。结合图1所示，气流从转子内芯2的右侧位置进入转轴3，从转子内芯2的左侧位置排出转轴3，对
转轴3起到良好的辅助散热效果，从而达到对电机内部进行冷却的效果。
35.在上述方案的基础上，本发明的转子内芯2沿轴向贯通设置转子外通风道21，转子外通风道21贯通开设于转子内芯2，转子外通风道21的贯通方向平行于转轴3的轴线方向，可供气流经过。转子外通风道21平行设置多个，每个转子外通风道21能够独立地供气流经过。
36.对此，本发明的轴出气通道32设置两组，两组轴出气通道32分别位于转子内芯2的两端；轴出气通道32的数量与转子外通风道21的数量相对，结合图1所示，图中展示了两个转子外通风道21，转子内芯2的左右两侧分别设置一组轴出气通道32，左右两侧每一组轴出气通道32又包括上下两个通道，每个通道都能够向外排出气流。
37.从靠近进气端的轴出气通道32排出的气体流经转子外通风道21，并排入定子排风道11；从远离进气端的轴出气通道32排出的气体直接排入定子排风道11。
38.结合图1所示，在使用时，气流从右侧进入轴进气通道31，一部分气流在未到达转子内芯2对应的位置时，先从右侧的轴出气通道32排出，继而进入转子外通风道21，沿转子外通风道21流动经过转子内芯2，与转子内芯2发生热交换，吸收转子内芯2的热量，对转子内芯2进行降温。气流从转子外通风道21排出后，汇入定子排风道11，从定子排风道11排到外界。
39.沿轴进气通道31流动的另一部分气流从左侧的轴出气通道32排出，此部分气流主要吸收转轴3的热量，排出进入定子排风道11；两路气流分别流经转轴3和转子内芯2，分别起到各自的冷却降温效果。
40.更进一步，本发明在定子外壳1靠近进气端的侧壁设置定子进气口12，定子进气口12贯通设置在定子外壳1的侧壁，其贯通方向平行于转轴3的轴向，并且定子进气口12朝向转子外通风道21；外界的气流经过定子进气口12流入转子外通风道21；结合图1所示，进入转子外通风道21的气流一部分来自于右侧的轴出气通道32，另一部分来自于外界气流经定子进气口12直接流入，进一步提升流经转子内芯2的气流量，提升转子内芯2的冷却效率。
41.优选地，本发明在定子外壳1的内壁设置分隔板13，分隔板13滑动对接转子内芯2，分隔板13和转子内芯2密封接触，通过相互密封配合分隔形成内部密封腔和外部通风腔，外界的气流能够流入外部通风腔，最终汇入定子排风道11排出；而内部密封腔则不与外界接触，外界的气流无法进入内部密封腔，电机定子位于内部密封腔。外部通风腔由定子排风道11、转子外通风道21、定子进气口12等部分构成，外界的气流可流经散热。
42.更进一步，本发明在转子内芯2设置内循环风扇22，内循环风扇22能够随转子内芯2同步转动，使内部密封腔中的气体循环流动；内部密封腔内的气体不与外界交流，内部的气流在内循环风扇22的驱动下独立形成循环流动，使内部的分布均匀，将高温空气带到定子外壳1的外壁处，以提升散热的效果。内循环风扇22固定在转子内芯2上设置的安装板上，安装板形成定子排风道11的侧壁，安装板与分隔板13相互配合密封接触。
43.具体地，转子内芯2沿轴向贯通设置转子内循环风道23，转子内循环风道23的贯通方向平行于转轴3的轴向，转子内循环风道23位于内部密封腔，转子内循环风道23正对内循环风扇22，内部密封腔产生的循环气流经过转子内循环风道23；气流在流动时流经转子内循环风道23，增加与转子内芯2的接触面积，加速热量的传递。
44.定子外壳1内设置定子内循环风道15，定子内循环风道15的贯通方向平行于转轴3
的轴向，定子内循环风道15具有两种设置方式：第一种、定子内循环风道15位于定子外壳1的内壁与定子铁芯之间；第二种、定子内循环风道15独立设置于定子铁芯自身，由定子铁芯自身的结构设置贯通的通道；内部密封腔产生的循环气流经过定子内循环风道15。内部密封腔内气流流动路径如图1中的箭头
②
的箭头所示，气流在内部循环流动时，依次经过转子内循环风道23和定子内循环风道15，气体流过定子内循环风道15时产生热交换，经由定子外壳1的侧壁向外界散热发热量。
45.在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，本发明在转轴3周向固定连接进气外风扇4，进气外风扇4位于轴进气通道31的进气端所在的端部，进气外风扇4外露于定子外壳1的外表面，进气外风扇4和转轴3保持周向同步转动，进气外风扇4转动时能够产生气流。
46.定子外壳1沿外表面的走向贯通设置定子散热风道14，结合图1所示，定子散热风道14并非平直的结构，存在圆弧形的过渡段，与定子外壳1的外形趋势大致相同；外界的气体从进风端进入散热风道14，并从出风端排出，气流经过定子散热风道14时与定子外壳1产生热交换；定子散热风道14为定子外壳1外部设置的夹层结构，可引导气流经过，进气外风扇4转动时，驱动气流进入定子散热风道14，吸收从内部密封腔散发的热量，进一步加强定子外壳1的冷却散热效果。定子散热风道14内的气流方向如图中标号
③
所示的箭头所示。
47.优选地，在进气外风扇4正对定子进气口12的位置设置风扇通风口41，通过风扇通风口41增加流过定子进气口12的气流流量。由于进气外风扇4在工作时不断转动，因此可在周向上开设多个风扇通风口41，定子进气口12和风扇通风口41轴向相对，两者距离转轴的距离相等。
48.在定子外壳1的进气端罩设固定进风罩5，进风罩5开设若干细密排列的小孔，进风罩5起到过滤杂质的作用，将空气中所含的杂质阻挡在外，防止对进气外风扇4造成损坏，也避免小颗粒杂质进入电机内部。
49.本发明还提供一种电力机车，包括上述的主动送风冷却永磁电机，该电力机车能够实现相同的技术效果。该电力机车的电机通过进气外风扇4强制送风，可以同时对转轴3、转子内芯2、定子外壳1实现通风冷却，增强电机内部的冷却效果。
50.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。