CN116800005A - 一种风冷式电机的通风散热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风冷式电机的通风散热结构，包括机壳、前端盖、后端盖、定子铁芯、绕组、转轴、转子、叶轮和罩壳；所述前端盖上分布设置有端盖进气孔，所述后端盖上开设有端盖通风孔，所述罩壳上开设有罩壳排气孔；所述机壳的两端周向对称分布有机壳进气孔，所述定子铁芯的轭部沿轴向开设有轴向通风道，所述轴向通风道与机壳进气孔的孔心共面，所述轴向通风道的一端与通风管连接，另一端开口设置，所述轴向通风道两端的通风管交替设置，所述通风管与对应的机壳进气孔连接；所述转轴沿轴向贯穿设置有转轴通风孔，所述转轴的尾部径向开设有“十”字孔；所述转子与定子铁芯之间设置有气隙。本申请能够提高电机的通风散热效率，温度分布更为均匀。

Description

一种风冷式电机的通风散热结构

技术领域

本发明涉及电气机械技术领域，特别是涉及一种风冷式电机的通风散热结构。

背景技术

风冷式电机以空气为冷却介质，通过空气的流动完成与电机的热交换从而达到通风散热的目的，因此通过合理的结构设计优化空气的流动路径，不仅可以提高通风散热的效率，还可以使电机各部分的温度分布更加均匀。根据气动原理的不同，通风散热可分为吹风冷却和抽风冷却，两种冷却结构相同，但其冷却空气的流动方向相反。

CN205371095U设计了一种适用与离心风机的风冷系统，通过两侧叶轮安装在轴上随转子转动，蜗壳的中心设置有与叶轮相对应的导流口，空气从电机壳的右侧沿径向设置的进风口处吸入电机内部带走热量，冷却空气在风管内流动并最终通过电机壳上第一出风口和第二出风口排出。

CN217010554U设计了一种适用于鼓风机的负压风冷散热系统，冷却空气通过设置在鼓风机电机机壳两侧的进气口进入电机内部，排气口通过散热管与鼓风机的集流器侧面相连接，鼓风机运行时在鼓风机内产生负压从而驱动冷却空气流动，并最终从散热管排出。

CN215805312U设计了一种鼓风机主机散热结构，转子一端连接叶轮，定子与主机壳体内壁之间构成第一气道，定子和转子之间构成第二气道，第一气道和第二气道分别连通第一引流气道，通过旋转的叶轮提供持续负压，引导气流持续不断地传导，并通过第一气道和第二气道进入到第一引流气道。

目前，现有方案由于通风原理和散热结构的限制，其负载类型多为风机，无法适用于其他场合。一方面，现有方案存在冷却风路长和路径单一的问题，不仅可靠性低，而且由于路径后段的冷却空气温度已经上升，因此能带走的热量有限，造成电机温度分布不均匀。另一方面，现有方案的转子散热只利用冷却空气流经气隙从转子表面带走热量，但转子内部无法进行热交换以降低温度，冷却效率低。最后，电机表面与冷却空气接触面积有限，自然散热效果差，且定子铁芯和机壳内壁间多设置有空隙，热阻较大。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本专利申请所要解决的技术问题是如何提供一种适用于抽风冷却和吹风冷却的多路径、短风路、转子内部通风的风冷式电机的通风散热结构，不仅提高了电机的通风散热效率，而且温度分布更为均匀。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种风冷式电机的通风散热结构，包括机壳、前端盖、后端盖、定子铁芯、绕组、转轴、转子、叶轮和罩壳；所述机壳的两端分别与前端盖和后端盖固定连接，所述后端盖与罩壳固定连接，后端盖与罩壳之间形成空腔；所述定子铁芯固定安装在机壳内，所述定子铁芯的槽内嵌放有绕组，所述绕组的两端伸出部分分别为第一绕组端部和第二绕组端部；所述转子固定安装在转轴外侧，所述转子与定子铁芯同轴设置，所述叶轮固定安装在转轴的尾端，所述叶轮位于后端盖与罩壳之间，叶轮位于空腔内，叶轮随转轴转动；

所述前端盖上分布设置有端盖进气孔，所述后端盖上开设有端盖通风孔，所述罩壳上开设有罩壳排气孔；所述机壳的两端周向对称分布有机壳进气孔，所述定子铁芯的轭部沿轴向开设有轴向通风道，所述轴向通风道与机壳进气孔的孔心共面，所述轴向通风道的一端与通风管连接，另一端开口设置，所述轴向通风道两端的通风管交替设置，所述通风管与对应的机壳进气孔连接；所述转轴沿轴向贯穿设置有转轴通风孔，所述转轴的尾部径向开设有“十”字孔；所述转子与定子铁芯之间设置有气隙，构成通风风道，定子铁芯外表面与机壳内表面固定设置，转子内表面与转轴外表面固定设置。

其中，所述机壳的两端分别周向均布设置有2N个机壳进气孔，机壳两端设置的机壳进气孔对称设置，所述定子铁芯的轭部沿轴向开设有2N个轴向通风道。即机壳同一侧每个机壳进气孔之间相隔180/N度，每个定子铁芯的轭部的轴向通风道之间相隔180/N度。机壳表面同一侧的机壳进气孔分别每相隔90/N度使用通风管与定子铁芯的轴向通风道连接，机壳两端的通风管交替连接，即机壳每端均有N个机壳进气孔和定子铁芯的轴向通风道通过通风管连接，共计2N个，但机壳每端分别有N个进气孔未连接，冷却空气可通过未连接的2N个进气孔直接进出电机内部。

其中，所述端盖通风孔为腰型孔。

其中，所述机壳的外侧分布设置有散热筋。

其中，所述转轴上固定有用于对叶轮的轴向自由度进行限制的锁紧螺母。

抽风冷却时，叶轮正向转动，在空腔内形成持续的负压，由于气压差作用，流入电机内部的冷却空气将通过后端盖上的腰形的端盖通风孔进入后端盖和罩壳之间的空腔内，再经过叶轮的驱动从罩壳上的罩壳排气孔排出。吹风冷却时，叶轮反方向转动，在空腔内形成持续的正压，由于气压差作用，冷却空气将通过叶轮罩壳上的罩壳排气孔进入后端盖和罩壳之间的空腔内，再经过叶轮的驱动从后端盖上的腰形的端盖通风孔进入电机内部。抽风冷却和吹风冷却时的冷却空气流经路径相同，但流动方向相反。

当为抽风冷却时，具有以下六条风路：

1.机壳一侧的机壳进气孔-通风管-轴向通风道-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第一风路；

2.机壳另一侧的机壳进气孔-通风管-轴向通风道-气隙-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第二风路；

3.机壳一侧的机壳进气孔-气隙-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第三风道；

4.机壳另一侧的机壳进气孔-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第四风道；

5、端盖进气孔-气隙-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第五风道；

6.转轴进气孔-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第六风道。

第一风道和第二风道主要为定子铁芯冷却散热，第三风道和第四风道主要为第一绕组端部和第二绕组端部冷却散热，第五风道和第六风道主要为转子冷却散热。当为吹风冷却时，以上风路的空气流动的路径反向。

综上，本风冷式电机的通风散热结构具有以下有益效果：

1.形成多路进气通道，冷却空气流量更大，冷却效率更高；

2.机壳的部分机壳进气孔和定子铁芯的轴向通风道通过通风管连接，有效缩短了冷却空气的流经路径，并形成多个独立风路可分别给两侧第一绕组端部和第二绕组端部、定子铁芯散热，温度分布更为均匀；

3.转子表面通过流经气隙的空气冷却，转子内部与流经转轴通风孔的冷却空气接触，散热面积更大，冷却路径更丰富；

4.机壳外表面设置散热筋，且定子铁芯外表面与机壳内表面直接接触，热传导面积大，具有自然散热的辅助作用；

5.通过利用在非轴伸端设置离心式风扇在罩壳内形成负压和正压，轴伸端可根据需要进行连接和加工，负载类型更为丰富。

附图说明

图1为本发明所述的一种风冷式电机的通风散热结构的外形示意图。

图2为图1另一个方位的示意图。

图3为图1的侧视图。

图4为图3中A-A的剖视图。

图5为前端盖的示意图。

图6为机壳的示意图。

图7为定子铁芯的示意图。

图8为后端盖的示意图。

图9为第一、二风路示意图。

图10为第三、四风路示意图。

图11为第五、六风路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“上、下”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

一种风冷式电机的通风散热结构，如图1-8所示，包括机壳2、前端盖1、后端盖5、定子铁芯3、绕组7、转轴6、转子8、叶轮9和罩壳10；机壳2的两端分别与前端盖1和后端盖5固定连接，后端盖5与罩壳10固定连接，后端盖5与罩壳10之间形成空腔；定子铁芯3固定安装在机壳2内，定子铁芯3的槽内嵌放有绕组7，绕组7的两端伸出部分分别为第一绕组端部和第二绕组端部；转子8固定安装在转轴6外侧，转子8与定子铁芯3同轴设置，叶轮9固定安装在转轴6的尾端，叶轮9位于后端盖5与罩壳10之间，叶轮9位于空腔内，叶轮9随转轴6转动；

前端盖1上分布设置有端盖进气孔，后端盖5上开设有端盖通风孔，端盖通风孔为腰型孔，罩壳10上开设有罩壳排气孔；机壳2的两端周向对称分布有机壳进气孔，定子铁芯3的轭部沿轴向开设有轴向通风道，轴向通风道与机壳进气孔的孔心共面，轴向通风道的一端与通风管4连接，另一端开口设置，轴向通风道两端的通风管交替设置，通风管与对应的机壳进气孔连接；转轴6沿轴向贯穿设置有转轴通风孔，转轴的尾部径向开设有“十”字孔；转子8与定子铁芯3之间设置有气隙，构成通风风道，定子铁芯3外表面与机壳2内表面固定设置，转子8内表面与转轴6外表面固定设置。

具体的，所述通风管为“L”型，由两根直管和一根直角弯管组合连接而成。

以抽风冷却为例：

1.前端盖1上均布设置12个端盖进气孔，如图5所示，安装于机壳2上。

2.机壳2的外表面布置有散热筋，用于增加与冷却空气接触的表面积，机壳2左右两侧对称分别均布12个机壳进气孔，以左右两侧共线的两孔为基准，左侧依次标号为A1-A12，右侧依次编号为B1-B12，如图6所示。

3.定子铁芯3的槽内嵌放有绕组7，绕组7两侧伸出部分称为第一、第二绕组端部，定子铁芯3的轭部沿轴向开设有12个均布的轴向通风道，依次标记为C1-C12，如图7所示。定子铁芯3的外表面与机壳2的内表面配合安装，轴向通风道C1和机壳2上的机壳进气孔A1、B1三者孔心共面。

4.后端盖5安装于机壳2，上面开有四个用于通风的端盖通风孔，端盖通风孔为腰形孔，如图8所示。

5.转轴6沿轴向加工有转轴通风孔，尾部径向开设“十”字孔，转轴6上固定安装有转子8，转子8与定子铁芯3同轴设置，两者之间存在气隙。

6.罩壳10安装在后端盖5上，结合面进行密封处理，罩壳10上有用于排气的排气孔。

7.叶轮9固定安装于转轴6的尾端，相对于后端盖5和罩壳10之间，并可随转轴转动，轴向自由度通过锁紧螺母11限制。

8.使用通风管4将A1和C1的左侧连接，再使用通风管4将B2和C2的右侧连接，然后使用连接管4将A3和C3的左侧连接，接着使用连接管4将B4和C4的右侧连接，依此规律进行，直至C1-C12全部连接完毕，最后的连接匹配如表1所示。

表1：通风管与轴向通风道、机壳进气孔的连接表。

9.电机运行时，叶轮9随转轴6转动，在后端盖5和罩壳10之间的空腔内形成持续的负压，由于气压差作用，流入电机内部的冷却空气将通过后端盖5上的端盖通风孔被吸入空腔内，再经过叶轮9的驱动从罩壳10上的罩壳排气孔排出。

10.根据冷却空气流经的路径不同，形成如下六条风路，如图9-11：

A1、A3、A5、A7、A9、A11机壳进气孔-通风管-轴向通风道-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第一风路，如图9所示；

B2、B4、B6、B8、B10、B12机壳进气孔-通风管-轴向通风道-气隙-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第二风路，如图9所示；

A2、A4、A6、A8、A10、A12机壳进气孔-气隙-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第三风路，如图10所示；

B1、B3、B5、B7、B9、B11机壳进气孔-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第四风路，如图10所示；

端盖进气孔-气隙-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第五风路，如图11所示；

转轴通风孔-端盖通风孔-罩壳排气孔构成第六风路，如图11所示。

11.第一风路和第二风路主要为定子铁芯冷却散热，第三风路和第四风路主要为两侧定子绕组端部冷却散热，第五风路和第六风路主要为转子冷却散热。

12.吹风冷却时，叶轮反方向转动，在空腔内形成持续的正压，由于气压差作用，冷却空气将通过叶轮罩壳上的罩壳排气孔进入后端盖和罩壳之间的空腔内，再经过叶轮的驱动从后端盖上的端盖通风孔进入电机内部，冷却空气流经路径与抽风冷却时相同，但方向相反。

最后应说明的是：本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等统计数的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (5)

1.一种风冷式电机的通风散热结构，包括机壳、前端盖、后端盖、定子铁芯、绕组、转轴、转子、叶轮和罩壳；所述机壳的两端分别与前端盖和后端盖固定连接，所述后端盖与罩壳固定连接；所述定子铁芯固定安装在机壳内，所述定子铁芯的槽内嵌放有绕组，所述绕组的两端伸出部分分别为第一绕组端部和第二绕组端部；所述转子固定安装在转轴外侧，所述转子与定子铁芯同轴设置，所述叶轮固定安装在转轴的尾端，所述叶轮位于后端盖与罩壳之间；其特征在于，

所述前端盖上分布设置有端盖进气孔，所述后端盖上开设有端盖通风孔，所述罩壳上开设有罩壳排气孔；所述机壳的两端周向对称分布有机壳进气孔，所述定子铁芯的轭部沿轴向开设有轴向通风道，所述轴向通风道与机壳进气孔的孔心共面，所述轴向通风道的一端与通风管连接，另一端开口设置，所述轴向通风道两端的通风管交替设置，所述通风管与对应的机壳进气孔连接；所述转轴沿轴向贯穿设置有转轴通风孔，所述转轴的尾部径向开设有“十”字孔；所述转子与定子铁芯之间设置有气隙。

2.根据权利要求1所述的一种风冷式电机的通风散热结构，其特征在于，所述机壳的两端分别周向均布设置有2N个机壳进气孔，所述定子铁芯的轭部沿轴向开设有2N个轴向通风道。

3.根据权利要求1所述的一种风冷式电机的通风散热结构，其特征在于，所述端盖通风孔为腰型孔。

4.根据权利要求1所述的一种风冷式电机的通风散热结构，其特征在于，所述机壳的外侧分布设置有散热筋。

5.根据权利要求1所述的一种风冷式电机的通风散热结构，其特征在于，所述转轴上固定有用于对叶轮的轴向自由度进行限制的锁紧螺母。