一种全封闭永磁电机机壳水冷内循环风冷结构

技术领域

本发明涉及永磁电机冷却技术，具体为一种全封闭永磁电机机壳水冷内循环风冷结构。

背景技术

为保证永磁电机安全工作，提高电机可靠性和可维护性，电机通常采用全封闭结构。但全封闭电机结构导致电机散热效率降低，温升加剧。随着电机设计向高能效、轻量化、高转速和低成本等方向发展，为保证全封闭永磁电机安全长期运行，保障电机正常使用寿命，设计高效可靠的全封闭电机冷却系统尤为重要。机壳水冷冷却系统结构简单，多为轴向Ｚ型水路设计或径向螺旋水路设计。水路通常为一端进水，另一端出水，电机两端存在温度梯度。

中国专利ＣＮ１１２８０３６３５Ａ提出一种永磁电机水冷和内循环风路冷却系统结构。该结构中，在电机定子上安装水冷板，同时在机壳和定子铁心中设置轴向风道。在该发明中，水冷板的设计一方面占用了一定的径向空间，另一方面为定子绕组的嵌线带来较大的难度，且不适用于槽数较多时的电机冷却。中国专利ＣＮ２１５９５６１８８Ｕ中提出一种水冷电机用冷却水道，将冷却水进出口设置在电机同一端，一定程度上有利于均匀电机内部的温度场，但是并未解决电机内部散热困难的问题。中国专利ＣＮ１１４９７７６１８Ａ中提出一种油水冷却的车用永磁电机机壳水冷结构设计，该水路结构为两路并联的Ｚ型结构，未涉及电机内部，尤其是转子的冷却。

发明内容

本发明的目的是克服现有全封闭电机机壳水冷无法有效进行电机内部与冷却水进行热量交换的问题。通过设计机壳水冷内循环风路结构，一方面可以有效均匀电机内部温度分布，避免产生电机两端出现较大温度梯度等问题；另一方面可以减少现有的冷却风路与水冷结构分离设计时，造成电机径向尺寸较大等问题。

本发明是采用如下技术方案实现的: 一种全封闭永磁电机机壳水冷内循环风冷结构，包括电机转轴、两个机座端盖、电机定子、电机转子；两个机座端盖之间安装有机壳水冷外套筒，机壳水冷外套筒内部固定有机壳水冷内套筒，机壳水冷内套筒和机壳水冷外套筒之间有间隔，机壳水冷内套筒的两端和机壳水冷外套筒内壁之间密封连接，二者之间围成一个环形的空腔；机壳水冷内外套筒之间固定有多条水路筋板，构成轴向Ｚ型水路结构；还包括多条沿轴向贯穿机壳水冷内外套筒之间空腔的机壳风路管道；所述机壳风路管道高度小于水路筋板；电机转子轭部开有通风孔；还包括由电机转轴驱动的内循环风扇，内循环风扇叶片前端与机座端盖之间采用迷宫密封配合。

本发明所述的全封闭永磁电机机壳水冷内循环风路结构主要包括水冷结构设计和内循环风路设计。水冷结构为机壳上设置的Ｚ型水路结构。内循环风路由内循环风扇，机壳内的风路管道及转子铁心轭部通风孔组成。通过水路循环和风路循环，将电机内部热量排出。机壳风路管道与水路结构并行布置，能够使机壳内的热量与水路结构内的介质之间发生热量交换，有效提高地电机的散热效果。

进一步的，风路管道应与水路筋板分别焊接在机壳的内外套筒上，风路管道和水路筋板可以依次排列，也可根据需求，在两个水路筋板之间安装多个风路管道，以提高散热效果。

进一步的，内循环风扇由转轴直接驱动，可以直接安装在转轴上，可以安装在转轴风扇座上，也可以安装在轴承内封环上。风路管道可以为方形钢管或圆形管路结构。

本发明的有益效果：本发明在结构简单的机壳水冷基础上，增加了内循环风路设计。本发明可有效降低机壳水冷式全封闭电机内部温度，使电机整体温度更加均匀。将内循环风路与机壳水路相结合，在减少电机径向尺寸的同时，也可以有效改善机壳水冷可能存在的水路短路现象。

附图说明

图1是本发明全封闭永磁电机机壳水冷内循环风路结构。

图２为机壳截面示意图。

１０-机座端盖，２０-内循环风扇，３０-机壳水冷外套筒，４０-机壳水冷内套筒，５０-机壳风路管道，６０-水路筋板，７０-电机定子，８０-电机转轴，９０-轴承内封环，100-电机转子。

具体实施方式

实施例1

如图1、2所示，一种全封闭永磁电机机壳水冷内循环风冷结构，包括电机转轴80、两个机座端盖10、电机定子70、电机转子100；两个机座端盖10之间安装有机壳水冷外套筒30，机壳水冷外套筒30内部固定有机壳水冷内套筒40，机壳水冷内套筒40和机壳水冷外套筒30之间有间隔，机壳水冷内套筒40的两端和机壳水冷外套筒30内壁之间密封连接，二者之间围成一个环形的空腔；机壳水冷内外套筒之间固定有多条水路筋板60，构成轴向Ｚ型水路结构；还包括多条沿轴向贯穿机壳水冷内外套筒之间空腔的机壳风路管道50；所述机壳风路管道50高度小于水路筋板60，这样不会将空腔全部堵住；电机转子100轭部开有通风孔；还包括由电机转轴80驱动的内循环风扇20，内循环风扇20叶片前端与机座端盖10之间采用迷宫密封配合。在机壳水冷外套筒上开有连通轴向Ｚ型水路结构的进水口和出水口。

实施例2

相邻水路筋板60之间布置有至少一条机壳风路管道50；水路筋板６０和机壳风路管道５０可如图２所示依次交错排布，也可根据需要在两个水路筋板之间设置多个风路管道。内循环风扇２０带动循环风从定子端部到机壳风路管道５０，从定子另一端再进入转子铁心轭部通风孔，再到内循环风扇，形成整个电机风路内循环。

水路筋板60与机壳风路管道50焊接在不同的机壳水冷套筒上。当水路筋板６０安装在机壳水冷内套筒４０时，风路管道安装在机壳水冷外套筒３０上。当水路筋板安装在机壳水冷外套筒３０时，风路管道安装在机壳水冷内套筒４０上。这样安装，风路管道除通风功能外，能改善可能出现的机壳水冷水路短路现象。当然可以将水路筋板６０和机壳风路管道５０焊接在同一套筒上，但可能失去抑制机壳水冷短路的能力。

实施例3

机壳风路管道50开在水路筋板60上且机壳风路管道50两端沿轴向延伸贯穿机壳水冷内外套筒之间的空腔。

如果设计和工艺条件允许，可如上所述，将风路管道设计在水路筋板内，风路管道应设计在远离焊接侧的位置。

实施例4

内循环风扇２０可以直接安装在电机转轴80上，也可安装于电机转轴80的风扇座上，也可安装于电机转轴80上的轴承内封环９０上。

实施例5

机壳风路管道50根据实际工艺需求加工成方形钢管或圆形管路结构。

实施例6

所述Ｚ型水路结构根据实际需要可以为单路或多路并联。

实施例7

机壳水冷内套筒40两端沿径向向外延伸并与机壳水冷外套筒30内壁密封连接；所述机壳风路管道50两端由机壳水冷内套筒40两端的径向延伸部分伸出。相邻水路筋板的端部交替与机壳水冷内套筒40两端径向段连接，进而构成Z型水路结构；机壳风路管道开在水路筋板上时，两端由机壳水冷内套筒40两端径向段伸出连通电机定子两端所在空腔，机壳风路管道由于高度小于水路筋板，因此不会影响冷却水的流动。