CN103944303A - 全封闭式永磁同步牵引电机的循环通风结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全封闭式永磁同步牵引电机的循环通风结构。前、后端盖的外侧分别装有前、后挡板，前、后挡板四角之间均连接有通风壳；前、后端盖中心均开有环形通槽，前、后挡板上设有环形通道；转轴上的风扇转动带动气流由转子铁芯与定子铁芯之间的通风槽经前端盖环形通槽、前挡板环形通道流向四角的通风壳中空腔，再经后挡板环形通道、后端盖环形通槽回到电机内形成内循环风路；外部气流经前端盖入口进入定子铁芯与中间外壳之间的通风槽由后端盖出口流出形成外循环风路。本发明通过内循环风路有效地将电机内转子和绕组的热量传递到环境中，依靠外循环风路将电机产生的绝大部分损耗传递到空气中，将散热能力最大化。

Description

全封闭式永磁同步牵引电机的循环通风结构

技术领域

本发明涉及一种电机的循环通风结构，尤其涉及一种全封闭式永磁同步牵引电机的循环通风结构。

背景技术

电机是一种机电能量的转换机构，在机电能量转换过程中不可避免地要产生损耗，这些损耗绝大部分最后转变为了热量，使得电机部分温度升高。研究表明，在工作温度上升时，永磁体的剩磁密度Br会下降，如钕铁硼在120℃时Br下降为90%；此外，在温度继续上升时，永磁体会发生不可逆退磁，即使充磁也无法完全恢复至原有的磁性能。永磁体磁性能的下降会影响牵引电机的可靠性和稳定性，甚至威胁到乘客与列车的安全。因此，设计合理有效的冷却结构十分必要和重要。

目前，常用的高速铁路列车牵引电机冷却方式有自然冷却与强迫通风冷却两种。自然冷却就是利用流动的空气与电机外壳进行对流散热，虽然自然冷却方式具有结构简单，无需附加系统，安装维护方便等优点，但自然冷却的低速空气散热能力低，在高功率密度电机上的应用存在一定的不足；强迫通风冷却利用流动的空气对电机定子或转子等关键元件进行对流散热，结构相对复杂，但强迫通风冷却的散热能力高，能够满足高功率密度电机的应用，并且高速列车本身既有的辅助系统中包含了风路，能够为电机提供风源。

由于永磁体固有的电磁特性，永磁体易吸附尘埃与铁屑，为提高永磁同步牵引电机的可靠性，提高电机寿命，减小维护成本，电机采用全封闭结构。但是全封闭结构导致电机的主要发热元件绕组以及热敏感元件永磁体与冷却空气无法进行直接的热交换，损耗产生的热量只能通过定子和机壳间接传递到外界，对冷却结构的设计提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全封闭式永磁同步牵引电机的循环通风结构，利用强迫通风与内外双循环的形式，避免绕组绝缘高温失效和永磁体高温不可逆退磁的现象发生，保障牵引电机与列车的可靠运行，用于高速铁路列车的永磁同步牵引电机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括转子铁芯、定子铁芯、绕组、转轴、后端盖、前端盖和中间外壳，前端盖、后端盖的外侧分别装有前挡板和后挡板，中间外壳外的前挡板和后挡板四角之间均连接有通风壳，通风壳具有前后贯通的中空腔；

前端盖和后端盖中心均开有环形通槽，前挡板、后挡板分别与前端盖、后端盖环形通槽对接一侧设有环形通道，环形通道与通风壳的中空腔相通；

靠前端盖一侧的转轴上装有风扇，风扇转动带动电机内的气流由转子铁芯与定子铁芯之间的通风槽经前端盖的环形通槽、前挡板的环形通道流向四角的通风壳中空腔，然后经后挡板的环形通道、后端盖的环形通槽回到转子铁芯与定子铁芯之间的通风槽形成内循环风路。

所述的外部气流经前端盖入口进入定子铁芯与中间外壳之间的通风槽由后端盖的出口流出形成外循环风路。

本发明的有益效果是：

1、依靠外循环的强迫通风系统将电机产生的绝大部分损耗传递到空气中。

2、在外循环系统带走大部分热量的基础上，通过内循环系统有效地将电机内转子和绕组的热量传递到环境中。

3、充分利用高速列车转向架空间，将散热能力最大化。

附图说明

图1是本发明的整体示意图。

图2是本发明的内循环结构示意图。

图3是本发明内循环结构的前视以及局部剖面示意图。

图4是本发明的轴向剖面示意图。

图5是本发明的径向剖面示意图。

图中：1、转子铁芯，2、定子铁芯，3、绕组，4、前端盖，5、中间外壳，6、后端盖，7、转轴，8、通风壳，9、风扇，10、悬挂，11、前挡板，12、后挡板，13、内循环风路，14、外循环风路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1与图4所示，本发明包括转子铁芯1、定子铁芯2、绕组3、转轴7、后端盖6、前端盖4和中间外壳5，前端盖4、后端盖6的外侧分别装有前挡板11和后挡板12，中间外壳5外的前挡板11和后挡板12四角之间均连接有通风壳8，通风壳8具有前后贯通的中空腔；前端盖4和后端盖6中心均开有环形通槽，环形通槽与电机内相通，前挡板11、后挡板12分别与前端盖4、后端盖6环形通槽对接一侧设有环形通道，环形通道与通风壳8的中空腔相通；靠前端盖4一侧的转轴7上装有风扇9，风扇9转动带动电机内的气流由转子铁芯1与定子铁芯2之间的通风槽经前端盖4的环形通槽、前挡板11的环形通道流向四角的通风壳8中空腔，然后经后挡板12的环形通道、后端盖6的环形通槽回到转子铁芯1与定子铁芯2之间的通风槽形成内循环风路13。

如图2与图3所示，前挡板11与后挡板12连接在通风壳8两端，将前挡板11、后挡板12的环形中空腔与通风壳8的中空腔连为一体，作为内循环风路13的部分构件。

如图4所示，外部气流经前端盖4上端入口进入定子铁芯2与中间外壳5之间的通风槽由后端盖6的出口流出形成外循环风路14。

如图1与图4所示，现有的全封闭永磁同步牵引电机包括：转轴7，套在转轴7上的转子铁芯1，套在转子铁芯1外并相隔一个小通风槽的定子铁芯2，嵌在定子铁芯2槽中的绕组3，环绕于定子铁芯2外的中间外壳5，分别位于中间外壳5两侧的前端盖4与后端盖6，位于中间外壳5上并与外部的转向架连接的悬挂10。

如图4与图5所示，内循环风路13：转轴7靠前端盖4一侧装有风扇9，在电机转动时，风扇9随着转轴7转动，搅拌电机内部空气，其工作原理同压缩机相同。前后两侧的压强不同，使得空气经由转子铁芯1与定子铁芯2之间的通风槽流动，并经由后端盖6进入后挡板12，经四角的通风壳8的中空腔再经前挡板11到前端盖4内，形成完整的内循环系统风路。

在内循环系统中，风扇9使得电机内空气流速上升，充分地与转子铁芯1和绕组3进行热交换，并为内循环风路流动提供动力。内循环系统将电机内部空气导入到内循环风路13中，使得内部空气与外部环境直接进行热交换，无需经由定子铁芯2至外循环风路14散热，热交换的效率得到提高。内循环风路13的前挡板11、后挡板12和通风壳8的结构可以有多种形式，本发明可以应用于高速铁路列车的永磁同步牵引电机，其尺寸必须符合高速铁路列车的转向架尺寸要求。

如图4与图5所示，外循环风路14的形状可以是方形，也可以是圆形或者其他任意风道结构，此处以方形为例。外循环系统采用强迫通风形式，冷却空气经由前端盖4的开口进入电机，前端盖4中存在一圈挡板将冷却空气与转子铁芯1、定子铁芯2和绕组3隔离，冷却空气流经中间外壳5与定子铁芯2之间，再由后端盖的出口流出，此为外循环系统的完整风路。在外循环系统中，冷却空气可以有效地利用热对流将定子铁芯2上的热量带离电机。

本发明的具体实施工作过程是：

采用内外双循环的形式对永磁同步牵引电机进行散热，其中强迫通风即由列车用风系统提供的冷却空气构成外循环风路14，其路径经由入风口与前端盖4，流经定子铁芯2外表面，再经由后端盖6进入大气。前端盖4和定子铁芯2通过端盖上的一圈金属挡板将外循环中的冷却空气与电机内部空气隔离，确保空气中的铁屑与尘埃不会进入电机内部。

内循环系统通过转轴上的风扇9搅动电机内空气流通，通过前端盖4的环形通槽，流经前挡板11、通风壳8和后挡板12的中空腔，再经由后端盖6的环形通槽进入电机内部，形成完整的内循环风路13。在此风路中，电机内部空气与环境空气进行热交换，两者的温差大，能够有效降低循环的空气温度，进而降低电机内部的转子与绕组等元件。内外循环系统中的空气互相不流通。

因此，本发明可以依靠外循环的强迫通风系统将电机产生的绝大部分损耗传递到空气中；并在外循环系统带走大部分热量的基础上，通过内循环系统有效地将电机内转子和绕组的热量传递到环境中；而且充分利用高速列车转向架空间，将散热能力最大化。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1. 一种全封闭式永磁同步牵引电机的循环通风结构，包括转子铁芯（1）、定子铁芯（2）、绕组（3）、转轴（7）、后端盖（6）、前端盖（4）和中间外壳（5），其特征在于：前端盖（4）、后端盖（6）的外侧分别装有前挡板（11）和后挡板（12），中间外壳（5）外的前挡板（11）和后挡板（12）四角之间均连接有通风壳（8），通风壳（8）具有前后贯通的中空腔；

前端盖（4）和后端盖（6）中心均开有环形通槽，前挡板（11）、后挡板（12）分别与前端盖（4）、后端盖（6）环形通槽对接一侧设有环形通道，环形通道与通风壳（8）的中空腔相通；

靠前端盖（4）一侧的转轴（7）上装有风扇（9），风扇（9）转动带动电机内的气流由转子铁芯（1）与定子铁芯（2）之间的通风槽经前端盖（4）的环形通槽、前挡板（11）的环形通道流向四角的通风壳（8）中空腔，然后经后挡板（12）的环形通道、后端盖（6）的环形通槽回到转子铁芯（1）与定子铁芯（2）之间的通风槽形成内循环风路（13）。

2. 根据权利要求1所述的一种全封闭式永磁同步牵引电机的循环通风结构，其特征在于：所述的外部气流经前端盖（4）入口进入定子铁芯（2）与中间外壳（5）之间的通风槽由后端盖（6）的出口流出形成外循环风路（14）。