專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有轉(zhuǎn)子散熱裝置的永磁激勵(lì)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有定子和轉(zhuǎn)子的電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子具有多個(gè)布置在空心 軸上的永磁體。
背景技術(shù)：
永磁電機(jī)中的損耗主要產(chǎn)生在定子中。轉(zhuǎn)子的熱損耗雖相對(duì)較小，但也 必須將其排出。特別重要的問(wèn)題是軸向長(zhǎng)度相對(duì)較大的電機(jī)中的轉(zhuǎn)子發(fā)熱問(wèn) 題，在這種電機(jī)中，從轉(zhuǎn)子中心到轉(zhuǎn)子端面之間的距離相對(duì)較長(zhǎng)。 轉(zhuǎn)子中的熱量會(huì)使磁通減小，從而使電機(jī)效率受到不利影響。 已知的做法是通過(guò)起支承作用的空心軸或轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙排出 轉(zhuǎn)子的損耗，或者通過(guò)對(duì)磁性材料進(jìn)行成本較高的相應(yīng)選擇來(lái)抑制磁通的減 小。
另 一種從轉(zhuǎn)子中排出熱量的方法是在轉(zhuǎn)子中進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，但這種方法 實(shí)施起來(lái)比較復(fù)雜。
另 一種從轉(zhuǎn)子中排出熱量的方法是借助轉(zhuǎn)子中存在的熱管形成一個(gè)通 向散熱片的軸向熱流。
發(fā)明內(nèi)容
從上述情況出發(fā)，本發(fā)明的目的是提供一種同樣可對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行有效散熱 的永^磁電機(jī)，其中，轉(zhuǎn)子的散熱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)而言較為簡(jiǎn)單。
這個(gè)目的通過(guò)一種永磁電機(jī)而達(dá)成，這種永磁電機(jī)具有定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn) 子具有一個(gè)上面布置有永一磁體的空心軸，其中，空心軸至少在其端面上與輸 出驅(qū)動(dòng)軸之間以耐壓密封的形式相隔離，封閉空腔內(nèi)存在一種適當(dāng)?shù)睦鋮s介 質(zhì)，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，冷卻介質(zhì)在永;茲體區(qū)域內(nèi)在溫度相對(duì)較高的空心軸上發(fā) 生汽化，并在溫度相對(duì)較低的輸出驅(qū)動(dòng)軸區(qū)域內(nèi)發(fā)生冷凝，從而形成一種沿 徑向進(jìn)行的熱傳遞。
此外，由于輸出驅(qū)動(dòng)軸中存在溫度梯度，因此，借助冷卻介質(zhì)還能實(shí)現(xiàn) 軸向傳熱。
這樣就可有效地將轉(zhuǎn)子的損耗熱傳遞到電機(jī)的內(nèi)部貫通軸(例如輪對(duì)軸 或船舶驅(qū)動(dòng)軸)上。轉(zhuǎn)子具有疊片組，多個(gè)永;茲體以切向布置方式或通量集 中布置方式布置在疊片組上。這些永;茲體有利地通過(guò)特別用玻璃纖維制成的
配件固定在轉(zhuǎn)子上。作為替代方案，也可將7JCf茲體安裝在疊片組的軸向平行 的空隙中。疊片組與一個(gè)空心軸熱壓配合，這個(gè)空心軸可在徑向上進(jìn)行有效 的熱傳遞。其中很重要的一點(diǎn)是，空心軸在其端面上與輸出驅(qū)動(dòng)軸之間以耐 壓密封的形式相隔離。
空心軸和輸出驅(qū)動(dòng)軸之間 一般情況下充填有空氣的空腔內(nèi)裝有一種沸
點(diǎn)約為60。C至80。C的冷卻介質(zhì)(特定而言為酒精)，其在高溫空心軸上發(fā)生 汽化，隨后又在溫度相應(yīng)較低的輸出驅(qū)動(dòng)軸上發(fā)生冷凝。借此可將熱量非常 有效地^^人外向內(nèi)傳遞，即沿徑向傳遞到輸出驅(qū)動(dòng)軸上。隨后，輸出驅(qū)動(dòng)軸就 可以簡(jiǎn)單的方式向外排出這部分熱量，即將其傳遞到體積較大的主動(dòng)輪、傳 動(dòng)輪、螺旋槳上。借此可以較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為永磁電機(jī)實(shí)現(xiàn)極其有效的 熱傳遞。
本^明的解決方案還具有以下優(yōu),， 。、、 、
所述永磁激勵(lì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的溫度遠(yuǎn)比其他具有可比性的轉(zhuǎn)子的溫度低，借此可增大》茲通，從而改善電機(jī)效率。
此外，永磁體的抗消磁穩(wěn)定性比較高。在輸出驅(qū)動(dòng)軸(例如電力牽引裝 置的輪對(duì)軸及其傳動(dòng)輪)中，空心軸和輪對(duì)軸會(huì)發(fā)生均勻發(fā)熱。
存在于空心軸和輸出驅(qū)動(dòng)軸之間的空間內(nèi)的氧氣和殘余水分可通過(guò)冷 卻介質(zhì)而結(jié)合，借此可明顯抑制兩個(gè)熱壓配合結(jié)構(gòu)中的摩擦腐蝕。
在空腔內(nèi)裝入冷卻介質(zhì)的方法為例如在空心軸的其中 一個(gè)端面上設(shè)置 孔，從這個(gè)孔中可將冷卻介質(zhì)裝入空腔內(nèi)。將空心軸安裝到輸出驅(qū)動(dòng)軸上后 再裝填冷卻介質(zhì)較為有利。裝填完畢后，(例如)借助螺紋塞將這個(gè)孔加壓 密封。
除故障情況外， 一般情況下當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，空心軸與輸出驅(qū)動(dòng)軸之間的 連接不會(huì)被解除，因此，無(wú)需再?gòu)目涨恢腥〕鲞@部分介質(zhì)。
下面借助附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明以及本發(fā)明符合從屬權(quán)利要求所 述特征的其他有利建構(gòu)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中
圖1、圖2為電機(jī)的縱剖圖3至圖6為電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)軸區(qū)域的橫截面圖；以及
圖7為一套筒。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示的是設(shè)計(jì)為永^f茲激勵(lì)同步電機(jī)1的直接驅(qū)動(dòng)裝置的縱剖圖。這 個(gè)用示意圖表示的永^f茲激勵(lì)同步電機(jī)1具有 一個(gè)由多個(gè)層狀疊片4構(gòu)成的定 子2。在定子2的未詳細(xì)圖示的槽中布置有繞組，其在定子2的端面上構(gòu)成 端部繞組3。疊片4中的這些繞組在同步電機(jī)l工作過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量大 部分通過(guò)散熱套5和存在于散熱通道6中的冷卻介質(zhì)(例如空氣或某種液體) 被排出定子。其中，散熱通道6呈波紋或螺旋狀圍繞定子2延伸。
轉(zhuǎn)子8具有一個(gè)與輸出驅(qū)動(dòng)軸7熱壓配合的空心軸13。轉(zhuǎn)子8在朝永磁同步電機(jī)1的氣隙一側(cè)具有多個(gè)永》茲體9,這些永磁體在切向上由配件10 固定。本發(fā)明并不僅限于安裝在表面的磁體，本發(fā)明也適用于布置在內(nèi)部的 永磁體，即位于基本沿軸向延伸的空心軸13的空腔內(nèi)的7JO磁體。
當(dāng)永磁激勵(lì)同步電機(jī)1工作時(shí)，轉(zhuǎn)子8中會(huì)產(chǎn)生損耗，這部分損耗必須 被排出，才能使同步電機(jī)1保持盡可能高的效率。冷卻介質(zhì)通過(guò)空心軸13 的空腔14將永磁體9 一側(cè)的熱量傳遞到輸出驅(qū)動(dòng)軸7上。冷卻介質(zhì)在輸出 驅(qū)動(dòng)軸7—側(cè)發(fā)生冷凝后，又被送回永》茲體9一側(cè)。這種基本上沿徑向進(jìn)行 的熱循環(huán)在圖中用箭頭11和12表示。冷凝物的回送可借助離心力而實(shí)現(xiàn)， 但也可以通過(guò)重力而實(shí)現(xiàn)，即所謂的"下滴"(對(duì)轉(zhuǎn)速較小的電機(jī)而言特別 有利)。
隨后，輸出驅(qū)動(dòng)軸7通過(guò)其良好的導(dǎo)熱性能將這些熱量傳遞到此處未詳 細(xì)圖示的葉輪、螺旋槳等組件上，這些組件與輸出驅(qū)動(dòng)軸7之間存在機(jī)械剛 性及導(dǎo)熱連接，并最終大面積地將熱量導(dǎo)散到周?chē)h(huán)境中。當(dāng)然，輸出驅(qū)動(dòng) 軸7自身也會(huì)將相對(duì)而言的 一 小部分熱量排放到周?chē)h(huán)境中。
圖2顯示的是圖1所示的實(shí)施方式的一種改型方案。其中，空心軸13 實(shí)施為雙壁型圓柱體，其內(nèi)圓柱體20與輸出驅(qū)動(dòng)軸7熱壓配合，外圓柱體 21與轉(zhuǎn)子8的疊片組相連，或直接與永;茲體9相連。
將空心軸13安裝到輸出驅(qū)動(dòng)軸7上后，從一個(gè)孔22將冷卻介質(zhì)裝入空 腔14中，隨后將孔加壓密封。
圖3和圖4顯示的是采取圖l所示的實(shí)施方式的輸出驅(qū)動(dòng)軸7的橫截面， 從中可以看出另一種可改善輸出驅(qū)動(dòng)軸7的導(dǎo)熱性能的方法。其中，軸向平 行的空隙31或軸向延伸的孔32中插有熱管30，這些熱管必要時(shí)通過(guò)導(dǎo)熱材 料33與冷卻介質(zhì)和/或輸出驅(qū)動(dòng)軸熱耦合。也可將孔32布置在輸出驅(qū)動(dòng)軸7 的中心。
熱管30的冷凝區(qū)位于電機(jī)機(jī)搶外部。
圖5和圖6顯示的是采取圖2所示的實(shí)施方式的輸出驅(qū)動(dòng)軸7的橫截面， 從中可以看出另一種可改善輸出驅(qū)動(dòng)軸7的導(dǎo)熱性能的方法。
其中，內(nèi)圓柱體20的沿軸向延伸的空隙31和/或孔32中安裝有熱管30， 這些熱管通過(guò)導(dǎo)熱材料與輸出驅(qū)動(dòng)軸7和/或內(nèi)圓柱體20和/或空腔14熱耦 合。
這些熱管30也可安裝在一個(gè)布置在輸出驅(qū)動(dòng)軸7與空腔14之間的附加 套筒35中，如圖7所示。有利的是，輸出驅(qū)動(dòng)軸7無(wú)需為此而改變結(jié)構(gòu)。 采用這種實(shí)施方式時(shí)，熱管30的冷凝區(qū)同樣位于電機(jī)機(jī)槍外部。
套筒35上的空隙自身即使在未插有熱管30的情況下也仍參與散熱過(guò) 程，例如通過(guò)存在于空隙中或從空隙中流過(guò)的冷卻介質(zhì)(水或空氣)。散熱 所需的氣流通過(guò)強(qiáng)制通風(fēng)或自通風(fēng)而產(chǎn)生，水的流動(dòng)則通過(guò)泵或通過(guò)(例如) 船舶在水中的移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)永磁激勵(lì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)裝置的這種結(jié)構(gòu)適用于電力牽引裝置和 船舶驅(qū)動(dòng)裝置(特別是平底船驅(qū)動(dòng)裝置)，因?yàn)楫?dāng)牽引裝置或船舶移動(dòng)時(shí)，
電機(jī)周?chē)慕橘|(zhì)構(gòu)成一個(gè)理想的散熱片。在牽引裝置中，輸出驅(qū)動(dòng)軸7與主 動(dòng)輪之間具有良好導(dǎo)熱性能的機(jī)械連接構(gòu)成一個(gè)最佳散熱片。
船舶驅(qū)動(dòng)裝置中的舵葉構(gòu)成較大的散熱區(qū)。特別在平底船驅(qū)動(dòng)裝置中， 推進(jìn)軸從實(shí)施為永^磁激勵(lì)同步電機(jī)1的電機(jī)的空心軸中穿過(guò)。此外，將本發(fā)
明應(yīng)用于平底船驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，還可通過(guò)套筒35進(jìn)行散熱。當(dāng)船舶移動(dòng)時(shí)， 平底船周?chē)乃畷?huì)從套筒35的空隙31或孔32中穿過(guò)。借此可避免散熱片 區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)熱積聚現(xiàn)象。
也就是說(shuō)，上述驅(qū)動(dòng)裝置可將轉(zhuǎn)子8中所產(chǎn)生的損耗熱通過(guò)空心軸13 的空腔14傳遞到輸出驅(qū)動(dòng)軸7上，輸出驅(qū)動(dòng)軸7再通過(guò)基本上沿軸向進(jìn)行 的熱傳遞將這部分熱量引導(dǎo)到散熱區(qū)上。其中，驅(qū)動(dòng)和傳熱這兩項(xiàng)任務(wù)均由 輸出驅(qū)動(dòng)軸7承擔(dān)。
權(quán)利要求
1.一種永磁激勵(lì)電機(jī)(1)，所述永磁激勵(lì)電機(jī)具有一定子(2)和一轉(zhuǎn)子(8)，所述轉(zhuǎn)子具有一個(gè)上面布置有復(fù)數(shù)個(gè)永磁體(9)的空心軸(13)，其中，所述空心軸(13)至少在其復(fù)數(shù)個(gè)端面上與一輸出驅(qū)動(dòng)軸(7)之間以耐壓密封的形式相隔離，封閉空腔(14)內(nèi)存在一適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)，當(dāng)所述電機(jī)工作時(shí)，所述冷卻介質(zhì)在所述復(fù)數(shù)個(gè)永磁體(9)區(qū)域內(nèi)在所述溫度相對(duì)較高的空心軸(13)上發(fā)生汽化，并在所述溫度相對(duì)較低的輸出驅(qū)動(dòng)軸(7)區(qū)域內(nèi)發(fā)生冷凝，從而形成徑向及軸向熱傳遞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁激勵(lì)電機(jī)(1 )，其特征在于， 所述定子(2)為水冷式定子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁激勵(lì)電機(jī)(1 )，其特征在于， 所述定子(2)具有水冷套(5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁激勵(lì)電機(jī)(1),其特征在于， 所述定子(2)具有布置在疊片組(4)中和/或疊片組(4)上的散熱通道(6)。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的永磁激勵(lì)電機(jī)(1)，其 特征在于，將酒精用作冷卻介質(zhì)。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的永磁激勵(lì)電機(jī)(1),其 特征在于，所述輸出驅(qū)動(dòng)軸(7)具有可使所述冷卻介質(zhì)發(fā)生冷凝的構(gòu)件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的永磁激勵(lì)電機(jī)(1),其特征在于， 所述輸出驅(qū)動(dòng)軸(7)建構(gòu)為一牽引裝置的一輪對(duì)軸，其中，所述輪對(duì)軸的復(fù)數(shù)個(gè)末端上布置有與所述輪對(duì)軸熱壓配合的主動(dòng)輪，所述主動(dòng)輪用作 散熱區(qū)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的永」磁激勵(lì)電機(jī)(1)，其特征在于， 所述輸出驅(qū)動(dòng)軸(7)和/或所述空心軸(13)和/或一套筒(35)具有沿軸向延伸的附加熱管(30)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的永磁激勵(lì)電機(jī)(1)，其特征在于， 所述輸出驅(qū)動(dòng)軸(7)構(gòu)成一船舶驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)軸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種永磁電機(jī)(1)，所述永磁電機(jī)具有定子(2)和轉(zhuǎn)子(8)，所述轉(zhuǎn)子具有一個(gè)上面布置有永磁體(9)的空心軸(13)，其中，所述空心軸(13)至少在其端面上與輸出驅(qū)動(dòng)軸(7)之間氣密隔離，封閉空腔(14)內(nèi)存在一適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)，當(dāng)所述電機(jī)工作時(shí)，所述冷卻介質(zhì)在所述永磁體(9)區(qū)域內(nèi)在溫度相對(duì)較高的空心軸(13)上發(fā)生汽化，并在溫度相對(duì)較低的輸出驅(qū)動(dòng)軸(7)區(qū)域內(nèi)發(fā)生冷凝，從而形成徑向及軸向熱傳遞。
文檔編號(hào)H02K9/20GK101199100SQ200680021718
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者安德烈亞斯·喬克爾 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司