[發明專利]帶有轉子散熱裝置的永磁激勵電機

有效

• 申請號: 200680021718.2
• 申請日: 2006-06-08
• 公開（公告）號: CN101199100A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 安德烈亞斯·喬克爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02K9/20
• 分類號: H02K9/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 張亮

技術領域

本發明涉及一種具有定子和轉子的電機，所述轉子具有多個布置在空心軸上的永磁體。

背景技術

永磁電機中的損耗主要產生在定子中。轉子的熱損耗雖相對較小，但也必須將其排出。特別重要的問題是軸向長度相對較大的電機中的轉子發熱問題，在這種電機中，從轉子中心到轉子端面之間的距離相對較長。

轉子中的熱量會使磁通減小，從而使電機效率受到不利影響。

已知的做法是通過起支承作用的空心軸或轉子與定子之間的氣隙排出轉子的損耗，或者通過對磁性材料進行成本較高的相應選擇來抑制磁通的減小。

另一種從轉子中排出熱量的方法是在轉子中進行強制通風，但這種方法實施起來比較復雜。

另一種從轉子中排出熱量的方法是借助轉子中存在的熱管形成一個通向散熱片的軸向熱流。

發明內容

從上述情況出發，本發明的目的是提供一種同樣可對轉子進行有效散熱的永磁電機，其中，轉子的散熱裝置的結構設計相對而言較為簡單。

這個目的通過一種永磁電機而達成，這種永磁電機具有定子和轉子，轉子具有一個上面布置有永磁體的空心軸，其中，空心軸至少在其端面上與輸出驅動軸之間以耐壓密封的形式相隔離，封閉空腔內存在一種適當的冷卻介質，當電機工作時，冷卻介質在永磁體區域內在溫度相對較高的空心軸上發生汽化，并在溫度相對較低的輸出驅動軸區域內發生冷凝，從而形成一種沿徑向進行的熱傳遞。

此外，由于輸出驅動軸中存在溫度梯度，因此，借助冷卻介質還能實現軸向傳熱。

這樣就可有效地將轉子的損耗熱傳遞到電機的內部貫通軸(例如輪對軸或船舶驅動軸)上。轉子具有疊片組，多個永磁體以切向布置方式或通量集中布置方式布置在疊片組上。這些永磁體有利地通過特別用玻璃纖維制成的配件固定在轉子上。作為替代方案，也可將永磁體安裝在疊片組的軸向平行的空隙中。疊片組與一個空心軸熱壓配合，這個空心軸可在徑向上進行有效的熱傳遞。其中很重要的一點是，空心軸在其端面上與輸出驅動軸之間以耐壓密封的形式相隔離。

空心軸和輸出驅動軸之間一般情況下充填有空氣的空腔內裝有一種沸點約為60℃至80℃的冷卻介質(特定而言為酒精)，其在高溫空心軸上發生汽化，隨后又在溫度相應較低的輸出驅動軸上發生冷凝。借此可將熱量非常有效地從外向內傳遞，即沿徑向傳遞到輸出驅動軸上。隨后，輸出驅動軸就可以簡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輪、傳動輪、螺旋槳上。借此可以較為簡單的結構設計為永磁電機實現極其有效的熱傳遞。

本發明的解決方案還具有以下優點：

所述永磁激勵電機的轉子的溫度遠比其他具有可比性的轉子的溫度底，借此可增大磁通，從而改善電機效率。

此外，永磁體的抗消磁穩定性比較高。在輸出驅動軸(例如電力牽引裝置的輪對軸及其傳動輪)中，空心軸和輪對軸會發生均勻發熱。

存在于空心軸和輸出驅動軸之間的空間內的氧氣和殘余水分可通過冷卻介質而結合，借此可明顯抑制兩個熱壓配合結構中的摩擦腐蝕。

在空腔內裝入冷卻介質的方法為：例如在空心軸的其中一個端面上設置孔，從這個孔中可將冷卻介質裝入空腔內。將空心軸安裝到輸出驅動軸上后再裝填冷卻介質較為有利。裝填完畢后，(例如)借助螺紋塞將這個孔加壓密封。

除故障情況外，一般情況下當電機工作時，空心軸與輸出驅動軸之間的連接不會被解除，因此，無需再從空腔中取出這部分介質。

附圖說明

下面借助附圖所示的實施例對本發明以及本發明符合從屬權利要求所述特征的其他有利建構方案進行詳細說明，其中：

圖1、圖2為電機的縱剖圖；

圖3至圖6為電機輸出驅動軸區域的橫截面圖；以及

圖7為一套筒。

具體實施方式

圖1顯示的是設計為永磁激勵同步電機1的直接驅動裝置的縱剖圖。這個用示意圖表示的永磁激勵同步電機1具有一個由多個層狀疊片4構成的定子2。在定子2的未詳細圖示的槽中布置有繞組，其在定子2的端面上構成端部繞組3。疊片4中的這些繞組在同步電機1工作過程中所產生的熱量大部分通過散熱套5和存在于散熱通道6中的冷卻介質(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。

轉子8具有一個與輸出驅動軸7熱壓配合的空心軸13。轉子8在朝永磁同步電機1的氣隙一側具有多個永磁體9，這些永磁體在切向上由配件10固定。本發明并不僅限于安裝在表面的磁體，本發明也適用于布置在內部的永磁體，即位于基本沿軸向延伸的空心軸13的空腔內的永磁體。