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CN101263642B - 带有永磁体的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机(1)，所述电机包括：定子(3)，所述定子包括复数个布置在铁芯叠片中和/或布置在所述定子和外壳之间的沿轴向延伸的冷却通道(8)；转子(20)，所述转子的铁芯叠片(19)或者包括内孔，或者布置在带有内孔的轮毂结构(7)上；复数个永磁体(14)，所述永磁体布置在所述转子(20)的铁芯叠片(19)中或所述转子(20)的铁芯叠片(19)上；至少一个轴流式风扇(4)，所述轴流式风扇布置在所述转子(20)的内孔中，所述轴流式风扇所产生的气流流过所述转子(20)后进入一个相应的装置(13)内，并引起喷嘴效应，所述喷嘴效应在文丘里效应的基础上可使布置在所述定子(3)内的冷却通道(8)中出现气流。借此可对所述永磁体(14)的剩磁产生有利影响。

Description

带有永磁体的电机
技术领域
本发明涉及一种包括定子和转子的电机，所述定子包括复数个布置在铁芯叠片中和/或布置在定子和外壳之间的沿轴向延伸的冷却通道，所述转子的铁芯叠片布置在带有内孔的轮毂结构上，其中，铁芯叠片中或铁芯叠片上布置有复数个永磁体。
背景技术
人们一直致力于使电机，尤其是带有永磁体的电机的永磁体保持在尽可能恒定的温度水平上，因为永磁体的剩磁与温度相关。永磁体与温度相关的剩磁会使电机的磁通发生变化，从而使发电机模式下的感应电压和电动机模式下的可产生起动转矩变小。
现有技术是在这种电机内使用径流式风扇，但径流式风扇会增大电机的轴向长度。也可使用独立风扇，但独立风扇不仅会增加成本投入，还会增大结构尺寸。
DE 30 35 775 A1中公开了一种连接在定子和转子后面的吸入式风扇，这种风扇通过电机中所存在的冷却通道吸入冷却空气。但这也会使电机的轴向长度发生不必要的增大。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电机，这种电机在包括紧凑结构的情况下特别可确保转子得到充分冷却。此外，本发明的目的还在于使转子的整体温度水平保持在尽可能恒定的温度上，以便对永磁体的剩磁的温度相关性进行补偿。
这个目的通过一种包括下列组件的电机而达成：
-定子，所述定子包括复数个布置在铁芯叠片中和/或布置在定子和外壳之间的沿轴向延伸的冷却通道，
-转子，所述转子的铁芯叠片或者包括内孔，或者布置在带有内孔的轮毂结构上，
-复数个永磁体，所述永磁体布置在铁芯叠片中或铁芯叠片上，
-至少一个轴流式风扇，所述轴流式风扇布置在转子的内孔中，所述轴流式风扇所产生的气流流过转子后进入一个相应的装置内，并引起一种喷嘴效应，这种喷嘴效应在文丘里效应的基础上可使布置在定子内的冷却通道中出现气流。
通过使较高的空气量从转子的内孔中流过，可使布置在铁芯叠片中或布置在转子圆周上的永磁体(其剩磁与温度相关)得到有效冷却。借此可避免电机的磁通随磁体温度发生变化，进而可避免电机的感应电压和可产生起动转矩减小。
当电机处于发电机模式时，这一点对于二极管整流器而言特别有利。但反过来这也说明，处于发电机模式的电机即使在停车状态下也不应进行真正的冷却。
为能在电机的这些不同工作状态之间在转子中以及在永磁体上实现温度均衡，本发明的带有永磁体的电机借助二极管整流器针对停车状态设置了一个用于转子的电加热装置。借此可在转子中没有电损和铁损的情况下避免电机彻底冷却。
这样就无需在电机工作(即处于旋转状态)时输送电能，从而可避免使用会引起磨损的触点。
根据另一实施方式，轮毂结构与布置在转子内孔中的浇铸散热片一起就已经构成一个轴流式风扇，这个轴流式风扇可在转子内孔中产生轴向气流。
在此情况下，空气从转子内孔中流过，并在转子的末端绕过定子的端部绕组沿径向发生偏转。特别可在定子区域内通过一个适当的装置(特别是喷嘴)利用文丘里效应在这一侧的定子末端处产生一个负压，从而使定子铁芯叠片中的冷却通道和/或定子和外壳之间的冷却通道中产生可用于冷却定子的气流。
也可利用文丘里效应通过电机的气隙吸入空气，以便对布置在转子圆周上的永磁体进行有效冷却。其中，为避免存在于冷却空气中的磁性粒子积聚在永磁体上，有必要使用经机械过滤或电力过滤的冷却空气。
根据一种特别优选的实施方式，电机中布置有温度传感器，这些温度传感器可为电机(特别是转子)自动设定尽可能恒定的温度特性。其中，对布置在转子和定子上的永磁体区域内的温度进行检测，并相应提供冷却空气或电力加热。
附图说明
图1显示的是电机的示意图。
下面借助附图所示的实施例对本发明及其有利建构方案作进一步说明。
具体实施方式
附图显示的是电机1的示意图，电机1特别是一个布置在外壳2内的永磁同步电机。所述电机包括定子3，定子3的复数槽中布置有绕组系统，这个绕组系统在定子3的端面形成端部绕组6。所述绕组系统特别为三相绕组系统，其中，既可使用传统的绕线工艺(即短节距绕组)，也可使用绕齿线圈。
绕齿线圈指的是分别只环绕定子3的一个机械齿的线圈。定子3实施为叠片结构，并包括复数个基本沿轴向延伸的冷却通道8。外壳2和定子3之间也设置有冷却通道9，但在其他实施方式中，冷却通道9并非为必需组件；此外，即使不设置冷却通道9，也能清楚说明本发明的作用原理。
轴5包括一个轮毂结构7，轮毂结构7上用已知的紧固方法(例如热压配合)固定有铁芯叠片19。
铁芯叠片19也可配有至少一个相应的内孔。有利方案是设置复数个沿轴向平行延伸的钻孔。
转子20的铁芯叠片19在其外圆周上包括复数个永磁体14，这些永磁体通过适当的紧固件(例如胶粘剂和/或绷带16)固定在转子20上。
另一种实施方式是将永磁体14布置在转子20中的铁芯叠片19的内部，从而形成埋设永磁体14。
永磁体14也可直接(即不通过转子20的铁芯叠片19)布置和固定在轮毂结构7上。
轮毂结构7实施为空心组件，且其空腔内可以布置可在电机工作过程中产生轴向气流的构件。这些通风构件可以是风扇叶片11，在转子20的旋转过程中，风扇叶片11通过气流通道17将空气吸入电机内腔，进而将空气吸入内孔。通过这种方式在转子20的内孔中形成至少一个轴流式风扇4。从转子20的冷却通道10和12中通过的气流可使转子20的永磁体14得到充分通风，并为其调节温度。
轴流式风扇4既可设计为用于强制通风，也可设计为包括自通风功能。在自通风情况下，将类似于风扇叶片的构件建构为轮毂结构空腔的组成部分。
采用本发明的设计可使永磁体14包括恒定剩磁，这种恒定剩磁会对电机1的感应电压特性和转矩特性产生有利影响。冷却空气流离开转子20后进入装置13，其中，在转子20中经过受热的冷却空气沿轴向从转子20中流出，发生转向后沿径向通过开口18流到电机外部。
通过提高从转子20中流出的冷却空气流的流速，可在文丘里效应(Venturi effect)的基础上实现一种拉动效应，这种拉动效应可使冷却通道8和9中也有冷却空气流通过，从而使定子3同时得到冷却。
这种冷却方案特别适用于用作发电机、且须包括精确的温度恒定性的电机。电力机车(特别是柴油机车)就是这样一个例子。

Claims (7)

1.一种电机(1)，所述电机包括：
定子(3)，所述定子包括复数个布置在铁芯叠片中和/或布置在所述定子和一个外壳之间的沿轴向延伸的冷却通道(8)，
转子(20)，所述转子的铁芯叠片(19)布置在带有内孔的轮毂结构(7)上，
复数个永磁体(14)，所述永磁体布置在所述转子(20)的铁芯叠片(19)中或所述转子(20)的铁芯叠片(19)上，
至少一个轴流式风扇(4)，所述轴流式风扇布置在所述转子(20)的内孔中，所述轴流式风扇所产生的气流流过所述转子(20)后进入一个相应的装置(13)内，并引起喷嘴效应，所述喷嘴效应在文丘里效应的基础上可使布置在所述定子(3)铁芯叠片中的冷却通道(8)和/或布置在所述定子和所述外壳之间的冷却通道中出现气流；
其中，在所述转子(20)的旋转过程中，所述轴流式风扇的风扇叶片(11)通过气流通道(17)将冷却空气吸入所述转子的内孔，并且所述冷却空气离开所述转子后进入所述装置(13)，其中，在所述转子(20)中经过受热的冷空气沿轴向从所述转子(20)中流出，发生转向后沿径向通过开口(18)流到外部；
其中所述冷却空气经过机械过滤或者电力过滤。
2.根据权利要求1所述的电机(1)，其特征在于，
所述轴流式风扇(4)是所述轮毂结构(7)的组成部分，即所述轴流式风扇(4)和所述轮毂结构(7)为一整体。
3.根据权利要求2所述的电机(1)，其特征在于，
所述轴流式风扇(4)通过所述内孔的结构而实现。
4.根据权利要求3所述的电机(1)，其特征在于，
所述轴流式风扇(4)通过倾斜叶片(11)而实现。
5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的电机(1)，其特征在于，所述定子(3)包括附加的水套冷却装置。
6.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的电机(1)，其特征在于，所述转子(20)包括附加的电力加热装置，所述电力加热装置布置在所述铁芯叠片(19)中。
7.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的电机(1)，其特征在于，布置在所述转子(20)和/或所述定子(3)上的温度传感器检测所述永磁体(14)和所述电机(1)上的其他热点的温度，并相应地自动对其进行加热或冷却。
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