一种转子组件及电机的制作方法

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明属于电机技术领域，具体涉及一种转子组件及电机。背景技术：2.高速永磁电机因其结构简单、力能密度高、无励磁损耗、效率高等优点被广泛应用于不同的工业领域，随着工业应用领域对电机性能要求的提高，高速永磁电机的设计往往呈现高运行转速、高功率密度以及高电磁负荷的特点，这无疑将极大的提升永磁电机设计的难度。在极端情况下可能存在部分磁钢过热的问题，当磁钢无法得到良好的冷却时，将导致这部分磁钢的失效，进而导致电机性能下降甚至失效，因此如何保证磁钢得到良好的冷却是目前的难题。3.常用的转子冷却的方式有两种，第一种为风冷，用位于转轴一侧的轴流风扇或者外置鼓风设备根据要求提供冷却风量，冷却风吹拂转子表面降低转子温度。但是，在高转速运行状态下，风冷将会明显增大电机的风摩损耗，同时也会产生严重的风噪。另一种为油冷，转子油冷方式多采用中空转轴，或者特斯拉电机使用的多层中空转轴结构，冷却油经转轴一端流入，由转轴另一端或者转轴内部的一层空腔流出。但是，转子护套、永磁体和转子轭部的热量传递至转轴的路径较长，所以这一方法冷却效果有限。4.一些技术中，提供一种油冷电机的冷却系统，包括机壳、转轴、轴承、转子铁芯、转子端板、主油管道、副油管道、喷油孔、定子绕组、定子铁心、收油槽、进油口、出油口，转轴轴向挖空为主油管道，从转轴径向挖空到转子铁芯表面为副油管道，喷油孔与副油管道一一对应。冷却油通过进油口进入转轴中的主油管道以及主油管道相连接的副油管道，与副油管道相对应的喷油孔对定子铁心和定子绕组进行喷淋冷却，最后通过机壳内壁底侧的收油槽收集冷却油，并从出油口将冷却油排出电机。上述永磁电机空心转子冷却结构中油仅通过转轴中心设置的转子轴向油道对转子进行冷却，油直接流出，油道没有储油能力，油与转子接触面积小，对转子的冷却效果差。技术实现要素：5.因此，本发明提供一种转子组件及电机，通过在转子铁芯与转轴之间套设冷却组件，使冷却组件直接与转子铁芯和光轴换热，减少了中间热量传递介质，提高了换热效率。6.为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，本发明的实施例提供一种转子组件，包括光轴、转子铁芯和冷却组件，光轴具有轴伸端、中间段和尾端，冷却组件套装于中间段的外周壁，转子铁芯套装于冷却组件的外周壁，轴伸端内开设有第一流道，冷却组件内开设有第二流道，尾端上开设有第三流道，流入第一流道内的冷却介质能够流经第二流道，并从第三流道流出。7.在一些实施例中，转子铁芯上开设有若干个沿轴向贯穿转子铁芯的磁钢槽，每个磁钢槽内均插装有磁钢，每个磁钢槽的内周壁上开设有至少一条凹槽，磁钢槽内的凹槽与磁钢之间形成磁钢冷却流道，流入第一流道内的冷却介质还能够流经磁钢冷却流道，并从第三流道流出。8.在一些实施例中，光轴上套装有第一挡板，转子铁芯靠近轴伸端的一端与第一挡板抵接，第一挡板具有第一空腔，流入第一流道内的冷却介质能够流入第一空腔，并经第一空腔分别流向第二流道和磁钢冷却流道。9.在一些实施例中，光轴上还套装有第二挡板，转子铁芯靠近尾端的一端与第二挡板抵接，第二挡板具有第二空腔，流入第二流道和磁钢冷却流道内的冷却介质能够汇入第二空腔，并经第二空腔流向第三流道。10.在一些实施例中，第一流道包括沿轴伸端的轴向开设的入口流道和沿轴伸端的径向开设的分流流道，分流流道连通入口流道与第一空腔。11.在一些实施例中，分流流道的数量为多条，多条分流流道的孔截面积之和大于入口流道的孔截面积。12.在一些实施例中，第三流道包括沿尾端的轴向开设的出口流道和沿尾端的径向开设的汇流流道，汇流流道的数量为多条，每条汇流流道均连通第二空腔和出口流道。13.在一些实施例中，冷却组件包括多个沿光轴的轴向分布的冷却单元，每个冷却单元内沿光轴的轴向开设有冷却通道，冷却组件上的多个冷却通道共同形成第二流道。14.在一些实施例中，第一挡板与转子铁芯对应连接的端面开设有第一环形通道与若干个第一导流孔，第一环形通道与多个磁钢冷却流道的位置对应，第一导流孔与冷却通道的数量相同，且开设位置一一对应。15.在一些实施例中，第二挡板与转子铁芯对应连接的端面开设有第二环形通道与若干个第二导流孔，第二环形通道与多个磁钢冷却流道的位置相对应，第二导流孔与冷却通道的数量相同，且位置一一对应。16.根据本技术的另一个方面，本发明的实施例还提供一种电机，电机包括上述的转子组件。17.与现有技术相比，本发明提供的转子组件至少具有下列有益效果：18.本发明提供一种转子组件，包括光轴、转子铁芯和冷却组件，光轴具有轴伸端、中间段和尾端，冷却组件套装于中间段的外周壁，转子铁芯套装于冷却组件的外周壁，轴伸端内开设有第一流道，冷却组件内开设有第二流道，尾端上开设有第三流道，流入第一流道内的冷却介质能够流经第二流道并从第三流道流出。仅在光轴的轴伸端和尾端开设流道，保障了光轴的刚度。并且冷却组件直接与转子铁芯和光轴换热，减少了中间热量传递介质，提高了换热效率，并且增大了冷却组件与转子组件的接触面积，解决了现有技术中冷却介质与转子接触面积小，冷却效果差的问题。19.另一方面，本发明提供的电机是基于上述转子组件而设计的，其有益效果参见上述转子组件的有益效果，在此，不一一赘述。20.上述说明仅是本发明的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明21.图1为本发明实施例提供的转子组件的轴向截面示意图；22.图2为本发明实施例提供的转子组件的结构示意图；23.图3为本发明实施例提供的转子组件的径向截面示意图；24.图4为本发明实施例提供的转子组件中光轴的结构示意图；25.图5为本发明实施例提供的转子组件中光轴的轴向截面示意图；26.图6为本发明实施例提供的转子组件中光轴的轴伸端的径向截面示意图；27.图7为本发明实施例提供的转子组件中转子铁芯的结构示意图；28.图8为本发明实施例提供的转子组件中转子铁芯的轴向截面示意图；29.图9为图8中a处的局部放大图；30.图10为本发明实施例提供的转子组件中冷却单元的结构示意图；31.图11为本发明实施例提供的转子组件中冷却单元的剖视图；32.图12为本发明实施例提供的转子组件中冷却单元的侧视图；33.图13为本发明实施例提供的转子组件中第一挡板的侧视图；34.图14为本发明实施例提供的转子组件中第二挡板的侧视图35.附图标记表示为：36.1、光轴；2、转子铁芯；3、冷却组件；4、磁钢；5、磁钢冷却流道；6、第一挡板；7、第二挡板；8、精密螺帽；11、轴伸端；12、中间段；13、尾端；21、磁钢槽；31、第二流道；32、冷却单元；61、第一空腔；62、第一环形通道；63、第一导流孔；71、第二空腔；72、第二环形通道；73、第二导流孔；111、入口流道；112、分流流道；131、出口流道；132、汇流流道；211、凹槽；321、冷却通道。具体实施方式37.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。38.在本发明的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。40.参见图1至图14所示，本实施例提供一种转子组件，包括光轴1、转子铁芯2和冷却组件3，光轴1具有轴伸端11、中间段12和尾端13，冷却组件3套装于中间段12的外周壁，转子铁芯2套装于冷却组件3的外周壁，轴伸端11内开设有第一流道，冷却组件3内开设有第二流道31，尾端13上开设有第三流道，流入第一流道内的冷却介质能够流经第二流道31，并从第三流道流出。41.具体地，冷却介质为绝缘无腐蚀介质，如油、冷媒、纯净水等。冷却组件3的外表面与转子铁芯2的内表面完全接触，而该冷却组件3的内表面与光轴1的外表面完全接触，极大的增加了转子组件与冷却介质的接触面积，提升了冷却效果。且冷却组件3设置在光轴1与转子铁芯2之间，使光轴1和转子铁芯2都能直接与冷却组件3交换热量，减少了中间热量传递介质，即提高了导热效率，又使整个转子组件均匀冷却。42.更具体的，仅在轴伸端11和尾端13上开设流道，保障了转子组件的刚度。且轴伸端11和尾端13温度不高，此处第一流道和第三流道可以较窄，冷却组件3可以设置为具有存储冷却介质功能的中空结构，即冷却组件3的内周壁和外周壁之间具有间隙。间隙形成第二流道31，增加换热面积，且换热更加均匀。使第二流道31的孔截面积大于第一流道的孔截面积，或使第三流道的孔截面积小于第一流道的孔截面积，有效降低冷却介质的流速，增加冷却介质在冷却组件3中的停留时间，保证充分换热，进一步提高换热效率。其中，本技术方案中的转子铁芯2也可以由转子冲片冲压而成。43.在具体实施例中，转子铁芯2上开设有若干个沿轴向贯穿转子铁芯2的磁钢槽21，每个磁钢槽21内均插装有磁钢4，每个磁钢槽21的内周壁上开设有至少一条凹槽211，磁钢槽21内的凹槽211与磁钢4之间形成磁钢冷却流道5，流入第一流道内的冷却介质还能够流经磁钢冷却流道5，并从第三流道流出。44.具体地，如图3、图8和图9所示，在一个磁钢槽21内，内周壁上的每一条凹槽211都能够和磁钢4共同形成一条间隙，多个磁钢槽21内的间隙共同形成磁钢冷却流道5。冷却介质流经磁钢冷却流道5时与磁钢4直接接触，磁钢4是转子组件最严重的发热源，没有中间冷却介质能够提高换热效率，避免温度过高导致磁钢退磁，间接提高了电机性能。优选地，每个磁钢槽21内可以沿内周壁均匀设置多个凹槽211，增加冷却介质与磁钢4的接触面积，提高换热效率，也使磁钢4换热更为均匀。此处冷却组件3也能够通过转子铁芯2对磁钢4换热，两种换热效果叠加，冷却效果更好。45.进一步地，光轴1上套装有第一挡板6，转子铁芯2靠近轴伸端11的一端与第一挡板6抵接，第一挡板6具有第一空腔61，流入第一流道内的冷却介质能够流入第一空腔61，并经第一空腔61分别流向第二流道31和磁钢冷却流道5。光轴1上还套装有第二挡板7，转子铁芯2靠近尾端13的一端与第二挡板7抵接，第二挡板7具有第二空腔71，流入第二流道31和磁钢冷却流道5内的冷却介质能够汇入第二空腔71，并经第二空腔71流向第三流道。46.在本技术方案中，如图2所示，第一挡板6和第二挡板7通过精密螺帽8固定连接在转子铁芯2的两端。轴伸端11上的第一流道内的冷却介质先流入第一挡板6中的第一空腔61，通过第一空腔61分流，其中一部分冷却介质流通过第二流道31流入第二挡板7的第二空腔71，对光轴1和转子铁芯2进行降温；另一部分冷却介质流通过磁钢冷却流道5流入第二挡板7的第二空腔71，对转子铁芯2内的多个磁钢4进行降温；两部分冷却介质在第二空腔71中汇流后，共同经第三流道流出。47.在具体实施例中，第一流道包括沿轴伸端11的轴向开设的入口流道111和沿轴伸端11的径向开设的分流流道112，分流流道112连通入口流道111与第一空腔61。分流流道112的数量为多条，多条分流流道112的孔截面积之和大于入口流道111的孔截面积。48.进一步地，第三流道包括沿尾端13的轴向开设的出口流道131和沿尾端13的径向开设的汇流流道132，汇流流道132的数量为多条，每条汇流流道132均连通第二空腔71和出口流道131。49.在本技术方案中，如图1和图6所示，多条分流流道112均匀分布，使冷却介质能够均匀流入第一挡板6中，进一步更加均匀的流入冷却组件3和磁钢冷却流道5，使转子组件换热效果更好。冷却介质从入口流道111流入多条分流流道112时，分流分压，降低冷却介质的流速。冷却介质从分流流道112进入第一空腔61，再进入冷却组件3中，此时换热更充分，从冷却组件3中流出的冷却介质在第二空腔71中汇聚，经多条汇流流道132流向出口流道131。优选地，汇流流道132的数量小于分流流道112的数量，进一步增强冷却组件3的存储作用，提高换热效率。50.在具体实施例中，冷却组件3包括多个沿光轴1的轴向分布的冷却单元32，每个冷却单元32内沿光轴1的轴向开设有冷却通道321，冷却组件3上的多个冷却通道321共同形成第二流道31。51.具体地，如图10至12所示，冷却单元32为圆弧瓦片型，多个圆弧瓦片型冷却单元32紧贴在光轴1的外周壁上形成冷却组件3，对比一体式圆环空心结构的冷却组件具有更强的支撑力，对转子组件的刚度影响较小，电机可靠性更高。52.在具体实施例中，第一挡板6与转子铁芯2对应连接的端面开设有第一环形通道62与若干个第一导流孔63，第一环形通道62与多个磁钢冷却流道5的位置对应，第一导流孔63与冷却通道321的数量相同，且开设位置一一对应。53.在具体实施例中，第二挡板7与转子铁芯2对应连接的端面开设有第二环形通道72与若干个第二导流孔73，第二环形通道72与多个磁钢冷却流道5的位置相对应，第二导流孔73与冷却通道321的数量相同，且位置一一对应。54.在本技术方案中，第一挡板6上开设有与分流流道112对应匹配的进油口，分流流道112内的冷却介质经进油口流至第一空腔61。第一挡板6与转子铁芯2的抵接面开设如图13所示的第一环形通道62与若干个第一导流孔63。第二挡板7与转子铁芯2的抵接面开设如图14所示的第二环形通道72与若干个第二导流孔73，分别与图13所示的第一环形通道62和第一导流孔63相对应。第二挡板7上开设有与汇流流道132对应匹配的出油口，第二空腔71内的冷却介质经出油口流至汇流流道132。冷却介质从分流流道112中经进油口流入第一空腔61后向四周扩散，一部分从多个第一导流孔63中流向一一对应的冷却通道321进行换热，并从相对应的第二导流孔73中流至第二空腔71；另一部分从第一环形通道62渗流至磁钢冷却流道5，即所有凹槽211与磁钢形成的间隙进行换热，并从第二环形通道72中流至第二空腔71；冷却介质在第二空腔71汇集，并经出油口流至对应的汇流流道132后，经出口流道131流出。55.本技术提供的转子组件，冷却介质由外接制冷机直接通入轴伸端11上的入口流道111，由于轴伸端11的温度不高，且不是发热源，不用进行过多的冷却，在此通道时冷却介质的流速最快。然后进入分流流道112，对冷却介质进行分流分压，进而减慢冷却介质的流速，此时冷却介质再流入第一挡板6中，冷却介质分为两部分，一部分由第一挡板6流到圆弧瓦片型的冷却单元的冷却介质存储腔中，即冷却通道321中，冷却介质存储腔的横截面积远远大于分流流道112的横截面积，冷却介质在存储腔的流速进一步减慢，保证了冷却介质流入到存储腔中，能够有充足的时间和中间段12、转子铁芯2、以及磁钢4进行热量交换。本技术中的冷却结构中，冷却组件3中的冷却介质分别对光轴1和转子铁芯2进行冷却，减少了中间热量传递介质，即提高了导热效率，又使整个转子组件均匀冷却。另一部分冷却介质会由第一挡板6进入到磁钢冷却流道5中，使冷却介质对磁钢进行直接冷却。因为磁钢是转子严重的发热源，为了防止温度过高，导致磁钢退磁，影响电机性能，而冷却介质直接对磁钢表面进行冷却，即提高了导热效率，又间接提高电机性能。冷却介质完成对转子的冷却后，汇流到第二挡板中进入到光轴1的汇流流道132，再由出口流道131流回外接制冷机，如此形成为一个完整的闭环，密封连接使冷却介质不会泄露至电机内部进而影响电机效率，提高了转子组件的可靠性。56.本技术还提供一种电机，包括上述的转子组件，冷却效果好，电机性能高，可靠性高。57.以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。









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