專利名稱：一種直冷式永磁交流伺服電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)及其在燃料電池中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水冷卻、空氣冷卻或者采用類似的介質(zhì)冷卻式電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用，具體地說(shuō)是一種直冷式永磁交流伺服電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)及其在燃料電池中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)的冷卻效果直接影響到電機(jī)的性能，具有良好冷卻效果的電動(dòng)機(jī)，能減小電動(dòng)機(jī)的外形體積，提高工作效率，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命，并使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳的工作狀態(tài)。通常電動(dòng)機(jī)的冷卻方式有外部冷卻和機(jī)內(nèi)直接冷卻兩種。所謂外部冷卻方式即采用風(fēng)機(jī)散熱，達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)降溫的目的。這種冷卻方式較為簡(jiǎn)單，但對(duì)于長(zhǎng)期處于高溫、高熱、高粉塵或者類似相對(duì)惡劣環(huán)境下工作的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。另外，為得到較好的通風(fēng)散熱效果，現(xiàn)有技術(shù)多采用加大殼體尺寸的方法來(lái)得到相對(duì)大的通風(fēng)面積，這樣一來(lái)不僅會(huì)直接導(dǎo)致用材和成本的增加，還因電動(dòng)機(jī)尺寸和重量的增大給使用者帶來(lái)不便。
現(xiàn)有的直冷式電動(dòng)機(jī)，如中國(guó)專利CN2412311Y說(shuō)明書公開(kāi)的一種水冷式電動(dòng)機(jī)外殼，它的外殼為夾層式結(jié)構(gòu)，在所述的夾層內(nèi)設(shè)置有螺旋水道，在電機(jī)外殼上設(shè)置有與所述的夾層內(nèi)腔相通的進(jìn)、出水管口。在上述進(jìn)水管內(nèi)通入冷卻水，冷卻水在螺旋水道內(nèi)流動(dòng)，將電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量帶走，從而達(dá)到冷卻的效果。上述結(jié)構(gòu)的電機(jī)外殼，能有效地降低電動(dòng)機(jī)的工作溫度，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。但是它也存在以下缺點(diǎn)其一是由于螺旋水道的特點(diǎn)決定了其進(jìn)水管口和出水管口是分別設(shè)置在電動(dòng)機(jī)的兩端的，這樣，電動(dòng)機(jī)的軸向溫度分布很不均勻，呈現(xiàn)一端高、另一端低的狀態(tài)，會(huì)降低冷卻效果。其二是在外殼內(nèi)加工螺旋水道的工藝難度很大，使得電動(dòng)機(jī)的制作成本相對(duì)較高。簡(jiǎn)單的方法是在外殼內(nèi)設(shè)置一條螺旋狀的金屬管，但是這也會(huì)帶來(lái)該金屬管與外殼接觸不良，導(dǎo)致散熱效果下降的問(wèn)題。
永磁交流伺服電機(jī)以其良好的調(diào)速性能和精確的定位性能被廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，也可以作為無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行，或者作為永磁同步電機(jī)運(yùn)行，通常應(yīng)用于數(shù)控車床電機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。而燃料電池作為一種新型無(wú)污染的發(fā)電裝置，其工作原理是利用氫氣和高壓氧對(duì)撞后產(chǎn)生的能量進(jìn)行發(fā)電的，其中的高壓氧是由電機(jī)帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)而獲得。由于在許多使用場(chǎng)合要求其發(fā)電量是變化的，亦即空氣壓縮機(jī)的流量須按系統(tǒng)要求而隨時(shí)變化，這就要求驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)的電機(jī)也有很好的伺服性，同時(shí)還要求電機(jī)有較高的效率、較小的體積和較輕的重量，同時(shí)兼有良好的低速運(yùn)行性能。由于異步電機(jī)具有容易起動(dòng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而傳統(tǒng)的空壓機(jī)通常由異步電機(jī)帶動(dòng)。但是，另一方面，異步電機(jī)體積較大，且效率較低，同時(shí)其低速運(yùn)行的性能較差，不能滿足其在燃料電池的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有的直冷式電動(dòng)機(jī)存在的上述問(wèn)題，提供一種改進(jìn)型的直冷式永磁交流伺服電機(jī)，旨在采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)達(dá)到良好的散熱效果，進(jìn)而減小產(chǎn)品體積，提高運(yùn)行效率。
本發(fā)明還要提供一種能進(jìn)一步降低電動(dòng)機(jī)自身發(fā)熱的永磁交流伺服電機(jī)。
實(shí)際上，本發(fā)明還涉及永磁交流伺服電機(jī)在燃料電池中的應(yīng)用。
本發(fā)明還涉及無(wú)刷直流電機(jī)在燃料電池中的應(yīng)用。
解決上述問(wèn)題采用的技術(shù)方案是一種直冷式永磁交流伺服電機(jī)，包括外殼、定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于所述的外殼內(nèi)設(shè)有軸向的迷宮式通道，所述通道的兩端分別設(shè)置有進(jìn)口和出口。
本發(fā)明的直冷式永磁交流伺服電機(jī)，由于外殼內(nèi)設(shè)有軸向的迷宮式通道，向通道內(nèi)注入水或者空氣等冷卻介質(zhì)，所述介質(zhì)在該迷宮式通道內(nèi)沿軸向迂回流動(dòng)，將電機(jī)產(chǎn)生的熱量帶走，最后，被加熱后的介質(zhì)從出口流出。外殼采用迷宮式通道結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，由于介質(zhì)交替從外殼的一端流向另一端，使得電機(jī)的軸向溫度非常均勻，有效地達(dá)到降溫的效果，進(jìn)而可降低電機(jī)的外形體積，提高電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)。同時(shí)，迷宮式通道結(jié)構(gòu)還可增加介質(zhì)經(jīng)過(guò)的途徑，進(jìn)一步改善冷卻效果。由于迷宮式通道結(jié)構(gòu)制作非常簡(jiǎn)單，無(wú)須增設(shè)管路，因而不會(huì)增加制作成本，并且使得介質(zhì)與通道接觸良好。
當(dāng)迷宮式通道的隔板為偶數(shù)時(shí)，所述的通道進(jìn)口與出口處在電動(dòng)機(jī)的同一端；而當(dāng)迷宮式通道的隔板為奇數(shù)時(shí)，所述的進(jìn)口與出口分別處在電動(dòng)機(jī)的兩端。所述的隔板可以是與電動(dòng)機(jī)軸線平行的，也可以與電動(dòng)機(jī)軸線呈一定角度。前者結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于制作；而后者可延長(zhǎng)通道總長(zhǎng)度。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，至少在一側(cè)端蓋上設(shè)有冷卻通道，以保護(hù)軸承不會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而失油，從而導(dǎo)致軸承損壞，同時(shí)也帶走一部分轉(zhuǎn)子熱量。該冷卻通道可以自成回路，也可以與所述的外殼上的迷宮式通道連通。
作為發(fā)明的再進(jìn)一步的改進(jìn)，在定子線圈的端部與外殼內(nèi)表面之間還設(shè)有導(dǎo)熱絕緣層，使定子線圈端部產(chǎn)生的熱量能迅速被帶走。
作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的轉(zhuǎn)子上交替設(shè)有永磁體，所述的每極永磁體由兩個(gè)或者多個(gè)磁體單元沿軸向拼接而成，并且相鄰的單元之間留有間隙。由于間隙的存在，可有效地削弱永磁體中的渦流，可進(jìn)一步降低電機(jī)工作產(chǎn)生的溫升。
實(shí)驗(yàn)證明，在相同的電機(jī)功率下，本發(fā)明的永磁交流伺服電機(jī)在采用水冷介質(zhì)時(shí)的重量為異步電機(jī)重量的八分之一到十分之一，其冷卻效果是很顯著的。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是迷宮式外殼的展開(kāi)圖。
圖3是轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為一永磁交流伺服電機(jī)，它由外殼3、定子7、轉(zhuǎn)子8、左端蓋2、右端蓋9和編碼器11構(gòu)成，在所述的定子7上嵌有線圈，在定子線圈的端部4與外殼3的內(nèi)表面之間還設(shè)有導(dǎo)熱絕緣層5，該導(dǎo)熱絕緣層5可采用既有良好導(dǎo)熱性能同時(shí)又兼有良好絕緣性能的石英粉材料，使定子線圈端部5產(chǎn)生的熱量能迅速被帶走。在所述的外殼3上設(shè)有冷卻通道6，在所述的左端蓋2上設(shè)有冷卻通道1，在所述的右端蓋9上也設(shè)有冷卻通道10。上述的冷卻通道可以獨(dú)立設(shè)置，自成體系，也可以互相連通。對(duì)于后者結(jié)構(gòu)，可以串聯(lián)運(yùn)行，也可以并聯(lián)運(yùn)行。
圖2所示是外殼3沿軸線A-A剖開(kāi)后的展開(kāi)圖。從圖中可見(jiàn)，在所述的外殼3內(nèi)設(shè)有一組軸向的隔板，所述的隔板與電動(dòng)機(jī)軸線平行。在本實(shí)施例中，所述隔板的數(shù)量為6個(gè)，其中隔板12-1、12-3、12-5與外殼3的左端留有空隙16，隔板12-2和隔板12-4與外殼3的右端留有空隙，這樣，隔板在外殼3上交替設(shè)置有空隙，形成一個(gè)迷宮式的通道6。設(shè)置在通道6末端的隔板15與外殼3的兩端固定，形成隔斷，在隔板15的左側(cè)設(shè)有通道進(jìn)口13，在隔板15的右側(cè)設(shè)有通道出口14。由于隔板數(shù)量為偶數(shù)，所以通道進(jìn)口13與通道出口14設(shè)置在外殼的同一端。
使用時(shí)，在通道進(jìn)口13處注入冷卻水，該冷卻水在壓力的作用下沿箭頭方向在迷宮式通道內(nèi)推進(jìn)，并不斷地帶走電動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，最后從通道出口14流出。其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2中心線所示。
以20KW永磁交流伺服電機(jī)為例，采用普通水壓注水冷卻，水的常溫為20℃，在通道出口14處的水溫約為50℃，并且電動(dòng)機(jī)外殼3的兩端溫度均勻，能起到良好的降溫效果。
圖3所示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)軸19上沿圓周方向交替設(shè)有N極、S極永磁體，所述的每極永磁體由四個(gè)磁體單元17沿軸向拼接而成，并且相鄰的單元之間留有間隙18。由于間隙18的存在，可有效地削弱永磁體中的渦流，可進(jìn)一步降低電動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的溫升。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，不論是何種類型的電動(dòng)機(jī)，不論其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，也不論其采用何種介質(zhì)，凡是在外殼上采用迷宮式通道結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)均落在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直冷式永磁交流伺服電機(jī)，包括外殼(3)、定子(7)和轉(zhuǎn)子(8)，其特征在于所述的外殼(3)內(nèi)設(shè)有軸向的迷宮式通道(6)，所述通道(6)的兩端分別設(shè)置有進(jìn)口(13)和出口(14)。
2.如權(quán)利要求3所述的直冷式永磁交流伺服電機(jī)，其特征在于在所述定子線圈的端部與外殼內(nèi)表面之間還設(shè)有導(dǎo)熱絕緣層(5)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的直冷式永磁交流伺服電機(jī)，其特征在于至少一側(cè)端蓋(2、9)上設(shè)有冷卻通道(1、10)。
4.如權(quán)利要求3所述的直冷式永磁交流伺服電機(jī)，其特征在于所述的端蓋冷卻通道(1、10)自成回路。
5.如權(quán)利要求3所述的直冷式永磁交流伺服電機(jī)，其特征在于所述的端蓋冷卻通道(1、10)與所述的外殼上的迷宮式通道(6)連通。
6.如權(quán)利要求5所述的直冷式永磁交流伺服電機(jī)，其特征在于所述的端蓋冷卻通道(1、10)與所述的外殼上的迷宮式通道(6)串聯(lián)。
7.如權(quán)利要求5所述的直冷式永磁交流伺服電機(jī)，其特征在于所述的端蓋冷卻通道(1、10)與所述的外殼上的迷宮式通道(6)并聯(lián)。
8.如權(quán)利要求1所述的直冷式永磁交流伺服電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子上的每極永磁體由兩個(gè)或者多個(gè)磁體單元(17)沿軸向拼接而成，并且相鄰的單元(17)之間留有間隙(18)。
9.永磁交流伺服電機(jī)在燃料電池中的應(yīng)用。
10.無(wú)刷直流電機(jī)在燃料電池中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直冷式永磁交流伺服電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)，包括外殼、定子和轉(zhuǎn)子，它的主要特點(diǎn)在于所述的外殼內(nèi)設(shè)有軸向的迷宮式通道，所述通道的兩端分別設(shè)置有進(jìn)口和出口。向通道內(nèi)注入水或者空氣等冷卻介質(zhì)，介質(zhì)交替從外殼的一端流向另一端，使得電機(jī)的軸向溫度非常均勻，有效地達(dá)到降溫的效果，進(jìn)而可降低電機(jī)的外形體積，提高電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)。同時(shí)，迷宮式通道結(jié)構(gòu)還可增加介質(zhì)經(jīng)過(guò)的途徑，進(jìn)一步改善冷卻效果。由于迷宮式通道結(jié)構(gòu)制作非常簡(jiǎn)單，無(wú)須增設(shè)管路，因而不會(huì)增加制作成本，并且使得介質(zhì)與通道接觸良好。本發(fā)明還涉及永磁交流伺服電機(jī)及無(wú)刷直流電機(jī)在燃料電池中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02K9/22GK1560982SQ20031011375
公開(kāi)日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2003年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月24日
發(fā)明者陳陽(yáng)生 申請(qǐng)人:杭州英邁克電子有限公司