一种电动机的制作方法

本发明涉及工业应用的全封闭自通风电动机。

背景技术：

三相异步电动机的定子和转子发热约各占到一半，工业电机的定子发热略高，牵引电动机由于工作负荷大，转子转差率大，转子发热量会达到总体发热量的一半以上。

三相异步电动机的通风冷却方式通常分为开放式和封闭式。

1.对于现有的开放式电动机：外部冷却空气直接流经定子和转子表面，带走大部分热量，冷却效果好。缺点是定子线圈绝缘系统容易受到外界灰尘、湿气、油污的侵蚀。根据国际电机协会的统计，由于定子绝缘故障造成电动机失效的几率占到总体的三成以上，仅次于轴承故障引起的电动机失效。对于开放式电动机，发生定子绝缘故障的几率会更高。

2.对于现有的封闭式电动机，优点是定子绝缘具有清洁的工作环境因而绝缘可靠性高。定子与外壳直接接触，热传导效率高，比较容易通过外壳散热；而转子封闭在壳体内，热量很难散发出去，所以要提高封闭式电动机的功率和效率，转子散热是比较大的挑战，同样功率和效率的电机，封闭式电动机相对于开放式电动机会有更大的体积和重量、材料成本也会因此上升。

铁路车辆对牵引电动机的总体要求是体积小、重量轻、功率密度高，抵御恶劣环境能力强。

3.根据当前地铁上应用的开放式自通风牵引电动机的实际使用情况，在电动机投入运行10年以后，定子绝缘故障率会迅速升高，单条线路的牵引电动机月故障率可能达到2～3台，而且主要发生在绝缘故障。

4.通常在开放式自通风地铁牵引电动机的进风口安装过滤除尘装置，除去冷却空气中的大部分灰尘。过滤除尘装置需要定期拆卸清洗，周期大约是3个月，耗费大量人工。

5.当前低地板有轨电车在国内迅速普及，有轨电车的牵引电机靠近路面，容易接触雨水和灰尘，必须采用封闭式牵引电动机；为了增加转向架上方乘客和通道的空间，需要牵引电机的体积足够小；为了满足更大的坡道通过性能和提高制动能量回收率，要求牵引电动机的功率足够大，这些因素都对当前的牵引电动机设计工作提出巨大的挑战。

6.三相异步电动机的转子发热多，通常转子工作温度比定子工作温度高50到100度，转子热量容易通过轴传导给轴承，轴承工作温度高会降低润滑脂的性能进而减低轴承的寿命。轴承内圈受热过度膨胀可能会使轴承的工作游隙消失，轴承卡死进而烧毁电动机。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种采用双通道风扇实现定转子分开冷却的全封闭电动机，是一种定子封闭与转子开放相结合的通风散热方式，作为开放式和封闭式电机的一个中间品种，除了防爆、潜水和船用等特种电动机外，能够替代大部分常规的开放式和封闭式电动机，使电动机具有更低的工作温度和更高的效率，轴承和定子绝缘的可靠性也更高。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：采用双通道风扇实现定转子分开冷却的全封闭电动机，其特征在于：

电机的最外面是外壳、前端盖、后端盖紧固在一起形成一个腔体；

定子包括定子线圈和定子铁心，定子线圈固定在定子铁心内圆周均匀分布的槽内，定子线圈端部绕组布置在定子铁心两端,通过过盈配合定子铁心固定在外壳的内圆周；

前轴承安装在前端盖的中心位置，左右有负责固定轴承的迷宫密封装置；

后轴承安装在后端盖的中心位置，左右有负责固定轴承的迷宫密封装置；

轴安置在前轴承和后轴承的中心孔内，依靠两个轴承实现两点支撑的自由旋转能力；

转子包括转子铁心和鼠笼线圈，鼠笼线圈固定在转子铁心外圆周均匀分布的槽内；转子铁心内孔套在轴的中间位置，依靠过盈配合能够带动轴旋转，通过轴端输出动力；

前端盖的凸延与速度传感器齿盘形成迷宫密封，风扇的外圆周与后端盖的凸延是小间隙配合，这两处配合位置把电机内部空间分割成定子和转子两个空间，为达成转子开放式通风冷却，定子封闭式通风冷却成为可能；

电机外壳的定子风道处于电机主体外侧的宽度与高度最大尺寸的四个角，不占用电机圆周尺寸，为定子和转子保留最大空间，具有更高的功率密度；

设计独特的双通道风扇把风叶分成两组，圆周交错分布；风叶具有进风口和出风口，在旋转离心力的作用下为转子冷却风道提供风压；风叶具有进风口和出风口，在旋转离心力的作用下为定子冷却风道提供风压，一个风扇能够发挥两个风扇的作用，使得电机的外形更加紧凑，同时也使定子封闭与转子开放的组合冷却方式变得容易；

具有了独立的转子开放冷却风道和独立的定子封闭冷却风道；

在前端盖靠近前轴承处有进风口；后端盖靠近后轴承处有进风口，客观上能够强化前、后轴承的冷却，提高轴承的寿命；

速度传感器齿盘放于此位置不额外占用电机轴向长度，有利于电机轴向尺寸紧凑；如果不需要速度传感器，可以取消此零件，适当修改空气分隔套达成迷宫密封的效果。

为达到上述目的，本发明采用的另一技术方案如下：采用双通道风扇实现定转子分开冷却的全封闭电动机，其特征在于：

电机的最外面是外壳、前端盖、后端盖紧固在一起形成一个腔体；

定子包括定子线圈和定子铁心，定子线圈固定在定子铁心内圆周均匀分布的槽内，定子线圈端部绕组布置在定子铁心两端，通过过盈配合定子铁心固定在外壳的内圆周；

前轴承安装在前端盖的中心位置，左右有负责固定轴承的迷宫密封装置；

后轴承安装在后端盖的中心位置，左右有负责固定轴承的迷宫密封装置；

轴安置在前轴承和后轴承的中心孔内，依靠两个轴承实现两点支撑的自由旋转能力；

转子包括转子铁心和鼠笼线圈，鼠笼线圈固定在转子铁心外圆周均匀分布的槽内；转子铁心内孔套在轴的中间位置，依靠过盈配合能够带动轴旋转，通过轴端输出动力；

前端盖的凸延与速度传感器齿盘形成迷宫密封，风扇的外圆周与后端盖的凸延是小间隙配合，这两处配合位置把电机内部空间分割成定子和转子两个空间，为达成转子开放式通风冷却，定子封闭式通风冷却成为可能；

定子铁心外圆周均匀布置通风槽有利于减低定子铁损，虽然占用一定的电机圆周尺寸，但是定子散热均匀，适用于连续满负荷工作的应用场合；

设计独特的双通道风扇把风叶分成两组，圆周交错分布；风叶具有进风口和出风口，在旋转离心力的作用下为转子冷却风道提供风压；风叶具有进风口和出风口，在旋转离心力的作用下为定子冷却风道提供风压，一个风扇能够发挥两个风扇的作用，使得电机的外形更加紧凑，同时也使定子封闭与转子开放的组合冷却方式变得容易；

风道具有独立的转子开放冷却风道和独立的定子封闭冷却风道；

在前端盖靠近前轴承处有进风口，后端盖靠近后轴承处有进风口，客观上能够强化前、后轴承的冷却，提高轴承的寿命；

速度传感器齿盘放于此位置不额外占用电机轴向长度，有利于电机轴向尺寸紧凑，如果不需要速度传感器，可以取消此零件，适当修改空气分隔套达成迷宫密封的效果。

为达到上述目的，本发明采用的另一技术方案如下：采用双通道风扇实现定转子分开冷却的全封闭电动机，其特征在于：

电机的最外面是外壳、前端盖、后端盖紧固在一起形成一个腔体；

定子包括定子线圈和定子铁心，定子线圈固定在定子铁心内圆周均匀分布的槽内，定子线圈端部绕组布置在定子铁心两端，通过过盈配合定子铁心固定在外壳的内圆周；

前轴承安装在前端盖的中心位置，左右有负责固定轴承的迷宫密封装置；

后轴承安装在后端盖的中心位置，左右有负责固定轴承的迷宫密封装置；

轴安置在前轴承和后轴承的中心孔内，依靠两个轴承实现两点支撑的自由旋转能力；

转子包括转子铁心和鼠笼线圈，鼠笼线圈固定在转子铁心外圆周均匀分布的槽内，转子铁心内孔套在轴的中间位置，依靠过盈配合能够带动轴旋转，通过轴端输出动力；

前端盖的凸延与空气分隔套形成迷宫密封，风扇的外圆周与后端盖的凸延是小间隙配合；这两处配合位置把电机内部空间分割成定子和转子两个空间，为达成转子开放式通风冷却，定子封闭式通风冷却成为可能；

电机外壳的定子风道处于电机主体的外侧，为了简化外壳的结构和减低重量，外壳表面适当位置覆盖薄壁零件风罩形成定子冷却风道；

设计独特的双通道风扇把风叶分成两组，圆周交错分布；风叶具有进风口和出风口，在旋转离心力的作用下为转子冷却风道提供风压；风叶具有进风口和出风口，在旋转离心力的作用下为定子冷却风道提供风压，一个风扇能够发挥两个风扇的作用，使得电机的外形更加紧凑，同时也使定子封闭与转子开放的组合冷却方式变得容易；

风道具有独立的转子开放冷却风道和独立的定子封闭冷却风道；

在前端盖靠近前轴承处有进风口；后端盖靠近后轴承处有进风口，客观上能够强化前、后轴承的冷却，提高轴承的寿命。

进一步地，风扇采用分体组合的形式，由风扇基座、风叶侧板、风叶主体三个零件组成，便于批量生产制造；

组成风扇的零件之间的配合形式，风叶侧板、风叶主体之间采用铆接配合；风扇基座与风叶侧板、风叶主体之间采用过盈配合；

风扇基座的特征是转子风道进风口和盲孔沿圆周间隔分布，盲孔的作用是分隔转子冷却风道和定子冷却风道，同时外圆周用于支撑风叶侧板和风叶主体；为了防止风叶主体松动，可以在风扇基座的外圆周加工微小键槽防松；

风叶侧板的特征是具有铆接孔；

风叶主体的特征是具有两种风叶特征；转子风叶具有进风口和出风口；定子风叶具有进风口和出风口。

进一步地，双通道风扇把风叶分成两组，圆周交错分布，分别为定子和转子冷却风道提供风压，一个风扇能够发挥两个风扇的作用，使得电机的外形更加紧凑。

进一步地，定子封闭与转子开放的相结合通风方式，通过双通道风扇的采用，辅助迷宫密封和小间隙配合分隔内部空间实现，采用本技术的电机比常规封闭式电机散热好，比常规开放式电机耐受环境能力强。

进一步地，采用本技术后电机轴承的工作温度较低，前端盖靠近前轴承处有进风口；后端盖靠近后轴承处有进风口，空气的流动客观上能够加强轴承的冷却，提高轴承的寿命。

进一步地，定子风道位置，电机外壳的定子风道处于电机主体外侧的宽度与高度最大尺寸的四个角，不占用电机圆周尺寸，为定子和转子保留最大直径尺寸，具有更高的功率密度。

进一步地，定子风道位置，定子铁心外圆周均匀设置通风槽，有利于定子均匀散热；同时隔离定子铁心轭部与铸铁外壳，有利于降低铁耗。

进一步地，定子风道位置，电机外壳的定子风道处于电机外壳的外侧，外壳表面适当位置覆盖薄壁件风罩形成定子冷却风道，有利于简化外壳的结构和减少重量。

本发明的有益效果：

1.采用本技术的电动机代替开放式电动机，由于转子依旧是开放式通风，转子散热能力得到保持；定子采用封闭式通风，端部绕组散热受到一定影响，定子绕组的工作部分传导散热能力不变，高温区集中在定子绕组内部，端部绕组温度本来低很多，即使有些许升高，但是工作环境的改善会产生更加积极的影响，能够避免很多绝缘故障的发生，电动机的可靠性达到封闭式电机的水平。

2.采用本技术的电动机代替封闭式电动机，转子由封闭式通风变为开放式通风，散热能力加强，转子温度降低，电阻减小，电阻热减少，效率得到提高；又由于鼠笼转子坚固耐用，转子的寿命和可靠性并不会受到影响。

3.如果采用本技术替换地铁上应用的开放式自通风牵引电动机，定子绝缘工作环境改善，可靠性得到提高，使得牵引电动机30年设计使用寿命的目标变得切实可行，事实也证明某品牌的全封闭牵引电动机非常坚固耐用，除了有笨重方面的不足。

4.采用本技术后，进风口只需安装单层防护网防止异物进入，不需要安装过滤装置，免除了定期清洗的工作，每工作3年，用压缩空气简易清洁即可，维护工作变得容易简单。

5.在低地板有轨电车上采用本技术的牵引电动机，可以降低解决空间、动力、可靠性之间矛盾的难度，使设计工作变得相对容易。

6.采用本技术的电动机的前端盖和后端盖靠近轴承处设有进风口客观上能够加强轴承的冷却，轴承工作温度低，润滑脂不易降解变性，轴承变得更加工作可靠，轴承寿命得到提高。

附图说明

图1是本发明第一实施例的轴方向剖视图；

图2是本发明第二实施例的轴方向剖视图；

图3是本发明第三实施例的轴方向剖视图；

图4是本发明中风扇的立体剖视图；

图5是本发明中风扇的轴方向剖视图；

图6是本发明中组成风扇的风扇基座的立体局部剖视图；

图7是本发明中组成风扇的风叶侧板的立体图；

图8是本发明中组成风扇的风叶主体的立体图；

图9是本发明第一实施例的前视立体图；

图10是本发明第一实施例的后视立体图；

图11是本发明第二实施例的前视立体图；

图12是本发明第二实施例的后视立体图；

图13是本发明第三实施例的前视立体图；

图14是本发明第三实施例的后视立体图；

图15是现有的开放式电动机的轴方向剖视图；

图16是现有的封闭式电动机的轴方向剖视图。

注：图中的三角箭头表示空气流动方向，其中实心箭头表示热空气，非实心箭头表示冷空气。

具体实施方式

现在参照附图，其中同样的附图标记在全部的多个视图中表示相同或相应的部件，特别是其中的附图1描述了本发明的第一实施例。

图1是本发明第一实施例的轴方向剖视图，下面参考图1对实施方式进行说明：

工序1.定子1包括定子铁心和定子线圈，定子铁心内圆周均匀分布很多的槽，定子线圈被固定在这些槽内。每个定子线圈是多圈绕组的串联，所以端部绕组1b是必不可少的，被布置在定子铁心两端。定子线圈彼此之间需要分组并且有规则的连接起来，所以有了很多接头1c，图1中绕组接头1c被布置在了左侧驱动端。定子铁心通过过盈配合固定在外壳2的内圆周上，装配方式是将外壳2加热到200度以上，外壳2的内孔受热膨胀变大，此时放入定子1，待冷却后外壳2收缩把定子1紧紧抱住。

工序2.转子3包括转子铁心和鼠笼线圈，转子铁心在靠近圆心的端面上均匀布置贯通的通风孔3a；转子铁心外圆周均匀分布很多的槽，鼠笼线圈的棒状导条插在转子的槽内，每个槽内都布置一根导条，两个环状的端环3b布置在转子铁心的两端，把所有的导条焊接在一起，形成一个相互导通的整体；端环3b的外侧还可以均匀布置小叶片3c，用于搅动空气加强对流散热；轴4插在转子铁心的内孔内，依靠过盈配合转子3能够带动轴4旋转，通过轴端输出动力，装配方式是加热转子，转子内孔膨胀，然后插入轴后等待完全冷却，两者就完全固定了。

工序3.前端盖5是球墨铸铁铸件，中心位置安装前轴承7，并且在端面上围绕中心孔布置转子风道进风口5a；加工方法是先铸造毛坯件，然后机加工各个与其它零件配合的接口，加工后检验各尺寸合格后，清除毛刺清洗，等待电机装配使用。

工序4.后端盖6是球墨铸铁铸件，中心位置安装后轴承8，并且在端面上围绕中心孔布置定子风道进风口6b，在端面上靠近外圆周布置转子风道出风口6a，在外圆周上布置定子风道出风口6c；加工方法是先铸造毛坯件，然后机加工各个与其它零件配合的接口，加工后检验各尺寸合格后，清楚毛刺清洗，等待电机装配使用。

工序5.外壳2是球墨铸铁铸件，内孔用来固定定子1，两端的端面与前端盖5、后端盖6配合固定，外侧四个角落布置通风散热孔2a。加工方法是先铸造毛坯件，然后机加工各个与其它零件配合的接口，加工后检验各尺寸合格后，清楚毛刺清洗，等待电机装配使用。

工序6.前轴承7是一个圆柱辊子轴承，特点是轴承内圈能够单独分离出来，也就是轴承内圈、外圈在电机装配中可以分开。装配顺序是把前轴承7的外圈连同辊子和保持圈一起压入前端盖5中心位置的轴承室内，然后装配轴承两侧的迷宫密封件18、19、20，迷宫密封件的作用是固定轴承、锁住润滑脂不泄漏、防止外界杂质进入轴承。

工序7.后轴承8是一个深沟球轴承，把后轴承8压入后端盖6中心位置的轴承室内。

工序8.空气分隔套10是一个铝合金铸件，在端面上圆周均匀布置通风孔10a；加工方法是先压铸毛坯件，然后机加工必要的配合尺寸；装配方式是热套在轴上，右侧同时抵住轴台阶和转子鼠笼端环3c。

工序9.速度传感器尺盘11用于轨道交通的牵引电动机需要速度传感器检测转速，速度传感器固定在端盖上，图1中速度传感器固定在前端盖5的端面上。速度传感器尺盘11是一个铁环，两个端面中一个面用于与空气分隔套10固定，另一个端面上加工了齿和槽。当速度传感器尺盘11随空气分隔套10、轴旋转时，靠近齿和槽的速度传感器依据涡流效应就能感应到，辨别出速度快慢和转向。

工序10.风扇9在本发明的第四实施例有详细描述，风扇9的风叶分成两组9c和9f，圆周交错分布，风叶9c具有进风口9a和出风口9b，风叶9f具有进风口9d和出风口9e；风扇9的组成是风扇基座9-1,风叶侧板9-2,风叶主体9-3三个零件；风扇基座9-1的特征是转子风道进风口9j和盲孔9h沿圆周间隔分布，盲孔9h的作用是分隔转子冷却风道和定子冷却风道，同时外圆周用于支撑风叶侧板9-2和风叶主体9-3，为了防止风叶主体9-3松动，可以在风扇基座9-1的外圆周加工微小键槽9i防松；风叶主体9-3是铝合金铸件，特征是具有两种风叶特征(9c)和(9f)，风叶(9c)具有进风口(9a)和出风口(9b)，风叶(9f)具有进风口(9d)和出风口(9e)；风叶侧板9-2是钣金件，特征是具有铆接孔(9k)；装配顺序是先将风叶侧板9-2和风叶主体9-3铆接起来，然后加热这个铆接组合件到150度，同时把风扇基座9-1放入冰水中冷却，取出后组装在一起，待温度一致后会紧固在一起。风扇装配到轴上也是采用热套的方法。

工序11.轴/转子组件与后轴承/后端盖组件的装配，把轴/转子组件竖直放置，后端朝上；用工业风筒加热后轴承内圈到120度后，把后轴承/后端盖组件一起套在轴的后端；最后装配上锁紧轴承内圈的锁紧盘15和锁紧轴承外圈的轴承盖16。

工序12.将装配有前轴承的前端盖与装配有定子的外壳用螺栓装配固定在一起。

工序13.完成的转子/后端盖组件插入完成的定子/前端盖组件。

工序14.热套装配前轴承内圈锁紧圈17，安装4个风罩12组成完整的定子风道，最后注润滑脂到前后轴承内。

采用本技术的电动机代替开放式电动机，由于转子依旧是开放式通风，转子散热能力得到保持；定子采用封闭式通风，端部绕组散热受到一定影响，定子绕组的工作部分传导散热能力不变，高温区集中在定子绕组内部，端部绕组温度本来低很多，即使有些许升高，但是工作环境的改善会产生更加积极的影响，能够避免很多绝缘故障的发生，电动机的可靠性达到封闭式电机的水平。

图2是本发明第二实施例的轴方向剖视图，下面参考图2对实施方式进行说明：

第二实施例的特点是定子风道布置在外壳的内圆周，它的组成包括隔离套13，定子外圆周布置的通风槽1a，前端盖的外圆周风道5c以及外圆周出风口5d。

第二实施例的实施方式相对于第一实施例实施方式的区别在于，在工序1的最后完成定子入外壳后，接着放入隔离套13；在工序14中，因为定子风道内置，不再需要安装风罩。

图3是本发明第三实施例的轴方向剖视图，下面参考图3对实施方式进行说明：

第三实施例的特点是定子风道布置在外壳的外圆周，为了简化外壳结构，采用了风罩14与外壳组成定子风道。

第三实施例的实施方式相对于第一实施例实施方式的区别在于，在工序14中，安装的是风罩14，不是12。

采用本技术的电动机代替封闭式电动机，转子由封闭式通风变为开放式通风，散热能力加强，转子温度降低，电阻减小，电阻热减少，效率得到提高。又由于鼠笼转子坚固耐用，转子的寿命和可靠性并不会受到影响。

如果采用本技术替换地铁上应用的开放式自通风牵引电动机，定子绝缘工作环境改善，可靠性得到提高，使得牵引电动机30年设计使用寿命的目标变得切实可行。事实也证明某品牌的全封闭牵引电动机非常坚固耐用，除了有笨重方面的不足。

采用本技术后，进风口只需安装单层防护网防止异物进入，不需要安装过滤装置，免除了定期清洗的工作，每工作3年，用压缩空气简易清洁即可，维护工作变得容易简单。

在低地板有轨电车上采用本技术的牵引电动机，可以降低解决空间、动力、可靠性之间矛盾的难度，使设计工作变得相对容易。

采用本技术的电动机的前端盖和后端盖靠近轴承处设有进风口客观上能够加强轴承的冷却，轴承工作温度低，润滑脂不易降解变性，轴承变得更加工作可靠，轴承寿命得到提高。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。