CN101577454A - 三相水冷永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相水冷永磁同步电机包括机座、永磁转子、端盖、出线盒、轴承内盖、轴承，其中机座包括水冷机壳和定子绕组，水冷机壳由机壳外壁和机壳内壁组成，其特征是：沿机壳内壁表面制出螺旋型凹槽，凹槽间形成螺旋型凸筋，和机壳外壁组成螺旋水槽，永磁转子的永磁体采用截面为圆弧面的弧形永磁体，弧形永磁体在永磁转子的圆周上按极性等间距地被固定粘接在转子铁芯表面，弧形永磁体相互之间用绝缘隔板隔开，弧形永磁体的两端用绝缘挡板固定，在永磁转子外包有一个绝缘护套。其优点是：机壳均匀散热，机壳的机械强度高；永磁体的漏磁系数少、提高了永磁体利用率、增加了气隙储能；减小了铜耗，且容易接线。

Description

三相水冷永磁同步电机

技术领域：

本发明涉及一种三相水冷永磁同步电机。

背景技术：

目前现有的水冷电机机壳是由机壳外壁和机壳内壁组成，机壳外壁和机壳内壁间为空腔，在机壳外壁上设有进水口和出水口，一端进水，一端出水，空腔中没有排列有序的水道，水流过程中容易出现死水(某个部位水不流动)或各个部位水的流速不一样，造成电机局部散热不好。空腔机壳机械强度不好，适用于几千瓦以下的电机，对于几十千瓦以上的电机是不适用的。

目前现有电机的永磁转子：一种是内嵌式的，即永磁体镶嵌在转子冲片槽中。另一种是表贴式，即永磁体中间厚两边薄，粘接或螺钉固定在转子表面。对于内嵌式永磁体，永磁体全部封闭在转子冲片中，此时由于永磁体有的部分处于磁短路状态，永磁体的漏磁系数较大，永磁体的利用率不高。只能适用于几千瓦以下的电机。对于转动惯量较大、转速较高、容量在几十千瓦以上的电机，这种结构是不适用的。对于表贴式永磁体，由于没有保护，防氧化性能差、机械强度不好。这种结构适用于几千瓦以下的电机。对于转动惯量较大、转速较高、容量在几十千瓦以上的电机，这种结构是不适用的。

目前对于较大容量电机采用矩形槽，硬绕组嵌线。这种结构齿部磁路不均匀，矩形导线集肤效应严重，铜耗增大，绕组端部较大，接线困难。

发明内容：

本发明的目的是提供一种机壳散热均匀、冷却效果好、机械强度高、体积小、永磁体的漏磁系数小、永磁体利用率高、效率高、功率密度大、过载能力强、运行可靠、调速方便，容易接线，适用于几十千瓦以上可广泛应用于电动车辆的驱动系统及工矿企业的各种相关设备中的三相水冷永磁同步电机。

本发明的目的是由以下方式实现的：

本发明包括机座、永磁转子、端盖、出线盒、轴承内盖、轴承，其中机座包括水冷机壳和定子绕组，水冷机壳由机壳外壁和机壳内壁组成，其特征是：沿机壳内壁表面制出螺旋型凹槽，凹槽间形成螺旋型凸筋，机壳外壁套装在机壳内壁上后，其内表面与螺旋型凸筋相接触，形成螺旋水槽，永磁转子的永磁体采用截面为圆弧面的弧形永磁体，相同规格的弧形永磁体在永磁转子的圆周上按极性等间距地被固定粘接在转子铁芯表面，弧形永磁体相互之间用绝缘隔板隔开，弧形永磁体的两端用绝缘挡板固定，在永磁转子外包有一个绝缘护套。

定子绕组采用软绕组。

本发明的优点是：由于机壳内壁表面采用螺旋型凹槽结构，不存在死水或流速不均匀现象，实现了机壳均匀散热，同时螺旋型凸筋与机壳内壁加工而成，增强了机壳的机械强度；永磁转子的永磁体采用弧形永磁体，减少了永磁体的漏磁系数、提高了永磁体利用率、增加了气隙储能；定子绕组采用软绕组，可以实现多股导线并绕嵌线，减小了铜耗，且容易接线。

本发明电机具有良好的散热效果，和很宽的高效工作区，适用于制做几十千瓦以上的电机。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明机座的结构示意图；

图3是本发明定子冲片的结构示意图；

图4是本发明水冷机壳的结构示意图；

图5是本发明永磁转子的结构示意图；

图6是本发明永磁转子剖面图的结构示意图；

图7是本发明转子铁芯的结构示意图；

图8是本发明转子铁芯的K向图的结构示意图

具体实施方式：

参照附图，本发明包括机座1、永磁转子2、端盖3、出线盒4、轴承内盖5、轴承6，其中机座1包括水冷机壳9和定子绕组11，水冷机壳9由机壳外壁16和机壳内壁17组成，在永磁转子2的轴上同轴安装旋转变压器7和旋变后罩8。为了增加机壳的强度，提高机壳的散热效果，我们采用螺旋槽水流结构，即沿机壳内壁17表面制出螺旋型凹槽19，凹槽19间形成螺旋型凸筋18，机壳外壁16套装在机壳内壁17上后，其内表面与螺旋型凸筋18相接触，螺旋型凹槽19的截面可以是矩形的也可以是梯形的，这种结构是由机壳外壁16、机壳内壁17、螺旋型凸筋18、螺旋型凹槽19连接形成螺旋槽水流结构，水的流向是由进水口15流向规定的槽中，沿螺旋槽前进，由出水口20流出，不存在死水或流速不均匀现象，因此散热效果好，且大大增强了机壳的强度，这种螺旋槽水流结构适用于各种不同的定子水冷系统。为了提高永磁体的利用率，减少永磁体的漏磁系数，增加气隙储能，永磁转子2的永磁体采用截面为圆弧面的弧形永磁体23，按电机不同的极数将弧形永磁体23等分，按极性定位固定粘接在转子铁芯25表面，弧形永磁体23相互之间用绝缘隔板24隔开，弧形永磁体23的内弧和转子铁芯25外弧相同，弧形永磁体23规格相同厚度一样，这样就保证了粘接固定在转子铁芯25表面的弧形永磁体23外弧在同一个圆周上，弧形永磁体23的两端用绝缘挡板21固定。为了防止弧形永磁体23的氧化，并增加机械强度，提高电机转速，永磁转子2的外弧用高强度绝缘材料绑扎带绑扎，并高温固化形成绝缘护套22，使永磁转子2成为实体。这种结构机械强度高，弧形永磁体23不氧化。这种结构适用于各种容量各种转速的永磁电机中。这种结构的漏磁系数为10％-20％，而内嵌式永磁体的漏磁系数为50％-60％。转子铁芯25由转轴26、转子套筒28、转子冲片27叠压组成，转子冲片27由硅钢片冲制而成，在转子冲片27上设有有弧形永磁体定位筋29和弧形永磁体槽30，从而保证弧形永磁体23粘接的工艺性和粘接位置的准确性。

定子冲片10的槽形采用半开口、平行齿13、平底槽形14。这种槽形磁路流向好，槽空间大、易于嵌线，槽楔封口牢固。

定子绕组11采用软绕组，多股导线并绕嵌线，采用软绕组嵌线端部容易整型，端部较短，引出线12方便，使电机的整体长度减小。多股导线并绕嵌线导线的集肤效应较小，从而减小了铜耗。

以上的结构适用于极对数为2、4、6、8等各种极对数的电机，适用各种转速、各种功率、各种电压的三相水冷永磁同步电机中，同轴安装旋转变压器。

我们根据以上的电机结构先后设计制造出了功率为20Kw、40Kw、60Kw、80Kw、100Kw、130Kw、165Kw、200Kw、230Kw、270Kw、330Kw等不同电压和转速的三相水冷永磁同步电机，其中：60Kw、130Kw是为电动环卫车和电动公交车设计的。

本发明的三相水冷永磁同步电机的功率范围在几十千瓦到几百千瓦，转速从每分钟几百转到一万转，电压从几十伏到几百伏，电流从几十安到几百安。电机的功率密度比为1～1.5，电机效率不小于95％，电机的过载能力为2～3倍(时间五分钟)。电机为连续工作制，绝缘等级为F级、H级2种。电机具有良好的散热效果，和很宽的高效工作区。

实施例

我们根据市场需求先后为电动环卫车和电动公交车设计了60Kw和130Kw三相水冷永磁同步电机，具体技术指标如下：

60Kw三相水冷永磁同步电机主要技术指标

a>额定功率：P＝60Kw

b>额定转速：n＝3500r/min

c>额定电压：V＝248v(AC)

d>额定电流：I＝147A

e>电机效率：η＝95％

f>额定转矩：Nm＝164N·m

g>最大转矩：M max＝330N·m(时间5分钟)

h>最高转速：n max＝7000r/min (时间5分钟)

i>绝缘等级：定子H级转子F级

j>工作制：连续

k>防护等级：IP55

l>冷却水入口温度：70℃流量16L/min

m>重量：80kg。

130Kw三相水冷永磁同步电机主要技术指标

a>额定功率：P＝130Kw

b>额定转速：n＝3500r/min

c>额定电压：V＝337v(AC)

d>额定电流：I＝235A

e>电机效率：η＝95％

f>额定转矩：Mn＝355N·m

g>最大转矩：M max＝900N·m(时间5分钟)

h>最高转速：n max＝7000r/min(时间5分钟)

i>绝缘等级：定子H级转子F级

j>工作制：连续

k>防护等级：IP55

l>冷却水入口温度：50℃流量：30L/min

m>重量：170kg。

Claims (5)

1、一种三相水冷永磁同步电机包括机座、永磁转子、端盖、出线盒、轴承内盖、轴承，其中机座包括水冷机壳和定子绕组，水冷机壳由机壳外壁和机壳内壁组成，其特征是：沿机壳内壁表面制出螺旋型凹槽，凹槽间形成螺旋型凸筋，机壳外壁套装在机壳内壁上后，其内表面与螺旋型凸筋相接触，形成螺旋水槽，永磁转子的永磁体采用截面为圆弧面的弧形永磁体，相同规格的弧形永磁体在永磁转子的圆周上按极性等间距地被固定粘接在转子铁芯表面，弧形永磁体相互之间用绝缘隔板隔开，弧形永磁体的两端用绝缘挡板固定，在永磁转子外包有一个绝缘护套。

2、根据权利要求1所述的三相水冷永磁同步电机，其特征是：螺旋凹槽的截面为矩形或梯形。

3、根据权利要求1所述的三相水冷永磁同步电机，其特征是：定子冲片的槽形采用半开口、平行齿、平底槽型。

4、根据权利要求1所述的三相水冷永磁同步电机，其特征是：定子绕组采用软绕组。

5、根据权利要求1所述的三相水冷永磁同步电机，其特征是：在转子冲片上设有弧形永磁体定位筋和弧形永磁体槽。

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