CN101604876A - 高速永磁电机轴内自扇冷却转子 - Google Patents

高速永磁电机轴内自扇冷却转子 Download PDF

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李伟力
张晓晨
耿加民
霍菲阳
曹君慈
沈稼丰
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Abstract

高速永磁电机轴内自扇冷却转子，涉及一种高速永磁电机冷却转子。本发明的目的是为了解决现有高速永磁电机的转子永磁体外表面加高强度非导磁金属护套或绑扎碳纤维时涡流损耗大而导致转子温升过高，使转子永磁体产生不可逆高温失磁的问题。本发明包括护套或碳纤维、永磁体和转子铁心，转子铁心的外圆表面上环套永磁体，永磁体的外圆表面上设置有护套或碳纤维，它还包括两个端部支撑件和风扇叶组，两个端部支撑件的台肩分别与转子铁心的内腔的两端过盈配合，端部支撑件与转子铁心同轴，端部支撑件上沿轴向开有多个与转子铁心的内腔相通的通风孔，转子铁心的内腔壁上设置有风扇叶组。本发明用作高速永磁电机转子。

Description

高速永磁电机轴内自扇冷却转子
技术领域
本发明涉及一种高速永磁电机冷却转子，属于电机领域。
背景技术
高速永磁电机在具有普通高速电机的转速高、功率密度大、材料利用率高、动态响应较快和传动系统效率高等特点的同时，还具有效率高、功率因数高的优点，因此在空调或冰箱的离心式压缩机、储能飞轮、纺织、高速磨床、混合动力汽车、航空、船舶等领域具有良好的应用前景。特别是在分布式发电系统中，由于燃气轮机驱动的高速永磁发电机体积小，具有较高的机动性，可用于医院、宾馆及其它重要设施的备用电源，也可作为独立电源或小型电站，弥补集中式供电的不足，具有重要的实用价值。
高速永磁电机运行时定子绕组的电流频率高达1000Hz以上，转子的旋转速度高达每分钟几万转，转子外表面的圆周速度可达200m/s以上，一般在转子永磁体外面加一高强度非导磁金属护套或用碳纤维绑扎，来保护永磁体在大离心力作用下正常工作。由于金属保护套为导电体，气隙磁场谐波会在其表面造成大量的涡流损耗；而采用碳纤维绑扎时气隙磁场谐波直接在转子永磁体内造成涡流损耗。上述两种情况下，转子工作温度均较高，易造成永磁体温升过高而产生不可逆高温失磁，使电机损坏。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有高速永磁电机的转子永磁体外表面加高强度非导磁金属护套或绑扎碳纤维时涡流损耗大而导致转子温升过高，使转子永磁体产生不可逆高温失磁的问题，提出了一种高速永磁电机轴内自扇冷却转子。
本发明包括护套或碳纤维、永磁体和转子铁心，转子铁心的外圆表面上环套永磁体，永磁体的外圆表面上设置有护套或碳纤维，它还包括两个端部支撑件和风扇叶组，两个端部支撑件的台肩分别与转子铁心的内腔的两端过盈配合，端部支撑件与转子铁心同轴，端部支撑件上沿轴向开有多个与转子铁心的内腔相通的通风孔，转子铁心的内腔壁上设置有风扇叶组。
本发明的优点是：
本发明应用于高速电机上，当电机工作时，转子铁心的内腔壁上的风扇叶组随转子同步旋转，形成轴向风压，通过端部支撑件的通风孔与外界空气连通而形成轴向风速。同时，电机高速运行时转子铁心的内腔壁上的风扇叶组带动转子内腔内空气周向运行，形成圆周方向的风速。在两个方向的风速共同作用下，产生轴向冷却风，通过端部支撑件的通风孔与外界进行热交换。由此降低了转子永磁体工作时的温升，避免了由于永磁体迅速温升而导致的失磁问题，延长了永磁体以及转子、电机的工作寿命。本发明提出了一种新型高速电机转子冷却方式，冷却风直接作用转子铁心，效果十分显著，可以扩展应用到旋转设备冷却系统上；另一方面，与普通转子轴带风扇冷却方式相比，本发明中风扇叶与转子成为一体，不需外加辅助零件，增强了电机的稳定性和可靠性。
在圆周方向和轴向的风压的综合作用下，当轴向风速为1m/s时，转子内壁流固耦合面散热系数达到145W/m2·K；保持定子冷却系统不变的情况下，全域电机最高温度依旧位于转子侧但降低了20％，定子整体温度也降低10％左右，转子温度分布径向梯度增大，靠近转子铁心内壁区域温度较低，转子铁心内壁区域的温度约为外壁区域温度的90％。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图2是沿图1中A-A线的剖视图，图3是图1的右视图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式包括护套或碳纤维1、永磁体2和转子铁心3，转子铁心3的外圆表面上环套永磁体2，永磁体2的外圆表面上设置有护套或碳纤维1，它还包括两个端部支撑件4和风扇叶组5，两个端部支撑件4的台肩分别与转子铁心3的内腔的两端过盈配合，端部支撑件4与转子铁心3同轴，端部支撑件4上沿轴向开有多个与转子铁心3的内腔相通的通风孔4-1，转子铁心3的内腔壁上设置有风扇叶组5。工作时，端部支撑件4的输出轴4-2与电机的高速轴承相接，来支持转子高速运动。
具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于风扇叶组5为一组风扇叶组或两组风扇叶组，每组风扇叶组5的多个风扇叶沿转子铁心3的内腔壁均匀分布。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
每组风扇叶组5的多个风扇叶沿转子铁心3的内腔壁均匀分布，能够增强电机高速运行时的稳定性。
具体实施方式三：本实施方式与实施方式二的不同之处在于风扇叶组5为一组并位于转子铁心3的内腔壁的进风口端。其它组成及连接关系与实施方式二相同。
将一组风扇叶组焊接在转子铁心3的内腔壁的进风口端，起到吹风的作用，轴内自扇冷却效果好。
具体实施方式四：本实施方式与实施方式二的不同之处在于风扇叶组5为两组，其中一组位于转子铁心3的内腔壁的进风口端，另一组位于转子铁心3的内腔壁的出风口端。其它组成及连接关系与实施方式二相同。
两组风扇叶组相互配合，分别起到吸风和吹风的作用，能够共同产生轴向风压，并能够大大增加转子内腔内的轴向风压和风速，增强轴内自扇冷却。图1中转子铁心3的内腔壁内的箭头表示风向。
具体实施方式五：本实施方式与实施方式一、二、三或四的不同之处在于所述通风孔4-1均匀分布在端部支撑件4的径向圆周上。其它组成及连接关系与实施方式一、二、三或四相同。
通风孔4-1均匀分布在端部支撑件4的径向圆周上能够减小轴向气流进出转子内腔的阻力，提高风扇的效率，使散热效果更好。

Claims (5)

1、一种高速永磁电机轴内自扇冷却转子，它包括护套或碳纤维(1)、永磁体(2)和转子铁心(3)，转子铁心(3)的外圆表面上环套永磁体(2)，永磁体(2)的外圆表面上设置有护套或碳纤维(1)，其特征在于它还包括两个端部支撑件(4)和风扇叶组(5)，两个端部支撑件(4)的台肩分别与转子铁心(3)的内腔的两端过盈配合，端部支撑件(4)与转子铁心(3)同轴，端部支撑件(4)上沿轴向开有多个与转子铁心(3)的内腔相通的通风孔(4-1)，转子铁心(3)的内腔壁上设置有风扇叶组(5)。
2、根据权利要求1所述的高速永磁电机轴内自扇冷却转子，其特征在于风扇叶组(5)为一组风扇叶组或两组风扇叶组，每组风扇叶组(5)的多个风扇叶沿转子铁心(3)的内腔壁均匀分布。
3、根据权利要求2所述的高速永磁电机轴内自扇冷却转子，其特征在于风扇叶组(5)为一组并位于转子铁心(3)的内腔壁的进风口端。
4、根据权利要求2所述的高速永磁电机轴内自扇冷却转子，其特征在于风扇叶组(5)为两组，其中一组位于转子铁心(3)的内腔壁的进风口端，另一组位于转子铁心(3)的内腔壁的出风口端。
5、根据权利要求1、2、3或4所述的高速永磁电机轴内自扇冷却转子，其特征在于所述通风孔(4-1)均匀分布在端部支撑件(4)的径向圆周上。
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