CN102882315B - 电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统 - Google Patents

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电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统，涉及一种电机冷却系统。解决了现有高速电机的转子温度过高，使电机工作稳定性降低的问题。电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统，该系统包括：电机定子、电机端盖、电机定子侧的密闭冷却腔、冷却介质；组成定子侧的密闭冷却腔的金属热交换器（1）由铝片（1-1）和绝缘材料（1-2）交替叠压制成；绕组隔板（2-3）将定子绕组（2-1）固定于定子槽（2-2）底部，形成介质轴向流道（5）；金属热交换器放置于电机转子（7）与电机定子（2）的气隙中，与电机定子内壁间隙配合，金属热交换器的两个端面与电机端盖（3）内侧面靠密封垫圈（6）密封，形成定子侧密闭冷却腔，冷却介质（4）密闭在定子侧冷却腔内。

Description

电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统
技术领域
本发明涉及一种电机冷却系统用热交换器，属于电机技术领域。
技术背景
高速电机具有功率密度大、材料利用率高、动态响应较快和传动系统效率高等特点，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。高速电机在运行时，其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，其电机铁心具有很高的功率密度，单位体积内的铁耗及电枢绕组铜耗都很大。
在高速电机中，考虑到冷却系统的结构和安全问题，一般采用的油冷却系统采用绝缘材料制成的隔油环放在气隙内将冷却介质密闭在定子侧，其导热性能较差，尤其是对转子产生的散热作用较小，使得电机内转子依然会产生较高的温升，特别是采用永磁式转子时，将影响电机内永磁体及整个电机的工作稳定性，同时缩短其使用寿命。
发明内容
为了解决现有高速电机的转子温度过高，使电机工作稳定性降低的问题，提供了一种电机气隙内凸轮式金属热交换器。
本发明解决其技术问题的技术方案：
电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统，该系统包括：电机定子、电机端盖、电机定子侧的密闭冷却腔、冷却介质；
定子侧的密闭冷却腔由金属热交换器、定子、电机端盖和部分电机机壳组成；
金属热交换器呈圆筒状，由铝片和绝缘材料交替叠压制成；
金属热交换器厚度为1mm-1.5mm；
金属热交换器中的铝片和绝缘材料垂直于电机轴向；
定子槽内的定子绕组占整个定子槽面积的40%-70%；
绕组隔板将定子绕组固定于定子槽底部，在定子槽的上部和定子槽口形成介质轴向流道；
金属热交换器放置于电机转子与电机定子的气隙中，与电机定子内壁间隙配合，金属热交换器的两个端面与电机端盖内侧面靠密封垫圈密封，形成定子侧密闭冷却腔，冷却介质密闭在定子侧冷却腔内。
所述的金属热交换器的外圆面上带有n个外凸起，外凸起的个数n与电机定子的槽数相等，外凸起均匀分布，与n个定子槽分布位置一一对应；
所述的外凸起的高度为1mm-2mm，外凸起的轴向长度与电机定子铁心长度相同，外凸起的宽度与定子槽口宽度相同；
所述的n个外凸起轴向位于定子铁心段位置；
所述的n个外凸起分别嵌入n个定子槽口内，金属热交换器上外凸起之间的外圆面与电机定子的铁心内壁面之间的间隙为0.5mm-1mm；
n根据电机的功率大小和极数不同由《电机工程手册》（第二版）第三卷电机卷推荐使用的槽数确定。
所述的金属热交换器的内圆面带有均匀分布的n个内凸起，内凸起与定子槽个数相等；
内凸起的高度为0.5mm-1.5mm；
所述的n个内凸起与n个电机定子槽口位置对应。
所述铝片的厚度为1mm-3mm，绝缘材料的厚度为0.5mm-1mm。
本发明和现有技术相比所具有的有益效果：
本发明提出的电机气隙内凸轮式金属热交换器应用于高速电机上，在电机工作时，由于金属热交换器中的铝片具有较高的导热系数，此结构减小了径向的热阻，使转子侧热量更多地传递到定子侧，有效提高了定子侧冷却系统的效力；由于金属热交换器的内壁采用凸起结构，相应的使径向方向的等效导热系数变大，对电机转子侧的散热具有较大的作用；金属热交换器由铝片和绝缘材料交替叠压制成，电机运转时气隙磁场不会在热交换器中产生轴向涡流，因此不会对电机性能产生影响；金属热交换器上外凸起之间的外圆面与电机定子的铁心内壁面之间有间隙，一方面减小了槽漏磁场在热交换器上产生损耗，另一方面增加了冷却介质的通路，提高冷却效果。
附图说明
图1是金属热交换器的内外圆上不带有凸起的电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统示意图；
图2是不带有凸起的电机气隙内凸轮式金属热交换器主视图；
图3是不带有凸起的电机气隙内凸轮式金属热交换器左视图；
图4是图2中I的局部放大图；
图5是图1的A-A剖视图；
图6是金属热交换器的外圆上带有外凸起的电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统示意图；
图7是图6的B-B
图8是金属热交换器的内外圆上分别带有内外凸起的电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统示意图；
图9是图8的C-C剖视图。
图中：金属热交换器1、铝片1-1、绝缘材料1-2、外凸起1-3、内凸起1-4、电机定子2、定子绕组2-1、定子槽2-2、组隔板2-3、定子槽口2-4、电机端盖3、冷却介质4、介质轴向流道5、密封垫圈6、电机转子7。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
实施方式一
电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统，如图1、2、3、4、5，该系统包括：电机定子、电机端盖、电机定子侧的密闭冷却腔、冷却介质。
定子侧的密闭冷却腔由金属热交换器1、定子2、电机端盖3和部分电机机壳组成；
金属热交换器1呈圆筒状，由铝片1-1和绝缘材料1-2交替叠压制成；
金属热交换器1厚度为1mm或1.5mm或二者之间的任意值；
金属热交换器1中的铝片1-1和绝缘材料1-2垂直于电机轴向；
定子槽2-2内的定子绕组2-1占整个定子槽2-2面积的40%或70%或二者之间的任意值；
绕组隔板2-3将定子绕组2-1固定于定子槽2-2底部，在定子槽2-2的上部和定子槽口2-4形成介质轴向流道5；
金属热交换器1放置于电机转子7与电机定子2的气隙中，与电机定子2内壁间隙配合，金属热交换器1的两个端面与电机端盖3内侧面靠密封垫圈6密封，形成定子侧密闭冷却腔，冷却介质4密闭在定子侧冷却腔内。
电机端盖3内侧设环形凹槽，环形凹槽与金属热交换器1的环形端面尺寸相同，密封垫圈6放于环形凹槽内。
冷却介质氟利昂，绝缘材料1-2选用酚醛改性聚酯。
所述铝片1-1的厚度为1mm或3mm或二者之间的任意尺寸，绝缘材料1-2的厚度为0.5mm或1mm或二者之间的任意尺寸。
实施方式二
电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统，如图6、7，该装置包括：电机定子、电机端盖、电机定子侧的密闭冷却腔、冷却介质；
定子侧的密闭冷却腔由金属热交换器1、定子2、电机端盖3和部分电机机壳组成；
金属热交换器1设有n个外凸起的圆筒状，由铝片1-1和绝缘材料1-2交替叠压制成；
金属热交换器1中的铝片1-1和绝缘材料1-2垂直于电机轴向；
定子槽2-2内的定子绕组2-1占整个定子槽2-2面积的40%或70%或二者之间的任意值；
绕组隔板2-3将定子绕组2-1固定于定子槽2-2底部，在定子槽2-2的上部和定子槽口2-4形成介质轴向流道5；
金属热交换器1放置于电机转子7与电机定子2的气隙中；
金属热交换器的外圆面上设有n个外凸起1-3，外凸起1-3的个数n与电机定子2的槽数目相等，外凸起1-3均匀分布，与n个定子槽2-2分布位置一一对应；
所述的外凸起1-3的高度为1mm或2mm或二者之间的任意高度；
外凸起1-3的轴向长度与电机定子铁心长度相同，外凸起1-3的宽度与定子槽口2-4宽度相同；
所述的n个外凸起1-3轴向位于定子铁心段位置；
所述的n个外凸起1-3分别嵌入n个定子槽口2-4内，金属热交换器1上外凸起1-3之间的外圆面与电机定子2的铁心内壁面之间的间隙为0.5mm或1mm或二者之间的任意尺寸；
金属热交换器1两个端面与电机端盖3内侧面靠密封垫圈6密封，形成定子侧密闭冷却腔，冷却介质4密闭在定子侧冷却腔内。
电机端盖3内侧设环形凹槽，环形凹槽与金属热交换器1的环形端面尺寸相同，密封垫圈6放于环形凹槽内。
冷却介质选用各型号变压器油，绝缘材料1-2选用三聚氰胺醇。
所述铝片1-1的厚度为1mm或3mm或二者之间的任意尺寸，绝缘材料1-2的厚度为0.5mm或1mm或二者之间的任意尺寸。
实施方式三
实施方式三，如图8、9与实施方式二的区别：
所述的金属热交换器1的内圆面带有均匀分布的n个内凸起1-4，内凸起1-4与定子槽2-1个数相等；
内凸起1-4的高度为0.5mm或1.5mm或二者之间的任意高度；
所述的冷却介质4为绝缘冷却介质。
所述铝片1-1的厚度为1mm或3mm或二者之间的任意尺寸，绝缘材料1-2选用三聚氰胺醇，其厚度为0.5mm或1mm或二者之间的任意尺寸。

Claims (3)

1.电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统，该系统包括：电机定子、电机端盖、电机定子侧的密闭冷却腔、冷却介质；
其特征在于：
定子侧的密闭冷却腔由金属热交换器(1)、定子(2)、电机端盖(3)和部分电机机壳组成；
金属热交换器(1)呈圆筒状，由铝片(1-1)和绝缘材料(1-2)交替叠压制成；
金属热交换器(1)厚度为1mm-1.5mm；
金属热交换器(1)中的铝片(1-1)和绝缘材料(1-2)垂直于电机轴向；
定子槽(2-2)内的定子绕组(2-1)占整个定子槽(2-2)面积的40％-70％；
绕组隔板(2-3)将定子绕组(2-1)固定于定子槽(2-2)底部，在定子槽(2-2)的上部和定子槽口(2-4)形成介质轴向流道(5)；
金属热交换器(1)放置于电机转子(7)与电机定子(2)的气隙中，与电机定子(2)内壁间隙配合，金属热交换器(1)的两个端面与电机端盖(3)内侧面靠密封垫圈(6)密封，形成定子侧密闭冷却腔，冷却介质(4)密闭在定子侧冷却腔内；
所述的金属热交换器(1)的外圆面上带有n个外凸起(1-3)，外凸起(1-3)个数n与电机定子(2)的槽数相等，外凸起(1-3)均匀分布，与n个定子槽(2-2)分布位置一一对应；
所述的外凸起(1-3)的高度为1mm-2mm，外凸起(1-3)的轴向长度与电机定子铁心长度相同，外凸起(1-3)的宽度与定子槽口(2-4)宽度相同；
所述的n个外凸起(1-3)轴向位于定子铁心段位置；
所述的n个外凸起(1-3)分别嵌入n个定子槽口(2-4)内，金属热交换器(1)上外凸起(1-3)之间的外圆面与电机定子(2)的铁心内壁面之间的间隙为0.5mm-1mm。
2.根据权利要求1所述的电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统，其特征在于：
所述的金属热交换器(1)的内圆面带有均匀分布的n个内凸起(1-4)，内凸起(1-4)与定子槽(2-1)个数相等；
内凸起(1-4)的高度为0.5mm-1.5mm；
所述的n个内凸起(1-4)与n个电机定子槽口(2-4)位置对应。
3.根据权利要求1所述的电机气隙内凸轮式金属热交换器冷却系统，其特征在于：
所述铝片(1-1)的厚度为1mm-3mm，绝缘材料(1-2)的厚度为0.5mm-1mm。
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