CN102891565A - 高功率密度永磁电机冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高功率密度永磁电机冷却系统，由水-风套和永磁电机内部冷却风路组成，其特点是：水-风套置于永磁电机定子外侧，其中，水套与永磁电机定子铁心紧密接触连接，风套置于水套外侧，并与永磁电机内部冷却风路联通，形成循环冷却风路；永磁电机内部冷却风路由冷却风扇或风机和永磁电机转子上开设的轴向风孔、径向通风道构成，水-风套内部液体与循环冷却风路中的气体流向相反。本发明结构设计合理，冷却效果良好，运行性能可靠，尤其适合于表贴式结构永磁电机冷却。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁电机冷却系统，尤其是一种表贴式结构高功率密度永磁电机的冷却系统。
背景技术
目前永磁电机的冷却方式概括起来，主要有以下几种：
1) 风扇、风机冷却
大多数永磁电机采用轴流式或离心式风扇、风机进行冷却，采用该类型冷却方式，电机的冷却效果有限，体积较大，可靠性低，无法满足船舶、电动汽车等对电机体积的要求，难以实现电机的高功率密度设计。
2) 冷却器冷却
采用空-水冷却器等对永磁电机进行冷却时，因冷却器体积较大，虽然电机冷却效果较好，但电机的功率密度难以提升，电机存在整体结构笨重，复杂等弊端。
发明内容
本发明是要提供一种高功率密度永磁电机冷却系统，用于解决永磁电机的冷却、温升问题，实现永磁电机的高功率密度设计。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种高功率密度永磁电机冷却系统，由水-风套和永磁电机内部冷却风路组成，其特点是：水-风套置于永磁电机定子外侧，其中，水套与永磁电机定子铁心紧密接触连接，风套置于水套外侧，并与永磁电机内部冷却风路联通，形成循环冷却风路；永磁电机内部冷却风路由冷却风扇或风机和永磁电机转子上开设的轴向风孔、径向通风道构成，水-风套内部液体与循环冷却风路中的气体流向相反。
永磁电机转子上开设的轴向风孔为倾斜孔，当电机旋转时，在离心力的作用下，倾斜孔产生风压，与风扇或风机联合提供风压，用于满足电机冷却风量需要。
风套与电机内部冷却风路联通的通风槽口处设置引导冷却气体冷却电机绕组端部的导流板。永磁电机转子为分段式结构，各段间形成风道，用于削减永磁电机损耗，增强冷却效果。
水套内加设支撑筋以形成轴向“S”型流道或者螺旋形流道，风套的风道内加装与风套支撑筋平行的散热翅片，散热翅片的高度低于支撑筋或在风套支撑筋和风道底面设置散热沟槽。
本发明的有益效果：
本发明通过永磁电机定子外侧的水套、风套、风扇或小型风机实现电机内部转子、永磁体、绕组端部以及定子铁心的整体冷却，降低电机温升，提升电机的热负荷能力，从而实现电机的高功率密度设计，其优点主要有：
1) 将风路冷却与水路冷却结合，有效的增加电机的冷却面积，提高电机的冷却效果，可大幅度提升永磁电机的热负荷能力，缩小电机的体积，节省材料，有效利用电机材料，提高电机功率密度。
2) 提升永磁电机的冷却效果，对大容量、高转速、高频率类永磁电机效果尤为明显，避免电机因局部温升过高导致的永磁体失磁、电机烧毁等现象，增强电机的运行可靠性。
本永磁电机冷却系统的效果及功能如下：
(1) 通过该永磁电机的定子铁心外部冷却用水-风套，电机内部转子铁心轴向风孔、径向通风道，气隙，形成电机冷却路径。在风扇或风机、转子倾斜孔及导流板的作用下对永磁电机定子铁心、定子绕组（含绕组端部）及转子的永磁体护套、永磁体和转子进行冷却。大大增加电机热负荷能力，缩小电机体积， 实现永磁电机的高功率密度设计。
(2) 该永磁电机冷却系统使定子、转子温升均匀，对定子绕组及其端部有一定的冷却效果，可有效消除因发热或局部温度过高问题导致的电机故障，有效避免永磁电机永磁体因局部温度过高而产生的失磁现象，增强电机的运行可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构剖视图；
图2是图1的左剖视图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1，2所示，本发明的高功率密度永磁电机冷却系统，包括水-风套，定子1，转子2，风扇5等。
水-风套置于永磁电机定子1外侧，其中，水套3与永磁电机定子1铁心紧密接触连接，风套4置于水套3外侧，并与永磁电机内部冷却风路联通，形成循环冷却风路；永磁电机内部冷却风路由冷却风扇5或风机和永磁电机转子2上开设的轴向风孔6、径向通风道7构成，水-风套内部液体与循环冷却风路中的气体流向相反。
水套3内加设支撑筋以形成轴向“S”型流道或者直接加工出螺旋形流道，风套4与水套3共用一层内壁，风套4内加设支撑筋以形成风道。为增加风套冷却面积，在风套4的风道内加装与风套支撑筋平行的散热翅片，散热翅片的高度可低于支撑筋，也可以在支撑筋和风道底面加工散热沟槽。为增加水套冷却面积，在水套的水道内也可以加工散热沟槽。风道、水道、翅片及散热沟槽的数量及面积全部由电机温度场及流体场的计算决定。为方便安装及维护，可将风套与水套进行一体化设计，整体安装在永磁电机外部。
永磁电机转子2采用分段式结构，各段间形成风道，该结构可以较大幅度削减永磁电机损耗。此外，在各分段的转子铁心中，加工轴向倾斜风孔，电机转子高速旋转时，在离心力作用下，可以形成风压，辅助风扇或风机对永磁电机进行冷却。永磁电机为表贴式结构，各磁极间加有非导磁材料块，磁极及非导磁材料块外部有合金护套，若电机转速较低，可取消合金护套改用其他方式对永磁体及非导磁材料进行固定，满足结构强度和电磁性能要求下，在永磁体底部的转子铁心上及永磁体间的非导磁材料块中间加工少量通风口。通风孔的数量及尺寸由电机温度场及流体场的计算决定。
当电机运行时，风扇或风机运转，与转子轴向倾斜通风孔共同作用，形成风压，电机内部冷却空气运动，冷却空气通过气隙，转子铁心倾斜通风孔，转子径向风道，永磁体底部转子铁心通风孔及永磁体间非导磁材料块通风孔，形成转子冷却风路。空气流出后产生的热空气，经定子绕组端部，在导流板的引流作用下，通过入风通道，进入定子水套外侧的风套，与定子外侧的冷却风路形成电机完整的冷却风路。水套内通有冷却液体，为增强冷却效果，冷却液体的流向与冷却空气的流向相反，一方面用以直接冷却定子铁心，另一方面用以冷却风道内热空气。热空气经冷却后通过出风通道，重新流入电机内部，对电机进行冷却。
Claims (5)
1.一种高功率密度永磁电机冷却系统，由水-风套和电机内部冷却风路组成，其特征在于：所述水-风套置于永磁电机定子外侧，其中，水套与永磁电机定子铁心紧密接触连接，风套置于水套外侧，并与永磁电机内部冷却风路联通，形成循环冷却风路；永磁电机内部冷却风路由冷却风扇或风机和永磁电机转子上开设的轴向风孔、径向通风道构成，水-风套内部液体与循环冷却风路中的气体流向相反。
2.根据权利要求1所述的高功率密度永磁电机冷却系统，其特征在于：所述永磁电机转子上开设的轴向风孔为倾斜孔，当电机旋转时，在离心力的作用下，倾斜孔产生风压，与风扇或风机联合提供风压，用于满足电机冷却风量需要。
3.根据权利要求1所述的高功率密度永磁电机冷却系统，其特征在于：所述风套与永磁电机内部冷却风路联通的通风槽口处设置引导冷却气体冷却电机绕组端部的导流板。
4.根据权利要求1所述的高功率密度永磁电机冷却系统，其特征在于：所述永磁电机转子为分段式结构，各段间形成风道，用于削减永磁电机损耗，增强冷却效果。
5.根据权利要求1所述的高功率密度永磁电机冷却系统，其特征在于：所述水套内加设支撑筋以形成轴向“S”型流道或者螺旋形流道；所述风套的风道内加装与风套支撑筋平行的散热翅片，散热翅片的高度低于支撑筋或在风套支撑筋和风道底面设置散热沟槽。
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