CN106329831A - 一种永磁同步电机冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机冷却结构：在电机腔体前端，筒体和定子相接位置，开设一个冷却介质进口，在电机筒体与电机定子之间设计一螺旋流道，用于冷却电机定子外表面，当冷却介质到达电机尾端后，由于电机尾端其他地方都是密封结构，冷却介质只能从定子和转子之间的气隙通过，迫使冷却介质冷却电机转子外表面和电机定子内表面，然后从电机前端回气口进入下一个容器。由于进入电机定子和转子之间气隙的冷却介质已经过一次冷却，为避免冷却不充分，在电机后端盖端面增加一路冷却介质，以此来加强冷却效果。本方案的该结构尤其适用于500KW～1500KW大功率永磁同步电机，可用于离心压缩机、螺杆压缩机、鼓风机等多种类似机型。

Description

一种永磁同步电机冷却结构

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种永磁同步电机冷却结构。

背景技术

永磁同步电机具有体积小、整体运行效率高、功率因数高等特点，近年来常被应用于压缩机的驱动。与传动异步启动电机相比，永磁同步电机采用电机转子中的永磁体励磁，可避免励磁电流产生磁场的同时引起励磁损耗，但也需要采用强制散热措施带走永磁同步电机内部的热量，避免转子内部永磁体因长期在高温工作环境下而引起的退磁现象。尤其是大功率电机，绕组电流大，整个环境发热量更是明显，散热措施必须得以保证。

现有永磁同步电机采用的冷却方式根据电机类型可分为两种：开式电机常采用风冷，利用风扇带动电机周围空气流动，从而为电机散热，但是该种结构会增加整个环境的温度，需额外增加设备对外界环境进行散热，这种结构有一定的局限性；闭式电机采用氟利昂等已蒸发、不导电液态冷却介质来冷却，现有大部分压缩机结构均采用的均为该种冷却方式。

关于闭式永磁同步电机冷却方式常用的方法亦有多种，可以为定子两端绕组喷洒冷却介质，或者是在定子外周面换热来冷却绕组外表面温度，但这些措施均比较单一，冷却效果有限，仅适用于中小功率的电机，当电机功率升至800KW、1500KW甚至更大时，由于电机长度会增加很多，传统的冷却方式仅能冷却转子两端或者定子外表面，而很难冷却到转子中间部位。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种永磁同步电机冷却结构，用以解决电机尤其是大功率电机的冷却问题，避免电机转子因为长期运行在高温环境中造成永磁体退磁而造成严重的损失。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种永磁同步电机冷却结构：

在电机筒体和电机定子之间设置有冷却通路，所述冷却通路的出口连通于所述电机的尾端腔体，所述冷却通路的定子外周面冷却进口开设于所述电机筒体侧壁比所述出口靠前的位置；

在围成所述电机前端腔体的所述电机筒体侧壁上开设有回气口。

优选的，所述定子外周面冷却进口开设于所述电机筒体侧壁与所述电机定子前段相对的位置。

优选的，所述冷却通路为螺旋流道。

优选的，所述电机筒体的内壁开设有螺旋槽，与所述电机定子的外周面配合形成螺旋流道。

优选的，所述电机筒体及其内壁的所述螺旋槽为铸造成型。

优选的，所述冷却通路为螺旋流道，且旋向逆着所述电机定子线圈产生的磁场方向。

优选的，所述冷却通路为螺旋流道，且沿所述电机定子的轴向和周向均匀布置。

优选的，所述定子外周面冷却进口开设在所述电机筒体的底部或者背部侧面。

优选的，所述冷却通路的出口布置在所述尾端腔体的顶部或者背部侧面。

优选的，所述回气口位于所述前端腔体的底部或者靠下位置。

优选的，在所述电机的后端盖开设有尾端冷却进口，连通于所述尾端腔体。

优选的，所述尾端冷却进口布置在所述后端盖的顶部或者背部侧面。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的永磁同步电机冷却结构，在电机筒体和电机定子之间设计有冷却通路，用于冷却电机定子的外周面，当冷却介质由进口从前往后到达电机尾端腔体后，由于电机尾端其他地方都是密封结构，冷却介质只能从定子和转子之间的气隙自后向前通过，迫使冷却介质冷却电机转子外周面和电机定子内周面，然后从电机前端的回气口排出。经过以上的综合型方式，能够有效冷却定子和转子的重点部位，获得良好的温度控制效果，解决了电机尤其是大功率电机的冷却问题，避免电机转子因为长期运行在高温环境中造成永磁体退磁而造成严重的损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供永磁同步电机冷却结构的示意图。

其中，1为电机筒体，2为前轴承，3为电机转子，4为前端腔体，5为定子外周面冷却进口，6为回气口，7为定子与转子之间的气隙，8为电机定子，9为后端盖，10为尾端冷却进口，11为后轴承，12为尾端腔体。

具体实施方式

本发明公开了一种永磁同步电机冷却结构，用以解决电机尤其是大功率电机的冷却问题，避免电机转子因为长期运行在高温环境中造成永磁体退磁而造成严重的损失。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的永磁同步电机冷却结构，其核心改进点在于：

在电机筒体1和电机定子8之间设置有冷却通路，该冷却通路的出口连通于电机的尾端腔体12，冷却通路的定子外周面冷却进口5开设于电机筒体1侧壁比上述出口靠前的位置，从而实现冷却介质从前往后流动换热；如图1所示，其中的左侧即为前方，右侧为后方；用于冷却的介质可为氟利昂或者其他易蒸发产生相变吸热、不导电的物质；

在围成电机前端腔体4的电机筒体1侧壁上开设有回气口6。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的永磁同步电机冷却结构，在电机筒体1和电机定子8之间设计有冷却通路，用于冷却电机定子8的外周面，当冷却介质由定子外周面冷却进口5从前往后到达电机尾端腔体12后，由于电机尾端其他地方都是密封结构，冷却介质只能从定子和转子之间的气隙7自后向前通过(如图1中间从右往左的箭头所示)，迫使冷却介质冷却电机转子3外周面和电机定子8内周面，然后从电机前端的回气口6排出(如图1左下的箭头所示)。经过以上的综合型方式，能够有效冷却定子和转子的重点部位(如转子中间部位)，获得良好的温度控制效果，解决了电机尤其是大功率电机的冷却问题，避免电机转子因为长期运行在高温环境中造成永磁体退磁而造成严重的损失。

由于永磁同步电机是整个压缩机最为核心的部件，是整个压缩机的动力源，电机转子更是核心中的核心，一旦转子中的永磁体退磁，将直接导致压缩机无法正常运转，造成的损失是毁灭性的，而通过本方案将能完全避免这种事情的发生，保证整个压缩机运行的安全可靠。

作为优选，定子外周面冷却进口5开设于电机筒体1侧壁与电机定子8前段相对的位置，从而使得冷却通路覆盖电机定子8沿轴向尽可能长的距离，能够对其外周面从前往后更加充分冷却。进一步的，定子外周面冷却进口5开设在与电机定子8最前一段(即前端)相对的位置，实现完整覆盖冷却。

为了进一步优化上述的技术方案，冷却通路为螺旋流道(如图1中部的螺旋箭头所示)，以便于在有限的轴向距离内布设更长的冷却通路，从而增强冷却效果。螺旋流道可以均匀的冷却电机定子外表面，如果是水平流道则仅仅能冷却一条线，而螺旋流道则可冷却整个面，因此优选螺旋流道。当然，冷却通路还可以为蛇形结构，或者由多个环形通路沿轴向串接而成。

鉴于电机定子8是由一层层硅钢片叠加而成的，因此想要在其外周面设计螺旋流道非常不方便，即使能够加工出来，由于是螺旋流道，每个硅钢片形状都不相同，就会造成位置不同的地方局部发热严重，影响电机效率及功率因数。在本方案提供的具体实施例中，电机筒体1的内壁开设有螺旋槽，与电机定子8的外圆柱周面配合形成螺旋流道，该结构相对简单易于实现，生产成本和技术难度都不高。如图1所示，在电机前端的电机筒体1内部螺旋槽起始位置开一个定子外周面冷却进口5，冷却定子表面后从电机尾端流出。当然，还可以设计单独的水套机构安装于电机筒体1和电机定子8之间形成前述的冷却通路。

具体的，螺旋槽截面形状为矩形、梯形、半圆形、三角形均可，一般为了铸造方便优选梯形、半圆形；螺旋槽深度一般可根据定子长度及定子外的电机筒体厚度来定，深度一般为电机筒体厚度的1/3～1/2；螺距一般可根据电机定子长度来定，定子长度较小时可选取较小螺距，定子长度较大时可选取较大螺距。

由于电机筒体1内表面有螺旋流道，该零件最好选用铸造成型，可提高加工效率；即电机筒体1及其内壁的螺旋槽为整体铸造成型。当然，电机筒体1也可以不铸造，内壁螺旋流道也可以通过加工的方法加工而来，只是加工、制造费用较高。

进一步的，螺旋槽左旋或右旋根据电机定子线圈8产生的磁场方向而定；优选的，螺旋流道的旋向逆着上述磁场方向，更利于定子冷却。电机筒体1内壁螺旋流道也可顺着定子线圈产生的磁场方向，只是冷却效果会略微差一点。

在本方案提供的具体实施例中，冷却通路为螺旋流道，且沿电机定子8的轴向和周向均匀布置。电机筒体1内壁与电机定子8接触面设置轴向、周向均匀布置的螺旋槽，如此形成的螺旋流道可以均匀冷却电机定子8整个外表面，从而实现良好的冷却效果。

电机前端冷却进口位置可根据螺旋槽起始位置开在四周任意一个位置，但考虑到机组布管方便，一般将定子外周面冷却进口5开设在电机筒体1的底部或者背部侧面。可以理解的是，这里所讲的底部和背部的方向概念都是基于如图1所示的卧式结构正常装配状态而言的，下同。

经过螺旋槽后出来的冷却介质到达电机尾腔，螺旋流道出口位置可布置在四周任意一个位置。优选的，将冷却通路的出口布置在尾端腔体12的顶端(如图1右上方螺旋箭头所示)或者背部侧面；如此可使尚未蒸发完全的气液混合态冷却介质由于重力作用先流到腔体底部，然后液态冷却介质再蒸发，相变吸收的热量可使电机尾端腔体12内部充分冷却。

在电机腔体前端需开设一电机回气口6，使冷却完电机的冷却介质进入下一个容器，该回气口6位于前端腔体4的底部或者靠下位置，以便于顺利排出回收冷却介质。回气口6的数量是1个即可，数量太多会增加外部泄露点，一般来说该位置处于电机腔体前端底部(如图1所示下方)，这样不仅可以使冷却完成后的气态冷却介质进入下一个容器中，也可以使尚未完全冷却的液态冷却介质流入下一个容器。

由于进入电机定子和转子之间气隙7的冷却介质已经过一次冷却，为避免冷却不充分，在电机后端盖9端面增加一路冷却介质，以此来加强冷却效果。其结构可以参照图1所示，在电机的后端盖9开设有尾端冷却进口10，直接进入电机腔尾端(即尾端腔体12)，增加冷却介质的量，迫使足够的冷却介质通过电机定子与转子之间的气隙7，以此来冷却电机转子外表面及定子内表面。

电机尾端冷却进口10位置可布置在后端盖9端面任意一个位置。优选的，将尾端冷却进口10布置在后端盖9的顶端(如图1所示上方)或者背部侧面；如此可使尚未蒸发完全的气液混合态冷却介质由于重力作用先流到腔体底部，然后液态冷却介质再蒸发，相变吸收的热量可使电机尾端腔体12充分冷却，同时如此冷却介质可通过重力自动下流冷却电机线包。

电机腔体前端冷却进口5和后端盖冷却进口10的大小根据电机功率来定，电机功率越大，冷却进口越大，反之越小。

下面结合具体工作过程对本方案作进一步介绍：

1、冷却介质从电机腔体前端的定子外表面冷却进口进入，在定子外表面经过螺旋流道到达电机尾端，过程中可以冷却定子外表面，同时在电机后端盖端面增加一冷却进口进入电机尾端腔体；

2、两路冷却介质混合后通过定子与转子之间的气隙到达电机前端，过程中可以冷却电机转子外表面及定子内表面以及定子两端的线圈；

3、通过定子和转子气隙的冷却介质最终通过电机前端的电机回气口流出。

综上所述，本发明实施例提供了一种永磁同步电机冷却结构，特别是一种功率永磁同步电机综合型冷却方式：在电机腔体前端，筒体和定子相接位置，开设一个冷却介质进口，在电机筒体与电机定子之间设计一螺旋流道，用于冷却电机定子外表面，当冷却介质到达电机尾端后，由于电机尾端其他地方都是密封结构，冷却介质只能从定子和转子之间的气隙通过，迫使冷却介质冷却电机转子外表面和电机定子内表面，然后从电机前端回气口进入下一个容器。由于进入电机定子和转子之间气隙的冷却介质已经过一次冷却，为避免冷却不充分，在电机后端盖端面增加一路冷却介质，以此来加强冷却效果。在这里，大功率永磁同步电机所说的大功率一般指的是大于100KW的电机，本方案的该结构尤其适用于500KW～1500KW电机。该大功率永磁同步电机可用于离心压缩机、螺杆压缩机、鼓风机等多种类似机型。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种永磁同步电机冷却结构，其特征在于：

在电机筒体(1)和电机定子(8)之间设置有冷却通路，所述冷却通路的出口连通于所述电机的尾端腔体(12)，所述冷却通路的定子外周面冷却进口(5)开设于所述电机筒体(1)侧壁比所述出口靠前的位置；

在围成所述电机前端腔体(4)的所述电机筒体(1)侧壁上开设有回气口(6)。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，所述定子外周面冷却进口(5)开设于所述电机筒体(1)侧壁与所述电机定子(8)前段相对的位置。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，所述冷却通路为螺旋流道。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，所述电机筒体(1)的内壁开设有螺旋槽，与所述电机定子(8)的外周面配合形成螺旋流道。

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，所述电机筒体(1)及其内壁的所述螺旋槽为铸造成型。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，所述冷却通路为螺旋流道，且旋向逆着所述电机定子(8)线圈产生的磁场方向。

7.根据权利要求1所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，所述冷却通路为螺旋流道，且沿所述电机定子(8)的轴向和周向均匀布置。

8.根据权利要求1所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，所述定子外周面冷却进口(5)开设在所述电机筒体(1)的底部或者背部侧面。

9.根据权利要求1所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，所述冷却通路的出口布置在所述尾端腔体(12)的顶部或者背部侧面。

10.根据权利要求1所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，所述回气口(6)位于所述前端腔体(4)的底部或者靠下位置。

11.根据权利要求1-10任意一项所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，在所述电机的后端盖(9)开设有尾端冷却进口(10)，连通于所述尾端腔体(12)。

12.根据权利要求11所述的永磁同步电机冷却结构，其特征在于，所述尾端冷却进口(10)布置在所述后端盖(9)的顶部或者背部侧面。