CN113991906A - 大功率高速永磁电机转子及其冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大功率高速永磁电机转子及其冷却方法，转子永磁体和护套分成沿转子铁心轴向中心线对称且轴向等长的两段，中间由定位筋隔开，转子铁心开有轴向贯通的通风孔，两段之间设有径向通风孔，从而形成两对称的循环风路，解决了因大功率转子轴向长度过长导致其散热困难的问题；所述冷却系统在冷却转子的同时，对定子也进行了有效冷却；转子及冷却系统均结构简单，方便加工制造与总装。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速永磁转子的冷却技术，特别涉及一种大功率高速永磁电机转子及其冷却方法。
背景技术
大功率高速永磁电机，尤其是20MW级高速永磁电机功率密度高，损耗密度也很大，而永磁转子作为高速永磁电机的主要热源之一，转子铁心中高频涡流损耗的显著增加和高速导致的转子表面空气摩擦损耗的迅速增大给高速永磁电机转子的温升管理带来了一定的难度。在高温情况下，转子上的永磁体极易发生不可逆退磁，严重影响电机的可靠运行。
目前常见的转子冷却方法包括外设风机、转子开轴向通风道的空气冷却方式，或者定子机壳外侧设置水套、转子端部装设风扇的水冷加空冷的冷却方式，但是20MW级大功率高速永磁电机的转子轴向长度一般较长，转子散热困难，前述这些方法已无法满足散热要求。因此，在达到电气要求的前提下，设计高效的转子冷却方法和冷却系统，对于大功率高速永磁电机而言格外重要。
发明内容
针对现有的20MW级高速永磁同步电机转子设计中存在损耗密度大导致温升高、永磁体存在失磁风险问题，提出了一种大功率高速永磁电机转子及其冷却方法，在保证满足电机电磁、结构性能指标的基础上，设计一种新的有利于大功率高速永磁电机表贴式转子散热的冷却方法。
本发明的技术方案为：一种大功率高速永磁电机转子，包括转子铁心、固定在转子铁心外的永磁体、缠绕在圆柱永磁体外的护套；转子的永磁体和护套分成沿转子铁心轴向中心线对称、尺寸和结构完全相同的两段，段中间由转子铁心上的定位筋隔开，段间和段外分别由内端板和外端板限位固定；转子铁心为整体锻件，包括中间的转子铁心段和转子铁心段两端的轴伸段，转子铁心段径向断面上加工轴向通风孔，由定位筋隔出的无永磁体和护套的转子铁心段上加工有径向通风孔。
优选的，所述轴向通风孔对称贯通转子铁心段，数个轴向通风孔呈环形均布于转子铁心段径向端面上。
优选的，所述径向通风孔位向内延伸至与轴向通风孔交叉；每两个并排的两个通孔构成一组径向通风孔，其具体数量和孔半径由转子散热需求和结构强度决定。
优选的，所述护套为碳纤维复合材料，以缠绕的方式固定于永磁体的外圆。
所述大功率高速永磁电机转子的冷却方法，设置空气冷却系统，通过径向通风孔和轴向通风孔与转子内部进行热交换，对转子进行冷却。
进一步，所述空气冷却系统中的冷风通过转子轴向通风孔，从径向通风孔中流出至套装在转子外的定子，再通过定子径向通风道，流出的热风回空气冷却系统，构成电机的封闭式循环空气冷却。
进一步，根据转子铁心段外径、冷却所需风量、转子铁心上的磁密分布以及转子机械强度对轴向通风孔的数量和位置进行相应调整。
本发明的有益效果在于：本发明大功率高速永磁电机转子及其冷却方法，转子永磁体和护套分成沿转子铁心轴向中心线对称且轴向等长的两段，中间由定位筋隔开，转子铁心开有轴向贯通的通风孔，两段之间设有径向通风孔，从而形成两对称的循环风路，解决了因大功率转子轴向长度过长导致其散热困难的问题；所述冷却系统在冷却转子的同时，对定子也进行了有效冷却；转子及冷却系统均结构简单，方便加工制造与总装。
附图说明
图1为本发明大功率高速永磁电机转子结构示意图；
图2为本发明系统中冷却空气经过转子的冷却路径示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示转子结构示意图，转子的永磁体2和护套3分成沿转子铁心1轴向中心线对称、尺寸和结构完全相同的两段，段中间由转子铁心1上的定位筋6隔开，段间和段外分别由内端板4和外端板5限位固定。
永磁体2为沿轴向和径向由多块瓦片状磁钢7组成的圆筒型，磁钢7用胶水固定于转子铁心1外圆。护套3为碳纤维复合材料，以缠绕的方式固定于永磁体2的外圆；内端板4热套在段面上，位于两段对称的永磁体2和护套3靠近定位筋6的一侧，外端板5安装在转子铁心段外侧端面上。
转子铁心1为整体锻件，包括中间的转子铁心段8和转子铁心段8两端的轴伸段9，转子铁心段8上加工有轴向通风孔10和径向通风孔11。
轴向通风孔10对称贯通转子铁心段8。轴向通风孔10数量一般为12个，呈环形均布于转子铁心段8径向端面上，轴向通风孔10均匀分布在与转轴同心但直径介于转子铁心段8内外径的圆周上，设计时可根据转子铁心段8外径、冷却所需风量、转子铁心1上的磁密分布以及转子机械强度对轴向通风孔10的数量和位置进行相应调整。
径向通风孔11位于由定位筋6隔出的无永磁体2和护套3的转子铁心段18上，径向通风孔11向内延伸至与轴向通风孔10交叉；每两个并排的两个通孔构成一组径向通风孔11，其具体数量和孔半径由转子散热需求和结构强度决定。
定子套装在转子外，两者中间有气隙。大功率高速永磁转子冷却方法，如图2所示冷却空气经过转子的路径示意图，空气冷却系统冷气鼓入电机的内部的冷气分为两路：一路流经定子绕组端部，进入气隙，然后从定子径向通风道中流出；另一路通过转子轴向通风孔10，从转子轴中间径向通风孔11中流出，再通过定子径向通风道流出；从而构成了两路对称循环空气冷却系统。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种大功率高速永磁电机转子，其特征在于，包括转子铁心、固定在转子铁心外的永磁体、缠绕在圆柱永磁体外的护套；转子的永磁体和护套分成沿转子铁心轴向中心线对称、尺寸和结构完全相同的两段，段中间由转子铁心上的定位筋隔开，段间和段外分别由内端板和外端板限位固定；转子铁心为整体锻件，包括中间的转子铁心段和转子铁心段两端的轴伸段，转子铁心段径向断面上加工轴向通风孔，由定位筋隔出的无永磁体和护套的转子铁心段上加工有径向通风孔。
2.根据权利要求1所述大功率高速永磁电机转子，其特征在于，所述轴向通风孔对称贯通转子铁心段，数个轴向通风孔呈环形均布于转子铁心段径向端面上。
3.根据权利要求2所述大功率高速永磁电机转子，其特征在于，所述径向通风孔位向内延伸至与轴向通风孔交叉；每两个并排的两个通孔构成一组径向通风孔，其具体数量和孔半径由转子散热需求和结构强度决定。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述大功率高速永磁电机转子，其特征在于，所述护套为碳纤维复合材料，以缠绕的方式固定于永磁体的外圆。
5.根据权利要求4所述大功率高速永磁电机转子的冷却方法，其特征在于，设置空气冷却系统，通过径向通风孔和轴向通风孔与转子内部进行热交换，对转子进行冷却。
6.根据权利要求5所述大功率高速永磁电机转子的冷却方法，其特征在于，所述空气冷却系统中的冷风通过转子轴向通风孔，从径向通风孔中流出至套装在转子外的定子，再通过定子径向通风道，流出的热风回空气冷却系统，构成电机的封闭式循环空气冷却。
7.根据权利要求5或6所述大功率高速永磁电机转子的冷却方法，其特征在于，根据转子铁心段外径、冷却所需风量、转子铁心上的磁密分布以及转子机械强度对轴向通风孔的数量和位置进行相应调整。
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