高功率密度永磁電機冷卻系統技術方案

本發明專利技術涉及一種高功率密度永磁電機冷卻系統，由水-風套和永磁電機內部冷卻風路組成，其特點是：水-風套置于永磁電機定子外側，其中，水套與永磁電機定子鐵心緊密接觸連接，風套置于水套外側，并與永磁電機內部冷卻風路聯通，形成循環冷卻風路；永磁電機內部冷卻風路由冷卻風扇或風機和永磁電機轉子上開設的軸向風孔、徑向通風道構成，水-風套內部液體與循環冷卻風路中的氣體流向相反。本發明專利技術結構設計合理，冷卻效果良好，運行性能可靠，尤其適合于表貼式結構永磁電機冷卻。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種永磁電機冷卻系統，尤其是一種表貼式結構高功率密度永磁電機的冷卻系統。
技術介紹
目前永磁電機的冷卻方式概括起來，主要有以下幾種 I)風扇、風機冷卻 大多數永磁電機采用軸流式或離心式風扇、風機進行冷卻，采用該類型冷卻方式，電機的冷卻效果有限，體積較大，可靠性低，無法滿足船舶、電動汽車等對電機體積的要求，難以實現電機的高功率密度設計。 2)冷卻器冷卻 采用空-水冷卻器等對永磁電機進行冷卻時，因冷卻器體積較大，雖然電機冷卻效果較好，但電機的功率密度難以提升，電機存在整體結構笨重，復雜等弊端。
技術實現思路
本專利技術是要提供一種高功率密度永磁電機冷卻系統，用于解決永磁電機的冷卻、溫升問題，實現永磁電機的高功率密度設計。為實現上述目的，本專利技術的技術方案是 一種高功率密度永磁電機冷卻系統，由水-風套和永磁電機內部冷卻風路組成，其特點是水-風套置于永磁電機定子外側，其中，水套與永磁電機定子鐵心緊密接觸連接，風套置于水套外側，并與永磁電機內部冷卻風路聯通，形成循環冷卻風路；永磁電機內部冷卻風路由冷卻風扇或風機和永磁電機轉子上開設的軸向風孔、徑向通風道構成，水-風套內部液體與循環冷卻風路中的氣體流向相反。永磁電機轉子上開設的軸向風孔為傾斜孔，當電機旋轉時，在離心力的作用下，傾斜孔產生風壓，與風扇或風機聯合提供風壓，用于滿足電機冷卻風量需要。風套與電機內部冷卻風路聯通的通風槽口處設置引導冷卻氣體冷卻電機繞組端部的導流板。永磁電機轉子為分段式結構，各段間形成風道，用于削減永磁電機損耗，增強冷卻效果。水套內加設支撐筋以形成軸向“S”型流道或者螺旋形流道，風套的風道內加裝與風套支撐筋平行的散熱翅片，散熱翅片的高度低于支撐筋或在風套支撐筋和風道底面設置散熱溝槽。本專利技術的有益效果 本專利技術通過永磁電機定子外側的水套、風套、風扇或小型風機實現電機內部轉子、永磁體、繞組端部以及定子鐵心的整體冷卻，降低電機溫升，提升電機的熱負荷能力，從而實現電機的高功率密度設計，其優點主要有I)將風路冷卻與水路冷卻結合，有效的增加電機的冷卻面積，提高電機的冷卻效果，可大幅度提升永磁電機的熱負荷能力，縮小電機的體積，節省材料，有效利用電機材料，提高電機功率密度。2)提升永磁電機的冷卻效果，對大容量、高轉速、高頻率類永磁電機效果尤為明顯，避免電機因局部溫升過高導致的永磁體失磁、電機燒毀等現象，增強電機的運行可靠性。本永磁電機冷卻系統的效果及功能如下 (I)通過該永磁電機的定子鐵心外部冷卻用水-風套，電機內部轉子鐵心軸向風孔、徑向通風道，氣隙，形成電機冷卻路徑。在風扇或風機、轉子傾斜孔及導流板的作用下對永磁電機定子鐵心、定子繞組(含繞組端部)及轉子的永磁體護套、永磁體和轉子進行冷卻。大大增加電機熱負荷能力，縮小電機體積，實現永磁電機的高功率密度設計。(2)該永磁電機冷卻系統使定子、轉子溫升均勻，對定子繞組及其端部有一定的冷卻效果，可有效消除因發熱或局部溫度過高問題導致的電機故障，有效避免永磁電機永磁體因局部溫度過高而產生的失磁現象，增強電機的運行可靠性。 附圖說明圖I是本專利技術的結構剖視 圖2是圖I的左剖視圖。具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1，2所示，本專利技術的高功率密度永磁電機冷卻系統，包括水-風套，定子1，轉子2，風扇5等。水-風套置于永磁電機定子I外側，其中，水套3與永磁電機定子I鐵心緊密接觸連接，風套4置于水套3外側，并與永磁電機內部冷卻風路聯通，形成循環冷卻風路；永磁電機內部冷卻風路由冷卻風扇5或風機和永磁電機轉子2上開設的軸向風孔6、徑向通風道7構成，水-風套內部液體與循環冷卻風路中的氣體流向相反。水套3內加設支撐筋以形成軸向“S”型流道或者直接加工出螺旋形流道，風套4與水套3共用一層內壁，風套4內加設支撐筋以形成風道。為增加風套冷卻面積，在風套4的風道內加裝與風套支撐筋平行的散熱翅片，散熱翅片的高度可低于支撐筋，也可以在支撐筋和風道底面加工散熱溝槽。為增加水套冷卻面積，在水套的水道內也可以加工散熱溝槽。風道、水道、翅片及散熱溝槽的數量及面積全部由電機溫度場及流體場的計算決定。為方便安裝及維護，可將風套與水套進行一體化設計，整體安裝在永磁電機外部。永磁電機轉子2采用分段式結構，各段間形成風道，該結構可以較大幅度削減永磁電機損耗。此外，在各分段的轉子鐵心中，加工軸向傾斜風孔，電機轉子高速旋轉時，在離心力作用下，可以形成風壓，輔助風扇或風機對永磁電機進行冷卻。永磁電機為表貼式結構，各磁極間加有非導磁材料塊，磁極及非導磁材料塊外部有合金護套，若電機轉速較低，可取消合金護套改用其他方式對永磁體及非導磁材料進行固定，滿足結構強度和電磁性能要求下，在永磁體底部的轉子鐵心上及永磁體間的非導磁材料塊中間加工少量通風口。通風孔的數量及尺寸由電機溫度場及流體場的計算決定。當電機運行時，風扇或風機運轉，與轉子軸向傾斜通風孔共同作用，形成風壓，電機內部冷卻空氣運動，冷卻空氣通過氣隙，轉子鐵心傾斜通風孔，轉子徑向風道，永磁體底部轉子鐵心通風孔及永磁體間非導磁材料塊通風孔，形成轉子冷卻風路。空氣流出后產生的熱空氣，經定子繞組端部，在導流板的引流作用下，通過入風通道，進入定子水套外側的風套，與定子外側的冷卻風路形成電機完整的冷卻風路。水套內通有冷卻液體，為增強冷卻效果，冷卻液體的流向與冷卻空氣的流向相反，一方面用以直接冷卻定子鐵心，另一方面用以冷卻風道內熱空氣。熱空氣經冷卻后通過出風通道，重新流入電機內部，對電機進行冷卻?！嗬?.一種高功率密度永磁電機冷卻系統，由水-風套和電機內部冷卻風路組成，其特征在于所述水-風套置于永磁電機定子外側，其中，水套與永磁電機定子鐵心緊密接觸連接，風套置于水套外側，并與永磁電機內部冷卻風路聯通，形成循環冷卻風路；永磁電機內部冷卻風路由冷卻風扇或風機和永磁電機轉子上開設的軸向風孔、徑向通風道構成，水-風套內部液體與循環冷卻風路中的氣體流向相反。2.根據權利要求I所述的高功率密度永磁電機冷卻系統，其特征在于所述永磁電機轉子上開設的軸向風孔為傾斜孔，當電機旋轉時，在離心力的作用下，傾斜孔產生風壓，與風扇或風機聯合提供風壓，用于滿足電機冷卻風量需要。3.根據權利要求I所述的高功率密度永磁電機冷卻系統，其特征在于所述風套與永磁電機內部冷卻風路聯通的通風槽口處設置引導冷卻氣體冷卻電機繞組端部的導流板。4.根據權利要求I所述的高功率密度永磁電機冷卻系統，其特征在于所述永磁電機轉子為分段式結構，各段間形成風道，用于削減永磁電機損耗，增強冷卻效果。5.根據權利要求I所述的高功率密度永磁電機冷卻系統，其特征在于所述水套內加設支撐筋以形成軸向“S”型流道或者螺旋形流道；所述風套的風道內加裝與風套支撐筋平行的散熱翅片，散熱翅片的高度低于支撐筋或在風套支撐筋和風道底面設置散熱溝槽。全文摘要本專利技術涉及一種高功率密度永磁電機冷卻系統，由水-風套和永磁電機內部冷卻風路組成，其特點是水-風套置于永磁電機定子外側，其中，水套與永磁電機定子鐵心緊密接觸連接，風套置于水套外側，并與永磁電機內部冷卻風路聯通，形成循環冷卻風路；永磁電機內部冷卻風路由冷卻風扇或風機和永磁電機轉子上開設的軸向風孔、徑向通風道構成，水-風套內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高功率密度永磁電機冷卻系統，由水？風套和電機內部冷卻風路組成，其特征在于：所述水？風套置于永磁電機定子外側，其中，水套與永磁電機定子鐵心緊密接觸連接，風套置于水套外側，并與永磁電機內部冷卻風路聯通，形成循環冷卻風路；永磁電機內部冷卻風路由冷卻風扇或風機和永磁電機轉子上開設的軸向風孔、徑向通風道構成，水？風套內部液體與循環冷卻風路中的氣體流向相反。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔剛，楊帆，劉莉飛，楊平西，畢劉新，李姍，
申請(專利權)人：中國船舶重工集團公司第七零四研究所，
類型：發明
國別省市：