[发明专利]高速永磁电机定子冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速永磁电机定子冷却系统，属于电机技术领域。

背景技术

高速永磁电机在具有普通高速电机的转速高、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的同时，还具有效率高、功率因数高的优点，因此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。特别是在分布式发电系统中，由于燃气轮机驱动的高速永磁电机体积小，具有较高的机动性，使其可作为医院、宾馆及其它重要设施的备用电源，也可作为独立电源或小型电站，以弥补集中式供电的不足，具有重要的实用价值。

高速永磁电机在运行时，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。在该类型电机中，一般采用在定子侧的密闭腔内通冷却介质或开域通风的方式来进行散热，考虑到冷却系统的结构和安全问题，一般采用的绝缘冷却介质导热性能较差，冷却效果不强，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，而转子的温度过高，就会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

本发明为了解决现有高速永磁电机的转子温度过高，使电机内永磁体及整个电机的工作稳定性降低的问题，提供了一种高速永磁电机定子冷却系统。

本发明包括机壳和定子铁心，定子铁心罩于机壳内，所述定子铁心的内圆周上沿圆周方向呈放射状均匀分布多个定子槽，绕组缠绕在定子铁心的定子槽内，每个定子槽的槽口处设置一个定子槽楔，所述定子槽楔与定子槽的槽口处内壁紧密配合，每个定子槽楔与其所在定子槽的两个侧壁及绕组的槽内外表面所形成的轴向通道内设置内冷却管道，所述多个内冷却管道的两个端部分别汇集在一起形成入口和出口。

本发明的优点是：本发明应用于高速电机上，在电机工作时，向内冷却管道内通入冷却介质，随着冷却介质沿轴向的流动，会及时带走定子铁心上的热量进而冷却定子铁心。它取消了现有电机内的密闭板，使电机内气隙长度增加，空气流动的空间增大，进而导热作用增强。本发明能使现有电机的气隙长度由1mm增至3mm，当电机转速为6万转每分时，能使空气的有效导热系数由现有电机中0.28W/（m*℃）增至0.39W/（m*℃），这样大大提高了运动空气的导热能力，使转子侧热量更多地传递到定子侧。

本发明中加入的内冷却管道，能避免冷却介质与定子绕组铁心等电机部件的直接接触，由此可以采用水等冷却性能好的介质对电机进行冷却。计算分析表明，在相同流体流速下，采用油冷时，本发明技术方案能使电机最高温升降低10℃；采用水冷时，电机温度变化更加显著，在流速为1m/s时，与电机接触面的散热系数高达953W/(m*℃)，可使转子侧温度降低约40℃，有效避免了转子温升过高造成的电机内部永磁体的消磁，使电机的整体工作性能稳定性大大提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图中箭头表示冷却通道内冷却介质的流动方向；图2是图1的A-A剖视图；图3是本发明实施方式三的结构示意图，图中箭头表示冷却通道内冷却介质的流动方向；图4是图3的B-B剖视图；图5是实施方式一、二、三或四中所述冷却管道的管内直径示意图；图6是实施方式五中所述冷却管道的管内直径变化示意图；图7是实施方式六中所述冷却管道的管内直径变化示意图；图8是实施方式八中所述冷却管道的管内直径变化示意图，图5至图8中h代表冷却管道的管内直径，L代表冷却管道的长度；图9是实施方式一中冷却介质散热系数变化的曲线图；图10是实施方式五中冷却介质散热系数变化的曲线图；图11是实施方式六中冷却介质散热系数变化的曲线图；图12是实施方式八中冷却介质散热系数变化的曲线图；图13是冷却管道的管内直径采用不同技术方案时电机轴向定子绕组温度变化曲线图，图中曲线A为实施方式一中定子绕组温度变化曲线、曲线B为实施方式五中定子绕组温度变化曲线、曲线C为实施方式六中定子绕组温度变化曲线、曲线D为实施方式八中定子绕组温度变化曲线；图14是冷却管道的管内直径采用不同技术方案时电机轴向转子温度变化曲线图，图中曲线E为实施方式一中转子温度变化曲线、F为实施方式八中转子温度变化曲线、G为实施方式六中转子温度变化曲线、H为实施方式五中转子温度变化曲线。

具体实施方式