專利名稱：高功率密度永磁電機冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁電機冷卻系統(tǒng)，尤其是一種表貼式結(jié)構(gòu)高功率密度永磁電機的冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前永磁電機的冷卻方式概括起來，主要有以下幾種
I)風(fēng)扇、風(fēng)機冷卻
大多數(shù)永磁電機采用軸流式或離心式風(fēng)扇、風(fēng)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(xiàn)電機的高功率密度設(shè)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(jié)構(gòu)笨重，復(fù)雜等弊端。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種高功率密度永磁電機冷卻系統(tǒng)，用于解決永磁電機的冷卻、溫升問題，實現(xiàn)永磁電機的高功率密度設(shè)計。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種高功率密度永磁電機冷卻系統(tǒng)，由水-風(fēng)套和永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路組成，其特點是水-風(fēng)套置于永磁電機定子外側(cè)，其中，水套與永磁電機定子鐵心緊密接觸連接，風(fēng)套置于水套外側(cè)，并與永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路聯(lián)通，形成循環(huán)冷卻風(fēng)路；永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路由冷卻風(fēng)扇或風(fēng)機和永磁電機轉(zhuǎn)子上開設(shè)的軸向風(fēng)孔、徑向通風(fēng)道構(gòu)成，水-風(fēng)套內(nèi)部液體與循環(huán)冷卻風(fēng)路中的氣體流向相反。永磁電機轉(zhuǎn)子上開設(shè)的軸向風(fēng)孔為傾斜孔，當電機旋轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下，傾斜孔產(chǎn)生風(fēng)壓，與風(fēng)扇或風(fēng)機聯(lián)合提供風(fēng)壓，用于滿足電機冷卻風(fēng)量需要。風(fēng)套與電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路聯(lián)通的通風(fēng)槽口處設(shè)置引導(dǎo)冷卻氣體冷卻電機繞組端部的導(dǎo)流板。永磁電機轉(zhuǎn)子為分段式結(jié)構(gòu)，各段間形成風(fēng)道，用于削減永磁電機損耗，增強冷卻效果。水套內(nèi)加設(shè)支撐筋以形成軸向“S”型流道或者螺旋形流道，風(fēng)套的風(fēng)道內(nèi)加裝與風(fēng)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(fēng)套支撐筋和風(fēng)道底面設(shè)置散熱溝槽。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明通過永磁電機定子外側(cè)的水套、風(fēng)套、風(fēng)扇或小型風(fēng)機實現(xiàn)電機內(nèi)部轉(zhuǎn)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(xiàn)電機的高功率密度設(shè)計，其優(yōu)點主要有
I)將風(fēng)路冷卻與水路冷卻結(jié)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(jié)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(zhuǎn)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(dǎo)致的永磁體失磁、電機燒毀等現(xiàn)象，增強電機的運行可靠性。本永磁電機冷卻系統(tǒng)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(fēng)套，電機內(nèi)部轉(zhuǎn)子鐵心軸向風(fēng)孔、徑向通風(fēng)道，氣隙，形成電機冷卻路徑。在風(fēng)扇或風(fēng)機、轉(zhuǎn)子傾斜孔及導(dǎo)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(zhuǎn)子的永磁體護套、永磁體和轉(zhuǎn)子進行冷卻。大大增加電機熱負荷能力，縮小電機體積，實現(xiàn)永磁電機的高功率密度設(shè)計。(2)該永磁電機冷卻系統(tǒng)使定子、轉(zhuǎn)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(fā)熱或局部溫度過高問題導(dǎo)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(chǎn)生的失磁現(xiàn)象，增強電機的運行可靠性。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視 圖2是圖I的左剖視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1，2所示，本發(fā)明的高功率密度永磁電機冷卻系統(tǒng)，包括水-風(fēng)套，定子1，轉(zhuǎn)子2，風(fēng)扇5等。水-風(fēng)套置于永磁電機定子I外側(cè)，其中，水套3與永磁電機定子I鐵心緊密接觸連接，風(fēng)套4置于水套3外側(cè)，并與永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路聯(lián)通，形成循環(huán)冷卻風(fēng)路；永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路由冷卻風(fēng)扇5或風(fēng)機和永磁電機轉(zhuǎn)子2上開設(shè)的軸向風(fēng)孔6、徑向通風(fēng)道7構(gòu)成，水-風(fēng)套內(nèi)部液體與循環(huán)冷卻風(fēng)路中的氣體流向相反。水套3內(nèi)加設(shè)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(fēng)套4與水套3共用一層內(nèi)壁，風(fēng)套4內(nèi)加設(shè)支撐筋以形成風(fēng)道。為增加風(fēng)套冷卻面積，在風(fēng)套4的風(fēng)道內(nèi)加裝與風(fēng)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(fēng)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(nèi)也可以加工散熱溝槽。風(fēng)道、水道、翅片及散熱溝槽的數(shù)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(fēng)套與水套進行一體化設(shè)計，整體安裝在永磁電機外部。永磁電機轉(zhuǎn)子2采用分段式結(jié)構(gòu)，各段間形成風(fēng)道，該結(jié)構(gòu)可以較大幅度削減永磁電機損耗。此外，在各分段的轉(zhuǎn)子鐵心中，加工軸向傾斜風(fēng)孔，電機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，在離心力作用下，可以形成風(fēng)壓，輔助風(fēng)扇或風(fēng)機對永磁電機進行冷卻。永磁電機為表貼式結(jié)構(gòu)，各磁極間加有非導(dǎo)磁材料塊，磁極及非導(dǎo)磁材料塊外部有合金護套，若電機轉(zhuǎn)速較低，可取消合金護套改用其他方式對永磁體及非導(dǎo)磁材料進行固定，滿足結(jié)構(gòu)強度和電磁性能要求下，在永磁體底部的轉(zhuǎn)子鐵心上及永磁體間的非導(dǎo)磁材料塊中間加工少量通風(fēng)口。通風(fēng)孔的數(shù)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(fēng)扇或風(fēng)機運轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)子軸向傾斜通風(fēng)孔共同作用，形成風(fēng)壓，電機內(nèi)部冷卻空氣運動，冷卻空氣通過氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心傾斜通風(fēng)孔，轉(zhuǎn)子徑向風(fēng)道，永磁體底部轉(zhuǎn)子鐵心通風(fēng)孔及永磁體間非導(dǎo)磁材料塊通風(fēng)孔，形成轉(zhuǎn)子冷卻風(fēng)路?？諝饬鞒龊螽a(chǎn)生的熱空氣，經(jīng)定子繞組端部，在導(dǎo)流板的引流作用下，通過入風(fēng)通道，進入定子水套外側(cè)的風(fēng)套，與定子外側(cè)的冷卻風(fēng)路形成電機完整的冷卻風(fēng)路。水套內(nèi)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(fēng)道內(nèi)熱空氣。熱空氣經(jīng)冷卻后通過出風(fēng)通道，重新流入電機內(nèi)部，對電機進行冷卻。·
權(quán)利要求
1.一種高功率密度永磁電機冷卻系統(tǒng)，由水-風(fēng)套和電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路組成，其特征在于所述水-風(fēng)套置于永磁電機定子外側(cè)，其中，水套與永磁電機定子鐵心緊密接觸連接，風(fēng)套置于水套外側(cè)，并與永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路聯(lián)通，形成循環(huán)冷卻風(fēng)路；永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路由冷卻風(fēng)扇或風(fēng)機和永磁電機轉(zhuǎn)子上開設(shè)的軸向風(fēng)孔、徑向通風(fēng)道構(gòu)成，水-風(fēng)套內(nèi)部液體與循環(huán)冷卻風(fēng)路中的氣體流向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率密度永磁電機冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述永磁電機轉(zhuǎn)子上開設(shè)的軸向風(fēng)孔為傾斜孔，當電機旋轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下，傾斜孔產(chǎn)生風(fēng)壓，與風(fēng)扇或風(fēng)機聯(lián)合提供風(fēng)壓，用于滿足電機冷卻風(fēng)量需要。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率密度永磁電機冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)套與永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路聯(lián)通的通風(fēng)槽口處設(shè)置引導(dǎo)冷卻氣體冷卻電機繞組端部的導(dǎo)流板。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率密度永磁電機冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述永磁電機轉(zhuǎn)子為分段式結(jié)構(gòu)，各段間形成風(fēng)道，用于削減永磁電機損耗，增強冷卻效果。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率密度永磁電機冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述水套內(nèi)加設(shè)支撐筋以形成軸向“S”型流道或者螺旋形流道；所述風(fēng)套的風(fēng)道內(nèi)加裝與風(fēng)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(fēng)套支撐筋和風(fēng)道底面設(shè)置散熱溝槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高功率密度永磁電機冷卻系統(tǒng)，由水-風(fēng)套和永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路組成，其特點是水-風(fēng)套置于永磁電機定子外側(cè)，其中，水套與永磁電機定子鐵心緊密接觸連接，風(fēng)套置于水套外側(cè)，并與永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路聯(lián)通，形成循環(huán)冷卻風(fēng)路；永磁電機內(nèi)部冷卻風(fēng)路由冷卻風(fēng)扇或風(fēng)機和永磁電機轉(zhuǎn)子上開設(shè)的軸向風(fēng)孔、徑向通風(fēng)道構(gòu)成，水-風(fēng)套內(nèi)部液體與循環(huán)冷卻風(fēng)路中的氣體流向相反。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，冷卻效果良好，運行性能可靠，尤其適合于表貼式結(jié)構(gòu)永磁電機冷卻。
文檔編號H02K9/16GK102891565SQ201210428660
公開日2013年1月23日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者崔剛, 楊帆, 劉莉飛, 楊平西, 畢劉新, 李姍 申請人:中國船舶重工集團公司第七0四研究所