背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，包括電機定子和電機轉(zhuǎn)子；所述電機定子包括定子鐵芯和繞在所述定子鐵芯上的定子繞組；所述電機轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸和套在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子鐵芯，所述轉(zhuǎn)子鐵芯外緣為永磁體，所述永磁體外還套有轉(zhuǎn)子護套，背繞式水內(nèi)冷的定子繞組可以有效降低定子繞組本身溫度，體積減小，可以有效提高電機定子繞組電密，進一步增加電機的功率密度；空實心隔熱的轉(zhuǎn)子護套可以有效降低電機轉(zhuǎn)子部分溫度，設計新穎而簡單，足以替代電機定子封閉油冷的冷卻形式。
【專利說明】背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高速永磁電機，具體涉及一種背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機。
【背景技術】
[0002]相對于常規(guī)電機，高速電機具有噪音低、動態(tài)響應快、功率密度大、輸出頻率高、傳動系統(tǒng)效率高等顯著優(yōu)點，得到了社會的廣泛認可。
[0003]但是，高速電機由于其體積相對較小，節(jié)材的同時其單位體積的損耗相對增加，轉(zhuǎn)子的溫升增加，對電機冷卻系統(tǒng)的要求因此提高，高速電機普遍采用的是定子封閉的油冷冷卻系統(tǒng)，為防止電機的冷卻介質(zhì)進入到電機的轉(zhuǎn)子部分，冷卻系統(tǒng)需在電機氣隙內(nèi)采用隔油環(huán)，隔油環(huán)的應用在電磁方面存在著明顯的弊端:大大增加了電機的氣隙長度，使得電機的主磁阻升高，降低了永磁體的勵磁效果。此外定子封閉油冷的封閉性也直接威脅著高速電機的工作可靠性。
[0004]同時，考慮到電機結構尺寸和轉(zhuǎn)子的機械強度，高速永磁電機普遍采用永磁體轉(zhuǎn)子表面貼磁的結構，即在永磁體外表面采用不銹鋼護套進行固定保護，而護套的應用會使高頻諧波磁場在護套氣隙內(nèi)產(chǎn)生渦流損耗，加速了轉(zhuǎn)子的溫升，導致高速永磁電機轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)“高溫失磁”的現(xiàn)象，直接威脅著高速永磁電機的安全可靠運行。
[0005]因此，如何有效減少由護套向永磁體傳遞的熱量，降低了轉(zhuǎn)子的溫升，維持永磁體工作的低溫環(huán)境，成為急需改進的技術問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供一種背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，改善了電機的定轉(zhuǎn)子冷卻效果，降低永磁體的工作溫度，有效防止了永磁體的熱退磁，提高了電機的工作可靠性；并且相對于定子封閉的油冷系統(tǒng)結構簡單。
[0007]本發(fā)明采用的具體技術方案是:一種背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，包括電機定子和電機轉(zhuǎn)子；所述電機定子包括定子鐵芯和繞在所述定子鐵芯上的定子繞組；所述電機轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸和套在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子鐵芯，所述轉(zhuǎn)子鐵芯外緣為永磁體，所述永磁體外還套有轉(zhuǎn)子護套。
[0008]所述定子繞組的內(nèi)端纏繞在所述定子鐵芯和轉(zhuǎn)子護套的氣隙，線圈外端纏繞在定子軛背部空間，形成閉合的背繞式結構。
[0009]所述定子繞組為空腔結構，冷卻液通入所述空腔。
[0010]所述定子繞組包括至少三套獨立繞組，所述每套獨立繞組兩端的冷卻液入口和冷卻液出口分別與冷卻循環(huán)系統(tǒng)的出口和入口相連接。
[0011]所述冷卻液為水。
[0012]所述定子鐵芯為無槽結構。
[0013]所述轉(zhuǎn)子護套的套筒層為實心結構，所述套筒層之間為空心結構的隔熱層。[0014]所述隔熱層為真空隔熱層，所述轉(zhuǎn)子護套上設有抽真空接口。
[0015]所述電機采用復合結構。
[0016]所述復合結構為在所述電機轉(zhuǎn)子表面鍍銅和/或在所述電機護套和永磁體之間設置銅層。
[0017]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
[0018]1、相對于傳統(tǒng)的定子封閉的油冷系統(tǒng)，定子繞組的水內(nèi)冷結構省去了隔油環(huán)的應用，減少了電機的氣隙長度，體積減小，降低了電機結構的復雜性。保證了電機的工作可靠性。
[0019]2、空實心結構的轉(zhuǎn)子護套通過定子繞組將電機轉(zhuǎn)子的熱量散失，阻礙了轉(zhuǎn)子表面的熱量向永磁體一偵彳傳遞，降低了護套內(nèi)的渦流損耗和電機內(nèi)的溫升。
[0020]3、電機的整套冷卻設計新穎而簡單，在保證電機工作可靠性的前提下有效降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]當結合附圖考慮時，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。
[0022]圖1為本發(fā)明背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機的解析結構示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機的裝配結構意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機的定子繞組的結構示意圖；
[0025]圖4-1為本發(fā)明背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機的轉(zhuǎn)子護套的結構示意圖；
[0026]圖4-2為本發(fā)明背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機的轉(zhuǎn)子護套的截面剖視圖。
[0027]圖中:1、定子鐵芯2、定子繞組21、冷卻液入口 22、冷卻液出口 3、轉(zhuǎn)子護套31、套筒層32、隔熱層33、抽真空接口 4、永磁體5、轉(zhuǎn)軸6、轉(zhuǎn)子鐵芯。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細的說明。
[0029]如圖1-3所示的背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，包括電機定子和電機轉(zhuǎn)子，其中:
[0030]所述電機定子包括定子鐵芯I和繞在定子鐵芯I上的定子繞組2 ;定子鐵芯I為無槽結構，可以避免由于開槽引起的齒諧波，起到降低轉(zhuǎn)子表面附加損耗的作用；定子繞組2的內(nèi)端纏繞在定子鐵芯I和轉(zhuǎn)子護套31的氣隙，線圈外端纏繞在定子軛背部空間，形成閉合的背繞式結構，且定子繞組2為空腔結構且定子繞組2包括至少三套獨立繞組，每套繞組的兩端的冷卻液入口 21和冷卻液出口 22分別和冷卻循環(huán)系統(tǒng)的出口和入口相連接，冷卻液由冷卻循環(huán)系統(tǒng)的出口進入冷卻液入口 21通入空腔，然后從冷卻液出口 22進入冷卻循環(huán)系統(tǒng)的入口，定子鐵心I受定子繞組纏繞2，其自身溫度熱量能夠迅速散失，有效提高定子繞組2的電密，從而進一步增加電機的功率密度，如此進行冷卻循環(huán)。
[0031]為了增加冷卻效果，可以進一步將每套繞組分成獨立的幾部分，分別進行冷卻。
[0032]所述冷卻液以水冷方式為主，可以拓展到油但因其效果相對較差，因此不建議采用油冷。
[0033]所述電機轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸5和套在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子鐵芯6，轉(zhuǎn)子鐵芯6外緣為永磁體4以及套在永磁體4外的轉(zhuǎn)子護套3。進一步如圖4-1和4-2所示，轉(zhuǎn)子護套3采用空實心結構，即套筒層31本身為實心層，在實心的套筒層31中做成空心的隔熱層32，然后通過轉(zhuǎn)子護套3上設有的抽真空接口 33將隔熱層32抽成真空，進一步阻礙電機轉(zhuǎn)子表面的熱量向永磁體4 一側(cè)傳遞，通過氣隙內(nèi)的定子繞組2直接將該部分熱量散失，有效降低了電機轉(zhuǎn)子的溫度，從而用新穎的設計完全替代電機定子封閉油冷的冷卻形式，結構簡單，冷卻效果明顯。
[0034]作為一種優(yōu)選，所述電機可以進一步采用復合結構，如在電機轉(zhuǎn)子表面鍍銅和/或在電機護套3和永磁體4之間設置銅層等措施，進一步降低護套內(nèi)的渦流損耗，有利于降低電機內(nèi)的溫升。
[0035]如上所述，對本發(fā)明的實施例進行了詳細地說明，顯然，只要實質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的發(fā)明點及效果、對本領域的技術人員來說是顯而易見的變形，也全部包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，其特征在于，包括電機定子和電機轉(zhuǎn)子；所述電機定子包括定子鐵芯和繞在所述定子鐵芯上的定子繞組；所述電機轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸和套在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子鐵芯，所述轉(zhuǎn)子鐵芯外緣為永磁體，所述永磁體外還套有轉(zhuǎn)子護套。
2.根據(jù)權利要求1所述的背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，其特征在于，所述定子繞組的內(nèi)端纏繞在所述定子鐵芯和轉(zhuǎn)子護套之間的氣隙，線圈外端纏繞在定子軛背部空間，形成閉合的背繞式結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，其特征在于，所述定子繞組為空腔結構，冷卻液通入所述空腔。
4.根據(jù)權利要求1所述的背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，其特征在于，所述定子繞組包括至少三套獨立繞組，所述每套獨立繞組兩端的冷卻液入口和冷卻液出口分別和冷卻循環(huán)系統(tǒng)的出口和入口相連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，其特征在于，所述冷卻液為水。
6.根據(jù)權利要求1所述的背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，其特征在于，所述定子鐵芯為無槽結構。
7.根據(jù)權利要求1所述的背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子護套的套筒層為實心結構，所述套筒層之間為空心結構的隔熱層。
8.根據(jù)權利要求1所述的背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，其特征在于，所述隔熱層為真空隔熱層，所述轉(zhuǎn)子護套上設有抽真空接口。
9.根據(jù)權利要求1所述的背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，其特征在于，所述電機為復合結構。
10.根據(jù)權利要求1所述的背繞式水內(nèi)冷定子繞組、空實心隔熱轉(zhuǎn)子護套的永磁電機，其特征在于，所述復合結構為在所述電機轉(zhuǎn)子表面鍍銅和/或在所述電機護套和永磁體之間設置銅層。
【文檔編號】H02K21/14GK103683778SQ201310652086
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】李偉力, 張曉晨, 邱洪波, 曹君慈 申請人:北京交通大學