本發(fā)明涉及電機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種永磁同步電機冷卻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

永磁同步電機具有體積小、整體運行效率高、功率因數(shù)高等特點，近年來常被應(yīng)用于壓縮機的驅(qū)動。與傳動異步啟動電機相比，永磁同步電機采用電機轉(zhuǎn)子中的永磁體勵磁，可避免勵磁電流產(chǎn)生磁場的同時引起勵磁損耗，但也需要采用強制散熱措施帶走永磁同步電機內(nèi)部的熱量，避免轉(zhuǎn)子內(nèi)部永磁體因長期在高溫工作環(huán)境下而引起的退磁現(xiàn)象。尤其是大功率電機，繞組電流大，整個環(huán)境發(fā)熱量更是明顯，散熱措施必須得以保證。

現(xiàn)有永磁同步電機采用的冷卻方式根據(jù)電機類型可分為兩種：開式電機常采用風(fēng)冷，利用風(fēng)扇帶動電機周圍空氣流動，從而為電機散熱，但是該種結(jié)構(gòu)會增加整個環(huán)境的溫度，需額外增加設(shè)備對外界環(huán)境進行散熱，這種結(jié)構(gòu)有一定的局限性；閉式電機采用氟利昂等已蒸發(fā)、不導(dǎo)電液態(tài)冷卻介質(zhì)來冷卻，現(xiàn)有大部分壓縮機結(jié)構(gòu)均采用的均為該種冷卻方式。

關(guān)于閉式永磁同步電機冷卻方式常用的方法亦有多種，可以為定子兩端繞組噴灑冷卻介質(zhì)，或者是在定子外周面換熱來冷卻繞組外表面溫度，但這些措施均比較單一，冷卻效果有限，僅適用于中小功率的電機，當(dāng)電機功率升至800KW、1500KW甚至更大時，由于電機長度會增加很多，傳統(tǒng)的冷卻方式僅能冷卻轉(zhuǎn)子兩端或者定子外表面，而很難冷卻到轉(zhuǎn)子中間部位。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種永磁同步電機冷卻結(jié)構(gòu)，用以解決電機尤其是大功率電機的冷卻問題，避免電機轉(zhuǎn)子因為長期運行在高溫環(huán)境中造成永磁體退磁而造成嚴(yán)重的損失。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種永磁同步電機冷卻結(jié)構(gòu)：

在電機筒體和電機定子之間設(shè)置有冷卻通路，所述冷卻通路的出口連通于所述電機的尾端腔體，所述冷卻通路的定子外周面冷卻進口開設(shè)于所述電機筒體側(cè)壁比所述出口靠前的位置；

在圍成所述電機前端腔體的所述電機筒體側(cè)壁上開設(shè)有回氣口。

優(yōu)選的，所述定子外周面冷卻進口開設(shè)于所述電機筒體側(cè)壁與所述電機定子前段相對的位置。

優(yōu)選的，所述冷卻通路為螺旋流道。

優(yōu)選的，所述電機筒體的內(nèi)壁開設(shè)有螺旋槽，與所述電機定子的外周面配合形成螺旋流道。

優(yōu)選的，所述電機筒體及其內(nèi)壁的所述螺旋槽為鑄造成型。

優(yōu)選的，所述冷卻通路為螺旋流道，且旋向逆著所述電機定子線圈產(chǎn)生的磁場方向。

優(yōu)選的，所述冷卻通路為螺旋流道，且沿所述電機定子的軸向和周向均勻布置。

優(yōu)選的，所述定子外周面冷卻進口開設(shè)在所述電機筒體的底部或者背部側(cè)面。

優(yōu)選的，所述冷卻通路的出口布置在所述尾端腔體的頂部或者背部側(cè)面。

優(yōu)選的，所述回氣口位于所述前端腔體的底部或者靠下位置。

優(yōu)選的，在所述電機的后端蓋開設(shè)有尾端冷卻進口，連通于所述尾端腔體。

優(yōu)選的，所述尾端冷卻進口布置在所述后端蓋的頂部或者背部側(cè)面。

從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的永磁同步電機冷卻結(jié)構(gòu)，在電機筒體和電機定子之間設(shè)計有冷卻通路，用于冷卻電機定子的外周面，當(dāng)冷卻介質(zhì)由進口從前往后到達(dá)電機尾端腔體后，由于電機尾端其他地方都是密封結(jié)構(gòu)，冷卻介質(zhì)只能從定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙自后向前通過，迫使冷卻介質(zhì)冷卻電機轉(zhuǎn)子外周面和電機定子內(nèi)周面，然后從電機前端的回氣口排出。經(jīng)過以上的綜合型方式，能夠有效冷卻定子和轉(zhuǎn)子的重點部位，獲得良好的溫度控制效果，解決了電機尤其是大功率電機的冷卻問題，避免電機轉(zhuǎn)子因為長期運行在高溫環(huán)境中造成永磁體退磁而造成嚴(yán)重的損失。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供永磁同步電機冷卻結(jié)構(gòu)的示意圖。

其中，1為電機筒體，2為前軸承，3為電機轉(zhuǎn)子，4為前端腔體，5為定子外周面冷卻進口，6為回氣口，7為定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙，8為電機定子，9為后端蓋，10為尾端冷卻進口，11為后軸承，12為尾端腔體。

具體實施方式

本發(fā)明公開了一種永磁同步電機冷卻結(jié)構(gòu)，用以解決電機尤其是大功率電機的冷卻問題，避免電機轉(zhuǎn)子因為長期運行在高溫環(huán)境中造成永磁體退磁而造成嚴(yán)重的損失。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供的永磁同步電機冷卻結(jié)構(gòu)，其核心改進點在于：

在電機筒體1和電機定子8之間設(shè)置有冷卻通路，該冷卻通路的出口連通于電機的尾端腔體12，冷卻通路的定子外周面冷卻進口5開設(shè)于電機筒體1側(cè)壁比上述出口靠前的位置，從而實現(xiàn)冷卻介質(zhì)從前往后流動換熱；如圖1所示，其中的左側(cè)即為前方，右側(cè)為后方；用于冷卻的介質(zhì)可為氟利昂或者其他易蒸發(fā)產(chǎn)生相變吸熱、不導(dǎo)電的物質(zhì)；

在圍成電機前端腔體4的電機筒體1側(cè)壁上開設(shè)有回氣口6。

從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的永磁同步電機冷卻結(jié)構(gòu)，在電機筒體1和電機定子8之間設(shè)計有冷卻通路，用于冷卻電機定子8的外周面，當(dāng)冷卻介質(zhì)由定子外周面冷卻進口5從前往后到達(dá)電機尾端腔體12后，由于電機尾端其他地方都是密封結(jié)構(gòu)，冷卻介質(zhì)只能從定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙7自后向前通過(如圖1中間從右往左的箭頭所示)，迫使冷卻介質(zhì)冷卻電機轉(zhuǎn)子3外周面和電機定子8內(nèi)周面，然后從電機前端的回氣口6排出(如圖1左下的箭頭所示)。經(jīng)過以上的綜合型方式，能夠有效冷卻定子和轉(zhuǎn)子的重點部位(如轉(zhuǎn)子中間部位)，獲得良好的溫度控制效果，解決了電機尤其是大功率電機的冷卻問題，避免電機轉(zhuǎn)子因為長期運行在高溫環(huán)境中造成永磁體退磁而造成嚴(yán)重的損失。

由于永磁同步電機是整個壓縮機最為核心的部件，是整個壓縮機的動力源，電機轉(zhuǎn)子更是核心中的核心，一旦轉(zhuǎn)子中的永磁體退磁，將直接導(dǎo)致壓縮機無法正常運轉(zhuǎn)，造成的損失是毀滅性的，而通過本方案將能完全避免這種事情的發(fā)生，保證整個壓縮機運行的安全可靠。

作為優(yōu)選，定子外周面冷卻進口5開設(shè)于電機筒體1側(cè)壁與電機定子8前段相對的位置，從而使得冷卻通路覆蓋電機定子8沿軸向盡可能長的距離，能夠?qū)ζ渫庵苊鎻那巴蟾映浞掷鋮s。進一步的，定子外周面冷卻進口5開設(shè)在與電機定子8最前一段(即前端)相對的位置，實現(xiàn)完整覆蓋冷卻。

為了進一步優(yōu)化上述的技術(shù)方案，冷卻通路為螺旋流道(如圖1中部的螺旋箭頭所示)，以便于在有限的軸向距離內(nèi)布設(shè)更長的冷卻通路，從而增強冷卻效果。螺旋流道可以均勻的冷卻電機定子外表面，如果是水平流道則僅僅能冷卻一條線，而螺旋流道則可冷卻整個面，因此優(yōu)選螺旋流道。當(dāng)然，冷卻通路還可以為蛇形結(jié)構(gòu)，或者由多個環(huán)形通路沿軸向串接而成。

鑒于電機定子8是由一層層硅鋼片疊加而成的，因此想要在其外周面設(shè)計螺旋流道非常不方便，即使能夠加工出來，由于是螺旋流道，每個硅鋼片形狀都不相同，就會造成位置不同的地方局部發(fā)熱嚴(yán)重，影響電機效率及功率因數(shù)。在本方案提供的具體實施例中，電機筒體1的內(nèi)壁開設(shè)有螺旋槽，與電機定子8的外圓柱周面配合形成螺旋流道，該結(jié)構(gòu)相對簡單易于實現(xiàn)，生產(chǎn)成本和技術(shù)難度都不高。如圖1所示，在電機前端的電機筒體1內(nèi)部螺旋槽起始位置開一個定子外周面冷卻進口5，冷卻定子表面后從電機尾端流出。當(dāng)然，還可以設(shè)計單獨的水套機構(gòu)安裝于電機筒體1和電機定子8之間形成前述的冷卻通路。

具體的，螺旋槽截面形狀為矩形、梯形、半圓形、三角形均可，一般為了鑄造方便優(yōu)選梯形、半圓形；螺旋槽深度一般可根據(jù)定子長度及定子外的電機筒體厚度來定，深度一般為電機筒體厚度的1/3～1/2；螺距一般可根據(jù)電機定子長度來定，定子長度較小時可選取較小螺距，定子長度較大時可選取較大螺距。

由于電機筒體1內(nèi)表面有螺旋流道，該零件最好選用鑄造成型，可提高加工效率；即電機筒體1及其內(nèi)壁的螺旋槽為整體鑄造成型。當(dāng)然，電機筒體1也可以不鑄造，內(nèi)壁螺旋流道也可以通過加工的方法加工而來，只是加工、制造費用較高。

進一步的，螺旋槽左旋或右旋根據(jù)電機定子線圈8產(chǎn)生的磁場方向而定；優(yōu)選的，螺旋流道的旋向逆著上述磁場方向，更利于定子冷卻。電機筒體1內(nèi)壁螺旋流道也可順著定子線圈產(chǎn)生的磁場方向，只是冷卻效果會略微差一點。

在本方案提供的具體實施例中，冷卻通路為螺旋流道，且沿電機定子8的軸向和周向均勻布置。電機筒體1內(nèi)壁與電機定子8接觸面設(shè)置軸向、周向均勻布置的螺旋槽，如此形成的螺旋流道可以均勻冷卻電機定子8整個外表面，從而實現(xiàn)良好的冷卻效果。

電機前端冷卻進口位置可根據(jù)螺旋槽起始位置開在四周任意一個位置，但考慮到機組布管方便，一般將定子外周面冷卻進口5開設(shè)在電機筒體1的底部或者背部側(cè)面?？梢岳斫獾氖牵@里所講的底部和背部的方向概念都是基于如圖1所示的臥式結(jié)構(gòu)正常裝配狀態(tài)而言的，下同。

經(jīng)過螺旋槽后出來的冷卻介質(zhì)到達(dá)電機尾腔，螺旋流道出口位置可布置在四周任意一個位置。優(yōu)選的，將冷卻通路的出口布置在尾端腔體12的頂端(如圖1右上方螺旋箭頭所示)或者背部側(cè)面；如此可使尚未蒸發(fā)完全的氣液混合態(tài)冷卻介質(zhì)由于重力作用先流到腔體底部，然后液態(tài)冷卻介質(zhì)再蒸發(fā)，相變吸收的熱量可使電機尾端腔體12內(nèi)部充分冷卻。

在電機腔體前端需開設(shè)一電機回氣口6，使冷卻完電機的冷卻介質(zhì)進入下一個容器，該回氣口6位于前端腔體4的底部或者靠下位置，以便于順利排出回收冷卻介質(zhì)?；貧饪?的數(shù)量是1個即可，數(shù)量太多會增加外部泄露點，一般來說該位置處于電機腔體前端底部(如圖1所示下方)，這樣不僅可以使冷卻完成后的氣態(tài)冷卻介質(zhì)進入下一個容器中，也可以使尚未完全冷卻的液態(tài)冷卻介質(zhì)流入下一個容器。

由于進入電機定子和轉(zhuǎn)子之間氣隙7的冷卻介質(zhì)已經(jīng)過一次冷卻，為避免冷卻不充分，在電機后端蓋9端面增加一路冷卻介質(zhì)，以此來加強冷卻效果。其結(jié)構(gòu)可以參照圖1所示，在電機的后端蓋9開設(shè)有尾端冷卻進口10，直接進入電機腔尾端(即尾端腔體12)，增加冷卻介質(zhì)的量，迫使足夠的冷卻介質(zhì)通過電機定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙7，以此來冷卻電機轉(zhuǎn)子外表面及定子內(nèi)表面。

電機尾端冷卻進口10位置可布置在后端蓋9端面任意一個位置。優(yōu)選的，將尾端冷卻進口10布置在后端蓋9的頂端(如圖1所示上方)或者背部側(cè)面；如此可使尚未蒸發(fā)完全的氣液混合態(tài)冷卻介質(zhì)由于重力作用先流到腔體底部，然后液態(tài)冷卻介質(zhì)再蒸發(fā)，相變吸收的熱量可使電機尾端腔體12充分冷卻，同時如此冷卻介質(zhì)可通過重力自動下流冷卻電機線包。

電機腔體前端冷卻進口5和后端蓋冷卻進口10的大小根據(jù)電機功率來定，電機功率越大，冷卻進口越大，反之越小。

下面結(jié)合具體工作過程對本方案作進一步介紹：

1、冷卻介質(zhì)從電機腔體前端的定子外表面冷卻進口進入，在定子外表面經(jīng)過螺旋流道到達(dá)電機尾端，過程中可以冷卻定子外表面，同時在電機后端蓋端面增加一冷卻進口進入電機尾端腔體；

2、兩路冷卻介質(zhì)混合后通過定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙到達(dá)電機前端，過程中可以冷卻電機轉(zhuǎn)子外表面及定子內(nèi)表面以及定子兩端的線圈；

3、通過定子和轉(zhuǎn)子氣隙的冷卻介質(zhì)最終通過電機前端的電機回氣口流出。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種永磁同步電機冷卻結(jié)構(gòu)，特別是一種功率永磁同步電機綜合型冷卻方式：在電機腔體前端，筒體和定子相接位置，開設(shè)一個冷卻介質(zhì)進口，在電機筒體與電機定子之間設(shè)計一螺旋流道，用于冷卻電機定子外表面，當(dāng)冷卻介質(zhì)到達(dá)電機尾端后，由于電機尾端其他地方都是密封結(jié)構(gòu)，冷卻介質(zhì)只能從定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙通過，迫使冷卻介質(zhì)冷卻電機轉(zhuǎn)子外表面和電機定子內(nèi)表面，然后從電機前端回氣口進入下一個容器。由于進入電機定子和轉(zhuǎn)子之間氣隙的冷卻介質(zhì)已經(jīng)過一次冷卻，為避免冷卻不充分，在電機后端蓋端面增加一路冷卻介質(zhì)，以此來加強冷卻效果。在這里，大功率永磁同步電機所說的大功率一般指的是大于100KW的電機，本方案的該結(jié)構(gòu)尤其適用于500KW～1500KW電機。該大功率永磁同步電機可用于離心壓縮機、螺桿壓縮機、鼓風(fēng)機等多種類似機型。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。