高速永磁电机定子冷却系统技术方案

高速永磁电机定子冷却系统，属于电机技术领域。它解决了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。它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。本发明专利技术用作高速永磁电机的冷却。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高速永磁电机定子冷却系统，属于电机

技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术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。 本专利技术的优点是本专利技术应用于高速电机上，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。本专利技术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。 本专利技术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，本专利技术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是本专利技术的结构示意图，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是本专利技术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。 具体实施例方式具体实施方式一下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式包括机壳1和定子铁心2，定子铁心2罩于机壳1内，所述定子铁心2的内圆周上沿圆周方向呈放射状均匀分布多个定子槽2-1，绕组2-2缠绕在定子铁心2的定子槽2-1内，每个定子槽2-1的槽口处设置一个定子槽楔2-3，所述定子槽楔2-3与定子槽2-1的槽口处内壁紧密配合，每个定子槽楔2-3与其所在定子槽2-1的两个侧壁及绕组2-2的槽内外表面所形成的轴向通道内设置内冷却管道2-4，所述多个内冷却管道2-4的两个端部分别汇集在一起形成入口2-5和出口2-6。 本实施方式中绕组2-2缠绕在定子铁心2的定子槽2-1内，为了通冷却介质，绕组2-2仅占所在定子槽2-1的一部分空间，余下的部分用来放置内冷却管道2-4。内冷却管道2-4采用非导电、高导热的材料制成。 在现有电机的定子冷却系统中，通常设计隔油环来隔离冷却介质与定子及转子，冷却介质与定子绕组铁心等电机部件直接接触，这样就需要采用绝缘冷却介质，如变压器油等。隔油环的制作采用聚酰亚胺薄膜，其导热系数<1W/(m*℃)，一般为0.3W/(m*℃)。考虑空气高速旋转，气隙中流体为高紊流状态，经分析空气导热系数也只达到0.28W/(m*℃)(一般静止空气导热系数0.02W/(m*℃))。隔油环还造成电机的气隙长度过小，不利于利用空气的导热能力来传递转子侧的热量。本实施方式取消隔油环后加入了内冷却管道2-4，它增加了冷却介质在电机内部的密闭性，介质不与绕组等接触，因此可以采用水、氟利昂等冷却性能好的冷却介质，水及氟利昂等的冷却效果远高于变压器油，其高导热性能可以更有效的冷却电机。以通水为例，由于水的导热系数高、运动粘度小，在其流速为1m/s时，与电机的定子接触面散热系数达953W/(m*℃)，而在现有技术中通油冷却时，散热系数仅为230W/(m*℃)，所以采用本专利技术技术方案会使电机的冷却效果大大提高，转子侧温升降低约40℃，定子电枢绕组温升降低约30℃。具体实施方式二下面结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于它还包括外冷却管道排3，所述外冷却管道排3设置在机壳1与定子铁心2的外圆表面之间。其它组成及连接关系与实施方式一相同。 外冷却管道排3可对电机轭部直接进行冷却，可使电机的温度进一步降低。具体实施方式三本实施方式与实施方式二的不同之处在于所述冷却管道排3的输入口与内冷却管道2-4的入口2-5相连通，所述冷却管道排3的输出口与内冷却管道2-4的出口2-6相连通。其它组成及连接关系与实施方式二相同。 将外冷却管道排3与内冷却管道2-4的端部用汇流排汇集一起，形成一个整体循环的冷却系统，一方面减少了冷却系统的辅助动力设备和冷却管道在电机内部的连接设备，提高了冷却系统的密闭可靠性；另一方面，部分增加了外冷却管道排3与内冷却管道2-4在电机内部的长度，可以更加有效发挥冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速永磁电机定子冷却系统，它包括机壳（１）和定子铁心（２），定子铁心（２）罩于机壳（１）内，所述定子铁心（２）的内圆周上沿圆周方向呈放射状均匀分布多个定子槽（２－１），绕组（２－２）缠绕在定子铁心（２）的定子槽（２－１）内，其特征在于：每个定子槽（２－１）的槽口处设置一个定子槽楔（２－３），所述定子槽楔（２－３）与定子槽（２－１）的槽口处内壁紧密配合，每个定子槽楔（２－３）与其所在定子槽（２－１）的两个侧壁及绕组（２－２）的槽内外表面所形成的轴向通道内设置内冷却管道（２－４），所述多个内冷却管道（２－４）的两个端部分别汇集在一起形成入口（２－５）和出口（２－６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟力，张晓晨，寇宝泉，耿加民，曹君慈，沈稼丰，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]