自带冷却系统的大功率高速永磁电机技术方案

本实用新型专利技术涉及一种自带冷却系统的大功率高速永磁电机，包括转子、定子、机座、两个空

【技术实现步骤摘要】
自带冷却系统的大功率高速永磁电机


[0001]本技术涉及一种高速永磁电机的冷却技术，特别涉及一种自带冷却系统的大功率高速永磁电机。

技术介绍

[0002]大功率高速永磁电机，尤其是20MW级高速永磁电机功率密度高，损耗密度也很大，而永磁转子作为高速永磁电机的主要热源之一，转子铁心中高频涡流损耗的显著增加和高速导致的转子表面空气摩擦损耗的迅速增大给高速永磁电机转子的温升管理带来了一定的难度。在高温情况下，转子上的永磁体极易发生不可逆退磁，严重影响电机的可靠运行。
[0003]目前常见的转子冷却包括外设风机、转子开轴向通风道的空气冷却方式，或者定子机壳外侧设置水套、转子端部装设风扇的水冷加空冷的冷却方式，但是20MW级大功率高速永磁电机的转子轴向长度一般较长，转子散热困难，前述这些方法已无法满足散热要求。因此，在达到电气要求的前提下，设计高效的转子冷却方法和冷却系统，对于大功率高速永磁电机而言格外重要。

技术实现思路

[0004]针对现有的20MW级高速永磁同步电机转子设计中存在损耗密度大导致温升高、永磁体存在失磁风险问题，提出了一种自带冷却系统的大功率高速永磁电机，在保证满足电机电磁、结构性能指标的基础上，设计一种新的有利于大功率高速永磁电机散热的冷却系统。
[0005]本技术的技术方案为：一种自带冷却系统的大功率高速永磁电机，包括转子、定子、机座、两个空
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水冷却器、两个外挂风机和冷却室；其中转子包括转子铁心、固定在转子铁心外的永磁体、缠绕在永磁体外的护套；定子包括定子铁心、定子绕组和定子铁心两端的定子端盖；定子套装在转子外，定、转子之间有气隙；定子固定安装在机座内，两台空
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水冷却器分别布置在机座上方冷却室内，两台外挂风机分别对应两台空
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水冷却器、沿电机轴向对称外挂在冷却室左右两侧外部；机座的上部顶板在左右两侧各有一个进风口，两台外挂风机将冷却空气从机座上端两侧进风口鼓入机座内的电机内部，热风从机座上部两个中间出风口流出至两个空
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水冷却器进行冷却。
[0006]优选的，所述定子铁心由硅钢片叠压而成，根据需要被多个径向通风道分为数段，以保证定子的有效散热。
[0007]优选的，所述转子铁心为整体锻件，包括中间的转子铁心段和转子铁心段两端的轴伸段，转子铁心段上加工有轴向通风孔和径向通风孔。
[0008]优选的，所述转子的永磁体和护套分成沿转子铁心轴向中心线对称、尺寸和结构完全相同的两段，段中间由转子铁心上的定位筋隔开，段间和段外分别由内端板和外端板限位固定。
[0009]优选的，所述轴向通风孔贯通转子铁心段，轴向通风孔数量为12个，呈环形均布于
转子铁心段径向端面上，轴向通风孔均匀分布在与转轴同心但直径介于转子铁心段内外径的圆周上。
[0010]优选的，所述径向通风孔位于由定位筋隔出的无永磁体和护套的转子铁心段上，每两个并排的两个通孔构成一组径向通风孔，径向通风孔向内延伸至与轴向通风孔交叉。
[0011]优选的，所述护套为碳纤维复合材料，以缠绕的方式固定于永磁体的外圆。
[0012]本技术的有益效果在于：本技术自带冷却系统的大功率高速永磁电机，转子铁心段上加工有轴向通风孔和径向通风孔，配合空
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水冷却器和风机的设计，从而形成两对称的电机循环风路，解决了因大功率转子轴向长度过长导致其散热困难的问题；所述冷却系统在冷却转子的同时，对定子也进行了有效冷却；转子及冷却系统均结构简单，方便加工制造与总装。
附图说明
[0013]图1为本技术自带冷却系统的大功率高速永磁电机整体结构示意图；
[0014]图2为本技术电机中机座顶板进、出风口的位置示意图；
[0015]图3为本技术电机中定子结构示意图；
[0016]图4为本技术电机中转子结构示意图；
[0017]图5为本技术电机中冷却空气经过转子的冷却路径示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0019]如图1所示自带冷却系统的大功率高速永磁电机整体结构示意图，包括转子、定子、机座9、两个空
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水冷却器13、两个外挂风机14和冷却室22。其中转子包括转子铁心1、固定在转子铁心1外的永磁体2、缠绕在永磁体2外的护套3、内端板4和外端板5；定子包括定子铁心6、定子绕组7和定子铁心6两端的定子端盖8。
[0020]定子套装在转子外，两者中间有气隙。定子固定安装在机座9内，两台空
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水冷却器13分别布置在机座上方冷却室22内，两台外挂风机14分别对应两台空
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水冷却器13、沿电机轴向对称外挂在冷却室22左右两侧外部。
[0021]如图1、2所示，机座9的上部顶板10左右两端各有一个进风口11，两台外挂风机14将冷却空气从机座9上端两个进风口11鼓入电机内部，对定子和转子冷却，热风从机座9的上部顶板10中间出风口12流出至两个空
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水冷却器13，经空
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水冷却器13的冷却水管冷却后再次进入电机内部。机座9上的进风口11和出风口12位置与两个空
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水冷却器13位置合理对应。
[0022]如图3所示定子结构示意图，定子铁心6由硅钢片叠压而成，根据需要由多个径向通风道15分为数段，可保证定子的有效散热；
[0023]如图1、4所示转子结构示意图，转子的永磁体2和护套3分成沿转子铁心1轴向中心线对称、尺寸和结构完全相同的两段，段中间由转子铁心1上的定位筋16隔开，段间和段外分别由内端板4和外端板5限位固定。
[0024]永磁体2为沿轴向和径向由多块瓦片状磁钢17组成的圆筒型，磁钢17用胶水固定于转子铁心1外圆。护套3为碳纤维复合材料，以缠绕的方式固定于永磁体2的外圆；内端板4热套在段面上，位于两段对称的永磁体2和护套3靠近定位筋16的一侧，外端板5安装在转子铁心段外侧端面上。
[0025]转子铁心1为整体锻件，包括中间的转子铁心段18和转子铁心段18两端的轴伸段19，转子铁心段18上加工有轴向通风孔20和径向通风孔21。
[0026]轴向通风孔20对称贯通转子铁心段18。轴向通风孔20数量一般为12个，呈环形均布于转子铁心段18径向端面上，轴向通风孔20均匀分布在与转轴同心但直径介于转子铁心段18内外径的圆周上，设计时可根据转子铁心段18外径、冷却所需风量、转子铁心1上的磁密分布以及转子机械强度对轴向通风孔20的数量和位置进行相应调整。
[0027]径向通风孔21位于由定位筋16隔出的无永磁体2和护套3的转子铁心段18上，径向通风孔21向内延伸至与轴向通风孔20交叉；每两个并排的两个通孔构成一组径向通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自带冷却系统的大功率高速永磁电机，其特征在于，包括转子、定子、机座、两个空
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水冷却器、两个外挂风机和冷却室；其中转子包括转子铁心、固定在转子铁心外的永磁体、缠绕在永磁体外的护套；定子包括定子铁心、定子绕组和定子铁心两端的定子端盖；定子套装在转子外，定、转子之间有气隙；定子固定安装在机座内，两台空
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水冷却器分别布置在机座上方冷却室内，两台外挂风机分别对应两台空
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水冷却器、沿电机轴向对称外挂在冷却室左右两侧外部；机座的上部顶板在左右两侧各有一个进风口，两台外挂风机将冷却空气从机座上端两侧进风口鼓入机座内的电机内部，热风从机座上部两个中间出风口流出至两个空
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水冷却器进行冷却。2.根据权利要求1所述自带冷却系统的大功率高速永磁电机，其特征在于，所述定子铁心由硅钢片叠压而成，根据需要被多个径向通风道分为数段，以保证定子的有效散热。3.根据权利要求1或2所述自带冷却系统的大功率高速永磁电机，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家玉，杨智，李姗，陈磊，蒋山，张洋，孙嘉男，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零四研究所，
类型：新型
国别省市：