电机及其冷却系统技术方案

本发明专利技术提供了一种永磁电机及其冷却系统。所述电机包括转子铁心、安装在转子铁心外周表面上的磁体、设置在转子铁心外周的定子铁心以及设置在定子铁心的线槽内的定子绕组，其特征在于，所述电机包括设置在定子和转子内的风冷通道和设置在定子中的液冷通道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电机及用于该电机的冷却系统。
技术介绍
电机运行过程中会产生铜耗、铁耗和其他附加损耗。对于永磁电机，还会涉及到永磁体在谐波磁场作用下产生表面涡流损耗。这些损耗会带来电机的发热，如果热量不能及时散走，会使电机的温升超限。温升是衡量电机的重要指标，它决定着电机的使用寿命。因为电机温升超限首先带来的就是绝缘问题，其直接影响着电机的工作性能。实验证明，对于 B、F、H级绝缘，温度每上升10、12、14°C，电机的使用寿命将缩短一半。另外，由于金属的强度和硬度会随着温度升高而下降，因此电机的发热还将不可避免地会加大结构件的热应力和热疲劳。由于永磁体的磁特性对工作温度特别敏感，因而，温升的设计对于永磁电机更是至关重要。因为过高的工作温度有可能会导致永磁体磁性能的降低，甚至在恶劣的工作状况下可能会产生不可逆失磁。为了将电机温升控制在极限范围内，必须根据实际情况采取有效的冷却措施。目前，为充分降低电机温升，一般采用空冷、氢冷和液冷等对电机进行冷却。空气是最常用的气体冷却介质，空冷的优点是结构简单、成本低、维护比较方便，但单独采用风冷方式散热效率低、风耗大。因此，对于大型汽轮发电机，通常采用氢冷和液冷。氢气比空气是更为良好的冷却介质，但由于氢气混合适量的空气后，和氧气存在引起爆炸的危险，导致氢冷电机在防爆结构、密封、安全等方面都有特殊的要求，其复杂程度也相应提高，通常只在大型汽轮发电机上才可以采用。对于液冷电机，由于液体的比热、导热系数要比气体大，其散热能力也比采用气冷的电机大为提高。液冷电机常用的冷却介质为水。对于大型水轮机和汽轮发电机，往往采用绕组水内冷，提供水冷介质直接冷却绕组内部，有效降低发热量。尽管水冷电机具备诸多优点，但由于水内冷结构复杂，不适合中等功率电机，所以目前的大部分中大功率电机采用的都是机座水冷形式。但是，在实际工程应用中，采用单纯的机座水冷方式却很难有效降低电机绕组温升，而且，还需要考虑到永磁电机中永磁体的磁特性对工作温度特别敏感的问题。为了避免过高的工作温度有可能导致永磁体磁性能的降低，在设计永磁电机冷却系统时，还需要考虑电机所采用的永磁体的冷却问题。因此，对于永磁电机来说，需要一种同时能够冷却电机和永磁体的冷却方式，确保电机温升被控制在合理范围，方可使得电机的工作性能可靠。
技术实现思路
为了解决现有技术中电机冷却方式只针对电机主体进行冷却，无法对永磁体充分散热与降温，进而影响电机工作性能和使用寿命等问题，本专利技术提供一种结构紧凑并且同时具备液冷结构和风冷结构的永磁电机，以及能对电机主体和电机中的永磁体同时进行充分冷却的电机冷却系统。根据本专利技术的一方面，提供了一种电机，所述电机包括转子铁心、安装在转子铁心外周表面上的磁体、设置在转子铁心外周的定子铁心以及设置在定子铁心的线槽内的定子绕组，其特征在于，所述电机包括设置在定子和转子内的风冷通道和设置在定子中的液冷通道。其中，所述风冷通道可包括设置在转子支架中的轴向通风沟、设置在转子铁心中的转子径向通风道，设置在定子铁心内的定子径向通风道，所述轴向通风沟、转子径向通风道与定子径向通风道之间流体连通，所述液冷通道为设置在定子铁心内的冷却液管孔。其中，所述冷却液管孔可设置在定子铁心轭部。冷却液管孔内可设置有冷却液管。 所述冷却液管可为铜管。所述液冷通道可为水冷通道。其中，所述电机可为永磁电机。根据本专利技术的另一方面，提供了一种电机，所述电机包括定子铁心、设置在定子铁心的线槽内的定子绕组、设置在定子铁心外周的转子铁心以及贴附在转子铁心内侧的磁体，其特征在于，其特征在于，所述电机包括设置在定子和转子内的风冷通道和设置在定子中的液冷通道。其中，所述风冷通道可包括设置在定子铁心内侧的定子轴向通风沟、设置在定子铁心中的定子径向通风道以及设置在转子铁心中的转子径向通风道，所述定子轴向通风沟、定子径向通风道以及转子径向通风道之间流体连通，所述液冷通道为设置在定子铁心内的冷却液管孔。其中，所述冷却液管孔可设置在定子铁心轭部。冷却液管孔内可设置有冷却液管。 所述冷却液管可为铜管。所述液冷通道可为水冷通道。其中，所述电机可为永磁电机。根据本专利技术的又一方面，提供了一种用于上述电机的冷却系统，所述冷却系统包括风冷循环单元和液冷循环单元，所述风冷循环单元用于使冷风通过电机的风冷通道进行循环和热交换，所述液冷循环单元用于将冷却液送入液冷通道进行循环和热交换。其中，所述风冷循环单元可包括设置在电机外部的第一换热器以及使冷风循环进入电机的第一循环风机。其中，所述第一换热器可为空-空热交换器或空-水热交换器。其中，所述液冷循环单元可包括与液冷通道连接的泵和第二换热器。其中，所述第二换热器可为空-水热交换器或水-水热交换器。其中，所采用冷却液为水。根据本专利技术的冷却系统特别适用于中大功率电机中，也可广泛应用在汽轮发电机、水轮发电机、风力发电机等工业设备中，满足这些设备对于提高电机内部冷却效果和缩小电机尺寸的要求。附图说明通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本专利技术的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中图1为永磁同步电机内部的通风冷却结构示意图；图2为永磁同步电机的水冷系统示意图3为永磁同步电机的定子冲片示意图；图4示出了根据本专利技术示例性实施例的电机的转子和定子的立体剖视图。图1中各符号含义1-空空热交换器；2-内循环风机；3-外循环风机；4-冷却水管；5-定子铁心；6-定子绕组；7-永磁体；8-转子铁心；9-定子径向通风道；10-转子径向通风道；11-转子支架轴向通风沟；12-风冷循环单元；13-永磁电机；14-水路系统；15-水泵；16-空水热交换器；17-风扇与电动机；18-定子槽；19-定子铁心轭部；20-冷却水管孔。具体实施例方式下面将以一台在风力发电机组上应用的永磁电机为实施例介绍本专利技术的冷却系统。根据本专利技术示例性实施例的永磁电机包括转子铁心8、安装在转子铁心8圆周表面上的永磁体7、设置在转子铁心8外周的定子铁心5以及设置在定子铁心5的线槽内的定子绕组 6。根据本专利技术示例性实施例的冷却系统包括空冷系统和水冷系统。下面结合附图1 和2分别对空冷系统和水冷系统进行描述。图1为永磁电机冷却系统中的空冷系统示意图。根据本专利技术实施例的冷却系统中的空冷系统包括设置于永磁电机内部的风冷通道以及使冷风循环通过电机内的风冷通道的风冷循环单元12。根据图1中所示的例子，风冷循环单元12包括设置在电机外部的空-空热交换器 1、内循环风机2、外循环风机3。外循环风机3设置在空-空热交换器1的端部，用于吹送冷空气进入空-空热交换器1的冷却风管。内循环风机2设置在空-空热交换器1的侧部， 用于将在电机13内吸收热量的热空气抽出，经过冷却风管进行热交换从而变成冷空气，再次进入电机13进行下一次循环。在本示例性实施例中，热交换器1设置在永磁电机13上方，显然，热交换器1也可以设置在电机13的其它位置。虽然在该实施例中，热交换器1为空-空热交换器，但是，也可以采用空-水/液热交换器等，即，冷却风管内可以为其它任何形式的冷却流体。设置在永磁电机13内部的风冷通道包括转子支架轴向通风沟11、转子径向通风道10、定子径向通风道9。转子支架轴向通风沟11沿轴向设置在转子支架中，用于沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电机，所述电机包括转子铁心、安装在转子铁心外周表面上的磁体、设置在转子铁心外周的定子铁心以及设置在定子铁心的线槽内的定子绕组，其特征在于，所述电机包括设置在定子和转子内的风冷通道和设置在定子中的液冷通道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祥，
申请(专利权)人：江苏金风风电设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：32