[發明專利]一種永磁同步電機的轉子冷卻結構

有效

• 申請號: 201310724028.5
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103746485A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 曹翼;李光耀
• 申請（專利權）人: 上海電機系統節能工程技術研究中心有限公司;上海電科電機科技有限公司
• 主分類號: H02K1/32
• 分類號: H02K1/32;H02K1/20;H02K9/19;H02K9/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

技術領域

本發明涉及一種旋轉電機冷卻設計領域，特別涉及具有轉子冷卻結構的永磁同步電機。其中該電機轉子具有平滑型軸向冷卻通道和徑向冷卻通道，這種構造使得冷卻介質在運行時能在軸向和徑向流動通過所述定、轉子，尤其能使轉子各處均勻散熱，達到良好冷卻效果。

背景技術

目前電氣傳動機械設備廣泛應用于國防、航天、冶金等領域，特別是在先進設備制造領域和高精度控制傳動領域，其動力源多為由驅動控制器驅動的永磁同步電動機。這種電氣傳動系統的特點是集成了機械、電氣、電子、控制、新材料等各種先進技術，發展成為高度機電一體化的產品。具有調速范圍廣、轉動慣量小、系統效率高、易于實現無級調速和精密控制的優點。

隨著現代各工業應用領域的不斷發展，對驅動電機的各項技術指標要求越來越高。在提升電機容量的同時，對電機的體積、轉速、使用溫升等提出了苛刻的限制條件，因此驅動電機的冷卻設計越來越顯得重要。

目前永磁電機廣泛采用的冷卻方案是，對電機的定子進行風冷或者液體循環強制冷卻，而對轉子沒有專門的冷卻措施。由于定子鐵芯齒槽結構造成的氣隙不均勻和施加電流中的高次諧波成分，導致永磁電機氣隙磁場中含有大量諧波，這將會在電機定、轉子鐵芯中產生高頻附加損耗；同時由于磁鋼是導電體，因此高次諧波也會在磁鋼中產生渦流損耗，這些附加損耗不僅降低了電機的效率，增加了電機的發熱和溫升水平，而且給電機的長期穩定運行帶來風險。

由于永磁電機轉子與定子之間氣隙狹小，氣隙中的空氣軸向流動困難，使得轉子的冷卻困難，會產生發熱嚴重的問題，這將會使轉子上的磁鋼材料在長期高溫下失磁，降低電機的輸出效能；另外，轉子鐵芯發熱嚴重，熱量傳遞到轉軸和軸承上，將會影響軸承的使用壽命，并且使轉軸產生熱變形，影響電機的工作性能，導致電機振動劇烈，噪聲嚴重。所以在永磁電機中，特別是高功率密度的永磁電機中，轉子上的發熱問題需要重點考慮，轉子的冷卻結構設計也極為重要。

申請號為ZL200610095805.4的專利，提到帶有中心轉子冷卻管的電機冷卻系統結構，但此結構在轉子鐵芯上帶有勺狀體，布置在轉子鐵芯表面下方，不適用于表貼式的永磁同步電機。申請號為ZL201010184819.X的專利，提到具有轉子冷卻結構的高速電機結構，但該結構只在轉子鐵芯上設置有軸向通風孔，雖然能在轉子上起到一定的降溫作用，但是該種結構只能對有限長度的小型永磁電機起到較好冷卻效果，對于容量更大的永磁同步電機，例如轉子軸向長度超過300mm或者更大，長的轉子就會限制通過軸向冷卻通道的冷卻介質流量，造成轉子軸向長度冷熱不均。申請號為ZL201010136949.6的專利，提到高速永磁同步電機的自內冷轉子結構，是利用表貼磁鋼和永磁體護套構成軸向通風孔道，只適用于表貼式永磁同步電機，且沒有設置徑向冷卻通道，也存在長轉子軸向長度冷熱不均的問題。申請號為ZL200780033194.3的專利，提到用于電機勵磁繞組的轉子徑向通風管的冷卻結構，也利用了軸向冷卻通道，但是沒有運用到表貼式永磁電機的磁鋼表面和護套形成有效通風道，缺少對永磁電機磁鋼在轉子位置上的放置設計，因此需要在轉子結構上進行改進通風設計。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術不足，通過改善電機冷卻結構布置，有效提高永磁同步電機轉子的冷卻效果。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種永磁同步電機的轉子冷卻結構，其特征在于：包括在轉子鐵芯內形成的徑向輻射型分布的多個平滑型的轉子軸向冷卻通道和沿軸向分段分布的多個平滑型的轉子徑向冷卻通道，還包括在定子鐵芯內形成的徑向輻射型多個定子軸向冷卻通道和沿軸向分段分布的多個定子徑向冷卻通道；在轉子鐵芯兩側壓板上開有多個通風孔，且在兩側壓板上分別連接有多片薄葉片，薄葉片跟隨轉子鐵芯旋轉運動后驅動冷卻介質在永磁同步電機的腔體內循環流通，冷卻介質在循環流通過程中通過轉子軸向冷卻通道和轉子徑向冷卻通道冷卻轉子鐵芯，同時，冷卻介質在循環流通過程中通過定子軸向冷卻通道和定子徑向冷卻通道冷卻定子鐵芯；在定子鐵芯的外壁與永磁同步電機的殼體接觸處形成有水道結構，由水道結構內的冷卻介質直接冷卻定子鐵芯，并間接冷卻永磁同步電機的腔體內的冷卻介質。

優選地，所述轉子徑向冷卻通道與所述定子徑向冷卻通道相對布置，且相互獨立。

優選地，所述轉子軸向冷卻通道在所述轉子鐵芯內或平行于轉子軸線，或傾斜于轉子軸線，且所述轉子軸向冷卻通道的截面從所述轉子鐵芯兩端面往中心呈喇叭形收縮，在所述轉子鐵芯的中心處設置有隔風擋板。