[發(fā)明專(zhuān)利]高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻方法及冷卻系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710091124.9
• 申請(qǐng)日: 2017-02-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106712355B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張回良;林偉偉;張杰;劉濤;肖旭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海優(yōu)耐特斯壓縮機(jī)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02K1/32
• 分類(lèi)號(hào): H02K1/32;H02K5/20
• 代理公司: 上海明成云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31232
• 代理人: 常明

本發(fā)明涉及一種高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻方法及冷卻系統(tǒng)，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子在軸承支承下高速旋轉(zhuǎn)，在距離轉(zhuǎn)子表面并且距離較近的定子繞組中軸向均勻布置二至四個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻用氣管路，其一端被封堵，在氣管路靠向軸的一側(cè)以間距10mm的距離均勻布置直徑為1.5mm的數(shù)個(gè)氣孔，以使新鮮冷卻劑或空氣吹向軸的整個(gè)發(fā)熱表面形成對(duì)流換熱，使冷卻效果達(dá)到最佳；在電機(jī)殼體上周向均勻地開(kāi)設(shè)六至十六個(gè)直徑相宜的孔，聯(lián)通大氣，最后形成大氣從氣管路進(jìn)口進(jìn)入直至電機(jī)殼體上的孔流出的冷卻劑循環(huán)回路。本發(fā)明直接對(duì)軸的絕大多數(shù)軸向長(zhǎng)度范圍內(nèi)進(jìn)行直接對(duì)流換熱，使得換熱效率更佳，更加實(shí)用可靠，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，成本更低，效果更好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻方式，特別是大功率（≥100kW）超高轉(zhuǎn)速（≥10000RPM）的永磁電機(jī)裝置，主要涉及一種用于大功率高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子散熱的冷卻方法及冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高速永磁電機(jī)是集成了機(jī)械、電氣、控制、電力電子和新材料等各種先進(jìn)技術(shù)的高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品。其特點(diǎn)在于，將電機(jī)的功能與傳統(tǒng)的齒輪箱等傳動(dòng)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上融為一體，省去復(fù)雜的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、能量消耗少、工作效率高、易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和精密控制等優(yōu)點(diǎn)。隨著現(xiàn)代裝備制造業(yè)向高速度、高效率、低能耗、高自動(dòng)化方向不斷發(fā)展，高速電機(jī)的技術(shù)提升和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新顯得越來(lái)越迫切。由于高速永磁電機(jī)發(fā)熱功率大，容易導(dǎo)致定子、轉(zhuǎn)子溫度過(guò)高，影響電機(jī)效率，甚至還可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子永磁體不可逆失磁，造成電機(jī)報(bào)廢。因此，如何保證電機(jī)的運(yùn)行溫度（尤其轉(zhuǎn)子永磁體工作溫度）在安全范圍內(nèi)是高速永磁電機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。目前常見(jiàn)的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻方式如下：

1、如圖1所示裝置，電機(jī)定子7由冷卻水從冷卻水進(jìn)口2流向冷卻水出口3，實(shí)現(xiàn)冷卻。電機(jī)轉(zhuǎn)子10通過(guò)冷卻空氣入口1注入冷卻用壓縮空氣進(jìn)行冷卻。從冷卻空氣入口1注入0.2Mpa～0.4Mpa壓縮空氣，冷卻轉(zhuǎn)子表面，同時(shí)在軸承4、5上流動(dòng)，最后排放到大氣中。這種冷卻空氣需要大約0.2Mpa～0.4Mpa壓力。此種方案的不足在于冷卻空氣只在轉(zhuǎn)子中間部位對(duì)軸直吹，壓力大氣流容易造成轉(zhuǎn)子受力不平衡，軸的大部分表面未直接與新鮮冷空氣進(jìn)行換熱，換熱效率差，且空氣壓力較大，造成摩擦損失較大。

2、如圖2所示裝置，中間位置是電機(jī)轉(zhuǎn)子30，空氣50從大氣中吸入，從電機(jī)轉(zhuǎn)子30的兩端吸入，負(fù)壓冷卻空氣60通過(guò)中間位置貫通定子40，通過(guò)真空泵70或者空氣噴射器排出，釋放到大氣中。圖2所示中，下部的排氣通道與上部的排氣通道連通，并共用一個(gè)真空泵70。此冷卻方式可使摩擦損失降低，但和圖1裝置同樣存在換熱效率稍差的問(wèn)題。

3、如圖3所示裝置，在電機(jī)殼13上增加一吹氣風(fēng)扇11和一吸氣風(fēng)扇14，使電機(jī)內(nèi)部氣流形成氣流循環(huán)“大氣→F11→F12→F13→F14→F15→大氣”，將轉(zhuǎn)子17表面的部分熱量帶走，但轉(zhuǎn)子17與定子繞組12之間氣隙很小，氣流難以直接流過(guò)轉(zhuǎn)子表面，散熱效率極低。

4、如圖4所示裝置，轉(zhuǎn)子24上永磁體兩側(cè)自帶微型軸流葉輪23，葉輪23旋轉(zhuǎn)過(guò)程中強(qiáng)迫冷空氣流流經(jīng)轉(zhuǎn)子表面，形成“大氣→F21→F22→F23→F24→F25→大氣”氣流循環(huán)，將熱量帶走，進(jìn)而達(dá)到冷卻轉(zhuǎn)子的目的，此種方式同樣因?yàn)闅庀缎。嬖谏嵝实偷膯?wèn)題，且軸上的軸流葉輪23加工成本高。

有鑒于此，該領(lǐng)域技術(shù)人員致力于研發(fā)一種用于高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子散熱的冷卻方法及裝置，以保證電機(jī)的運(yùn)行溫度控制在安全范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)是提供一種高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻方法及冷卻系統(tǒng)，通過(guò)直接對(duì)軸的絕大多數(shù)軸向長(zhǎng)度范圍內(nèi)進(jìn)行直接對(duì)流換熱，提高了換熱效率，解決了上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子散熱的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：