[發明專利]一種內轉子電機冷卻結構

有效

• 申請號: 202011421777.7
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112491181B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 孫明燦
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H02K1/32
• 分類號: H02K1/32;H02K1/20;H02K9/06;H02K5/18
• 代理公司: 濟南格源知識產權代理有限公司 37306
• 代理人: 韓洪淼

本發明屬于電機技術領域，涉及一種內轉子電機冷卻結構，包括轉子冷卻組件和定子冷卻組件，所述轉子冷卻組件包括安裝在轉子鐵心內的轉子熱管以及位于轉子鐵心端部的離心風扇，所述轉子熱管的一端位于轉子鐵心的轉子冷卻孔內，轉子熱管的另一端位于離心風扇的風扇冷卻孔內，所述定子冷卻組件包括安裝在定子鐵心內的定子熱管。本發明具有在不明顯增加電機加工工藝難度和制造成本的基礎上，可提高對電機定轉子的冷卻效果的優點。

技術領域

本發明屬于電機技術領域，涉及一種內轉子電機冷卻結構。

背景技術

隨著工業技術的迅速發展，各種工業領域對電機的性能要求越來越高，促使電機向著高功率密度的方向發展，而效果優良的冷卻系統是電機功率密度提高的前提及保障。因此，提出及優化電機冷卻系統成為提高電機功率密度亟需解決的任務。

目前，變頻器在驅動電機的使用使得永磁電機調速變得簡單可行，但同時導致永磁電機磁鋼渦流損耗增加，磁鋼溫度升高。因此，目前由變頻器供電的永磁電機溫升較高的地方主要分布在定子鐵心、定子繞組和轉子磁鋼位置。電機內部溫升過高將會導致繞組絕緣老化甚至損壞、永磁退磁等不良后果，這將大大縮短電機的使用壽命，甚至導致電機損壞，影響工業正常生產，造成經濟損失。因此，提高電機冷卻系統散熱能力，合理控制電機溫升是電機在允許溫升范圍內正常運行的基本保障。

目前，電機常用的冷卻方式有水套內冷、強制風冷、自然冷卻等冷卻方式。在高功率密度電機中常采用水套內冷，也就是預先在機殼內設置冷卻水道，通過水流帶走電機內部的熱量。采用此種冷卻方式需配備循環水泵、散熱風扇和散熱器或者冷卻水箱，而散熱器或者冷卻水箱通常體積較大，使得整個電機系統占用空間較多，不利于設備的安裝。強制風冷通常采用風扇提高電機機殼散熱筋上的空氣流速，從而實現電機的冷卻，但強制風冷冷卻效果比水套內冷弱。自然冷卻在這三種冷卻方式中冷卻效果最差，不利于電機功率密度的提高。

熱管技術是美國洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）國家實驗室的喬治格羅佛(GeorgeGrover)發明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，其充分利用熱傳導原理與相變介質的快速熱傳遞性質，透過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，且導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。一般的，熱管由銅、鋁等材料制成，將管內抽成負壓后充入適量的冷卻介質，使緊貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿冷卻介質后密封。熱管的一端為蒸發段（加熱段)，另一端為冷凝段（冷卻段），當熱管的一端受熱時毛細芯中的液體蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細吸力的作用流回蒸發段。如此循環，熱量由熱管的一端傳至另—端。熱管超強的導熱性能使其導熱系數是一般金屬的千倍左右，且熱管傳導以接近音速的速度傳遞，導熱性能極好。同時采用熱管技術后，無需外加循環泵，僅靠熱管自身的毛細吸力作用就能實現冷卻介質在管中往復流動，可使電機冷卻系統的可靠性得到顯著提高。

中國專利CN104377891A，公開了一種伺服電機的熱管冷卻裝置，其采用的熱管技術是通過在定子外圓周上開設四個槽，在槽內放置熱管，然后把四根熱管在后端蓋處匯成一圓形熱管實現散熱。以及，在電機軸的軸心內軸向設置一熱管為轉子提供散熱通道。此種方法雖然能對定子進行冷卻，但由于熱管在轉軸內，永磁體的熱量需要經過轉子鐵心傳遞到轉軸熱管，由于永磁體和轉軸熱管之間的距離較遠，它們之間的熱阻相對較大，這種方式對轉子的冷卻效果并不明顯。

中國專利CN103427560A，公開了使用導熱管增強電機冷卻效果的結構，利用熱管形狀可塑性強的特點，提出可以針對電機溫度較高的點放置熱管，如在定子繞組端部綁定熱管，但是，熱管和繞組端部很難形成面接觸，這種方式對降低繞組溫升效果并不明顯。

中國專利CN102751803A，公開了用導熱管冷卻方式冷卻的電機，提出將熱管放置在靠近轉子的定子槽頂端內，進而提高轉子的冷卻效果。但是，此種方式熱管會占用定子槽空間，導致電機槽滿率較低，電機繞組下線難度增加，需要較高的電機加工工藝，同時還會導致電機功率密度大幅下降。

以上便是現有技術存在的不足之處。

發明內容