CN103683778B - 背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机，包括电机定子和电机转子；所述电机定子包括定子铁芯和绕在所述定子铁芯上的定子绕组；所述电机转子包括转轴和套在转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯外缘为永磁体，所述永磁体外还套有转子护套，背绕式水内冷的定子绕组可以有效降低定子绕组本身温度，体积减小，可以有效提高电机定子绕组电密，进一步增加电机的功率密度；空实心隔热的转子护套可以有效降低电机转子部分温度，设计新颖而简单，足以替代电机定子封闭油冷的冷却形式。

Description

背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机

技术领域

本发明涉及一种高速永磁电机，具体涉及一种背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机。

背景技术

相对于常规电机，高速电机具有噪音低、动态响应快、功率密度大、输出频率高、传动***效率高等显著优点，得到了社会的广泛认可。

但是，高速电机由于其体积相对较小，节材的同时其单位体积的损耗相对增加，转子的温升增加，对电机冷却***的要求因此提高，高速电机普遍采用的是定子封闭的油冷冷却***，为防止电机的冷却介质进入到电机的转子部分，冷却***需在电机气隙内采用隔油环，隔油环的应用在电磁方面存在着明显的弊端：大大增加了电机的气隙长度，使得电机的主磁阻升高，降低了永磁体的励磁效果。此外定子封闭油冷的封闭性也直接威胁着高速电机的工作可靠性。

同时，考虑到电机结构尺寸和转子的机械强度，高速永磁电机普遍采用永磁体转子表面贴磁的结构，即在永磁体外表面采用不锈钢护套进行固定保护，而护套的应用会使高频谐波磁场在护套气隙内产生涡流损耗，加速了转子的温升，导致高速永磁电机转子会出现“高温失磁”的现象，直接威胁着高速永磁电机的安全可靠运行。

因此，如何有效减少由护套向永磁体传递的热量，降低了转子的温升，维持永磁体工作的低温环境，成为急需改进的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机，改善了电机的定转子冷却效果，降低永磁体的工作温度，有效防止了永磁体的热退磁，提高了电机的工作可靠性；并且相对于定子封闭的油冷***结构简单。

本发明采用的具体技术方案是：一种背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机，包括电机定子和电机转子；所述电机定子包括定子铁芯和绕在所述定子铁芯上的定子绕组；所述电机转子包括转轴和套在转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯外缘为永磁体，所述永磁体外还套有转子护套。

所述定子绕组的内端缠绕在所述定子铁芯和转子护套的气隙，线圈外端缠绕在定子轭背部空间，形成闭合的背绕式结构。

所述定子绕组为空腔结构，冷却液通入所述空腔。

所述定子绕组包括至少三套独立绕组，所述每套独立绕组两端的冷却液入口和冷却液出口分别与冷却循环***的出口和入口相连接。

所述冷却液为水。

所述定子铁芯为无槽结构。

所述转子护套的套筒层为实心结构，所述套筒层之间为空心结构的隔热层。

所述隔热层为真空隔热层，所述转子护套上设有抽真空接口。

所述电机采用复合结构。

所述复合结构为在所述电机转子表面镀铜和/或在所述电机护套和永磁体之间设置铜层。

本发明产生的有益效果是：

1、相对于传统的定子封闭的油冷***，定子绕组的水内冷结构省去了隔油环的应用，减少了电机的气隙长度，体积减小，降低了电机结构的复杂性。保证了电机的工作可靠性。

2、空实心结构的转子护套通过定子绕组将电机转子的热量散失，阻碍了转子表面的热量向永磁体一侧传递，降低了护套内的涡流损耗和电机内的温升。

3、电机的整套冷却设计新颖而简单，在保证电机工作可靠性的前提下有效降低了成本。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机的解析结构示意图；

图2为本发明背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机的装配结构意图；

图3为本发明背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机的定子绕组的结构示意图；

图4-1为本发明背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机的转子护套的结构示意图；

图4-2为本发明背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机的转子护套的截面剖视图。

图中：1、定子铁芯2、定子绕组21、冷却液入口22、冷却液出口3、转子护套31、套筒层32、隔热层33、抽真空接口4、永磁体5、转轴6、转子铁芯。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1-3所示的背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机，包括电机定子和电机转子，其中：

所述电机定子包括定子铁芯1和绕在定子铁芯1上的定子绕组2；定子铁芯1为无槽结构，可以避免由于开槽引起的齿谐波，起到降低转子表面附加损耗的作用；定子绕组2的内端缠绕在定子铁芯1和转子护套31的气隙，线圈外端缠绕在定子轭背部空间，形成闭合的背绕式结构，且定子绕组2为空腔结构且定子绕组2包括至少三套独立绕组，每套绕组的两端的冷却液入口21和冷却液出口22分别和冷却循环***的出口和入口相连接，冷却液由冷却循环***的出口进入冷却液入口21通入空腔，然后从冷却液出口22进入冷却循环***的入口，定子铁心1受定子绕组缠绕2，其自身温度热量能够迅速散失，有效提高定子绕组2的电密，从而进一步增加电机的功率密度，如此进行冷却循环。

为了增加冷却效果，可以进一步将每套绕组分成独立的几部分，分别进行冷却。

所述冷却液以水冷方式为主，可以拓展到油但因其效果相对较差，因此不建议采用油冷。

所述电机转子包括转轴5和套在转轴上的转子铁芯6，转子铁芯6外缘为永磁体4以及套在永磁体4外的转子护套3。进一步如图4-1和4-2所示，转子护套3采用空实心结构，即套筒层31本身为实心层，在实心的套筒层31中做成空心的隔热层32，然后通过转子护套3上设有的抽真空接口33将隔热层32抽成真空，进一步阻碍电机转子表面的热量向永磁体4一侧传递，通过气隙内的定子绕组2直接将该部分热量散失，有效降低了电机转子的温度，从而用新颖的设计完全替代电机定子封闭油冷的冷却形式，结构简单，冷却效果明显。

作为一种优选，所述电机可以进一步采用复合结构，如在电机转子表面镀铜和/或在电机护套3和永磁体4之间设置铜层等措施，进一步降低护套内的涡流损耗，有利于降低电机内的温升。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机，其特征在于，包括电机定子和电机转子；所述电机定子包括定子铁芯和绕在所述定子铁芯上的定子绕组；所述电机转子包括转轴和套在转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯外缘为永磁体，所述永磁体外还套有转子护套；其中：

所述定子绕组为空腔结构，冷却液通入所述空腔结构；

所述转子护套的套筒层为实心结构，所述实心结构内设有空心隔热层，所述转子护套上设有抽真空接口，将所述隔热层抽为真空层；

所述定子绕组的内端缠绕在所述定子铁芯和转子护套之间的气隙，线圈外端缠绕在定子轭背部空间，形成闭合的背绕式结构；

所述定子绕组包括至少三套独立绕组，所述每套独立绕组两端的冷却液入口和冷却液出口分别和冷却循环***的出口和入口相连接；

所述定子铁芯为无槽结构；

所述电机为复合结构；

所述复合结构为在所述电机转子表面镀铜和/或在所述电机护套和永磁体之间设置铜层。