專利名稱：高速永磁電機定子平溫冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高速永磁電機定子平溫冷卻系統(tǒng)，屬于電機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高速永磁電機在具有普通高速電機的轉(zhuǎn)速高、功率密度大、材料利用率高、動態(tài)響 應(yīng)較快和傳動系統(tǒng)效率高等特點的同時，還具有效率高、功率因數(shù)高的優(yōu)點，因此在空調(diào)或 冰箱的離心式壓縮機、儲能飛輪、紡織、高速磨床、混合動力汽車、航空、船舶等領(lǐng)域具有良 好的應(yīng)用前景。特別是在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，由于燃氣輪機驅(qū)動的高速永磁電機體積小，具 有較高的機動性，使其可作為醫(yī)院、賓館及其它重要設(shè)施的備用電源，也可作為獨立電源或 小型電站，以彌補集中式供電的不足，具有重要的實用價值。高速永磁電機在運行時，其定子繞組的電流頻率高達1000Hz以上，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速 度高達每分鐘幾萬轉(zhuǎn)，其電機鐵心具有很高的功率密度，單位體積內(nèi)的鐵耗及電樞繞組銅 耗都很大。一般情況下，此類電機采用定子密閉通入冷卻介質(zhì)的方式來進行散熱，由于此類 電機多為細長型結(jié)構(gòu)，隨著冷卻介質(zhì)在電機冷卻溝道內(nèi)的流動，冷卻介質(zhì)的溫度會逐漸升 高，造成電機定子鐵心兩端較大的溫差，其溫差可達25°C以上。這種情況在削弱了冷卻介質(zhì) 的冷卻能力的同時，相應(yīng)的熱應(yīng)力會對電機產(chǎn)生危害。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有高速永磁電機的定子通過通入冷卻介質(zhì)的方式來進行 散熱時，由于冷卻介質(zhì)的溫升造成對電機的冷卻能力下降及相應(yīng)的熱應(yīng)力會對電機產(chǎn)生危 害的問題，提供了一種高速永磁電機定子平溫冷卻系統(tǒng)。本實用新型包括機殼和定子鐵心，定子鐵心罩于機殼內(nèi)，所述定子鐵心的內(nèi)圓周 上沿圓周方向呈放射狀均勻分布多個定子槽，繞組纏繞在定子鐵心的定子槽內(nèi)，每個定子 槽內(nèi)有一個槽內(nèi)楔形平溫板與繞組的槽口側(cè)表面相接并與定子槽內(nèi)壁緊密配合，每個定子 槽的槽口處設(shè)置一個定子槽楔，所述定子槽楔與定子槽的槽口處內(nèi)壁緊密配合，定子鐵心 的內(nèi)圓環(huán)處設(shè)置冷卻介質(zhì)密閉環(huán)，冷卻介質(zhì)密閉環(huán)的外環(huán)表面與每個定子槽楔的槽口外端 面緊密相接；每個槽內(nèi)楔形平溫板與其所在的定子槽的兩個側(cè)壁和一個定子槽楔所形成的軸 向通道為槽內(nèi)冷卻通道，所述槽內(nèi)楔形平溫板的厚度從槽內(nèi)冷卻通道的入口側(cè)至出口側(cè)逐 漸增厚。本實用新型的優(yōu)點是本實用新型所述定子平溫冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于高速電機上，在 電機工作時，向槽內(nèi)冷卻通道通入冷卻介質(zhì)，隨著冷卻介質(zhì)沿軸向的流動，會及時帶走定子 鐵心上的熱量進而冷卻定子鐵心。由于槽內(nèi)楔形平溫板的厚度從槽內(nèi)冷卻通道的入口側(cè)至 出口側(cè)逐漸增厚，使得冷卻介質(zhì)流經(jīng)的槽內(nèi)冷卻通道的橫截面積逐漸減小，當(dāng)冷卻介質(zhì)的 壓力不變時，其流動速度會逐漸變大，散熱系數(shù)進而增大，會帶走更多熱量。經(jīng)實驗計算分 析表明，當(dāng)采用本實用新型提出的方案對定子鐵心進行冷卻時，定子鐵心溫度能夠降低約20°C，進而轉(zhuǎn)子鐵心溫度能夠降低約12°C ；同時，定子鐵心兩端的軸向溫差降低為15°C，這 使定子鐵心沿軸向的溫度分布趨于平衡，減小了溫差帶來的熱應(yīng)力影響，使電機的性能更 加穩(wěn)定。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中箭頭表示冷卻通道內(nèi)冷卻介質(zhì)的流動方 向；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是本實用新型實施方式三的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中箭頭表示 冷卻通道內(nèi)冷卻介質(zhì)的流動方向；圖4是圖3的B-B剖視圖；圖5是本實用新型去除機殼后 的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是分別采用本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)對定子鐵心進行冷卻時定子鐵 心溫度軸向分布圖，圖中曲線A為現(xiàn)有技術(shù)中定子鐵心溫度軸向分布圖，曲線B為本實用新 型中定子鐵心溫度軸向分布圖；圖7是分別采用本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)對定子鐵心進行冷 卻時定子繞組溫度軸向分布圖，圖中曲線C為現(xiàn)有技術(shù)中定子繞組溫度軸向分布圖，曲線D 為本實用新型中定子繞組溫度軸向分布圖；圖8是采用現(xiàn)有技術(shù)對定子鐵心進行冷卻時冷 卻介質(zhì)的散熱曲線圖；圖9是采用本實用新型對定子鐵心進行冷卻時冷卻介質(zhì)的散熱曲線 圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1至圖9說明本實施方式，本實施方式包括機殼1和 定子鐵心2，定子鐵心2罩于機殼1內(nèi)，所述定子鐵心2的內(nèi)圓周上沿圓周方向呈放射狀均 勻分布多個定子槽2-1，繞組2-2纏繞在定子鐵心2的定子槽2-1內(nèi)，每個定子槽2-1內(nèi)有 一個槽內(nèi)楔形平溫板2-3與繞組2-2的槽口側(cè)表面相接并與定子槽2-1內(nèi)壁緊密配合，每 個定子槽2-1的槽口處設(shè)置一個定子槽楔2-5，所述定子槽楔2-5與定子槽2-1的槽口處內(nèi) 壁緊密配合，定子鐵心2的內(nèi)圓環(huán)處設(shè)置冷卻介質(zhì)密閉環(huán)2-4，冷卻介質(zhì)密閉環(huán)2-4的外環(huán) 表面與每個定子槽楔2-5的槽口外端面緊密相接；每個槽內(nèi)楔形平溫板2-3與其所在的定子槽2-1的兩個側(cè)壁和一個定子槽楔2-5 所形成的軸向通道為槽內(nèi)冷卻通道，所述槽內(nèi)楔形平溫板2-3的厚度從槽內(nèi)冷卻通道的入 口側(cè)至出口側(cè)逐漸增厚。本實施方式中繞組2-2和槽內(nèi)楔形平溫板2-3在定子槽2-1內(nèi)僅占定子槽2_1的 一部分空間，余下的部分作為槽內(nèi)冷卻通道。本實施方式在定子鐵心2的槽內(nèi)冷卻通道內(nèi)設(shè)置非導(dǎo)磁導(dǎo)電材料的槽內(nèi)楔形平 溫板2-3，不會對電機的電磁性能產(chǎn)生影響，因此在溫度場分析中熱源分布不會改變。在保 持冷卻介質(zhì)流量和入口壓力不變的情況下，隨冷卻介質(zhì)通過處橫截面大小的變化，流體通 過面積的等效水力直徑也相應(yīng)改變，考慮到軸向流動時的沿程阻力，相應(yīng)的努歇爾特系數(shù) 和雷諾數(shù)不相同，則冷卻介質(zhì)與定子接觸面的軸向散熱系數(shù)分布發(fā)生改變。從圖9可以看 出，在槽內(nèi)冷卻通道的橫截面積發(fā)生變化位置，冷卻介質(zhì)的流體散熱系數(shù)發(fā)生突變，散熱系 數(shù)分布曲線出現(xiàn)拐點，與圖8所示的現(xiàn)有技術(shù)中的冷卻介質(zhì)的散熱系數(shù)相比，隨著流體通 過的橫截面積的減小，冷卻介質(zhì)的散熱系數(shù)相應(yīng)增大，產(chǎn)生槽內(nèi)冷卻通道內(nèi)流體散熱系數(shù) 沿軸向的變化。由圖6和圖7所示可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型使電機的定子鐵心產(chǎn)生了更
4好的散熱效果，它使定子鐵心2平均溫度的降幅達到15°C，進而使轉(zhuǎn)子體平均溫度的降幅 達到12°C，并進一步使電機的不同位置處，溫度沿軸向的變化幅度減小，定子繞組軸向溫差 降低43%，轉(zhuǎn)子溫差降低44%，定子鐵心位置溫差降低29%，使電機內(nèi)溫度分布趨于均勻。
具體實施方式
二 本實施方式與實施方式一的不同之處在于所述定子槽楔2-5的 厚度從槽內(nèi)冷卻通道的入口側(cè)至出口側(cè)逐漸增厚。其它組成及連接關(guān)系與實施方式一相 同。定子槽楔2-5軸向厚度的變化，可進一步實現(xiàn)槽內(nèi)冷卻通道軸向的橫截面積的變 化，使冷卻介質(zhì)能夠產(chǎn)生的冷卻效果進一步加強。
具體實施方式
三下面結(jié)合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式與實施方式一 或二的不同之處在于它還包括外楔形平溫板3，所述機殼1的內(nèi)表面與定子鐵心2的外圓表 面之間形成軸向外冷卻通道4，外楔形平溫板3設(shè)置于軸向外冷卻通道4內(nèi)，所述外楔形平 溫板3的厚度從軸向外冷卻通道4的入口側(cè)至出口側(cè)逐漸增厚。其它組成及連接關(guān)系與實 施方式一或二相同。本實施方式中所述繞組2-2纏繞在定子鐵心2徑向的每個定子槽2-1的槽底與相 應(yīng)的定子軛部。在機殼1與定子鐵心2所形成的軸向外冷卻通道4內(nèi)，增加了外楔形平溫 板3，并且其厚度從軸向外冷卻通道4的入口側(cè)至出口側(cè)逐漸增厚，當(dāng)軸向外冷卻通道4內(nèi) 通入的冷卻介質(zhì)的壓力不變時，其流動速度會逐漸變大，散熱系數(shù)進而增大，會帶走更多熱 量，進一步增強了對定子鐵心2的散熱效果，使定子鐵心2沿軸向兩端的溫差進一步縮小。外楔形平溫板3的設(shè)置，能夠使電機內(nèi)不同位置的溫度進一步降低。在具體實施 方式一或二的基礎(chǔ)上，定子鐵心和轉(zhuǎn)子體的平均溫度能夠分別再降低5°C和4°C。同時，電 機不同位置溫度軸向溫差進一減小，與現(xiàn)有技術(shù)的冷卻效果相比，定子繞組軸向溫差降低 61%，轉(zhuǎn)子溫差降低56%，定子鐵心位置溫差降低45%，使電機內(nèi)溫度分布更趨于均勻。
具體實施方式
四下面結(jié)合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式與實施方式三 的不同之處在于所述外楔形平溫板3設(shè)置于定子鐵心2的外圓表面上。其它組成及連接關(guān) 系與實施方式三相同。外楔形平溫板3的設(shè)置位置可以根據(jù)電機使用的具體需要進行設(shè)計，它能夠使電 機內(nèi)溫度分布更趨于均勻。
具體實施方式
五本實施方式與實施方式三的不同之處在于所述外楔形平溫板3 設(shè)置于機殼1的內(nèi)表面上。其它組成及連接關(guān)系與實施方式三相同。本實施方式中的外楔形平溫板3的設(shè)計同樣能夠使電機內(nèi)溫度分布更趨于均勻。
權(quán)利要求一種高速永磁電機定子平溫冷卻系統(tǒng)，它包括機殼(1)和定子鐵心(2)，定子鐵心(2)罩于機殼(1)內(nèi)，其特征在于所述定子鐵心(2)的內(nèi)圓周上沿圓周方向呈放射狀均勻分布多個定子槽(2 1)，繞組(2 2)纏繞在定子鐵心(2)的定子槽(2 1)內(nèi)，每個定子槽(2 1)內(nèi)有一個槽內(nèi)楔形平溫板(2 3)與繞組(2 2)的槽口側(cè)表面相接并與定子槽(2 1)內(nèi)壁緊密配合，每個定子槽(2 1)的槽口處設(shè)置一個定子槽楔(2 5)，所述定子槽楔(2 5)與定子槽(2 1)的槽口處內(nèi)壁緊密配合，定子鐵心(2)的內(nèi)圓環(huán)處設(shè)置冷卻介質(zhì)密閉環(huán)(2 4)，冷卻介質(zhì)密閉環(huán)(2 4)的外環(huán)表面與每個定子槽楔(2 5)的槽口外端面緊密相接；每個槽內(nèi)楔形平溫板(2 3)與其所在的定子槽(2 1)的兩個側(cè)壁和一個定子槽楔(2 5)所形成的軸向通道為槽內(nèi)冷卻通道，所述槽內(nèi)楔形平溫板(2 3)的厚度從槽內(nèi)冷卻通道的入口側(cè)至出口側(cè)逐漸增厚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速永磁電機定子平溫冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述定子槽 楔(2-5)的厚度從槽內(nèi)冷卻通道的入口側(cè)至出口側(cè)逐漸增厚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速永磁電機定子平溫冷卻系統(tǒng)，其特征在于它還包 括外楔形平溫板(3)，所述機殼(1)的內(nèi)表面與定子鐵心(2)的外圓表面之間形成軸向外冷 卻通道(4)，外楔形平溫板(3)設(shè)置于軸向外冷卻通道(4)內(nèi)，所述外楔形平溫板(3)的厚度 從軸向外冷卻通道(4)的入口側(cè)至出口側(cè)逐漸增厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速永磁電機定子平溫冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述外楔形 平溫板(3)設(shè)置于定子鐵心(2)的外圓表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速永磁電機定子平溫冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述外楔形 平溫板(3 )設(shè)置于機殼(1)的內(nèi)表面上。
專利摘要高速永磁電機定子平溫冷卻系統(tǒng)，屬于電機技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有高速永磁電機的定子通過通入冷卻介質(zhì)的方式來進行散熱，因冷卻介質(zhì)在電機冷卻溝道內(nèi)的溫度變化，使得電機定子鐵心兩端產(chǎn)生較大的溫差的問題。它的定子鐵心罩于機殼內(nèi)，定子鐵心的內(nèi)圓周上沿圓周方向呈放射狀均勻分布多個定子槽，繞組纏繞在定子鐵心的定子槽內(nèi)，每個定子槽內(nèi)有一個槽內(nèi)楔形平溫板與繞組的槽口側(cè)表面相接并與定子槽內(nèi)壁緊密配合，每個定子槽的槽口處設(shè)置定子槽楔并與定子槽的槽口處內(nèi)壁緊密配合，冷卻介質(zhì)密閉環(huán)的外環(huán)表面與每個定子槽楔的槽口外端面緊密相接；槽內(nèi)楔形平溫板的厚度從槽內(nèi)冷卻通道的入口側(cè)至出口側(cè)逐漸增厚。本實用新型用作高速永磁電機的冷卻。
文檔編號H02K9/197GK201682373SQ20102019264
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者寇寶泉, 張曉晨, 李偉力, 沈稼豐, 王晶, 耿加民 申請人:哈爾濱理工大學(xué)