[发明专利]电机及其冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机及用于该电机的冷却系统。

背景技术

电机运行过程中会产生铜耗、铁耗和其他附加损耗。对于永磁电机，还会涉及到永磁体在谐波磁场作用下产生表面涡流损耗。这些损耗会带来电机的发热，如果热量不能及时散走，会使电机的温升超限。温升是衡量电机的重要指标，它决定着电机的使用寿命。因为电机温升超限首先带来的就是绝缘问题，其直接影响着电机的工作性能。实验证明，对于B、F、H级绝缘，温度每上升10、12、14℃，电机的使用寿命将缩短一半。另外，由于金属的强度和硬度会随着温度升高而下降，因此电机的发热还将不可避免地会加大结构件的热应力和热疲劳。

由于永磁体的磁特性对工作温度特别敏感，因而，温升的设计对于永磁电机更是至关重要。因为过高的工作温度有可能会导致永磁体磁性能的降低，甚至在恶劣的工作状况下可能会产生不可逆失磁。为了将电机温升控制在极限范围内，必须根据实际情况采取有效的冷却措施。

目前，为充分降低电机温升，一般采用空冷、氢冷和液冷等对电机进行冷却。空气是最常用的气体冷却介质，空冷的优点是结构简单、成本低、维护比较方便，但单独采用风冷方式散热效率低、风耗大。因此，对于大型汽轮发电机，通常采用氢冷和液冷。氢气比空气是更为良好的冷却介质，但由于氢气混合适量的空气后，和氧气存在引起爆炸的危险，导致氢冷电机在防爆结构、密封、安全等方面都有特殊的要求，其复杂程度也相应提高，通常只在大型汽轮发电机上才可以采用。对于液冷电机，由于液体的比热、导热系数要比气体大，其散热能力也比采用气冷的电机大为提高。液冷电机常用的冷却介质为水。对于大型水轮机和汽轮发电机，往往采用绕组水内冷，提供水冷介质直接冷却绕组内部，有效降低发热量。尽管水冷电机具备诸多优点，但由于水内冷结构复杂，不适合中等功率电机，所以目前的大部分中大功率电机采用的都是机座水冷形式。

但是，在实际工程应用中，采用单纯的机座水冷方式却很难有效降低电机绕组温升，而且，还需要考虑到永磁电机中永磁体的磁特性对工作温度特别敏感的问题。为了避免过高的工作温度有可能导致永磁体磁性能的降低，在设计永磁电机冷却系统时，还需要考虑电机所采用的永磁体的冷却问题。因此，对于永磁电机来说，需要一种同时能够冷却电机和永磁体的冷却方式，确保电机温升被控制在合理范围，方可使得电机的工作性能可靠。

发明内容

为了解决现有技术中电机冷却方式只针对电机主体进行冷却，无法对永磁体充分散热与降温，进而影响电机工作性能和使用寿命等问题，本发明提供一种结构紧凑并且同时具备液冷结构和风冷结构的永磁电机，以及能对电机主体和电机中的永磁体同时进行充分冷却的电机冷却系统。

根据本发明的一方面，提供了一种电机，所述电机包括转子铁心、安装在转子铁心外周表面上的磁体、设置在转子铁心外周的定子铁心以及设置在定子铁心的线槽内的定子绕组，其特征在于，所述电机包括设置在定子和转子内的风冷通道和设置在定子中的液冷通道。

其中，所述风冷通道可包括设置在转子支架中的轴向通风沟、设置在转子铁心中的转子径向通风道，设置在定子铁心内的定子径向通风道，所述轴向通风沟、转子径向通风道与定子径向通风道之间流体连通，所述液冷通道为设置在定子铁心内的冷却液管孔。

其中，所述冷却液管孔可设置在定子铁心轭部。冷却液管孔内可设置有冷却液管。所述冷却液管可为铜管。所述液冷通道可为水冷通道。

其中，所述电机可为永磁电机。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机，所述电机包括定子铁心、设置在定子铁心的线槽内的定子绕组、设置在定子铁心外周的转子铁心以及贴附在转子铁心内侧的磁体，其特征在于，其特征在于，所述电机包括设置在定子和转子内的风冷通道和设置在定子中的液冷通道。

其中，所述风冷通道可包括设置在定子铁心内侧的定子轴向通风沟、设置在定子铁心中的定子径向通风道以及设置在转子铁心中的转子径向通风道，所述定子轴向通风沟、定子径向通风道以及转子径向通风道之间流体连通，所述液冷通道为设置在定子铁心内的冷却液管孔。

其中，所述冷却液管孔可设置在定子铁心轭部。冷却液管孔内可设置有冷却液管。所述冷却液管可为铜管。所述液冷通道可为水冷通道。

其中，所述电机可为永磁电机。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于上述电机的冷却系统，所述冷却系统包括风冷循环单元和液冷循环单元，所述风冷循环单元用于使冷风通过电机的风冷通道进行循环和热交换，所述液冷循环单元用于将冷却液送入液冷通道进行循环和热交换。