[发明专利]高速永磁电机转子的冷却方法及冷却系统

说明书

本发明涉及一种高速永磁电机转子的冷却方法及冷却系统，永磁电机转子在轴承支承下高速旋转，在距离转子表面并且距离较近的定子绕组中轴向均匀布置二至四个转子冷却用气管路，其一端被封堵，在气管路靠向轴的一侧以间距10mm的距离均匀布置直径为1.5mm的数个气孔，以使新鲜冷却剂或空气吹向轴的整个发热表面形成对流换热，使冷却效果达到最佳；在电机壳体上周向均匀地开设六至十六个直径相宜的孔，联通大气，最后形成大气从气管路进口进入直至电机壳体上的孔流出的冷却剂循环回路。本发明直接对轴的绝大多数轴向长度范围内进行直接对流换热，使得换热效率更佳，更加实用可靠，结构更简单，成本更低，效果更好。

技术领域

本发明涉及高速永磁电机转子的冷却方式，特别是大功率（≥100kW）超高转速（≥10000RPM）的永磁电机装置，主要涉及一种用于大功率高速永磁电机转子散热的冷却方法及冷却系统。

背景技术

高速永磁电机是集成了机械、电气、控制、电力电子和新材料等各种先进技术的高度机电一体化的产品。其特点在于，将电机的功能与传统的齿轮箱等传动系统从结构上融为一体，省去复杂的中间传动环节，具有调速范围宽、转动惯量小、能量消耗少、工作效率高、易于实现无级调速和精密控制等优点。随着现代装备制造业向高速度、高效率、低能耗、高自动化方向不断发展，高速电机的技术提升和结构创新显得越来越迫切。由于高速永磁电机发热功率大，容易导致定子、转子温度过高，影响电机效率，甚至还可能会导致转子永磁体不可逆失磁，造成电机报废。因此，如何保证电机的运行温度（尤其转子永磁体工作温度）在安全范围内是高速永磁电机设计的难点之一。目前常见的永磁电机转子冷却方式如下：

1、如图1所示装置，电机定子7由冷却水从冷却水进口2流向冷却水出口3，实现冷却。电机转子10通过冷却空气入口1注入冷却用压缩空气进行冷却。从冷却空气入口1注入0.2Mpa～0.4Mpa压缩空气，冷却转子表面，同时在轴承4、5上流动，最后排放到大气中。这种冷却空气需要大约0.2Mpa～0.4Mpa压力。此种方案的不足在于冷却空气只在转子中间部位对轴直吹，压力大气流容易造成转子受力不平衡，轴的大部分表面未直接与新鲜冷空气进行换热，换热效率差，且空气压力较大，造成摩擦损失较大。

2、如图2所示装置，中间位置是电机转子30，空气50从大气中吸入，从电机转子30的两端吸入，负压冷却空气60通过中间位置贯通定子40，通过真空泵70或者空气喷射器排出，释放到大气中。图2所示中，下部的排气通道与上部的排气通道连通，并共用一个真空泵70。此冷却方式可使摩擦损失降低，但和图1装置同样存在换热效率稍差的问题。

3、如图3所示装置，在电机壳13上增加一吹气风扇11和一吸气风扇14，使电机内部气流形成气流循环“大气→F11→F12→F13→F14→F15→大气”，将转子17表面的部分热量带走，但转子17与定子绕组12之间气隙很小，气流难以直接流过转子表面，散热效率极低。

4、如图4所示装置，转子24上永磁体两侧自带微型轴流叶轮23，叶轮23旋转过程中强迫冷空气流流经转子表面，形成“大气→F21→F22→F23→F24→F25→大气”气流循环，将热量带走，进而达到冷却转子的目的，此种方式同样因为气隙小，存在散热效率低的问题，且轴上的轴流叶轮23加工成本高。

有鉴于此，该领域技术人员致力于研发一种用于高速永磁电机转子散热的冷却方法及装置，以保证电机的运行温度控制在安全范围内。

发明内容

本发明的任务是提供一种高速永磁电机转子的冷却方法及冷却系统，通过直接对轴的绝大多数轴向长度范围内进行直接对流换热，提高了换热效率，解决了上述现有技术所存在的高速永磁电机转子散热的问题。

本发明的技术解决方案如下：