[发明专利]大功率高速永磁同步电机的整机风路结构

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及大功率高速永磁同步电机的整机风路结构。

背景技术

目前，大功率高速同步电动机的转子多为叠片磁极结构，加工、制造的时间、成本均较高。为了降低转子加工、制造的时间和成本，一些厂家采用实心磁极的结构来代替叠片磁极结构，但是这种替代会造成转子磁极表面涡流损耗的增加。并且如果转子永磁体之间若存在间隙，相互之间存在较大的排斥力，影响磁钢的装配，所以转子侧一般没有径向的冷却风路，无径向通风槽结构。参见图1和图2。图1显示现有的一种大、中型异步电机径向通风冷却结构，图2进一步显示电机的典型的径向通风冷却结构。如图1和图2所示，为了冷却实心磁极结构的永磁电机转子，转子只能采用在转子轭部打孔的轴向通风结构。

另一方面，如图3所示，在大功率高速同步电动机领域，定子侧为了通风散热效果考虑，一般采用径向通风方式冷却，由于转子无径向的冷却风路，为了保证定子侧的冷却效果，保证足够的冷却风量，只能增加气隙通风面积；同时气隙通风面积不足，则转子侧表面的涡流损耗发热也不能及时散出，会造成磁钢发热，严重时磁钢将产生不可逆的退磁。增加气隙通风面积，即增加气隙长度，但这会增加磁钢的用量，反过来又增加了制造成本。

再一方面，在大功率高速同步电动机领域，如图4所示，虽然有时同时采用径向通风和轴向通风，但由于转子铁心较长，因此如果转子轴向通风面积较大，则会影响气隙通风冷却效果，影响定子、磁钢的冷却；如果转子轴向通风面积较小，则会增加风路的风阻，增加冷却器等外置部件的成本，这给大功率高速同步电动机的设计带来了诸多限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于大功率高转速永磁同步电机的整机风路结构，其无论转子是实心结构还是叠片结构，都能防止磁钢局部过热，防止磁钢不可逆失磁，提高电机的工作可靠性；同时不增加气隙长度，减少磁钢的用量，减小整机风路的风阻，并且能满足充分冷却定子的需要。

本发明采用如下技术方案：

一种大功率高转速永磁同步电机的整机风路结构，包含相互配合的电机和冷却器，所述电机包含定子和转子，所述定子环绕所述转子、中间具有气隙，所述转子包含转子轴和转子极，转子极包含永磁磁钢和磁极，其特征在于：

所述定子上设置有径向通风道；

所述转子采用焊筋轴结构，焊筋之间的空间形成腰形通风孔；

所述转子的转子极间开设有数排径向通风孔，所述转子的转子轴的两侧还安装有轴流式风扇；

冷却风由两侧对吹的轴流式风扇流出，两边对称的从冷却器流向转子，进入转子焊筋之间的腰形通风孔；之后冷却风在转子高速旋转的离心力作用下沿转子极间的径向通风孔流向气隙；气隙中的冷却风在风压的驱动下沿气隙表面流向相邻的定子径向通风道，最终从电机轴向的中间处回到冷却器。

进一步，所述径向通风孔的排布可以呈现为中间密集、两侧稀疏。

进一步，所述转子极间开设的径向通风孔与定子上的径向通风道可以在轴向上不对齐。

进一步，所述转子极的磁极可以为实心磁极。

本发明大功率高转速永磁同步电机的整机风路结构的优点是：

（1）通过使转子采用焊筋轴结构，利用焊筋之间的空间作为腰形通风孔，由于焊筋轴结构焊筋之间的空间较大，因此既能通风，也能减小转子一侧的风阻。

（2）考虑到永磁电机转子无法采用径向通风槽板的结构，本发明结合实心磁极的转子结构，在转子极之间打多排径向通风孔，作为转子径向通风的通路，等效的代替转子径向通风槽，使冷却风在转子高速旋转的离心力作用下从径向通风孔甩出，流向气隙，这样即使选用小气隙的电磁方案，仍能保证足够的径向冷却风量。

（3）电机整体风路为两侧对称的冷却通风结构，发热最严重的是电机铁心的中间部分。本发明通过使转子极间径向通风孔的排布呈现中间密集、两侧稀疏，加强了电机铁心中间部分的冷却效果。

（4）由于高次谐波磁场、负序磁场会在转子表面产生涡流损耗，所以转子表面的散热及其重要，如热量不能及时散出，会导致磁钢温度升高，容易导致磁钢产生不可逆退磁，所以转子表面的通风冷却是整机风路冷却的关键点。本发明通过使转子极间径向通风孔的位置与定子径向通风道的位置在轴向上不对齐，增加了气隙通风冷却的面积，增强了冷却效果。冷却风从转子径向通风孔甩出后，在风压的驱动下，强迫流向相邻的定子径向通风道，同时冷却流经的转子表面，有效的控制了磁钢的工作温度。

附图说明