[发明专利]一种永磁同步电机的转子冷却结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转电机冷却设计领域，特别涉及具有转子冷却结构的永磁同步电机。其中该电机转子具有平滑型轴向冷却通道和径向冷却通道，这种构造使得冷却介质在运行时能在轴向和径向流动通过所述定、转子，尤其能使转子各处均匀散热，达到良好冷却效果。

背景技术

目前电气传动机械设备广泛应用于国防、航天、冶金等领域，特别是在先进设备制造领域和高精度控制传动领域，其动力源多为由驱动控制器驱动的永磁同步电动机。这种电气传动系统的特点是集成了机械、电气、电子、控制、新材料等各种先进技术，发展成为高度机电一体化的产品。具有调速范围广、转动惯量小、系统效率高、易于实现无级调速和精密控制的优点。

随着现代各工业应用领域的不断发展，对驱动电机的各项技术指标要求越来越高。在提升电机容量的同时，对电机的体积、转速、使用温升等提出了苛刻的限制条件，因此驱动电机的冷却设计越来越显得重要。

目前永磁电机广泛采用的冷却方案是，对电机的定子进行风冷或者液体循环强制冷却，而对转子没有专门的冷却措施。由于定子铁芯齿槽结构造成的气隙不均匀和施加电流中的高次谐波成分，导致永磁电机气隙磁场中含有大量谐波，这将会在电机定、转子铁芯中产生高频附加损耗；同时由于磁钢是导电体，因此高次谐波也会在磁钢中产生涡流损耗，这些附加损耗不仅降低了电机的效率，增加了电机的发热和温升水平，而且给电机的长期稳定运行带来风险。

由于永磁电机转子与定子之间气隙狭小，气隙中的空气轴向流动困难，使得转子的冷却困难，会产生发热严重的问题，这将会使转子上的磁钢材料在长期高温下失磁，降低电机的输出效能；另外，转子铁芯发热严重，热量传递到转轴和轴承上，将会影响轴承的使用寿命，并且使转轴产生热变形，影响电机的工作性能，导致电机振动剧烈，噪声严重。所以在永磁电机中，特别是高功率密度的永磁电机中，转子上的发热问题需要重点考虑，转子的冷却结构设计也极为重要。

申请号为ZL200610095805.4的专利，提到带有中心转子冷却管的电机冷却系统结构，但此结构在转子铁芯上带有勺状体，布置在转子铁芯表面下方，不适用于表贴式的永磁同步电机。申请号为ZL201010184819.X的专利，提到具有转子冷却结构的高速电机结构，但该结构只在转子铁芯上设置有轴向通风孔，虽然能在转子上起到一定的降温作用，但是该种结构只能对有限长度的小型永磁电机起到较好冷却效果，对于容量更大的永磁同步电机，例如转子轴向长度超过300mm或者更大，长的转子就会限制通过轴向冷却通道的冷却介质流量，造成转子轴向长度冷热不均。申请号为ZL201010136949.6的专利，提到高速永磁同步电机的自内冷转子结构，是利用表贴磁钢和永磁体护套构成轴向通风孔道，只适用于表贴式永磁同步电机，且没有设置径向冷却通道，也存在长转子轴向长度冷热不均的问题。申请号为ZL200780033194.3的专利，提到用于电机励磁绕组的转子径向通风管的冷却结构，也利用了轴向冷却通道，但是没有运用到表贴式永磁电机的磁钢表面和护套形成有效通风道，缺少对永磁电机磁钢在转子位置上的放置设计，因此需要在转子结构上进行改进通风设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术不足，通过改善电机冷却结构布置，有效提高永磁同步电机转子的冷却效果。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种永磁同步电机的转子冷却结构，其特征在于：包括在转子铁芯内形成的径向辐射型分布的多个平滑型的转子轴向冷却通道和沿轴向分段分布的多个平滑型的转子径向冷却通道，还包括在定子铁芯内形成的径向辐射型多个定子轴向冷却通道和沿轴向分段分布的多个定子径向冷却通道；在转子铁芯两侧压板上开有多个通风孔，且在两侧压板上分别连接有多片薄叶片，薄叶片跟随转子铁芯旋转运动后驱动冷却介质在永磁同步电机的腔体内循环流通，冷却介质在循环流通过程中通过转子轴向冷却通道和转子径向冷却通道冷却转子铁芯，同时，冷却介质在循环流通过程中通过定子轴向冷却通道和定子径向冷却通道冷却定子铁芯；在定子铁芯的外壁与永磁同步电机的壳体接触处形成有水道结构，由水道结构内的冷却介质直接冷却定子铁芯，并间接冷却永磁同步电机的腔体内的冷却介质。

优选地，所述转子径向冷却通道与所述定子径向冷却通道相对布置，且相互独立。

优选地，所述转子轴向冷却通道在所述转子铁芯内或平行于转子轴线，或倾斜于转子轴线，且所述转子轴向冷却通道的截面从所述转子铁芯两端面往中心呈喇叭形收缩，在所述转子铁芯的中心处设置有隔风挡板。