[发明专利]一种基于高导热材料增强永磁电机冷却的系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种基于高导热材料增强永磁电机冷却的系统及其工作方法，主要用于高转速、小体积、高功率密度的永磁电机，包括定子绕组和定子铁芯，还包括高导热材料热量导出装置和冷却系统，高导热材料热量导出装置的一端与定子绕组接触，高导热材料热量导出装置的另一端与冷却系统连接；冷却系统包括冷却腔体，且冷却腔体上设置有冷却液出口和冷却液入口，冷却腔体内设置有高导热材料冷却段，且高导热材料热量导出装置与高导热材料冷却段连接；定子绕组包括线圈，且线圈的两侧接触设置有高导热材料体，高导热材料热量导出装置与高导热材料体连接。本发明结构简单，可以明显改善电机温度分布的均匀性，强化高速永磁电机定子绕组的散热能力。

技术领域

本发明涉及一种冷却系统，主要用于高转速、小体积、高功率密度的永磁电机，属于电机散热技术领域，主要涉及一种基于高导热材料增强永磁电机冷却的系统及其工作方法。

背景技术

由于高速永磁电机无需齿轮等减速机构，具有电机体积小、功率密度大、效率高等显著优点，在高速压缩机、储能飞轮、纺织、高速磨床等方面具有广阔的应用前景；由燃气轮机驱动的高速发电机体积小、效率高、机动性强，可作为重要设施的备用电源，也可作为独立电源或小型电站，所以高速永磁电机具有重要的实用价值。

然而，正是由于高速永磁电机体积小、功率密度大，使高速永磁电机散热困难，如公开号为CN108258852A、公开日为2018年7月6日的中国专利申请，温升过高会使定子绝缘材料发生老化，降低绝缘材料的绝缘性能，从而导致电机绕组匝间短路。因此，电机的温升制约着高速永磁电机的发展和应用，开发良好的高速永磁电机冷却系统，可以控制电机的合理温升，延长转子永磁体和绕组绝缘的寿命，保证高速永磁电机长期安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种基于高导热材料增强永磁电机冷却的系统及其工作方法。高速永磁电机运行时，由于电阻的原因，当电流流过定子绕组时会产生热损耗，本发明通过高导热材料体与电机定子绕组之间合理的结构设计，旨在增强高速永磁电机定子线圈的散热能力，保护绝缘材料的绝缘性能，保证永磁电机安全、高效、稳定运行。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于高导热材料增强永磁电机冷却的系统，包括定子绕组和定子铁芯，所述定子绕组缠绕于定子铁芯上，且定子绕组被支承在定子铁芯的凹槽内；其特征是，还包括高导热材料热量导出装置和冷却系统，所述高导热材料热量导出装置的一端与定子绕组接触，所述高导热材料热量导出装置的另一端与冷却系统连接；所述冷却系统包括冷却腔体，且冷却腔体上设置有冷却液出口和冷却液入口，所述冷却腔体内设置有高导热材料冷却段，且高导热材料热量导出装置与高导热材料冷却段连接；所述定子绕组包括线圈，且线圈的两侧接触设置有高导热材料体，所述高导热材料热量导出装置与高导热材料体连接。

进一步的，所述定子绕组包括两层旋卷式线圈，所述线圈采用F级绝缘材料和环氧树脂进行处理，在上层线圈和下层线圈之间设置有层间垫条，所述线圈的中部设置有排间立式隔板，所述线圈的外部包裹有主绝缘层；所述定子铁芯的凹槽内设置有槽底垫片，所述上层线圈上端的主绝缘层与槽底垫片接触；槽楔通过调整垫片与下层线圈下端的主绝缘层连接。

进一步的，所述定子绕组缠绕于定子铁芯的硅钢片上；所述定子铁芯由薄硅钢片组合而成，每一叠片两面均涂有绝缘漆。

进一步的，所述高导热材料热量导出装置通过永磁电机本体外壳开孔方式将其引出至冷却系统；所述冷却系统采用液体冷却方式。

进一步的，所述高导热材料体的导热系数极高，可以高效导出电机定子绕组负载运行时产生的热量；所述高导热材料体的导热系数至少比纯铜高两个数量级；所述高导热材料体具有导电不导磁特性，为防止漏电，高导热材料体外部采用F级材料绝缘和环氧树脂处理。

进一步的，所述高导热材料冷却段可以设计加工成不同形状来强化冷却效果。