一种低速大转矩永磁同步电机转子内部水道冷却系统

本发明涉及电机冷却技术，特别涉及一种低速大转矩永磁同步电机转子内部水道冷却系统。

背景技术：

1、低速大转矩永磁同步电机能够直接驱动设备运行，功率因数高，且在25％～120％额定负载区间内保持高效率特性，使轻载运行节能效果更加显著。同时电机运行速度低，输出转矩大，有效地解决了重工业生产中设备重载启动困难的问题，使系统整体安全性和平稳性得到保障。低速大转矩永磁同步电机功率密度大、负荷高、结构紧凑的特点使得电机损耗密度较大，生热快和散热慢的问题愈发突出。而且电机主要应用于港口、煤井、矿山等场合，复杂的工作环境会导致电机散热条件变差，电机整体温升提高。电机中所应用的绝缘材料、磁性材料等都具有一定的工作温度范围，当电机温升过高时，会直接影响电机正常平稳运行，降低电机使用寿命。特别对于永磁体而言，由于钕铁硼材料性能受温度影响较为明显，当电机温升过高时会导致磁体不可逆退磁，使得电机内部磁场发生变化，影响输出性能，电机温升问题成为制约永磁同步电机性能进一步提升的重要限制性因素。

2、现有水冷冷却结构主要有外部通道式，外部通道式水冷系统是将冷却水道设计在电机的定子外部表面，通过外部通道将冷却水流经过电机。在电机结构中，永磁体的工作温度对电机性能的影响程度最为显著。上述水冷散热结构位于定子外部，仅能实现对永磁体的间接散热，而在降低永磁体温度以提升电机性能方面，其效果并不十分显著。

技术实现思路

1、发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种低速大转矩永磁同步电机转子内部水道冷却系统。

2、技术方案：本发明的一种低速大转矩永磁同步电机转子内部水道冷却系统，其中永磁同步电机包括转子件和定子件，该转子内部水道冷却系统包括内水道冷却装置、轴承和防水装置，内水道冷却装置固定在转子件内壁，内水道冷却装置跟随转子件以相同速度旋转，轴承内环连接内水道冷却装置的入水口端，轴承外环连接外水道的出口端，冷却剂从外水道沿轴承内环中部空隙处流至内水道冷却装置，轴承两端水道连接处通过防水装置形成封闭死端。

3、进一步，内水道冷却装置包括多个转子内水道，相邻转子内水道间隔一致，均匀沿转轴的圆周方向分布。

4、进一步，转子内水道内部设置扰流板，使水道内冷却剂沿预设流道由转子内水道的入水口流向出水口。

5、进一步，防水装置包括第一防水盖板、第二防水盖板、第一防水密封环、第二防水密封环和防水套，防水套包覆在轴承的外部，轴承的内部设有防水涂层；第二防水盖板为环形，第二防水盖板的内径与轴承内环外径相同，第二防水盖板的外径与轴承外环外径相同，第一防水盖板固定在轴承的入水方向端，第二防水盖板与轴承组合形成封闭死端，第二防水盖板与第一防水盖板之间通过第一防水密封环相连，第一防水盖板、第二防水盖板和第一防水密封环作为轴承入水方向端的防水装置；轴承内环与内水道冷却装置入水口侧之间通过第二防水密封环相连。

6、进一步，转子内水道截面为扇形，固定在转子铝块和转轴之间。

7、有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

8、1、本发明针对转子内部散热问题在电机内部设置转子内水道，通过转子内水道内部的扰流板将水道内部冷却剂流径加长，增加冷却剂流动距离，进而增加冷却效果，解决温度对永磁同步电机性能影响最大的永磁体部位温升问题，提升永磁同步电机性能，提高效率，提高运行可靠性；

9、2、本发明在内外水道接口处设置轴承，使内外水道可以利用轴承的内环和外环实现相对旋转；

10、3、本发明在轴承的两侧进行防水处理，保证连接处的密封性，进而不会对电机的运行造成影响。

技术特征：

1.一种低速大转矩永磁同步电机转子内部水道冷却系统，永磁同步电机包括转子件和定子件，其特征在于，该转子内部水道冷却系统包括内水道冷却装置、轴承和防水装置，内水道冷却装置固定在转子件内壁，内水道冷却装置跟随转子件以相同速度旋转，轴承内环连接内水道冷却装置的入水口端，轴承外环连接外水道的出口端，冷却剂从外水道沿轴承内环中部空隙处流至内水道冷却装置，轴承两端水道连接处通过防水装置形成封闭死端。

2.根据权利要求1所述的低速大转矩永磁同步电机转子内部水道冷却系统，其特征在于，内水道冷却装置包括多个转子内水道，相邻转子内水道间隔一致，均匀沿转轴的圆周方向分布。

3.根据权利要求2所述的低速大转矩永磁同步电机转子内部水道冷却系统，其特征在于，转子内水道内部设置扰流板，使水道内冷却剂沿预设流道由转子内水道的入水口流向出水口。

4.根据权利要求3所述的低速大转矩永磁同步电机转子内部水道冷却系统，其特征在于，防水装置包括第一防水盖板、第二防水盖板、第一防水密封环、第二防水密封环和防水套，防水套包覆在轴承的外部，轴承的内部设有防水涂层；第二防水盖板为环形，第二防水盖板的内径与轴承内环外径相同，第二防水盖板的外径与轴承外环外径相同，第一防水盖板固定在轴承的入水方向端，第二防水盖板与轴承组合形成封闭死端，第二防水盖板与第一防水盖板之间通过第一防水密封环相连，第一防水盖板、第二防水盖板和第一防水密封环作为轴承入水方向端的防水装置；轴承内环与内水道冷却装置入水口侧之间通过第二防水密封环相连。

5.根据权利要求2所述的低速大转矩永磁同步电机转子内部水道冷却系统，其特征在于，转子内水道截面为扇形，固定在转子铝块和转轴之间。

技术总结
本发明公开了一种低速大转矩永磁同步电机转子内部水道冷却系统，包括内水道冷却装置、轴承和防水装置，内水道冷却装置固定在转子件内壁，内水道冷却装置跟随转子件以相同速度旋转，轴承内环连接内水道冷却装置的入水口端，轴承外环连接外水道的出口端，冷却剂从外水道沿轴承内环中部空隙处流至内水道冷却装置，轴承两端水道连接处通过防水装置形成封闭死端。本发明在电机内部设置转子内水道，通过转子内水道内部的扰流板将水道内部冷却剂流径加长，增加冷却剂流动距离，进而增加冷却效果，解决温度对永磁同步电机性能影响最大的永磁体部位温升问题，提升永磁同步电机性能。

技术研发人员：王逸翔,王凯,朱姝姝,姜泽文,李烽
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17