一种立式永磁同步电机的水冷结构

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术的领域，尤其是涉及一种立式永磁同步电机的冷却结构。

背景技术

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，由定子、转子和端盖等部件组成，具有体积小、重量轻、动态性能好、运行效率高、功率因数高、可靠性好等特点。但也需采取一定的散热措施，降低永磁同步电机内部的温度，确保电机绕组的绝缘性能、避免永磁体的退磁现象，从而延长电机的使用寿命。

常见的电机冷却型式有风冷和水冷。相对于风冷而言，水冷方式的散热能力强，冷却效果好，同时噪音小，还可以有效减小电机体积。而水冷永磁同步电机通常采用的是在定子外周面换热来冷却绕组表面温度的冷却方式，仅能冷却定子外表面以及转子两端，很难冷却到转子中间部位，冷却效果有限。

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，但此结构仅能使冷却介质流到定子和转子之间的间隙中，且冷却介质主要是空气，冷却效果有限。申请号为ZL20130724028.5的专利，提到一种转子铁芯具有平滑型轴向冷却通道和径向冷却通道的冷却结构，此结构的冷却通道可达到转子内部，能使转子各处均匀散热，但其本质还是一种风冷结构，仍需要通过设在定子外壁的的水道结构间接冷却内部的冷却介质。

发明内容

本发明的目的是为解决现有水冷结构组件无法直接冷却转子内部的问题，通过改善电机水冷结构的布置，有效提高立式永磁同步电机转子的冷却效果。

为了达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种立式永磁同步电机的水冷结构，包括电机壳体、设于所述电机壳体顶部的电机上端盖、设于所述电机壳体底部的电机下端盖、穿设于所述电机上端盖和所述电机下端盖的电机驱动转轴、以及设于所述电机壳体内部的定子和转子；所述转子与所述电机驱动转轴之间设有冷却水盘管，所述电机壳体与定子外壳之间设有水套结构，所述电机壳体外侧设有与所述冷却水盘管和所述水套结构连通的进水管及出水管。

优选的，所述冷却水盘管集中布置在电机驱动端和非驱动端。

优选的，所述冷却水盘管与所述转子间设有隔水挡板。

优选的，所述隔水挡板在高度方向超出所述冷却水盘管的布置范围。

优选的，所述冷却水盘管和所述水套结构内的冷却介质为闭式循环系统的淡水。

优选的，所述进水管上设有滤器，使冷却介质中所含颗粒物的尺寸不大于0.1mm。

优选的，所述进水管和所述出水管上设有流量计和/或流量调节阀。

优选的，所述进水管和所述出水管上设有压差传感器。

优选的，所述进水管上设有电动阀或电磁阀，与电机的起停进行联锁：电机起动则阀门自动打开；阀门未打开则电机无法起动；电机停止且绕组温度下降到特定温度后阀门自动关闭；另与漏水报警信号及压差报警信号进行联锁，接收到报警信号后，阀门应自动关闭。

优选的，电机内设置一个带联锁开关的防冷凝加热器，电机运行时关闭加热器，电机停止特定时间后打开加热器。

与现有技术相比，本发明具有如下技术特点：

1、在电机驱动端与非驱动端的内部空间设置冷却水盘管，冷却介质通过盘管达到转子内部，可直接冷却电机内部的高温空气，达到从内部冷却转子的目的。同时，保留现有水冷永磁同步电机在外部设置水套的技术，可从外部直接冷却定子。这种内外水冷技术的结合，可由冷却介质同时对电机定子、转子进行冷却，提高了冷却效果，特别是对内部较难冷却的转子，有着本质上的冷却效果提升。

2、转子内部设置冷却盘管的水冷型式不仅在冷却效果上优于内部采用风冷的技术，还能有效降低电机运行时产生的噪音。

3、冷却水盘管与转子间设置隔水挡板，结合电机漏水报警及进出水压差报警等措施，可有效防止泄漏水损坏电机。

4、进水管路设置与电机起停联锁的电动阀或电磁阀，以及设置防冷凝加热器等措施，可有效防止内部产生冷凝水而损坏电机。

附图说明

图1为本发明一种立式永磁同步电机的水冷结构实施例1的结构示意图；

图2为本发明一种立式永磁同步电机的水冷结构实施例2中冷却水盘管的俯视图；

图3为本发明一种立式永磁同步电机的水冷结构实施例2中冷却水盘管的主视图；

图4为本发明一种立式永磁同步电机的水冷结构实施例3中冷却水盘管的俯视图；

图5为本发明一种立式永磁同步电机的水冷结构实施例3中冷却水盘管的主视图；

图6为本发明一种立式永磁同步电机的水冷结构实施例4中冷却水盘管的俯视图；

图7为本发明一种立式永磁同步电机的水冷结构实施例4中冷却水盘管的主视图。

附图标记：1、电机上端盖；2、电机壳体；3、水套结构；4、定子外壳；5、定子；6、转子；7、电机下端盖；8、电机驱动转轴；9、冷却水盘管；10、隔水挡板；11、漏水传感器；12、进出水接管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开一种立式永磁同步电机的水冷结构，其包括电机上端盖1、电机壳体2、电机下端盖7、设置于电机壳体2内部的定子5、转子6和电机驱动转轴8，在转子6与电机驱动转轴8之间的腔体中环绕布置的冷却水盘管9，冷却水盘管9与转子6间的隔水挡板10，电机壳体2与定子外壳4之间的水套结构3，与冷却水盘管9及水套结构3连通的进出水接管12及接口，隔水挡板10内最低处设置的漏水传感器11。

冷却水盘管9集中布置在电机驱动端和非驱动端，冷却水盘管9的设计寿命与电机壳体2的等同，不需要对冷却水盘管9做专门的维护；冷却水盘管9和水套结构3用防锈剂进行处理；冷却水盘管9和水套结构3内的冷却介质为闭式循环系统的淡水。

在进出水接管12上设置滤器，使冷却介质中所含颗粒物的尺寸不大于0.1mm；在进出水接管12上设置流量计及流量调节阀，可监测及调节冷却介质的流量；在进出水接管12上设置压差传感器，监测管路漏水情况。

隔水挡板10在高度方向超出冷却水盘管9的布置范围，形成有效的防漏水保护；漏水传感器11可方便拆装，拆除此传感器后可作为排水口。

在进水管上设置电动阀或电磁阀，与电机的起停进行联锁：电机起动，阀门应自动打开；阀门未打开，电机无法起动；电机停止且绕组温度下降到65℃(可调)后，阀门自动关闭。另与漏水报警信号及压差报警信号进行联锁：接收到报警信号后，阀门应自动关闭。

电机内设置一个带联锁开关的防冷凝加热器，电机运行时关闭加热器，电机停止2小时(可调)后打开加热器。

本发明在电机驱动端与非驱动端的内部空间设置冷却水盘管9，冷却介质通过盘管达到转子6内部，可直接冷却电机内部的高温空气，达到从内部冷却转子6的目的。同时，保留现有水冷永磁同步电机在外部设置水套的技术，可从外部直接冷却定子5。通过这种内外水冷技术的结合，有效提高了电机的冷却效果。另外，电机内设置了隔水挡板10、防冷凝加热器等措施，有效防止泄漏水及冷凝水损坏电机。

实施例1：

图1表示本发明的一种用于立式永磁同步电机的水冷结构实例，包括电机上端盖1、电机壳体2、水套结构3、定子外壳4、定子5、转子6、电机下端盖7、电机驱动转轴8、冷却水盘管9、隔水挡板10、以及漏水传感器11。

电机壳体2与定子外壳4之间形成水套结构3，电机壳体2上开设2个接口作为水套结构3的冷却介质进出口，外部系统提供动力使冷却介质充满水套结构3并进行循环流动，可直接冷却设于定子外壳4内的定子5。

转子6与电机驱动转轴8之间的空间内设置2套冷却水盘管9，一套集中布置在电机驱动端，另一套集中布置在电机非驱动端。电机上端盖1或电机壳体2靠近顶部的位置开设2个接口作为非驱动端冷却水盘管9的冷却介质进出口；电机下端盖7或电机壳体2靠近底部的位置开设2个接口作为驱动端冷却水盘管9的冷却介质进出口。外部系统提供动力使冷却介质充满冷却水盘管9并进行循环流动，可直接冷却转子6内部的高温空气。

转子6与冷却水盘管9之间设置一圈隔水挡板10，高度需超过冷却水盘管9的布置范围，能将可能产生的凝水或者盘管漏水与定子5绕组隔开，防止电机损坏。同时，在电机下端盖7上安装漏水传感器11，位于隔水挡板10的内部区域，可有效监测电机内部产生的凝水或漏水情况。一旦电机内部产生较多凝水或发生漏水情况，漏水传感器11发送漏水报警信号，可在断开冷却介质的进水管路后，拆卸漏水传感器11，通过开孔进行排水。

在本实施方案中，水套结构3内的水道可做成不同的型式，如径向环绕、轴向环绕等，具体可根据冷却介质流量、流速、进出接口位置等因素确定。

在本实施方案中，冷却水盘管9可做成不同的结构型式，如螺旋环绕、S型环绕等，其环绕圈数、盘管直径、长度等规格可根据冷却需求量及转子6与电机驱动转轴8之间的空间大小等因素确定。其中，实施例2至实施例4展示了冷却水盘管9的三种布置型式，对应图示包括电机驱动转轴8、冷却水盘管9、以及进出水接管12，均是以电机驱动转轴8为中心进行环绕布置，并设有一进一出的进出水接管12。

在本实施方案中，在电机下端盖7上可设置专用的泄水接口，就能不受限于漏水传感器11的安装开孔，增大泄水口径，有利于更快速地进行排水。另外，泄水接口外部还可设置管路及泄放阀，更进一步地可将漏水报警信号与泄放阀联锁，实现自动排水功能。

实施例2：

参照图2和图3，本实施例在实施例1的基础上采用一种“轴向-径向-轴向”循环的盘管环绕布置型式。进水管先接管至径向层1，冷却水盘管9沿电机驱动转轴8轴向向下环绕，环绕一定层数n后，接管至径向层2，再沿电机驱动转轴8轴向向上环绕n层，接管至径向层3，再次沿电机驱动转轴8轴向向下环绕n层，接管至径向层4，再次沿电机驱动转轴8轴向向上环绕n层，最后通过出水管接出。

在本实施方案中，冷却水盘管9的径向层数以及轴向环绕层数n均可根据冷却需求量及布置空间大小等因素确定。环绕顺序可从小直径径向层环绕至大直径径向层，反之亦可。

实施例3：

参照图4和图5，本实施例在实施例1的基础上采用一种“径向-轴向-径向”循环的盘管环绕布置型式。进水管先接管至轴向层1，冷却水盘管9由大直径向小直径径向螺旋环绕，再沿电机驱动转轴8轴向接管至轴向层2，由小直径向大直径径向螺旋环绕，再沿电机驱动转轴8轴向接管至轴向层3，再次由大直径向小直径径向螺旋环绕，再沿电机驱动转轴8轴向接管至轴向层4，再次由小直径向大直径径向螺旋环绕，最后通过出水管接出。

在本实施方案中，冷却水盘管9的轴向层数以及径向螺旋环绕层数均可根据冷却需求量及布置空间大小等因素确定。轴向接管顺序可从上到下，反之亦可。

实施例4：

参照图6和图7，本实施例在实施例1的基础上采用一种“轴向S-径向螺旋”的盘管环绕布置型式。冷却水盘管9在轴向上以类S型上下循环布置，同时在径向上螺旋环绕。

在本实施方案中，冷却水盘管9的轴向管路长度以及径向螺旋环绕层数均可根据冷却需求量及布置空间大小等因素确定。径向环绕顺序可从大直径环绕至小直径，反之亦可。

在本发明实施例2至实施例4的三种布置型式中，冷却水盘管9的径向环绕形状均为圆形，其还可做成其他不同的形状，如椭圆形、方形等，具体可根据布置空间大小及盘管加工工艺确定。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。