專利名稱：高速永磁電機軸內自扇冷卻轉子的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高速永磁電機冷卻轉子，屬于電機領域。
背景技術：
高速永磁電機在具有普通高速電機的轉速高、功率密度大、材料利用率高、 動態響應較快和傳動系統效率高等特點的同時，還具有效率高、功率因數高的 優點，因此在空調或冰箱的離心式壓縮機、儲能飛輪、紡織、高速磨床、混合 動力汽車、航空、船舶等領域具有良好的應用前景。特別是在分布式發電系統 中，由于燃氣輪機驅動的高速永磁發電機體積小，具有較高的機動性，可用于 醫院、賓館及其它重要設施的備用電源，也可作為獨立電源或小型電站，彌補 集中式供電的不足，具有重要的實用價值。
高速永磁電機運行時定子繞組的電流頻率高達1000Hz以上，轉子的旋轉速 度高達每分鐘幾萬轉，轉子外表面的圓周速度可達200m/s以上， 一般在轉子永 磁體外面加一高強度非導磁金屬護套或用碳纖維綁扎，來保護永磁體在大離心 力作用下正常工作。由于金屬保護套為導電體，氣隙磁場諧波會在其表面造成 大量的渦流損耗；而采用碳纖維綁扎時氣隙磁場諧波直接在轉子永磁體內造成 渦流損耗。上述兩種情況下，轉子工作溫度均較高，易造成永磁體溫升過高而 產生不可逆高溫失磁，使電機損壞。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有高速永磁電機的轉子永磁體外表面加高強度 非導磁金屬護套或綁扎碳纖維時渦流損耗大而導致轉子溫升過高，使轉子永磁 體產生不可逆高溫失磁的問題，提出了一種高速永磁電機軸內自扇冷卻轉子。
本發明包括護套或碳纖維、永磁體和轉子鐵心，轉子鐵心的外圓表面上環 套永磁體，永磁體的外圓表面上設置有護套或碳纖維，它還包括兩個端部支撐 件和風扇葉組，兩個端部支撐件的臺肩分別與轉子鐵心的內腔的兩端過盈配合， 端部支撐件與轉子鐵心同軸，端部支撐件上沿軸向開有多個與轉子鐵心的內腔 相通的通風孔，轉子鐵心的內腔壁上設置有風扇葉組。本發明的優點是
本發明應用于高速電機上，當電機工作時，轉子鐵心的內腔壁上的風扇葉 組隨轉子同步旋轉，形成軸向風壓，通過端部支撐件的通風孔與外界空氣連通 而形成軸向風速。同時，電機高速運行時轉子鐵心的內腔壁上的風扇葉組帶動 轉子內腔內空氣周向運行，形成圓周方向的風速。在兩個方向的風速共同作用 下，產生軸向冷卻風，通過端部支撐件的通風孔與外界進行熱交換。由此降低 了轉子永磁體工作時的溫升，避免了由于永磁體迅速溫升而導致的失磁問題， 延長了永磁體以及轉子、電機的工作壽命。本發明提出了一種新型高速電機轉 子冷卻方式，冷卻風直接作用轉子鐵心，效果十分顯著，可以擴展應用到旋轉 設備冷卻系統上；另一方面，與普通轉子軸帶風扇冷卻方式相比，本發明中風 扇葉與轉子成為一體，不需外加輔助零件，增強了電機的穩定性和可靠性。
在圓周方向和軸向的風壓的綜合作用下，當軸向風速為lm/s時，轉子內壁 流固耦合面散熱系數達到145W/m2 K;保持定子冷卻系統不變的情況下，全域 電機最高溫度依舊位于轉子側但降低了 20%,定子整體溫度也降低10%左右， 轉子溫度分布徑向梯度增大，靠近轉子鐵心內壁區域溫度較低，轉子鐵心內壁 區域的溫度約為外壁區域溫度的90%。


圖l是本發明的結構示意圖，圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖，圖3是圖 1的右視圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結合圖1~圖3說明本實施方式，本實施方式包括護 套或碳纖維1、永磁體2和轉子鐵心3，轉子鐵心3的外圓表面上環套永磁體2， 永磁體2的外圓表面上設置有護套或碳纖維1 ，它還包括兩個端部支撐件4和風 扇葉組5，兩個端部支撐件4的臺肩分別與轉子鐵心3的內腔的兩端過盈配合， 端部支撐件4與轉子鐵心3同軸，端部支撐件4上沿軸向開有多個與轉子鐵心3 的內腔相通的通風孔4-l，轉子鐵心3的內腔壁上設置有風扇葉組5。工作時， 端部支撐件4的輸出軸4-2與電機的高速軸承相接，來支持轉子高速運動。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同之處在于風扇葉組5為 一組風扇葉組或兩組風扇葉組，每組風扇葉組5的多個風扇葉沿轉子鐵心3的內腔壁均勻分布。其它組成及連接關系與實施方式一相同。
每組風扇葉組5的多個風扇葉沿轉子鐵心3的內腔壁均勻分布，能夠增強 電機高速運行時的穩定性。
具體實施方式
三本實施方式與實施方式二的不同之處在于風扇葉組5為 一組并位于轉子鐵心3的內腔壁的進風口端。其它組成及連接關系與實施方式 二相同。
將一組風扇葉組焊接在轉子鐵心3的內腔壁的進風口端，起到吹風的作用， 軸內自扇冷卻效果好。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式二的不同之處在于風扇葉組5為 兩組，其中一組位于轉子鐵心3的內腔壁的進風口端，另一組位于轉子鐵心3 的內腔壁的出風口端。其它組成及連接關系與實施方式二相同。
兩組風扇葉組相互配合，分別起到吸風和吹風的作用，能夠共同產生軸向 風壓，并能夠大大增加轉子內腔內的軸向風壓和風速，增強軸內自扇冷卻。圖l 中轉子鐵心3的內腔壁內的箭頭表示風向。
具體實施方式
五本實施方式與實施方式一、二、三或四的不同之處在于 所述通風孔4-1均勻分布在端部支撐件4的徑向圓周上。其它組成及連接關系 與實施方式一、二、三或四相同。
通風孔4-1均勻分布在端部支撐件4的徑向圓周上能夠減小軸向氣流進出 轉子內腔的阻力，提高風扇的效率，使散熱效果更好。
權利要求
1、一種高速永磁電機軸內自扇冷卻轉子，它包括護套或碳纖維(1)、永磁體(2)和轉子鐵心(3)，轉子鐵心(3)的外圓表面上環套永磁體(2)，永磁體(2)的外圓表面上設置有護套或碳纖維(1)，其特征在于它還包括兩個端部支撐件(4)和風扇葉組(5)，兩個端部支撐件(4)的臺肩分別與轉子鐵心(3)的內腔的兩端過盈配合，端部支撐件(4)與轉子鐵心(3)同軸，端部支撐件(4)上沿軸向開有多個與轉子鐵心(3)的內腔相通的通風孔(4-1)，轉子鐵心(3)的內腔壁上設置有風扇葉組(5)。
2、 根據權利要求l所述的高速永磁電機軸內自扇冷卻轉子，其特征在于風 扇葉組(5)為一組風扇葉組或兩組風扇葉組，每組風扇葉組(5)的多個風扇 葉沿轉子鐵心(3)的內腔壁均勻分布。
3、 根據權利要求2所述的高速永磁電機軸內自扇冷卻轉子，其特征在于風 扇葉組(5)為一組并位于轉子鐵心(3)的內腔壁的進風口端。
4、 根據權利要求2所述的高速永磁電機軸內自扇冷卻轉子，其特征在于風 扇葉組(5)為兩組，其中一組位于轉子鐵心(3)的內腔壁的進風口端，另一 組位于轉子鐵心(3)的內腔壁的出風口端。
5、 根據權利要求l、 2、 3或4所述的高速永磁電機軸內自扇冷卻轉子，其 特征在于所述通風孔(4-1)均勻分布在端部支撐件(4)的徑向圓周上。
全文摘要
高速永磁電機軸內自扇冷卻轉子，涉及一種高速永磁電機冷卻轉子。本發明的目的是為了解決現有高速永磁電機的轉子永磁體外表面加高強度非導磁金屬護套或綁扎碳纖維時渦流損耗大而導致轉子溫升過高，使轉子永磁體產生不可逆高溫失磁的問題。本發明包括護套或碳纖維、永磁體和轉子鐵心，轉子鐵心的外圓表面上環套永磁體，永磁體的外圓表面上設置有護套或碳纖維，它還包括兩個端部支撐件和風扇葉組，兩個端部支撐件的臺肩分別與轉子鐵心的內腔的兩端過盈配合，端部支撐件與轉子鐵心同軸，端部支撐件上沿軸向開有多個與轉子鐵心的內腔相通的通風孔，轉子鐵心的內腔壁上設置有風扇葉組。本發明用作高速永磁電機轉子。
文檔編號H02K1/32GK101604876SQ20091007235
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月23日 優先權日2009年6月23日
發明者張曉晨, 曹君慈, 李偉力, 沈稼豐, 耿加民, 霍菲陽 申請人:哈爾濱理工大學