CN107742935A - 带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机，包括安装于电机的机壳内的定子、定子绕阻、转子、磁悬浮轴承，机壳上设置了进风口、出风口。进风口、出风口通过多道冷却风路进行连通，至少有一道冷却风路用于冷却定子绕组、转子和定子，至少一道冷却风路为风冷旁路，用于冷却磁悬浮轴承；风冷旁路具有将磁悬浮轴承的两端连通的连通部，进风口与进风端磁悬浮轴承内侧连通，出风口与出风端磁悬浮轴承内侧连通，两端磁悬浮轴承外侧由风冷旁路连通部相连通。本发明采用并联风路极大地减小了电机内部的流阻，使得风冷配套风机的功率可以大大减小，降低了配套风冷设备的成本。

Description

带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机

技术领域

本发明涉及磁悬浮高速电机技术领域，具体涉及一种带有新型风冷结构的 磁悬浮高速电机。

背景技术

在现有技术中，磁悬浮高速电机具有效率高、功率密度大的特点，相应的 损耗密度也比较大，电机各处温升都比较高。定子绕组处的过高温升将导致绕 组绝缘失效、转子过高温升会导致永磁体退磁、磁轴承处过高温升会使得磁轴 承控制精度下降。为保障电机安全稳定运行，需要针对磁悬浮高速电机的特点 开发新型冷却结构。同时为了保证电机的防潮防爆防尘防腐性能，电机配套冷 却***通常采用电机空水冷却器或电机空空冷却器。此类冷却器进风口与电机 出风口相连，冷却器出风口与电机进风口相连。冷却电机的空气在电机-冷却器 内部循环保证***的密封性，达到防潮防爆防尘防腐的目的。

现有技术中，有风冷结构如图2所示，冷却空气从绕组一端吹入另一端吹 出，只有少量空气吹过磁悬浮轴承的一侧。该类冷却结构不能有效地对磁悬浮 轴承进行冷却，将导致磁悬浮轴承温升过高，控制精度下降，影响电机稳定运 行。

流体流过通道时由于与壁面摩擦、流动截面变化等都会造成流体压力损失， 损失总和为压降。冷却***配套风机压力和冷却***总压降需相匹配。较大压 降冷却***需要配高压风机，而高压风机体积较大，成本较高，且风量相对不 足。更进一步的风冷结构技术有如图3所示，冷却空气从一段磁轴承吹入，经 过磁轴承后吹过定子与转子之间气隙，最后通过另一端磁轴承吹出。该类冷却 结构虽然能直接对两端的磁轴承进行冷却，但由于冷却空气需要两次通过磁轴 承，而磁轴承的通风间隙又较小，导致整个风冷路径的压降非常大。这使得在 现有风机型谱中很难找到相匹配的风机，且勉强能适应此种工况的风机普遍价 格高昂。并且冷却空气最后吹过出风端磁轴承时温度已经很高，对出风端磁轴 承的冷却效果不佳。并且电机的进风口出风口分别位于磁轴承两侧，相距较远， 极大地增加了与冷却***配合安装的难度。

更进一步的风冷结构技术有如图4所示，冷却空气从绕组一端吹入，先分 成两路，一路经过进风侧磁轴承吹出；一路经定子与转子之间气隙后从另一端 绕组处出风口或经另一侧磁轴承排出，亦存同时从这两处排出的结构。该类风 冷结构虽然能对磁轴承进行冷却，但电机出风口有两到三处且分别位于磁轴承 两侧，几乎无法与冷却***配合安装。

因此，在磁悬浮高速电机中，如何实现既对转子、定子冷却，又能对磁悬 浮轴承进行冷却，是当前磁悬浮高速电机研发中面临的一个重要问题。

发明内容

本发明针对当前磁悬浮高速电机冷却过程中存在的问题，提供了一种带有 新型风冷结构的磁悬浮高速电机，包括机壳、定子、定子绕组、转子、磁悬浮 轴承，定子、定子绕阻、转子、磁悬浮轴承均安装于电机的机壳内，机壳上设 置了进风口、出风口，而进风口、出风口可以是若干个。优选的是，进风口和 出风口各一个，位于同一平面，这样便于与冷却器进行配合。电机机壳定子绕 组两端对应处分别设置进风口、出风口，且如果按照优选方案进风口与出风口 仅有一个，那么他们最好位于同一平面内。进风口、出风口通过多道冷却风路 进行连通，至少有一道冷却风路用于冷却定子绕组、转子和定子，进风口进来 的冷却空气可以通过冷却风路吹过定子绕组、转子与定子之间气隙由出风口排 出，实现冷却定子绕组、转子和定子的目的；至少一道冷却风路为风冷旁路， 用于冷却磁悬浮轴承；风冷旁路具有将磁悬浮轴承的两端连通的连通部，进风 口与进风端磁悬浮轴承内侧连通，出风口与出风端磁悬浮轴承内侧连通，两端 磁悬浮轴承外侧由风冷旁路连通部相连通。从进风口进入的冷却空气流过进风 端磁悬浮轴承进入风冷旁路连通部，尔后再通过风冷旁路的连通部流向出风端 磁悬浮轴承，吹过出风端磁悬浮轴承后经出风口排出。通过设置风冷旁路使得 冷却空气可以并联地吹过磁悬浮轴承与电机定子、定子绕组与转子，降低了磁 悬浮轴承与电机定子、转子等部件的温升，保障磁悬浮电机安全稳定运行。并 且本发明采用并联风路极大地减小了电机内部的流阻，使得风冷配套风机的功 率可以大大减小，降低了配套风冷设备的成本。此外如果本发明只有一个进风 口与一个出风口，且位于同一平面，可以极大地降低了与冷却***配合安装的 难度。

进一步，所述的风冷旁路为设置在所述机壳上的管道。

优选的是，风冷旁路包括集风罩和若干通风管，集风罩为两个，分别设置 在磁悬浮轴承的两端外部，通风管将所述的两个集风罩连通。集风罩主要是辅 助旁路管道将两端磁悬浮轴承外侧连通，如果机壳设计合理亦可以充当集风罩 的功能。这种设计的优点在于结构改造比较简单，并不额外增加的进风口与出 风口。进一步，通风管既可以是钢管，也可以是其他高强度耐腐蚀合金材料制 成的管材，优选的是镍基高温合金无缝钢管。

优选的是，所述的通风管为加强筋管，这种加强筋管与通风管的要求基本 一致。这种加强筋管可以与电机的机壳焊接为一体，由于电机在高速震动等工 作环境下，通过设置加强筋管，可以增强高速电机的结构稳定性，延长高速电 机的使用寿命。

优选的是，机壳还设置有通风夹层，这个通风夹层即是上述的风冷旁路的 连通部，通风夹层的一端与进风端磁悬浮轴承的外侧连通，另一端与出风端磁 悬浮轴承的外侧连通，通风夹层构成了风冷旁路。可以通过铸造机壳实现这种 通风夹层，铸造机壳相比焊接机壳具有成本较低、加工周期短的优势。进一步， 通风夹层内设置有若干加强筋，这样可以保证整个电机的强度。需要注意的是， 加强筋的设计需要保证通风夹层的连通以及通风效果，因此其设置的密度不能 过于密集。进一步，较好的设计方式是使加强筋为轴向设置，即沿着机壳的中 轴方向布置。

优选的是，加强筋、通风夹层在生产机壳的时候，与机壳一体成型。

本发明与现有技术相比，其有益的技术效果是：

1、通过合理的风冷结构设计，保障了电机安全稳定运行，尤其对传统技术 中难以有效冷却的磁悬浮轴承进行有效冷却，保障了磁悬浮轴承的控制精度。

2、由于设计了风冷旁路，减小了冷却风路的流阻，极大了降低了风冷过程 中的压降，降低了配套风机的成本。

3、在优选设计中，由于只有一个进风口与一个出风口，且位于同一平面， 及大地降低了与冷却***配合安装的难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简 单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是对本发明的实施例的描述， 对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据 技术方案进行简单变形或者名称变化，或者是采取惯用手段，也可以实现发明 目的。

图1：一种带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机的工作原理图

图2：现有的带有风冷结构的磁悬浮高速电机

图3：现有的带有风冷结构的磁悬浮高速电机

图4：现有的带有风冷结构的磁悬浮高速电机

图5：一种由通风夹层组成风冷旁路的电机

图6：一种由通风管组成风冷旁路的电机

图7：实施例1中一种由通风夹层组成风冷旁路的电机截面图

图8：实施例2中一种由通风管组成风冷旁路的电机截面图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的 解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

如图1、图5、图7所示，本实施例提供了一种带有新型风冷结构的磁悬浮 高速电机，包括机壳1、定子2、定子绕组3、转子4、磁悬浮轴承5，机壳上设 计有进风口6和出风口7。本发明的风冷旁路是在机壳1上设计了通风夹层8来 实现功能的。

如图1所示，当冷却空气从进风口6进入时，有一道冷却风路用于冷却定 子2、定子绕组3和转子4，而另一道冷却空气还能够通过磁悬浮轴承上与转子 之间的间隙，并且顺着风冷旁路，流向磁悬浮轴承的另一端，用于冷却磁悬浮 轴承。本实施例中，通风夹层8与机壳1是一体成型的，这样整体结构更加牢 固，有效地延长了使用寿命。

如图5所示，本发明还可以在通风夹层8中设计加强筋9，这种设计可以进 一步加强高速电机的稳定性。

实施例2

如图6、图8所示，本实施例与实施例1的不同点在于，风冷旁路的结构是 在磁悬浮轴承的两端安装了集风罩10，两个集风罩通过通风管11相连接，通风 管11通过焊接或胀管技术与机壳1连成一体，本实施例中，用于连通两个集风 罩10的通风管11具有8根。此外，通风管11与机壳1之间还焊接有支撑板12， 这种设计有利于增强高速电机整体的稳定性。本实施例中风冷旁路的工作原理 与实施例1的工作原理是一致的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。虽然本发明已以实施例公开如上， 但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱 离本发明的构思和范围内所作的变动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机，包括机壳、定子、定子绕组、转子、磁悬浮轴承，其特征在于，所述机壳上包括进风口、出风口，所述进风口、出风口分别位于机壳的两端，所述进风口、出风口通过多道冷却风路进行连通，至少一道冷却风路为风冷旁路，用于冷却磁悬浮轴承，至少有一道冷却风路用于冷却所述定子绕组、定子和转子；所述风冷旁路具有将磁悬浮轴承的两端连通的连通部，所述进风口与进风端磁悬浮轴承内侧连通，所述出风口与出风端磁悬浮轴承内侧连通，两端磁悬浮轴承外侧由风冷旁路连通部相连通。

2.如权利要求1所述的一种带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机，其特征在于，所述的风冷旁路的连通部为设置在所述机壳上的管道。

3.如权利要求1所述的一种带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机，其特征在于，所述的风冷旁路包括集风罩和若干通风管，所述集风罩为两个，分别设置在磁悬浮轴承的两端外部，所述风冷旁路的连通部为通风管，所述通风管将所述的两个集风罩连通。

4.如权利要求3所述的一种带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机，其特征在于，所述的通风管为加强筋管。

5.如权利要求1所述的一种带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机，其特征在于，所述机壳还设置有通风夹层，所述风冷旁路的连通部为通风夹层，所述通风夹层的一端与磁悬浮轴承的一端连通，另一端与磁悬浮轴承的另一端连通，所述通风夹层构成了风冷旁路。

6.如权利要求5所述的一种带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机，其特征在于，所述的通风夹层设置有若干加强筋。

7.如权利要求6所述的一种带有新型风冷结构的磁悬浮高速电机，其特征在于，所述的加强筋为环向布置。

8.如权利要求1至7所述的任意一种带有新型风冷结构的磁悬浮调整电机，其特征在于，所述的连通部的制作材料为高强度耐腐蚀合金材料。

9.如权利要求1至7所述的任意一种带有新型风冷结构的磁悬浮调整电机，其特征在于，所述进风口和出风口各一个，且位于同一平面。