CN108258849A - 一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，并公开了一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机。该永磁电机包括电机机壳，设置在机壳内的定子与转子，及设置在机壳前后两端的端盖，前后两端的端盖上均设置有风口外壳，前后两端的风口外壳上分别设置管道进风口和管道出风口，同时，前后两端的端盖上相应设置有风道入口和风道出口，管道出风口与管道进风口连通，形成气体在电机中的循环流动，此外，机壳前端的侧面上设置有多个沿机壳外圆周分布的喷液口，该喷液口用于对从风道入口进入的气体进行冷却，该喷液口中喷出的冷却液体为氟氯昂、R123、R245或R141。通过本发明，有效降低电机温度，解决全封闭高速永磁电机温度高、散热困难、定转子温升局部过高的问题。

Description

一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，更具体地，涉及一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机。

背景技术

高速电机由于转速高，功率密度大，体积小，可以有效地节约材料；由于转动惯量较小，所以动态响应较快；高速电机可与工作机或负载直接相连，省去了传统的机械变速装置，因而可减小噪音和提高传动***的效率。高速电机的研究与应用符合节能减排的经济发展需要，目前已成为国际电工领域的研究热点之一，在高速磨床、空气循环制冷***、储能飞轮、高速离心压缩机、鼓风机、航空航天等具有广泛的应用前景。

永磁电机以其结构简单、力能密度高、无励磁损耗、效率高等优点，最适合于高速电机。高速高频电机与普通电机相比设计难度较大，高速电机转速高达每分钟数万转甚至十几万转，圆周速度可达200m/s以上，电机在高速旋转的情况下，空气和转子表面的摩擦会给电机带来很大的损耗，转子永磁体的涡流损耗也会很大，同时对高速永磁电机来说，定子铁心损耗和绕组损耗都高达数千瓦甚至上万瓦，造成电机温升过高，尤其是针对转子，由于高速旋转时，永磁体不能承受巨大的离心力，必须采取保护措施，常用的保护措施是永磁体外嵌入合金护套或捆扎碳纤维护套，合金护套由于电导率较大，会在护套中产生很大的涡流损耗，虽然碳纤维护套电导率很低，可以避免较大的转子涡流损耗，但碳纤维护套是热的不良导体，导热特性很差，转子热量难以散出，而且对于高速电机，转子体积很小，特别是转子加入保护套之后，给转子的散热带来了很大的困难，且对于全封闭的空气压缩机、汽轮发电机以及余热发电机，由于气体温度较高，进入电机的气体温度高达70度以上，给电机的散热带来了极大的困难，永磁体在温度过高的情况下会发生不可逆退磁，给电机造成严重危害，因此电机的散热成为电机设计的核心问题之一。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，通过在电机内部设置内冷却风道和外冷却风道，同从电机外部向电机内部充入气体对电机进行循环冷却，由此解决汽轮发电机、余热发电机、空气压缩机等全封闭***用高速永磁电机，体积小，散热困难和局部过热的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，该永磁电机包括电机机壳，设置在机壳内的定子与转子，及设置在机壳前后两端的端盖，其特征在于，前后两端的端盖上均设置有风口外壳，前后两端的风口外壳上分别设置管道进风口和管道出风口，同时，前后两端的端盖上相应设置有风道入口和风道出口，管道出风口与管道进风口连通，形成气体在电机中的循环流动，此外，机壳前端的侧面上设置有多个沿机壳外圆周分布的喷液口，该喷液口用于对从风道入口进入的高温气体进行冷却。

优选地，所述转子包括转子铁心、永磁体和保护套，永磁体贴在转子铁心上，保护套套在永磁体的***，转子铁心为转轴。

优选地，在前端的风口外壳内，转子的转子铁心上设置有叶轮，气体经过叶轮后，流入电机内部，形成全封闭结构。

优选地，所述定子包括定子铁心和定子绕组，定子绕组设置在定子铁心上，定子绕组与转子***之间设置有内冷却风道。

优选地，所述定子铁心的***设置有铜板，与机壳构成外冷却风道，该外冷却风道为螺旋状或轴向风道。

优选地，所述前端的端盖上也设置有喷液口，用于进一步冷却。

优选地，所述机壳采用碳素钢，所述保护套材料优选采用碳纤维。

优选地，所述机壳采用碳素钢，所述保护套材料优选采用碳纤维。

通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明中电机中心的气体的温度较高，可达70度以上，给电机的散热带来了极大的困难的问题，采用本发明提供的方法，有效的降低绕组和永磁体问题，避免局部温度过高的问题，有效的增加了电机可靠性和运行寿命；

2、本发明通过采用电机进风口喷液结构、机壳铜板外冷却风道和定子槽内冷却风道相结合的冷却方案，采用全封闭结构，充分利用汽轮发电***、余热发电***、空气压缩***等自身的蒸发介质，由于以上全封闭***，蒸发气体的温度较高，压力较大，这些高温气体直接进入电机内部，给电机的散热效果极其有限，会造成电机内绕组和转子的温度局部过高，采用本发明的方案有效解决这些问题；

3、本发明在进风口机壳上开设喷液口，喷洒低沸点的氟氯昂、R245等介质，以上介质的沸点在高压下一般低于30℃，通过与高温气体接触，液体发生相变，从而使进风口气体温度大大降低而且更加均匀，使电机冷却介质的温度大大降低，极大的提高了电机的冷却效果，降低了电机的温度；

4、本发明通过在电机定子***设置铜板，与机壳构成轴向外冷却风道，由于铜的导热特性很高，可以有效的把定子铁心和定子绕组的热量通过铜轴向风道带走，使定子铁心达到良好的散热效果；

5、本发明通过同时在定子槽内开设轴向风道，不仅可以给进一步给定子绕组散热，也可给转子散热，使电机的定转子均达到良好的散热效果，高温气体通过电机风道入口进入电机，通过喷液结构，使气体温度较大的降低，低温混合气体流经定子铜轴向风道和槽内轴向风道，带走电机定转子热量后，流向电机另一端，经电机另一端的出风口流入气体管道，经过冷凝和蒸发和回收装置，循环利用；

6、本发明旨在解决汽轮发电机、余热发电机、空气压缩机等全封闭***用高速永磁电机，体积小、冷却介质温度高、散热困难、温升过高而严重影响电机可靠性和运行寿命的问题。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的喷液冷却的全封闭高速永磁电机的结构示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的喷液冷却的全封闭高速永磁电机的径向截面图；

图3是按照本发明的优选实施例所构建的铜板与机壳组成的外冷却风道结构示意图；

图4是按照本发明的优选实施例所构建的喷液冷却的机壳上的喷液口结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1.高压喷液口，2.电机机壳，3.外冷却风道，4.铜板，5.定子铁心，6.定子绕组，7.内冷却风道，8.保护套，9.永磁体,10.转子铁心，11.绕组端部，12.电机端盖，13.风道出口，14.轴承，15.风道入口，16.叶轮，17.风口外壳，18.管道进风口，19.管道出风口，

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明是一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，采用电机外壳上设置喷液口1、定子外冷却风道3和定子槽内冷却风道7相结合的冷却方案，电机机壳2和设置在机壳7内的定子与转子，机壳2的两端设置有端盖12，定子包括定子铁心5、定子绕组6，转子包括转子铁心10、永磁体9以及保护套8，转子保护套8为碳纤维护套。在电机转子一端设置有叶轮16，叶轮外有风口外壳17，在电机的另一端端盖12外也设置有出风口外壳17,风口外壳17与电机机壳2相连，在电机一端端盖12上开设有电机进风口15，在电机另一端端盖12开设有电机出风口13，风道入口15与风道出口13分别与管道进风口18与管道出风口19相连通，管道出风口19与外部管道相连通。在风道入口15侧的机壳2上开设有多个高压喷液口1，高压喷液口1的喷头深入到电机内部的风道入口15附近，高压喷液口1的入口端在机壳2外部，与外部液体装置连接，喷液口1可以开设在入口侧的机壳2和入口侧的端盖12上，喷液口1成圆周分布，喷液口1所喷液体为低沸点液体，可为氟氯昂、R123、R245、R141，定子铁心5外部设置由铜板4组成的定子外冷却通道3，铜板4与定子铁心5过盈配合，外冷却通道3外部设置由碳素钢组成的机壳2，外冷却通道3可为螺旋状风道和轴向风道，外冷却通道3内冷却介质与***蒸发介质相同，可为空气、氟利昂、R245，R123等。定子绕组6与转子***之间设置有轴向内风道7，轴向内风道内7为气体冷却，冷却介质为***管道内的气体，可为空气、氟利昂、R245，R123等。高温气体通过外部管道经管道进风口18带动叶轮16旋转，通过电机风道入口15进入电机内部，风路***分为两路，一路经过定子外冷却风道3，带走定子热量，一路经过定子槽内轴向内冷却风道7，带走绕组和转子热量，同时流向电机另一端，从电机另一端的电机风道出口13流入气体管道出风口19，气体管道出风口19与外部管道相连接，气体再经过冷凝和蒸发，循环利用。

本发明采用高压喷液口1、定子外冷却风道3和定子内冷却风道7相结合的冷却方案，采用全封闭结构，可以充分利用汽轮发电***、余热发电***、空气压缩***、生物发电、地热发电等自身的蒸发介质，由于以上全封闭***，蒸发气体的温度较高，压力较大，这些高温气体直接进入电机内部，给电机的散热效果极其有限，会造成定子绕组6和转子的温度局部过高，而本发明在电机机壳2外两侧设置了风口外壳17，并与机壳2上的风道入口15与风道出口13相连通，汽轮发电***、余热发电***、空气压缩***的高温介质，通过机壳风道入口15，进入电机内部，在机壳上风道入口15机壳上开设多个高压喷液口1，喷洒低沸点的氟氯昂、R245等介质，以上介质的沸点在高压下一般低于30℃，通过与高温气体接触，液体发生相变，从而使风道入口15气体温度大大降低而且更加均匀，使电机冷却介质的温度大大降低，极大的提高了电机的冷却效果，降低了电机的温度。同时，在电机定子铁心5外开设外冷却风道3和加设铜板4，外冷却通道3由铜板和机壳组成，由于铜的导热特性很高，可以有效的把定子铁心4和定子绕组5的热量通过铜板4传入外冷却风道3，从而带走热量，使定子铁心4达到良好的散热效果，同时在定子槽内开设内冷却风道7，不仅可以给进一步给定子绕组6散热，也可给转子散热，使电机的定转子均达到良好的散热效果。高温气体通过电机风道入口15进入电机，通过喷液口1，使气体温度较大的降低，低温混合气体流经外冷却风道3和内冷却风道7，带走电机定转子热量后，流向电机另一端，经电机另一端的风道出口13和管道出风口19流入***外管道，经过冷凝和蒸发和回收装置，循环利用。本发明通过采用电机进风口高压喷液口1、定子铜外冷却风道3和定子槽内冷却风道7相结合的冷却方案，可以有效的解决汽轮发电机、余热发电机、空气压缩机等全封闭***用高速永磁电机，体积小，散热困难，气体的温度较高，可达70度以上，给电机的散热带来了极大的困难的问题，可以有效的降低永磁体和绕组温度，有效的提高了电机可靠性和运行寿命的问题。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，该永磁电机包括电机机壳(2)，设置在机壳(2)内的定子与转子以及设置在机壳(2)前后两端的端盖(12)，其特征在于，所述前后两端的端盖上均设置有风口外壳(17)，前后两端的风口外壳上分别设置管道进风口(18)和管道出风口(19)，同时，所述前后两端的端盖上相应设置有风道入口(15)和风道出口(13)，管道出风口与管道进风口连通，形成气体在电机中的循环流动，此外，所述机壳前端的侧面上设置有多个沿机壳外圆周分布的喷液口(1)，该喷液口用于对从风道入口进入的高温气体进行冷却。

2.如权利要求1所述的一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子铁心(10)、永磁体(9)和保护套(8)，永磁体(9)贴在转子铁心(10)上，保护套(8)套在永磁体的***，转子铁心(10)为转轴。

3.如权利要求2所述的一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，其特征在于，在前端的风口外壳(17)内，转子的转子铁心上设置有叶轮(16)，气体经过叶轮(16)后，流入电机内部，形成全封闭结构。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，其特征在于，所述定子包括定子铁心(5)和定子绕组(6)，定子绕组设置在定子铁心上，定子绕组(5)与转子***之间设置有内冷却风道(7)。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，其特征在于，所述定子铁心的***设置有铜板(4)，与机壳构成外冷却风道(3)，该外冷却风道为螺旋状或轴向风道。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，其特征在于，所述前端的端盖上也设置有喷液口(1)，用于进一步冷却。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，其特征在于，所述喷液口中喷出的冷却液体为氟氯昂、R123、R245或R141。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，其特征在于，所述机壳采用碳素钢，所述保护套材料优选采用碳纤维。