一種電機轉子的蒸發冷卻結構的制作方法
【技術領域】：
[0001] 本實用新型涉及一種電機轉子的蒸發冷卻結構，其屬于電機技術領域。
【背景技術】：
[0002] 與傳統電機相比，高速電機具有體積小、功率高等優點，但也因此造成了高速電機 發熱高、散熱困難的問題，并且發熱與散熱問題隨著高速電機的轉速和功率的提高越發顯 著。而且，高速電機中由于轉子表面積小、又是運動部件，其散熱問題比定子更加嚴重。對于 永磁電機來說，更容易造成轉子永磁體高溫退磁的風險。
[0003] 目前高速電機的冷卻大多采用風冷和液冷方式，但它們的冷卻效果相比于高速大 功率電機的發熱量都略顯不夠。蒸發冷卻方式利用液體氣化時大量吸熱的特性，可以大大 提高單位面積的換熱量并且可以直接冷卻轉子表面，具有風冷和液冷所不可比擬的優勢。
[0004] 但是傳統的電機轉子蒸發冷卻方式是直接將液體噴到轉子表面，在電機轉子表面 線速度越來越高的情況下逐漸變得不再合適。以轉子直徑為φ12〇_，轉速為20000r pm的高 速永磁磁懸浮電機為例，可以計算出其表面線速度達到125.6m/s、表面向心加速度26292G。 在相對速度超過l〇〇m/ S、離心加速度超過兩萬倍重力的情況下，液體與轉子表面的接觸時 間可以忽略不計，轉子表面不可能保持濕潤。由此可以知道轉子的熱量大部分是通過與蒸 汽的對流換熱和熱輻射傳遞出去的，只有少部分是通過表面液體的蒸發帶走的。
[0005] 工程中一般認為換熱器表面向水蒸氣的換熱系數只有30~300W/m2K，而水膜在換 熱器表面沸騰的換熱系數>3000W/m 2K，兩者相差超過一個數量級。因此轉子表面蒸發冷卻 的方法對于轉速越來越高的現代高速電機已經越來越不夠用了，必須尋找更好的冷卻方 法。與此同時，由于轉子表面蒸發方式中冷卻液會從轉子表面飛濺出去，電機內部的所有零 件都被冷卻液和蒸汽浸潤，所以電機內零件的絕緣、抗化學腐蝕、抗溶蝕要求都非常高，機 殼也必須做到密閉。但是上例中的高速電機軸封處線速度也接近l〇〇m/ S，很難保證密封的 可靠性。
[0006] 因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術之不足。 【實用新型內容】：
[0007] 本實用新型是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種電機轉子的蒸發冷 卻結構。
[0008] 本實用新型所采用的技術方案有:一種電機轉子的蒸發冷卻結構，包括機殼、轉子 和定子，所述定子設于機殼的內腔中，轉子轉動設于定子內，且轉子的上下兩端分別伸于機 殼外，還包括冷凝器、冷卻液箱、栗、換熱器、限流器、噴管、蒸汽收集器、冷卻水套和連接管， 所述轉子的軸心方向上設有通孔，噴管套設于通孔頂端，且噴管通過連接管與限流器相連， 蒸汽收集器套設于轉子的底端外壁上，且蒸汽收集器通過連接管與冷凝器相連，冷凝器通 過連接管與冷卻液箱相連，冷卻液箱和限流器分別通過連接管與換熱器相連，所述冷卻水 套設置在機殼側壁上，且冷卻水套的進液口通過栗與冷卻液箱相連，出液口通過連接管與 限流器相連。
[0009] 進一步地，所述機殼的側壁上設有用于安裝冷卻水套的冷卻槽。
[0010] 進一步地，所述冷卻槽呈環形或螺旋形或蛇形。
[0011] 本實用新型具有如下有益效果：
[0012] 1)本實用新型在轉子上設有通孔，冷卻液在該通孔內的表面線速度低，能夠在孔 壁上形成優秀的沸騰換熱條件，大大提高冷卻效果，且表面線速度低，容易實現密封；
[0013] 2)本實用新型中定子用液冷方式時，電機其他零件可以不用接觸冷卻液，進而降 低電機絕緣和抗腐蝕等級。
【附圖說明】：
[0014] 圖1為本實用新型結構圖。
[0015] 其中：
[0016] 1-機殼;2-轉子;3-定子;4-冷凝器;5-冷卻液箱;6-栗;7-換熱器;8-限流器;9-噴 管；1 〇-蒸汽收集器;11 -冷卻水套;21 -通孔。
【具體實施方式】：
[0017] 下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0018] 請參照圖1所示，本實用新型電機轉子的蒸發冷卻結構，包括機殼1、轉子2、定子3、 冷凝器4、冷卻液箱5、栗6、換熱器7、限流器8、噴管9、蒸汽收集器10、冷卻水套11和連接管， 其中定子3設于機殼1的內腔中，轉子2轉動設置在定子3內，且轉子2的上下兩端分別伸于機 殼1外，在轉子2的軸心方向上通孔21，噴管9套設于該通孔21的頂端，且噴管9通過連接管與 限流器8相連。蒸汽收集器10套設于轉子2的底端外壁上，且蒸汽收集器10通過連接管與冷 凝器4相連，冷凝器4通過連接管與冷卻液箱5相連。冷卻液箱5和限流器8分別通過連接管與 換熱器7相連。冷卻水套11設置在機殼1的側壁上，且冷卻水套11的進液口通過連接管與栗6 的出液端相連，栗6的進液端通過連接管與冷卻液箱5相連，冷卻水套11的出液口通過連接 管與限流器8相連。
[0019] 本實用新型為增加冷卻水套11對機殼1的冷卻效果，在機殼1的側壁上設有用于安 裝冷卻水套11的冷卻槽。該冷卻槽可呈環形或螺旋形或蛇形。
[0020] 以【背景技術】中的轉子直徑為φ? 20mm，轉速為20000rpm的高速永磁磁懸浮電機為 例，將冷卻液注入轉子2的通孔21(孔徑Φ 30)內，孔壁的線速度為31.4m/s、離心加速度為 6573G。由于相對速度較低，冷卻液與通孔21的孔壁摩擦發熱也較低；同時冷卻液在六千多 倍重力的離心加速度作用下會在孔壁上形成薄而均勻的液膜，蒸汽自動向通孔的中心匯集 并由底端排出，從而形成優秀的管壁表面沸騰換熱條件。由于沸騰換熱的效率比氣體表面 換熱尚10多倍，所以雖然內置式蒸發冷卻的換熱面積只有表面蒸發換熱的1/4，實際換熱量 卻可以高3~5倍。同時由于轉子2的通孔壁的線速度只有表面的1/4、周長也只有1/4,所以 更容易實現良好的密封，只要使用常規的接觸密封就能夠保證密封效果了。
[0021] 定子3的冷卻是通過機殼1上的冷卻水套11實現液冷的。由于冷卻液體和蒸汽都被 封閉在轉子2的通孔21內部，所以電機中的其他零件不會接觸到冷卻液，絕緣和抗腐蝕等級 也可以相應地降低。
[0022] 除了上述液冷結構外，定子的冷卻也可以繼續使用與轉子表面蒸發結構相同的蒸 發冷卻方式。此時電機內零件依然需要較高的絕緣和抗腐蝕等級，但定子冷卻效果比液冷 好。高速電機在使用轉子內置蒸發冷卻結構時，冷卻系統的外部結構與表面蒸發方式相同。 此時需要注意的是，向轉子內部注入的冷卻液體不能過多，以防完全充滿轉子內孔而破壞 表面沸騰換熱條件，因此需要增加限流器來調節冷卻液的流量。
[0023] 以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應視為 本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 一種電機轉子的蒸發冷卻結構，包括機殼（1)、轉子(2)和定子(3)，所述定子(3)設于 機殼（1)的內腔中，轉子(2)轉動設于定子(3)內，且轉子(2)的上下兩端分別伸于機殼（1) 外，其特征在于:還包括冷凝器(4)、冷卻液箱(5)、栗(6)、換熱器(7)、限流器(8)、噴管(9)、 蒸汽收集器（10)、冷卻水套（11)和連接管，所述轉子(2)的軸心方向上設有通孔(21)，噴管 (9)套設于通孔(21)頂端，且噴管(9)通過連接管與限流器(8)相連，蒸汽收集器(10)套設于 轉子(2)的底端外壁上，且蒸汽收集器（10)通過連接管與冷凝器(4)相連，冷凝器(4)通過連 接管與冷卻液箱(5)相連，冷卻液箱(5)和限流器(8)分別通過連接管與換熱器(7)相連，所 述冷卻水套（11)設置在機殼（1)側壁上，且冷卻水套（11)的進液口通過栗(6)與冷卻液箱 (5)相連，出液口通過連接管與限流器(8)相連。2. 如權利要求1所述的電機轉子的蒸發冷卻結構，其特征在于:所述機殼（1)的側壁上 設有用于安裝冷卻水套(11)的冷卻槽。3. 如權利要求2所述的電機轉子的蒸發冷卻結構，其特征在于:所述冷卻槽呈環形或螺 旋形或蛇形。
【專利摘要】本實用新型公開一種電機轉子的蒸發冷卻結構，包括機殼、轉子和定子，定子設于機殼的內腔中，轉子轉動設于定子內，且轉子的上下兩端分別伸于機殼外，其還包括冷凝器、冷卻液箱、泵、換熱器、限流器、噴管、蒸汽收集器、冷卻水套和連接管，轉子的軸心方向上設有通孔，噴管套設于通孔頂端，且噴管通過連接管與限流器相連，蒸汽收集器套設于轉子的底端外壁上，且蒸汽收集器通過連接管與冷凝器相連，冷凝器通過連接管與冷卻液箱相連，冷卻液箱和限流器分別通過連接管與換熱器相連，冷卻水套設置在機殼側壁上，且冷卻水套的進液口通過泵與冷卻液箱相連，出液口通過連接管與限流器相連。
【IPC分類】H02K1/32, H02K9/20
【公開號】CN205195458
【申請號】CN201521019557
【發明人】胡思寧, 李健, 吳立華, 董繼勇
【申請人】南京磁谷科技有限公司
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月9日