冷却轴承、电机及其他回转的发热部件的制作方法

专利名称：冷却轴承、电机及其他回转的发热部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于冷却轴承、电才几及其他支承和驱动回转机械(例如密封 在部分真空中的飞轮)的发热部件的方法和装置。
背景技术：
用于减船摇摆的控制力矩陀螺仪("CMG")是依靠在高的回转速度下 工作的重型飞轮工作的。旋转的(spinning)飞轮由受到大的轴向和径向负荷 作用的轴承支承。结果，这些轴承产生大量的摩擦产生的热，为了避免形 成危险的热量，必需将这些热散掉。如果该飞轮支承在常规的外界环境中， 则利用空气对流可使热散掉，利用风扇将空气吹过轴承的内外滚道和邻近 的金属件可以帮助散热。但是，如果将飞轮封闭在部分真空中，例如在我 们的专利一美国专利第6973847号中所述那样，则可能空气不够进行对流。 同样的冷却问题在有飞轮在部分抽真空的壳体中旋转的其他装置(例如，机 械的能量贮存装置)中和使用包含需要发热轴承的旋转件的抽真空的腔的制 造过程中也可能存在。目前，飞轮能量贮存装置一般使用昂贵的磁性轴承(不 产生摩擦热)代替便宜得多的滚动件轴承。其中 一个原因是除了喷射冷却油 或使冷却油通过轴承循环以外，没有从部分真空中的滚动件轴承的内滚道
必需区别两种形式的热流动一传热和对流。传热是通过分子撞击其他 分子产生的。这样，当将手放在温暖的散热器上时，在温暖的金属中快速 运动的分子撞击皮肤的分子，将能量传递给皮肤分子。热对流是当分子由 于空气(或其他气体或液体)流动，从一个位置运动至另一个位置时产生的。 这样，温暖的散热器通过将热传至邻近散热器表面的空气，然后利用该溫 暖的空气围绕房间流动的对流，加热房间。当温暖空气的分子接触人的皮 肤或衣服时，空气的温暖通过传热传给房间的居住者。传热可以通过气体、 液体或固体进行。当通过气体发生时，称为气体传导。当通过固体(例如通
过金属或其他良导热体)时，称为固体传热。Fourier传热定律确定通过气体传导在两个平行表面间的 一维传热量；
Q=KA AT/AX
式中Q—传热量(watt)
K—气体的导热系数(watt/m-C。) A—平4亍表面的面积(m2) AT—两个传热表面之间的温差(。C) △X—传热表面之间的距离(m)。 如该式所示，传热量直接与气体的导热系数、表面面积和表面之间的 温差成正比例，而与表面之间的距离成反比例。在压力低至气体分子的平 均自由行程等于或大于表面之间的距离(AX)之前，不论压力如何，气体的 导热系数(K)为常数。这表示，在气体平均自由行程等于或大于表面间的距
力下，气体分子继续传热，但现在随着气体压力进一步降低，导热系数(和 传热量)减小。
我们已发现从发热部件例如支承和驱动回转机械(例如飞轮)的轴承和 电机中将热传出的实际技术。通常，热在支承飞轮的轴承的内滚道(但也可 以为其他热源，如电机热、空气阻力或风阻)上积累。这种在内滚道上积累 热可导致装置故障，因为在轴承内外滚道之间可能产生大的温差。外滚道 通常较冷，因为热可以从外滚道流至(通过邻接的金属件传热)壳体外面，在 壳体外面可通过对流(空气通过温暖的外表面)散热。只有少量热传入轴承 (从内滚道至外滚道)，因此内滚道和与它连接的飞轮往往温度升高。温度升 高可破坏轴承润滑剂的有效性，并可使内滚道热膨胀，而这在较冷的外滚 道看不到，结果造成轴承和装置灾难性的损坏。
已知的冷却技术包括将轴承浸入循环的油浴中，或将油喷射通过轴
承(如在气体涡轮机中)，或将大量空气/油雾泵过轴承(如在机床主轴中)，以 润滑和冷却轴承。然而，这些方法复杂并且易于增加轴承产生的热，因为
搅动油的滚动件的粘性阻力大大增加了驱动飞轮或其他旋转件所需的动 力。空气/油雾方法不适用于真空应用场合，因它需要大的空气流量。 一些 机床制造厂家将水泵入通过主轴的深孔钻出的孔中，以从轴承和电机排出
发明内容热。这在真空应用中也难以应用，因为水必需保持在周围压力下，以防止 水蒸发。
在第一方面中，本发明提供了冷却装置，其从一个或多个支承或驱动 飞轮或其他旋转件的发热部件传热或冷却该一个或多个发热部件。该装置 包括与该旋转件连接且一起旋转的第一传热件，相对于该旋转件静止的第 二传热件，其中该第一和第二传热件彼此相对运动，并且其中该第一和第 二传热件的形状和位置互相很接近，使得大量的热从第一传热件传至第二 传热件。两个表面或元件很接近促进通过气体传导的传热。相对的回转运 动和传热件的很接近形成回转的空腔流动，这可促进通过气体对流的传热。 这些回转的流动使空气分子连续地从较热的第一传热件循环至较冷的第二
传热件。
在优选实施例中可以包括以下的一个或多个方面。在第一和第二传热 件之间的传热可以通过气体传导和对流发生。第一和第二传热件之间的传 热可以主要通过气体传导产生。第 一和第二传热件可以具有隔开很近的露 出的传热表面。第一传热件可以包括多个第一叶片，第二传热件可以包括 多个第二叶片；第一叶片可以相对于第二叶片运动，第一叶片可以伸入第 二叶片之间的间隙中，使得第一和第二叶片交替插入，并可使大量的热从 第一叶片传至第二叶片。 一个壳体可以包围旋转件，第一传热件可以包括 旋转件的外表面，且第二传热件可以包括以小间隙与旋转件隔开的壳体的 内表面。因此，大量的热通过气体传导从旋转件传至壳体。第一叶片和第
二叶片之间的间距可以大于0.025mm,但小于10mm。该旋转件可以封闭在 包含低于周围压力或低于周围密度(ambient density)的气体的壳体内，该第 一传热件和第一叶片可以相对于该壳体旋转，第二传热件和第二叶片可以 固定在该壳体上，并且可以将第二传热件放置成使得可以容易将热从第二 传热件传至该壳体外部。气体可以为压力低于周围压力且密度低于周围密 度的气体。旋转件围绕旋转的回转轴线可以确定轴向方向；第一叶片可以 为在第一轴向方向上从与该旋转件连接的第一基座伸出的圓柱形件；第二 叶片可以为在与第一轴向方向相反的第二轴向方向上从与壳体连接的第二 基座伸出的圓柱形件；第二叶片间的间隙可以为形状与位置形成可以容纳 圓柱形的第 一叶片的圓柱形通道。旋转件围绕旋转的回转轴线可以确定轴 向方向；第一和第二叶片可以为在与该轴向方向垂直的径向方向上延伸的平面件；第二叶片间的间隙可以为形状和位置形成可以容纳平面的第 一叶
片的平面通道。第一和第二传热件可以靠近支承该旋转件的轴承放置，该 轴承可以具有内滚道和外滚道，第一叶片和内滚道可与旋转件连接，使得 通过传导将热从内滚道流至第一叶片以及从旋转件流至第一叶片，外滚道 可与壳体连接，并且内滚道、旋转件、第一叶片和第二叶片的尺寸和位置 可使热通过固体传导从轴承的内滚道流至旋转件和第一叶片，以及通过固 体传导从旋转件流至第一叶片，并且通过气体传导和对流从第一叶片传至
第二叶片；并通过固体传导从第二叶片流至壳体外面。该装置可以包括至 少两个轴承，每一个轴承有自己的所述的第一和第二传热件。该旋转件可 以为飞轮，并且该飞轮和壳体可以为船的陀螺仪摇摆稳定器的一部分。本 发明还可包括从第二叶片流出的热的散热器。该散热器可以包括在壳体外 面的空气冷却的散热片。在第 一和第二传热件之间的气体的分子平均自由 行程等于或小于传热件之间的距离。本发明还可包括多组第一和第二叶片。 气体的导热系数可以比空气大。发热部件可以包括一个或多个轴承。发热 部件可以包括一个或多个电机。
较热的回转叶片和较冷的不回转叶片之间的间隙可以非常小，并且只 要回转叶片比静止叶片热，就可提供至该装置外部的热通道。热可以通过 固体传导从发热部件传导至回转叶片，然后通过气体传导和对流，穿过空 气间隙传至静止叶片，再通过传热和对流，传至大气或散热器。
本发明的这个第一方面有明显的优点。例如，当应用在周围压力和大 于周围压力的条件时，不需要泵送大量的空气或使流体冷却以冷却发热部 件。然而，甚至在低于周围压力下也有更大的优点，其中因为压力降低， 利用空气的对流冷却更困难，而因为温差不够大以传送大量的热，径向传 热可以忽略。依靠气体传导的好处是，气体的导热系数随着温度增加，因 此当气体温暖时，可将更多的热通过回转叶片和静止叶片之间的间隙(对于 固定的温差)传递。这有助于稳定热行为。
甚至在部分真空中，在固定叶片和回转叶片之间的小间隙中存在回转 空腔流动。在一些应用中，气体密度和/或回转速度足够高，使气体对流增 加气体传导冷却。回转的流动使气体分子循环，使得气体分子可以连续地 从热的回转叶片输送至较冷的静止叶片。
该第 一 方面不需要任何流体在壳体内循环就可无源地排出热。因为不需要冷却剂泵、电机、过滤器和热交换器，这可大大地简化了装置或机器。 可以使用油脂润滑的轴承，这些轴承比油润滑轴承的摩擦扭矩J、。
在第二方面中，本发明提供了冷却装置，用于从一个或多个支承或驱 动飞轮或其他旋转件的发热部件传热并冷却该一个或多个发热部件。该装 置包括 一组安装成与该旋转件一起转动的回转叶片，引导冷却液体喷射 到该回转叶片上的孔，其中该冷却液体在径向向内的位置上喷射在回转叶 片上，使得该流体在叶片表面上沿径向向外流动成为液体薄膜，并通过离
心作用从该叶片抛出；该装置还包括收集从该叶片抛出的液体的收集装置。
明还可包括冷却由该收集装置收集的液体的冷却装置，并且其中冷却的液 体可以返回到该孔中。可以有多个喷射的冷却液体流，每一个液体流可以 比回转叶片之间的间隙窄，并且可以引导每一个液体流使它大致在叶片之 间行进至该径向向内位置。冷却的液体可以为油。旋转件可以封闭在包含 压力低于周围压力或密度低于周围密度的气体的壳体内，该回转叶片可以 在该壳体内与旋转件一起回转，并且该孔可以固定在该壳体上。冷却液体 的蒸汽压力可以比壳体内的气体的工作压力低。可以有多组回转叶片。用 于冷却的油还可用于润滑至少一个轴承。
本发明的液体冷却方面有明显的优点。例如，在回转叶片的较热表面
容易被无源或有源地收集和冷却，然后再回到该孔中，再次喷射在叶片上。 对于非常高速的飞轮轴承，油润滑是强制的，而在这种情况下，液体 冷却方案有优点，因为油可用于冷却和润滑轴承。润滑轴承需要的油量很
在传统的轴承冷却方法中那样)需要的动力少得多。
本发明的第 一和第二方面都克服了发热和封闭在部分真空中的回转部
件的冷却问题。这两方面都允许开发用于稳定船的控制力矩陀螺仪(CMG) 和开发使用滚动件轴承的飞轮能量贮存装置，因为现在这是一种不需要增 加工作动力就排除这些回转部件的热的方法。另外，本发明可以帮助冷却 轴承内滚道、电机和在周围压力下或大于周围压力下在有限空间中工作的 其他回转发热部件(例如，机床主轴)。
本发明的其他特征和优点从详细说明、附图和权利要求中可以知道。


图1为包括本发明第一方面实施例的船稳定性CMG的横截面图。 图2为图1的上轴承部分2-2的放大图。 图3为图1的下轴承部分3-3的放大图。
图4为通过图1实施例的外传热件的横截面图(沿图5的4-4取的)。 图5为向上看图4的传热件的叶片的平面图(沿图4的5-5取的)。 图6为图4的传热件的正视图。
图7为向下看图4的传热件的顶部表面的平面图(沿图6的7-7取的)。 图8为通过图1实施例的内传热件的横截面图(沿图9的8-8取的)。 图9为向下看图8的内传热件的顶部表面的平面图(沿图8的9-9取的)。 图10为包括本发明第二方面的液体冷却实施例的船稳定性CMG的横 截面图。
图11为图10的上轴承部分11-11的放大图。 图12为图10的下轴承部分12-12的放大图。 图13为图10的实施例的回转叶片组的正视图。 图14为图13的回转叶片组的横截面图。
具体实施例方式
本发明许多可能的实施方式，这里要说明的太多。下面说明一些优 选的实施例。这些是本发明实施例的说明，而不是本发明的说明，本发明 不限于这里所述的细节，而是由权利要求的概括术语说明的。
图1表示船的陀螺仪摇摆稳定器IO(为这里引入供参考的美国专利第 6973847号所述的类型)。钢制飞轮12在铝制壳体14内旋转，该铝制壳体 抽真空至低于周围压力且可以包括低于周围密度的气体(例如氦或氢)，以便 减少在旋转的飞轮上的摩擦。在壳体内部整体制成的电机(无框架无电刷的 直流电机)驱动由上轴承组件18和下轴承组件20支承的飞轮。
如图2-3的放大图所示，每一个轴承组件包括外壳体22， 24，外滚道 26, 28,内滚道30, 32和滚珠34。在每一个轴承的顶部和底部设有密封 36。上部和下部座圈40， 42将上轴承保持在规定位置。这些轴承由油脂容 器润滑。由轴承内滚道和电机转子产生的热利用位于靠近每一个轴承的冷却套
环组件50， 52(传热件的许多实施方式中的一种)传至外部。每一个冷却套环 组件包括内回转套环54, 56和也形成壳体端盖的外静止套环58, 60。套环 54, 56, 58, 60可以由导热性好的各种材料(例如铅、铜或塑料)制成。
如图4至5所示，外套环58, 60具有10个圓柱形叶片62,每一个叶 片的半径不同。在叶片之间形成圓柱形间隙64。叶片的径向厚度约为 2.77mm,叶片之间的径向间距(即，间隙的径向宽度)约为4.78mm。叶片62 沿着轴向方向的长度大约为32mm。
内套环54， 56有11个圓柱形叶片66和叶片之间的圓柱形间隙68(图 2-3),每一个叶片的半径不同，其尺寸和位置使得叶片66可与匹配的外套 环的叶片62匹配。叶片66的长度(32mm)、宽度和径向厚度与叶片62大致 相同，并且收容在叶片62之间的间隙64中。
在内外套环匹配且叶片交替插入后， 一个套环的回转叶片和另 一套环 的静止叶片之间的径向间距约为lmm。为了改善由气体传导引起的传热， 考虑实际的限制(例如加工和工作公差)，这个间距可制得尽可能小。在部分
这个小的间距保证气体的导热系数不被真空压力减小，并且有助于由气体 对流引起的传热。
在一个实施例中，工作压力为1Torr,工作温度为IO(TC,空气的分子 的平均自由行程为0.066mm,这比1 mm的径向间距小很多。在实际中，只 要大量的热在间距上传递，该间距可不同于这些一般的指标。
如图6-7所示，外套环58, 60的外表面具有另外的传热叶片70，它可 从套环向周围大气传热(通过叶片表面的传导和运动的空气通过叶片时的对 流)。
在所示的实施例中，每一个回转和静止叶片66, 62的总表面积为 0.34m2。回转和静止的叶片之间的一般的温差为15°C,空气传导单独就可 在间隙中传递153瓦，以便在这个温差下冷却轴承的内滚道。如果必需形 成更多的冷却，则可以通过将空气吹在静止叶片上(壳体外面)，在回转和静 止叶片之间形成更大的温差，有源地冷却静止叶片。30。C的温差只通过气 体传导就可传递306瓦。或者，在开始泵送后，通过用氦或氢回填真空腔， 可以增加传热量。氦的导热系数约为空气导热系数的5.6倍，因此15。C的温差只通过气体传导可传递855瓦。如果需要进一步增加传热，则固定的 和回转的叶片之间的径向间距可/人lmm减小至0.5mm。 一^:,利用这样小 的径向间距使如CMG—样的机器工作是可行的，因此， 一般，飞轮能量贮 存装置的制造公差非常严(一般小于0.025mm),并且飞轮支承在精度非常高 的滚动件轴承中。如果飞轮封闭在lTorr的氦中，径向间距为0.5mm和温差 为15°C,则只通过气体传导就可从轴承内滚道传热1710瓦。还可以通过增 加或减小叶片的表面积来调节传热量。
这些例子表示，为了达到稳定的工作温度，可以调节冷却方法和装置 以提供发热部件需要的冷却量。为了得到一个具体应用场合的最优解决方 案，设计者可以改变叶片面积、径向间距、气体种类、气体密度和回转与 静止叶片之间的温差。
图10-14表示液体冷却方案的实施例。液体冷却实施结构还取决于靠 近主要热源(即，飞轮轴承的内滚道)的回转轴上的冷却套环。然而，在液体
没有与飞轮壳体连接的匹配的固定散热片。冷却是由设置在圆盘外面的壳 体上的油喷嘴进行的，该油喷嘴在回转的圆盘之间并向着飞轮轴的中心喷 射油流，这样，将热从圆盘传导至油；油再被离心力向外甩出，由在壳体 内面，但在飞轮圓周外面的一个内衬里收集。这又可迫使热油遵循在向下 重力通道上的壳体的内部曲率，借助增加与油接触的表面积的壳体上的内 部隆起，将热传至壳体。油被收集在装置底部的集油槽中，在此被泵回至 油喷嘴，完成冷却循环。
回至图IO可看出，由轴承内滚道和电机转子产生的热传至位于靠近上 部和下轴7 、内滚道73， 74的上部和下部冷却套环组件71, 72。在上轴7 、的 情况下，静止壳体75包围上部冷却套环并形成壳体的端盖。在下轴承的情 况下，包围下部冷却套环的静止壳体76为油箱组件77的部分。
该油箱组件还包含冷却油78、冷却泵79、冷却泵电才几80、过滤器和阀 (未示出)。冷却套环组件71, 72可由导热性好的各种材料(例如铅和铜)制成。
如图11-14更详细地所示，每一个冷却套环组件具有在叶片之间形成3 个间隙的4个水平叶片。间隙的内半径为54mm,外半径为89mm ，间隙宽 度为2.4mm。包围冷却套环的上部和下部静止壳体中的每一个包括3个油 喷嘴81(每个间隙有1个)。这些喷嘴被安装和排列取向成可使它们将冷却油流喷射入水平叶片之间的间隙中和与该间隙平行。冷却油流出来的喷嘴孔
直4圣为0.64mm。
非常细的冷却油流与在冷却套环叶片中的每一个间隙的底部接触，并 被高的回转速度再引导，使得形成薄膜，该薄膜在离心力将该薄膜抛出以 前，完全覆盖叶片的表面。以高速在较热的叶片表面运动的较冷的油薄膜 通过传热获取热，并通过对流将热带出。结果是从轴承内滚道至冷却套环、 然后至冷却油的传热非常有效。
从上部套环叶片出来的加热的油撞击静止壳体75，通过孔落在轴承壳 体82中，并被在壳体内面但在飞轮84的圓周外面的内衬里83收集。衬里 安装在壳体85的内部肋上，以增加与油接触的表面积。这个衬里/肋结构迫 使热油遵循在下轴承下面、在向下至油箱的重力通道上的该壳体的内部曲 率。当油遵循这个轮廓时，它将热传至较冷的壳体，在油达到油箱77前， 可以稳定地降〗氐油温。
还可以有一个旁通油流，它喷射到在上轴承下面、肋和衬里之间的壳 体上。这个旁通油流增加与壳体接触的油量，并帮助冷却油箱中的油。
从下套环72的叶片出来的热油没有明显冷却就落下至油箱77中。在 任何时刻，油箱包含从上部套环来的已被壳体冷却的油、已被壳体冷却的 旁通的油以及从下套环来的还未被冷却的油的混合物。壳体的内外表面积 和外部冷却可以设计成，使得从来自上套环的油和来自旁通油流提取足够 的热，以冷却油箱中的油的混合物。油箱中的油被泵抽出，并泵回至油喷 嘴，再喷射在上下套环上和通过旁通喷嘴，这样完成冷却循环。.
这个具体的冷却套环结构与油接触的总的叶片表面积为0.093m2。油泵 的输送流量为每个套环0.5升/分，或每个喷嘴0.165升/分。为了从轴承内 滚道传热250瓦，油温升高15。C(从叶片上的入口至叶片出口)，并且内滚道 的温度范围保持为80-100°C。
如同图1-9的方案一样，如果需要提供更多的冷却，则液体冷却方案 是灵活的。为了增加从轴承内滚道和电机至壳体的传热速度，冷却叶片面 积、间隙/喷嘴数和冷却流速度都可以增加。如果用于传热的油没有被壳体 充分冷却，则可以在壳体外部应用强制的空气冷却。或者，可以使油箱的 油通过专用的油/空气或油/水热交换器循环，以从油中提取更多的热和在将 油喷射在套环上前，进一步降低油的温度。另外，在一些非常高速的飞轮应用中，可能必需使用油代替油脂来润 滑轴承。在这些情况下，可以使用冷却套环传热用的相同的油进行轴承的 润滑。润滑轴承需要的油量非常小。因此，可以用许多方法来输送油，包 括喷射、给予微型剂量、芯吸或让从套环叶片出来的小量的油进入轴承。
除了上述那些实施例的许多其他实施例都在由以下的权利要求限定的 本发明内。如早先所述，这里不可能说明本发明的所有实施例，但上面没
有提到的若干可能性包括以下内容
件或改善一个部件的冷却的多个叶片或套环组件。为了改善在部分真空和 封闭的应用中的传热，可以使用导热系数和比热都比空气大的气体(例如氦 和氢)。叶片组件可由传热好的金属(例如铜和铝)或热传导性塑料制成。
通过保持飞轮及其壳体之间的间隙非常小，可以达到气体传导和对流 冷却，从而可使热从飞轮边缘和/或圓盘流至较冷的壳体。这个结构可以提 供第二传热通道或它可以为主要的传热通道。
一个部件的冷却的多个叶片或套环组件。如果油用作冷却剂流体，则也可 用油润滑轴承。叶片组件可由传热好的金属(例如铜和铝)或热传导性塑料制 成。用于冷却的流体可以为油、水或传热流体。
本发明的第一和第二方面在压力环境中、周围压力下或部分真空中都 可工作。
如在权利要求中使用的那样，当说一个元件与另一个元件"连接"时， 这包括在该元件之间有一个或多个中间元件的情况，以及元件直接接触的 情况。
为了实现本发明，不是上述的和下面一些权利要求中所述的所有特征 都是必需的。为了实现某个权利要求所述的发明只需要在具体的权利要求 中所述的特征。为了与发明者的贡献广泛地一致来说明本发明，有意地在 权利要求外留出一些特征。例如，虽然在一些实施例中使用交替插入的叶 片传热，但在实现其他权利要求的发明时不需要这种交替插入的叶片。虽 然在一些实施例中，使液体冷却剂在叶片上循环，但在实现其他权利要求 的发明中不需要液体冷却剂。
权利要求
1. 一种冷却装置，用于从一个或多个支承或驱动飞轮或其他旋转件的发热部件传热并冷却该一个或多个发热部件，该装置包括与该旋转件连接并一起旋转的第一传热件；相对于该旋转件静止的第二传热件；其中该第一和第二传热件彼此相对运动，以及其中该第一和第二传热件的形状和位置彼此接近，使得大量的热从第一传热件传至第二传热件。
2. 如权利要求1所述的装置，其中该第一和第二传热件之间的传热通 过气体传导和对流发生。
3. 如权利要求1所述的装置，其中该第一和第二传热件之间的传热主 要通过气体传导进行。
4. 如权利要求1所述的装置，其中该第一和第二传热件具有间距小的 露出的表面，在所述表面上传热。
5. 如权利要求4所述的装置，其中 该第 一传热件包括多个第 一叶片， 该第二传热件包括多个第二叶片， 该第 一叶片相对于该第二叶片运动，该第 一叶片伸入该第二叶片之间的间隙中，使得该第 一和第二叶片交 替插入，以及大量的热从该第一叶片传至该第二叶片。
6. 如权利要求5所述的装置，其中该第一和第二传热件之间的传热主 要通过气体传导进行。
7. 如权利要求l所述的装置，其中 一壳体包围该旋转件，该第一传热件包括该旋转件的外表面，以及该第二传热件包括以小间隙与该旋转件隔开的该壳体的内表面，使得 大量的热通过气体传导从该旋转件传至该壳体。
8.如权利要求5所述的装置，其中该第一叶片和第二叶片之间的间距 大于0.025mm， ^f旦小于10mm。
9. 如权利要求5所述的装置，其中该旋转件封闭在包含压力低于周围压力或密度低于周围密度的气体的 壳体内，该第一传热件和第一叶片相对于该壳体旋转， 该第二传热件和第二叶片相对于该壳体固定，和将该第二传热件放置成使得可以容易地将热从该第二传热件传至该壳 体外面。
10. 如权利要求9所述的装置，其中该第一和第二传热件之间的传热主要通过气体传导进行。
11. 如权利要求10所述的装置，其中该气体既压力低于周围压力又密 度低于周围密度。
12. 如权利要求10所述的装置，其中该第一叶片和第二叶片之间的间 距大于0.025mm,但小于10mm。
13. 如权利要求9所述的装置，其中 该旋转件围绕旋转的回转轴线确定轴向方向，该第 一叶片为在第 一轴向方向上从与该旋转件连接的第 一基座伸出的 圓柱形件，该第二叶片为在与该第一轴向方向相反的第二轴向方向上从与该壳体 连接的第二基座伸出的圆柱形件，以及该第二叶片之间的间隙为圓柱形通道，该圆柱形通道的形状和位置形 成为用于容纳该圓柱形的第 一叶片。
14. 如权利要求13所述的装置，其中该第一和第二传热件之间的传热 主要通过气体传导进行。
15. 如权利要求9所述的装置，其中该旋转件围绕旋转的回转轴线确定轴向方向，件，以及该第二叶片之间的间隙为平面形通道，该平面形通道的形状和位置形成为用于容纳该平面形的第一叶片。
16. 如权利要求9所述的装置，其中该第 一 和第二传热件位于靠近支承该旋转件的轴承处，该轴承具有内滚道和外滚道，该第 一叶片和内滚道与该旋转件连接，使得热通过传导从该内滚道流 至该第一叶片并从该旋转件流至该第一叶片， 该外滚道与壳体连接，以及该内滚道、旋转件、第一叶片和第二叶片的尺寸和位置形成使得该 轴承内滚道产生的热通过固体传导从该内滚道流至该旋转件和流至该第一叶片，通过固体传导从该旋转件流至该第一叶片；通过气体传导和对流从 该第 一叶片流至第二叶片；和通过固体传导从该第二叶片流至壳体外部。
17. 如权利要求16所述的装置，其中该第一和第二传热件之间的传热 主要通过气体传导进行。
18. 如权利要求16所述的装置，其中该装置包括至少两个轴承，每一 个轴承带有如所述的自己的第一和第二传热件。
19. 如权利要求9所述的装置，其中该旋转件为飞轮，该飞轮和壳体为 船的陀螺仪摇摆稳定器的一部分。
20. 如权利要求19所述的装置，其中该第一和第二传热件之间的传热 主要通过气体传导进行。
21. 如权利要求9所述的装置，还包括散热器，热从该第二叶片流动至 该散热器。
22. 如权利要求21所述的装置，其中该散热器包括在该壳体外部上的 空气冷却的散热片。
23. 如权利要求6所述的装置，其中该第一和第二传热件之间的气体的 分子平均自由行程等于或小于该传热件之间的距离。
24. 如权利要求9所述的装置，包括多组第一和第二叶片。
25. 如权利要求IO所述的装置，其中该气体的导热系数比空气大。
26. 如权利要求l所述的装置，其中该发热部件包括一个或多个轴承。
27. 如权利要求l所述的装置，其中该发热部件包括一个或多个电机。
28. —种冷却装置，用于从一个或多个支承或驱动飞轮或其他旋转件的 发热部件传热并冷却该一个或多个发热部件，该装置包括安装成与该旋转件一起回转的 一组回转叶片； 引导冷却液体喷射到该回转叶片上的孔，其中该冷却液体在径向向内的位置上喷射在回转叶片上，使得该流体在该叶片表面上沿径向向外流动成为液体薄膜，并通过离心作用从该叶片4旭出；以及收集从该叶片抛出的液体的收集装置。
29. 如权利要求28所述的装置，还包括用于冷却由该收集装置收集的 液体的冷却装置，其中冷却的液体返回到该孔。
30. 如权利要求28所述的装置，其中具有多个冷却液的喷射流，每一 个喷射流比该回转叶片之间的间隙窄，并且引导每一个喷射流，使它大致 在该叶片之间行进至该径向向内位置。
31. 如权利要求28所述的装置，其中该冷却液体为油。
32. 如权利要求28所述的装置，其中该旋转件封闭在包含压力低于周围压力或密度低于周围密度的气体的 壳体内，该回转叶片在该壳体内与该旋转件一起回转，以及 该孔相对于该壳体固定。
33. 如权利要求32所述的装置，其中该气体既压力低于周围压力又密 度低于周围密度。
34. 如权利要求32所述的装置，其中该冷却液体的蒸汽压力比在该壳 体内的气体的工作压力低。
35. 如权利要求28所述的装置，其中具有多组回转叶片。
36. 如权利要求31所述的装置,其中用于冷却的油也用于润滑至少一个轴7 、。
37. 如权利要求32所述的装置，其中该旋转件为飞轮，并且该飞轮和 壳体是船的陀螺仪摇摆稳定器的一部分。
全文摘要
从一个或多个支承或驱动飞轮或其他旋转件的发热部件传热并冷却该一个或多个发热部件的冷却装置。该装置可以包括与该旋转件连接并与该旋转件一起旋转的第一传热件，相对于该旋转件静止的第二传热件，其中该第一和第二传热件彼此相对运动，并且其中该第一和第二传热件的形状和位置互相接近，使得大量的热从第一传热件传至第二传热件。
文档编号H02K9/00GK101443987SQ200780007582
公开日2009年5月27日 申请日期2007年1月4日 优先权日2006年1月12日
发明者约翰·D·亚当斯, 谢泼德·W·麦肯尼 申请人:西基普股份有限公司