一种电机转子的蒸发冷却结构的制作方法
【技术领域】：
[0001] 本实用新型涉及一种电机转子的蒸发冷却结构，其属于电机技术领域。
【背景技术】：
[0002] 与传统电机相比，高速电机具有体积小、功率高等优点，但也因此造成了高速电机 发热高、散热困难的问题，并且发热与散热问题随着高速电机的转速和功率的提高越发显 著。而且，高速电机中由于转子表面积小、又是运动部件，其散热问题比定子更加严重。对于 永磁电机来说，更容易造成转子永磁体高温退磁的风险。
[0003] 目前高速电机的冷却大多采用风冷和液冷方式，但它们的冷却效果相比于高速大 功率电机的发热量都略显不够。蒸发冷却方式利用液体气化时大量吸热的特性，可以大大 提高单位面积的换热量并且可以直接冷却转子表面，具有风冷和液冷所不可比拟的优势。
[0004] 但是传统的电机转子蒸发冷却方式是直接将液体喷到转子表面，在电机转子表面 线速度越来越高的情况下逐渐变得不再合适。以转子直径为φ12〇_，转速为20000r pm的高 速永磁磁悬浮电机为例，可以计算出其表面线速度达到125.6m/s、表面向心加速度26292G。 在相对速度超过l〇〇m/ S、离心加速度超过两万倍重力的情况下，液体与转子表面的接触时 间可以忽略不计，转子表面不可能保持湿润。由此可以知道转子的热量大部分是通过与蒸 汽的对流换热和热辐射传递出去的，只有少部分是通过表面液体的蒸发带走的。
[0005] 工程中一般认为换热器表面向水蒸气的换热系数只有30~300W/m2K，而水膜在换 热器表面沸腾的换热系数>3000W/m 2K，两者相差超过一个数量级。因此转子表面蒸发冷却 的方法对于转速越来越高的现代高速电机已经越来越不够用了，必须寻找更好的冷却方 法。与此同时，由于转子表面蒸发方式中冷却液会从转子表面飞溅出去，电机内部的所有零 件都被冷却液和蒸汽浸润，所以电机内零件的绝缘、抗化学腐蚀、抗溶蚀要求都非常高，机 壳也必须做到密闭。但是上例中的高速电机轴封处线速度也接近l〇〇m/ S，很难保证密封的 可靠性。
[0006] 因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。 【实用新型内容】：
[0007] 本实用新型是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种电机转子的蒸发冷 却结构。
[0008] 本实用新型所采用的技术方案有:一种电机转子的蒸发冷却结构，包括机壳、转子 和定子，所述定子设于机壳的内腔中，转子转动设于定子内，且转子的上下两端分别伸于机 壳外，还包括冷凝器、冷却液箱、栗、换热器、限流器、喷管、蒸汽收集器、冷却水套和连接管， 所述转子的轴心方向上设有通孔，喷管套设于通孔顶端，且喷管通过连接管与限流器相连， 蒸汽收集器套设于转子的底端外壁上，且蒸汽收集器通过连接管与冷凝器相连，冷凝器通 过连接管与冷却液箱相连，冷却液箱和限流器分别通过连接管与换热器相连，所述冷却水 套设置在机壳侧壁上，且冷却水套的进液口通过栗与冷却液箱相连，出液口通过连接管与 限流器相连。
[0009] 进一步地，所述机壳的侧壁上设有用于安装冷却水套的冷却槽。
[0010] 进一步地，所述冷却槽呈环形或螺旋形或蛇形。
[0011] 本实用新型具有如下有益效果：
[0012] 1)本实用新型在转子上设有通孔，冷却液在该通孔内的表面线速度低，能够在孔 壁上形成优秀的沸腾换热条件，大大提高冷却效果，且表面线速度低，容易实现密封；
[0013] 2)本实用新型中定子用液冷方式时，电机其他零件可以不用接触冷却液，进而降 低电机绝缘和抗腐蚀等级。
【附图说明】：
[0014] 图1为本实用新型结构图。
[0015] 其中：
[0016] 1-机壳;2-转子;3-定子;4-冷凝器;5-冷却液箱;6-栗;7-换热器;8-限流器;9-喷 管；1 〇-蒸汽收集器;11 -冷却水套;21 -通孔。
【具体实施方式】：
[0017] 下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0018] 请参照图1所示，本实用新型电机转子的蒸发冷却结构，包括机壳1、转子2、定子3、 冷凝器4、冷却液箱5、栗6、换热器7、限流器8、喷管9、蒸汽收集器10、冷却水套11和连接管， 其中定子3设于机壳1的内腔中，转子2转动设置在定子3内，且转子2的上下两端分别伸于机 壳1外，在转子2的轴心方向上通孔21，喷管9套设于该通孔21的顶端，且喷管9通过连接管与 限流器8相连。蒸汽收集器10套设于转子2的底端外壁上，且蒸汽收集器10通过连接管与冷 凝器4相连，冷凝器4通过连接管与冷却液箱5相连。冷却液箱5和限流器8分别通过连接管与 换热器7相连。冷却水套11设置在机壳1的侧壁上，且冷却水套11的进液口通过连接管与栗6 的出液端相连，栗6的进液端通过连接管与冷却液箱5相连，冷却水套11的出液口通过连接 管与限流器8相连。
[0019] 本实用新型为增加冷却水套11对机壳1的冷却效果，在机壳1的侧壁上设有用于安 装冷却水套11的冷却槽。该冷却槽可呈环形或螺旋形或蛇形。
[0020] 以【背景技术】中的转子直径为φ? 20mm，转速为20000rpm的高速永磁磁悬浮电机为 例，将冷却液注入转子2的通孔21(孔径Φ 30)内，孔壁的线速度为31.4m/s、离心加速度为 6573G。由于相对速度较低，冷却液与通孔21的孔壁摩擦发热也较低；同时冷却液在六千多 倍重力的离心加速度作用下会在孔壁上形成薄而均匀的液膜，蒸汽自动向通孔的中心汇集 并由底端排出，从而形成优秀的管壁表面沸腾换热条件。由于沸腾换热的效率比气体表面 换热尚10多倍，所以虽然内置式蒸发冷却的换热面积只有表面蒸发换热的1/4，实际换热量 却可以高3~5倍。同时由于转子2的通孔壁的线速度只有表面的1/4、周长也只有1/4,所以 更容易实现良好的密封，只要使用常规的接触密封就能够保证密封效果了。
[0021] 定子3的冷却是通过机壳1上的冷却水套11实现液冷的。由于冷却液体和蒸汽都被 封闭在转子2的通孔21内部，所以电机中的其他零件不会接触到冷却液，绝缘和抗腐蚀等级 也可以相应地降低。
[0022] 除了上述液冷结构外，定子的冷却也可以继续使用与转子表面蒸发结构相同的蒸 发冷却方式。此时电机内零件依然需要较高的绝缘和抗腐蚀等级，但定子冷却效果比液冷 好。高速电机在使用转子内置蒸发冷却结构时，冷却系统的外部结构与表面蒸发方式相同。 此时需要注意的是，向转子内部注入的冷却液体不能过多，以防完全充满转子内孔而破坏 表面沸腾换热条件，因此需要增加限流器来调节冷却液的流量。
[0023] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为 本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种电机转子的蒸发冷却结构，包括机壳（1)、转子(2)和定子(3)，所述定子(3)设于 机壳（1)的内腔中，转子(2)转动设于定子(3)内，且转子(2)的上下两端分别伸于机壳（1) 外，其特征在于:还包括冷凝器(4)、冷却液箱(5)、栗(6)、换热器(7)、限流器(8)、喷管(9)、 蒸汽收集器（10)、冷却水套（11)和连接管，所述转子(2)的轴心方向上设有通孔(21)，喷管 (9)套设于通孔(21)顶端，且喷管(9)通过连接管与限流器(8)相连，蒸汽收集器(10)套设于 转子(2)的底端外壁上，且蒸汽收集器（10)通过连接管与冷凝器(4)相连，冷凝器(4)通过连 接管与冷却液箱(5)相连，冷却液箱(5)和限流器(8)分别通过连接管与换热器(7)相连，所 述冷却水套（11)设置在机壳（1)侧壁上，且冷却水套（11)的进液口通过栗(6)与冷却液箱 (5)相连，出液口通过连接管与限流器(8)相连。2. 如权利要求1所述的电机转子的蒸发冷却结构，其特征在于:所述机壳（1)的侧壁上 设有用于安装冷却水套(11)的冷却槽。3. 如权利要求2所述的电机转子的蒸发冷却结构，其特征在于:所述冷却槽呈环形或螺 旋形或蛇形。
【专利摘要】本实用新型公开一种电机转子的蒸发冷却结构，包括机壳、转子和定子，定子设于机壳的内腔中，转子转动设于定子内，且转子的上下两端分别伸于机壳外，其还包括冷凝器、冷却液箱、泵、换热器、限流器、喷管、蒸汽收集器、冷却水套和连接管，转子的轴心方向上设有通孔，喷管套设于通孔顶端，且喷管通过连接管与限流器相连，蒸汽收集器套设于转子的底端外壁上，且蒸汽收集器通过连接管与冷凝器相连，冷凝器通过连接管与冷却液箱相连，冷却液箱和限流器分别通过连接管与换热器相连，冷却水套设置在机壳侧壁上，且冷却水套的进液口通过泵与冷却液箱相连，出液口通过连接管与限流器相连。
【IPC分类】H02K1/32, H02K9/20
【公开号】CN205195458
【申请号】CN201521019557
【发明人】胡思宁, 李健, 吴立华, 董继勇
【申请人】南京磁谷科技有限公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月9日