用于电机冷却的满液式蒸发冷却系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于电机冷却的蒸发冷却系统，尤其是适用于大功率电机的紧凑高效冷却散热系统，更具体地，涉及一种用于电机定转子冷却的满液式蒸发冷却系统。

背景技术：

高速电机具有功率密度大的巨大优势，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，如果把高速电机与负载直接相连，可省去传统的机械变速装置，从而提高传动系统效率，因此高速电机的研究与应用符合节能减排的经济发展需要，在高速磨床、飞轮储能、航空航天等领域应用前景广阔。

随着电机容量和功率密度的不断增加，其发热量也迅速增加。为了确保电机散热良好快速、让转子和定子保持在合适的温度水平下长期工作，对电机冷却系统提出了更加严苛的要求。蒸发冷却技术利用蒸发冷却介质汽化吸热的原理来冷却电机。与传统的冷却方式相比，蒸发冷却技术利用了液态工质相变时的低温差、吸热量巨大的特性，冷却效率高且温度均匀性好。可以采用高绝缘、沸点合适、不燃不爆、安全、稳定、无毒环保的有机工质，有效保证电机的安全稳定运行。

中国专利CN201110385743.1提出了一种定子蒸发冷却装置，提出在定子铁心内部布置空心管道，空心管道与定子两侧安装的集液环和集汽环相连接，冷却介质在封闭管路内部循环。由于电机定子绕组发热量较大，因此需要在定子铁心或定子绕组内设置多根空心管道，同时封闭的内部循环要求每根空心管道都通过接头与集液管和集汽管相连，因此成整个冷却系统管路、接头众多，系统的结构复杂且施工困难，运行维护困难，整个系统的可靠性低。中国专利CN200810114870.6提出了卧式全蒸发冷却电机。中国专利CN200510086794.9提出了一种用于风力发电机定子的蒸发冷却结构，采用全浸泡式结构的定子内部密封空间充满了蒸发冷却介质，对隔离套筒的刚度和密封结构的可靠性提出了较高的要求，给电机设计增加了难度，也提高了电机的成本。

技术实现要素：

发明目的：本实用新型提供了一种用于电机冷却的满液式蒸发冷却系统，用以解决大功率高速电机由于损耗大、损耗密度大、热量难以快速有效散出、温升过高而严重影响电机可靠性和运行寿命的技术问题。

技术方案：为达到上述目的，本实用新型可采用如下技术方案：

一种用于电机冷却的满液式蒸发冷却系统，包括电机、气液分离器、压缩机、油分离器、冷凝器；电机包括转子、定子、定子机壳、位于定子及转子之间并将定子包裹住的环状隔离套筒、位于隔离套筒两端并将隔离套筒与定子机壳连接密封的密封端盖，所述定子机壳、隔离套筒、密封端盖共同将定子包裹在密闭空间内；

所述机壳下部设有与所述密闭空间连通的进液口；机壳上部设有与所述密闭空间连通的蒸汽出口；所述蒸汽出口与气液分离器连接，气液分离器连接压缩机，压缩机连接油分离器，油分离器再通过冷凝器回联接至气液分离器形成冷凝回路，所述气液分离器的底部连通所述进液口。

进一步的，所述转子内部设有蒸发冷却通道，冷却通道为嵌入转子内部的封闭金属空心管，所述转子的转轴上设有充液口和出液口，充液口和出液口均与冷却通道连通，用于向所述冷却通道充入冷却用液态有机工质。

进一步的，隔离套筒安装在定子铁心的内圆处，该隔离套筒内侧采用螺旋槽、直槽或蛇形槽道，隔离套筒内侧直接与液态有机工质接触。

进一步的，封闭金属空心管铝管或者铜管。

进一步的，电机工作时，转子和定子发热温度升高形成高温蒸发区，有机液态工质受热汽化形成湿蒸汽，沿蒸汽出口进入气液分离器；湿蒸汽经过气液分离器被吸入压缩机内压缩后，经由油分离器分离出冷冻工质后变为干蒸汽进入冷凝器，与环境介质换热，凝结后回流至流入气液分离器，液体在重力作用下流回定子密封空间下部。

进一步的，还包括膨胀阀，该膨胀阀连接在冷凝器及气液分离器之间，并对冷凝器输出的液体进行节流降压。

有益效果：总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下显著的特点。

1、与常规全密闭循环的管道内冷式蒸发冷却系统相比，所需布设的管道和接头数量少，定子内圆设置的密封隔离套筒将冷却介质密封在定子密闭空间内，因此各管路和接头的密封性能和工艺难度要求更低。

2、本实用新型所述用于电机冷却的满液式蒸发冷却系统，其使用范围不受电机工作环境温度的影响，特别地，对于电机定子外表面温度允许与环境温度接近甚至更低的场合，本实用新型具有更加明显的优势。

3、本实用新型通过定子满液式蒸发和转子轴内蒸发冷却相结合的相变冷却方案，所提供的冷却系统具有优异的大功率均温冷却特性，可以有效解决现代电机体积趋小、散热日益困难、定转子温升局部过高的问题，尤其适于有效解决永磁电机中的永磁体高温失磁问题，可以大大提高的大功率高速电机的安全运行和寿命。

附图说明

图1是用于电机冷却的满液式蒸发冷却系统结构示意图。

图2是本实用新型中电机部分的结构剖面示意图。

其中，1.电机转子，2.电机定子，3.气液分离器，4.压缩机，5.油分离器，6.冷凝器，8.膨胀阀，21.定子铁心，22.定子绕组，801和808.定子蒸汽出口，802.端部密封端盖，803.定子隔离套筒，804.充液口，805和806.定子底部的进液口，807出液口，809.定子机壳。

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本实用新型公开一种用于电机冷却的满液式蒸发冷却系统，包括电机、气液分离器3、压缩机4、油分离器5、冷凝器6、膨胀阀7。电机包括转子1、定子2、定子机壳809、位于定子及转子之间并将定子包裹住的环状隔离套筒803、位于隔离套筒两端并将隔离套筒与定子机壳连接密封的密封端盖802，所述定子机壳、隔离套筒、密封端盖共同将定子包裹在密闭空间内。

所述机壳下部设有与所述密闭空间连通的进液口805、806。机壳上部设有与所述密闭空间连通的蒸汽出口801、808；所述蒸汽出口与气液分离器3连接，气液分离器3连接压缩机4，压缩机4连接油分离器5，油分离器5再通过冷凝器6回联接至气液分离器3形成冷凝回路，所述气液分离器3的底部连通所述进液口。膨胀阀7连接在冷凝器6及气液分离器3之间，并对冷凝器6输出的液体进行节流降压。

所述转子1内部设有蒸发冷却通道，冷却通道为嵌入转子内部的封闭金属空心管，所述转子的转轴上设有充液口804和出液口807，充液口804和出液口807均与冷却通道连通，用于向所述冷却通道充入冷却用液态有机工质。封闭金属空心管优选导热性能良好的铝管或者铜管，在与转子铁心装配时采用过盈配合。充液口804和出液口807由独立的工质冷却液源供液。

电机工作时，转子1和定子2发热温度升高形成高温蒸发区，有机液态工质受热汽化形成湿蒸汽，沿蒸汽出口801进入气液分离器3；湿蒸汽经过气液分离器3被吸入压缩机4内压缩后，经由油分离器5分离出冷冻工质后变为干蒸汽进入冷凝器6，与环境介质(空气或水)换热，凝结后回流至流入气液分离器3，液体在重力作用下流回定子密封空间下部。

隔离套筒安装在定子铁心21的内圆处，该隔离套筒内侧采用螺旋槽、直槽或蛇形槽道，隔离套筒内侧直接与液态有机工质接触，以增大蒸发段换热面积。

所述蒸发冷却用液态有机工质选用满足高绝缘、沸点合适、稳定安全、无毒、环保要求的有机液体如R134a、R-113、R-114、RC-75等，也可以选用由高绝缘、导热效果好的变压器油和蒸发冷却介质混合物。

在实际应用中，如果电机定子采用了空心导线，可以在本实用新型所述的满液式蒸发冷却系统的基础上，让液态有机工质直接进入空心导线内部，进一步改善定子导体的冷却效果。在实际应用中，冷凝器也可以根据具体应用情况选择风冷式、水冷式或其他冷却形式。

本实用新型具体实现该技术方案的方法和途径很多，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，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。