一种高速电机的自冷却结构的制作方法

1.本实用新型涉及电机技术领域，特别是高速电机的冷却技术方面。


背景技术：

2.随着磁悬浮轴承技术的不断发展，其配套的高速、超高速电机的技术逐渐成熟，在鼓风机、空压机、冷媒压缩机领域开始成功应用，转速越来越高，从几千到几万，甚至十几至二十万转。
3.随着转速的不断提高，电机转子和定子的各种损耗会进一步增加，各种损耗均会转化为热能的形式散发出来，由于转子与定子的空间有限，过多的热能散发会造成温度的不断升高，需要将这些热量尽快散发出去，降低电机转子和定子的温度，保障电机长期安全稳定运行。
4.申请号为201920331601.9的实用新型专利所涉及的一种具有冷却系统的电机，冷却风由多个定子径向孔进入，流经三个通道——定子冷却槽、定子转子间隙、转子轴中心轴向孔，由轴端径向排出。冷却风的动力来自于转子轴上分别设置的压缩叶轮、外通风叶轮、内通风叶轮和径向叶轮的同步旋转，虽然可同时实现定子内外侧、转子内外侧的冷却，但其转子轴基本空心化，强度受到很大影响，很难实现在几万转的高速，甚至十多万转的超高转速下，空心轴的稳定旋转。而且众多的叶轮与转子同步高速旋转，会增加电机的电能消耗，降低电机整机效率。
5.另如申请号为202010755542.5的发明专利涉及的一种贯流空气冷却的转子以及高速电机，冷却风由电机端部进入，流经空气滤网、转子轴中心轴向孔、转子轴径向孔、定子转子间隙，由定子径向孔排出。冷却风的动力来自于转子轴端压气涡轮的同步旋转，虽然也实现了转子中心、转子外侧和定子内侧的通风冷却，同样的转子轴基本空心化，很难实现在几万转的高速，甚至十多万转的超高转速下的稳定性。压气涡轮的同步旋转，也增加了电机电能消耗，降低电机整机效率。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本实用新型提供了一种高速电机的自冷却结构，通过转子高速旋转产生的离心力所形成的气压差，实现转子和定子及其绕组的自通风冷却，没有叶轮或压气涡轮，不增加过多的能耗。
7.本实用新型所述高速电机由转子、定子、定子绕组、端盖、空气过滤器及其他配套零部件组成。
8.为了实现电机自冷却，本实用新型所述转子的轴端中心设置有轴向进风孔，并在其末端连通有沿径向多个均匀分布的离心风孔，机壳径向有多个均匀分布的出风孔，端盖上设置有多个进风孔，并在其外侧设置有空气过滤器。
附图说明
9.下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：
10.附图1为本实用新型所述电机的局部剖面图，图中各序号为：1
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转子，11
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离心风孔，12
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轴向进风孔，2
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定子，21
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定子绕组，22
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通风孔，3
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机壳，31
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出风管，4
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散热片，5
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端盖，51
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进风孔，6
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空气过滤器，图中用箭头表明了冷却通风的流向，用字符表示不同的气压区域：高压区h1、次高压区h2、负压区l1、低压区l2、大气压区d、定子转子间隙t。
11.附图2为附图1的a
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a位置剖面图，图中各序号为：1
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转子，11
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离心风孔，12
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轴向进风孔，2
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定子，22
‑
通风孔，3
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机壳，4
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散热片，31
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出风管。
12.附图3为一优化实施例，增加导风管、引风管和引风扇后的局部剖面图，图中各序号为：4
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散热片，7
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导风管，8
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引风管，9
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引风扇。
13.附图4为附图3的b
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b位置剖面图，图中各序号为：7
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导风管，8
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引风管，9
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引风扇。
14.附图5为离心孔内空气离心力计算说明图，图中o为轴心线，d为离心孔径，r1为离心孔起始半径，r2为离心孔结束半径，df为单位孔长度dx的体积空气在离心半径x时受到的离心力。
具体实施方式
15.结合以上附图，本实用新型所述高速电机的自冷却方法具体实施说明如下：
16.在高速电机的转子1的非轴伸端中间，设置一轴向进风孔12，轴向进风孔12的截面积满足通风冷却的需要，孔的深度到达定子绕组的非轴伸侧，在孔末端沿径向设置多个均匀分布的离心风孔11，并与轴向进风孔12连通，所有离心风孔11总截面积不小于轴向进风孔12截面积。
17.在定子2沿轴向设置有多个通风孔22，位于定子绕组21外侧，并与相邻绕组的间隙一一对应。
18.在机壳3的定子绕组21轴伸侧对应位置，沿径向设置沿圆周均匀分布的多个出风管31，其总截面积不小于通风孔22总截面积。
19.在机壳3非轴伸端的端盖5上设置有进风孔51，其总截面积约为轴向进风孔12截面积的3倍，以降低进风阻力。端盖5外侧设置有空气过滤器6，空气过滤器6覆盖所有进风孔51，以避免粉尘杂质进入电机，影响电机正常运行。
20.当电机正常运行时，转子1高速旋转产生的离心力，将离心风孔11内的空气甩出，形成高压区h1，同时在轴向进风孔12内产生负压区l1，低于电机外大气压区d，促使空气经过空气过滤器6，通过进风孔51进入低压区l2，再进入轴向进风孔12内。同理，高压区h1与电机外大气压区d形成压差，促使空气一路经过定子转子的间隙t和定子绕组21周围缝隙及定子的通风孔22，到达次高压区h2，经出风管31排出至大气压区d，整个流程实现对转子、定子及其绕组的自冷却。
21.为了进一步优化，如附图3所示，还可在散热片4外增加导风管7，一端连接引风管8和引风扇9，在引风扇9的作用下，进一步加强散热，降低电机内部温度。
22.结合附图5，以一个实例计算离心孔内空气离心力：
23.设d=0.005m，r1=0.007m，r2=0.0275m，转速为60000r/min，空气密度ρ取值1.293kg/m3，
24.计算离心孔末端产生压强p=18kpa。
25.即图1中h1区域相对大气压d区域可产生18kpa的压差，此压差可促使冷却空气完成从区域d
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l2
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l1
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h1
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h2
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d的流程循环。


技术特征：
1.一种高速电机的自冷却结构，包括转子（1）、定子（2）、机壳（3）、散热片（4）、端盖（5）及空气过滤器（6），其特征是：转子（1）设置有轴向进风孔（12）和多个离心风孔（11），定子（2）设置有多个通风孔（22），机壳（3）设置有多个出风管（31），机壳（3）外侧贴有散热片（4），端盖（5）上设置有多个进风孔（51），并在其外侧设置有空气过滤器（6）。2.根据权利要求1所述的一种高速电机的自冷却结构，其特征是：所述转子（1）的轴端中心设置有轴向进风孔（12），并在其末端连通有沿径向均匀分布的多个离心风孔（11）。3.根据权利要求1所述的一种高速电机的自冷却结构，其特征是：所述定子（2）设置有多个通风孔（22），位于定子绕组（21）外侧，并与相邻绕组的间隙一一对应。4.根据权利要求1所述的一种高速电机的自冷却结构，其特征是：所述机壳（3）位于定子绕组（21）轴伸侧对应位置沿径向设置有沿圆周均匀分布的多个出风管（31）。5.根据权利要求1所述的一种高速电机的自冷却结构，其特征是：所述散热片（4）外还可设置有导风管（7）、引风管（8）和引风扇（9）。

技术总结
本实用新型提供了一种高速电机的自冷却结构，通过转子高速旋转产生的离心力所形成的气压差，实现转子和定子及其绕组的自通风冷却，没有叶轮或压气涡轮，不增加过多的能耗。本实用新型所述高速电机由转子、定子、定子绕组、端盖、空气过滤器及其他配套零部件组成。空气过滤器及其他配套零部件组成。空气过滤器及其他配套零部件组成。


技术研发人员：刘永言 邱明志 张倩 王勇
受保护的技术使用者：成都深蓝高新技术发展有限公司
技术研发日：2021.06.19
技术公布日：2021/12/7