CN104009587A - 磁悬浮高能密度电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮高能密度电机，该电机包括：设在定子组件内的转子组件，以及与定子组件连通的液体冷却装置；定子组件外壳内设两条冷却液通道，每条冷却液通道的入口和出口分设在定子组件外壳两端，两条冷却液通道的入口和出口设置方向相反；液体冷却装置设有冷却液箱和与冷却液箱内连通的两条冷却液驱动循环通路，其中，冷却液驱动循环通路一的出口与两条冷却液通道中的冷却液通道一的入口密封连接，冷却液驱动循环通路一入口与冷却液通道一出口密封连接；冷却液驱动循环通路二出口与两条冷却液通道中的冷却液通道二入口密封连接，冷却液驱动循环通路一出口与冷却液通道二入口密封连接。通过双向冷却，有效解决了电机温度梯度大的问题。

Description

磁悬浮高能密度电机

技术领域

本发明涉及高能密度电机领域，特别是涉及一种磁悬浮高能密度电机。

背景技术

高能密度电机的转速是普通电机的数倍或数十倍，普通机械轴承支承的高能密度电机高速旋转时，因机械轴承的摩擦磨损产生较大的热量，导致机械轴承及其润滑油温升较快，温度偏高，致使润滑油消耗较快，进一步加速了机械轴承的磨损，导致轴承摩擦力的增加，降低了电机的工作效率。磁悬浮高能密度电机采用磁悬浮轴承支承，避免了电机定子与转子的直接接触，无需润滑，提高了电机工作转速。电机转速越高，电机电流越大，从而导致电机发热量越大，电机温度越高。电机温度过高，可能导致电机绕组绝缘漆的熔化，使电机绕组短路，从而烧坏电机使其失效。因此，磁悬浮高能密度电机要采用液体冷却装置进行冷却。

目前高能密度电机常用的液体冷却装置有风冷式和水冷式两种。风冷式在电机内部安装风扇，电机高速转动时，利用电机转子带动风扇转动，使空气高速穿过电机内部，将热量带走散发。水冷式利用冷却液流过电机表面带走电机产生的热能，达到冷却电机的目的。

专利申请号200620026531.9公开的电机风冷装置，利用冷却电机带动风叶转动，通过风叶罩将空气吹入电机内部将工作电机内部热量带走，达到冷却目的。但当工作电机能量密度较高发热量较大时，流动空气带走的热量有限，致使工作电机温度较高，不能很好地对工作电机进行冷却。专利申请号201110284797.9公开的电机水液体冷却装置，领用冷却水从进水口流入电机壳体的冷却水道，再从出水口流出，利用冷却水带走电机壳体表面的热量达到冷却电机的目的。由于冷却液在水道内流动时，靠近进水口的冷却水与电机壳体热传导时间短，冷却水温度相对较低，靠近出水口的冷却水与电机壳体热传导时间长，冷却水温度相对较高，从而导致电机壳体的进水口位置的温度较低，出水口位置的温度较高，使得电机存在较大的温度梯度，会降低电机的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁悬浮高能密度电机，能克服现有技术的不足，其散热速度快、电机整体温度梯度低、结构简单、可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种磁悬浮高能密度电机，包括：转子组件、定子组件和液体冷却装置，所述转子组件设置在所述定子组件内；所述定子组件外壳内设有两条冷却液通道，每条冷却液通道的入口和出口分设在所述定子组件外壳的两端，所述两条冷却液通道的入口和出口设置方向相反；

所述液体冷却装置设有冷却液箱和与所述冷却液箱内连通的两条冷却液驱动循环通路，其中，冷却液驱动循环通路一的出口与所述两条冷却液通道中的冷却液通道一的入口密封连接，所述冷却液驱动循环通路一的入口与所述冷却液通道一的出口密封连接；冷却液驱动循环通路二的出口与所述两条冷却液通道中的冷却液通道二的入口密封连接，所述冷却液驱动循环通路一的出口与所述冷却液通道二的入口密封连接。

本发明的有益效果为：通过设置具有两条冷却液驱动循环通路的液体冷却装置与两条冷却液通道配合，在电机外壳形成冷却液双向循环冷却，与单向冷却方式相比，大大降低了高能密度电机自身温度梯度，使电机内部温度分布更加均匀，从而提高了高能密度电机的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的磁悬浮高能密度电机的三维结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电机的电机套主视图；

图3为本发明实施例提供的电机的电机座三维结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电机的液体冷却装置三维结构示意图；

图5a为本发明实施例提供的电机的转子组件截面示意图；

图5b为本发明实施例提供的电机的转子组件三维结构示意图；

图6a为本发明实施例提供的电机的定子组件截面示意图；

图6b为本发明实施例提供的电机的定子组件三维结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1所示为本发明实施例提供的一种磁悬浮高能密度电机，包括：转子组件、定子组件和液体冷却装置，转子组件设置在定子组件内；定子组件外壳内设有两条冷却液通道，每条冷却液通道的入口和出口分设在定子组件外壳的两端，两条冷却液通道的入口和出口设置方向相反；

液体冷却装置设有冷却液箱和与冷却液箱内连通的两条冷却液驱动循环通路，其中，冷却液驱动循环通路一的出口与两条冷却液通道中的冷却液通道一的入口密封连接，冷却液驱动循环通路一的入口与冷却液通道一的出口密封连接；冷却液驱动循环通路二的出口与两条冷却液通道中的冷却液通道二的入口密封连接，冷却液驱动循环通路一的出口与冷却液通道二的入口密封连接。

如图2、3所示，上述磁悬浮高能密度电机中，定子组件外壳内设有两条冷却液通道为：

外壳由设置在定子组件外面的电机套和密封包覆在电机套外面的电机座组成；优选的，电机套7和电机座8两端通过高温焊接固定连接；

两条冷却液通道并列环绕设置在电机套外表面，两条冷却液通道的入口和出口设置在电机座上并穿过电机座与外部连通。优选的，两条冷却液通道为双螺纹结构导流槽，这样更便于冷却液沿电机套表面流动，实现更好冷却降温。

上述磁悬浮高能密度电机中，两条冷却液通道的入口和出口设置方向相反为：两条冷却液通道中的冷却液通道一的入口与冷却液通道二的出口设置在定子组件外壳的一端，两条冷却液通道中的冷却液通道一的出口与冷却液通道二的入口设置在定子组件外壳的另一端。这样设置使两条冷却液通道形成双向流动的冷却通道，确保从双向对电机体进行冷却。

如图4所示，上述磁悬浮高能密度电机中，液体冷却装置设有的两条冷却液驱动循环通路为：

两条冷却液驱动循环通路中的冷却液驱动循环通路一包括：第一抽水泵15A、第一冷却管14A和第二冷却管14B；其中，第一抽水泵15A和第一冷却管14A的出口均设置在冷却液箱内，第一冷却管14A的入口设置在冷却液箱外作为冷却液驱动循环通路一的入口，第二冷却管14B的入口与第一抽水泵15A的出口连接，第一冷却管14B的出口设置在冷却液箱外作为冷却液驱动循环通路一的出口；

两条冷却液驱动循环通路中的冷却液驱动循环通路二包括：第二抽水泵15B、第三冷却管14C和第四冷却管14D；其中，第二抽水泵15A和第三冷却管14C的出口均设置在冷却液箱内，第三冷却管14C的入口设置在冷却液箱外作为冷却液驱动循环通路二的入口，第四冷却管14D的入口与第二抽水泵15B的出口连接，第四冷却管14D的出口设置在冷却液箱外作为冷却液驱动循环通路二的出口。

上述冷却液驱动循环通路一还包括：经第一冷却管密封环12A连接在第一冷却管14A入口上的第一冷却管接头11A，以及经第二冷却管密封环12B连接在第二冷却管14B出口上的第二冷却管接头11B；

上述冷却液驱动循环通路二还包括：经第三冷却管密封环12C连接在第三冷却管14C入口上的第三冷却管接头11C，以及经第四冷却管密封环12D连接在第四冷却管14D出口上的第四冷却管接头11D。

上述磁悬浮高能密度电机中，转子组件的结构参见图5a、5b，定子组件的结构参见图6a、6b，在下面实施例中进行具体说明。

下面结合具体实施例对本发明的磁悬浮高能密度电机作进一步说明。

如图1所示，本发明实施例的磁悬浮高能密度电机，主要由转子组件、定子组件和液体冷却装置组成，其中，转子组件结构如图5a、5b所示，主要包括：涡轮叶片1、电机轴2、左径向磁轴承3A转子、右径向磁轴承3B转子、左压环4A、右压环4B、电机5转子和轴向磁轴承6转子；

转子组件中，涡轮叶片1通过螺纹安装在电机轴2上，左径向磁轴承3A转子和右径向磁轴承3B转子位于电机轴2径向外侧，并通过过盈配合安装在电机轴2左端和右端；

左压环4A、右压环4B、电机5转子位于电机轴2中部径向外侧；

电机5转子位于左压环4A和右压环4B之间，并通过左压环4A、右压环4B固定在电机轴2上；

轴向磁轴承6转子位于电机轴2右端径向外侧，并通过过盈配合安装在电机轴2上；

左径向磁轴承3A定子位于左径向磁轴承3A转子径向外侧，并通过过盈配合安装在电机套7径向内侧；

右径向磁轴承3B定子位于右径向磁轴承3B转子径向外侧，并通过过盈配合安装在电机套7径向内侧。

具体的，图5a为本发明电机的转子组件截面示意图，图5b为本发明电机的转子组件三维结构示意图，转子组件主要包括涡轮叶片1、电机轴2、左径向磁轴承3A转子、右径向磁轴承3B转子、左压环4A、右压环4B、电机5转子和轴向磁轴承6转子，涡轮叶片1通过螺纹安装在电机轴2上，左径向磁轴承3A转子和右径向磁轴承3B转子位于电机轴2径向外侧，并通过过盈配合安装在电机轴2左端和右端，左压环4A、右压环4B和电机5转子位于电机轴2中部径向外侧，电机5转子位于左压环4A和右压环4B之间，并通过左压环4A和右压环4B固定在电机轴2上，轴向磁轴承6转子位于电机轴2右端径向外侧，并通过过盈配合安装在电机轴2上。

定子组件结构如图6a、6b所示，主要包括：左径向磁轴承3A定子、右径向磁轴承3B定子、电机5定子、轴向磁轴承6定子、电机套7、电机座8、左端盖9和右端盖10；

定子组件中，电机5定子位于电机5转子径向外侧，并通过过盈配合安装在电机套7径向内侧；

轴向磁轴承6定子位于轴向磁轴承6转子左侧和右侧，并通过过盈配合安装在电机套7径向内侧；

电机座8位于电机套7径向外侧，电机座8与电机套7过渡配合，并通过两端的焊锡密封焊接安装在电机套7上；

左端盖9位于电机套7和电机座8左端，并通过紧固螺钉安装在电机座8上，右端盖10位于电机套7和电机座8右端，并通过紧固螺钉安装在电机座8上。

具体的，图6a为本发明电机的定子组件截面示意图，图6b为本发明电机的定子组件三维结构示意图，定子组件主要包括左径向磁轴承3A定子、右径向磁轴承3B定子、电机5定子、轴向磁轴承6定子、电机套7、电机座8、左端盖9和右端盖10，左径向磁轴承3A定子位于左径向磁轴承3A转子径向外侧，并通过过盈配合安装在电机套7径向内侧，右径向磁轴承3B定子位于右径向磁轴承3B转子径向外侧，并通过过盈配合安装在电机套7径向内侧，电机5定子位于电机5转子径向外侧，并通过过盈配合安装在电机套7径向内侧，轴向磁轴承6定子位于轴向磁轴承6转子左侧和右侧，并通过过盈配合安装在电机套7径向内侧，电机座8位于电机套7径向外侧，电机座8与电机套7过渡配合，并通过两端的焊锡密封焊接安装在电机套7上，左端盖9位于电机套7和电机座8左端，并通过紧固螺钉安装在电机座8上，右端盖10位于电机套7和电机座8右端，并通过紧固螺钉安装在电机座8上。

图2为本发明电机的电机套7主视图，其材料为低导磁不锈钢1Cr18Ni9Ti材料，左焊接圆柱面71和右焊接面78用于与电机座8密封焊接安装，防止冷却液从电机套7与电机座8缝隙间溢出，左导水槽72和右导水槽73组成双螺旋导水槽，并环绕于电机套7的外圆柱面上，左循环冷却液从左循环入口75流入左导水槽73，再从左循环出口77流出，右循环冷却液从右循环入口76流出右导水槽72，再从右循环出口74流出。

图3为本发明电机的电机座8三维结构示意图，其材料为低导磁不锈钢1Cr18Ni9Ti材料，第一冷却管接头安装槽81用于第一冷却管接头11A定位安装，第二冷却管接头安装槽82用于第二冷却管接头11B定位安装，第三冷却管接头安装槽83用于第三冷却管接头11C定位安装，第四冷却管接头安装槽84用于第四冷却管接头11D定位安装，基座安装过孔85用于磁悬浮高能密度电机与基座安装。

液体冷却装置结构如图4所示，主要包括：第一冷却管接头11A、第二冷却管接头11B、第三冷却管接头11C、第四冷却管接头11D、第一冷却管密封环12A、第二冷却管密封环12B、第三冷却管密封环12C、第四冷却管密封环12D、冷却液箱13、第一冷却管14A、第二冷却管14B、第三冷却管14C、第四冷却管14D、第一抽水泵15A和第二抽水泵15B；

液体冷却装置中，冷却液箱13位于电机座8后侧；第一抽水泵15A与第四冷却管14D连接，并浸没于冷却液箱13内，第二抽水泵15B与第二冷却管14B连接，并浸没于冷却液箱13内；第一冷却管14A位于第一冷却管接头11A上端，其一端通过第一冷却管密封环12A与第一冷却管接头11A连接，另一端插入冷却液箱13内；第三冷却管14C位于第三冷却管接头11C上端，其一端通过第三冷却管密封环12C与第三冷却管接头11C连接，另一端插入冷却液箱13内；第二冷却管14B位于第二冷却管接头11B上端，其一端通过第二冷却管密封环12B与第二冷却管接头11B连接，另一端与第二抽水泵15B连接；第四冷却管14D位于第四冷却管接头11D上端，其一端通过第四冷却管密封环12D与第四冷却管接头11D连接，另一端与第一抽水泵15A连接；

第一冷却管接头11A、第二冷却管接头11B、第三冷却管接头11C、第四冷却管接头11D位于电机座8顶端，并通过紧固螺钉安装在电机座8上；第一冷却管接头11A和第四冷却管接头11D位于电机座8右端；第二冷却管接头11B和第三冷却管接头11C位于电机座8左端；

第一冷却管密封环12A通过螺纹连接安装在第一冷却管接头11A上；第二冷却管密封环12B通过螺纹连接安装在第二冷却管接头11B上；第三冷却管密封环12C通过螺纹连接安装在第三冷却管接头11C上；第四冷却管密封环12D通过螺纹连接安装在第四冷却管接头11D上；

具体的，图4为本发明电机的液体冷却装置三维结构示意图，液体冷却装置主要包括第一冷却管接头11A、第二冷却管接头11B、第三冷却管接头11C、第四冷却管接头11D、第一冷却管密封环12A、第二冷却管密封环12B、第三冷却管密封环12C、第四冷却管密封环12D、冷却液箱13、第一冷却管14A、第二冷却管14B、第三冷却管14C、第四冷却管14D、第一抽水泵15A和第二抽水泵15B。液体冷却装置工作过程中，第二抽水泵15B将冷却液从冷却液箱13中送入第二冷却管14B，经过第二冷却管密封环12B和第二冷却管接头11B，进入电机套7左导水槽，再由第一冷却管接头11A流出，经过第一冷却管密封环12A和第一冷却管14A流入冷却液箱13中，第一抽水泵15A将冷却液从冷却液箱13中送入第四冷却管14D，经过第四冷却管密封环12D和第四冷却管接头11D，进入电机套7右导水槽，再由第三冷却管接头11C流出，经过第三冷却管密封环12C和第三冷却管14C流入冷却液箱13中。

如图1所示磁悬浮高能密度电机工作过程为，在调整好磁轴承磁间隙和电机气隙后，将径向磁轴承、电机和轴向磁轴承三者的定子热过盈安装在电机套内，随后将电机座套在电机套外圆柱面上，再通过高温焊接将电机套和电机座两端密封焊接，防止冷却液从两者的缝隙间流出。电机悬浮工作过程中，利用双向水冷系统对磁悬浮高能密度电机进行冷却。第二抽水泵将冷却液从冷却液箱中送入第二冷却管，经过第二冷却管密封环和第二冷却管接头，进入电机套左导水槽，再由第一冷却管接头流出，经过第一冷却管密封环和第一冷却管流入冷却液箱中。第一抽水泵将冷却液从冷却液箱中送入第四冷却管，经过第四冷却管密封环和第四冷却管接头，进入电机套右导水槽，再由第三冷却管接头流出，经过第三冷却管密封环和第三冷却管流入冷却液箱中。由于冷却液从电机套的左右两个方向流入流出，大大降低了电机套表面的温度梯度，使电机内部的温度分布更加均匀，提高了电机工作性能和可靠性。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种磁悬浮高能密度电机，包括：转子组件、定子组件和液体冷却装置，所述转子组件设置在所述定子组件内；其特征在于，所述定子组件外壳内设有两条冷却液通道，每条冷却液通道的入口和出口分设在所述定子组件外壳的两端，所述两条冷却液通道的入口和出口设置方向相反；

所述液体冷却装置设有冷却液箱和与所述冷却液箱内连通的两条冷却液驱动循环通路，其中，冷却液驱动循环通路一的出口与所述两条冷却液通道中的冷却液通道一的入口密封连接，所述冷却液驱动循环通路一的入口与所述冷却液通道一的出口密封连接；冷却液驱动循环通路二的出口与所述两条冷却液通道中的冷却液通道二的入口密封连接，所述冷却液驱动循环通路一的出口与所述冷却液通道二的入口密封连接。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮高能密度电机，其特征在于，所述定子组件外壳内设有两条冷却液通道为：

外壳由设置在定子组件外面的电机套和密封包覆在所述电机套外面的电机座组成；

所述两条冷却液通道并列环绕设置在所述电机套外表面，所述两条冷却液通道的入口和出口设置在所述电机座上并穿过所述电机座与外部连通。

3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮高能密度电机，其特征在于，所述两条冷却液通道为双螺纹结构导流槽。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮高能密度电机，其特征在于，所述电机套(7)和电机座(8)两端通过高温焊接固定连接。

5.根据权利要求1或2所述的磁悬浮高能密度电机，其特征在于，所述两条冷却液通道的入口和出口设置方向相反为：

所述两条冷却液通道中的冷却液通道一的入口与冷却液通道二的出口设置在所述定子组件外壳的一端，所述两条冷却液通道中的冷却液通道一的出口与冷却液通道二的入口设置在所述定子组件外壳的另一端。

6.根据权利要求1或2所述的磁悬浮高能密度电机，其特征在于，所述液体冷却装置设有的两条冷却液驱动循环通路为：

两条冷却液驱动循环通路中的冷却液驱动循环通路一包括：第一抽水泵(15A)、第一冷却管(14A)和第二冷却管(14B)；其中，所述第一抽水泵(15A)和所述第一冷却管(14A)的出口均设置在所述冷却液箱内，所述第一冷却管(14A)的入口设置在所述冷却液箱外作为所述冷却液驱动循环通路一的入口，所述第二冷却管(14B)的入口与所述第一抽水泵(15A)的出口连接，所述第一冷却管(14B)的出口设置在所述冷却液箱外作为所述冷却液驱动循环通路一的出口；

两条冷却液驱动循环通路中的冷却液驱动循环通路二包括：第二抽水泵(15B)、第三冷却管(14C)和第四冷却管(14D)；其中，所述第二抽水泵(15A)和所述第三冷却管(14C)的出口均设置在所述冷却液箱内，所述第三冷却管(14C)的入口设置在所述冷却液箱外作为所述冷却液驱动循环通路二的入口，所述第四冷却管(14D)的入口与所述第二抽水泵(15B)的出口连接，所述第四冷却管(14D)的出口设置在所述冷却液箱外作为所述冷却液驱动循环通路二的出口。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮高能密度电机，其特征在于，所述冷却液驱动循环通路一还包括：经第一冷却管密封环(12A)连接在所述第一冷却管(14A)入口上的第一冷却管接头(11A)，以及经第二冷却管密封环(12B)连接在所述第二冷却管(14B)出口上的第二冷却管接头(11B)；

所述冷却液驱动循环通路二还包括：经第三冷却管密封环(12C)连接在所述第三冷却管(14C)入口上的第三冷却管接头(11C)，以及经第四冷却管密封环(12D)连接在所述第四冷却管(14D)出口上的第四冷却管接头(11D)。