CN105322717B - 离心压缩机用电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心压缩机用电机，包括：壳体、转子和定子，壳体上形成有注入口且底部形成有回流口；转子设在壳体内，转子上形成有至少一个第一冷却流道，至少一个第一冷却流道与注入口连通，且至少一个第一冷却流道的两端分别贯穿转子的轴向两端；定子设在壳体内且位于转子的外侧，定子包括定子铁芯和设在定子铁芯上的定子绕组，定子铁芯与转子之间限定出第二冷却流道，第二冷却流道与至少一个第一冷却流道连通，定子铁芯与壳体的内壁之间限定出与第二冷却流道连通的第三冷却流道。根据本发明的离心压缩机用电机，冷却介质可由内至外地对转子和定子进行冷却，且耐热耐温能力较薄弱的部位可以优先冷却，提高了离心压缩机用电机的可靠性。

Description

离心压缩机用电机

技术领域

本发明涉及压缩机设备技术领域，尤其是涉及一种离心压缩机用电机。

背景技术

相关技术中指出，在定子铁芯外圆设置螺旋环绕型或全包覆式冷却通道的电机，其转子电气损耗产生的热量需先经过辐射、对流的方式传递到电机定子铁芯内圆周，而后再与电机定子铁芯内圆周的杂散损耗、定子电气损耗、定子齿部损耗等产生的热量一起，以热传导的方式传递到定子铁芯外圆，最后再与电机定子铁芯外圆的螺旋环绕型或全包覆式冷却通道内流过的制冷剂进行热交换，实现电机的冷却。

然而，由于传统的电机冷却是在定子铁芯外圆换热而使得电机“内热外冷”，进而使得电机最应该冷却的定子绕组温度偏高、可靠性较差，为使得电机的定子绕组温度保持在绝缘耐受温度以下就不得不加大冷却电机的制冷剂量，进而导致离心制冷(和热泵)压缩机设备的能效损失。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种离心压缩机用电机，所述离心压缩机用电机的可靠性较高。

根据本发明实施例的离心压缩机用电机，包括：壳体，所述壳体上形成有注入口且底部形成有回流口；转子，所述转子设在所述壳体内，所述转子上形成有至少一个第一冷却流道，至少一个所述第一冷却流道与所述注入口连通，且至少一个所述第一冷却流道的两端分别贯穿所述转子的轴向两端；以及定子，所述定子设在所述壳体内且位于所述转子的外侧，所述定子包括定子铁芯和设在所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子铁芯与所述转子之间限定出第二冷却流道，所述第二冷却流道与至少一个所述第一冷却流道连通，所述定子铁芯与所述壳体的内壁之间限定出第三冷却流道，所述第三冷却流道与所述第二冷却流道连通。

根据本发明实施例的离心压缩机用电机，通过设置第一冷却流道至第三冷却流道，冷却介质例如制冷剂可以由内至外地对转子和定子进行冷却，且耐热耐温能力较薄弱的部位例如转子和定子绕组等可以优先冷却，从而提高可靠性。

进一步地，所述转子的轴向的一端设有分配件，所述分配件与所述转子之间限定出分配腔，所述分配腔与所述第一冷却流道连通，其中所述壳体上设有注入管，所述注入管的一端穿过所述注入口伸入所述分配腔内。

可选地，所述分配件的远离所述转子的一侧形成有连通孔，所述注入管的所述一端穿过所述连通孔伸入所述分配腔内，其中所述连通孔的半径小于所述第一冷却流道的中心与所述转子的中心轴线之间的距离。

进一步地，所述离心压缩机用电机进一步包括：至少一个第一离心叶片和至少一个第二离心叶片，至少一个所述第一离心叶片设在所述分配件的远离所述转子的一侧，至少一个所述第二离心叶片设在所述转子的远离所述分配件的一端。

可选地，所述第二冷却流道与至少一个所述第一冷却流道通过第四冷却流道连通，所述第四冷却流道形成在所述转子上且贯穿所述转子的外周壁。

进一步地，所述第一冷却流道和所述第四冷却流道分别为多个，且所述多个第一冷却流道与所述多个第四冷却流道对应。

优选地，所述第一冷却流道数量大于等于所述第四冷却流道的数量。

可选地，所述第三冷却流道与所述第二冷却流道通过第五冷却流道连通，所述第五冷却流道形成在所述定子铁芯上且两端分别贯穿所述定子铁芯的内周壁和外周壁。

可选地，所述第四冷却流道的数量不少于所述第五冷却流道的数量，所述第五冷却流道与所述第四冷却流道的至少部分流道对应。

进一步地，所述第五冷却流道的横截面积小于对应的所述第四冷却流道的横截面积。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的离心压缩机用电机的局部剖面图；

图2是图1中所示的电机的转子的剖面图；

图3是沿图2中A-A线的剖面图；

图4是沿图2中B-B线的剖面图；

图5是沿图2中C-C线的剖面图；

图6是沿图2中D-D线的剖面图。

附图标记：

100：离心压缩机用电机；

1：壳体；11：注入管；12：回流口；

2：转子；21：第一冷却流道；22：第二冷却流道；23：第四冷却流道；

3：定子；31：定子铁芯；32：定子绕组；

311：第三冷却流道；312：第五冷却流道；

4：分配件；41：分配腔；42：连通孔；

5：第一离心叶片；6：第二离心叶片；101：转轴。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“逆时针”、“顺时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图6描述根据本发明实施例的离心压缩机用电机100，离心压缩机用电机100可以为卧式，即离心压缩机用电机100的转轴101的旋转轴线与离心压缩机用电机100的放置平面大致水平。在本申请下面的描述中，以离心压缩机用电机100为卧式为例进行说明。当然，本领域内的技术人员可以理解，离心压缩机用电机100还可以为立式。

如图1所示，根据本发明实施例的离心压缩机用电机100，包括壳体1、转子2和定子3。

参照图1，壳体1水平布置，定子3和转子2均设在壳体1内，且定子3和转子2的中心轴线沿水平方向延伸，壳体1上形成有注入口用于将冷却介质例如低温低压的液态制冷剂注入壳体1内并与定子3和转子2进行热交换，以带走定子3和转子2的热量，达到冷却电机的目的，壳体1的底部形成有回流口12以将与定子3和转子2换热后的冷却介质排出。当然，冷却介质还可以为气态制冷剂等。

转子2上形成有至少一个第一冷却流道21，至少一个第一冷却流道21与注入口连通，且至少一个第一冷却流道21的两端分别贯穿转子2的轴向两端，例如第一冷却流道21可以沿转子2的轴向延伸，当然，第一冷却流道21的形式不限于此。这样冷却介质例如低温低压的液态制冷剂可以通过注入口进入第一冷却流道21内，从而与转子2进行热交换以对转子2进行冷却。转子2上优选形成有多个第一冷却流道21，以提高换热效率，并进一步降低转子2的温度。

如图1所示，定子3位于转子2的外侧，定子3固定在壳体1的内周壁上，定子3包括定子铁芯31和设在定子铁芯31上的定子绕组32。具体而言，定子绕组32可以穿过定子铁芯31上的多个定子槽缠绕在定子铁芯31上。

定子铁芯31与转子2之间具有间隙以限定出第二冷却流道22，第二冷却流道22与至少一个第一冷却流道21连通，由此，与转子2换热后的冷却介质可以进入第二冷却流道22内并与定子3的内周换热，以降低定子3的内周温度，随着转子2的高速旋转，第二冷却流道22内的冷却介质从第二冷却流道22的两端(例如，图1中的左右两端)排出并作用于定子绕组32端部的内周，从而对定子绕组32端部冷却。

定子铁芯31与壳体1的内壁之间限定出第三冷却流道311，第三冷却流道311与第二冷却流道22连通，第二冷却流道22内的至少部分冷却介质流至第三冷却流道311内，从而第三冷却流道311内的冷却介质可以对定子铁芯31的外周壁进行冷却，且从第三冷却流道311两端流出的冷却介质再作用于两侧的定子绕组32端部的外周，以对定子绕组32端部的外周进行冷却。最终，所有的冷却介质例如气态或气液混合的制冷剂从壳体1底部的回流口12流出壳体1外。

由此，按照电机的损耗分布和发热特点，并结合电机所使用材料的耐热耐温能力强弱，根据本发明实施例的离心压缩机用电机100可以实现电机耐热耐温能力最薄弱的部位例如定子绕组32、定子3内圆周和转子2等得到优先冷却，以达到更经济更有效的电机冷却，提升电机的可靠性。

在有效利用电机的转子2高速运转所产生的离心力的基础之上，通过优化设计的电机定子3和转子2流道，实现冷却电机的制冷剂得到有效分配和“由内到外”的电机冷却循环，进而使得电机的冷却更为有效、均匀，还可减少电机冷却所需的制冷剂量而使得离心制冷(和热泵)压缩机设备的能效得到一定程度的改善和提高。

壳体1上设有注入管11，注入管11的一端(例如，图1中的右端)穿过注入口伸入壳体1内，注入管11优选与转子2同轴设置，以均匀通入冷却介质，保证电机冷却的均匀性。转子2的非轴伸端(例如，图1中的左端)设有分配件4，分配件4与转子2之间限定出分配腔41，分配腔41与第一冷却流道21连通，其中注入管11的上述一端伸入分配腔41内。由此，冷却介质可以通过注入管11被输送至分配腔41内，并经由分配腔41被送入第一冷却流道21内，以对转子2进行冷却。

可选地，分配件4的远离转子2的一侧(例如，图1中的左侧)形成有连通孔42，注入管11的上述一端穿过连通孔42伸入分配腔41内，其中，连通孔42的半径小于第一冷却流道21的中心与转子2的中心轴线之间的距离。

如图1所示，分配件4的右侧敞开，分配件4设在转子2的左端且可随着转子2的转动而旋转，分配腔41与第一冷却流道21的左端连通，具体地，第一冷却流道21在垂直于转轴101的中心轴线的平面上的投影位于分配腔41在垂直于转轴101的中心轴线的平面上的投影内，且第一冷却流道21优选邻近分配腔41的内周壁设置。电机运行时，制冷剂由注入管11进入分配腔41，分配腔41是利用转子2高速旋转时旋转

半径越大则离心力越大的原理，而将制冷剂强制推送到第一冷却流道21内。

另外，连通孔42形成在分配件4的左侧，注入管11的外周壁与连通孔42的内周壁不接触，此时连通孔42的横截面积大于注入管11的横截面积，从而当转子2旋转时，注入管11不会随着转子2的旋转而转动。可以理解，连通孔42和注入管11的尺寸可以根据实际要求具体设计，本发明对此不作特殊限定。进一步地，如图1和图2所示，转子2的右端也可以设有分配件4，该分配件4的两端均敞开，且该分配件4与第一冷却流道21的右端连通。

参照图1，离心压缩机用电机100进一步包括：至少一个第一离心叶片5和至少一个第二离心叶片6。其中，至少一个第一离心叶片5设在分配件4的远离转子2的一侧(例如，图1中的左侧)，优选地，第一离心叶片5为多个，且多个第一离心叶片5沿转子2的周向均匀分布。由此，从电机定转子间隙(即第二冷却流道22)左侧排出的制冷剂和从分配腔41喷溅出来的制冷剂再经多个第一离心叶片5的离心泵送作用下，高速作用于电机的定子绕组32左端部的内周，从而对定子绕组32左端部的内周进行冷却。

至少一个第二离心叶片6设在转子2的远离分配件4的一端(例如，图1中的右端)。参照图1并结合图2，至少一个第二离心叶片6设在转子2右端的分配件4的右侧。优选地，第二离心叶片6为多个，且多个第二离心叶片6沿转子2的周向均匀分布，这样从第一冷却流道21右端流出的制冷剂进入转子2右端的分配件4的分配腔41内，然后经过多个第二离心叶片6的离心泵送作用下，高速作用于定子绕组32右端部的内周，从而对定子绕组32右端部的内周进行冷却。

如图1和图2所示，第二冷却流道22与至少一个第一冷却流道21通过第四冷却流道23连通，第四冷却流道23形成在转子2上且贯穿转子2的外周壁。例如，第四冷却流道23的内端与第一冷却流道21连通，第四冷却流道23的外端贯穿转子2的外周壁，从而流入第一冷却流道21内的冷却介质例如液态制冷剂可以流经第四冷却流道23进入第二冷却流道22。这里，需要说明的是，方向“内”指的是朝向壳体1的中心的方向，其相反方向被定义为“外”，即远离壳体1中心的方向。

根据本发明的一个优选实施例，如图2-图6所示，第一冷却流道21和第四冷却流道23分别为多个，且多个第一冷却流道21与多个第四冷却流道23对应。其中，需要说明的是，“多个第一冷却流道21与多个第四冷却流道23对应”至少包括以下两种情况：第一、当第一冷却流道21与第四冷却流道23的数量相等时，多个第一冷却流道21与多个第四冷却流道23一一对应，也就是说，各个第四冷却流道23单独与某个第一冷却流道21连通，不得一个第一冷却流道21与多个第四冷却流道23连通，以避免第四冷却流道23的分流而影响电机冷却；第二、当第一冷却流道21的数量大于第四冷却流道23的数量时，多个第四冷却流道23分别对应一个第一冷却流道21，且多个第四冷却流道23与与其对应的第一冷却流道21同样满足一一对应的关系。

具体而言，多个第一冷却流道21可以沿转子2的周向均匀分布，多个第四冷却流道23可以分别沿转子2的周向和轴向彼此间隔开。参照图2-图6，第一冷却流道21的个数为十六个，这十六个第一冷却流道21均位于转子2的邻近其中心轴线的一侧且在转子2的周向上均匀排布，此时每相邻的两个第一冷却流道21之间的夹角为22.5°。在图3中所示的A-A截面上具有两个第四冷却流道23，且这两个第四冷却流道23沿转子2的径向相对，在图4中所示的B-B截面上具有两个第四冷却流道23，且这两个第四冷却流道23同样沿转子2的径向相对，但这两个第四冷却流道23相对于图3中的两个第四冷却流道23沿逆时针方向偏离45°夹角，同样地，在图5和图6中所示的C-C以及D-D截面上分别具有两个第四冷却流道23，每个截面上的两个第四冷却流道23均沿转子2的径向相对，且相对于前一个截面上的两个第四冷却流道23沿逆时针方向偏离45°夹角。可以理解，第一冷却流道21和第二冷却流道22的个数以及布置方式等可以根据实际要求具体设计，以使电机达到更好的冷却效果。

由此，与第四冷却流道23连通的第一冷却流道21中的制冷剂可以进入转子2和定子3之间的间隙以对转子2的外周壁和定子3的内周壁进行冷却，而未与第四冷却流道23连通的第一冷却流道21内的制冷剂在对转子2进行冷却后从第一冷却流道21的两端流出，随着转子2的旋转，从而对定子绕组32的端部的内周进行冷却。

进一步地，第三冷却流道311与第二冷却流道22通过第五冷却流道312连通，第五冷却流道312形成在定子铁芯31上，且第五冷却流道312的两端分别贯穿定子铁芯31的内周壁和外周壁。如图1所示，第五冷却流道312为多个，且多个第五冷却流道312沿定子铁芯31的轴向间隔开分布，其中每个第五冷却流道312沿定子铁芯31的径向延伸，当然，第五冷却流道312还可以相对于定子铁芯31的径向方向偏离例如沿顺时针或逆时针方向偏离。多个第五冷却流道312优选位于定子铁芯31的轴向上的中部。

由于每个第五冷却流道312的内端与第二冷却流道22连通，且每个第五冷却流道312的外端与第三冷却流道311连通，从而第二冷却流道22内的制冷剂可以经由第五冷却流道312流入第三冷却流道311内，从而对定子铁芯31的外周壁进行冷却，且从第三冷却流道311的两端流出的制冷剂再作用于左右两端的定子绕组32端部外周。

另外，第四冷却流道23的数量不少于第五冷却流道312的数量，也就是说，第四冷却流道23的数量可以等于第五冷却流道312的数量，也可以大于第五冷却流道312的数量。当第四冷却流道23的数量与第五冷却流道312的数量相等时，多个第五冷却流道312优选与多个第四冷却流道23一一对应；当第四冷却流道23的数量多于第五冷却流道312的数量相等时，多个第五冷却流道312与多个第四冷却流道23中的部分流道对应，即每个第五冷却流道312分别对应一个第四冷却流道23，此时第五冷却流道312与第四冷却流道23在定子3的同一横截面上，随着转子2的旋转，在某一时刻从第四冷却流道23高速甩出的制冷剂也可以直接进入第五冷却流道312内，从而提高了定子3外周的冷却效果。进一步地，第五冷却流道312的横截面积小于对应的第四冷却流道23的横截面积，换言之，第四冷却流道23宽度大于相对应的第五冷却流道312的宽度，以便于补偿加工和装配误差而可能导致电机转子2的第四冷却流道23和定子3的第五冷却流道312错位，进而影响电机冷却。

电机运行时，制冷剂由注入管11进入电机转子2的分配件4的分配腔41，分配件4的分配腔41则是利用电机高速旋转时旋转半径越大则离心力越大的原理，而将制冷剂强制推送到电机转子2的第一冷却流道21，随后再在转子2的第四冷却流道23、第二离心叶片6的“离心泵”的作用下高速甩出。其中，从第四冷却流道23高速甩出的制冷剂作用于电机定子3内圆周并随着电机转子2高速旋转而从定转子2间隙的两端排出，从电机定转子2间隙左侧排出的制冷剂和从电机转子2分配件4的分配腔41喷溅出来的制冷剂再经转子2径向离心式叶片(即第一离心叶片5)的离心泵送作用下，高速作用于电机定子3左侧的线圈绕组端部内圆周；从电机定转子2间隙右侧排出的制冷剂和从电机转子2的第一冷却流道21轴向导流过来的制冷剂，再经第二离心叶片6的离心泵送而作用于电机定子3右侧的线圈绕组端部内圆周；从与电机定子3第五冷却流道312对应的转子2第四冷却流道23高速甩出的制冷剂，则先后流经电机转子2的第四冷却流道23、电机定子3的第五冷却流道312和第三冷却流道311，然后再从第三冷却流道311左右两端流出并冷却作用于电机定子3左右两端的线圈绕组端部外圆周，而后所有的制冷剂从壳体1底部的回流口12返回到离心制冷(和热泵)压缩机的系统中。

根据本发明实施例的离心压缩机用电机100，是基于电机的损耗及发热特点，有针对性地设计了一套全新的冷却系统，以将制冷剂准确地输送到电机最需要冷却的区域，进而使得电机冷却更为充分、有效。在提升电机冷却可靠性的同时，还可适当减少冷却电机的制冷剂量而改善和提高离心制冷(和热泵)压缩机设备能效。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种离心压缩机用电机，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体上形成有注入口且底部形成有回流口；

转子，所述转子设在所述壳体内，所述转子上形成有至少一个第一冷却流道，至少一个所述第一冷却流道与所述注入口连通，且至少一个所述第一冷却流道的两端分别贯穿所述转子的轴向两端；

定子，所述定子设在所述壳体内且位于所述转子的外侧，所述定子包括定子铁芯和设在所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子铁芯与所述转子之间限定出第二冷却流道，所述第二冷却流道与至少一个所述第一冷却流道连通，所述定子铁芯与所述壳体的内壁之间限定出第三冷却流道，所述第三冷却流道与所述第二冷却流道连通；

所述转子的轴向的一端设有分配件，所述分配件位于转轴的轴向一端外，所述分配件与所述转子之间限定出分配腔，所述分配腔与所述第一冷却流道连通，其中所述壳体上设有注入管，所述注入管的一端穿过所述注入口伸入所述分配腔内。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机用电机，其特征在于，所述分配件的远离所述转子的一侧有连通孔，所述注入管的所述一端穿过所述连通孔伸入所述分配腔内，其中所述连通孔的半径小于所述第一冷却流道的中心与所述转子的中心轴线之间的距离。

3.根据权利要求1所述的离心压缩机用电机，其特征在于，进一步包括：

至少一个第一离心叶片和至少一个第二离心叶片，至少一个所述第一离心叶片设在所述分配件的远离所述转子的一侧，至少一个所述第二离心叶片设在所述转子的远离所述分配件的一端。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的离心压缩机用电机，其特征在于，所述第二冷却流道与至少一个所述第一冷却流道通过第四冷却流道连通，所述第四冷却流道形成在所述转子上且贯穿所述转子的外周壁。

5.根据权利要求4所述的离心压缩机用电机，其特征在于，所述第一冷却流道和所述第四冷却流道分别为多个，且所述多个第一冷却流道与所述多个第四冷却流道对应。

6.根据权利要求5所述的离心压缩机用电机，其特征在于，所述第一冷却流道数量大于等于所述第四冷却流道的数量。

7.根据权利要求4所述的离心压缩机用电机，其特征在于，所述第三冷却流道与所述第二冷却流道通过第五冷却流道连通，所述第五冷却流道形成在所述定子铁芯上且两端分别贯穿所述定子铁芯的内周壁和外周壁。

8.根据权利要求7所述的离心压缩机用电机，其特征在于，所述第四冷却流道的数量不少于所述第五冷却流道的数量，所述第五冷却流道与所述第四冷却流道的至少部分流道对应。

9.根据权利要求8所述的离心压缩机用电机，其特征在于，所述第五冷却流道的横截面积小于对应的所述第四冷却流道的横截面积。