CN109104031B - 电机及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机及压缩机，其中，电机，其包括：壳体；转子，设于壳体内；冷媒引入通道，设于壳体内，用于将壳体外部的冷媒引入，且将冷媒沿壳体内部的第一端至第二端的方向引流，以引至壳体内部的第二端；以及冷媒引出通道，设于壳体内，用于将壳体内部的第二端的冷媒引向壳体内部的第一端，并将冷媒引向壳体的外部；冷媒引入通道和冷媒引出通道的其中之一包括设于转子的通道；冷媒引入通道和冷媒引出通道的其中另一包括设于壳体的通道。本发明规划了冷媒冷却路径，以确保每个地方均能冷却到，提高冷却均匀性；能够对电机内部的中心和外缘均有效冷却，消除局部高温对电机性能的影响。

Description

电机及压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机领域，尤其涉及一种电机及压缩机。

背景技术

永磁同步电机具有体积小、整体运行效率高、功率因素高等特点，广泛用于离心压缩机、螺杆压缩机、鼓风机等多种类似机型，作为动力来进行驱动。与异步启动电机相比，永磁同步电机采用电机转子中的永磁体励磁，可避免励磁电流产生磁场的同时引起励磁损耗，从而产生大量热量。如果电机内部温度较高，线包等部分容易老化，影响绝缘性能；特别是转子内部的永磁体，因长期在高温工作环境下工作，会引起退磁现象。所以需要采取相应的散热降温措施，带走电机内部的热量，降低电机的温度。对于大功率电机，绕组电流较大，发热量更多，有效的散热降温尤其必要。

现有永磁同步电机采用的冷却方式根据电机类型可分为两种：1)开式电机常采用风冷，利用风扇带动电机周围空气流动，从而为电机散热，但是该种结构会增加整个环境的温度，需额外增加设备对外界环境进行散热，并且这种结构开放，电机工作环境差，有一定的局限性；2)闭式电机在一个封闭的壳体里面，工作环境相对较好，采用氟利昂等易蒸发、不导电液态冷却介质来冷却。现有大部分压缩机结构均采用该种结构及冷却方式。

闭式电机采用液态冷却介质来冷却，常用的冷却方式、方法亦有多种。如：在定子两端绕组喷洒冷却介质；或者是在定子外表面增设螺旋流道来冷却绕组外表面温度等。由于这些措施均比较单一，冷却效果有限，难免有局部温度偏高的情况。

当电机功率比较大时，产生热量就会增多。同时，电机长度、直径也会增加很多，冷却的不均匀性就会提高。特别是功率大于500KW时，直径达到500mm以上，这种单一冷却方式仅能冷却转子两端或者定子外表面，很难冷却到转子中间部位，而对于永磁电机，转子上面的铁芯内部发热较多，容易形成局部由于冷却不到引起温度偏高，不能达到较好的降温效果。若仅靠增加冷媒供应来消除局部高温，对于冷媒达不到的铁芯部分的降温效果有限，给电机可靠性运行工作带来隐患的同时，还带来冷量损失，造成压缩机性能下降。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种电机及压缩机，用于解决电机冷却不均匀的问题。

本发明的一些实施例提供了一种电机，其包括：壳体；转子，设于所述壳体内；冷媒引入通道，设于所述壳体内，用于将所述壳体外部的冷媒引入，且将冷媒沿所述壳体内部的第一端至第二端的方向引流，以引至所述壳体内部的第二端；以及冷媒引出通道，设于所述壳体内，用于将所述壳体内部的第二端的冷媒引向所述壳体内部的第一端，并将冷媒引向所述壳体的外部；所述冷媒引入通道和所述冷媒引出通道的其中之一包括设于所述转子的通道；所述冷媒引入通道和所述冷媒引出通道的其中另一包括设于所述壳体的通道。

可选地，所述转子包括轴，以及所述轴上包围的铁芯；所述冷媒引入通道包括设于所述轴内的第一通道。

可选地，所述轴靠近所述壳体内部的第一端的端部设有冷媒引入口。

可选地，所述转子包括轴，以及所述轴上包围的铁芯；所述冷媒引出通道包括设于所述轴内的第一通道。

可选地，所述第一通道沿所述轴的中轴线设置。

可选地，所述转子包括轴，以及所述轴上包围的铁芯；所述冷媒引出通道包括设于所述铁芯的第二通道。

可选地，所述冷媒引入通道包括设于所述壳体的第三通道。

可选地，所述壳体设有冷媒入口，所述第三通道的进液端与所述冷媒入口连通。

可选地，电机包括定子，设于所述壳体内，与所述壳体的内壁过盈配合；所述第三通道的进液端位于所述定子与所述壳体之间。

可选地，电机包括定子，设于所述壳体内，与所述壳体的内壁过盈配合；所述第三通道的出液端的至少部分区域超出所述定子的端部。

可选地，所述冷媒引出通道包括设于所述壳体的第三通道。

可选地，电机包括定子，设于所述壳体内，与所述壳体的内壁过盈配合；所述第三通道的进液端的至少部分区域超出所述定子的第一端；和/或，所述第三通道的出液端的至少部分区域超出所述定子的第二端。

可选地，电机包括定子，设于所述壳体与所述转子之间；所述冷媒引出通道包括设于所述定子与所述转子之间的第四通道。

可选地，电机还包括喷液件，设于所述壳体的第一端，用于向所述冷媒引入通道内喷入冷媒。

可选地，所述设于所述壳体的通道沿所述壳体的内壁螺旋延伸。

本发明的一些实施例提供了一种压缩机，其包括上述的电机。

基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

在一些实施例中，冷媒引入通道和冷媒引出通道配合，规划了冷却路径，冷媒沿冷却路径流动，以确保每个地方均能冷却到，提高冷却均匀性；且冷媒引入通道和冷媒引出通道的其中之一包括设于转子的通道；冷媒引入通道和冷媒引出通道的其中另一包括设于壳体的通道，能够对电机内部的中心和外缘均有效冷却，消除局部高温对电机性能的影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的电机的第一实施例的示意图；

图2为本发明提供的电机的第二实施例的示意图。

附图中标号：

1-壳体；11-冷媒入口；12-冷媒出口；

2-转子；21-轴；22-铁芯；

3-第一通道；

4-第二通道；

5-第三通道；

6-第四通道；

7-定子；

8-喷液件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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保护范围的限制。

如图1、图2所示，一些实施例提供了一种电机，其包括壳体1。可选地，壳体1为圆筒形状。

在一些实施例中，电机包括转子2，转子2设于壳体1内。转子2的轴向与壳体1的轴向一致。壳体1的轴向与电机的轴向一致。

其中，壳体1的第一端指的是壳体1的轴向的第一端；壳体1的第二端指的是壳体1的轴向的第二端。壳体1的第一端与第二端相对设置。

壳体1的第一端可以对应于电机的尾端，壳体1的第二端可以对应于电机的头端。或者，壳体1的第一端可以对应于电机的头端，壳体1的第二端可以对应于电机的尾端。

进一步地，转子2包括轴21，以及轴21上包围的铁芯22。铁芯22包括数个套在轴21上的硅钢片。

在一些实施例中，电机包括定子7，定子7设于壳体1内。

进一步地，定子7与壳体1的内壁过盈配合。定子7与壳体1之间不但没有间隙，还有负间隙。装配时需要热装，即加热壳体1使之膨胀，壳体1具有装入定子7的空间后，装入定子7。待壳体1冷却后，由于两者之间的过盈量，壳体1与定子7固定连接。

进一步地，定子7设于壳体1与转子2之间。转子2从定子7中间穿过，安装在定子7内部，转子2的两端支撑在前后轴承上。转子2与定子7之间有间隙，称为气隙。

在一些实施例中，电机还包括冷媒引入通道。冷媒引入通道设于壳体1内，用于将壳体1外部的冷媒引入，且将冷媒沿壳体1内部的第一端至第二端的方向引流，以引至壳体1内部的第二端。

在一些实施例中，电机还包括冷媒引出通道。冷媒引出通道设于壳体1内，用于将壳体1内部的第二端的冷媒引向壳体1内部的第一端，并将冷媒引向壳体1的外部。

冷媒引入通道和冷媒引出通道配合，规划了电机的冷却路径，冷媒沿冷却路径流动，以确保电机内的每个地方都能冷却到，冷却均匀性好。

冷媒引入通道和冷媒引出通道的其中之一包括设于转子2的通道；冷媒引入通道和冷媒引出通道的其中另一包括设于壳体1的通道。以用于对电机内部的中心和边缘均实现冷却，防止电机局部温度过高；改善电机冷却不均匀的问题，杜绝局部高温带来的损害，确保电机安全正常运转，避免电机转子因为长期运行在高温环境中造成永磁体退磁而造成的损坏。

冷媒引入通道和冷媒引出通道的方向相反，冷媒引入和引出的方向确定，冷媒沿通道顺序流通，可以保证每个地方都能冷却到，提高冷却均匀性。

在第一实施例中，如图1所示，冷媒引入通道包括设于轴21内的第一通道3。

可选地，轴21靠近壳体1内部的第一端的端部设有冷媒引入口。壳体1上可以不设置冷媒引入口。

可选地，第一通道3沿轴21的中轴线设置。

在轴21的尾部(或者是前部，不限制)的中心，沿轴向开孔，通到电机前端。即在转子2的轴21中心开一个通孔，为第一通道3，可以使冷媒通过，冷却转子2的中心。第一通道3的尺寸以保证轴21的强度为前提，尽量加大，以利于加工，提高冷却效果。

在轴21的第一通道3的排出端位置(位于壳体1内部的第二端)，径向开若干孔，为引孔。引孔与第一通道3贯通，将冷媒引出轴21外，即引向壳体1的内部的第二端。

上述实施例中，轴21的排出端的引孔的数量少，会影响冷媒流量；引孔的数量多，会影响轴21的强度。因此，引孔的数量一般设置2～7个，优选3～5个。

可选地，冷媒引出通道包括设于壳体1的第三通道5。

第三通道5的进液端的至少部分区域超出定子7的第一端，便于将冷媒引入第三通道5。

第三通道5的出液端的至少部分区域超出定子7的第二端，便于将冷媒引出第三通道5。

其中，定子7的第一端位于壳体1的第一端，定子7的第二端位于壳体1的第二端。

在一些实施例中，设于壳体1的第三通道5沿壳体1的内壁螺旋延伸。

进一步地，第三通道5为螺旋槽。第三通道5位于电机前端的螺旋槽端部以及位于电机后端的螺旋槽端部，其局部槽宽均增加，使安装定子7后，螺旋槽的两端均超出定子7，即有一个豁口，可以把冷媒引入/引出螺旋槽。

可选地，冷媒引出通道包括设于定子7与转子2之间的第四通道6。

可选地，冷媒引出通道包括设于转子2的铁芯22的第二通道4。

可选地，壳体1的尾端侧壁上开一个通孔，为冷媒引出口，用于将完成冷却任务的冷媒引向壳体1的外部。

在一些实施例中，电机还包括喷液件8，喷液件8设于壳体1的第一端，用于向冷媒引入通道内喷入冷媒。

电机尾部，固定安装一个喷液件8。喷液件8通过管路与壳体1外部的冷媒相通，将液体冷媒引入喷液件8。喷液件8上有一个喷嘴。喷嘴正对转子轴上的第一通道3，使喷出的冷媒直接进入转子轴上的第一通道3内。

电机运转时，液态冷媒从喷液件8的喷嘴喷出，进入转子轴的第一通道3，并且沿第一通道3到达电机前端。这个过程中，电机转子轴内部得到冷却。

冷媒到达第一通道3终端，被轴旋转甩出引孔。

冷媒聚集在壳体1内部的第二端后压力增大，冷媒分别被压入壳体1的第三通道5、定子7与转子2之间的第四通道6，和/或设于铁芯22的第二通道4，从电机前部到达电机尾部(或者从电机尾部到达电机前部)。冷媒所经之处，定子7的外侧和内侧、转子2的内部和外侧均得到冷却，冷却均匀。

冷媒在冷却过程中，吸热后由液态逐渐变为气态。

到达电机后端(壳体1内部的第一端)的冷媒气体可从壳体1的冷媒引出口12引出，完成电机的冷却过程。

在第二实施例中，如图2所示，冷媒引入通道包括设于壳体1的第三通道5。

可选地，壳体1设有冷媒入口12，第三通道5的进液端与冷媒入口11连通。

可选地，第三通道5的进液端位于定子7与壳体1之间。

第三通道5的出液端的至少部分区域超出定子7的端部；以使冷媒能够沿第三通道5经过定子尽量多的外表面，且冷媒不能漏出。

在一些实施例中，设于壳体1的第三通道5沿壳体1的内壁螺旋延伸。

进一步地，第三通道5为螺旋槽。第三通道5位于电机前端的螺旋槽，局部增加槽宽，使安装定子7后，螺旋槽超出定子7，即有一个豁口，可以把冷媒引出螺旋槽。

可选地，冷媒引出通道包括在转子2的铁芯22上，沿轴向设置的若干个第二通道4，第二通道4用于冷媒通过。

各第二通道4沿转子2的圆周方向均匀分布。铁芯22包括数个包围在轴21上的硅钢片，第二通道4可以设于硅钢片。

第二通道4的数量多，冷却更加均匀，但是会影响电机性能。第二通道4的数量可以根据电机功率大小和硅钢片尺寸大小来确定。电机功率大、硅钢片尺寸大，产生的热量就多，第二通道4的数量多一些，冷却效果就好一些。

一般第二通道4的数量为3～12个，优选4～8个。

第二通道4的尺寸太小，影响冷媒通过；尺寸过大对电机性能有影响。一般，第二通道4的孔径为4～20毫米，优选5～10毫米。

可选地，冷媒引出通道包括设于定子7与转子2之间的第四通道6。

可选地，冷媒引出通道包括设于转子2的轴21内的第一通道3。

可选地，壳体1的尾端侧壁上开一个通孔，为冷媒引出口12，用于将完成冷却任务的冷媒引向壳体1的外部。

冷媒经由壳体1上的冷媒引入口11进入壳体1上设置的第三通道5，从壳体1内部的第一端到达第二端，冷媒聚集在壳体1内部的第二端后压力增大，冷媒分别被压入铁芯22上的第二通道4、定子7与转子2之间的第四通道6，和/或，转子2的轴21内的第一通道3，从电机前部到达电机尾部(或者从电机尾部到达电机前部)。冷媒所经之处，定子7的内侧和外侧、转子2的外侧和内部均得到冷却。

冷媒在冷却过程中，吸热后由液态逐渐变为气态。

到达电机后端(壳体1内部的第一端)的冷媒气体可从壳体1的冷媒引出口12引出，完成电机的冷却过程。

上述各个实施例中，壳体1的内壁设置的第三通道5为螺旋槽的形式。螺旋槽旋转方向可以左旋或者右旋。螺旋槽间距均布。

螺旋槽的尺寸和间距可以根据电机的功率和发热量大小来确定。

当电机运转时，转子转动。由于磁力作用，定子产生了转动力矩，有随转子转动的趋势。

转动力矩T1计算公式：

T1＝9549*P/n

其中：P-电机功率；

n-电机转子转速。

另一方面，定子7与壳体1的接触面因过盈配合而产生摩擦力，摩擦力产生与转动力矩相反的摩擦力矩。

摩擦力矩T2计算公式：

T2＝F*D＝k(μ*π*L)δ*D

其中：F-摩擦力；

D-壳体1直径；

k-定子7与壳体1尺寸性能系数；

μ-定子7与壳体1的摩擦系数；

L-定子7与壳体1的配合长度；

δ-定子7与壳体1的配合过盈量。

由以上公式可以看出，摩擦力矩T2与定子7与壳体1的配合长度成正比。此处的配合长度指的是定子7与壳体1的接触长度。两者在螺旋槽的部分没有接触，所以应该排除在外。即，L值是定子长度减去螺旋槽总宽度。

当摩擦力矩T2大于转动力矩T1时，定子固定不能动，则电机可以正常运转。

电机功率大，发热量多，则螺旋槽宽度增大、间距减小，冷却均匀性好。但由于螺旋槽的宽度增大，实际过盈配合的长度尺寸就会减小。由于摩擦力矩必须大于转动力矩，因此，螺旋槽的尺寸应该根据实际情况而定，前提是保证定子7与壳体1的接触配合长度，使摩擦力矩大于转动力矩，以保证电机正常运转。

如图1所示，电机运转时，壳体1内部的第二端的冷媒进入螺旋槽，沿螺旋槽从电机前端到达电机尾部，这个过程中，定子7外部得到冷却。

如图2所示，电机运转时，液态冷媒从冷媒引入口引入壳体1，沿壳体1内部的螺旋槽从电机尾部到达电机前端，这个过程中，定子7外部得到冷却。

在电机前端的螺旋槽终点位置，冷媒从螺旋槽豁口进入电机前端。

在一些实施例中，在转子2上面开孔，增加冷媒从转子2中穿过，使冷媒对电机内部的中心、外缘以及中心与外缘之间的区域均有效冷却，改善电机冷却不均匀的问题，杜绝局部高温带来的损害，确保电机安全正常运转，避免电机转子2因为长期运行在高温环境中造成永磁体退磁而造成的损坏。

一些实施例提供了一种压缩机，其包括上述的电机。

由于永磁同步电机是整个压缩机最为核心的部件，是整个压缩机的动力源，电机的转子2更是核心中的核心，如果温度偏高会对电机带来损害，甚至转子中的永磁体退磁，将直接导致电机性能下降，甚至无法正常运转，给压缩机可靠性工作带来隐患。

本公开提供的电机的结构冷却均匀，能够消除局部温度偏高部分，保证压缩机安全可靠的运行。

本公开的电机包括永磁同步电机、永磁同步变频电机等。

本公开能够均匀冷却电机，用以解决大功率闭式电机冷却的均匀性问题，避免电机转子因为长期运行在高温环境中造成永磁体退磁而造成的电机损坏问题。

本公开的压缩机包括离心压缩机和螺杆压缩机等。

本公开提供的电机还可以用于鼓风机等类似机型，作为动力来源。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种电机，其特征在于，包括：

壳体(1)；

转子(2)，设于所述壳体(1)内；

冷媒引入通道，设于所述壳体(1)内，用于将所述壳体(1)外部的冷媒引入，且将冷媒沿所述壳体(1)内部的第一端至第二端的方向引流，以引至所述壳体(1)内部的第二端；以及

冷媒引出通道，设于所述壳体(1)内，用于将所述壳体(1)内部的第二端的冷媒引向所述壳体(1)内部的第一端，并将冷媒引向所述壳体(1)的外部；

所述冷媒引入通道和所述冷媒引出通道的其中之一包括设于所述转子(2)的通道；所述冷媒引入通道和所述冷媒引出通道的其中另一包括设于所述壳体(1)的通道；

所述转子(2)包括轴(21)，以及所述轴(21)上包围的铁芯(22)；所述冷媒引入通道包括设于所述轴(21)内的第一通道(3)；

所述轴(21)靠近所述壳体(1)内部的第一端的端部设有冷媒引入口；

所述电机还包括定子(7)，设于所述壳体(1)与所述转子(2)之间；所述冷媒引出通道包括设于所述定子(7)与所述转子(2)之间的第四通道(6)；

所述冷媒引出通道包括设于所述壳体(1)的第三通道(5)，所述第三通道(5)沿所述壳体(1)的内壁螺旋延伸；

所述电机还包括喷液件(8)，设于所述壳体(1)的第一端，用于向所述第一通道(3)内喷入冷媒，冷媒到达所述第一通道(3)终端，被轴旋转甩出引孔，冷媒聚集在所述壳体(1)内部的第二端后压力增大，冷媒分别被压入所述第三通道(5)、所述第四通道(6)，从电机前部到达电机尾部。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述冷媒引出通道包括设于所述轴(21)内的第一通道(3)。

3.如权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述第一通道(3)沿所述轴(21)的中轴线设置。

4.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述冷媒引出通道包括设于所述铁芯(22)的第二通道(4)。

5.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述冷媒引入通道包括设于所述壳体(1)的第三通道(5)。

6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述壳体(1)设有冷媒入口(12)，所述第三通道(5)的进液端与所述冷媒入口(11)连通。

7.如权利要求5所述的电机，其特征在于，包括定子(7)，设于所述壳体(1)内，与所述壳体(1)的内壁过盈配合；所述第三通道(5)的进液端位于所述定子(7)与所述壳体(1)之间。

8.如权利要求5所述的电机，其特征在于，包括定子(7)，设于所述壳体(1)内，与所述壳体(1)的内壁过盈配合；所述第三通道(5)的出液端的至少部分区域超出所述定子(7)的端部。

9.如权利要求1所述的电机，其特征在于，包括定子(7)，设于所述壳体(1)内，与所述壳体(1)的内壁过盈配合；所述第三通道(5)的进液端的至少部分区域超出所述定子(7)的第一端；和/或，所述第三通道(5)的出液端的至少部分区域超出所述定子(7)的第二端。

10.一种压缩机，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的电机。