CN111769691B - 一种采用释放低温介质冷却的高功率密度电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用释放低温介质冷却的高功率密度电机，包括电机定子、电机转子和低温介质释放单元；在电机端盖与绕组之间安置低温介质释放单元；该低温介质释放单元中含有液氮或干冰等低温物质；本发明中增加的低温介质释放单元受温度和压力双重影响，当温度升高，会使低温介质单元中气体压力上升，当压力到达一定阈值之后会自行释放其中的低温气体物质，低温气体直接喷射到电磁线圈的外表面，达到短时间将电机线圈的热量中和的冷却效果。
Description
技术领域
本发明属于电机散热技术领域，特别涉及一种采用释放低温介质冷却的高功率密度电机。
背景技术
随着传统化石能源的过度开发和消耗，其枯竭所带来的能源问题也亟待解决。核能、风能、太阳能等清洁能源为我们的能源可持续发展带来了希望。这些能源均被转化为电能，电动机作为电能的直接转换装置，承担着主要动力输出的任务。
就目前而言，电动机的发展已经到了瓶颈阶段。在永磁材料和磁导材料没有重大突破的情况下，要想提升电动机的性能已经十分困难了。电动机在输出大功率的同时也会产生大量的热损耗，如果这些热不能及时散发出去的话就将烧毁电机。所以，散热是电动机需要解决的重大问题。
传统的散热方式有风冷、水冷、油冷等。但这些方式的原理都是利用流体将热量排出电机体外进而散发掉。然而，由于流体的比热容以及导热系数的限制，导致这些散热方式也不能完全满足短时过载电机的散热需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种采用释放低温介质冷却的高功率密度电机，在满足电动机高功率密度的同时，通过短时过载动力电机的冷却机制，采用低温介质释放单元将预先储存的低温介质释放出来，与温度很高的电机绕组接触，利用冷热中和的原理，将热量快速稀释掉，保证电动机温升处在合理区间，可以实现瞬时强制低温冷却，及时吸收由于电机过载产生的热量，使其在短时过载的情况下，也能保证正常的散热需求及较高的电机性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种采用释放低温介质冷却的高功率密度电机，包括电机外壳100、电机定子200和电机转子300，在电机端盖与绕组之间布置低温介质冷却单元400，所述电机低温介质释放单元400中存储有低温介质，在吸热升压之后会释放低温介质到电机内部空间中对电机进行冷却。
所述低温介质为低温冷却物质，且释放后没有固体残渣，不会影响电机自身正常旋转，例如液氮、液氦或者干冰等。
所述低温介质释放直接喷射到电磁绕组线圈的外表面，达到短时间将电机线圈的热量中和的冷却效果。
所述低温介质释放单元400不影响电机定子200和电机转子300之间的气隙大小。
所述低温介质释放单元400包括带有注入口410、排气口420和压力调节旋钮430的腔体440，腔体440朝向电磁绕组线圈的一端分布有若干喷射缩尖450，腔体440中心设置有一个供电机轴穿过的通孔441，所述排气口420用于释放内部空气，所述压力调节旋钮430用于调节低温介质释放的压力阈值。
所述低温介质注入口410通过管道延伸至电机外部，从而能够持续补充低温介质。
所述腔体440中通过隔板470隔开形成液体腔室443和气体均压腔室444，注入口410与液体腔室443连通，喷射缩尖450与气体均压腔室444连通，液体腔室443与气体均压腔室444之间有气体排放口442，所述压力调节旋钮430的前端通过弹簧490将密封塞480压紧在气体排放口442上，通过调整压力调节旋钮430的高度完成不同压力阈值的调节，当电机运转发热导致液体腔室443中压力升高大于弹簧490的压力时，气体排放口442将液体腔室443和气体均压腔室444连通，液体腔室443中产生的低温气体通过气体排放口442进入气体均压腔室444中，最终通过喷射缩尖450向外喷射。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用此种结构的电机，可以避免绕组过热的问题，提升电机的可靠性。该低温介质冷却单元使用后可补充低温介质，系统可以重新投入使用，从而避免了电机烧损，造成的更大事故以及维修、更好设备的周期。本发明为高可靠性系统提供了一种新的保护措施。
附图说明
图1是本发明的电动机结构剖视图。
图2是低温介质冷却结构腔室轴测图。
图3是低温介质冷却结构腔室剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
本发明设计一种采用释放低温介质冷却的高功率密度电机，特别是该电机可以在短时过载情况下完成瞬时冷却，保证电机正常工作。
本电动机以永磁无刷直流电机为例介绍具体实施方案，但本发明并不仅仅限于永磁无刷直流电机。以图1的设计作为一个实例，该电机主要包括电机外壳100电机定子200、电机转子300和低温介质冷却单元400等结构。低温介质冷却单元400布置在电机端盖与绕组之间，不影响电机定子200和电机转子300之间的气隙大小。低温介质释放单元400存储有低温介质，在吸热升压之后会释放低温介质到电机内部空间中对电机进行冷却。本发明中低温介质为低温冷却物质，且释放后没有固体残渣，不会影响电机自身正常旋转，例如液氮、液氦或者干冰等。其释放直接喷射到电磁绕组线圈的外表面，达到短时间将电机线圈的热量中和的冷却效果。
低温介质冷却单元400应包括至少一个腔体440，腔体440的中心具有一个直径大于电机轴径的通孔441，供电机轴穿过，且不影响电机轴旋转。腔体440朝向电磁绕组线圈的一端分布有若干喷射缩尖450。
电动机常规运行过程中可以借用电机外壳100上的水道结构110进行水冷散热，当电机处于过载运行过程中，需要用到低温介质冷却单元400。以图2的设计作为一个实例，腔体440带有注入口410、排气口420和压力调节旋钮430，注入口410可以为腔室补充冷却介质，可通过管道延伸至电机外部，从而能够持续补充低温介质。排气口420起到释放内部空气的作用，保证介质注入顺畅。压力调节旋钮430可以调节低温介质释放的压力阈值。
以图3的剖视图为例，腔体440中通过隔板470隔开形成液体腔室443和气体均压腔室444，注入口410与液体腔室443连通，喷射缩尖450与气体均压腔室444连通，液体腔室443与气体均压腔室444之间有气体排放口442，压力调节旋钮430的前端通过弹簧490将密封塞480压紧在气体排放口442上，通过调整压力调节旋钮430的高度完成不同压力阈值的调节。低温介质以液氮为例，液氮经由注入口410注入到腔体结构440中，在液体腔室443中以液体形式存在，液体注入完成之后，封闭注入口410和排气口420，液体腔室443形成密闭空间。在电机运转过程中，腔体440吸收电机产生的热量，使液体腔室443中液氮蒸发，内部压力升高，当内部压力大于弹簧490的压力之后，低温气体会通过气体排放口442排放到气体均压腔室444中。由于气体均压腔室444与外部空间通过喷射缩尖450导通，故低温气体经过累积会通过喷射缩尖450喷射到外部，由于在安装过程中，喷射缩尖450直接与电动机绕组接触，故低温气体直接对电动机绕组进行降温，达到最佳降温效果。
为了保证气体排放口442与密封塞480之间的可靠性，特设计压力调节旋钮430，图2中已示出，提升结构安全性和可靠性。喷射缩尖450不受数量局限，根据电机具体结构进行调整，集中式绕组电机可以使槽数与喷射缩尖450数量相同，可以达到最佳降温效果。
该设计可以针对电机具体使用环境及过载条件设定不同的压力阈值以满足不同过载温度的需求。
虽然已经现实与详细地叙述了本发明所公开的一些较佳的实施案例，对于本领域技术人员而言，显然存在所公开发明的各种修改、调整和应用，并且本申请旨在覆盖这些实施方案，且其范围是由权利要求所决定。
Claims (6)
1.一种采用释放低温介质冷却的高功率密度电机，包括电机外壳(100)、电机定子(200)和电机转子(300)，在电机端盖与绕组之间布置低温介质释放单元(400)，所述低温介质释放单元(400)中存储有低温介质，在吸热升压之后会释放低温介质到电机内部空间中对电机进行冷却，所述低温介质释放单元(400)包括带有低温介质注入口(410)、排气口(420)和压力调节旋钮(430)的腔体(440)，腔体(440)朝向电磁绕组线圈的一端分布有若干喷射缩尖(450)，腔体(440)中心设置有一个供电机轴穿过的通孔(441)，所述排气口(420)用于释放内部空气，所述压力调节旋钮(430)用于调节低温介质释放的压力阈值，其特征在于，所述腔体(440)中通过隔板(470)隔开形成液体腔室(443)和气体均压腔室(444)，低温介质注入口(410)与液体腔室(443)连通，喷射缩尖(450)与气体均压腔室(444)连通，液体腔室(443)与气体均压腔室(444)之间有气体排放口(442)，所述压力调节旋钮(430)的前端通过弹簧(490)将密封塞(480)压紧在气体排放口(442)上，通过调整压力调节旋钮(430)的高度完成不同压力阈值的调节，当电机运转发热导致液体腔室(443)中压力升高大于弹簧(490)的压力时，气体排放口(442)将液体腔室(443)和气体均压腔室(444)连通，液体腔室(443)中产生的低温气体通过气体排放口(442)进入气体均压腔室(444)中，最终通过喷射缩尖(450)向外喷射。
2.根据权利要求1所述采用释放低温介质冷却的高功率密度电机，其特征在于，所述低温介质为低温冷却物质，且释放后没有固体残渣，不会影响电机自身正常旋转。
3.根据权利要求1所述采用释放低温介质冷却的高功率密度电机，其特征在于，所述低温介质为液氮、液氦或者干冰。
4.根据权利要求1所述采用释放低温介质冷却的高功率密度电机，其特征在于，所述低温介质释放直接喷射到电磁绕组线圈的外表面，达到短时间将电机线圈的热量中和的冷却效果。
5.根据权利要求1所述采用释放低温介质冷却的高功率密度电机，其特征在于，所述低温介质释放单元(400)不影响电机定子(200)和电机转子(300)之间的气隙大小。
6.根据权利要求1所述采用释放低温介质冷却的高功率密度电机，其特征在于，所述低温介质注入口(410)通过管道延伸至电机外部，从而能够持续补充低温介质。
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