CN113541401A - 一种超高速电机转子冷却结构及其轴端搅液装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超高速电机转子冷却结构及其轴端搅液装置，用于超高速电机转子的冷却，转子冷却结构具备集液腔、轴端进液管道、轴端出液管道、冷却流道以及冷却腔，冷却流道沿径向穿设于转子本体靠近两端的表面并且沿轴向穿设所述转子本体；轴端搅液装置包括搅液环和搅液体，搅液环为套设在转轴上的圆环结构，搅液体为设置在搅液环周向外表面的凸起结构。本发明设置的冷却流道贯穿转子本体并靠近转子本体的表面，使得冷却作用在转子的表面，使冷却工质直接在电机转子中最需要散热的部位进行高效的散热，巧妙得用物理结构去很好得利用液体的流体特性、液体气化及冷凝后的压力变化等物理特性。

Description

一种超高速电机转子冷却结构及其轴端搅液装置

技术领域

本发明属于电机转子冷却技术领域，具体而言涉及一种超高速电机转子冷却结构及其轴端搅液装置。

背景技术

电机转子是电机中的旋转部件。电机由转子和定子两部分组成，它是用来实现电能与机械能和机械能与电能的转换装置。电机内转子转动方式为电机中间的芯体为旋转体，输出扭矩（指电动机）或者收入能量（指发电机），在电机内转子在转动运行时，会产生热量，由于电机转子在工作过程中处于高速旋转状态，给转子冷却带来较大难度，特别是对于超高速电机，难度尤为大。

超高速电机转速高、谐波含量大，转子产生的热量高；且由于克服离心力的需要，转子护套尤其是碳纤维护套的厚度较厚，热量难以散出；从而使得磁钢温度升高，造成电机性能降低甚至转子失磁。因此，设计一种有效的转子散热结构是非常重要的。

目前大多数转子冷却采用风冷或液冷结构，冷空气或冷却液从中空轴中通过，带走转子产生的热量；但由于轴孔距离发热严重的转子表面较远，冷却工质的热容量不高，风冷和液冷的效果仍无法满足日益增长的超高速电机功率密度要求。

在设计一种需要给高速转动的转轴中心孔处供冷却工质的装置时，发明人还发现常规的设计大多是用泵来实现的，既要设计转子冷却结构，又要预留泵阀及相关管道的连接、排布，将会使整体结构变的臃肿，增加设计成本、生产成本。

有鉴于此，如何解决现有转子冷却效果无法满足功率密度要求日益增长的超高速电机的转子散热问题，便成为本发明所要研究解决的课题。

发明内容

本发明提供一种超高速电机转子冷却结构，其目的是要解决现有转子冷却效果无法满足功率密度要求日益增长的超高速电机的转子散热问题，通过冷却工质的相变过程，改善超高速电机转子散热效果，提升转子安全系数。

为达到上述目的，本发明第一方面提出了一种超高速电机转子冷却结构，用于超高速电机转子的冷却，所述电机上设有冷却水套，所述转子包括转轴、转子本体，转轴具有第一端和第二端，其创新点在于：

所述转子冷却结构具备：

集液腔，集液腔的数量为两个，分别为第一集液腔和第二集液腔，两个集液腔位于转轴的两端并且相互之间联通，集液腔中盛放有冷却工质；

轴端进液管道，轴端进液管道位于转轴的第一端，轴端进液管道在靠近转轴第一端的周向上设置有第一进液口，轴端进液管道在远离转轴第一端的周向上设置有第一出液口，在所述转轴的第一进液口处设置有用于将第一集液腔中的冷却工质搅入轴端进液管道的轴端搅液装置；

轴端出液管道，轴端出液管道位于转轴的第二端，轴端出液管道在靠近转轴第二端的周向上设置有第二进液口，轴端进液管道在远离转轴第二端的周向上设置有第二出液口；

冷却流道沿轴向穿过转子本体，两端环形通道将多条轴向流道汇流为鼠笼型流道构型，所述冷却流道分别与第一出液口和第二进液口联通；

冷却腔，冷却腔靠近冷却水套设置，由冷却水套内循环通过的冷却液对冷却腔内的冷却工质进行冷却，冷却腔位于集液腔的上方并与两个集液腔之间相互联通，冷却腔上设有与第二集液腔联通的气化通道、与第一集液腔联通的液化通道。

本发明第二方面提出了一种轴端搅液装置，该轴端搅液装置用于第一方面中的超高速电机转子冷却结构，其创新点在于，所述轴端搅液装置包括：

搅液环，搅液环为套设在转轴上的圆环结构，搅液环套设在转轴的第一进液口处，在搅液环的内壁上开设有与第一进液口相联通的内槽口；

搅液体，搅液体为设置在搅液环周向外表面的凸起结构，搅液体上设有进液部，进液部上设有可供冷却工质进入的进液空间，进液空间在朝向转子转动方向的一侧形成进液开口，进液开口与内槽口相联通，所述进液开口上下侧的内壁面处剖设有靠近搅液环的下壁面和远离搅液环的上壁面，上壁面朝向转子转动方向由下向上倾斜，由上壁面与下壁面之间形成在转子转动时对进入到进液空间内的冷却工质朝向内槽口、第一进液口处挤压的搅液结构。

本发明的有关内容解释如下：

1. 在上述的超高速电机转子冷却结构技术方案中，通过在转轴上设置轴端进液管道、轴端出液管道以及与之相联通的集液腔，设置的冷却流道贯穿转子本体并靠近转子本体的表面，使得冷却作用在转子的表面，使冷却工质直接在电机转子中最需要散热的部位进行高效的散热，利用了高速旋转下冷却工质在液体状态下从轴端进液管道进入到冷却流道中，冷却工质在冷却流道中吸收了转子的大量热量后相变成气体，气体在压力作用下向第二端流动并从轴端出液管道进入第二集液腔，然后气体上移至冷却腔，由冷却腔一侧的冷却水套对气体进行冷凝液化，气体遇冷液化后回流至第一集液腔中，并以此重新开始高效的冷却循环。本发明采用的物理、纯机械结构进行物理性热量传递，利用了冷却工质在液体状态下经由高速旋转的转子进行有效流通、带走热量相变成气体并在气体状态下进入冷却腔冷凝，巧妙地用物理结构去很好得利用液体的流体特性、液体气化及冷凝后的压力变化等物理特性，实现资源节约和能源节约，避免采用复杂结构才能完成良好的转子冷却，而且作为冷凝部位的冷却腔与冷却水套相邻，采用了电机本身的冷却水套来对冷却工质进行冷却，不用额外设置其他的冷凝部件，工质冷却腔与冷却水套的接触面积大，冷却效果好。

2. 在上述的超高速电机转子冷却结构技术方案中，所述转子本体包括设在转轴周向上的铁芯、磁钢、护套和端板，铁芯套设在转轴上，在铁芯的外圆周贴附有磁钢，磁钢的外侧设置护套，端板位于铁芯、磁钢和护套的两端，这是高速电机转子本体的其中一种结构，这样结构的细长表贴转子在高速高频工作时发热严重，因此十分需要该超高速电机转子冷却结构，以对表贴转子中的磁钢进行快速降温，避免磁钢温度升高后造成电机性能降低、失磁。

3. 在上述的超高速电机转子冷却结构技术方案中，所述转轴的第一端处开设有沿转轴轴向设置的第一中心孔，在第一中心孔处开设有两组前后设置且均沿转轴周向均匀分布的径向通孔，第一中心孔形成轴端进液管道，靠近转轴第一端的径向通孔形成第一进液口，远离转轴第一端的径向通孔形成第一出液口；所述转轴的第二端处开设有沿转轴轴向设置的第二中心孔，在第二中心孔处开设有沿转轴周向均匀分布的径向通孔，靠近转轴的第二端开设有轴向通孔，第二中心孔形成轴端出液管道，远离转轴第二端的径向通孔形成第二进液口，轴向通孔形成第二出液口；轴端进液管道、轴端进液管道采用在转轴上这样的设置方式，可以使转轴的加工更方便，降低转轴加工成本，使与轴端进液管道、轴端出液管道联通的冷却流道、集液腔等部件设计能够更加合理，同样也能对转轴本身进行冷却，以此来进一步提升冷却效果。

4. 在上述的超高速电机转子冷却结构技术方案中，所述铁芯的外表面沿其环形周向开设有多个均匀分布的芯槽，磁钢贴附在铁芯外表面，磁钢的外侧套设护套，单个芯槽以及与该芯槽相邻的两个磁钢侧壁、护套内壁之间形成轴向的冷却流道，圆周方向多个此类轴向冷却流道相并联，通过两端环形通道汇流后，形成鼠笼型流道结构。采用这样的结构，冷却工质能直接流经转子本体的待散热部位，可以达到良好的散热冷却效果。

5. 在上述的超高速电机转子冷却结构技术方案中，所述端板上在朝向铁芯、磁钢的位置处开设有对应第一出液口、第二进液口设置的径向凹槽和对应芯槽设置的环形凹槽，径向凹槽与环形凹槽相联通，环形凹槽与芯槽联通，径向凹槽形成径向的径向通道，环形凹槽形成周向的环形通道。

6. 在上述的超高速电机转子冷却结构技术方案中，所述端板包括端盖板、甩液环、挡液环、隔挡；所述端盖板与转轴、护套密封连接，径向凹槽开设在端盖板上，径向凹槽具有轴孔进液口和轴孔出液口；所述端盖板在轴孔出液口的径向外侧设置挡液环，环形凹槽由挡液环分为位于挡液环径向内侧的第一腔体、位于挡液环径向外侧的第二腔体；所述端盖板在轴孔出液口的径向内侧设置甩液环，所述甩液环的外表面朝向转子轴心方向倾斜；在所述径向凹槽与环形凹槽的连接处设置有用于液位保持的隔挡，所述隔挡为径向凹槽与环形凹槽的连接处之间朝径向外侧设置的挡板。采用以上的结构设计，冷却工质通过径向凹槽流入环形凹槽，环形凹槽自挡液环分为第一腔体和第二腔体两部分；冷却工质首先流入第一腔体，第一腔体内侧设有向内倾斜的甩液环，在转子高速旋转时，冷却工质向右上方甩出，进而进入转子本体上轴向的冷却流道内；而未能进入转子本体上轴向的冷却流道内的冷却工质在离心力作用下会被甩入第二腔体内，挡液环可以限制冷却工质回流至第一腔体，同时在转子高速旋转下可以迫使冷却工质二次进入转子轴向的冷却流道；在这个结构中，隔挡有着液位保持的作用，隔挡能防止冷却工质回流至径向凹槽。以上的这个结构是能够用于将冷却工质更好得输送往轴向的冷却流道并防止冷却工质回流，在转子高速旋转时，迫使冷却工质始终是从第一集液腔、轴端进液管道、冷却流道、轴端出液管道、第二集液腔、冷却腔再到第一集液腔的有序循环。

7. 在上述的超高速电机转子冷却结构技术方案中，所述冷却腔为一侧紧贴冷却水套设置或者为冷却水套环绕设置。当冷却腔为一侧紧贴冷却水套设置时，冷却水套的水道流经冷却腔的一侧，已经能够满足在冷却腔中气体的遇冷液化的效果。当冷却腔被冷却水套环绕设置时，其冷凝效果更为突出，能够更快速地将冷却腔中气化的冷却工质液化，从而使液化的冷却工质迅速补充到第一集液腔中。

8. 在上述的超高速电机转子冷却结构技术方案中，所述第一集液腔和第二集液腔之间由管路联通以保持液位平衡，使一部分未经气化的冷却工质能在第一集液腔和第二集液腔之间流通并保持两端的液位平衡。

9. 在上述的轴端搅液装置技术方案中，通过在转轴的第一进液口处设置轴端搅液装置，由轴端搅液装置配合高速旋转的转轴将冷却工质搅入轴端进液管道，使冷却工质能够在第一集液腔、轴端进液管道、冷却流道、轴端出液管道、第二集液腔、冷却腔再到第一集液腔之间有序循环。在转子高速旋转时，带动转轴上的轴端搅液装置一起高速旋转，搅液体上朝向转子转动方向一侧的进液开口在第一集液腔中搅动并将冷却工质纳入到进液空间中，由于搅液体也是跟随转轴高速旋转的，进入到进液空间中的冷却工质会在朝向转子转动方向由下向上倾斜设置的上壁面的压迫下朝向内槽口、第一进液口处挤压，环绕在搅液环周向的多个搅液体一直将冷却工质挤压进轴端进液管道中，使冷却工质能够在不需要使用外部泵阀即可源源不断地参与冷却循环，既不需要设置外部的泵阀也不需要设计额外的驱动冷却工质的管道，优化了超高速电机转子冷却结构设计，使超高速电机转子能在比较简单、合理的结构下就能达成十分优良的散热冷却效果，轴端搅液装置的本身结构也设计的十分巧妙，能够利用设置在转轴第一进液口处的搅液环、设置在搅液环上的搅液体以及电机工作时高速旋转的转轴，搅液动力来自于转轴的高速旋转，通过对搅液体的结构设计，使得冷却工质能够进入到高速旋转的搅液体内，并且能让冷却工质在高速冲击并受到上壁面的向下挤压而产生一定的液压，从而能够更好得让冷却工质在一定的液压驱使下进入到冷却流道中去，即使冷却工质的整个循环通道会比较长，在不使用其他外部驱动力的情况下，仅仅靠电机工作时转子转轴的转动，用轴端搅液装置也能够满足冷却工质长通道的连续、自动循环。

10. 在上述的轴端搅液装置技术方案中，所述内槽口覆盖第一进液口，内槽口为楔形槽，以让进入到进液空间内的冷却工质能够更顺利地进入到轴端进液通道中；所述下壁面与上壁面的倾斜角度一致，在冷却工质受到上壁面的高速冲击并向下挤压的过程中能更快地从进液空间进入到轴端进液通道；所述进液部在进液开口处的背离转子转动方向由下向上倾斜设置有导斜面，该导斜面能够让搅液体转动冲击到冷却工质时，让冷却工质从搅液环与搅液体的朝向转子转动方向的接触位置下方开始进入到进液空间，在搅液体没入冷却工质的液体里面后将大量冷却工质顺势压入进液空间，再配合转轴高转速，能有效地将大量液态的冷却工质不间断地输入到冷却循环中去；所述轴端搅液装置的搅液环通过热套配合与转轴固定，利用热胀冷缩的原理将搅液环精密地装配到转轴上，降低转轴、轴端搅液装置的生产成本、装配成本及装配难度。

11. 在上述的轴端搅液装置技术方案中，所述进液开口左右两侧的内壁处剖设有导流槽，导流槽为光滑曲面，导流槽的倾斜角度与上壁面的倾斜角度一致，导流槽可以让冷却工质更好得进入到进液空间、轴端进液通道，光滑曲面的导流槽让冷却工质减少流动阻力，导流槽的倾斜角度与上壁面的倾斜角度一致即可以方便冷却工质的流体流动，又能使进液部中导流槽、上壁面和下壁面的设计生产更加合理、方便。

12. 所述搅液体左右两侧的外表面底部与搅液环的连接处设有下连接面，搅液体左右两侧的外表面从下连接面处至搅液体的上表面处设有上连接面；所述下连接面和上连接面均为沿转子转动方向连续延伸的光滑曲面，且在背离转子转动方向上下连接面和上连接面逐渐缩小；所述搅液体的上表面为一平整的平面，所述上表面在背离转子转动方向由下向上倾斜。通过上述结构的设计，能让轴端搅液装置在第一集液腔内在转轴带动下高速转动并将冷却工质搅动起来的时候，能让冷却工质在经过搅液体的冲击后可以沿下连接面、上连接面流动至紧贴搅液环的后方，避免在轴端搅液装置的搅液体附近形成空腔，从而使高速旋转的轴端搅液装置所压入的冷却工质数量不会减少。

13.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

14.在本发明中，术语、“上”、“下”、“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装配关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

15. 此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：

1.本发明的上述方案，通过在转子上设置轴端进液管道、轴端出液管道以及与之相联通的集液腔，设置的冷却流道贯穿转子本体并靠近转子本体的表面，并将冷却腔靠近冷却水套设置，使得冷却作用在转子的表面，使冷却工质直接在电机转子中最需要散热的部位进行高效的散热，巧妙地用物理结构去很好地利用液体的流体特性、液体气化及冷凝后的压力变化等物理特性，实现资源节约和能源节约，避免采用复杂结构才能完成良好的轴承冷却，而且作为冷凝部位的冷却腔与冷却水套相邻，采用了电机本身的冷却水套来对冷却工质进行冷却，不用额外设置其他的冷凝部件，工质冷却腔与冷却水套的接触面积大，冷却效果好。

2. 本发明的上述方案中，冷却工质相变气化时吸热量大，散热效果好，冷却效果得以满足超高速电机功率密度要求，相变的冷却工质以自循环的蒸发冷却方式，不需外部动力，借用现有的定子冷却水套结构进行冷却液化冷介质，结构比较简单；冷却工质液化后自动回流到集液腔，然后再经过轴孔进入冷却循环通路，无需额外设置泵阀装置，系统成本较低，提升了电机转子安全系数。

3. 本发明的上述方案中，通过在转轴的第一进液口处设置轴端搅液装置，让在不使用其他外部驱动力的情况下，仅仅靠电机工作时转子转轴的转动，用轴端搅液装置和转子高速转动的配合也能够满足冷却工质长通道的连续、自动循环；即不需要设置外部的泵阀也不需要设计额外的驱动冷却工质的管道，优化了超高速电机转子冷却结构的整体结构设计，使超高速电机转子冷却结构能用比较简单、合理的结构下就能达成十分优良的散热、冷却效果，轴端搅液装置的本身结构也设计的十分巧妙，能够利用设置在转轴第一进液口处的搅液环、设置在搅液环上的搅液体以及电机工作时高速旋转的转轴，搅液动力来自于转轴的高速旋转。

附图说明

附图1为本发明实施例超高速电机转子冷却结构的平面示意图一；

附图2为本发明实施例超高速电机转子冷却结构的平面示意图二；

附图3为本发明实施例超高速电机转子冷却结构中转子本体的截面示意图；

附图4为本发明实施例超高速电机转子冷却结构中铁芯与磁钢的装配立体示意图；

附图5为本发明实施例超高速电机转子冷却结构中铁芯的平面示意图；

附图6为本发明实施例超高速电机转子冷却结构中冷却腔与冷却水道的位置关系示意图一；

附图7为本发明实施例超高速电机转子冷却结构中冷却腔与冷却水道的位置关系示意图二；

附图8为本发明实施例超高速电机转子冷却结构中端板的立体示意图一；

附图9为本发明实施例超高速电机转子冷却结构中端板的立体示意图二；

附图10为本发明实施例超高速电机转子冷却结构中端板的平面示意图；

附图11为附图10中的A-A剖面示意图；

附图12为本发明实施例轴端搅液装置装配到转轴上的立体示意图；

附图13为本发明实施例轴端搅液装置装配到转轴上的平面示意图；

附图14为附图13中的B-B剖面示意图；

附图15为本发明实施例轴端搅液装置装配到转轴上的侧视图；

附图16为本发明实施例轴端搅液装置的立体示意图；

附图17为本发明实施例轴端搅液装置的侧视图；

附图18为附图17中的C-C剖面示意图；

附图19为本发明实施例轴端搅液装置的主视图；

附图20为本发明实施例轴端搅液装置中搅液体的立体示意图。

以上附图各部位表示如下：

1、转子；

11、转轴；111、第一端；1110、第一中心孔；112、第二端；1120、第二中心孔；

12、转子1本体；121、铁芯；1211、芯槽；122磁钢；123、护套；124、端板；1241、径向凹槽；12411、轴孔进液口；12412、轴孔出液口；1242、环形凹槽；12421、第一腔体；12422、第二腔体；1243、隔挡；1244、端盖板；1245甩液环；12451、搅液筋；1246挡液环；

2、冷却水套；201、冷却水套内的冷却循环介质；

3、集液腔；31、第一集液腔3；32、第二集液腔3；

4、轴端进液管道；41、第一进液口；42、第一出液口；

5、轴端出液管道；51、第二进液口；52、第二出液口；

6、冷却流道；

7、冷却腔；71、液化通道；72、气化通道；

8、轴端搅液装置；

81、搅液环；811、内槽口；

82、搅液体；820、进液部；821、进液空间；8211、进液开口；8212、下壁面；8213、上壁面；8214、导流槽；822、导斜面；823、下连接面；824、上连接面；825、上表面。

9、冷却工质；901、气化状态的冷却工质；902、遇冷液化状态的冷却工质。

具体实施方式

以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。

实施例一

如附图1至附图11所示，本发明实施例一提出了一种超高速电机转子冷却结构，用于超高速电机转子1的冷却，所述电机上设有冷却水套2，所述转子1包括转轴11、转子本体12，转轴11具有第一端111和第二端112。

如附图1所示，本发明实施例一的所述转子冷却结构具备：

集液腔3，集液腔3的数量为两个，分别为第一集液腔31和第二集液腔32，两个集液腔3位于转轴11的两端并且相互之间联通，集液腔3中盛放有冷却工质9；

轴端进液管道4，轴端进液管道4位于转轴11的第一端111，轴端进液管道4在靠近转轴11第一端111的周向上设置有第一进液口41，轴端进液管道4在远离转轴11第一端111的周向上设置有第一出液口42，在所述转轴11的第一进液口41处设置有用于将第一集液腔31中的冷却工质9搅入轴端进液管道4的轴端搅液装置8；

轴端出液管道5，轴端出液管道5位于转轴11的第二端112，轴端出液管道5在靠近转轴11第二端112的周向上设置有第二进液口51，轴端进液管道4在远离转轴11第二端112的周向上设置有第二出液口52；

冷却流道6，冷却流道6沿轴向穿过转子本体12，所述冷却流道6在转子本体12两端设置有径向的径向通道以及周向的环形通道，所述冷却流道6分别与第一出液口42和第二进液口51联通；

冷却腔7，冷却腔7靠近冷却水套2设置，由冷却水套2内循环通过的冷却液对冷却腔7内的冷却工质9进行冷却，冷却腔7位于集液腔3的上方并与两个集液腔3之间相互联通，冷却腔7上设有与第二集液腔32联通的气化通道72、与第一集液腔31联通的液化通道71。

在本发明实施例一中，如附图3至附图5所示，所述转子本体12包括设在转轴11周向上的铁芯121、磁钢122、护套123和端板124，铁芯121套设在转轴11上，在铁芯121的外圆周贴附有磁钢122，磁钢122的外侧设置护套123，端板124位于铁芯121、磁钢122和护套123的两端，这是高速电机转子本体12的其中一种结构，这样结构的表贴转子1在高速工作时，远离转轴11轴心的转子1表面发热严重，因此十分需要该超高速电机转子1冷却结构，以对表贴转子1中的磁钢122进行快速降温，避免磁钢122温度升高后造成电机性能降低、失磁。

本发明实施例一的工作过程可参考如下：参考附图2所示，所述电机转子1内通以可相变的冷却工质9，冷却工质9通过转轴11、左侧的端板124进入轴向及周向的冷却流道6，冷却流道6靠近作为发热体的磁钢122及转子1表面，冷却工质9吸收大量的热能，受热气化发生相变，气体在压力作用下向右侧流动，并通过右侧的端板124及轴孔进入右侧的第二集液腔32，然后通过预设的通道上移至定子冷却水套2上的冷却腔7，气体遇冷液化，回流至左侧的第一集液腔31；冷却工质9在轴端搅流装置的作用下进入轴孔，重新开始冷却循环。

如附图2所示，在本发明实施例一中，所述转轴11的第一端111处开设有沿转轴11轴向设置的第一中心孔1110，在第一中心孔1110处开设有两组前后设置且均沿转轴11周向均匀分布的径向通孔，第一中心孔1110形成轴端进液管道4，靠近转轴11第一端111的径向通孔形成第一进液口41，远离转轴11第一端111的径向通孔形成第一出液口42；所述转轴11的第二端112处开设有沿转轴11轴向设置的第二中心孔1120，在第二中心孔1120处开设有沿转轴11周向均匀分布的径向通孔，靠近转轴11的第二端112开设有轴向通孔，第二中心孔1120形成轴端出液管道5，远离转轴11第二端112的径向通孔形成第二进液口51，轴向通孔形成第二出液口52；轴端进液管道4、轴端进液管道4采用在转轴11上这样的设置方式，可以使转轴11的加工更方便，降低转轴11加工成本，使与轴端进液管道4、轴端进液管道4联通的冷却流道6、集液腔3等部件设计能够更加合理，同样也能对转轴11本身进行冷却，以此来进一步提升冷却效果。

如附图3至附图5所示，在本发明实施例一中，所述铁芯121的外表面沿其环形周向开设有多个均匀分布的芯槽1211，磁钢122贴附在铁芯121外表面相邻芯槽1211之间的区域，磁钢122的外侧套设护套123，单个芯槽1211以及与该芯槽1211相邻的两个磁钢122侧壁、护套123内壁之间形成轴向的冷却流道6。采用这样的结构，适用于带走热量的冷却工质9能尽可能快、尽可能多得流经转子本体12的待散热部位，可以在不用特意去采用热容量高的、昂贵的冷却工质的情况下，就能达到良好的散热、冷却效果。

如附图2所示，在本发明实施例一中，所述端板124上在朝向铁芯121、磁钢122的位置处开设有对应第一出液口42、第二进液口51设置的径向凹槽1241和对应芯槽1211设置的环形凹槽1242，径向凹槽1241与环形凹槽1242相联通，；位于两端的盖板中各自的径向凹槽1241分别与第一出液口42、第二出液口52相联通，径向凹槽1241形成径向的径向通道，环形凹槽1242形成周向的环形通道，环形凹槽1242与芯槽1211联通。冷却工质9能够从转子本体12两端的径向表面的径向凹槽1241处流入环形凹槽1242，再由环形凹槽1242流入转子本体12周向表面的轴向上的冷却流道6，环形凹槽1242与圆周方向上的多条芯槽1211联通，从而形成轴向多条冷却流道6并联、两端各有环形通道汇流的鼠笼型流道构型，冷却工质9流经转子本体12的大部分的散热部位，冷却效果得以满足超高速电机功率密度要求。

在本发明实施例一中，如附图8至附图10所示，所述端板124包括端盖板1244、甩液环1245、挡液环1246、隔挡1243；所述端盖板1244与转轴11、护套123密封连接，径向凹槽1241开设在端盖板1244上，径向凹槽1241具有轴孔进液口12411和轴孔出液口12412；所述端盖板1244在轴孔出液口12412的径向外侧设置挡液环1246，环形凹槽1242由挡液环1246分为位于挡液环1246径向内侧的第一腔体12421、位于挡液环1246径向外侧的第二腔体12422；所述端盖板1244在轴孔出液口12412的径向内侧设置甩液环1245，所述甩液环1245的外表面朝向转子1轴心方向倾斜；在所述径向凹槽1241与环形凹槽1242的连接处设置有用于液位保持的隔挡1243，所述隔挡1243为径向凹槽1241与环形凹槽1242的连接处之间朝径向外侧设置的挡板。采用以上的结构设计，冷却工质9通过径向凹槽1241流入环形凹槽1242，环形凹槽1242自挡液环1246分为第一腔体12421和第二腔体12422两部分；冷却工质9首先流入第一腔体12421，第一腔体12421内侧设有向内倾斜的甩液环1245，在转子1高速旋转时，冷却工质9向右上方甩出，进而进入转子本体12上轴向的冷却流道6内；而未能进入转子本体12上轴向的冷却流道6内的冷却工质9在离心力作用下会被刷入第二腔体12422内，挡液环1246可以限制冷却工质9回流至第一腔体12421，同时在转子1高速旋转下可以迫使冷却工质9二次进入转子1轴向的冷却流道6；在这个结构中，隔挡1243有着液位保持的作用，隔挡1243能防止冷却工质9回流至径向凹槽1241。以上的这个结构是能够用于将冷却工质9更好得输送往径向的冷却流道6并防止冷却工质9回流，在转子1高速旋转时，迫使冷却工质9始终是从第一集液腔31、轴端进液管道4、冷却流道6、轴端出液管道5、第二集液腔32、冷却腔7再到第一集液腔31的有序循环。

实施例二

如附图12至附图20所示，本发明实施例一提出了一种轴端搅液装置，该轴端搅液装置8用于第一方面中的超高速电机转子冷却结构，所述轴端搅液装置8包括：

搅液环81，搅液环81为套设在转轴11上的圆环结构，搅液环81套设在转轴11的第一进液口41处，在搅液环81的内壁上开设有与第一进液口41相联通的内槽口811；

搅液体82，搅液体82为设置在搅液环81周向外表面的凸起结构，搅液体82上设有进液部820，进液部820上设有可供冷却工质9进入的进液空间821，进油空间821在朝向转子1转动方向的一侧形成进液开口8211，进液开口8211与内槽口811相联通，所述进液开口8211上下侧的内壁面处剖设有靠近搅液环81的下壁面8212和远离搅液环81的上壁面8213，上壁面8213朝向转子1转动方向由下向上倾斜，由上壁面8213与下壁面8212之间形成在转子1转动时对进入到进液空间821内的冷却工质9朝向内槽口811、第一进液口41处挤压的搅液结构。

本发明实施例二的工作原理如下：在转子1高速旋转时，带动转轴11上的轴端搅液装置8一起高速旋转，搅液体82上朝向转子1转动方向一侧的进液开口8211在第一集液腔31中搅动并将冷却工质9纳入到进液空间821中，由于搅液体82也是跟随转轴11高速旋转的，进入到进液空间821中的冷却工质9会在朝向转子1转动方向由下向上倾斜设置的上壁面8213的压迫下朝向内槽口811、第一进液口41处挤压，环绕在搅液环81周向的多个搅液体82一直将冷却工质9挤压进轴端进液管道4中，使冷却工质9能够在不需要使用外部泵阀即可源源不断得参与冷却循环。

在本发明实施例二中，所述内槽口811覆盖第一进液口41，内槽口811为楔形槽，以让进入到进液空间821内的冷却工质9能够更顺利得进入到轴端进液通道中；所述下壁面8212与上壁面8213的倾斜角度一致，在冷却工质9受到上壁面8213的高速冲击并向下挤压的过程中能更快得从进液空间821进入到轴端进液通道；所述进液部820在进液开口8211处的背离转子1转动方向由下向上倾斜设置有导斜面822，该导斜面822能够让搅液体82转动冲击到冷却工质9时，让冷却工质9从搅液环81与搅液体82的朝向转子1转动方向的接触位置下方开始进入到进液空间821，在搅液体82没入冷却工质9的液体里面后将大量冷却工质9顺势压入进液空间821，配合转轴11高转速能有效得将大量液态的冷却工质9不间断得输入到冷却循环中去；所述轴端搅液装置8的搅液环81通过热套配合与转轴11固定，利用热胀冷缩的原理讲搅液环81精密得装配到转轴11上，降低转轴11、轴端搅液装置8的生产成本、装配成本及装配难度。

在本发明实施例二中，所述进液开口8211左右两侧的内壁处剖设有导流槽8214，导流槽8214为光滑曲面，导流槽8214的倾斜角度与上壁面8213的倾斜角度一致，导流槽8214可以让冷却工质9更好得进入到进油空间821、轴端进油通道，光滑曲面的导流槽8214让冷却工质9减少流动阻力，导流槽8214的倾斜角度与上壁面8213的倾斜角度一致即可以方便冷却工质9的流体流动，又能使进油部820中导流槽8214、上壁面8213和下壁面8212的设计生产更加合理、方便。

在本发明实施例二中，如附图19和附图20所示，所述搅液体82左右两侧的外表面底部与搅液环81的连接处设有下连接面823，搅液体82左右两侧的外表面从下连接面823处至搅液体82的上表面825处设有上连接面824；所述下连接面823和上连接面824均为沿转子1转动方向连续延伸的光滑曲面，且在背离转子1转动方向上下连接面823和上连接面824逐渐缩小；所述搅液体82的上表面825为一平整的平面，所述上表面825在背离转子1转动方向由下向上倾斜。通过上述结构的设计，能让轴端搅液装置8在第一集液腔31内在转轴11带动下高速转动并将冷却工质9搅动起来的时候，能让冷却工质9在经过搅液体82的冲击后可以沿下连接面823、上连接面824流动至紧贴搅液环81的后方，避免在轴端搅液装置8的搅液体82附近形成空腔，从而使高速旋转的轴端搅液装置8所压入的冷却工质9数量不会减少。

针对上述实施例，本发明可能产生的变化描述如下：

1.在上述实施例一中，所述轴端搅液装置8也可以采用除实施例二以外的其他结构，比如采用类似于水车结构等。

2.在上述实施例一中，所述第一出液口42、第二进液口51以及第一进液口41均为转轴11上的径向通孔，但是本发明不以此为限，第一出液口42、第二进液口51以及第一进液口41也可以是斜向设置的通孔。

3. 在上述实施例一中，可参考附图6所示，所述冷却水套2的一侧紧贴冷却腔7设置，当冷却水套2为一侧紧贴冷却腔7设置时，冷却水套2的水道流经冷却腔7的一侧，已经能够满足在冷却腔7中气体的遇冷液化的效果。可参考附图7所示，所述冷却水套2环绕冷却腔7设置，当冷却水套2为环绕冷却腔7设置时，冷却水套2的水道是环绕冷却腔7一圈设置的，其冷凝效果更为突出，能够更快速得将冷却腔7中气化的冷却工质9迅速液化，从而使液化的冷却工质9迅速补充到第一集液腔31中。

4.在上述实施例一中，所述第一集液腔31和第二集液腔32之间由管路联通以保持液位平衡，该管路可以设置在整个电机的下方，也可以设置在略低于第一集液腔31和第二集液腔32的水平位置，能使液位保持流通能让液位保持平衡即可，本发明不以此为限。

5.在上述实施例一中，如附图8、附图9和附图10所示，在倾斜的甩液环1245的表面加设有搅液筋12451，搅液筋12451相当于风扇的扇叶，可以把冷却液体给带动起来；当液体旋转时遇到搅液筋12451会飞溅起来，液体在离心力作用下甩入轴向的冷却流道6。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种超高速电机转子冷却结构，用于超高速电机转子（1）的冷却，所述电机上设有冷却水套（2），所述转子（1）包括转轴（11）、转子本体（12），转轴（11）具有第一端（111）和第二端（112），其特征在于：

所述转子冷却结构具备：

集液腔（3），集液腔（3）的数量为两个，分别为第一集液腔（31）和第二集液腔（32），两个集液腔（3）位于转轴（11）的两端并且相互之间联通，集液腔（3）中盛放有冷却工质（9）；

轴端进液管道（4），轴端进液管道（4）位于转轴（11）的第一端（111），轴端进液管道（4）在靠近转轴（11）第一端（111）的周向上设置有第一进液口（41），轴端进液管道（4）在远离转轴（11）第一端（111）的周向上设置有第一出液口（42），在所述转轴（11）的第一进液口（41）处设置有用于将第一集液腔（31）中的冷却工质（9）搅入轴端进液管道（4）的轴端搅液装置（8）；

轴端出液管道（5），轴端出液管道（5）位于转轴（11）的第二端（112），轴端出液管道（5）在靠近转轴（11）第二端（112）的周向上设置有第二进液口（51），轴端出液管道（5）在远离转轴（11）第二端（112）的周向上设置有第二出液口（52）；

冷却流道（6），冷却流道（6）沿轴向穿过转子本体（12），所述冷却流道（6）在转子本体（12）两端设置有径向的径向通道以及周向的环形通道，冷却流道（6）分别与第一出液口（42）和第二进液口（51）联通；

冷却腔（7），冷却腔（7）靠近冷却水套（2）设置，由冷却水套（2）内循环通过的冷却液对冷却腔（7）内的冷却工质（9）进行冷却，冷却腔（7）位于集液腔（3）的上方并与两个集液腔（3）之间相互联通，冷却腔（7）上设有与第二集液腔（32）联通的气化通道（72）、与第一集液腔（31）联通的液化通道（71）。

2.根据权利要求1所述的一种超高速电机转子冷却结构，其特征在于：所述转子本体（12）包括设在转轴（11）周向上的铁芯（121）、磁钢（122）、护套（123）和端板（124），铁芯（121）套设在转轴（11）上，在铁芯（121）的外圆周贴附有磁钢（122），磁钢（122）的外侧设置护套（123），端板（124）位于铁芯（121）、磁钢（122）和护套（123）的两端。

3.根据权利要求2所述的一种超高速电机转子冷却结构，其特征在于：所述转轴（11）的第一端（111）处开设有沿转轴（11）轴向设置的第一中心孔（1110），在第一中心孔（1110）处开设有两组前后设置且均沿转轴（11）周向均匀分布的径向通孔，第一中心孔（1110）形成轴端进液管道（4），靠近转轴（11）第一端（111）的径向通孔形成第一进液口（41），远离转轴（11）第一端（111）的径向通孔形成第一出液口（42）；

所述转轴（11）的第二端（112）处开设有沿转轴（11）轴向设置的第二中心孔（1120），在第二中心孔（1120）处开设有沿转轴（11）周向均匀分布的径向通孔，靠近转轴（11）的第二端（112）开设有轴向通孔，第二中心孔（1120）形成轴端出液管道（5），远离转轴（11）第二端（112）的径向通孔形成第二进液口（51），轴向通孔形成第二出液口（52）。

4.根据权利要求2所述的一种超高速电机转子冷却结构，其特征在于：所述铁芯（121）的外表面沿其环形周向开设有多个均匀分布的芯槽（1211），磁钢（122）贴附在铁芯（121）外表面，磁钢（122）的外侧套设护套（123），单个芯槽（1211）以及与该芯槽（1211）相邻的两个磁钢（122）侧壁、护套（123）内壁之间形成轴向的冷却流道（6）。

5.根据权利要求4所述的一种超高速电机转子冷却结构，其特征在于：所述端板（124）上在朝向铁芯（121）、磁钢（122）的位置处开设有对应第一出液口（42）、第二进液口（51）设置的径向凹槽（1241）和对应芯槽（1211）设置的环形凹槽（1242），径向凹槽（1241）与环形凹槽（1242）相联通，径向凹槽（1241）形成径向的径向通道，环形凹槽（1242）形成周向的环形通道；位于两端的端板（124）中各自的径向凹槽（1241）分别与第一出液口（42）、第二进液口（51）相联通，环形凹槽（1242）与圆周方向上的多条芯槽（1211）联通，从而形成轴向多条冷却流道（6）并联、两端各有环形通道汇流的鼠笼型流道构型。

6.根据权利要求5所述的一种超高速电机转子冷却结构，其特征在于：

所述端板（124）包括端盖板（1244）、甩液环（1245）、挡液环（1246）、隔挡（1243）；

所述端板（124）与转轴（11）、护套（123）密封连接，径向凹槽（1241）开设在端板（124）上，径向凹槽（1241）具有轴孔进液口（12411）和轴孔出液口（12412）；

所述端板（124）在轴孔出液口（12412）的径向外侧设置挡液环（1246），环形凹槽（1242）由挡液环（1246）分为位于挡液环（1246）径向内侧的第一腔体（12421）、位于挡液环（1246）径向外侧的第二腔体（12422）；

所述端板（124）在轴孔出液口（12412）的径向内侧设置甩液环（1245），所述甩液环（1245）的外表面朝向转子中心方向倾斜；

在所述径向凹槽（1241）与环形凹槽（1242）的连接处设置有用于液位保持的隔挡（1243），所述隔挡（1243）为径向凹槽（1241）与环形凹槽（1242）的连接处之间朝径向外侧设置的挡板。

7.根据权利要求1所述的一种超高速电机转子冷却结构，其特征在于：所述冷却腔（7）为一侧紧贴冷却水套（2）设置或者为环绕冷却水套（2）设置。

8.根据权利要求1所述的一种超高速电机转子冷却结构，其特征在于：所述第一集液腔（31）和第二集液腔（32）之间由管路联通以保持液位平衡。

9.一种轴端搅液装置，该轴端搅液装置（8）用于权利要求1至7任一项所述的超高速电机转子冷却结构，其特征在于，在所述转轴（11）的第一进液口（41）处设置轴端搅液装置（8），所述轴端搅液装置（8）包括：

搅液环（81），搅液环（81）为套设在转轴（11）上的圆环结构，搅液环（81）套设在转轴（11）的第一进液口（41）处，在搅液环（81）的内壁上开设有与第一进液口（41）相联通的内槽口（811）；

搅液体（82），搅液体（82）为环绕设置在搅液环（81）周向外表面的凸起结构，搅液体（82）上设有进液部（820），进液部（820）上设有可供冷却工质（9）进入的进液空间（821），进液空间（821）在朝向转子转动方向的一侧形成进液开口（8211），进液开口（8211）与内槽口（811）相联通，所述进液开口（8211）上下侧的内壁面处剖设有靠近搅液环（81）的下壁面（8212）和远离搅液环（81）的上壁面（8213），上壁面（8213）朝向转子转动方向由下向上倾斜，由上壁面（8213）与下壁面（8212）之间形成在转子转动时对进入到进液空间（821）内的冷却工质（9）朝向内槽口（811）、第一进液口（41）处挤压的搅液结构。

10.根据权利要求9所述的一种轴端搅液装置，其特征在于：所述内槽口（811）覆盖第一进液口（41），内槽口（811）为楔形槽；所述下壁面（8212）与上壁面（8213）的倾斜角度一致；所述进液部（820）在进液开口（8211）处的背离转子转动方向由下向上倾斜设置有导斜面（822）；所述搅液环（81）通过热套配合与转轴（11）固定。

11.根据权利要求10所述的一种轴端搅液装置，其特征在于：所述进液开口（8211）左右两侧的内壁处剖设有导流槽（8214），导流槽（8214）为光滑曲面，导流槽（8214）的倾斜角度与上壁面（8213）的倾斜角度一致。

12.根据权利要求9所述的一种轴端搅液装置，其特征在于：所述搅液体（82）左右两侧的外表面底部与搅液环（81）的连接处设有下连接面（823），搅液体（82）左右两侧的外表面从下连接面（823）处至搅液体（82）的上表面（825）处设有上连接面（824）；所述下连接面（823）和上连接面（824）均为沿转子转动方向连续延伸的光滑曲面，且在背离转子转动方向上下连接面（823）和上连接面（824）逐渐缩小；所述搅液体（82）的上表面（825）为一平整的平面，所述上表面（825）在背离转子转动方向由下向上倾斜。

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