CN113653664A - 一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，包括套筒式壳体和设置于套筒式壳体内的电机总成，其特征在于，所述电机总成与套筒式壳体之间设置有外风道；所述电机总成包括转子组件，所述转子组件外缘设置有内风道。磁轴承组件与护套外径一致，可得到外轮廓平滑过渡的一体式转子，这对气流流通具备显著优化，使得风机在工作过程中能够利用轴向气流迅速带走转子组件产生的热量，以此保持附近热量在一定范围内，当转子转速较低时，气流从内风道向外风道流动，外风道中的气流将内风道热量带离套筒式壳体；而当转子转速较高时，气流从外风道向内风道流动，外风道中的气流叠加内风道气流，共同对转子组件热量带离套筒式壳体。

Description

一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构

技术领域

本发明涉及压缩机生产制造技术领域，尤其是涉及一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构。

背景技术

轴流通风机广泛地应用于各种通风系统中，轴流通风机中的电机在工作中会产生大量的热量，使轴流通风机整体温度升高。目前市场上的轴流风机的散热方法主要有以下几种，其一是空气冷却，空气冷却的高速电机系统无漏液问题，维护方便，但冷却效率很低，电机体积大；液套冷却采用油或水-乙二醇作为冷却介质，一般与转子自扇风冷合用；其二是蒸发冷却，蒸发冷却采用R123等工质作为冷却介质，冷却效率最高，但维护困难。其三是液套冷却，液套冷却采用油或水-乙二醇作为冷却介质，一般与转子自扇风冷合用。其中，液套定子冷却与自扇转子冷却相结合的方案采用最为广泛，技术也较为成熟。

例如中国专利文献（公告号：CN11711320A）公开了“一种液套式防尘冷却结构”，用于永磁电机防尘及冷却，包括防护风罩和散热翅片，防护风罩安装在永磁电机的定子和转子之间，端部和散热翅片配合连接；散热翅片固定在定子端部，将定子线圈包覆，防护风罩与转子之间形成冷却风道，冷却风经冷却风道进行流动，从散热翅片流出，对转子、定子进行冷却；所述散热翅片外表面设置有扰流结构，利于气体流通，内部中空，设有循环冷却液。

上述技术方案将冷却风与定子、定子线圈完全分隔，可以避免灰尘堆积在线圈上，对电机造成影响，风冷与液冷配合冷却，提升冷却效果。但该方案中仅能将转子表面的热量带走，散热效果不够理想，却无法解决转子整体高热的问题。

发明内容

针对背景技术中提到的无法完全转子散热效果不理想的问题，本发明提供了一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，利用设置于转子组件内外的内风道和外风道对电机转子进行双重冷却，并通过内风道与外风道之间的气流流通进一步提升转子组件的散热效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，包括套筒式壳体和设置于套筒式壳体内的电机总成，其特征在于，所述电机总成与套筒式壳体之间设置有外风道；所述电机总成包括转子组件，所述转子组件外缘设置有内风道。所述套筒式壳体前端安装有进口导叶调节组件，所述外风道属于外层通风，自进口导叶调节组件贯穿套筒式壳体，最后延伸至安装于套筒式壳体后端的扩张管出口，能够利用来自风机进口的气流对整个套筒式壳体及转子组件进行气动冷却。而内风道由转子组件端部开始，贯穿整个电机总成后汇入扩张管出口，利用冲击转子组件的风压能量对转子进行排风冷却，内风道与外风道配合，最大程度的利用轴向气流对电机总成内外进行排风，显著提升散热能力。

作为优选，所述转子组件包括磁体核心和设置于磁体核心两侧的半轴组件，所述半轴组件包括前半轴与后半轴，所述前半轴的前端设置有散热叶轮，所述后半轴的后端设置有动叶轮。磁体核心为永磁体，用于为风机提供运行磁场，配合套设于转子外部的定子工作实现轴向送风。而前半轴与后半轴分别设置于磁体核心前后两侧，共同组成转子组件，这种永磁式转子能够避免感生电流产生，不存在转子电阻和磁滞损耗，提高了电机效率。另外，由于磁悬浮永磁电机结构布局较为复杂，同时对温度敏感性也较高，具体来说，在温度较高时，其导磁性能可能会下降，或发生退磁现象。因此本申请采用散热叶轮与动叶轮配合的方案对转子组件进行降温，实现转子组件在运行过程中自动冷却，以此提升转子组件的性能稳定性。

作为优选，所述转子组件上套接设置有电机定子，所述内风道沿散热叶轮至动叶轮，所述内风道包括电机定子与转子组件之间的第一间隙。气流从电机定子与转子组件之间掠过，有效带走电机总成产生的热量。

作为优选，所述磁体核心上套设有护套，所述前半轴和后半轴上均套设有磁轴承组件，磁轴承组件外径与护套外径相同。所述护套用于保护磁体核心，而设置于前半轴与后半轴上的磁轴承组件则作为磁悬浮轴承的部件，用于实现转子组件的悬浮运行。由于磁轴承组件与护套外径一致，可得到外轮廓平滑过渡的一体式转子，这对气流流通具备显著优化，使得风机在工作过程中能够利用轴向气流迅速带走转子组件产生的热量，以此保持附近热量在一定范围内，实现第二发明目的。

进一步的，所述磁轴承组件包括匹配于径向磁轴承转子的径向磁轴承定子，所述径向磁轴承转子靠近磁体核心的一侧设置有隔套，所述径向磁轴承转子远离磁体核心的一侧设置有径向磁轴承限位体，磁轴承组件具备独立磁场。所述磁轴承组件不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点。径向磁轴承转子套设于电机的转子组件上，配合径向磁轴承定子产生可控电磁力将转子组件悬浮起来，径向磁轴承定子上设置有若干传感器，以连续监测转子的位置变化情况。从传感器中输出的信号，借助于电子控制系统，校正通过电磁铁的电流，从而控制电磁铁的吸引力，使转轴在稳定平衡状态下运转，并达到一定的精度要求。磁轴承相较于传统轴承能够避免对内风道气流流动造成阻碍。

作为优选，所述内风道还包括径向磁轴承定子与径向磁轴承转子之间的第二间隙。内风道还从前半轴以及后半轴上的磁轴承组件内部掠过，进一步提升转子组件的散热能力。

进一步的，所述磁体核心与前半轴之间设置有第一隔磁环，所述磁体核心与后半轴之间设置有第二隔磁环，所述磁体核心通过第一隔磁环固定连接前半轴，所述磁体核心通过第二隔磁环固定连接后半轴。所述第一隔磁环主要用于隔绝磁体核心与磁轴承转子各自磁场，确保磁轴承组件与电极总成的磁场独立互不影响。另外，第一隔磁环还作为前半轴与磁体核心的衔接件，可采用胶接、榫卯连接等方式固定连接，确保三者连为一体，避免高速转子在运行过程中发生解体。第二隔磁环作用类似于第一隔磁环，实现磁体核心与后半轴的固定连接。第一隔磁环与第二隔磁环将连为一体的转子组件具备三个互不影响的独立磁场，以保证磁悬浮转子的高速运转性能。

作为优选，所述套筒式壳体前端设置有冷却风罩，所述冷却风罩中部设置有通风孔，所述通风孔后部设置有恒流壁，所述恒流壁对应于散热叶轮外缘设置，所述冷却风罩设置有弧形外壁。所述冷却风罩作为气流的分流部件，大部分气流自弧形外壁导引进入外风道，弧形外壁明显减小气流摩擦，降低气流动能损失。而冲击于转子组件的气流则进入通风孔内，气流进入通风孔后，在散热叶轮的高速旋转下进入恒流壁并产生气旋，气旋在恒流壁的导引下流速显著提升，进而对转子组件进行排风散热。

作为优选，所述套筒式壳体侧壁上设置有连通于内风道的出线口，所述出线口侧壁设置有连通于外风道的过孔。所述出线口用于磁轴承组件的线束布置，出线口上的过孔则连通外风道与内风道，在气流流动过程中，当转子转速较低时，气流从内风道向外风道流动，外风道中的气流将内风道热量带离套筒式壳体；而当转子转速较高时，气流从外风道向内风道流动，外风道中的气流叠加内风道气流，共同对转子组件热量带离套筒式壳体。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）磁轴承组件与护套外径一致，可得到外轮廓平滑过渡的一体式转子，这对气流流通具备显著优化，使得风机在工作过程中能够利用轴向气流迅速带走转子组件产生的热量，以此保持附近热量在一定范围内；（2）磁轴承组件配合电机定子为内风道气流的流通提供通路，有效提升转子散热效果；（3）当转子转速较低时，气流从内风道向外风道流动，外风道中的气流将内风道热量带离套筒式壳体；而当转子转速较高时，气流从外风道向内风道流动，外风道中的气流叠加内风道气流，共同对转子组件热量带离套筒式壳体。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中转子组件的结构示意图。

图中：100、电机总成，101、扩张管，200、进口导叶调节组件，1、套筒式壳体，11、外风道，2、转子组件，21、内风道，3、前半轴，31、散热叶轮，32、第一隔磁环，4、后半轴，41、动叶轮，42、第二隔磁环，5、磁体核心，51、护套，6、径向磁轴承转子，61、隔套，62、径向磁轴承限位体，63、径向磁轴承定子，64、第二间隙，7、电机定子，71、第一间隙，8、冷却风罩，81、恒流壁，82、通风孔，9、出线口，91、过孔。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。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，旨在用于解释本发明，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”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“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的限制。

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，也可以是电连接；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。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发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，包括套筒式壳体1和设置于套筒式壳体1内的电机总成100，其特征在于，所述电机总成100与套筒式壳体1之间设置有外风道11；所述电机总成100包括转子组件2，所述转子组件2外缘设置有内风道21。所述转子组件2包括磁体核心5和设置于磁体核心5两侧的半轴组件，所述半轴组件包括前半轴3与后半轴4，所述前半轴3的前端设置有散热叶轮31，所述后半轴4的后端设置有动叶轮41。所述转子组件2上套接设置有电机定子7，所述内风道21沿散热叶轮31至动叶轮41，所述内风道21包括电机定子7与转子组件2之间的第一间隙71。所述内风道21还包括径向磁轴承定子与径向磁轴承转子6之间的第二间隙64。

如图2所示，所述套筒式壳体1前端安装有进口导叶调节组件200，所述外风道11属于外层通风，自进口导叶调节组件200贯穿套筒式壳体1，最后延伸至安装于套筒式壳体1后端的扩张管101出口，能够利用来自风机进口的气流对整个套筒式壳体1及转子组件2进行气动冷却。而内风道21由转子组件2端部开始，贯穿整个电机总成100后汇入扩张管101出口，利用冲击转子组件2的风压能量对转子进行排风冷却，内风道21与外风道11配合，最大程度的利用轴向气流对电机总成100内外进行排风，显著提升散热能力。磁体核心5为永磁体，用于为风机提供运行磁场，配合套设于转子外部的定子工作实现轴向送风。而前半轴3与后半轴4分别设置于磁体核心5前后两侧，共同组成转子组件2，这种永磁式转子能够避免感生电流产生，不存在转子电阻和磁滞损耗，提高了电机效率。另外，由于磁悬浮永磁电机结构布局较为复杂，同时对温度敏感性也较高，具体来说，在温度较高时，其导磁性能可能会下降，或发生退磁现象。因此本申请采用散热叶轮31与动叶轮41配合的方案对转子组件2进行降温，实现转子组件2在运行过程中自动冷却，以此提升转子组件2的性能稳定性。气流从电机定子7与转子组件2之间掠过，有效带走电机总成100产生的热量。内风道21还从前半轴3以及后半轴4上的磁轴承组件内部掠过，进一步提升转子组件2的散热能力。

所述磁体核心5上套设有护套51，所述前半轴3和后半轴4上均套设有磁轴承组件，磁轴承组件外径与护套51外径相同。所述护套51用于保护磁体核心5，而设置于前半轴3与后半轴4上的磁轴承组件则作为磁悬浮轴承的部件，用于实现转子组件2的悬浮运行。所述磁轴承组件包括匹配于径向磁轴承转子6的径向磁轴承定子，所述径向磁轴承转子6靠近磁体核心5的一侧设置有隔套61，所述径向磁轴承转子6远离磁体核心5的一侧设置有径向磁轴承限位体，磁轴承组件具备独立磁场。

由于磁轴承组件与护套51外径一致，可得到外轮廓平滑过渡的一体式转子，这对气流流通具备显著优化，使得风机在工作过程中能够利用轴向气流迅速带走转子组件2产生的热量，以此保持附近热量在一定范围内，实现第二发明目的。所述磁轴承组件不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点。径向磁轴承转子6套设于电机的转子组件2上，配合径向磁轴承定子产生可控电磁力将转子组件2悬浮起来，径向磁轴承定子上设置有若干传感器，以连续监测转子的位置变化情况。从传感器中输出的信号，借助于电子控制系统，校正通过电磁铁的电流，从而控制电磁铁的吸引力，使转轴在稳定平衡状态下运转，并达到一定的精度要求。磁轴承能够辅助内风道21气流流动

所述磁体核心5与前半轴3之间设置有第一隔磁环32，所述磁体核心5与后半轴4之间设置有第二隔磁环42，所述磁体核心5通过第一隔磁环32固定连接前半轴3，所述磁体核心5通过第二隔磁环42固定连接后半轴4。所述第一隔磁环32主要用于隔绝磁体核心5与磁轴承转子各自磁场，确保磁轴承组件与电极总成的磁场独立互不影响。另外，第一隔磁环32还作为前半轴3与磁体核心5的衔接件，可采用胶接、榫卯连接等方式固定连接，确保三者连为一体，避免高速转子在运行过程中发生解体。第二隔磁环42作用类似于第一隔磁环32，实现磁体核心5与后半轴4的固定连接。第一隔磁环32与第二隔磁环42将连为一体的转子组件2具备三个互不影响的独立磁场，以保证磁悬浮转子的高速运转性能。

值得注意的是，所述套筒式壳体1前端设置有冷却风罩8，所述冷却风罩8中部设置有通风孔82，所述通风孔82后部设置有恒流壁81，所述恒流壁81对应于散热叶轮31外缘设置，所述冷却风罩8设置有弧形外壁。所述套筒式壳体1侧壁上设置有连通于内风道21的出线口9，所述出线口9侧壁设置有连通于外风道11的过孔91。

所述冷却风罩8作为气流的分流部件，大部分气流自弧形外壁导引进入外风道11，弧形外壁明显减小气流摩擦，降低气流动能损失。而冲击于转子组件2的气流则进入通风孔82内，气流进入通风孔82后，在散热叶轮31的高速旋转下进入恒流壁81并产生气旋，气旋在恒流壁81的导引下流速显著提升，进而对转子组件2进行排风散热。所述出线口9用于磁轴承组件的线束布置，出线口9上的过孔91则连通外风道11与内风道21，在气流流动过程中，当转子转速较低时，气流从内风道21向外风道11流动，外风道11中的气流将内风道21热量带离套筒式壳体1；而当转子转速较高时，气流从外风道11向内风道21流动，外风道11中的气流叠加内风道21气流，共同对转子组件2热量带离套筒式壳体1。

本实施例中，本磁悬浮轴流风机的功率为110kw，气流流经的上通道为∅444mm，下通道∅293mm，流量大，传动效率高；磁悬浮组件每秒钟超过10000次的信号采集和实时校正，精准控制转子轴心位置，采用自平衡技术，振动量比传统轴承小一个量级。其中前半轴32、第一隔磁环32、磁体核心5、第二隔磁环42、后半轴43都是用高强度结构胶粘在一起的；径向轴承限位体、径向磁轴承转子6、磁体核心5两侧的隔套61、护套51、径向磁轴承转子6、径轴向轴承限位体62均是热套在转子上的，配合方式为过盈配合。外缘呈一体式结构的转子组件2能够最大程度的降低对内风道21中气流的外形阻力，确保高速运转的转子组件2能够在外风道11与内风道21的配合下获得优良的散热效果。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，包括套筒式壳体和设置于套筒式壳体内的电机总成，其特征在于，所述电机总成与套筒式壳体之间设置有外风道；所述电机总成包括转子组件，所述转子组件外缘设置有内风道。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，其特征在于，所述转子组件包括磁体核心和设置于磁体核心两侧的半轴组件，所述半轴组件包括前半轴与后半轴，所述前半轴的前端设置有散热叶轮，所述后半轴的后端设置有动叶轮。

3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，其特征在于，所述转子组件上套接设置有电机定子，所述内风道沿散热叶轮至动叶轮，所述内风道包括电机定子与转子组件之间的第一间隙。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，其特征在于，所述磁体核心上套设有护套，所述前半轴和后半轴上均套设有磁轴承组件，磁轴承组件包括径向磁轴承转子，径向磁轴承转子外径与护套外径相同。

5.根据权利要求4所述的一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，其特征在于，所述磁轴承组件包括匹配于径向磁轴承转子的径向磁轴承定子，所述径向磁轴承转子靠近磁体核心的一侧设置有隔套，所述径向磁轴承转子远离磁体核心的一侧设置有径向磁轴承限位体，磁轴承组件具备独立磁场。

6.根据权利要求5所述的一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，其特征在于，所述内风道还包括径向磁轴承定子与径向磁轴承转子之间的第二间隙。

7.根据权利要求2所述的一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，其特征在于，所述磁体核心与前半轴之间设置有第一隔磁环，所述磁体核心与后半轴之间设置有第二隔磁环，所述磁体核心通过第一隔磁环固定连接前半轴，所述磁体核心通过第二隔磁环固定连接后半轴。

8.根据权利要求2所述的一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，其特征在于，所述套筒式壳体前端设置有冷却风罩，所述冷却风罩中部设置有通风孔，所述通风孔后部设置有恒流壁，所述恒流壁对应于散热叶轮外缘设置，所述冷却风罩设置有弧形外壁。

9.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴流风机的电机转子冷却风道结构，其特征在于，所述套筒式壳体侧壁上设置有连通于内风道的出线口，所述出线口侧壁设置有连通于外风道的过孔。

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