CN116526753B - 一种具有复合散热方式的磁悬浮电机及磁悬浮鼓风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有复合散热方式的磁悬浮电机及磁悬浮鼓风机，在磁悬浮电机中，转子的一端安装有散热叶轮，用于为轴向磁轴承、后径向磁轴承、定子和转子提供散热风，散热叶轮的外部设置有尾端集流器；散热叶轮产生的散热风依次经过保护轴承固定件上开设的第一散热孔、轴向磁轴承上开设第二散热孔、后径向磁轴承的磁极间隙或后径向磁轴承与转子的间隙、定子与转子的间隙，最后由机壳上开设的第二出风口排到磁悬浮电机的外部，构成第一散热通道；磁悬浮电机还包括第二散热通道，用于为前径向磁轴承冷却。通过将不同的散热方式结合，能够满足150KW以上大功率磁悬浮电机的散热要求。

Description

一种具有复合散热方式的磁悬浮电机及磁悬浮鼓风机

技术领域

本发明涉及一种具有复合散热方式的磁悬浮电机及磁悬浮鼓风机，属于磁悬浮电机散热技术领域。

背景技术

磁悬浮电机利用磁力将转子悬浮支承替代原来的机械支承，具有无接触摩擦、高速、低噪、长寿命的特点，广泛应用于电机、风机、泵、压缩机、发电机等多个行业领域，节能降噪效果突出，广泛应用在水泥、造纸、钢铁、化工、污水处理等多个行业。

磁悬浮电机运转会产生热量，而大功率磁悬浮电机的温升问题更为严重，在电机运转的过程中如果不采用合适的散热系统，会导致绕组的温度过高，转子上永磁体会产生退磁现象，影响磁悬浮电机的正常使用。

目前，磁悬浮高速电机转子多采用液体冷却和风冷两种冷却方式。液体冷却虽然冷却效果好，但是对于电机内部的散热效果不佳。风冷的方式结构简单，无污染，但是由于冷却通道设置在转子和定子之间，能够对定转子进行散热，但是存在对前/后径向磁轴承的绕组散热不充分的问题。

对于大功率的磁悬浮的高速电机，尤其针对150KW以上的大功率的磁悬浮电机，采用单一的散热方式难以实现对电机散热的要求。因此，对于本领域技术人员来说，亟需一种复合散热方式来解决磁悬浮电机散热的不充分的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有复合散热方式的磁悬浮电机及磁悬浮鼓风机，在转子上安装散热叶轮，散热叶轮产生的风在第一散热风道中流动，实现对后径向磁轴承、轴向磁轴承、定子和转子的散热；外置风扇产生的风在第二散热风道中进行流动，实现对前径向磁轴承的散热；通过将不同的散热方式结合，能够显著提高磁悬浮电机的散热效果。

本发明的技术方案为：

一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，包括转子、定子、轴向磁轴承、前径向磁轴承、后径向磁轴承；所述转子的非驱动端安装有散热叶轮，用于为轴向磁轴承、后径向磁轴承、定子和转子提供散热风，散热叶轮的外部设置有尾端集流器；

散热叶轮产生的散热风依次经过保护轴承固定件上开设的第一散热孔、轴向磁轴承上开设第二散热孔、后径向磁轴承的磁极间隙或后径向磁轴承与转子的间隙、定子与转子的间隙，最后由机壳上开设的第二出风口排到磁悬浮电机的外部，构成第一散热通道；

具有复合散热方式的磁悬浮电机还包括第二散热通道，用于为所述前径向磁轴承冷却；

外置风扇产生的风依次经过机壳上开设的第一进风口、前径向磁轴承座上的第一进气口、前径向磁轴承的两侧或前径向磁轴承与转子的间隙、前径向磁轴承座上的第一出气口，最后由机壳上开设第一出风口排到磁悬浮电机的外部，从而构成第二散热通道。

根据本发明优选的，所述后径向磁轴承的外部设置有后径向磁轴承座，所述后径向磁轴承座上开设有第四散热孔，

轴向磁轴承的外部设置有轴向磁轴承座，所述轴向磁轴承座上开设有第三散热孔；

散热叶轮产生的风依次经过第三散热孔、第四散热孔、后径向磁轴承与定子的间隙、定子与转子之间的间隙，最后由第二出风口排出，从而形成第三散热通道。

根据本发明优选的，所述机壳内部开设有螺旋水道，用于为定子和转子散热。

根据本发明优选的，所述第一进气口和第一出气口相对设置在前径向磁轴承座上。

根据本发明优选的，前径向磁轴承座的内部由外到内依次套装设置有前位移传感器支架、前径向磁轴承和前径向磁轴承挡板；前径向磁轴承挡板用于阻挡第一散热通道、第二散热通道的风进入到前径向磁轴承中。

根据本发明优选的，前径向磁轴承挡板为圆形结构，前径向磁轴承挡板通过螺栓固定在前径向磁轴承座上。

根据本发明优选的，所述尾端集流器包括相互连通的上集气段和下出气段，并且上集气段的直径小于下出气段的直径，

上集气段的顶部开设上进气口与外界相连通，上集气段的侧壁上开设若干个侧进气口，使得气体能够从上集气段的顶部和侧壁上吸气进入到散热叶轮的进气端；

下出气段固定在散热叶轮的外部，下出气段的侧壁上开设若干个侧出气口；

经过散热叶轮压缩后的气体由侧出气口输出到磁悬浮电机的第三散热通道的第三散热孔，以及由下出气段的进入第一散热通道的第一散热孔。

根据本发明优选的，磁悬浮电机还设置有挡风罩，使得散热叶轮产生的风能够进入第一散热风道和第三散热通道。

根据本发明优选的，尾端集流器的顶部还设置有轴向位移传感器支撑座，轴向位移传感器支撑座用于安装轴向位移传感器，轴向位移传感器用于监测散热叶轮在轴向位置的位移信号。

根据本发明优选的，所述转子的尾端设置有连接轴，所述散热叶轮通过叶轮固定锥固定在连接轴。

一种磁悬浮风机，包括上述具有复合散热方式的磁悬浮电机，转子的驱动端还设置有第二叶轮，第二叶轮的外部设置有蜗壳。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，在电机内部设置散热叶轮，散热叶轮产生的风通过第一散热风道对中流动，实现对后径向磁轴承、轴向磁轴承、定子和转子的散热；为了满足对前径向磁轴承的散热要求，磁悬浮电机在外部设置外置风扇，外置风扇产生的风在第二散热风道中进行流动，实现对前径向磁轴承的散热。同时，本发明还在机壳上设置螺旋水道，通过在机壳内部开设水道，能够减低机壳的温度，起到为电机转子和转子散热的效果。通过将不同的散热方式结合，能够显著提高磁悬浮电机的散热效果，满足150KW以上大功率磁悬浮高速电机的需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种具有复合散热方式的磁悬浮电机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的尾端集流器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的机壳的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第一散热通道和第三散热通道的局部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种具有复合散热方式的磁悬浮风机的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的前径向磁轴承挡板的结构示意图。

1、散热叶轮，2、叶轮固定锥，3、轴向位移传感器支撑座，4、尾端集流器，5、上进气口，6、侧进气口，7、挡风罩，8、轴向磁轴承座，9、后径向磁轴承座，10、后径向磁轴承，11、螺旋水道，12、机壳，13、前径向磁轴承挡板，14、第一进风口，15、前径向磁轴承座，16、背板，17、蜗壳，18、径向位移传感器，19、第一出风口，20、第二出风口，21、转子，22、推力盘，23、侧出气口，24、连接轴，25、轴向磁轴承，26、前径向磁轴承，27、定子，28、保护轴承固定件，29、第一散热孔，30、第二散热孔，31、第三散热孔，32、第四散热孔，33、第一进气口，34、第一出气口，35、第二叶轮。

具体实施方式

下面将以图示揭露本申请的若干个实施方式，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本申请的一部分说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明是用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要说明，除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下、左、右等方向均是以本申请实施例图1所示的上、下、左、右等方向为准，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应随之改变。本申请使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，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发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以互相结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求保护的范围之内。

实施例1

本实施例提供一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，如图1和图4所示，包括转子21、定子27、轴向磁轴承25、前径向磁轴承26、后径向磁轴承10，转子21外部由左到右依次套装有前径向磁轴承26、定子27、后径向磁轴承10、轴向磁轴承25和保护轴承；转子21的非驱动端安装有散热叶轮1，用于为轴向磁轴承25、后径向磁轴承10、定子27和转子21提供散热风，散热叶轮1的外部设置有尾端集流器4；散热叶轮1固定安装在转子21的非驱动端，散热叶轮1与转子21同心安装。其中保护轴承的外部设置有保护轴承固定件28；

散热叶轮1产生的散热风依次经过保护轴承固定件28上开设的第一散热孔29、轴向磁轴承25上开设第二散热孔30、后径向磁轴承10的磁极间隙或后径向磁轴承10与转子21的间隙、定子27与转子21的间隙，最后由机壳12上开设的第二出风口20排到磁悬浮电机的外部，构成第一散热通道；具体的，机壳12上可以根据散热需要设置多个第二出风口20；第一散热孔29和第二散热孔30的可根据环绕设置在保护轴承固定件28或轴向磁轴承25的四周。

具有复合散热方式的磁悬浮电机还包括第二散热通道，用于为前径向磁轴承26冷却；

外置风扇产生的风依次经过机壳12上开设的第一进风口14、前径向磁轴承座15上开设的第一进气口33、前径向磁轴承26的两侧或前径向磁轴承26与转子21的间隙、前径向磁轴承座15上开设的第一出气口34，最后由机壳12上开设的第一出风口19排到磁悬浮电机的外部，从而构成第二散热通道。

本申请所提供的具有复合散热方式的磁悬浮电机在使用时，先利用前径向磁轴承26和后径向磁轴承10将转子21悬浮，然后给定子27绕组供电，驱动转子21旋转，转子21转动从而带动非驱动端的散热叶轮1转动，在散热叶轮1的进气端产生负压，散热叶轮1转动时在尾端集流器4的作用下，使得外界风从散热叶轮1的进气端进入，从散热叶轮1的出气端排出，再经过第一散热通道的入口端、第三散热通道的入口端进入电机内部，最后从机壳12上开设的第二出风口20排出，实现整个磁悬浮电机中后径向磁轴承10、轴向磁轴承25以及电机转子和定子27的冷却，冷却效果更好。同时，本申请在机壳12上还是设置有第二散热通道，用于对前径向磁轴承26的散热，同时防止后端的热风对前径向磁轴承26的影响，对前径向磁轴承26的散热效果更佳。

实施例2

本实施例提供一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，如图4所示，与实施例1的区别之处在于：

后径向磁轴承10的外部设置有后径向磁轴承座9，后径向磁轴承座9上开设有第四散热孔32，转子上还设置有第二位移传感器支架，径向位移传感器18固定在第二位移传感器支架上，径向位移传感器18用于监测转子的径向位移信号。

轴向磁轴承25的外部设置有轴向磁轴承座8，轴向磁轴承座8上开设有第三散热孔31；轴向磁轴承25包括两个磁极，两个磁极设置在推力盘22的两侧，推力盘22套装在转子21上。通过改变轴向磁轴承25中磁极线圈的励磁电流，改变轴向磁轴承25对推力盘22的作用力。

散热叶轮1产生的风依次经过第三散热孔31、第四散热孔32、后径向磁轴承10与定子27的间隙、定子27与转子21之间的间隙，最后由第二出风口20排出，从而形成第三散热通道。第二出风口20可以根据实际的需要再机壳12上开设若干个。

第三散热通道与第一散热通道相协调，能够保证对磁悬浮电机中后径向磁轴承10、电机转子21和定子27的散热效果。

实施例3

本实施例提供一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，与实施例1的区别之处在于：

机壳12内部开设有螺旋水道11，用于为定子27和转子21散热。针对大功率的磁悬浮电机来说，电机运转会导致转子21和定子27的温度较高，进而导致机壳12温度较高，采用外置风扇风冷散热或者散热叶轮1进行散热对于往往达不到散热的效果。通过在机壳12内部开设水道，能够减低机壳12的温度，起到为电机转子和转子21散热的效果。

本发明散热叶轮1通过转动将风吸入到机壳内部，外界的进入的温度相对低的空气，能够更好的对轴向磁轴承25和后径向磁轴承10进行散热，经过轴向磁轴承25和后径向磁轴承10的气体温度升高，则对定子27和转子21的冷却效果变弱。此时，通过在机壳12上设置螺旋水道11能够保证对转子21和定子27的散热效果。因此这种通过散热叶轮1吹风散热的方式，能够避免

实施例4

本实施例提供一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，如图3所示，与实施例1的区别之处在于：

第一进气口33和第一出气口34相对设置在前径向磁轴承座15上。机壳上设置的第一进风口14与第一进气口33的位置相对应，机壳上设置的第一出风口19与第一出气口34的位置相对应，外置风扇的风经过第一进风口14、第一进气口33进入，再经过第一出气口34、第一出风口19排出，能够延长第二风冷通道的路径，使得风能够充分对前径向磁轴承26进行冷却。

实施例5

本实施例提供一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，如图1所示，与实施例1的区别之处在于：

前径向磁轴承26外侧设置有前径向磁轴承座15，前径向磁轴承座15套装在机壳12的内部，前径向磁轴承座15的内部由外到内依次套装设置有前位移传感器支架、前径向磁轴承26和前径向磁轴承挡板13；前位移传感器支架用于安装径向位移传感器18，前径向磁轴承挡板13用于阻挡第一散热通道、第二散热通道的风进入到前径向磁轴承26中。首先，前径向磁轴承挡板13能够对前径向磁轴承起到固定的作用，通过螺栓将前径向磁轴承26固定在上前径向磁轴承挡板13，前径向磁轴承挡板13与前径向磁轴承座15相连接，其次，设置前径向磁轴承挡板13能够避免来自电机另一端的热风弥散到前径向磁轴承挡板13中影响前径向磁轴承26的散热效果；再者，外置风扇提供的风能够更好对前径向磁轴承26进行冷却。

实施例6

本实施例提供一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，如图3所示，与实施例5的区别之处在于：

如图6所示，前径向磁轴承挡板13为圆形结构，挡板上未设置排气孔，前径向磁轴承挡板13通过螺栓固定在前径向磁轴承座15上。

实施例7

本实施例提供一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，如图2所示，与实施例2的区别之处在于：

尾端集流器4包括相互连通的上集气段和下出气段，并且上集气段的直径小于下出气段的直径，

上集气段的顶部开设上进气口5与外界相连通，上集气段的侧壁上开设若干个侧进气口6，使得气体能够从上集气段的顶部和侧壁上吸气进入到散热叶轮1的进气端；

下出气段固定在散热叶轮1的外部，下出气段的侧壁上开设若干个侧出气口23；

经过散热叶轮1压缩后的气体由侧出气口23输出到磁悬浮电机的第三散热通道的第三散热孔31，以及由下出气段的进入第一散热通道的第一散热孔29。

实施例8

本实施例提供一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，与实施例2的区别之处在于：

如图1所示，磁悬浮电机还设置有挡风罩7，使得散热叶轮1产生的风能够进入第一散热风道和第三散热通道。具体的，挡风罩7的形状可以为筒状结构，挡风罩7的一端可以固定在电机的机壳12上，挡风罩7的另一端可以固定在尾端集流器4上。

实施例9

本实施例提供一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，与实施例1的区别之处在于：

尾端集流器4的顶部还设置有轴向位移传感器支撑座3，轴向位移传感器支撑座3用于安装轴向位移传感器，轴向位移传感器用于监测散热叶轮1在轴向位置的位移信号。将轴向位移传感器安装在尾端集流器4的外部，通过检测散热叶轮1的轴向位置实现对转子21轴向位置的检测，由于风从轴向位移传感器支撑座3进入到尾端集流器4，风的温度相对较低，能够避免轴向位移传感器的温度漂移。

实施例10

本实施例提供一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，与实施例1的区别之处在于：

转子21的尾端设置有连接轴24，散热叶轮1通过叶轮固定锥2固定在连接轴24。为了降低转子21的重量，通常需要在转子21的中心由一端开设减重孔，通过连接轴24连接时，能够大大增加转子21上开设减重孔的孔径，更好的满足对转子21重量的要求。连接轴24的一端与散热叶轮1相连接，连接轴24的另一端与转子21固定连接，可以将与散热叶轮1相连接的轴的直径大于与转子21相连接的轴的直径。

实施例11

本实施例提供一种磁悬浮风机，如图5所示，包括实施例1-10任一项所提供的具有复合散热方式的磁悬浮电机，转子的驱动端还设置有第二叶轮35，第二叶轮35的外部设置有蜗壳17，蜗壳17固定在背板16的上，背板16的另一面与前径向磁轴承座15固定连接。

上述说明示出并描述了本申请的优选实施方式，但如前对象，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文对象构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，其特征在于，包括转子、定子、轴向磁轴承、前径向磁轴承、后径向磁轴承；所述转子的非驱动端安装有散热叶轮，用于为轴向磁轴承、后径向磁轴承、定子和转子提供散热风，散热叶轮的外部设置有尾端集流器；

散热叶轮产生的散热风依次经过保护轴承固定件上开设的第一散热孔、轴向磁轴承上开设第二散热孔、后径向磁轴承的磁极间隙、后径向磁轴承与转子的间隙、定子与转子的间隙，最后由机壳上开设的第二出风口排到磁悬浮电机的外部，构成第一散热通道；

磁悬浮电机还包括第二散热通道，用于为所述前径向磁轴承冷却；

外置风扇产生的风依次经过机壳上开设的第一进风口、前径向磁轴承座上的第一进气口、前径向磁轴承的两侧、前径向磁轴承与转子的间隙、前径向磁轴承座上的第一出气口，最后由机壳上开设第一出风口排到磁悬浮电机的外部，从而构成第二散热通道；

前径向磁轴承座的内部由外到内依次套装设置有前位移传感器支架、前径向磁轴承和前径向磁轴承挡板；前径向磁轴承挡板用于阻挡第一散热通道和第二散热通道中的风相互扩散；

所述尾端集流器的顶部还设置有轴向位移传感器支撑座，轴向位移传感器支撑座用于安装轴向位移传感器，轴向位移传感器用于监测散热叶轮在轴向位置的位移信号，通过检测散热叶轮的轴向位置实现对转子轴向位置的检测。

2.根据权利要求1所述的一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，其特征在于，所述后径向磁轴承的外部设置有后径向磁轴承座，所述后径向磁轴承座上开设有第四散热孔，

轴向磁轴承的外部设置有轴向磁轴承座，所述轴向磁轴承座上开设有第三散热孔；

散热叶轮产生的风依次经过第三散热孔、第四散热孔、后径向磁轴承与定子的间隙、定子与转子之间的间隙，最后由第二出风口排出，从而形成第三散热通道。

3.根据权利要求1所述的一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，其特征在于，所述机壳内部开设有螺旋水道，用于为定子和转子散热。

4.根据权利要求1所述的一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，其特征在于，所述第一进气口和第一出气口相对设置在前径向磁轴承座上。

5.根据权利要求1所述的一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，其特征在于，前径向磁轴承挡板为圆形结构，前径向磁轴承挡板通过螺栓固定在前径向磁轴承座上。

6.根据权利要求2所述的一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，其特征在于，所述尾端集流器包括相互连通的上集气段和下出气段，并且上集气段的直径小于下出气段的直径，

上集气段的顶部开设上进气口与外界相连通，上集气段的侧壁上开设若干个侧进气口，使得气体能够从上集气段的顶部和侧壁上吸气进入到散热叶轮的进气端；

下出气段固定在散热叶轮的外部，下出气段的侧壁上开设若干个侧出气口；

经过散热叶轮压缩后的气体由侧出气口输出到磁悬浮电机的第三散热通道的第三散热孔，以及由下出气段的进入第一散热通道的第一散热孔。

7.根据权利要求2所述的一种具有复合散热方式的磁悬浮电机，其特征在于，磁悬浮电机还设置有挡风罩，使得散热叶轮产生的风能够进入第一散热风道和第三散热通道。

8.一种磁悬浮风机，包括根据权利要求1-7任一项所述的具有复合散热方式的磁悬浮电机，其特征在于，转子的驱动端还设置有第二叶轮，第二叶轮的外部设置有蜗壳。