CN213754128U - 电机散热结构及使用该结构的气悬浮空压机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电机散热结构及使用该结构的气悬浮空压机。所述的电机散热结构包括外壳、铁芯和设置在电铁芯和外壳之间的水冷套，所述的水冷套由两个相互独立且相互插接的第一齿状部件和第二齿状部件组成，第一齿状部件上设有第一流道，第二齿状部件上设有第二流道，第一流道的入口和第二流道的出口设置在所述外壳的一端，第一流道的出口与第二流道的入口设置在所述外壳的另一端。本实用新型提出的双向错位蛇形流道散热结构解决了电机散热效果不足、易产生局部高温现象的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及空压机技术领域，尤其涉及一种电机散热结构及使用该结构的气悬浮空压机。
背景技术
气悬浮空压机的转速可达到100000rpm以上，超高转速已成为后续空压机的发展趋势。由于需要维持超高转速运行，空压机的电机会产生大量的热量，如不及时散热会导致电机永久损毁。因此，解决气悬浮空压机电机散热的问题是业内亟待解决的技术问题。中国专利CN 204810041U公开了一种解决方案，该方案在定子外壳上设置至少一个直通式冷却介质通道，冷却介质从外壳的一端流到另一端对电机进行散热。这种方案对电机的冷却起到一定的作用，但仍然存在以下问题：流道与电机间的接触面积不足，对于大功率电机而言，难以发挥流道中冷却介质的最大效能，且流道的进出口位置较远，会出现流道起始端冷却介质的温度较低、尾部末端冷却介质的温度较高的现象，导致位于流路末端的电机部件产生局部高温问题，严重时甚至发生器件烧毁现象，不利于电机的长期稳定运行。
实用新型内容
本实用新型提出一种电机散热结构及使用该结构的气悬浮空压机，以解决现有技术中存在的电机散热换热面积不足、温度不均匀的问题。
本实用新型提出的电机散热结构包括外壳和铁芯，还包括一设置在铁芯和外壳之间的水冷套，所述的水冷套由两个相互独立且相互插接的第一齿状部件和第二齿状部件组成，第一齿状部件上设有第一流道，第二齿状部件上设有第二流道，第一流道的入口和第二流道的出口设置在所述外壳的一端，第一流道的出口与第二流道的入口设置在所述外壳的另一端。
优选地，所述第一齿状部件和第二齿状部件的外表面设有蛇形沟槽，所述蛇形沟槽与所述外壳的内侧面形成第一流道和第二流道。
优选地，所述水冷套的内侧设有定位套，所述电机的铁芯通过热套工艺安装于所述水冷套的内侧壁面上，并通过定位套固定铁芯与水冷套的相对位置。
优选地，所述外壳的内侧设有定位环，所述水冷套通过热套工艺安装在所述外壳内侧并通过定位环定位。
优选地，第一流道和第二流道的设计参数满足以下公式：
L=n×l 1+(n+2)×δ+2B (1-1)
l 1 = l 2 + 2B + 3δ (1-2)
其中，n为单边弯折数、l1为长边弯折弧长、l2为短边弯折弧长、B为流道宽度，δ为流道间距，L为水冷套外径的总弧长。
当电机设计功率Q＜5kW时，单边弯折数n≥4。
当电机设计功率Q≥5kW时，单边弯折数n≥7。
当电机设计功率为10kW、水冷套直径为400mm，单边弯折数n=7、长边弯折弧长l1=50mm、短边弯折弧长l2=24mm、流道宽度B=10mm、流道间距δ=2mm。
优选地，所述水冷套的材料采用铜材。
本实用新型还提出一种气悬浮空压机，所述气悬浮空压机采用上述电机散热结构。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1.提出了一种双向错位蛇形冷却流道，大幅增加了冷却流路与电机部件间的接触面积，提升了流道中冷却介质的换热能力；
2.通过将蛇形流道起始端与流出端布置在相邻位置，平衡冷却介质换热过程中的高低温问题，避免了冷却过程中出现的局部高温现象。
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明，其中：
图1为本实用新型带有电机散热结构的电机的剖视图；
图2为冷却液入口与出口的示意图；
图3为第一齿状部件和第二齿状部件未插接时的示意图；
图4为第一齿状部件和第二齿状部件插接后形成水冷套的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本实用新型，并不对本实用新型构成限制。
本实用新型提出一种具有双向错位流道的蛇形流道散热方案解决电机散热效果不足、易产生局部高温现象的问题。
空压机的主要发热部分为电机。如图1所示，电机内部主要部件包括铜绕组3、铁芯4、定位套5、转轴6、径向轴承7、止推轴承8及端盖9等部件，铜绕组3紧密缠绕于铁芯4之上。本实用新型提出的电机散热结构包括外壳1、电机和设置在电机的铁芯和外壳之间的水冷套2。铁芯通过热套工艺安装于水冷套内侧壁面，并通过定位套5固定铁芯与水冷套的相对位置。热套工艺操作如下：先将水冷套加热，水冷套受热后膨胀，将定位套、定子铁芯、定位套按顺序装入水冷套中，水冷套内侧具有凸台10，该凸台对定位套5及定子的铁芯4的位置进行限制，随后待水冷套冷却收缩后，定位套及定子铁芯与水冷套形成紧密配合。
如图2-图4所示，水冷套由两个相互独立且相互插接的第一齿状部件21和第二齿状部件22组成，第一齿状部件上设有第一流道，第二齿状部件上设有第二流道，第一流道的入口211和第二流道的出口222设置在外壳1的一端，第一流道的出口212与第二流道的入口221设置在外壳1的另一端。
优选地，第一齿状部件和第二齿状部件的外表面设有蛇形沟槽，蛇形沟槽与外壳的内侧面形成封闭流动的第一流道和第二流道。
水冷套2也可以通过热套工艺安装于外壳内侧壁面上，并通过外壳内壁上设置的定位环11定位。外壳内壁与水冷套外侧沟槽组成了双向错位的蛇形流道。外壳表面设置有两对蛇形流路的入口与出口，用于引导制冷剂流入与流出水冷套的蛇形流路内对电机进行冷却，如图2所示。
如图3和图4所示，水冷套由第一齿状部件21和第二齿状部件22相互插接在一起组成水冷套2，每一部分具有一个独立的流道，插接后两个独立的流道形成交错换热，即第一流道的入口和第二流道的出口设置在一起，第一流道的出口与第二流道的入口设置在一起。第一齿状部件21和第二齿状部件22相互穿插的蛇形沟槽是在水冷套上通过机加工方式形成的，只要在热套工艺时将流道进出口位置与外壳的进出口对齐即可。第一流道由入口211进入，由出口212流出，第二路流道由入口221进入，由出口222流出。图4显示第一齿状部件21和第二齿状部件22相互插接后的状态。流道的主要设计参数为单边弯折数n、长边弯折弧长l1、短边弯折弧长l2、流道宽度B及流道间距δ，设水冷套外径的总弧长为L，各设计参数需满足关系式（1-1）及（1-2）：
L=n×l 1+(n+2)×δ+2B (1-1)
l 1 = l 2 + 2B + 3δ (1-2)
当电机设计功率Q＜5kW时，单边弯折数n≥4；当电机设计功率Q≥5kW时，单边弯折数n≥7。对于设计功率为10kW、水冷套直径400mm的电机而言，上述各参数最优的值为单边弯折数n=7、长边弯折弧长l1=50mm、短边弯折弧长l2=24mm、流道宽度B=10mm、流道间距δ=2mm。
由换热公式Q=h×A×ΔT可知，换热量Q与对流换热系数h、换热面积A及温差ΔT正比。相对于单一蛇形流路，双向错位蛇形流路的优势主要体现在三个方面：
（1）当对流换热系数h与换热温差ΔT相同时，双向错位蛇形流路布置更为紧凑，能够获得更大的换热面积，因此能够更好地发挥出流路内制冷剂的换热效能；
（2）当对流换热系数h与换热面积A相同时，双向错位蛇形流路由于冷却介质的交叉流动，均衡了冷却介质进出口高低温间的温差，使水冷套表面温度更加均匀，消除了局部高温现象，进一步增加了冷却介质与电机部件间的换热温差，能够获得更大的换热量；
（3）当换热温差ΔT与换热面积A相同时，双向错位蛇形流路将冷却介质分为两路分别进行换热，两路冷却介质在各自流道中流动方向始终相反，冷却介质间相对速度是传统单一蛇形流路的两倍，换热系数h大幅提升，换热效果得到强化。
本实用新型提出的电机散热结构使冷却流路与被散热部件充分换热，在有限空间内最大限度发挥冷却介质的散热性能，同时大幅改善部件表面的温度均匀性，避免局部高温区域的产生，提升电机运行可靠性。
经试验证明，本实用新型提出的电机散热结构应用于气悬浮空压机中能很好地满足100000rpm以上转速的电机散热要求，为设备安全运行提供了保障。
以上所述仅为本实用新型的具体实施方式。应当指出的是，凡在本实用新型构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电机散热结构，包括外壳和铁芯，其特征在于，还包括一设置在电铁芯和外壳之间的水冷套，所述的水冷套由两个相互独立且相互插接的第一齿状部件和第二齿状部件组成，第一齿状部件上设有第一流道，第二齿状部件上设有第二流道，第一流道的入口和第二流道的出口设置在所述外壳的一端，第一流道的出口与第二流道的入口设置在所述外壳的另一端。
2.如权利要求1所述的电机散热结构，其特征在于，所述第一齿状部件和所述第二齿状部件的外表面设有蛇形沟槽，所述蛇形沟槽与所述外壳的内侧面形成第一流道和第二流道。
3.如权利要求1所述的电机散热结构，其特征在于，所述水冷套的内侧设有定位套，所述电机的铁芯通过热套工艺安装于所述水冷套的内侧壁面上，并通过定位套固定铁芯与水冷套的相对位置。
4.如权利要求1所述的电机散热结构，其特征在于，所述外壳的内侧设有定位环，所述水冷套通过热套工艺安装在所述外壳内侧并通过定位环定位。
5.如权利要求1所述的电机散热结构，其特征在于，第一流道和第二流道的设计参数满足以下公式：
L=n×l 1+(n+2)×δ+2B (1-1)
l 1 = l 2 + 2B + 3δ (1-2)
其中，n为单边弯折数、l1为长边弯折弧长、l2为短边弯折弧长、B为流道宽度，δ为流道间距，L为水冷套外径的总弧长。
6.如权利要求5所述的电机散热结构，其特征在于，电机设计功率小于5kW时，单边弯折数n≥4。
7.如权利要求5所述的电机散热结构，其特征在于，电机设计功率大于等于5kW时，单边弯折数n≥7。
8.如权利要求5所述的电机散热结构，其特征在于，电机设计功率为10kW时，水冷套直径为400mm，单边弯折数n=7、长边弯折弧长l1=50mm、短边弯折弧长l2=24mm、流道宽度B=10mm、流道间距δ=2mm。
9.如权利要求1所述的电机散热结构，其特征在于，所述水冷套的材料采用铜材。
10.一种气悬浮空压机，其特征在于，所述气悬浮空压机采用权利要求1-9任一项所述的电机散热结构。
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| CN202022882447.XU CN213754128U (zh) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | 电机散热结构及使用该结构的气悬浮空压机 |
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| CN213754128U true CN213754128U (zh) | 2021-07-20 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114448118A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-05-06 | 江苏嘉轩智能工业科技股份有限公司 | 外转子滚筒电机定子的散热机构 |
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2020
- 2020-12-04 CN CN202022882447.XU patent/CN213754128U/zh active Active
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