CN218582079U - 一种径向电磁轴承散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种径向电磁轴承散热装置，包括：外壳和散热管，所述外壳紧贴于电磁轴承的定子的外壁，外壳上沿轴向均布开设有若干个散热孔，每个散热孔内均插入一个散热管，散热管的其中一个端面与散热孔的其中一个端面平齐并固定连接，散热管的另一个端面伸出散热孔的另一端面形成伸出段。本申请提供了一种提高径向电磁轴承散热效果的装置，其散热效率高，克服了电磁轴承风冷压损较大的弊端，同时不影响电磁轴承的内部电磁场空间分布，保障了绕组线圈的绝缘性能，对径向电磁轴承的长期运行具有重要意义。

Description

一种径向电磁轴承散热装置

技术领域

本实用新型涉及电磁轴承散热技术领域，尤其涉及一种径向电磁轴承散热装置。

背景技术

电磁轴承是典型的机电一体化设备，其采用电磁力支撑转子的方式，相比于传统机械轴承，具有无接触、无磨损、无须润滑的特点，同时还能够实现主动控制。由于电磁轴承的诸多优势，其被应用在高温气冷堆核电厂中。在具有第四代安全特性的高温气冷堆示范电站中，反应堆一回路的关键动力设备主氦风机就采用电磁力支撑转子的方案，保证了一回路冷却剂氦气的清洁性。

电磁轴承运行过程中，绕组线圈发热会产生铜损、交变磁场会产生铁损、与气体摩擦会产生风损，这些损耗都会导致电磁轴承温度的升高。电磁轴承的绕组线圈具有一定绝缘等级限制，比如，F级绝缘，其温度限值为155℃。在反应堆中，倘若电磁轴承最高温度超过绝缘限值，绝缘将失效，将导致反应堆冷却剂循环中断，严重威胁反应堆的安全性和可靠性。

径向电磁轴承作为电磁轴承系统中重要的组成部分，其运行过程中的热量需要及时散掉。目前，在高温气冷堆电磁轴承系统中，径向电磁轴承的散热是依靠主氦风机辅助叶轮驱动的氦气循环实现。如图1所示，径向电磁轴承包括定子3、转子5和绕组线圈4，然而径向轴承定子和转子间隙较小，内部结构紧凑，流经电磁轴承的冷却气体压损较大，散热效果不理想。因此，径向电磁轴承作为机电一体化设备，对绕组线圈的绝缘要求极高，其在反应堆内的长期运行会持续产生热量，导致整个系统的温升，有必要为径向电磁轴承优化散热，及时导出系统运行产生的热量，保证绕组线圈的绝缘材料不会因温度过高而失效。

目前，对电磁轴承的散热都依赖于风冷的形式，其压损较大，长期运行需要多余的设备维持电磁轴承的冷却，其在可靠性要求极高的反应堆中不适用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于高温气冷堆主氦风机的径向电磁轴承散热装置，能提高散热效率，克服电磁轴承风冷压损较大的弊端。

本申请实施例提出一种径向电磁轴承散热装置，包括：外壳和散热管，所述外壳紧贴于电磁轴承的定子的外壁，外壳上沿轴向均布开设有若干个散热孔，每个散热孔内均插入一个散热管，散热管的其中一个端面与散热孔的其中一个端面平齐并固定连接，散热管的另一个端面伸出散热孔的另一端面形成伸出段。

在一些实施例中，还包括水冷套，所述水冷套上沿轴向开设有若干个插孔，插孔的数量与散热管的数量相等，散热管的伸出段插入插孔内，水冷套内部形成通过循环冷却水的通道，通道的入口端和出口端均位于水冷套的外侧壁。

在一些实施例中，所述外壳和水冷套均呈环形柱状结构，水冷套的外径与外壳的外径相等，水冷套的内径与外壳的内径相等。

在一些实施例中，若干个所述散热管的伸出段的长度相等。

在一些实施例中，所述外壳可拆卸连接于电磁轴承的定子的外壁。

在一些实施例中，所述外壳包括第一半圆壳体和第二半圆壳体，第一半圆壳体和第二半圆壳体之间通过紧固件连接成完整的外壳。

在一些实施例中，所述散热管焊接连接于散热孔。

在一些实施例中，所述散热孔的长度与插孔的长度之和等于散热管的长度。

在一些实施例中，所述外壳、水冷套和散热管均为金属材质。

在一些实施例中，所述通道的入口端和出口端分别位于水冷套的外侧壁上相对的两侧。

本实用新型的有益效果为：本申请提供了一种提高径向电磁轴承散热效果的装置，其散热效率高，克服了电磁轴承风冷压损较大的弊端，同时不影响电磁轴承的内部电磁场空间分布，保障了绕组线圈的绝缘性能，对径向电磁轴承的长期运行具有重要意义。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，

其中：

图1为现有技术中的径向电磁轴承的结构示意图；

图2为本申请实施例中的径向电磁轴承散热装置在使用状态下的示意图；

图3为本申请实施例中的径向电磁轴承散热装置的结构示意图；

图4为图3的后视角度的立体示意图；

图5为外壳和散热管的连接示意图；

图6为图5的后视角度的立体示意图；

图7为水冷套的结构示意图；

图8为本申请实施例中的径向电磁轴承散热装置的原理图；

附图标记：

1-外壳；2-散热管；3-定子；4-绕组线圈；5-转子；6-水冷套；7-入口端；8-出口端；9-插孔。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的径向电磁轴承散热装置。

目前，对径向电磁轴承的散热通常依赖外加冷却气体的形式，其需要增加额外供气设备，同时由于电磁轴承内部结构紧凑，间隙较小，风冷的压损较大，其散热效率低，还会产生磁热耦合。由此，本申请实施例提出一种径向电磁轴承散热装置，如图2-7所示，包括：外壳、水冷套和散热管，外壳紧贴于电磁轴承的定子的外壁，外壳上沿轴向均布开设有若干个散热孔，每个散热孔内均插入一个散热管，散热管的其中一个端面与散热孔的其中一个端面平齐并固定连接，散热管的另一个端面伸出散热孔的另一端面形成伸出段。

散热管是用来依靠内部介质发生相变来进行热量传输的部件，散热管具有极好的导热性和相容性，工作介质在其内部发生蒸发以及液化等物理过程。

工作介质是热管中装载的传递热量的工作流体，利用其发生相变时吸收和释放大量的汽化潜热和高速蒸汽流动进行传热。

在一些具体的实施例中，工作介质可以为冷却水。

如图7所示，水冷套上沿轴向开设有若干个插孔，插孔的数量与散热管的数量相等，散热管的伸出段插入插孔内，水冷套内部形成通过循环冷却水的通道，通道的入口端和出口端均位于水冷套的外侧壁。

外壳是散热管的保护壳体，散热管安装在外壳上，外壳要具有较好的导热性能。

在一些具体的实施例中，外壳和散热管均为金属材质。

具体的，外壳和散热管均为导热性好的铝材质或不锈钢材质。

在一些具体的实施例中，外壳和水冷套均呈环形柱状结构，水冷套的外径与外壳的外径相等，水冷套的内径与外壳的内径相等。当散热管的一端插入水冷套后，水冷套与外壳相贴合。

在一些具体的实施例中，若干个散热管的伸出段的长度相等。

在一些具体的实施例中，外壳可拆卸连接于电磁轴承的定子的外壁。通过可拆卸的连接的方式，使得外壳形成可拆分的结构，便于拆装。

在一些具体的实施例中，外壳包括第一半圆壳体和第二半圆壳体，第一半圆壳体和第二半圆壳体之间通过紧固件连接成完整的外壳。具体的，紧固件可以是相互配合的卡扣，也可以是螺栓，使第一半圆壳体和第二半圆壳体形成抱箍的结构，紧固件也可以是其他起到类似功能的部件。该可拆卸的具体结构在图中未标示，属于公知技术。

在一些具体的实施例中，散热管焊接连接于散热孔。

在一些具体的实施例中，散热孔的长度与插孔的长度之和等于散热管的长度。使得散热管插入至水冷套后，散热管的朝外一端的端面与水冷套的朝外的端面平齐。

在一些具体的实施例中，水冷套为金属材质。具体的，可以是导热性好的铝材质或不锈钢材质，可提高散热性能。

在一些具体的实施例中，如图7所示，通道的入口端和出口端分别位于水冷套的外侧壁上相对的两侧。通道的入口端连接进水管，通道的出口端连接出水管，通道内通入循环冷却水，用于将散热管通过水冷的方式散热。

散热管作为散热系统的核心部件，起到热量搬运的功能。在本申请中，所用的散热管分为蒸发区和冷凝区，如图8所示，其中，蒸发区位于插入外壳内的部分，冷凝区位于插入水冷套的部分。径向电磁轴承运行产生的热量，传递至散热管的蒸发区，由于工作介质沸点较低，在吸收热量后成为气相介质，在散热管内部温差的驱使下，气相介质输运至冷凝区变为液相工质，释放热量，经由冷凝区传递至外部。液相工质进入蒸发区继续工作，据此形成热流循环，将电磁轴承传递至蒸发区的热量带出。

整个外壳包围在径向电磁轴承定子外部，沿着径向电磁轴承的磁极将散热管安装在正对磁极的位置。以上布置，既能保证散热结构不影响径向电磁轴承内部正常工作，又能及时导出径向电磁轴承的热量。

将散热管的冷凝区安装在水冷套内，能够使得工作介质在冷凝区液化的时候，将热量传输至外部带走。

以下通过具体的实施例来对本案做进一步阐述。

实施例1

一种径向电磁轴承散热装置，如图2-7所示，包括：外壳、水冷套和散热管，外壳紧贴于电磁轴承的定子的外壁，外壳上沿轴向均布开设有若干个散热孔，每个散热孔内均插入一个散热管，散热管的其中一个端面与散热孔的其中一个端面平齐并焊接固定，散热管的另一个端面伸出散热孔的另一端面形成伸出段。

散热管是用来依靠内部介质发生相变来进行热量传输的部件，散热管具有极好的导热性和相容性，工作介质在其内部发生蒸发以及液化等物理过程。

工作介质是热管中装载的传递热量的工作流体，利用其发生相变时吸收和释放大量的汽化潜热和高速蒸汽流动进行传热。

本实施例中，工作介质为冷却水。

如图7所示，水冷套上沿轴向开设有若干个插孔，插孔的数量与散热管的数量相等，散热管的伸出段插入插孔内，水冷套内部形成通过循环冷却水的通道，通道的入口端和出口端均位于水冷套的外侧壁。

外壳是散热管的保护壳体，散热管安装在外壳上，外壳要具有较好的导热性能。外壳和散热管均为铝材质。

外壳和水冷套均呈环形柱状结构，水冷套的外径与外壳的外径相等，水冷套的内径与外壳的内径相等。当散热管的一端插入水冷套后，水冷套与外壳相贴合。

若干个散热管的伸出段的长度相等。

外壳可拆卸连接于电磁轴承的定子的外壁。通过可拆卸的连接的方式，使得外壳形成可拆分的结构，便于拆装。

在本实施例中，外壳包括第一半圆壳体和第二半圆壳体，第一半圆壳体和第二半圆壳体之间通过紧固件连接成完整的外壳。具体的，紧固件可以是相互配合的卡扣，卡扣的具体结构以及连接方式均为现有技术，在此不做赘述。

散热孔的长度与插孔的长度之和等于散热管的长度。使得散热管插入至水冷套后，散热管的朝外一端的端面与水冷套的朝外的端面平齐。

水冷套为铝材质，可提高散热性能。

如图7所示，通道的入口端和出口端分别位于水冷套的外侧壁上相对的两侧。通道的入口端连接进水管，通道的出口端连接出水管，通道内通入循环冷却水，用于将散热管通过水冷的方式散热。

散热管作为散热系统的核心部件，起到热量搬运的功能。在本申请中，所用的散热管分为蒸发区和冷凝区，如图8所示，其中，蒸发区位于插入外壳内的部分，冷凝区位于插入水冷套的部分。径向电磁轴承运行产生的热量，传递至散热管的蒸发区，由于工作介质沸点较低，在吸收热量后成为气相介质，在散热管内部温差的驱使下，气相介质输运至冷凝区变为液相工质，释放热量，经由冷凝区传递至外部。液相工质进入蒸发区继续工作，据此形成热流循环，将电磁轴承传递至蒸发区的热量带出。

整个外壳包围在径向电磁轴承定子外部，沿着径向电磁轴承的磁极将散热管安装在正对磁极的位置。以上布置，既能保证散热结构不影响径向电磁轴承内部正常工作，又能及时导出径向电磁轴承的热量。

将散热管的冷凝区安装在水冷套内，能够使得工作介质在冷凝区液化的时候，将热量传输至外部带走。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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。在本实用新型的描述中，“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。

在本实用新型中，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种径向电磁轴承散热装置，其特征在于，包括：外壳和散热管，所述外壳紧贴于电磁轴承的定子的外壁，外壳上沿轴向均布开设有若干个散热孔，每个散热孔内均插入一个散热管，散热管的其中一个端面与散热孔的其中一个端面平齐并固定连接，散热管的另一个端面伸出散热孔的另一端面形成伸出段。

2.根据权利要求1所述的径向电磁轴承散热装置，其特征在于，还包括水冷套，所述水冷套上沿轴向开设有若干个插孔，插孔的数量与散热管的数量相等，散热管的伸出段插入插孔内，水冷套内部形成通过循环冷却水的通道，通道的入口端和出口端均位于水冷套的外侧壁。

3.根据权利要求2所述的径向电磁轴承散热装置，其特征在于，所述外壳和水冷套均呈环形柱状结构，水冷套的外径与外壳的外径相等，水冷套的内径与外壳的内径相等。

4.根据权利要求1所述的径向电磁轴承散热装置，其特征在于，若干个所述散热管的伸出段的长度相等。

5.根据权利要求1～4任一项所述的径向电磁轴承散热装置，其特征在于，所述外壳可拆卸连接于电磁轴承的定子的外壁。

6.根据权利要求5所述的径向电磁轴承散热装置，其特征在于，所述外壳包括第一半圆壳体和第二半圆壳体，第一半圆壳体和第二半圆壳体之间通过紧固件连接成完整的外壳。

7.根据权利要求1所述的径向电磁轴承散热装置，其特征在于，所述散热管焊接连接于散热孔。

8.根据权利要求2所述的径向电磁轴承散热装置，其特征在于，所述散热孔的长度与插孔的长度之和等于散热管的长度。

9.根据权利要求2所述的径向电磁轴承散热装置，其特征在于，所述外壳、水冷套和散热管均为金属材质。

10.根据权利要求2所述的径向电磁轴承散热装置，其特征在于，所述通道的入口端和出口端分别位于水冷套的外侧壁上相对的两侧。

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