CN221042553U - 混合冷却电机及空压机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合冷却电机及空压机，空压机包括：机壳，机壳的壳壁内部设置有进气流道和用于通入冷却液的液冷通道，壳壁的内表面上开设有冷却流道，冷却流道与进气流道连通；定子，定子设置在机壳内；转子，转子转动设置在定子内部；冷却流道至少用于将进气流道引入的气体输送至定子。将外部气体通过设在壳壁内的进气流道引入机壳的内部，引入的外部气体和定子、转子接触，这样可通过外部气体吸收定子和转子产生的热量；液冷通道同时对机壳内部进行散热。进气流道将外部引入的气体输送到冷却流道，冷却流道将气体输送到定子，对定子进行降温冷却。本方案通过气冷和液冷两种方式对电机进行散热，提高散热效率。

Description

混合冷却电机及空压机

技术领域

本发明涉及空压机技术领域，具体而言，涉及一种混合冷却电机及空压机。

背景技术

气浮轴承高速电机及空压机在工作时，电机转速可达几万转至十几万转，功率密度大，其功率密度导致电机本体对整机散热的要求更高。气悬浮高速电机在长时高速运行的过程中，电机定、转子及配套空气动压轴承往往容易出现积热现象，从而导致气浮轴承受热损坏，转轴热伸长、严重时导致整机失效。

目前，现有技术中的离心空压机冷却系统均为电机机壳水冷，通过机壳上设置冷却水道对机壳内部定、转子冷却，最容易过热损坏的空气轴承通过压缩端泄漏的高压气体进行冷却。但是，在空压机整机装车后，冷却水水温上升，冷却气浮轴承的气体温度也显著升高，整机温度已达到安全绝缘温度，其冷却效果堪忧。或者，现有技术中一些电机的气冷为通过气体在内部循环将温度传导到机壳的壳壁进行散热，导致散热效果较差。因此，亟需解决电机的定子和转子发热严重影响使用寿命的问题。

实用新型内容

本发明提供一种混合冷却电机及空压机，以解决现有技术中的定子和转子发热严重影响使用寿命的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种混合冷却电机，包括：机壳，机壳的壳壁内部设置有进气流道和用于通入冷却液的液冷通道，壳壁的内表面上开设有冷却流道，冷却流道与进气流道连通；定子，定子设置在机壳内，定子的外壁与壳壁的内表面配合；转子，转子转动设置在定子内部；其中，进气流道用于从机壳的外部引入气体，冷却流道至少用于将进气流道引入的气体输送至定子。

进一步地，定子开设有气冷道，气冷道的一端与冷却流道连通，气冷道的另一端与转子连通，气冷道用于将冷却流道中的气体输送到转子。

进一步地，定子包括多个堆叠设置的定子冲片，一部分定子冲片具有径向设置的通气槽，多个通气槽组成气冷道。

进一步地，冷却流道为螺旋形的凹槽，冷却流道环绕定子设置。

进一步地，进气流道包括依次连通的第一流段、第二流段和第三流段，其中，第一流段与机壳的外部连接，第一流段、第三流段均沿壳壁的轴向延伸，第三流段相对于第一流段靠近定子，第三流段和冷却流道连通。

进一步地，混合冷却电机还包括第一端盖，第一端盖和机壳的一端连接，第一端盖内设置第一轴承，第一轴承和转子的一端配合；第一端盖内具有第一分支气道，第一分支气道的一端和进气流道连通，第一分支气道的另一端与第一轴承所在的腔体连通。

进一步地，混合冷却电机还包括第二端盖，第二端盖和机壳的另一端连接，第二端盖内设置第二轴承，第二轴承和转子的另一端配合；第二端盖内具有第二分支气道，第二分支气道的一端和进气流道连通，第二分支气道的另一端与第二轴承所在的腔体连通。

进一步地，液冷通道和进气流道在壳壁的周向间隔设置，液冷通道包括多个相互连通的液冷段，多个液冷段沿机壳的轴向分布。

进一步地，混合冷却电机还包括第一端盖和第二端盖，第一端盖和第二端盖分别位于机壳的两端；其中，机壳、第一端盖或第二端盖上开设有出气孔，出气孔的一端与外部连通，出气孔的另一端与机壳的内部连通。

根据本发明的另一方面，提供了一种空压机，包括一级蜗壳、一级叶轮和上述的混合冷却电机，一级蜗壳和混合冷却电机的一端连接，一级叶轮位于一级蜗壳内且和转子的一端连接；其中，一级蜗壳内压缩的气体中的一部分输送至混合冷却电机的进气流道。

进一步地，空压机还包括连接管和引气管，连接管的一端和一级蜗壳的出口连通，连接管上设置有引气孔，引气管的两端分别和引气孔、进气流道的入口连通。

进一步地，空压机还包括连接管、二级蜗壳和二级叶轮，二级蜗壳和混合冷却电机的另一端连接，二级叶轮位于二级蜗壳内且和转子的另一端连接，连接管的两端分别和一级蜗壳、二级蜗壳连通，以将一级蜗壳压缩的空气输送到二级蜗壳进行再次压缩。

应用本发明的技术方案，提供了一种混合冷却电机，包括：机壳，机壳的壳壁内部设置有进气流道和用于通入冷却液的液冷通道，壳壁的内表面上开设有冷却流道，冷却流道与进气流道连通；定子，定子设置在机壳内，定子的外壁与壳壁的内表面配合；转子，转子转动设置在定子内部；其中，进气流道用于从机壳的外部引入气体，冷却流道至少用于将进气流道引入的气体输送至定子。采用本方案，将外部气体通过设在壳壁内的进气流道引入机壳的内部，引入的外部气体和定子、转子接触，这样可通过外部气体吸收定子和转子产生的热量；并且机壳内还设置有液冷通道，液冷通道同时对机壳内部进行散热。冷却流道开设在壳壁的内表面上，进气流道将外部引入的气体输送到冷却流道，冷却流道将气体输送到定子，对定子进行降温冷却。本方案通过气冷和液冷两种方式对电机进行散热，提高散热效率。

附图说明

构成本申请的一部分的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其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例提供的空压机的剖视图；

图2示出了图1中A处的局部放大图；

图3示出了图1中的机壳的结构示意图；

图4示出了图1中的定子的结构示意图；

图5示出了图1中的定子冲片的结构示意图；

图6示出了图1中的另一种定子冲片的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、机壳；11、进气流道；111、第一流段；112、第二流段；113、第三流段；12、液冷通道；121、液冷段；13、冷却流道；

20、定子；21、气冷道；22、定子冲片；221、通气槽；

30、转子；

40、第一端盖；41、第一分支气道；

50、第二端盖；51、第二分支气道；

61、一级蜗壳；62、一级叶轮；63、连接管；631、引气孔；64、二级蜗壳；65、二级叶轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如图1至图6所示，根据本发明的一个方面，提供了一种混合冷却电机，包括机壳10、定子20和转子30，机壳10的壳壁内部设置有进气流道11和用于通入冷却液的液冷通道12，壳壁的内表面上开设有冷却流道13，冷却流道13与进气流道11连通；定子20设置在机壳10内，定子20的外壁与壳壁的内表面配合；转子30转动设置在定子20内部；其中，进气流道11用于从机壳10的外部引入气体，冷却流道13至少用于将进气流道11引入的气体输送至定子20。

采用本方案，将外部气体通过设在壳壁内的进气流道11引入机壳10的内部，引入的外部气体和定子20、转子30接触，这样可通过外部气体吸收定子20和转子30产生的热量；并且机壳10内还设置有液冷通道12，液冷通道12同时对机壳10内部进行散热。冷却流道13开设在壳壁的内表面上，进气流道11将外部引入的气体输送到冷却流道13，冷却流道13将气体输送到定子20，对定子20进行降温冷却。本方案通过气冷和液冷两种方式对电机进行散热，提高散热效率。

如图1所示，定子20开设有气冷道21，气冷道21的一端与冷却流道13连通，气冷道21的另一端与转子30连通，气冷道21用于将冷却流道13中的气体输送到转子30。

如此设置，气冷道21的两端分别和冷却流道13、转子30连通，气冷道21将冷却流道13中的气体输送到转子30，使得气体吸收转子30中的热量，达成对转子30进行散热的目的。在本发明的一个具体实施例中，气冷道21可以为多个，分布在定子20的不同位置，便于对转子30充分散热。

如图4至图6所示，定子20包括多个堆叠设置的定子冲片22，一部分定子冲片22具有径向设置的通气槽221，多个通气槽221组成气冷道21。

如此设置，多个定子冲片22组成定子20，部分定子冲片22具有径向设置的通气槽221，气体可以通过通气槽221输送到转子30。多个通气槽221堆叠组成气冷道21。在本发明的一个具体实施例中，可以通过对多组定子冲片22开设通气槽221，形成多个气冷道21，对转子充分散热。通气槽221开设的位置需与冷却流道13连通。

如图2所示，冷却流道13为螺旋形的凹槽，冷却流道13环绕定子20设置。如此设置，通过进气流道11输送到冷却流道13的气体可以通过冷却流道13环绕定子20，以达到对定子20充分散热的目的。并且，冷却流道采用螺旋形的凹槽，加工更方便。

如图1所示，进气流道11包括依次连通的第一流段111、第二流段112和第三流段113，其中，第一流段111与机壳10的外部连接，第一流段111、第三流段113均沿壳壁的轴向延伸，第三流段113相对于第一流段111靠近定子20，第三流段113和冷却流道13连通。

如此设置，第一流段111、第三流段113均沿壳壁的轴向延伸，延长了进气流道11在壳壁内的行程，可以对更大范围的壳壁进行冷却。在本发明的一个实施例中，进气流道11还包括连通气道，连通气道的两端分别和第三流段113、冷却流道13连接。

如图1所示，混合冷却电机还包括第一端盖40，第一端盖40和机壳10的一端连接，第一端盖40内设置第一轴承，第一轴承和转子30的一端配合；第一端盖40内具有第一分支气道41，第一分支气道41的一端和进气流道11连通，第一分支气道41的另一端与第一轴承所在的腔体连通。

如此设置，第一端盖40内设置第一轴承，第一轴承和转子30的一端配合，转子转动过程中，气体对第一轴承产生的热量进行吸收和排出，避免第一轴承过热损坏。第一分支气道41的两端分别与进气流道11、第一轴承所在的腔体连通，将进气流道11中的气体输送到第一轴承所在的腔体进行散热。将第一分支气道41设置在第一端盖40内，节省了空间。

可选地，在本发明的一个实施例中，第一分支气道41沿机壳10的周向分布，第一分支气道41分别与进气流道11、第一轴承所在的腔体连通，进气流道11中的气体通过第一分支气道41进入第一轴承所在的腔体。

如图2所示，混合冷却电机还包括第二端盖50，第二端盖50和机壳10的另一端连接，第二端盖50内设置第二轴承，第二轴承和转子30的另一端配合；第二端盖50内具有第二分支气道51，第二分支气道51的一端和进气流道11连通，第二分支气道51的另一端与第二轴承所在的腔体连通。

如此设置，第二端盖50内设置第二轴承，第二轴承和转子30的一端配合，转子转动过程中，气体对第二轴承产生的热量进行吸收和排出，避免第二轴承过热损坏。第二分支气道51的两端分别与进气流道11、第二轴承所在的腔体连通，将进气流道11中的气体输送到第二轴承所在的腔体进行散热。将第二分支气道51设置在第二端盖50内，节省了空间。

可选地，在本发明的一个具体实施例中，第二分支气道51包括相互连接的第一气道和第二气道，第一气道和第二气道倾斜设置，第一气道沿机壳10的径向设置，第二气道沿机壳10的轴向设置。第一气道与进气流道11连通，第二气道与第二轴承所在的腔体连通。

如图1所示，液冷通道12和进气流道11在壳壁的周向间隔设置，液冷通道12包括多个相互连通的液冷段121，多个液冷段121沿机壳10的轴向分布。

如此设置，液冷通道12分布在壳壁的周向不与进气流道11干涉的区域内，液冷通道12覆盖壳壁周向的大部分面积。液冷通道12对壳壁进行散热冷却，对机壳10内部的结构进行间接冷却散热。液冷通道12包括多个相互连通的液冷段121，液冷段121在壳壁的周向半包络，并且沿机壳10的轴向分布，对壳壁的大部分区域进行覆盖，保证了液冷通道12的散热效率。

进一步地，混合冷却电机还包括第一端盖40和第二端盖50，第一端盖40和第二端盖50分别位于机壳10的两端；其中，机壳10、第一端盖40或第二端盖50上开设有出气孔，出气孔的一端与外部连通，出气孔的另一端与机壳10的内部连通。

如此设置，混合冷却电机开设有与外部连通的出气孔，将在混合冷却电机内部吸收完热量的气体排到外部。出气孔可以开设在机壳10、第一端盖40或第二端盖50上，方便气体在混合冷却电机的内部吸收热量后排到外部。

根据本发明的另一方面，提供了一种空压机，包括一级蜗壳61、一级叶轮62和上述的混合冷却电机，一级蜗壳61和混合冷却电机的一端连接，一级叶轮62位于一级蜗壳61内且和转子30的一端连接；其中，一级蜗壳61内压缩的气体中的一部分输送至混合冷却电机的进气流道11。

如此设置，一级蜗壳61和一级叶轮62对气体进行压缩，经过一级蜗壳61压缩的气体部分输送到混合冷却电机的进气流道11，气体对混合冷却电机进行散热冷却。压缩后的气体密度大、流速高，对混合冷却电机的冷却效果好。

如图1所示，空压机还包括连接管63和引气管，连接管63的一端和一级蜗壳61的出口连通，连接管63上设置有引气孔631，引气管的两端分别和引气孔631、进气流道11的入口连通。

如此设置，一级蜗壳61将空气进行压缩后输送到连接管63，连接管63上开设有引气孔631，通过引气管将引气孔和进气流道11的入口连通，引气管将连接管63中的压缩空气输送到混合冷却电机的内部进行散热冷却。

如图1所示，空压机还包括连接管63、二级蜗壳64和二级叶轮65，二级蜗壳64和混合冷却电机的另一端连接，二级叶轮65位于二级蜗壳64内且和转子30的另一端连接，连接管63的两端分别和一级蜗壳61、二级蜗壳64连通，以将一级蜗壳61压缩的空气输送到二级蜗壳64进行再次压缩。

如此设置，一级蜗壳61对空气进行压缩后通过连接管63输送到二级蜗壳64，二级蜗壳对空气再次压缩后输送至使用端进行使用。通过两次压缩，使获得的压缩空气有足够高的压力，满足使用要求。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种混合冷却电机，其特征在于，包括：

机壳(10)，所述机壳(10)的壳壁内部设置有进气流道(11)和用于通入冷却液的液冷通道(12)，所述壳壁的内表面上开设有冷却流道(13)，所述冷却流道(13)与所述进气流道(11)连通；

定子(20)，所述定子(20)设置在所述机壳(10)内，所述定子(20)的外壁与所述壳壁的内表面配合；

转子(30)，所述转子(30)转动设置在所述定子(20)内部；

其中，所述进气流道(11)用于从所述机壳(10)的外部引入气体，所述冷却流道(13)至少用于将所述进气流道(11)引入的气体输送至所述定子(20)。

2.根据权利要求1所述的混合冷却电机，其特征在于，所述定子(20)开设有气冷道(21)，所述气冷道(21)的一端与所述冷却流道(13)连通，所述气冷道(21)的另一端与所述转子(30)连通，所述气冷道(21)用于将所述冷却流道(13)中的气体输送到所述转子(30)。

3.根据权利要求2所述的混合冷却电机，其特征在于，所述定子(20)包括多个堆叠设置的定子冲片(22)，一部分所述定子冲片(22)具有径向设置的通气槽(221)，多个所述通气槽(221)组成所述气冷道(21)。

4.根据权利要求1所述的混合冷却电机，其特征在于，所述冷却流道(13)为螺旋形的凹槽，所述冷却流道(13)环绕所述定子(20)设置。

5.根据权利要求1所述的混合冷却电机，其特征在于，所述进气流道(11)包括依次连通的第一流段(111)、第二流段(112)和第三流段(113)，其中，所述第一流段(111)与所述机壳(10)的外部连接，所述第一流段(111)、所述第三流段(113)均沿所述壳壁的轴向延伸，所述第三流段(113)相对于所述第一流段(111)靠近所述定子(20)，所述第三流段(113)和所述冷却流道(13)连通。

6.根据权利要求1所述的混合冷却电机，其特征在于，所述混合冷却电机还包括第一端盖(40)，所述第一端盖(40)和所述机壳(10)的一端连接，所述第一端盖(40)内设置第一轴承，所述第一轴承和所述转子(30)的一端配合；所述第一端盖(40)内具有第一分支气道(41)，所述第一分支气道(41)的一端和所述进气流道(11)连通，所述第一分支气道(41)的另一端与所述第一轴承所在的腔体连通。

7.根据权利要求6所述的混合冷却电机，其特征在于，所述混合冷却电机还包括第二端盖(50)，所述第二端盖(50)和所述机壳(10)的另一端连接，所述第二端盖(50)内设置第二轴承，所述第二轴承和所述转子(30)的另一端配合；所述第二端盖(50)内具有第二分支气道(51)，所述第二分支气道(51)的一端和所述进气流道(11)连通，所述第二分支气道(51)的另一端与所述第二轴承所在的腔体连通。

8.根据权利要求1所述的混合冷却电机，其特征在于，所述液冷通道(12)和所述进气流道(11)在所述壳壁的周向间隔设置，所述液冷通道(12)包括多个相互连通的液冷段(121)，多个所述液冷段(121)沿所述机壳(10)的轴向分布。

9.根据权利要求1所述的混合冷却电机，其特征在于，所述混合冷却电机还包括第一端盖(40)和第二端盖(50)，所述第一端盖(40)和所述第二端盖(50)分别位于所述机壳(10)的两端；其中，所述机壳(10)、所述第一端盖(40)或所述第二端盖(50)上开设有出气孔，所述出气孔的一端与外部连通，所述出气孔的另一端与所述机壳(10)的内部连通。

10.一种空压机，其特征在于，包括一级蜗壳(61)、一级叶轮(62)和权利要求1至9任一项所述的混合冷却电机，所述一级蜗壳(61)和所述混合冷却电机的一端连接，所述一级叶轮(62)位于所述一级蜗壳(61)内且和所述转子(30)的一端连接；其中，所述一级蜗壳(61)内压缩的气体中的一部分输送至所述混合冷却电机的进气流道(11)。

11.根据权利要求10所述的空压机，其特征在于，所述空压机还包括连接管(63)和引气管，所述连接管(63)的一端和所述一级蜗壳(61)的出口连通，所述连接管(63)上设置有引气孔(631)，所述引气管的两端分别和所述引气孔(631)、所述进气流道(11)的入口连通。

12.根据权利要求10所述的空压机，其特征在于，所述空压机还包括连接管(63)、二级蜗壳(64)和二级叶轮(65)，所述二级蜗壳(64)和所述混合冷却电机的另一端连接，所述二级叶轮(65)位于所述二级蜗壳(64)内且和所述转子(30)的另一端连接，所述连接管(63)的两端分别和所述一级蜗壳(61)、所述二级蜗壳(64)连通，以将所述一级蜗壳(61)压缩的空气输送到所述二级蜗壳(64)进行再次压缩。