高速電機蒸發冷卻結構的制作方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及一種高速電機蒸發冷卻結構，其屬于高速電機技術領域。
【背景技術】
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[0002]高速電機有體積小功率密度高的優點，但也因此造成了發熱高、散熱困難的問題，并且隨著轉速和功率的提高越發顯著。而且由于轉子表面積小、又是運動部件，其散熱問題比定子更加嚴重。對于永磁電機來說更有轉子永磁體高溫退磁的風險。目前高速電機的冷卻一般采用風冷和液冷方式，該兩種冷卻方式存在如下缺陷:
[0003]1)風冷冷卻方式:風冷方式利用壓差或風機強制低溫氣體(通常是空氣)快速通過定轉子氣隙，吸收定轉子的熱量。風冷可以同時冷卻定子和轉子，但由于氣體密度低熱容量低所以冷卻效果較差，風冷高速電機一般功率很難超過200kW ;并且冷卻氣體鼓風機的功耗也較大。因此某些大型高速電機使用熱容量更高的氫氣作為冷卻氣體，可以大大提高冷卻效果。但是氫氣是易燃易爆氣體，并且密封困難，所以應用范圍非常受限。
[0004]2)液冷冷卻方式:液冷方式通常是在機殼上加工或鑄造出水套，讓低溫液體通過機殼的熱傳導間接吸收定子的熱量。液體的密度高、熱容量大，因此冷卻效果較好、栗機功耗低。液冷高速電機的功率可達1MW以上。但是由于高速電機定子表面積只有同功率普通電機的1/6?1/3，而發熱量差不多，所以冷卻效果依然比普通電機差很多。并且這種冷卻方式對轉子的冷卻并無貢獻，往往還需要同時用風冷冷卻轉子，結構變得更加復雜。
[0005]低速電機上也有直接將液體噴淋在轉子上或將轉子整個浸泡在冷卻液中的冷卻方式。但高速電機表面線速度太高，可達100?150m/s，噴淋的液體難以形成液膜持續吸熱；并且轉子與液體間摩擦和攪拌也會導致功耗和發熱，甚至導致冷卻液過熱變質。所以高速電機很難用液冷方式同時冷卻定子和轉子。
[0006]因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術之不足。
【發明內容】
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[0007]本發明是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種高速電機蒸發冷卻結構。
[0008]本發明所米用的技術方案有:一種高速電機蒸發冷卻結構，包括機殼、轉子和定子，所述定子設于機殼的內腔中，轉子轉動設于定)內，且轉子的上端伸于機殼外，還包括冷凝器、回流管、栗、液體加熱器、蒸汽排出管、冷卻液箱、連接管以及設有若干噴孔的噴管，所述噴管固定連接在定子上，且噴管的噴孔朝向轉子圓周面，噴管的進液端通過連接管與液體加熱器相連，液體加熱器通過連接管與栗的出液口相連，栗的進液口通過連接管與冷卻液箱相連，冷卻液箱通過回流管與機殼的內腔相連通，冷凝器的進液口通過蒸汽排出管與機殼的內腔相連通，冷凝器出液口通過連接管冷卻液箱相連。
[0009]進一步地，所述定子上且沿定子的軸線方向包括有用于安裝噴管的安裝槽。
[0010]進一步地，所述噴管為金屬管或耐高溫的高分子材料。
[0011]進一步地，所述機殼上設有分別用于連接蒸汽排出管的蒸汽孔以及用于連接回流管的回流孔。
[0012]本發明具有如下有益效果:
[0013]1)本發明冷卻效果遠好于風冷和液冷，
[0014]2)栗的功耗低；
[0015]3)能夠同時冷卻轉子和定子。
【附圖說明】
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[0016]圖1為本發明結構圖。
[0017]圖2為本發明中噴管與轉子的位置結構圖。
[0018]圖3為本發明中噴管在定子上的結構圖。
【具體實施方式】
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[0019]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0020]如圖1所述，本發明高速電機蒸發冷卻結構包括機殼1、轉子2、定子3、冷凝器4、回流管5、栗6、液體加熱器7、蒸汽排出管10、噴管8以及卻液箱9，定子3設置在機殼1的內腔中，轉子2轉動設于定子3內，且轉子2的上端伸于機殼1外，噴管8固定連接在定子3上，在噴管8上的若干噴孔81朝向轉子2的圓周面。噴管8的進液端通過連接管與液體加熱器7相連，液體加熱器7通過連接管與栗6的出液口相連，栗6的進液口通過連接管與冷卻液箱9相連，冷卻液箱9通過回流管5與機殼1的內腔相連通，冷凝器4的進液口通過蒸汽排出管10與機殼1的內腔相連通，冷凝器4出液口通過連接管冷卻液箱9相連。
[0021]如圖2和圖3，本發明使得噴管8能最大面積的噴射轉子2，在定子3上且沿定子3的軸線方向包括有一條或多條安裝槽31，安裝噴管8置于該安裝槽31內。本發明中的噴管8為金屬管，也可以用耐高溫的高分子材料制作以避免渦流發熱。
[0022]本發明為便于連接蒸汽排出管10和回流管5，在機殼1上設有分別用于連接蒸汽排出管10的蒸汽孔11以及用于連接回流管5的回流孔12。
[0023]在冷卻液箱9內裝有冷卻液，冷卻液應選用化學性能穩定、易揮發的液體材料，冷卻液進入噴管8時經過液體加熱器7加熱后接近沸點。常用的液體栗的出口壓力通常有3?10公斤，所以噴管內壓力較高，而機殼1內為常壓或負壓狀態。冷卻液自噴孔噴射之后壓力驟降引起沸點下降，冷卻液更容易氣化。液滴接觸到高溫的轉子2表面后部分氣化，未能完全氣化的冷卻液被轉子2甩向定子3，并在定子3表面繼續氣化。蒸汽從機殼上部的蒸汽孔11排出，經過冷凝器4凝結成液體后流入冷卻液箱9。多余的冷卻液沿著定子3表面流向機殼1，并在機殼最低處匯集，然后沿著回流管5流入冷卻液箱9。
[0024]使用蒸發冷卻時，可以從定子、轉子有限的表面上帶走大量的熱量，從而有效降低定子、轉子的溫度。通過選擇沸點不同的冷卻液體，可以將高速電機內部的溫度穩定在相應的溫度范圍內。由于蒸發冷卻需要的冷卻液體用量遠少于液體冷卻，因此栗的功率可以大大降低。而冷卻液的預熱還可以利用蒸汽冷凝的廢熱，無需額外能量。如果選用有潤滑效果的冷卻液，還可以噴入高速電機的軸承內取代潤滑油，可以獲得較好的潤滑效果。
[0025]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種高速電機蒸發冷卻結構，包括機殼(I)、轉子(2)和定子(3)，所述定子(3)設于機殼(I)的內腔中，轉子(2)轉動設于定子(3)內，且轉子(2)的上端伸于機殼(I)夕卜，其特征在于:還包括冷凝器(4)、回流管(5)、栗￠)、液體加熱器(7)、蒸汽排出管(10)、冷卻液箱(9)、連接管以及設有若干噴孔(81)的噴管(8)，所述噴管(8)固定連接在定子(3)上，且噴管(8)的噴孔(81)朝向轉子(2)圓周面，噴管(8)的進液端通過連接管與液體加熱器(7)相連，液體加熱器(7)通過連接管與栗(6)的出液口相連，栗(6)的進液口通過連接管與冷卻液箱(9)相連，冷卻液箱(9)通過回流管(5)與機殼⑴的內腔相連通，冷凝器(4)的進液口通過蒸汽排出管(10)與機殼⑴的內腔相連通，冷凝器⑷出液口通過連接管冷卻液箱(9)相連。2.如權利要求1所述的高速電機蒸發冷卻結構，其特征在于:所述定子(3)上且沿定子(3)的軸線方向包括有用于安裝噴管(8)的安裝槽(31)。3.如權利要求2所述的高速電機蒸發冷卻結構，其特征在于:所述噴管(8)為金屬管或耐高溫的高分子材料。4.如權利要求3所述的高速電機蒸發冷卻結構，其特征在于:所述機殼(I)上設有分別用于連接蒸汽排出管(10)的蒸汽孔(11)以及用于連接回流管(5)的回流孔(12)。
【專利摘要】本發明公開了一種高速電機蒸發冷卻結構，包括機殼、轉子和定子，定子設于機殼的內腔中，轉子轉動設于定子內，且轉子的上端伸于機殼外，其還包括冷凝器、回流管、泵、液體加熱器、蒸汽排出管、冷卻液箱、連接管以及設有若干噴孔的噴管，噴管固定連接在定子上，且噴管的噴孔朝向轉子圓周面，噴管的進液端通過連接管與液體加熱器相連，液體加熱器通過連接管與泵的出液口相連，泵的進液口通過連接管與冷卻液箱相連，冷卻液箱通過回流管與機殼的內腔相連通，冷凝器的進液口通過蒸汽排出管與機殼的內腔相連通，冷凝器出液口通過連接管冷卻液箱相連。本發明高速電機蒸發冷卻結構的冷卻效果遠好于風冷和液冷。
【IPC分類】H02K9/20
【公開號】CN105356672
【申請號】CN201510906044
【發明人】胡思寧, 李健, 吳立華, 董繼勇
【申請人】南京磁谷科技有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月9日