[實(shí)用新型]高速永磁電機(jī)直驅(qū)離心機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720151473.0
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN206442202U
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張回良;林偉偉;肖旭;張杰;劉濤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海優(yōu)耐特斯壓縮機(jī)有限公司
• 主分類號: H02K1/32
• 分類號: H02K1/32;H02K9/06
• 代理公司: 上海明成云知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31232
• 代理人: 常明

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及高速永磁電機(jī)直驅(qū)離心機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻方式，特別是大功率（≥100kW）超高轉(zhuǎn)速（≥10000RPM）的高速永磁電機(jī)離心機(jī)裝置，主要涉及一種用于大功率高速永磁電機(jī)直驅(qū)離心機(jī)轉(zhuǎn)子散熱的冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高速永磁電機(jī)直驅(qū)的離心鼓風(fēng)機(jī)和離心壓縮機(jī)（統(tǒng)稱離心機(jī)）由于將電機(jī)的功能與傳統(tǒng)的齒輪箱等傳動系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上融為一體，省去了復(fù)雜的中間傳動環(huán)節(jié)，具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)動慣量小、能量消耗少、工作效率高、易于實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速和精密控制等優(yōu)點(diǎn)，此種裝置是離心機(jī)產(chǎn)品的未來主推的產(chǎn)品，尤其配上磁浮軸承或空浮軸承，也是高速永磁電機(jī)的最主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。但是高速永磁電機(jī)發(fā)熱功率大，容易導(dǎo)致定子、轉(zhuǎn)子溫度過高，影響整機(jī)效率，甚至還可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子永磁體不可逆失磁，造成電機(jī)的報(bào)廢、葉輪的損壞。因此，如何保證電機(jī)的運(yùn)行溫度（尤其轉(zhuǎn)子永磁體工作溫度）在安全范圍內(nèi)是高速永磁電機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。目前常見的此類離心機(jī)配套永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻方式如下：

如圖1所示裝置，在中間部位裝置電機(jī)轉(zhuǎn)子10，電機(jī)轉(zhuǎn)子10的兩端分別連接葉輪8和葉輪9，電機(jī)轉(zhuǎn)子10上裝有空氣徑向軸承4和空氣止推軸承5，在電機(jī)轉(zhuǎn)子10上設(shè)置有迷宮式密封6。電機(jī)定子7由冷卻水從冷卻水進(jìn)口2流向冷卻水出口3，實(shí)現(xiàn)冷卻。電機(jī)轉(zhuǎn)子10通過冷卻空氣入口1注入冷卻用壓縮空氣進(jìn)行冷卻。從冷卻空氣入口1注入0.2Mpa～0.4Mpa壓縮空氣，冷卻轉(zhuǎn)子表面，同時在軸承4、5上流動，最后排放到大氣中。這種冷卻空氣大約需要0.2Mpa～0.4Mpa壓力。此種方案的不足在于冷卻空氣只在轉(zhuǎn)子中間部位對軸直吹，壓力大氣流大易造成轉(zhuǎn)子受力不平衡，軸的大部分表面未直接與新鮮冷空氣進(jìn)行換熱，換熱效率差，且空氣壓力較大，造成摩擦損失較大。

如圖2所示裝置，轉(zhuǎn)子軸20的兩端分別設(shè)置有葉輪21和葉輪22，中間位置是電機(jī)轉(zhuǎn)子30。空氣50從大氣中吸入，從電機(jī)轉(zhuǎn)子30的兩端吸入，負(fù)壓冷卻空氣60通過中間位置貫通定子40，通過真空泵70或者空氣噴射器排出，釋放到大氣中。圖2所示中，下部的排氣通道與上部的排氣通道連通，并共用一個真空泵70。此冷卻方式可使摩擦損失降低，但和圖1裝置同樣存在換熱效率稍差的問題。

該類機(jī)組還有其他換熱方式，但是幾乎都是在轉(zhuǎn)子外表面進(jìn)行對流換熱，而發(fā)熱部位在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，這樣會造成轉(zhuǎn)子內(nèi)部溫度無法及時有效散熱而溫度升高。

有鑒于此，該領(lǐng)域技術(shù)人員致力于研發(fā)一種用于高速永磁電機(jī)直驅(qū)離心機(jī)轉(zhuǎn)子散熱的冷卻裝置，以保證電機(jī)的運(yùn)行溫度控制在安全范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的任務(wù)是提供一種高速永磁電機(jī)直驅(qū)離心機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻系統(tǒng)，可直接對軸內(nèi)部和外表面同時進(jìn)行換熱，提高了換熱效率，解決了上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的高速永磁直驅(qū)離心機(jī)轉(zhuǎn)子散熱的問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：

一種高速永磁電機(jī)直驅(qū)離心機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻系統(tǒng)，它包括電機(jī)殼體、定子繞組、電機(jī)定子冷卻水槽、一級葉輪、一級螺桿、一級蝸殼、第一軸承、第二軸承、二級蝸殼、二級螺桿、轉(zhuǎn)軸以及二級葉輪；

所述一級葉輪通過一級螺桿聯(lián)接固定在轉(zhuǎn)軸上，二級葉輪通過二級螺桿聯(lián)接固定在轉(zhuǎn)軸上，一級葉輪、一級螺桿、二級葉輪、二級螺桿以及轉(zhuǎn)軸部件組成機(jī)組的整個轉(zhuǎn)子；

所述轉(zhuǎn)軸兩側(cè)安裝第一軸承和第二軸承，定子繞組安裝在轉(zhuǎn)軸外圍，電機(jī)殼體上開設(shè)數(shù)個與大氣相通的孔；

所述轉(zhuǎn)子連同定子繞組、電機(jī)殼體、一級蝸殼、二級蝸殼、第一軸承和第二軸承部件組成高速直驅(qū)離心機(jī)的機(jī)頭；

所述二級螺桿設(shè)置二級螺桿鉆孔，轉(zhuǎn)軸軸心設(shè)置轉(zhuǎn)軸鉆孔，在轉(zhuǎn)軸上還設(shè)置數(shù)個氣孔，大氣經(jīng)過轉(zhuǎn)軸軸心鉆孔和數(shù)個氣孔，并從氣孔流出進(jìn)入定子繞組外部與電機(jī)殼體內(nèi)部之間的空間，再從電機(jī)殼體上的孔流出，大氣氣流由此循環(huán)將轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的熱量帶走。

所述電機(jī)殼體上沿圓周方向均勻布置二至四個通氣管路，通氣管路最終聯(lián)接同一個真空泵，真空泵工作在軸表面形成負(fù)壓，設(shè)置相反的氣流方向和循環(huán)回路，在負(fù)壓工況下使轉(zhuǎn)子與氣體的摩擦損失降到最低，同樣達(dá)到冷卻直驅(qū)離心機(jī)轉(zhuǎn)子的效果。

所述通氣管路靠近軸的一側(cè)均勻開設(shè)一條1mm的縫隙。

所述通氣管路靠近軸的一側(cè)均勻開設(shè)數(shù)個小孔。

采用本實(shí)用新型的一種高速永磁電機(jī)直驅(qū)離心機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻系統(tǒng)，直接對軸內(nèi)部和外表面同時進(jìn)行換熱，解決了高速永磁直驅(qū)離心機(jī)轉(zhuǎn)子的散熱問題，使得換熱效率更佳，更加實(shí)用可靠，結(jié)構(gòu)更簡單，成本更低，效果更好。