[實用新型]一種用于斯特林裝置內直線電機的冷卻結構

有效

• 申請號: 202220204986.4
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN216904593U
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 胡興華;柳猛;唐天承;陳蕓;梁培
• 申請（專利權）人: 武漢斯特源能源科技有限公司
• 主分類號: H02K9/19
• 分類號: H02K9/19;H02K5/20
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 王艷波

本實用新型公開了一種用于斯特林裝置內直線電機的冷卻結構，包括外鐵軛、線圈、磁鐵、內鐵軛、端蓋、定位套、外密封套及內密封套，定位套用于固定外鐵軛，定位套的外立面設有冷卻水道一，主缸套上正對于內鐵軛的外立面上設有冷卻水道二，外密封套固定在定位套外側，內密封套設于內鐵軛和主缸套之間，外密封套和內密封套分別用于密封冷卻水道一和冷卻水道二，端蓋安裝在定位套與主缸套之間，冷卻水道一和冷卻水道二的進水口和出水口均靠近端蓋的一側設置，端蓋內設有進水通道和出水通道，分別用于給冷卻通道一和冷卻通道二供水及將兩路冷卻水匯流后導出。該冷卻結構能夠有效降低重載下背壓腔內部溫度，讓電機零部件的電磁性能穩定。

技術領域

本實用新型涉及斯特林裝置技術領域，尤其是一種用于斯特林裝置內直線電機的冷卻結構。

背景技術

免維護自由活塞式斯特林發電機作為一種高效率、長壽命的熱電轉換裝置，適用于極端、嚴酷、無人值守場景中應用，如空間站、深空探測、水下潛航器中的核動力轉換單元。在這些場景下，維修、維護裝置的代價高昂，零部件失效后的更換難度極大，因而對斯特林裝置的使用壽命和免維護性提出了非常高的要求，目前，通過氣體軸承或者磁軸承技術已經可以實現裝置中運動副的無摩擦工況，但裝置在高功率密度設計指標要求下，必然導致其內的直線往復電機尺寸緊湊、熱流密度高、高頻化。通過高耐溫等級的磁性材料、漆包線、取向硅鋼可以在高昂成本下一定程度減緩因溫升引起的磁導率下降、永磁體退磁等效應；但受限于材料極限及制程工藝能力，無法單純依賴高端材料進一步提高電機功率密度。

在旋轉電機的工程應用中，已經證實通過液冷或者冷氦氣冷卻電機組件，是大功率、高能流密度條件下保證電機電磁性能的有效措施。自由活塞斯特林裝置是封閉的高壓系統，直線往復電機被封裝在其背壓腔體內，與周邊零件存在精密的尺寸鏈及動力學、電磁參數的耦合適配關系。實現自由活塞斯特林裝置中直線往復電機的主動冷卻，需要在整機構型背景下去構思實施方案，不但要解決不同高低壓介質之間的氣密性，還要不影響電機自身的電磁、動力學參數。本申請針對斯特林應用中主流的圓筒型、雙氣隙直線往復電機，提出了實用的冷卻結構。

實用新型內容

針對上述技術問題，本實用新型提出了一種用于斯特林裝置內直線電機的冷卻結構，該冷卻結構與斯特林冷卻器一樣，利用液體介質實現循環冷卻。該結構能夠同時對外鐵軛、內鐵軛及缸套進行降溫，高效帶走背壓腔內部的發熱量，抑制溫升，從而保證直線往復電機在重載下長期、高效運行，且氣缸運動副尺寸鏈穩定，顯著提高斯特林裝置在高能流密度指標下的穩定性。

一種用于斯特林裝置內直線電機的冷卻結構，包括外鐵軛、線圈、磁鐵、內鐵軛，線圈固定在外鐵軛內部，磁鐵設于外鐵軛和內鐵軛之間，內鐵軛固定在斯特林裝置的主缸套上，還包括端蓋、定位套、外密封套及內密封套，所述定位套用于固定外鐵軛，所述定位套的外立面設有冷卻水道一，所述主缸套上正對于內鐵軛的外立面上設有冷卻水道二，所述外密封套固定在定位套外側，所述內密封套設于內鐵軛和主缸套之間，外密封套和內密封套分別用于密封冷卻水道一和冷卻水道二，所述端蓋安裝在定位套與主缸套之間，所述冷卻水道一和冷卻水道二的進水口和出水口均靠近端蓋的一側設置，所述端蓋內設有進水通道和出水通道，所述進水通道和出水通道均包括兩條通道，其中，斯特林裝置的總進水口通過兩條進水通道分別與冷卻水道一和冷卻水道二的進水口連通，總出水口通過兩條出水通道分別與冷卻水道一和冷卻水道二的出水口連通。

作為上述技術方案的優選，所述冷卻水道一和冷卻水道二為螺旋形水道，均包括進流通道和回流通道，進流通道和回流通道間隔設置，所述定位套的外立面下邊沿和主缸套上分別設有用于連通進流通道和回流通道的匯集口一和匯集口二。

作為上述技術方案的優選，所述定位套的內立面上邊沿設有環形匯流板，所述環形匯流板的上端面對稱設有匯流槽，兩組匯流槽分別用于連通冷卻水道一和端蓋上與冷卻水道一對應設置的進水通道和出水通道。

作為上述技術方案的優選，所述環形匯流板抵靠在外鐵軛的上端面上，與端蓋固定連接。