[发明专利]一种电机转子的蒸发冷却结构

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电机转子的蒸发冷却结构，其属于电机技术领域。

背景技术：

与传统电机相比，高速电机具有体积小、功率高等优点，但也因此造成了高速电机发热高、散热困难的问题，并且发热与散热问题随着高速电机的转速和功率的提高越发显著。而且，高速电机中由于转子表面积小、又是运动部件，其散热问题比定子更加严重。对于永磁电机来说，更容易造成转子永磁体高温退磁的风险。

目前高速电机的冷却大多采用风冷和液冷方式，但它们的冷却效果相比于高速大功率电机的发热量都略显不够。蒸发冷却方式利用液体气化时大量吸热的特性，可以大大提高单位面积的换热量并且可以直接冷却转子表面，具有风冷和液冷所不可比拟的优势。

但是传统的电机转子蒸发冷却方式是直接将液体喷到转子表面，在电机转子表面线速度越来越高的情况下逐渐变得不再合适。以转子直径为转速为20000rpm的高速永磁磁悬浮电机为例，可以计算出其表面线速度达到125.6m/s、表面向心加速度26292G。在相对速度超过100m/s、离心加速度超过两万倍重力的情况下，液体与转子表面的接触时间可以忽略不计，转子表面不可能保持湿润。由此可以知道转子的热量大部分是通过与蒸汽的对流换热和热辐射传递出去的，只有少部分是通过表面液体的蒸发带走的。

工程中一般认为换热器表面向水蒸气的换热系数只有30～300W/m²K，而水膜在换热器表面沸腾的换热系数＞3000W/m²K，两者相差超过一个数量级。因此转子表面蒸发冷却的方法对于转速越来越高的现代高速电机已经越来越不够用了，必须寻找更好的冷却方法。与此同时，由于转子表面蒸发方式中冷却液会从转子表面飞溅出去，电机内部的所有零件都被冷却液和蒸汽浸润，所以电机内零件的绝缘、抗化学腐蚀、抗溶蚀要求都非常高，机壳也必须做到密闭。但是上例中的高速电机轴封处线速度也接近100m/s，很难保证密封的可靠性。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种电机转子的蒸发冷却结构。

本发明所采用的技术方案有：一种电机转子的蒸发冷却结构，包括机壳、转子和定子，所述定子设于机壳的内腔中，转子转动设于定子内，且转子的上下两端分别伸于机壳外，还包括冷凝器、冷却液箱、泵、换热器、限流器、喷管、蒸汽收集器、冷却水套和连接管，所述转子的轴心方向上设有通孔，喷管套设于通孔顶端，且喷管通过连接管与限流器相连，蒸汽收集器套设于转子的底端外壁上，且蒸汽收集器通过连接管与冷凝器相连，冷凝器通过连接管与冷却液箱相连，冷却液箱和限流器分别通过连接管与换热器相连，所述冷却水套设置在机壳侧壁上，且冷却水套的进液口通过泵与冷却液箱相连，出液口通过连接管与限流器相连。

进一步地，所述机壳的侧壁上设有用于安装冷却水套的冷却槽。

进一步地，所述冷却槽呈环形或螺旋形或蛇形。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明在转子上设有通孔，冷却液在该通孔内的表面线速度低，能够在孔壁上形成优秀的沸腾换热条件，大大提高冷却效果，且表面线速度低，容易实现密封；

2)本发明中定子用液冷方式时，电机其他零件可以不用接触冷却液，进而降低电机绝缘和抗腐蚀等级。

附图说明：

图1为本发明结构图。

其中：

1-机壳；2-转子；3-定子；4-冷凝器；5-冷却液箱；6-泵；7-换热器；8-限流器；9-喷管；10-蒸汽收集器；11-冷却水套；21-通孔。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

请参照图1所示，本发明电机转子的蒸发冷却结构，包括机壳1、转子2、定子3、冷凝器4、冷却液箱5、泵6、换热器7、限流器8、喷管9、蒸汽收集器10、冷却水套11和连接管，其中定子3设于机壳1的内腔中，转子2转动设置在定子3内，且转子2的上下两端分别伸于机壳1外，在转子2的轴心方向上通孔21，喷管9套设于该通孔21的顶端，且喷管9通过连接管与限流器8相连。蒸汽收集器10套设于转子2的底端外壁上，且蒸汽收集器10通过连接管与冷凝器4相连，冷凝器4通过连接管与冷却液箱5相连。冷却液箱5和限流器8分别通过连接管与换热器7相连。冷却水套11设置在机壳1的侧壁上，且冷却水套11的进液口通过连接管与泵6的出液端相连，泵6的进液端通过连接管与冷却液箱5相连，冷却水套11的出液口通过连接管与限流器8相连。