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氣液交織冷卻高功率密度電機

  • 專利類型:發明專利
  • 有效期:不限
  • 發布日期:2020-03-27
  • 技術成熟度:未知
交易價格: ¥面議
  • 法律狀態核實
  • 簽署交易協議
  • 代辦官方過戶
  • 交易成功

專利推薦

  • 申請號 CN201310079242.X 
  • 公開號 CN103199652B 
  • 申請日 2013/03/13 
  • 公開日 2014/12/31 
  • 申請人 北京交通大學  
  • 優先權日期  
  • 發明人 李偉力 張曉晨 曹君慈 沈稼豐 陳越 李金陽  
  • 主分類號 H02K9/19 
  • 申請人地址 100044 北京市海淀區西直門外上園村3號 
  • 分類號 H02K9/19;H02K9/197;H02K9/08 
  • 專利代理機構 北京市商泰律師事務所 11255 
  • 當前專利狀態 發明專利授權公告 
  • 代理人 李鴻華 
  • 有效性 授權 
  • 法律狀態 發明專利授權公告
  •  
  • 01

    項目簡介

    本發明公開了氣液交織冷卻高功率密度電機,屬高功率密度電機領域。該電機的電樞繞組用絕緣套管包裹,采用非金屬T型支架支撐和槽楔固定,并形成定子鐵心內軸向冷卻介質通道。非金屬密閉筒、機殼內壁、定子鐵心與第一、第二環形密封板包圍形成的空間構成定子側密閉冷卻腔。液態冷卻介質從液體入流引導管流入定子鐵心內軸向冷卻介質通道,并經第一至N個滴漏孔垂滴至轉子,從液體出流第一引導管和液體出流第二引導管流出,經液體冷卻裝置冷卻。氣態冷卻介質從氣體入流引導管入,從氣體介質出口孔流出。不同冷卻通道合成一個交織的多維空間冷卻系統,有效降低電機工作溫升,提高了穩定性,減小因軸向溫差引起的不平衡熱應力的影響。
    展開
  • 02

    說明書

    技術領域本發明涉及高速功率密度電機及其冷卻系統,屬電氣領域。技術背景高速功率密度電機一般具有工作轉速高、體積小、材料利用率高、動態響應較快和傳動系統效率高等特點,而且具有效率高、功率因數高的優點。因此,高速永磁電機在分布式發電系統、飛輪儲能系統、航空航天、高速磨床、混合動力汽車、船舶、紡織、空調或冰箱的離心式壓縮機等領域,以及在軍用車輛、坦克、飛機以及陸海邊防、移動電源供給等軍工領域均具有優勢和良好的應用前景。較常規電機,高功率密度電機熱負荷大幅度增加,同時電機單位體積的損耗和工作溫升顯著增大。這樣,電機拓撲結構和冷卻系統優劣對電機電磁性能輸出和溫度分布影響加劇,合理設計冷卻系統以及有效控制電機的工作溫升顯得日益重要。目前,高功率密度電機采用的冷卻系統通常是密閉油冷系統、外加水套冷卻和空氣冷卻等方式,存在問題包括:1)現有的冷卻方式對轉子產生的散熱作用較小,使得電機內轉子依然會出現工作溫度較高的問題,而轉子的溫度過高,采用永磁轉子時就會影響電機內永磁體及整個電機的工作穩定性,同時縮短其使用壽命;2)受到體積限制,各種冷卻結構中介質大多是單一流動,電機部件易出現軸向溫差較大問題,導致不平衡熱應力給電機的安全運行帶來隱患。發明內容本發明針對目前高功率密度電機溫度分布轉子溫升較高且溫度分布不均衡的問題,提出了一種具有氣液交織多維冷卻系統,使電機內永磁體及整個電機的工作穩定性提高。本發明解決其技術問題的技術方案:氣液交織冷卻高功率密度電機,該裝置包括:定子、轉子及其冷卻系統,定子鐵心上沿圓周方向均勻分布定子槽,槽內嵌放電樞繞組。電樞繞組橫截面積小于定子槽的30%~50%;電樞繞組用絕緣套管包裹;包裹電樞繞組的絕緣套管與定子槽楔之間采用非金屬T型支架支撐;非金屬T型支架的支撐高度范圍內的定子槽兩側的內壁面、定子槽楔內側面和絕緣套管外面形成定子鐵心內軸向冷卻介質通道;在電機氣隙內放置非金屬密閉筒,非金屬密閉筒的外圓面與定子鐵心內內圓面緊密接觸;非金屬密閉筒上沿軸向開第一至N個滴漏孔;所述的第一至N個滴漏孔沿軸向均勻分布,其直徑與定子槽口寬度相同;在非金屬密閉筒內壁上與第一至N個滴漏孔軸對稱處開軸向槽,軸向槽與非金屬密閉筒的一個端面相通,N>4;非金屬密閉筒的兩個端面分別與第一、第二環形密封板、的內環面密封連接;第一、第二環形密封板、的外環面分別與機殼內壁密封連接;所述非金屬密閉筒上的第一至N個滴漏孔和軸向槽位于豎直相對方向,軸向槽位于下方且與非金屬密閉筒的端面相通的一端位于第二環形密封板側;非金屬密閉筒、機殼內壁、定子鐵心與第一、第二環形密封板、包圍形成的空間構成定子側密閉冷卻腔;液體入流引導管分別穿過第一端蓋上的液體介質入口孔與第一密封板上的液體冷卻介質入口孔,與第一密封板密封連接;液體出流第一引導管分別穿過第二端蓋上的液體介質出口孔與第二密封板上的液體冷卻介質出口孔,與第二密封板密封連接;冷卻液體從入流第一引導管流入定子側密閉冷卻腔,從液體出流第一引導管流出;液體出流第二引導方管的一端穿過第二端蓋上的液體介質出口方孔與非金屬密閉筒上的軸向槽一端配合,并密封連接固定;冷卻液體從入流第一引導管流入定子側密閉冷卻腔,經第一至N個滴漏孔、軸向槽,從液體出流第二引導管流出;氣體入流引導管的一端穿過第一端蓋上的氣體介質入口孔,與非金屬密閉筒內壁面,至轉子鐵心端面位置;冷卻氣體從氣體入流引導管內流入,經電機氣隙,從氣體介質出口孔流出。所述液體入流第一引導管和液體出流第一引導管、液體出流第二引導管、氣體入流引導管為非金屬管。第一端蓋上的液體介質入口孔的中心和氣體介質入口孔的中心在同一半徑上,其中液體介質入口孔的中心到第一端蓋中心的距離與液體冷卻介質入口孔的中心到第一密封板的中心的距離相等;氣體介質入口孔的中心到第一端蓋中心的距離等于非金屬密閉筒的內半徑減氣體介質入口孔(9-1-2)的半徑;第二端蓋上的液體介質出口孔的中心、液體介質出口方孔的中心和氣體介質出口孔的中心在同一直徑上,其中冷卻液體介質出口孔的中心到第二端蓋中心的距離與液體冷卻介質出口孔的中心到第二密封板的中心的距離相等;冷卻液體介質出口方孔的中心到第二端蓋中心的距離與軸向槽橫截面中心到非金屬密閉筒中心的距離相等。冷卻系統包括:液體壓送泵、氣體壓送泵、液體抽吸泵、液體冷卻裝置;液體壓送泵出口通過管路與液體入流第一引導管連接,液體出流第一引導管與液體冷卻裝置的入口連接,液體冷卻裝置的出口通過管路與液體壓送泵入口連接;液體出流第二引導管的出口與液體抽吸泵入口通過管路連接,液體抽吸泵出口通過管路與與液體冷卻裝置連接;所述的第一至N個滴漏孔沿軸向非均勻分布,分布密度逐漸增加;氣體壓送泵出口通過管路與氣體入流引導管連接。本發明和現有技術相比所具有的有益效果:發明提出的氣液交織多維冷卻系統高速永磁電機,采用氣態(如:空氣)和液態(如:變壓器油)冷卻介質組成復合冷卻媒介,分別在軸向、周向和空間垂直方向設計不同冷卻通道合成一個交織的多維空間冷卻系統,可以有效改善高密度電機的冷卻系統,降低電機工作溫升,提高電機系統穩定性。此外,該冷卻系統分別采用氣體和液體兩種冷卻介質直接作用轉子,能夠大幅降低轉子工作溫升;軸向非均勻滴漏冷卻通路設計可以顯著減小定子和轉子軸向溫差,進而削弱因熱應力分布不平衡給電機帶來的影響。附圖說明圖1為氣液交織冷卻高功率密度電機主視圖。圖2為氣液交織冷卻高功率密度電機橫切面圖。圖3為電機齒槽位置放大圖。圖4為第一端蓋圖。圖5為第二端蓋圖。圖6為第一密封板圖。圖7為第二密封板圖。圖8為非金屬密閉筒主視圖。圖9為非金屬密閉筒橫切面圖。圖10為帶有非均勻分布滴漏孔的非金屬密閉筒軸向橫縱切面圖。具體實施方式結合附圖對本發明作進一步說明。氣液交織冷卻高功率密度電機,如圖1-圖9所示,該裝置包括:定子、轉子及其冷卻系統,定子鐵心1上沿圓周方向均勻分布定子槽1-1,槽內嵌放電樞繞組1-2。電樞繞組1-2橫截面積小于定子槽1-1的30%~50%,選用其端值或其中間任意值均可。電樞繞組1-2用絕緣套管1-3包裹。包裹電樞繞組1-2的絕緣套管1-3與定子槽楔1-4之間采用非金屬T型支架1-5支撐。非金屬T型支架1-5的支撐高度范圍內的定子槽1-1兩側的內壁面、定子槽楔1-4內側面和絕緣套管1-3外面形成定子鐵心1內軸向冷卻介質通道。在電機氣隙2內放置非金屬密閉筒3,非金屬密閉筒3的外圓面與定子鐵心1內圓面緊密接觸。非金屬密閉筒3上沿軸向開第一至N個滴漏孔7-1、7-2、…、7-N;所述的第一至N個滴漏孔沿軸向均勻分布,其直徑與定子槽口寬度相同;在非金屬密閉筒3內壁上與第一至N個滴漏孔軸對稱處開軸向槽8,軸向槽8與非金屬密閉筒3的一個端面相通,N>4。非金屬密閉筒3的兩個端面分別與第一、第二環形密封板4-1、4-2的內環面密封連接;第一、第二環形密封板4-1、4-2的外環面分別與機殼10內壁密封連接;所述非金屬密閉筒3上的第一至N個滴漏孔7-1、7-2、…、7-N和軸向槽8位于豎直相對的方向,軸向槽8位于下方且與非金屬密閉筒3的端面相通的一端位于第二環形密封板4-2側。非金屬密閉筒3、機殼10內壁、定子鐵心1與第一、第二環形密封板4-1、4-2包圍形成的空間構成定子側密閉冷卻腔。液體入流引導管5-1分別穿過第一端蓋9-1上的液體介質入口孔9-1-1與第一密封板4-1上的液體冷卻介質入口孔4-1-1,與第一密封板4-1密封連接;液體出流第一引導管5-2分別穿過第二端蓋9-2上的液體介質出口孔9-2-1與第二密封板4-2上的液體冷卻介質出口孔4-2-1,與第二密封板4-2密封連接。冷卻液體從入流第一引導管5-1流入定子側密閉冷卻腔,從液體出流第一引導管5-2流出。液體出流第二引導方管5-4為一方管,它的一端穿過第二端蓋9-2上的液體介質出口方孔9-2-2與非金屬密閉筒3上的軸向槽8一端配合,并密封連接固定。冷卻液體從入流第一引導管5-1流入定子側密閉冷卻腔,經第一至N個滴漏孔7-1、7-2、7-3…7-N、軸向槽8,從液體出流第二引導管5-4流出。氣體入流引導管6-1的一端穿過第一端蓋9-1上的氣體介質入口孔9-1-2,與非金屬密閉筒3內壁面相切至轉子鐵心端面位置。冷卻氣體從氣體入流引導管6-1內流入,經電機氣隙2,從氣體介質出口孔9-2-3流出,形成軸向氣體冷卻通路。所述液體入流第一引導管5-1和液體出流第一引導管5-2、液體出流第二引導管5-4、氣體入流引導管6-1為非金屬管。第一端蓋9-1上的液體介質入口孔9-1-1的中心和氣體介質入口孔9-1-2的中心在同一半徑上,其中液體介質入口孔9-1-1的中心到第一端蓋9-1中心的距離與液體冷卻介質入口孔4-1-1的中心到第一密封板4-1的中心的距離相等;氣體介質入口孔9-1-2的中心到第一端蓋9-1中心的距離等于非金屬密閉筒3的內孔半徑減氣體介質入口孔(9-1-2)的半徑。第二端蓋9-2上的液體介質出口孔9-2-1的中心、液體介質出口方孔9-2-2的中心和氣體介質出口孔9-2-3的中心在同一直徑上,其中冷卻液體介質出口孔9-2-1的中心到第二端蓋9-2中心的距離與液體冷卻介質出口孔4-2-1的中心到第二密封板4-2的中心的距離相等;冷卻液體介質出口方孔9-2-2的中心到第二端蓋9-2中心的距離與軸向槽8橫截面中心到非金屬密閉筒3中心的距離相等。冷卻系統包括:液體壓送泵、氣體壓送泵、液體抽吸泵、液體冷卻裝置。液體壓送泵出口通過管路與液體入流第一引導管5-1連接,液體出流第一引導管5-2與液體冷卻裝置的入口連接,液體冷卻裝置的出口通過管路與液體壓送泵入口連接。氣體壓送泵出口通過管路與氣體入流引導管6-1連接。液體出流第二引導管5-4的出口與液體抽吸泵的入口通過管路連接,液體抽吸泵的出口通過管路與液體冷卻裝置的入口連接。發明采用氣態(如:空氣)和液態(如:變壓器油)冷卻介質組成復合冷卻媒介。如圖10所示,所述的第一至N個滴漏孔7-1、7-2、…、7-N沿軸向非均勻分布,分布密度逐漸增加。
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