CN114189093B - 气悬浮电机冷却结构、气悬浮电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气悬浮电机冷却结构、气悬浮电机，其中的气悬浮电机冷却结构，包括前端盖组件，所述前端盖组件内构造有轴承室，所述轴承室内设置有轴向气悬浮轴承，所述轴向气悬浮轴承包括相对设置的前轴向轴承及后轴向轴承，所述前轴向轴承与所述后轴向轴承之间夹设有止推盘，所述止推盘的外圆周壁上具有多个锯齿。根据本发明，所述止推盘通过所述锯齿可以大幅度加速轴承室内的空气流动，将轴承室的风摩损耗热量传递出来散热，并且所述止推盘的旋转结构在高速运转过程中可以挤压轴承边缘的气体产生压力气体，减少气体沿止推盘边缘泄露，利于所述轴向气悬浮轴承的稳定运行。

Description

气悬浮电机冷却结构、气悬浮电机

技术领域

本发明属于电机设计技术领域，具体涉及一种气悬浮电机冷却结构、气悬浮电机。

背景技术

气悬浮高速永磁同步电机具有体积小、转速高、功率密度大的优势，被广泛的应用于实际工业中。气悬浮高速永磁同步电机的结构组成包括：空气轴承定子、转子、电机定子铁芯、机壳、前后端盖等关键零件，空气轴承包括前后轴向轴承定子、前后径向轴承定子，转子包括转轴和止推盘。在电机高速旋转过程中，转子-止推盘与空气摩擦产生风摩损耗，在轴承室集聚大量的热量，而轴承室的降温速度比较缓慢，温度过高可能导致轴向轴承膨胀变形、实际工作间隙减小、运行不稳定或直接出现卡死现象，温度过高也会使定子绕组、径向轴承等关键零件老化寿命减短，甚至是失效、报废等。因此，实现对高速电机的轴承室和整机高效冷却至关重要。

目前常见对轴承室的冷却方式有水冷方式和风冷方式。

水冷方式是在轴承室外增加水冷通道结构，该冷却水道与水冷机壳流道串联，通过冷却循环水对轴承室不断的进行冷却降温。冷却水具有较高的质量热容和导热系数，通过强制对流散热能有效的带走大量的热量，但轴承室存在气隙空间，空气热导系数很低，空气流动较缓慢，转子-止推盘高速运动产生的热量无法快速有效地传导至电机壳体，轴承室温度降温速度比较缓慢，最终冷却效果不佳。

风冷方式是引入外部气源装置，向轴承室强加高压冷却气体，带动轴承室的空气流通进而带走热量，能在大幅度带走轴承室的热量，但这种风冷方式引入外部气源会导致电机结构更加复杂化，设计和制造难度增加，成本也会增加。引入外部气源后，可能带入一部分杂质进入电机腔体内，会对电机内部精密零件造成损伤甚至是破坏。

发明内容

因此，本发明提供一种气悬浮电机冷却结构、气悬浮电机，能够克服现有技术中单纯的水冷热传导效率偏低、强制风冷使电机结构复杂且存在引入外部杂质的不足。

为了解决上述问题，本发明提供一种气悬浮电机冷却结构，包括前端盖组件，所述前端盖组件内构造有轴承室，所述轴承室内设置有轴向气悬浮轴承，所述轴向气悬浮轴承包括相对设置的前轴向轴承及后轴向轴承，所述前轴向轴承与所述后轴向轴承之间夹设有止推盘，所述止推盘的外圆周壁上具有多个锯齿。

在一些实施方式中，所述多个所述锯齿沿着所述止推盘的周向均匀间隔设置，且相邻的两个所述锯齿之间形成夹角处于30°～60°之间。

在一些实施方式中，所述前端盖组件内还构造有第一气流通道，所述止推盘所驱动的气流能够经由所述第一气流通道进入电机的内腔内。

在一些实施方式中，所述前端盖组件内还构造有第一冷却水流道，所述第一冷却水流道与所述第一气流通道相邻设置。

在一些实施方式中，所述前端盖组件内还构造有第一气流通道，所述止推盘所驱动的气流能够经由所述第一气流通道进入电机的机壳内具有的第二气流通道内。

在一些实施方式中，所述机壳内设有第二冷却水流道，所述第二气流通道与所述第二冷却水流道间隔邻近设置，所述第二气流通道具有朝向绕组轴向端部的出风口。

在一些实施方式中，当包括第一冷却水流道，所述第一冷却水流道与所述第二冷却水流道连通。

在一些实施方式中，所述前端盖组件包括前端盖以及与其相对设置的轴承室壳体，所述轴承室壳体与所述前端盖夹设形成所述轴承室。

在一些实施方式中，所述前端盖上还构造有与所述第一气流通道连通的第三气流通道，所述第三气流通道的出口与前径向轴承相对；和/或，电机具有的后端盖上构造有与所述第二气流通道连通的第四气流通道，所述第四气流通道的出口与后径向轴承相对。

本发明还提供一种气悬浮电机，包括上述的气悬浮电机冷却结构。

本发明提供的一种气悬浮电机冷却结构、气悬浮电机，当所述转子旋转时，所述止推盘通过所述锯齿可以大幅度加速轴承室内的空气流动，将轴承室的风摩损耗热量传递出来散热，并且所述止推盘的旋转结构在高速运转过程中可以挤压轴承边缘的气体产生压力气体，减少气体沿止推盘边缘泄露，利于所述轴向气悬浮轴承的稳定运行。

附图说明

图1为本发明实施例的气悬浮电机冷却结构的内部结构示意图，图中的机壳内设有的第二冷却水流道未示出，且所述第二冷却水流道呈蛇形延伸；

图2为图1中的止推盘的一种结构示意图(轴向投影)；

图3为图1中的止推盘的另一种结构示意图(轴向投影)；

图4为本发明另一实施例的气悬浮电机冷却结构的局部结构示意图，图中的机壳内设有呈螺旋延伸的第二冷却水流道。

附图标记表示为：

101、前轴向轴承；102、止推盘；103、后轴向轴承；104、密封环；105、转子；106、轴承室壳体；107、前端盖；108、绕组轴向端部；109、定子铁芯；110、机壳；111、后端盖；112、第一气流通道；113、第二气流通道；114、第一冷却水流道；115、第二冷却水流道；116、第三气流通道；117、第四气流通道；200、锯齿。

具体实施方式

结合参见图1至图4所示，根据本发明的实施例，提供一种气悬浮电机冷却结构，包括前端盖组件，所述前端盖组件内构造有轴承室，所述轴承室内设置有轴向气悬浮轴承，所述轴向气悬浮轴承包括相对设置的前轴向轴承101及后轴向轴承103，所述前轴向轴承101与所述后轴向轴承103之间夹设有止推盘102，所述止推盘102的外圆周壁上具有多个锯齿200，所述止推盘102套装于转子105上。该技术方案中，当所述转子105旋转时，所述止推盘102通过所述锯齿200可以大幅度加速轴承室内的空气流动，将轴承室的风摩损耗热量传递出来散热，并且所述止推盘102的旋转结构在高速运转过程中可以挤压轴承边缘的气体产生压力气体，减少气体沿止推盘边缘泄露，利于所述轴向气悬浮轴承的稳定运行。

所述锯齿200的结构型式可以是多样的，理论上能够在旋转时对其所处的轴承室内的气流形成驱动的齿型皆可以，在一些具体的实施例中，如图2及图3所示出，所述多个所述锯齿200沿着所述止推盘102的周向均匀间隔设置，且相邻的两个所述锯齿200之间形成夹角(α或者β)处于30°～60°之间，当处于该角度范围内时所述锯齿200能更加易于带动周围空气移动，随着止推盘102的旋转，带动周边空气旋转，大幅度加速轴承室内的空气流动进行散热。

在一个实施例中，所述前端盖组件内还构造有第一气流通道112，所述止推盘102所驱动的气流能够经由所述第一气流通道112进入电机的内腔内，以能够对所述电机内的定子铁芯109、绕组等形成气流散热。最好的，所述前端盖组件内还构造有第一冷却水流道114，所述第一冷却水流道114与所述第一气流通道112相邻设置，以能够利用所述第一冷却水流道114内的冷却水对所述第一气流通道112中的气流进行冷却散热，从而利于气流对所述机壳110内部部件的散热。如图4所示，所述第一气流通道112的气流出口最好能够正对绕组轴向端部108，具体为绕组的出线端，值得说明的是，出线端线圈温度是非出线端的温度的1.5-2倍。

在另一个实施例中，所述前端盖组件内还构造有第一气流通道112，所述止推盘102所驱动的气流能够经由所述第一气流通道112进入电机的机壳110内具有的第二气流通道113内，也即所述机壳110内构造有与所述第一气流通道112连通的第二气流通道113，此时最好的，所述机壳110内设有第二冷却水流道115，所述第二气流通道113与所述第二冷却水流道115间隔邻近设置，所述第二气流通道113具有朝向绕组轴向端部108(包括出线端及非出线端)的出风口，从而能够利用所述第二冷却水流道115与所述第二气流通道113内的气流换热，从而能够提升所述气流对所述绕组轴向端部108的冷却效率。

更进一步的，当包括第一冷却水流道114，所述第一冷却水流道114与所述第二冷却水流道115连通，可以采用统一冷却水源对所述电机实现水冷。

所述前端盖组件包括前端盖107以及与其相对设置的轴承室壳体106，所述轴承室壳体106与所述前端盖107夹设形成所述轴承室，通过组装的方式形成相应的轴承室，降低了所述轴承室的形成难度。在一些实施方式中，所述前端盖107上还构造有与所述第一气流通道112连通的第三气流通道116，所述第三气流通道116的出口与前径向轴承相对；和/或，电机具有的后端盖111上构造有与所述第二气流通道113连通的第四气流通道117，所述第四气流通道117的出口与后径向轴承相对，能够分别对所述前端盖107及后端盖111处的径向轴承(图中未示出)形成高效降温冷却。

所述第二冷却水流道114的具体型式可以是多样的，例如可以为沿着所述电机的轴向延伸的蛇形结构或者围绕所述电机的转轴延伸的螺旋结构，所述第二气流通道113的延伸方向可以与所述第二冷却水流道114的延伸方向保持一致，以使两者能够尽量邻近保证换热冷却效率。

本发明的技术方案中的电机结构简单，能大幅度降低轴承室的温度，并同步进行冷却定子绕组线包温度，解决气悬浮高速电机的轴承室和定子线包冷却难的问题，实现更高的功率密度，延长电机的使用寿命。

根据本发明的实施例，还提供一种气悬浮电机，包括上述的气悬浮电机冷却结构。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气悬浮电机冷却结构，其特征在于，包括前端盖组件，所述前端盖组件内构造有轴承室，所述轴承室内设置有轴向气悬浮轴承，所述轴向气悬浮轴承包括相对设置的前轴向轴承（101）及后轴向轴承（103），所述前轴向轴承（101）与所述后轴向轴承（103）之间夹设有止推盘（102），所述止推盘（102）的外圆周壁上具有多个锯齿（200），所述止推盘（102）套装于转子（105）上，当所述转子（105）旋转时，所述止推盘（102）在高速运转过程中挤压轴承边缘的气体产生压力气体，减少气体沿所述止推盘（102）边缘泄露。

2.根据权利要求1所述的气悬浮电机冷却结构，其特征在于，多个所述锯齿（200）沿着所述止推盘（102）的周向均匀间隔设置，且相邻的两个所述锯齿（200）之间形成夹角处于30°～60°之间。

3.根据权利要求1所述的气悬浮电机冷却结构，其特征在于，所述前端盖组件内还构造有第一气流通道（112），所述止推盘（102）所驱动的气流能够经由所述第一气流通道（112）进入电机的内腔内。

4.根据权利要求1所述的气悬浮电机冷却结构，其特征在于，所述前端盖组件内还构造有第一气流通道（112），所述止推盘（102）所驱动的气流能够经由所述第一气流通道（112）进入电机的机壳（110）内具有的第二气流通道（113）内。

5.根据权利要求4所述的气悬浮电机冷却结构，其特征在于，所述机壳（110）内设有第二冷却水流道（115），所述第二气流通道（113）与所述第二冷却水流道（115）间隔邻近设置，所述第二气流通道（113）具有朝向绕组轴向端部（108）的出风口。

6.根据权利要求5所述的气悬浮电机冷却结构，其特征在于，所述前端盖组件内还构造有第一冷却水流道（114），所述第一冷却水流道（114）与所述第一气流通道（112）相邻设置。

7.根据权利要求6所述的气悬浮电机冷却结构，其特征在于，所述第一冷却水流道（114）与所述第二冷却水流道（115）连通。

8.根据权利要求5所述的气悬浮电机冷却结构，其特征在于，所述前端盖组件包括前端盖（107）以及与其相对设置的轴承室壳体（106），所述轴承室壳体（106）与所述前端盖（107）夹设形成所述轴承室。

9.根据权利要求8所述的气悬浮电机冷却结构，其特征在于，所述前端盖（107）上还构造有与所述第一气流通道（112）连通的第三气流通道（116），所述第三气流通道（116）的出口与前径向轴承相对；和/或，电机具有的后端盖（111）上构造有与所述第二气流通道（113）连通的第四气流通道（117），所述第四气流通道（117）的出口与后径向轴承相对。

10.一种气悬浮电机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的气悬浮电机冷却结构。