一种有铁心自循环蒸发冷却盘式电机制造技术

一种有铁心自循环蒸发冷却盘式电机，其定子由定子铁心(1)、定子线圈(2)、机壳(6)和密封盘(7)组成，转子由轴承(8)、轴(9)、转子铁心(10)和磁钢(11)组成，蒸发冷却系统由冷凝器(3)、进汽管(4)、回液管(5)、定子空腔(13)和蒸发冷却介质(12)组成。机壳(6)和密封盘(7)组成定子空腔(13)，定子空腔(13)内填满蒸发冷却介质(12)。盘式电机运行时，定子铁心(1)和定子线圈(2)因损耗产生的热量传递给蒸发冷却介质(12)，使其温度升高并汽化，产生相变吸热，经进汽管(4)进入到冷凝器(3)冷却后变成液体，通过回液管(5)流回定子空腔(13)内，形成无外力驱动的自循环蒸发冷却系统。

【技术实现步骤摘要】
一种有铁心自循环蒸发冷却盘式电机
本专利技术涉及一种采用蒸发冷却技术的高功率密度大功率盘式电机。
技术介绍
盘式电机气隙为平面型，气隙磁场沿轴向分布，又称为轴向磁场电机。盘式电机功 率密度大，体积小，结构紧凑，效率高，有较大的半径、轴长比，非常适合大转矩应用场合；定 转子均是圆盘结构，可以设计成多盘式的结构，方便地实现电机功率的提升；电机定、转子 相互平行，可以调节定、转子之间的距离调整气隙磁密等。相比于径向式电机来说，盘式电 机具有相对大的气隙及多气隙结构，一般认为盘式电机具有更好的冷却能力；但是，与径向 式电机一样，盘式电机也存在冷却问题。为了保证电机工作寿命长，需要将电机产生的热量 及时转移以保证电机温升符合要求；另外，电机温升低可以减少电机定子绕组损耗。由于盘 式电机具有高功率密度、体积小、重量轻等特点，使得盘式电机的散热面积要小于径向电机 的散热面，所以盘式电机的冷却系统设计也存在很多难点。 高功率密度盘式电机由于体积小、功率密度高、热流密度大，所以其冷却系统设计 尤为重要。高功率密度盘式电机冷却方式主要有强迫风冷和水冷两种冷却方式，强迫风冷 盘式电机需要外加风扇，风的流向要与定子绕组平行，对于盘式电机的封闭结构很难实施。 高功率密度盘式电机采用水冷方式冷却需要水泵提供外部循环动力，运行压力高，须配备 附加去离子设备，增加了系统的成本，同时存在冬季防冻的问题，需要加入防冻剂，循环系 统需要特殊材料加工，提高了成本；另外，冷却水的绝缘性差，不能直接与通电的定子绕组 直接接触，定子绕组因损耗而产生的热量只能通过热传导传递给冷却水将热量带走，使得 水冷效果一般，冷却水不能直接与定子绕组接触，必须采取有效的办法防泄漏、防腐蚀。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有盘式电机冷却技术的不足，提出一种有铁心自循环蒸发 冷却盘式电机。 蒸发冷却即所谓的相变冷却，它是利用介质的相变来吸收和释放热量，其机理与 传统上的靠介质的比热来传递热量完全不同。蒸发冷却技术冷却效率高，冷却效果均匀；冷 却介质的冰点低于环境温度，无防冻问题，且具有强绝缘性，不燃不爆，安全性高；整个冷却 系统自循环冷却，不需要循环水泵、去离子水装置等附加设备，运行压力很低，稳定性好，基 本免维护。 本专利技术采用浸泡式蒸发冷却技术对盘式电机进行冷却。应用本专利技术冷却方式的盘 式电机采用中间转子，两边有铁心的定子结构形式。转子由轴、轴承、盘状的转子铁心和固 定在铁心两侧的磁钢组成，转子铁心固定焊接在转子轴上；定子由机壳、定子铁心、定子线 圈和密封盘组成，定子分布在转子两侧，形成两个定子；密封盘位于转子和定子之间，紧贴 定子铁心；蒸发冷却系统由冷凝器、进汽管、回液管、定子空腔和蒸发冷却介质组成。盘式电 机的电机机壳和两个密封盘组成两个独立的封闭的定子空腔，定子空腔内充满蒸发冷却介 质，定子铁心和定子绕组浸泡在定子空腔内的蒸发冷却介质中。 为了使冷却介质能够冷却定子铁心中间部分，使定子铁心获得较好的冷却效果， 在定子铁心上可沿径向开导液槽，使得蒸发冷却介质可以沿导液槽流入定子铁心内部进行 冷却，降低铁心内部的温度。 盘式电机绕组直线部分较短，端部较长，端部损耗比较大，本专利技术将定子铁心和定 子绕组浸泡在蒸发冷却介质中，不仅冷却定子铁心和定子槽内绕组，而且直接冷却定子端 部绕组，冷却效果明显，优于其他冷却技术，所以浸润式蒸发冷却技术非常适合高功率密度 盘式电机冷却。 为了获得良好的密封性能，本专利技术选取耐腐蚀、机械强度高、不导磁的金属或非金 属材料（如不锈钢、玻璃钢等）制成圆盘状密封盘，厚度约0.5mm至1.5_。密封盘位于电 机定子和转子之间，紧贴定子铁心，密封盘与定子铁心接触的部分用环氧树脂或粘接胶粘 接，保证机械强度和更小的气隙。密封盘的圆周部分与机壳之间采用环氧树脂或粘接胶粘 接，或用螺栓紧固进行密封。密封盘与机壳构成密封的定子空腔，采用螺栓密封时，密封盘 与定子铁心之间须装有密封条。 本专利技术的蒸发冷却系统由冷凝器、进汽管、回液管、定子空腔和蒸发冷却介质组 成。进汽管的上端与冷凝器中部连通，进汽管的下端与定子空腔顶部连通，回液管的上端 与冷凝器底部连通，回液管的下端与定子空腔底部连通，形成冷却循环回路。整个冷却系统 的工作原理是：盘式电机运行时，定子铁心和定子线圈因损耗产生的热量传递给蒸发冷却 介质，使其温度升高，当温度达到内部压力所对应的饱和温度时，定子空腔内的蒸发冷却介 质汽化，产生相变吸热，经进汽管进入到冷凝器冷却后变成液体，通过回液管流回定子空腔 内，形成无外力驱动的自循环蒸发冷却系统。 本专利技术所用蒸发冷却介质是高绝缘、低沸点、物化性能稳定、满足环保要求的蒸发 冷却介质，如Fla、4310、3000等。 本专利技术结构紧凑，利用浸泡式蒸发冷却技术实现盘式电机的冷却，具有以下优 占· 1.冷却效果好。采用低沸点、高绝缘、环保的蒸发冷却介质，使得冷却温度低，冷却 温度低、温度分布均匀、无局部过热点。 2.功率密度高。采用浸泡式蒸发冷却技术，蒸发冷却介质直接冷却定子铁心和定 子绕组，冷却效果大大提高，提升电机的功率密度。 3.噪音小、可靠性高。本专利技术采用自循环蒸发冷却结构，不需要外部循环动力，提 高了电机的效率，降低了电机的噪音；同时，利用蒸发冷却介质的高绝缘性，可以有效抑制 定子线圈槽内和端部槽口电晕放电，提高电机的绝缘性和可靠性。 本专利技术的上述优点，使其在盘式电机领域尤其是在高功率密度大功率盘式电机领 域具有广泛的应用前景。 【附图说明】 图1是本专利技术的实施方式之一的结构示意图，图中：1铁心、2定子线圈、3冷凝器、 4进汽管、5回液管、6机壳、7密封盘、8转子由轴承、9轴、10转子铁心、11磁钢、12蒸发冷却 介质、13定子空腔。 【具体实施方式】 以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本专利技术。 如图1所示，本专利技术的盘式电机采用中间转子，两边有铁心定子结构形式。转子由 轴9、轴承8、圆盘状的转子铁心10和固定在铁心两侧的磁钢11组成，转子铁心10固定焊 接在转子轴9上；定子由机壳6、定子铁心1、定子线圈2和密封盘7组成；蒸发冷却系统由 冷凝器3、进汽管4、回液管5、定子空腔13和蒸发冷却介质12组成。 密封盘7位于定子和转子之间，紧贴定子铁心，密封盘7与机壳6组成两个独立的 封闭的定子空腔13,定子空腔13内填满蒸发冷却介质12。定子铁心1及定子线圈2放置 于封闭的定子空腔13内，蒸发冷却介质12与定子铁心1和定子线圈2直接接触，不仅冷却 定子槽内绕组，而且直接冷却定子端部绕组，冷却效果明显。 冷凝器3通过进汽管4和回液管5与定子空腔13连通，形成冷却循环回路。盘式 电机运行时，定子铁心1和定子线圈2因损耗产生的热量传递给蒸发冷却介质12,使其温度 升高，当温度达到内部压力所对应的饱和温度时，定子空腔13内的蒸发冷却介质汽化，产 生相变吸热，经进汽管4进入到冷凝器3冷却后变成液体，通过回液管5流回定子空腔13 内，形成无外力驱动的自循环蒸发冷却系统。本专利技术采用低沸点、高绝缘、环保的蒸发冷却 介质，使得冷却温度低，温度分布均匀，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有铁心自循环蒸发冷却盘式电机，包括定子、转子和蒸发冷却系统；定子由定子铁心(1)、定子线圈(2)和机壳(6)组成，转子由轴承(8)、轴(9)、转子铁心(10)和磁钢(11)组成，其特征在于，所述的盘式电机还包括蒸发冷却系统，所述的蒸发冷却系统由冷凝器(3)、进汽管(4)、回液管(5)、定子空腔(13)和蒸发冷却介质(12)组成；机壳(6)和位于定子和转子之间的密封盘(7)组成两个独立的封闭的定子空腔(13)；进汽管(4)的上端与冷凝器(3)中部连通，进汽管(4)的下端与定子空腔(13)顶部连通，回液管(5)的上端与冷凝器(3)底部连通，回液管(5)下端与定子空腔(13)底部连通，形成冷却循环回路；定子铁心(1)及定子线圈(2)放置于封闭的定子空腔(13)内，定子空腔(13)内填充蒸发冷却介质(12)，蒸发冷却介质(12)与定子铁心(1)和定子线圈(2)直接接触。

【技术特征摘要】
1. 一种有铁心自循环蒸发冷却盘式电机，包括定子、转子和蒸发冷却系统；定子由定 子铁心（1)、定子线圈（2)和机壳（6)组成，转子由轴承（8)、轴（9)、转子铁心（10)和磁钢 (11)组成，其特征在于，所述的盘式电机还包括蒸发冷却系统，所述的蒸发冷却系统由冷凝 器（3)、进汽管（4)、回液管（5)、定子空腔（13)和蒸发冷却介质（12)组成；机壳（6)和位 于定子和转子之间的密封盘（7)组成两个独立的封闭的定子空腔（13);进汽管（4)的上端 与冷凝器（3)中部连通，进汽管（4)的下端与定子空腔（13)顶部连通，回液管（5)的上端 与冷凝器（3)底部连通，回液管（5)下端与定子空腔（13)底部连通，形成冷却循环回路；定 子铁心（1)及定子线圈（2)放置于封闭的定子空腔（13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾凤飞，宋福川，陈彪，袁佳毅，余顺周，侯哲，顾国彪，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11