專利名稱：一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高速永磁電機的冷卻技術領域，具體涉及一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構。
背景技術：
在電機設計中，電機的散熱設計與本身的電磁設計一樣重要，因為電機的功率會因為發(fā)熱嚴重而下降。高速永磁電機轉子中的永磁體對熱是最敏感的，因為永磁體過熱會導致其永久退磁。假如永磁體采用碳纖維保護套約束以抵抗其離心力，這會造成另一個問題，即碳纖維的導熱性能很差，永磁體的熱量很難通過它散出去，冷卻永磁體將變得非常困難。高速電機的旋轉速度高達每分鐘數萬轉甚至十幾萬轉，在非常高的表面線速度下，轉子外表面上會產生大量的空氣摩擦損耗，這會增加氣隙內的溫度，造成永磁體過熱。同時，由于高速永磁電機轉子體積小，散熱困難，因此有效的散熱和冷卻方式是高速永磁電機設計中的一個重要問題。

發(fā)明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構，該結構在不增大整機尺寸的條件下，大幅降低定子、轉子和軸承的溫升，提高整機穩(wěn)定性和效率。為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構，包括電機驅動高速離心式空氣壓縮機，該壓縮機的葉輪端軸承座12和推力盤端軸承座16支承轉子5，推力盤端軸承座16 和端蓋17之間形成第一腔Si，導流罩15與壓縮機外殼1內表面之間形成第二腔S2，推力盤端軸承座16凸出部分與導流罩15之間形成第三腔S3，葉輪端軸承座12與壓縮機外殼1 內表面之間形成第四腔S4,葉輪端軸承座12與蝸殼13內表面之間形成第五腔S5，定子冷卻水套2內表面均布至少兩個半圓形截面的槽，該槽與定子傳熱套3外表面配合形成冷水套軸向流道加，冷水套軸向流道加一端與第二腔S2相通，另一端與第四腔S4相通，定子4 內開有定子繞組冷卻風道4a，定子與轉子之間的氣隙形成轉子外表面冷卻風道4b，定子繞組冷卻風道如、轉子外表面冷卻風道4b —端均與第三腔S3相通，另一端均與第四腔S4相通，葉輪端軸承座12開有第一進氣孔12a，第一進氣孔1 一端與第四腔S4相通，另一端第五腔S5相通，推力盤端軸承座16開有第二外進氣孔16b和第三內進氣孔16a，第二外進氣孔16b —端與第一腔Sl相通，另一端通過導流罩15上開有的第五進氣孔1 與第二腔S2 相通，第三內進氣孔16a —端與第一腔Sl相通，另一端與第三腔S3相通，端蓋17上開有第四進氣孔17b和中心進氣孔17a，外界空氣通過第四進氣孔17b與第一腔Sl相通，蝸殼端蓋14上開有第六中心孔14a，推力盤軸段6、保護套7、永磁體8和葉輪端軸段9組成轉子 5，保護套7與永磁體8過盈配合，配合后一端與葉輪端軸段9連接，另一端與推力盤軸段6 連接，離心葉輪10反裝在葉輪端軸段9上，轉子5開有轉子內部冷卻風道fe，轉子內部冷卻風道fe —端與第四中心進氣孔17a相通，另一端與第六中心孔1 相通，軸向推力軸承18 一面裝在端蓋17上，另一面裝在推力盤端軸承座16上。所述的離心葉輪10與葉輪端軸段9為間隙配合，并用螺母11緊固。所述的永磁體8橫截面為橢圓形。所述的葉輪端軸承座12和推力盤端軸承座16裝有彈性箔片空氣動壓徑向軸承。所述的軸向推力軸承18采用彈性箔片空氣動壓推力軸承。由于本發(fā)明利用電機高速旋轉時離心葉輪的抽力將外部冷卻空氣吸入電機腔內對電機轉子和定子繞組進行風冷，利用定子水冷套，通過熱傳導的方式吸收定子的熱量， 故而在不增大整機尺寸的條件下，大幅降低定子、轉子和軸承的溫升，提高整機穩(wěn)定性和效率。


圖1為本發(fā)明的剖視圖。圖2為本發(fā)明轉子5的剖視圖。圖3為圖1的A-A剖視圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。參照圖1，一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構，包括電機驅動高速離心式空氣壓縮機，該壓縮機的葉輪端軸承座12和推力盤端軸承座16支承轉子5，推力盤端軸承座16和端蓋17之間形成第一腔Si，導流罩15與壓縮機外殼1內表面之間形成第二腔S2，推力盤端軸承座16凸出部分與導流罩15之間形成第三腔S3，葉輪端軸承座12與壓縮機外殼1內表面之間形成第四腔S4,葉輪端軸承座12與蝸殼13內表面之間形成第五腔 S5，定子冷卻水套2內表面均布至少兩個半圓形截面的槽，該槽與定子傳熱套3外表面配合形成冷水套軸向流道加，冷水套軸向流道加一端與第二腔S2相通，另一端與第四腔S4相通，定子4內開有定子繞組冷卻風道4a，用以冷卻電機繞組，定子與轉子之間的氣隙形成的轉子外表面冷卻風道4b，用以冷卻永磁體，定子繞組冷卻風道如、轉子外表面冷卻風道4b 一端與第三腔S3相通，另一端與第四腔S4相通，葉輪端軸承座12開有第一進氣孔12a，第一進氣孔1 一端與第四腔S4相通，另一端第五腔S5相通，推力盤端軸承座16開有第二外進氣孔16b和第三內進氣孔16a，第二外進氣孔16b —端與第一腔Sl相通，另一端通過導流罩15上開有第五進氣孔1 與第二腔S2相通，第三內進氣孔16a —端與第一腔Sl相通，另一端與第三腔S3相通，端蓋17上開有第四進氣孔17b和中心進氣孔17a，外界空氣通過第四進氣孔17b與第一腔Sl相通，蝸殼端蓋14上開有第六中心孔14a，轉子5開有轉子內部冷卻風道5a，轉子內部冷卻風道fe —端與第四中心進氣孔17a相通，另一端與第六中心孔Ha相通，通過轉子內部冷卻風道如，可以單獨對永磁體內表面進行冷卻，軸向推力軸承18 —面裝在端蓋17上，另一面裝在推力盤端軸承座16上。參照圖2，推力盤軸段6、保護套7、永磁體8和葉輪端軸段9組成轉子5，保護套7 與永磁體8過盈配合，配合后一端與葉輪端軸段9連接，另一端與推力盤軸段6連接，離心葉輪10反裝在葉輪端軸段9上，保護套7采用具有高屈服強度的鈦合金材料，永磁體8采用耐高溫的釤鈷。參照圖3，定子冷卻水套2內表面均布若干個半圓形截面的槽，并與定子傳熱套3 外表面配合形成軸向流道2a，定子4內開有由定子齒槽形成的定子繞組冷卻風道4a，定子與轉子之間的氣隙形成的轉子外表面冷卻風道4b，設計轉子時，在不影響電機性能的前提下，應盡量增大轉子外表面冷卻風道4b的橫截面積，以加強空氣對流換熱效果和減小空氣摩擦損耗。所述的離心葉輪10與葉輪端軸段9為間隙配合，并用螺母11緊固。所述的永磁體8橫截面為橢圓形。所述的葉輪端軸承座12和推力盤端軸承座16裝有彈性箔片空氣動壓徑向軸承。所述的軸向推力軸承18采用彈性箔片空氣動壓推力軸承。本發(fā)明的工作原理為利用電機高速旋轉時離心葉輪的抽力將外部冷卻空氣吸入電機腔內對電機轉子和定子繞組進行風冷，利用定子水冷套，通過熱傳導的方式吸收定子的熱量。當轉子5高速旋轉時，帶動離心葉輪10—起旋轉，在離心葉輪入口處產生一個負壓區(qū)，第四進氣孔17b與此處負壓區(qū)形成一個壓差以驅動空氣流入機腔內，定子4的熱量通過其外圓面?zhèn)鲗Ыo定子傳熱套3，定子傳熱套3將熱量傳導給定子水冷套2，定子水冷套2中的熱量熱傳導給冷卻水循環(huán)通道中的冷卻水，由繞圓周方向循環(huán)流動的冷卻水將熱量帶到外界。外部冷卻氣流通過第四進氣孔17b被吸入第一腔Sl后，進行分流，一部分氣流通過推力盤端軸承座16上的第三內進氣孔16a進入第三腔S3，剩余部分通過第二外進氣孔 16b和導流罩15上的第五進氣孔1 后進入第二腔S2，進入第三腔S3的氣流先冷卻定子端部繞組，一部分冷卻氣流流經定子繞組冷卻風道4a，另一部分冷卻氣流流經轉子外表面冷卻風道4b，然后匯合對定子另一個端部繞組進行冷卻，進入第二腔S2中的氣流流經冷水套軸向流道加后與從第三腔S3流出的氣流在第四腔S4內匯合，然后流經葉輪端軸承座12 上的第一進氣孔12a，進入第五腔S5，最后進入壓縮機葉輪入口。附圖中1為壓縮機外殼，2為定子冷卻水套，2a為冷水套軸向流道，3為定子傳熱套，4為定子, 為定子繞組冷卻風道，4b轉子外表面冷卻風道，5為轉子，12為葉輪端軸承座，12a為第一進氣孔，13為蝸殼，14為蝸殼端蓋，14a為第六中心孔，15為導流罩，15a為第五進氣孔，16為推力盤端軸承座，16a為第三內進氣孔，16b為第二外進氣孔，17為端蓋，17a 為第四中心進氣孔，17b第四進氣孔，18為軸向推力軸承，Sl為第一腔，S2為第二腔，S3為第三腔，S4為第四腔，S5為第五腔。
權利要求
1.一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構，包括電機驅動高速離心式空氣壓縮機，該壓縮機的葉輪端軸承座(1 和推力盤端軸承座(16)支承轉子(5)，推力盤端軸承座(16)和端蓋(17)之間形成第一腔(Si)，導流罩(15)與壓縮機外殼⑴內表面之間形成第二腔(S2)，推力盤端軸承座(16)凸出部分與導流罩(1 之間形成第三腔(S3)，葉輪端軸承座(1 與壓縮機外殼(1)內表面之間形成第四腔(S4)，葉輪端軸承座(1 與蝸殼 (13)內表面之間形成第五腔(S5)，其特征在于定子冷卻水套O)內表面均布至少兩個半圓形截面的槽，該槽與定子傳熱套C3)外表面配合形成冷水套軸向流道( )，冷水套軸向流道Oa) —端與第二腔(S》相通，另一端與第四腔(S4)相通，定子內開有定子繞組冷卻風道(如)，定子與轉子之間的氣隙形成轉子外表面冷卻風道(4b)，定子繞組冷卻風道 (如)、轉子外表面冷卻風道Gb) —端均與第三腔(S； )相通，另一端均與第四腔(S4)相通， 葉輪端軸承座(1 開有第一進氣孔(1 )，第一進氣孔(12a) —端與第四腔(S4)相通， 另一端第五腔(SO相通，推力盤端軸承座(16)開有第二外進氣孔(16b)和第三內進氣孔 (16a)，第二外進氣孔(16b) —端與第一腔(Si)相通，另一端通過導流罩(15)上開有的第五進氣孔(15a)與第二腔(S》相通，第三內進氣孔(16a) —端與第一腔(Si)相通，另一端與第三腔(S3)相通，端蓋(17)上開有第四進氣孔(17b)和中心進氣孔(17a)，外界空氣通過第四進氣孔(17b)與第一腔(Si)相通，蝸殼端蓋(14)上開有第六中心孔(Ha)，推力盤軸段(6)、保護套(7)、永磁體⑶和葉輪端軸段(9)組成轉子(5)，保護套(7)與永磁體 (8)過盈配合，配合后一端與葉輪端軸段(9)連接，另一端與推力盤軸段(6)連接，離心葉輪(10)反裝在葉輪端軸段(9)上，轉子(5)開有轉子內部冷卻風道( )，轉子內部冷卻風道(5a) —端與第四中心進氣孔(17a)相通，另一端與第六中心孔(14a)相通，軸向推力軸承(18) —面裝在端蓋(17)上，另一面裝在推力盤端軸承座(16)上。
2.根據權利要求1所述的一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構，其特征在于所述的離心葉輪(10)與葉輪端軸段(9)為間隙配合，并用螺母(11)緊固。
3.根據權利要求1所述的一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構，其特征在于所述的永磁體(8)橫截面為橢圓形。
4.根據權利要求1所述的一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構，其特征在于所述的葉輪端軸承座(1 和推力盤端軸承座(16)裝有彈性箔片空氣動壓徑向軸承。
5.根據權利要求1所述的一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構，其特征在于所述的軸向推力軸承(18)采用彈性箔片空氣動壓推力軸承。
全文摘要
一種電機驅動高速離心式空氣壓縮機的冷卻結構，包括定子水冷套、定子繞組冷卻風道、轉子外表面冷卻風道、轉子內部冷卻風道，定子外圓面與定子傳熱套過盈配合，定子傳熱套與定子水冷套過盈配合，利用電機高速旋轉時離心葉輪的抽力將外部冷卻空氣吸入電機腔內對電機進行冷卻，轉子內部冷卻風道提供一種額外的轉子冷卻通道，該結構適用于空氣軸承支承的高功率密度的高速離心旋轉機械，在不增大整機尺寸的條件下，大幅降低定子、轉子和軸承的溫升，提高整機效率。
文檔編號F04D29/58GK102322448SQ201110258998
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權日2011年9月2日
發(fā)明者徐國徽, 程文杰, 耿海鵬, 虞烈 申請人:西安交通大學