买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：南京林业大学

摘要：本发明公开了一种转子抽真空冷却的高速永磁电机系统。当电机工作时，将转子和定子之间的空气所占据的区域完全密闭，并处于真空状态。在此区域空间的外侧设置有真空泵、电磁阀和真空计，并通过管路与此密闭空间相连。通过真空泵来调控电机气隙内部的空气真空度，可大幅降低高速永磁电机转子的风摩损耗，且风摩损耗可根据转子转速来调控。转子永磁体的风摩生热可以通过对流和辐射传递给定子，经由定子散热系统导出。通过本冷却方案，可以有效解决高速永磁电机体积趋小、散热日益困难、定转子温升局部过高的问题，尤其适于有效解决永磁电机中的永磁体高温失磁问题。

主权项：1.一种转子抽真空冷却的高速永磁电机系统，其特征在于，包括电机、真空泵1、控制真空泵开闭的电磁阀2、真空计3、热管冷凝段6；电机包括机壳807、位于机壳807内的转子4及定子5、位于定子及转子之间并将定子包裹住的环状隔离套筒803、位于隔离套筒两端并将隔离套筒与定子机壳连接密封的密封端盖802，所述机壳、隔离套筒、密封端盖共同将定子包裹在密闭空间内；所述转子包括转轴13、转子铁心12、永磁体11；转轴13的两端安装在机壳807的两端，转子铁心12套在转轴13上，永磁体11嵌贴在转子铁心12的外圆表面上；定子包括定子铁心21、定子绕组22，定子绕组22设置在定子铁心21上；所述真空泵1连通机壳807中容纳转子的空间；所述机壳下部设有与所述密闭空间连通的进液口805；机壳上部设有与所述密闭空间连通的蒸汽出口801；所述蒸汽出口与热管冷凝段6连接，热管冷凝段6回联接至进液口805形成冷凝回路；隔离套筒安装在定子铁心21的内圆处，所述隔离套筒为环形套筒，内侧采用螺旋槽、直槽或蛇形槽道，所述隔离套筒内侧直接与液态有机工质接触；所述热管冷凝段内预充热管工质，该热管工质通过进液口805进入电机内；热管工质为蒸馏水或者丙酮；转子上还设有保护套，所述保护套套在永磁体外围的所述转子上；保护套采用合金护套或碳纤维护套。

全文数据：一种转子抽真空冷却的高速永磁电机系统技术领域本发明属于电机技术领域，更具体地，涉及一种转子抽真空冷却的高速永磁电机系统。背景技术高速电机具有功率密度大的巨大优势，可以有效地节约材料。由于转动惯量较小，所以动态响应较快，如果把高速电机与负载直接相连，可省去传统的机械变速装置，从而提高传动系统效率，因此高速电机的研究与应用符合节能减排的经济发展需要，在高速磨床、飞轮储能、航空航天等领域应用前景广阔。随着大功率高速和超高速电机设计基础理论的发展，围绕舰船、飞机等独立电源和驱动系统以及可再生能源发电系统的发展和需要，高速电机的研究目前已成为国际电工领域的研究热点，同时作为运行于极端条件下的典型电机系统之一成为我国电气科学与工程领域近年来的重点研究领域。作为高速电机研究的关键技术之一，高速电机损耗计算模型和保证电机适当温度水平的高效散热冷却技术的研究一方面与高速电机的效率密切相关，另一方面与高速电机的安全性和可靠性紧密相关。高速电机绕组电流和铁心中磁通交变频率的增加导致了基本电气损耗和高频附加损耗的增大，特别是由于转子高速旋转产生的风摩损耗和轴承损耗在总损耗中占有相当比重可达40％且与电机的运行速度和散热冷却条件密切相关，因而难以准确计算。这样一来，高速电机功率密度大幅提升带来的几何尺寸减少，使得有效的散热和冷却方式成为高速电机设计中的一个非常重要的关键技术，需要在损耗增加的前提下通过更小的总体散热面积带走这些损耗所产生的热量。高速永磁电机的散热冷却技术必须基于其自身的结构特点来认真审视。为了保证转子具有足够的刚度和较高的临界转速，高速永磁电机的转子一般为细长型，转子轴向也不可过长；为了减小离心力，转子直径应选得越小越好，但是为了保证有足够大的空间放置永磁体和转轴，转子直径却不可过小。因此，为了确保高速永磁电机转子具备足够的机械性能，无法在转子内部布设冷却通路。尽管与定子铁心损耗以及绕组铜耗相比，转子涡流损耗很小，但是转子散热条件差，转子涡流损耗却可能会引起转子较高的温升。由于永磁体材料性能与温度有关，尤其是对于居里点较低、电导率较高、温度系数较大的钕铁硼材料，过高的温度会使电机性能下降，甚至引起永磁体的退磁而损坏电机。按冷却介质的形态区分，目前在电机冷却方面得到广泛应用的方式包括气冷、气液冷和液冷三大类。气体冷却特别是大气压下的空冷由于结构简单、不需要额外密封装置且无污染，在电机冷却中具有天然的优势，常作为电机冷却的首选方案，气体冷却介质包括空气和氢气等；液体冷却介质包括液体单相冷却技术和液体相变冷却技术有水、油、氟里昂类介质及新型无污染化合物类氟碳介质。尽管空冷方式结构简单，运行维护方便，但受电机转速和容量的限制且同容量电机的体积庞大；氢冷和水冷效率远高于空冷且电机体积相应较小，但结构复杂，需分别增加氢系统和水系统，运行维护工作量大；基于液体工质相变的蒸发冷却技术利用流体汽化潜热，具有换热效率高、电机各个部分温升低、温度分布均匀且无局部过热点等优良冷却特性，具有很好的应用潜力，但是该方法在汽液两相流体的流动特性和传热的处理上还缺乏准确的理论，新型的环境友好的冷却介质尚有待进一步研发和确定稳定的物性数据。从上述研究的高速永磁电机所采用的冷却手段来看，转子冷却大多仍然采用大气压下的强制通风冷却，定子冷却则以背部的水冷为主。对于高速电机来说，由于转子转速很高，在气隙压力处于大气压附近时的空气风摩损耗与转子转速的三次方、气隙空气压力的一次方和转子表面粗糙度的一次方成正比，使得气隙中空气介质的体积生热率已经非常之大，其数值已经能占到总损耗的相当比重可达40％，这无疑是在气隙常压下工作的高速电机在设计冷却手段时必须重视和克服的难题。对于高速永磁电机来说，由于无法在转子上布置冷却通路，而通过增大表面粗糙度包括表面开槽或者设置凸起来强化空气与转子表面的对流换热时将导致风摩剧增；进一步为了带走增加的风摩损耗，就需要增大冷却空气的流量；而增大冷却空气的流量就相当于需要增大气隙压力，从而又导致风摩增大。因此，要尽可能降低高速永磁电机的转子表面粗糙度以降低风摩损耗，这样一来又不利于转子表面与空气的对流换热。发明内容发明目的：本发明提供了一种转子抽真空冷却的高速永磁电机系统，用以有效解决高速永磁电机体积小、高速永磁电机转子的风摩损耗高、散热困难、定转子温升局部过高的问题。技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：一种转子抽真空冷却的高速永磁电机系统，包括电机、真空泵、控制真空泵开闭的电磁阀、真空计、热管冷凝段；电机包括机壳、位于机壳内的转子及定子、位于定子及转子之间并将定子包裹住的环状隔离套筒、位于隔离套筒两端并将隔离套筒与定子机壳连接密封的密封端盖，所述机壳、隔离套筒、密封端盖共同将定子包裹在密闭空间内；所述转子包括转轴、转子铁心、永磁体；转轴的两端安装在机壳的两端，转子铁心套在转轴上，永磁体嵌贴在转子铁心的外圆表面上；定子包括定子铁心、定子绕组，定子绕组设置在定子铁心上；所述真空泵连通机壳中容纳转子的空间；所述机壳下部设有与所述密闭空间连通的进液口；机壳上部设有与所述密闭空间连通的蒸汽出口；所述蒸汽出口与热管冷凝段连接，热管冷凝段回联接至进液口形成冷凝回路。进一步的，隔离套筒安装在定子铁心的内圆处，该环形套筒内侧采用螺旋槽、直槽或蛇形槽道，环形套筒内侧直接与液态有机工质接触。进一步的，所述热管冷凝段外侧设置若干根高翅，与周围环境空气直接发生热交换或者由外侧设置的风扇提供的强制对流来散热。进一步的，所述热管冷凝段优选竖直设置以利用工质的重力来回流，或者在管道内侧喷涂金属颗粒通过液体浸润现象实现冷凝工质的回流进一步的，所述热管冷凝段内预充热管工质，该热管工质通过进液口进入电机内；热管工质优选蒸馏水或者丙酮。进一步的，转子上还设有保护套，该保护套套在永磁体的外围所述转子；保护套采用合金护套或碳纤维护套。有益效果：本发明中通过真空泵来调控电机气隙内部的空气真空度，可大幅降低高速永磁电机转子的风摩损耗。转子永磁体的风摩生热可以通过对流和辐射传递给定子，经由定子散热系统导出，由热管冷凝段散热。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下显著的有益效果，1、本发明所述用于高速永磁电机冷却的转子抽真空冷却系统，结合定子外部的分离式热管散热冷却系统，可以大幅降低转子风摩损耗的量级，且可以通过真空泵的工作来进行有效调整。2、分离式热管利用液体工质的相变冷却，可以为电机定转子系统高效均温的散热冷却方案，同时分离式热管冷凝段的布置不受电机本体的影响，完全可以根据电机工作的环境来进行设置，具有很好的技术柔性。3、与常规全密闭循环的管道内冷式蒸发冷却系统相比，所需布设的管道和接头数量少，定子内圆设置的密封隔离套筒将冷却介质密封在定子密闭空间内，因此各管路和接头的密封性能和工艺难度要求更低。附图说明图1是按照本发明的优选实施例所构建的转子抽真空冷却的高速永磁电机系统结构示意图。图2是本发明中电机部分的结构剖面示意图。其中，1.真空泵，2.电磁阀，3.真空计，4.电机转子，5.电机定子，6.分离热管冷凝段，21.定子铁心，22.定子绕组，11.转子永磁体，12.转子铁心，801和806.定子蒸汽出口，802.端部密封端盖，803.定子隔离套筒，804和805.定子底部的进液口，807.机壳。具体实施方式请参阅图1及图2所示，本发明公开一种转子抽真空冷却的高速永磁电机系统，包括电机、真空泵1、控制真空泵开闭的电磁阀2、真空计3、热管冷凝段6；电机包括机壳807、位于机壳807内的转子4及定子5、位于定子5及转子4之间并将定子包裹住的环状隔离套筒803、位于隔离套筒两端并将隔离套筒与定子机壳连接密封的密封端盖802，所述机壳、隔离套筒、密封端盖共同将定子包裹在密闭空间内；所述转子包括转轴13、转子铁心12、永磁体11；转轴13的两端安装在机壳807的两端，转子铁心12套在转轴13上，永磁体11嵌贴在转子铁心12的外圆表面上；定子包括定子铁心12、定子绕组22，定子绕组22设置在定子铁心21上；所述真空泵1连通机壳807中容纳转子的空间。其中转子上还可以设有保护套，该保护套套在永磁体的外围所述转子；保护套采用合金护套或碳纤维护套。所述机壳下部设有与所述密闭空间连通的进液口805；机壳上部设有与所述密闭空间连通的蒸汽出口801、806；所述蒸汽出口与热管冷凝段6连接，热管冷凝段6回联接至进液口804、805形成冷凝回路。所述热管冷凝段内预充热管工质，该热管工质通过进液口804、805进入电机内。在充入一定量的热管工质后密封形成整个分离式热管系统。热管工质优选蒸馏水或者丙酮。所述热管冷凝段6外侧设置若干根高翅，与周围环境空气直接发生热交换或者由外侧设置的风扇提供的强制对流来散热。所述热管冷凝段6优选竖直设置以利用工质的重力来回流，或者在管道内侧喷涂金属颗粒通过液体浸润现象实现冷凝工质的回流。隔离套筒803安装在定子铁心21的内圆处，该隔离套筒803内侧采用螺旋槽、直槽或蛇形槽道，隔离套筒803内侧直接与热管工质接触。电机工作时，转子4的风摩损耗通过真空泵1调控气隙内部的空气真空度来大幅降低，转子永磁体的风摩生热可以通过对流和辐射传递给定子5，经由定子5散热系统导出。采用分离式热管来对定子进行散热冷却，高速永磁电机的定子5是分离式热管的蒸发段，电机定转子的发热量使得液态相变工质发生蒸发或者汽化，上行至热管冷凝段6的工质蒸汽在冷凝段外侧的冷却之下冷凝为液体沿壁面回流。本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

权利要求：1.一种转子抽真空冷却的高速永磁电机系统，其特征在于，包括电机、真空泵1、控制真空泵开闭的电磁阀2、真空计3、热管冷凝段6；电机包括机壳807、位于机壳807内的转子4及定子5、位于定子及转子之间并将定子包裹住的环状隔离套筒803、位于隔离套筒两端并将隔离套筒与定子机壳连接密封的密封端盖802，所述机壳、隔离套筒、密封端盖共同将定子包裹在密闭空间内；所述转子包括转轴13、转子铁心12、永磁体11；转轴13的两端安装在机壳807的两端，转子铁心12套在转轴13上，永磁体11嵌贴在转子铁心12的外圆表面上；定子包括定子铁心21、定子绕组22，定子绕组22设置在定子铁心21上；所述真空泵1连通机壳807中容纳转子的空间；所述机壳下部设有与所述密闭空间连通的进液口805；机壳上部设有与所述密闭空间连通的蒸汽出口801；所述蒸汽出口与热管冷凝段6连接，热管冷凝段6回联接至进液口805形成冷凝回路。2.根据权利要求1所述的转子抽真空冷却的高速永磁电机系统，其特征在于：隔离套筒安装在定子铁心21的内圆处，该环形套筒内侧采用螺旋槽、直槽或蛇形槽道，环形套筒内侧直接与液态有机工质接触。3.根据权利要求1或2所述的转子抽真空冷却的高速永磁电机系统，其特征在于：所述热管冷凝段外侧设置若干根高翅，与周围环境空气直接发生热交换或者由外侧设置的风扇提供的强制对流来散热。4.根据权利要求3所述的转子抽真空冷却的高速永磁电机系统，其特征在于：所述热管冷凝段竖直设置以利用工质的重力来回流，或者在管道内侧喷涂金属颗粒通过液体浸润现象实现冷凝工质的回流。5.根据权利要求2所述的转子抽真空冷却的高速永磁电机系统，其特征在于：所述热管冷凝段内预充热管工质，该热管工质通过进液口805进入电机内；热管工质优选蒸馏水或者丙酮。6.根据权利要求1或2所述的转子抽真空冷却的高速永磁电机系统，其特征在于：转子上还设有保护套，该保护套套在永磁体的外围所述转子；保护套采用合金护套或碳纤维护套。

百度查询： 南京林业大学 一种转子抽真空冷却的高速永磁电机系统