本发明提出了一种高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，包括进油轮盘、微导管、非接触式收集系统和自循环冷却系统，进油轮盘的前部设有注油管，进油轮盘后部固定在转轴Ⅰ和转子上，进油轮盘后部与微导管相连接，护套内倾斜地设置有若干个微导管，微导管的末端设有非接触式收集系统，非接触式收集系统的下部通过导通管与自循环冷却系统相连接；自循环冷却系统包括自循环动力装置和储油箱。本发明利用转子在高速旋转下强大的离心力使油冷介质在护套内的流通进行降温，不需要额外的动力装置，依靠高速电机自身旋转产生的离心力及自身转轴动力实现油冷介质的循环；采用无旋转密封的非接触式进油和出油方式，规避了转子冷却介质旋转密封难的问题。
1.一种高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，其特征在于：包括进油轮盘（6）、微导管（27）、非接触式收集系统（5）和自循环冷却系统，进油轮盘（6）的前部设有注油管（11），进油轮盘（6）的后部固定在转轴Ⅰ（21）和转子（2）上，进油轮盘（6）的后部与微导管（27）相连接，护套（24）内倾斜地设置有若干个微导管（27），微导管（27）的末端设有非接触式收集系统，非接触式收集系统（5）的下部通过导通管（9）与自循环冷却系统相连接；所述自循环冷却系统包括自循环动力装置（4）和储油箱（1），自循环动力装置（4）设置在转轴Ⅰ（21）的后方，自循环动力装置（4）与储油箱（1）相连接，储油箱（1）内表面设有散热装置（8），储油箱（1）通过控流阀（7）与注油管（11）相连接。
2.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，其特征在于，所述进油轮盘（6）为空心的圆台，进油轮盘（6）包括进油台面（64）和进油圆盘（65），进油台面（64）和进油圆盘（65）之间设有侧面（66）；所述转轴Ⅰ（21）通过通孔Ⅰ（67）穿过进油台面（64）的中部，转轴Ⅰ（21）通过第一转轴通孔（61）穿过进油圆盘（65）的中部，进油圆盘（65）固定在转轴Ⅰ（21）上；所述进油台面（64）的中部设有通孔Ⅰ（67），通孔Ⅰ（67）的直径大于转轴Ⅰ（21）的直径，注油管（11）设置在通孔Ⅰ（67）内。
3.根据权利要求2所述的高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，其特征在于，所述进油圆盘（65）的圆周外部设有与微导管（27）相匹配的小孔（62），小孔（62）的数量与微导管（27）的数量相同，小孔（62）与微导管（27）相连接。
4.根据权利要求3所述的高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，其特征在于，所述侧面（66）的内侧壁上具有若干个微型扇叶（63）；所述微型扇叶（63）均匀分布在侧面（66）的内侧壁上，微型扇叶（63）的高度不超过小孔（62）与进油圆盘（65）的外圆周的距离。
5.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，其特征在于，所述微导管（27）由刚性材料制成，微导管（27）两侧的端口具有高度差，微导管（27）与进油轮盘（6）相连的一侧端口位置相对较低，微导管（27）的另一侧端口位置较高，微导管（27）在垂直方向上形成一个倾角。
6.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，其特征在于，所述非接触式收集系统（5）包括非接触收集圆盘（51），非接触收集圆盘（51）的中部设有第二转轴通孔（54），非接触收集圆盘（51）固定在端盖（3）上；所述非接触收集圆盘（51）外圆周上设有收集外沿（52），非接触收集圆盘（51）和收集外沿（52）之间设有海绵；所述收集外沿（52）的下部向端盖（3）方向倾斜，非接触收集圆盘（51）的底部设有圆孔（53），圆孔（53）通过导通管（9）与自循环动力装置（4）相连接。
7.根据权利要求6所述的高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，其特征在于，所述导通管（9）为U型导通管，与圆孔（53）相连接的导通管（9）先向下后向上，通过连通器原理形成封闭液面。
8.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，其特征在于，所述自循环动力装置（4）包括转轴Ⅱ（41）、永磁体Ⅱ（42）、轴承（44）和叶轮（45），转轴Ⅱ（41）水平设置在转轴Ⅰ（21）的正后方，转轴Ⅱ（41）设置在轴承（44）内，转轴Ⅱ（41）前部的侧面设有永磁体Ⅱ（42），转轴Ⅰ（21）的后侧设有与永磁体Ⅱ（42）相耦合的永磁体Ⅲ（47）；转轴Ⅱ（41）后部设有螺旋的叶轮（45），叶轮（45）位于与导通管（9）连接处的后方。
9.根据权利要求8所述的高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，其特征在于，所述叶轮（45）后方的导油管的转弯处的前侧设有倒齿（46）。
10.根据权利要求5-8中任意一项所述的高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，其特征在于，其工作原理为：进油轮盘（6）包括进油圆盘（65），非接触式收集系统（5）包括非接触收集圆盘（51），储油箱（1）内的油冷介质通过注油管（11）无接触式的注入进油轮盘（6），进油轮盘（6）随着转轴Ⅰ（21）转动，进油轮盘（6）上的微型扇叶（63）使旋转中的油冷介质在进油轮盘（6）的圆周方向分布均匀，油冷介质通过进油圆盘（65）上的小孔（62）进入护套内的微导管（27）；进入两侧端口具有高度差的微导管（27）的油冷介质在离心力作用下受到径向朝外的力，通过离心力的水平分量使油冷介质从进油侧通向另一侧，使油冷介质在护套中的微型导通管内流动，实现无动力装置的油液流动；非接触式收集系统（5）内的海绵对转子内带出的油冷介质进行收集，海绵吸收的油冷介质在重力作用下集中在非接触收集圆盘（51）的下方进而输送至导通管（9），导通管（9）通过连通器原理形成封闭液面；在高速电机转轴Ⅰ（21）的永磁体Ⅰ（25）产生的磁场的带动下，自循环动力装置（4）的转轴Ⅱ（41）随高速电机一同转动，螺旋的叶轮（45）带动空气被抽向导通管（9）的外部，由于U型的导通管（9）处形成封闭液面，在压力差的作用下油冷介质通过导油管被推送至储油箱（1），通过散热装置（8）散热后输送至注油管（11），实现油冷介质的循环。
高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置
技术领域
[0001] 本发明涉及高速永磁电机自循环转子油冷装置的技术领域，具体涉及一种高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置。
背景技术
[0002] 高速电机由于转速较高，体积小且单位能量密度大，在运行中通常产生较多的热量，高温易造成线路烧毁或永磁体高温失磁，同时转子温升又是限制高速永磁电机容量的关键要素，因此足够有效的散热装置对高速电机非常重要。但目前采用较多的液冷方式多为定子水冷或油冷装置，能够有效减少定子绕组产生的温升，但对转子的降温效果非常有限，且由于转子在运行过程中处于高速旋转状态，采用转子液冷会存在旋转密封不够的问题，可靠性较低。因此通过转子液冷的方式对转子进行降温的措施非常少见，转子温升较大的问题难以得到有效解决。
发明内容
[0003] 针对现有高速永磁电机液冷方式对转子降温效果不明显，可靠性低的技术问题，本发明提出一种高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，可以实现对高速永磁电机转子的直接冷却，同时规避了转子冷却介质旋转密封难的问题，通过采用非接触式的进油和出油方式，增加了系统的可靠性。
[0004] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，包括进油轮盘、微导管、非接触式收集系统和自循环冷却系统，进油轮盘的前部设有注油管，进油轮盘的后部固定在转轴Ⅰ和转子上，进油轮盘的后部与微导管相连接，护套内倾斜地设置有若干个微导管，微导管的末端设有非接触式收集系统，非接触式收集系统的下部通过导通管与自循环冷却系统相连接；所述自循环冷却系统包括自循环动力装置和储油箱，自循环动力装置设置在转轴Ⅰ的后方，自循环动力装置与储油箱相连接，储油箱内设有散热装置相连接，储油箱通过控流阀与注油管相连接。
[0005] 所述进油轮盘为空心的圆台，进油轮盘包括进油台面和进油圆盘，进油台面和进油圆盘之间设有侧面；所述转轴Ⅰ通过通孔Ⅰ穿过进油台面的中部，转轴Ⅰ通过第一转轴通孔穿过进油圆盘的中部，进油圆盘固定在转轴Ⅰ上；所述进油台面的中部设有通孔Ⅰ，通孔Ⅰ的直径大于转轴Ⅰ的直径，注油管设置在通孔Ⅰ内。
[0006] 所述进油圆盘的圆周外部设有与微导管相匹配的小孔，小孔的数量与微导管的数量相同，小孔与微导管相连接。
[0007] 所述侧面的内侧壁上若干个微型扇叶；所述微型扇叶均匀分布在侧面的内侧壁上，微型扇叶的高度不超过小孔与进油圆盘的外圆周的距离。
[0008] 所述微导管由刚性材料制成，微导管两侧的端口具有高度差，微导管与进油轮盘相连的一侧端口位置相对较低，微导管的另一侧端口位置较高，微导管在垂直方向上形成一个倾角。
[0009] 所述非接触式收集系统包括非接触收集圆盘，非接触收集圆盘的中部设有第二转轴通孔，非接触收集圆盘固定在端盖上；所述非接触收集圆盘外圆周上设有收集外沿，非接触收集圆盘和收集外沿之间设有海绵；所述收集外沿的下部向端盖方向倾斜，非接触收集圆盘的底部设有圆孔，圆孔通过导通管与自循环动力装置相连接。
[0010] 所述导通管为U型导通管，与圆孔相连接的导通管先向下后向上，通过连通器原理形成封闭液面。
[0011] 所述自循环动力装置包括转轴Ⅱ、永磁体Ⅱ、轴承和叶轮，转轴Ⅱ水平设置在转轴Ⅰ的正后方，转轴Ⅱ设置在轴承内，转轴Ⅱ前部的侧面设有永磁体Ⅱ，转轴Ⅰ的后侧设有与永磁体Ⅱ相耦合的永磁体Ⅲ；转轴Ⅱ后部设有螺旋的叶轮，叶轮位于与导通管连接处的后方。
[0012] 所述叶轮后方的导油管的转弯处的前侧设有倒齿。
[0013] 其工作原理为：储油箱内的油冷介质通过注油管无接触式的注入进油轮盘，进油轮盘随着转轴Ⅰ转动，进油轮盘上的微型扇叶使旋转中的油冷介质在进油轮盘的圆周方向分布均匀，油冷介质通过进油圆盘上的小孔进入护套内的微导管；进入两侧端口具有高度差的微导管的油冷介质在离心力作用下受到径向朝外的力，通过离心力的水平分量使油冷介质从进油侧通向另一侧，使油冷介质在护套中的微型导通管内流动，实现无动力装置的油液流动；非接触式收集系统内的海绵对转子内带出的油冷介质进行收集，海绵吸收的油冷介质在重力作用下集中在非接触收集圆盘的下方进而输送至导通管，导通管通过连通器原理形成封闭液面；在高速电机转轴Ⅰ的永磁体Ⅰ产生的磁场的带动下，自循环动力装置的转轴Ⅱ随高速电机一同转动，螺旋的叶轮带动空气被抽向导通管的外部，由于U型的导通管处形成封闭液面，在压力差的作用下油冷介质通过导油管被推送至储油箱，通过散热装置散热后输送至注油管，实现油冷介质的循环。
[0014] 本发明是不需要旋转密封的非接触式转子油冷结构，在不需要接触式旋转密封的前提下实现从转子进油，并利用转子在高速旋转下强大的离心力使油冷介质在护套内的通油管中流通，通过非接触式采集圆盘对流出的油冷介质进行回收，并由自循环动力装置将收集的油冷介质推送到储油箱内，实现油冷介质的循环；不需要额外的动力装置，依靠高速电机自身旋转产生的离心力以及自身转轴动力实现油冷介质的循环。
附图说明
[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016] 图1为本发明的整体布置图。
[0017] 图2为本发明转子部分的结构图。
[0018] 图3为本发明进油轮盘的结构图。
[0019] 图4为本发明微导管的布置图。
[0020] 图5为本发明非接触式收集系统的结构示意图。
[0021] 图6为本发明非接触式收集系统与自循环冷却系统的连接图。
[0022] 图7为本发明自循环动力装置的结构示意图。
[0023] 图中，1为储油箱，2为转子，21为转轴Ⅰ，24为护套，25为永磁体Ⅰ，26为转子铁芯，27为微导管，3为端盖，4为自循环动力装置，41为转轴Ⅱ，42为永磁体Ⅱ，43为加固接头，44为轴承，45为叶轮，46为倒齿，5为非接触式收集系统，51为非接触收集圆盘，52为收集外沿，53为圆孔，54为第二转轴通孔，55为海绵，6为进油轮盘，61为第一转轴通孔，62为小孔，63为微型扇叶，64为进油台面，65为进油圆盘，67为通孔Ⅰ，7为控流阀，8为散热装置，9为导通管，10为定子，11为注油管，12为机壳。
具体实施方式
[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 如图1-2所示，一种高速永磁电机转子非接触自循环冷却装置，包括进油轮盘6、微导管27、非接触式收集系统5和自循环冷却系统，进油轮盘6前部与注油管11相连接，注油管11在轮盘和转轴之间的空隙穿出，为非接触进油。进油轮盘6的后部固定在转轴Ⅰ21上，电机运行时，进油轮盘6随着转轴Ⅰ21的转动而转动，通过进油轮盘6使油冷介质进入转子2。转子
2外侧设有定子10，转子2和定子10设置在机壳12中。进油轮盘6的后部与微导管27相连接，护套24内倾斜地设置有若干个微导管27，微导管27铺设在护套24的中间。微导管27在进油侧的端口更加靠近转子圆周方向内部，微导管27的出油侧端口在圆周方向上更加向外，并在护套24内的圆周方向上具有一定角度倾斜，使油冷介质能够在转子2中停留更长的时间，扩大散热范围。微导管27围绕在转子2的永磁体Ⅰ25的外部，即护套24内，微导管27的油冷介质对永磁体Ⅰ25及护套24内产生的热量进行收集。微导管27的末端设有非接触式收集系统，实现对吸热后的油冷介质进行非接触式的软收集。非接触式收集系统5的下部通过导通管9与自循环冷却系统相连接。自循环冷却系统包括自循环动力装置4和储油箱1，自循环动力装置4设置在转轴Ⅰ21的后方，通过转子的磁场带动自循环动力装置4工作实现对油冷介质的提升和输送。自循环动力装置4通过导油管与储油箱1相连接，储油箱1内表面设有散热装置8，储油箱1通过控流阀7与注油管11相连接。储油箱1设置在自循环动力装置4另一侧的上部，导油管可以对其内的油冷介质进行部分散热。散热装置8为散热片，对吸热后的油冷介质进行冷却，控流阀7可以控制油冷介质的流速。
[0026] 如图3所示，进油轮盘6为空心的圆台，可以积存油冷介质。进油轮盘6包括进油台面64和进油圆盘65，进油台面64的面积小于进油圆盘65，进油台面64和进油圆盘65之间设有侧面66。所述转轴Ⅰ21通过通孔Ⅰ67穿过进油台面64的中部，转轴Ⅰ21通过第一转轴通孔61穿过进油圆盘65的中部，进油圆盘65固定在转轴Ⅰ21上。所述进油台面64的中部设有通孔Ⅰ67，通孔Ⅰ67的直径大于转轴Ⅰ21的直径，注油管11设置在通孔Ⅰ67内。在通孔Ⅰ67的边沿与转轴Ⅰ21之间形成较大的缝隙，进油台面64不影响转轴Ⅰ21的转动，可在缝隙中通入注油管，即注油管11从进油轮盘6的下沿与转轴Ⅰ21之间通过，与转轴Ⅰ21及进油轮盘6均不发生接触，实现使注油管11向进油轮盘6内进行无接触注油。同时，进油台面64的留有的沿不应太低，保证能够储存一定油量。
[0027] 进油圆盘65的圆周外部设有与微导管27相匹配的小孔62，小孔62的数量与微导管27的数量相同，小孔62与微导管27相连接。在高速旋转下由于离心力作用通入的油冷介质集中在小孔62中能够使油冷介质注入微导管27内。
[0028] 侧面66的内侧壁上若干个微型扇叶63；所述微型扇叶63均匀分布在侧面66的内侧壁上，微型扇叶63位于不同小孔62之间，微型扇叶63的高度不超过小孔62与进油圆盘65的外圆周的距离。由于电机运行时高速旋转产生的离心力使进油轮盘中的油冷介质集中在进油轮盘6圆周的外侧，微型扇叶63将油冷介质分成均匀的若干份，可以对小孔62进行辅助进油，使在旋转中的油冷介质在进油轮盘6的圆周方向分布更为均匀。
[0029] 转子结构除护套外与正常高速电机无差异，在油压作用下进油轮盘6中的油冷介质进入护套内的微导管27中。如图4所示，微导管27由刚性材料制成，微导管27两侧的端口具有高度差，微导管27与进油轮盘6相连的一侧端口位置相对较低，微导管27的另一侧端口位置较高，微导管27在垂直方向上形成一个倾角。当电机运转时，高速旋转产生的离心力使进油轮盘6中的油冷介质集中在圆周的外侧，在液体压强作用下进油轮盘6的油冷介质进入护套内的微导管27中。进入微导管27的油冷介质在离心力作用下受到径向朝外的力，由于通油导通管两侧的端口具有高度差，油冷介质的离心力会有一个水平分量，通过离心力的水平分量使油冷介质从进油侧通向另一侧，使油冷介质在护套中的微导管27内流动，实现无动力装置的油液流动。
[0030] 当护套内微型导通管中的油冷介质在离心力作用下送至另一侧时，采用非接触式收集系统收集油冷介质。如图2、图5和图6所示，非接触式收集系统5包括非接触收集圆盘51，非接触收集圆盘51的中部设有第二转轴通孔54，非接触收集圆盘51固定在电机尾部的端盖3上，非接触收集圆盘51不随转子2转动也不与转子2发生接触。非接触收集圆盘51外圆周上设有收集外沿52，非接触收集圆盘51和收集外沿52之间的内侧表面铺设有海绵55，海绵55对转子2内带出的油冷介质进行软收集，防止喷溅。收集外沿52的厚度很薄并伸入至气隙中，收集外沿52的下部向端盖3方向倾斜，形成沟槽方便冷却液的收集，非接触收集圆盘
51的底部设有圆孔53，圆孔53通过导通管9与自循环动力装置4相连接。海绵55吸收的油冷介质在重力作用下集中在非接触收集圆盘51的下方，由导通管9使油冷介质导通至电机外部。
[0031] 导通管9为U型导通管，与圆孔53的导通管9先向下后向上，通过连通器原理形成封闭液面。导通管9在与高速电机的转轴Ⅰ21等高处时开始横向导通，横向一定距离后继续向上，该横向部分内装有自循环动力装置4。
[0032] 如图7所示，自循环动力装置4包括转轴Ⅱ41、永磁体Ⅱ42、轴承44和叶轮45，转轴Ⅱ41水平设置在转轴Ⅰ21的正后方，与转轴Ⅰ21等高，转轴Ⅱ41的位置与转轴Ⅰ21较近。转轴Ⅱ41设置在轴承44内，轴承44的数量设有2个，轴承44对转轴Ⅱ41进行旋转支撑，同时油冷介质也对轴承44有一定的润滑作用。轴承44和转轴Ⅱ41设置在加固接头43中。转轴Ⅱ41的前部设有永磁体Ⅱ42，永磁体Ⅱ42粘贴在靠近高速电机一侧的转轴Ⅱ41的侧面。转轴Ⅰ21的后侧设有与永磁体Ⅱ42相耦合的永磁体Ⅲ47，永磁体Ⅲ47一端固定在转轴Ⅰ21的内部，高速电机转轴的转轴Ⅰ21的末端的永磁体Ⅲ47带动永磁体Ⅱ42产生磁场，自循环动力装置的转轴Ⅱ41也随高速电机一同转动。转轴Ⅱ41后部设有螺旋的叶轮45，叶轮45位于与导通管9连接处的后方。在叶轮45的带动下空气被抽向导通管9的外部，由于U型的导通管9处形成封闭液面，在压力差的作用下油冷介质在导通管9内被推送至储油箱1，实现油冷介质的循环。
[0033] 叶轮45后方的导油管的转弯处即横向导油管与纵向导油管的交界处的前侧设有倒齿46，倒齿46的方向为右侧高左侧低，倒齿46的高度较小，防止在导油管转角处形成的冲击回流。储油桶下方由导油管使油冷介质再度流入进油轮盘6，在导油管上安置控流阀7控制油冷介质的流速与开断，使油冷介质能够重新回到进油轮盘6中，实现油冷介质的循环。
[0034] 其工作原理为：储油箱1内的油冷介质通过注油管11无接触式的注入进油轮盘6，进油轮盘6随着转轴Ⅰ21转动，进油轮盘6上的微型扇叶63使旋转中的油冷介质在进油轮盘6的圆周方向分布均匀，油冷介质通过进油圆盘65上的小孔62进入护套内的微导管27；进入两侧端口具有高度差的微导管27的油冷介质在离心力作用下受到径向朝外的力，通过离心力的水平分量使油冷介质从进油侧通向另一侧，使油冷介质在护套中的微型导通管内流动，实现无动力装置的油液流动；非接触式收集系统5内的海绵对转子内带出的油冷介质进行收集，海绵吸收的油冷介质在重力作用下集中在非接触收集圆盘51的下方进而输送至导通管9，导通管9通过连通器原理形成封闭液面；在高速电机转轴Ⅰ21的永磁体Ⅰ25产生的磁场的带动下，自循环动力装置4的转轴Ⅱ41随高速电机一同转动，螺旋的叶轮45带动空气被抽向导通管9的外部，由于U型的导通管9处形成封闭液面，在压力差的作用下油冷介质通过导油管被推送至通过导油管被推送至储油箱1，通过散热装置8散热后输送至注油管11，实现油冷介质的循环。
[0035] 本发明利用高速电机转子高速旋转下强大的离心力，通过进油轮盘进油，并在护套内微导管内实现冷却液体的无压差流通，实现转子注油降温，克服了难以对高速旋转的转子实现直接降温的问题，并通过非接触式油冷介质回收装置，结合循环冷却系统实现冷却系统的自循环，同时本发明中非接触式的水冷或油冷方式与旋转密封式相比回避了高速旋转下密封不可靠性的问题。
[0036] 以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
