CN103516085A - 一种加设散热腔的循环水冷电机 - Google Patents

Abstract

为了解决风冷的技术简单但效果较差，氢冷、双水内冷的效果良好但技术复杂，难以普及的技术问题，提供一种加设散热腔的循环水冷电机，其特征是：在电机转子的二端与转子同轴刚性地设置前散热腔和后散热腔，改传统转子上的实心导条为空心导条，延长其二端，分别插入前散热腔及后散热腔中，并牢固绝热连接，使空心导条与前散热腔及后散热腔形成一个密闭地连通体，并于其中充满水或其他一定量载热介质，前散热腔与后散热腔分别贴紧转子的两端并与转子同轴固连。本发明不但能很好的控制电机的温升，提高电机运作性能与机电转换效率，而且还具有结构简单、成本低廉、易于普及。

Description

一种加设散热腔的循环水冷电机

技术领域

本发明涉及一种机电装置，尤其是一种加设散热腔的循环水冷电机。

背景技术

目前，公知的电机散热有风冷、氢冷、双水内冷等技术。风冷的技术简单但效果较差，氢冷、双水内冷的效果良好但技术复杂，难以普及。

发明内容

本发明的目的是解决风冷的技术简单但效果较差，氢冷、双水内冷的效果良好但技术复杂，难以普及的技术问题，提供一种内循环水冷电机。

所述的一种加设散热腔的循环水冷电机，其特征是：在电机转子的二端与转子同轴刚性地设置前散热腔和后散热腔，改传统转子上的实心导条为空心导条，延长其二端，分别插入前散热腔及后散热腔中，并牢固绝热连接，使空心导条与前散热腔及后散热腔形成一个密闭地连通体，并于其中充满水或其他一定量载热介质，前散热腔与后散热腔分别贴紧转子的两端并与转子同轴固连。

所述的加设散热腔的循环水冷电机，其特征是：前散热腔（6）及后散热腔（7）外侧面与散热腔一体的设置着一定数量的沿半径向的散热栅。

所述的加设散热腔的循环水冷电机，其特征是：前散热腔与后散热腔内沿半径向设置有加速管，并与导条联通，每一根导条只有一端连有加速管，相间设置，加热管外包绝热层。

 本发明的有益效果是：不但能很好的控制电机的的温升，提高电机运作性能与机电转换效率，而且还具有结构简单、成本低廉、易于普及。 

附图说明

 下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。

  附图1是本发明的结构示意图;图2为温度反馈图。

其中 1.转子转轴； 2.前端环 ； 3.空心导条； 4.后端环； 5.加速管； 6.前散热腔； 7.后散热腔。  

具体实施方式

如说明书附图图1所示，在电机转子的二端与转子同轴刚性地设置前散热腔（6）和后散热腔（7），改传统转子上的实心导条为空心导条（3），延长其二端，分别插入二个散热腔中，并牢固绝热连接，使空心导条（3）与前散热腔（6）及后散热腔（7）形成一个密闭地连通体，并于其中充满水或其他一定量载热介质，两散热腔分别贴紧转子的两端并与转子同轴固连。前散热腔（6）及后散热腔（7）用导热性能及机械性能良好的紫铜制做，成薄圆柱体，以中型电机为例，轴向厚度约为2cm，壁厚3mm，半径与转子半径等大，贴紧转子并与转子同轴刚性固装。

 前散热腔（6）及后散热腔（7）外侧面与散热腔一体的设置着一定数量的沿半径向的散热栅。轴向高度约2cm。

上述装置较严格的尺寸限制，是为了在不改变现有电机机壳的条件下，散热腔能顺利的安装进机壳。当然，如果空间允许散热是越大，散热效果越好。

 散热栅的设置目的是要产生以下两个作用：1、加大散热面积而加速散热；2、扇出离心风，吹向定子线包并使之降温。

 关于空心导条（3），先用内径4mm导热、导电性能良好的紫铜管镶钳在转子上的导条槽内，然后用熔化液态紫铜浇铸而成。

 延长空心导条（4）的两端，分别插入前散热腔（6）、后散热腔（7）并与腔壁牢固密封连接，使空心导条（3）与前散热腔（6）后散热腔（7）形成一个封闭的连通空腔，并在这个空腔中充满水或其他载热介质。水的沸点较高不易利用气化潜热，要利用其对流传热，要充满。其他介质如氟利昂等沸点较低，利用其气化输热效果会更好。但不能充满，最好是充满量1/4~1/3。

以下以水为例介绍：为了把空心导条上产生的焦耳电热尽快的输入到前散热腔（6）后散热腔（7）去散热，这就需要水等载热介质加快对流循环。为此在散热腔中设置加速管（5）。它是用导热性能良好的紫铜管制作，外包绝热材料。长约为散热腔半径的4/5，沿前散热腔（6）后散热腔（7）半径向固定。其背离轴心的一端直角弯折与伸入散热腔的空心导条③焊接连通。

 转子上有许多空心导条（3），每一根导条只有一端焊连有加速管，相邻的导条，分别在前散热腔（6）后散热腔（7）中与加速管（5）一一对应相间焊连。

对于每根空心导条（5）二端分别通触的是前散热腔（6）、后散热腔（7）中的水与加速管（5）中的水。当转子高速运转、空心导条（3）上产生的焦耳电热将使加速管（5）中的水以较快的速度升温，其密度（比重）将相对较小。

这样在每一根空心导条（3）的二端都会产生一定的离心压力差。

 由于高速旋转而产生的强大的离心作用（离心力可达重力的几百深知上千倍）加速管（5）中，密度较小的热水将“浮”向轴心，并溢流入前散热腔（6）、后散热腔（7），而密度较大的冷水将“沉压”向前散热腔（6）及后散热腔（7）的周边，并继续“压”向空心导条（3）中，形成对流循环。其路线是：空心导条（3）→加速管（5）→散热腔（6）→空另一侧心导条（4）→另一侧加速管（5）→前散热腔（6）及后散热腔（7），完成一个循环。水在空心导条（3）中吸热在前散热腔（6）及后散热腔（7）中散热。

 只要转子一开始转动，空心导条（3）的压力差也随之形成，继而就会雪崩式的加大成较大的压力差，使空心导条（3）中的水向有加速管的一端单向加速流动，进而使整个连通腔中自勺水形成快速循环对流状态。

 关于压差的粗略理论计算是：ΔΡ＝ρ_冷αh-ρ_热αh

                                            ＝h（ρ_冷-ρ_热）α

                                            ＝h（ρ_冷-ρ_热）（2πn）2r/2。

ρ_冷：是前散热腔（6）后散热腔（7）中凉水的平均密度。

ρ_热：是加速管⑤中热水的平均密度。

α：是散热腔⑥⑦及加速管⑤中水的平均向心加速度。

 h：是散热腔⑥⑦水的深度。

  r：是散热腔⑥⑦的半径。

  n：是散热腔⑥⑦的转速(r/s)。

 对于中型电机，如果令h≈R=0.2m。

ρ_冷-ρ_热＝ρ_冷/100≈0.01×1×103=l0kg/m³（由实验知水在10℃~30℃时，密度减小0.01）。

令n=50r/s,则nΔΡ＝0.2×10×(l00π)2×0.2/2=20000Pa，它相当于在静态时，2m高的水柱产生的压力（压强），这个压差就是推动水循环的动力。

在这里：（2πn）2r/2＝（2π×50）2×0.2/2＝10000 >> 9.8，故忽略了重力。

 据有关研究可知：一般的金属材料、当温度从0℃→200℃时，其电阻将有近一倍的增加。显然，上述的循环水流对控制导条（3）因温升面增大电阻将会起到明显的抑制作用，与传统电动机相比进而将引发如图2所示的反馈。

  再则因循环对流把转子的温度控制在了较低的水平以内，故它能吸收定子传递过来的热量，这样对整个电机的温控又是一个积极有利的因素。

在电机运转时，在导条上产生的焦耳电热通过水循环进入二个散热腔散热。为提高散热腔的散热效率，且能把散热腔装入传统电机的机壳内，（以中型电机为例）散热腔要做成薄圆柱形，轴向厚度2cm，半径与转子等大并贴紧安装。同时在腔体的外侧面沿半径方向设置一定数量的散热栅，轴向高约1.5-2cm。（当然，如果空间许可，腔体可尽可能的做大）。为使输热介质水加快循环对流，还要在散热腔内设置加速管。所谓加速管就是一根导热性能良好的金属管，外包绝热层，长度约为散热腔半径的五分之四并沿半径向安装。并将其背离轴心的一端折成直角，与伸入散热腔中的空心导条连通。每一根空心导条只有一端与一根加速管相连接。当某一根空心导条伸入前散热腔的一端连有加速管时，则它相邻的一根应在后散热腔中与一根加速管相连接，全部空心导条与加速管都这样一一对应相间设置。在整个连通体中加满水或其他一定量介质后牢固密封。如果为了进一步简化装置而更加易于推广普及，本发明可只在电机转子的后端设置一个散热腔。把转子前端的端环也像导条一样做成空心端环，并与空心导条连通，形成水流循环通路。

 为了进一步简化装置，便于与传统电机相配套，而使本发明更易于普及，可只设置电机后端的一个后散热腔（7）面不设前散热腔（6），沟通水流回路的任务由前空心端环担任。空心前端环的制作法同空心导条（3）同，只不过这样做的结果，虽然简化了设置，方便了安装，却降低了本发明的输热及散热能力。

Claims (3)

1.一种加设散热腔的循环水冷电机，其特征是：在电机转子的二端与转子同轴刚性地设置前散热腔和后散热腔，改传统转子上的实心导条为空心导条，延长其二端，分别插入前散热腔及后散热腔中，并牢固绝热连接，使空心导条与前散热腔及后散热腔形成一个密闭地连通体，并于其中充满水或其他一定量载热介质，前散热腔与后散热腔分别贴紧转子的两端并与转子同轴固连。

2.根据权利要求1所述的加设散热腔的循环水冷电机，其特征是：前散热腔（6）及后散热腔（7）外侧面与散热腔一体的设置着一定数量的沿半径向的散热栅。

3.根据权利要求1所述的加设散热腔的循环水冷电机，其特征是：前散热腔与后散热腔内沿半径向设置有加速管，并与导条联通，每一根导条只有一端连有加速管，相间设置，加热管外包绝热层。

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