CN108631515A - 一种高功率密度内转子冷却液自循环电机 - Google Patents

一种高功率密度内转子冷却液自循环电机 Download PDF

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Abstract

一种高功率密度内转子冷却液自循环电机，包括电机定子绕组，电机定子绕组从外到内依次设置定子铁芯，定子电枢，永磁体和转子铁芯，转子铁芯内部设置有空心轴，空心轴两端分别设置有第二转接头，第二转接头连接冷却管一端，冷却管另一端通过第一转接头连接螺旋冷却管，螺旋冷却管螺旋缠绕并固定于定子铁芯外侧，空心轴两端设置有轴肩，轴肩处设置有流体动密封，空心轴，第二转接头，冷却管，第一转接头和螺旋冷却管形成管路，管路中充满冷却液，本发明以自身内部结构实现冷却液的转动自循环，在电机的热源点附近布置导热管，实现电机整体的热均化效果，从而提高电机的冷却能力，提高电机的功率密度。

Description

一种高功率密度内转子冷却液自循环电机
技术领域
本发明涉及动力电机技术领域，特别涉及一种高功率密度内转子冷却液自循环电机。
背景技术
电机的冷却情况决定了电机的温升，而电机的温升又直接影响到电机的使用寿命和电机的额定容量，因此，电机的冷却问题是电机设计制造和运行维护中的重要问题，对电机冷却方法的研究是很有现实意义的。
中国专利CN205791872U公开了一种电机冷却液循环系统，该系统在内转子电机的转子内表面安装有一个套筒，套筒和电机轴之间形成空腔，套筒的尾端装有循环管，循环管外接到电机外部的循环箱内形成回路，回路内充有冷却液，但冷却液并不充满回路和循环箱；当电机运行发热时，冷却液蒸发，体积增大，将循环箱内的冷却液压入循环管，使之进入电机轴和套筒之间的空腔中，而冷却液蒸汽则进入循环箱内液化，如此实现电机的冷却液循环。专利CN205791872U的冷却液循环是依靠冷却液的蒸发和凝结实现的，冷却液循环速度慢，冷却效果不够好；这种循环需要冷却液汽化，汽化的体积膨胀引起液体的循环流动，这需要冷却箱体密封，同时，如果电机长时间工作，冷却液箱体还需要再进行冷却，否则会导致冷却液箱体的压力过大。整个系统相对比较复杂，体积也比较大。
中国专利CN106230175A公布了一种雕刻机电机冷却装置，该装置在电机壳体内和电机壳体外均设有冷却机构；电机壳体内设有空腔，电机壳体外设有螺旋状冷却液管，另外电机外设有盛放冷却液的箱体，冷却液采用液泵抽取的方式实现冷却液在空腔、冷却液管和箱体之间的循环，从而对电机进行散热。专利CN106230175A中冷却液的循环是依靠液泵抽取的方式实现的，液泵的存在增大了电机的体积和总重量，还会使整个电机系统结构复杂。
专利CN205791872U与专利CN106230175A均采用在电机外部实现冷却液循环的方法对电机进行冷却，没有提及对电机内部热源点的分布不均，开展热传递，实现整体温度均化的具体结构。因此，没有直接对电机运行时的主要热源——定子电枢进行冷却，冷却性能受到限制。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高功率密度内转子冷却液自循环电机，以自身内部结构实现冷却液的转动自循环，在电机的热源点附近布置导热管，实现电机整体的热均化效果，从而提高电机的冷却能力，提高电机的功率密度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高功率密度内转子冷却液自循环电机，包括电机定子绕组，电机定子绕组从外到内依次设置定子铁芯1，定子电枢2，永磁体3和转子铁芯4，转子铁芯4内部设置有空心轴5，空心轴5两端分别设置有第二转接头10，第二转接头10连接冷却管7一端，冷却管7另一端通过第一转接头11连接螺旋冷却管9，螺旋冷却管9螺旋缠绕并固定于定子铁芯1外侧，所述的空心轴5两端设置有轴肩，轴肩处设置有流体动密封6，所述的空心轴5，第二转接头10，冷却管7，第一转接头11和螺旋冷却管9形成管路，管路中充满冷却液12。
所述的空心轴5内部加工有螺旋状凸起。
所述的空心轴5端部设置有用于密封的短螺栓8。
所述的短螺栓8采用管螺纹。
所述的空心轴5外侧为阶梯轴，轴肩处开有轴肩孔13。
所述的空心轴5采用非磁性轻质材料。
所述的冷却管7由热传导和热辐射性能好的材料制成，且冷却管7的截面为椭圆形或半圆形。
本发明的有益效果：
冷却管7直接与电枢绕组端部接触，冷却液12可以直接对定子电枢2实施冷却，改善了定子电枢的冷却性能。
采用空心轴5内部的螺旋状凸起结构推动冷却液12在流道内实现自循环，避免了外接油泵或者冷却液箱体，减轻了电机整体的重量，提高了冷却液循环的可靠性。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是空心轴剖视图。
图3是电机冷却原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，电机由定子铁芯1，定子电枢2，永磁体3，转子铁芯4，空心轴5，流体动密封6，冷却管7，短螺栓8，螺旋管冷却管9，转接头10，转接头11，冷却液12组成。冷却管7固定于电机定子绕组端部并紧贴绕组端部，且沿绕组端部环行一周，螺旋冷却管9螺旋缠绕并固定于电机定子外壁，流体动密封6位于空心轴5轴肩处，第一转接头11连接冷却管7和螺旋管冷却管9，第二转接头10一端与冷却管7相连，另一端通过流体动密封6与空心轴5相连，冷却液12充满由空心轴5，第二转接头10，冷却管7，第一转接头11和螺旋冷却管9组成的管路，短螺栓8在空心轴的端部拧紧以实现对管路的密封，电机两端结构对称，故管路是一个通路。
如图1所示，螺旋冷却管9螺旋缠绕并固定于电机定子外部，根据实际情况调整管径和缠绕圈数，以实现使用较短的管子达到一定的冷却效果。通过第二转接头10和第一转接头11可以将不同规格的冷却管7和螺旋冷却管9连接在一起形成流体的通路。
如图2所示，空心轴5两侧轴肩处各开有一个轴肩孔13，且空心轴5内部加工有螺旋状凸起，为了便于对螺旋状凸起进行加工，空心轴5的两端面都开有孔，且孔内有螺纹，电机装配时将短螺母8拧紧于空心轴5两端的螺纹孔以实现对空心轴5的密封。
流体动密封6采用紧配合的方式固定于电机外壳体上。
如图1图3所示：当电机运行时，转子带动空心轴5转动，而空心轴5内部充满了冷却液12，当空心轴5转动时，轴内部的螺旋状凸起结构会推动冷却液12向特定方向运动，而冷却液12所在的管路是一个通路，所以冷却液12就会在管路中以特定的方向循环流动。这样，只要电机开始工作，空心轴5就会推动冷却液12进行循环，实现了冷却液12的自循环功能；采用这样的结构实现冷却液12的自循环不但避免了外加油泵和油泵控制系统增加电机总体重量，而且采用纯机械结构推动流体冷却液12的自循环，提升了循环的可靠性。冷却液12具体的流动顺序是流体经轴肩孔13流出空心轴5，经流体动密封6和第二转接头10流入冷却管7，之后经第一转接头11流入螺旋冷却管9，随后冷却液12又通过电机另一端的第一转接头11，冷却管7，第二转接头10，经流体动密封6和轴肩孔13又回流至空心轴5的内部。
当电机运行时，定子电枢2必然会产生铜损，且相对于铁损，铜损通常更多且更为集中，进而电机定子绕组温度上升，而冷却管7紧贴电枢绕组端部，故电枢上的热量会通过热传导的方式传递到冷却管7内部的冷却液12中，并随冷却液12在管路中循环；当冷却液12流经螺旋冷却管9时，通过螺旋冷却管9与空气的大面积接触，将冷却液12中的热量散发到空气中，实现了对冷却液12的降温冷却，经过冷却后的冷却液12，再次流过定子绕组端部对定子电枢2进行降温。
冷却液12经过上述流动和散热过程，相当于将电枢产热搬运到电机外表面进行散热，实质上增加了电枢的散热面积的方式，加速了电枢散热速度，使电枢免于过热损坏。
本发明以自身内部结构实现冷却液的转动自循环；在电机的热源点附近布置导热管，实现电机整体的热均化效果。从而提高电机的冷却能力，提高电机的功率密度。

Claims (7)

1.一种高功率密度内转子冷却液自循环电机，包括电机定子绕组，其特征在于，电机定子绕组从外到内依次设置定子铁芯(1)，定子电枢(2)，永磁体(3)和转子铁芯(4)，转子铁芯(4)内部设置有空心轴(5)，空心轴(5)两端分别设置有第二转接头(10)，第二转接头(10)连接冷却管(7)一端，冷却管(7)另一端通过第一转接头(11)连接螺旋冷却管(9)，螺旋冷却管(9)螺旋缠绕并固定于定子铁芯(1)外侧，所述的空心轴(5)两端设置有轴肩，轴肩处设置有流体动密封(6)，所述的空心轴(5)，第二转接头(10)，冷却管(7)，第一转接头(11)和螺旋冷却管(9)形成管路，管路中充满冷却液(12)。
2.根据权利要求1所述的一种高功率密度内转子冷却液自循环电机，其特征在于，所述的空心轴(5)内部加工有螺旋状凸起。
3.根据权利要求1所述的一种高功率密度内转子冷却液自循环电机，其特征在于，所述的空心轴(5)端部设置有用于密封的短螺栓(8)。
4.根据权利要求1所述的一种高功率密度内转子冷却液自循环电机，其特征在于，所述的短螺栓(8)采用管螺纹。
5.根据权利要求1所述的一种高功率密度内转子冷却液自循环电机，其特征在于，所述的空心轴(5)外侧为阶梯轴，轴肩处开有轴肩孔(13)。
6.根据权利要求1所述的一种高功率密度内转子冷却液自循环电机，其特征在于，所述的空心轴(5)采用非磁性轻质材料。
7.根据权利要求1所述的一种高功率密度内转子冷却液自循环电机，其特征在于，所述的冷却管(7)由热传导和热辐射性能好的材料制成，且冷却管(7)的截面为椭圆形或半圆形。
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