CN110048528B - 一种基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构，包括定子铁芯，其中，定子铁芯的端部开设有定子槽，定子槽内安装有定子线圈，定子铁芯内设置有空腔，其中，定子槽的外周面及底部均位于所述空腔内，所述空腔内填充有低温共熔体，该冷却结构能够有效解决电机在频繁启停工况下电机定子温度骤升的问题，冷却效果较好，且不会降低电机的效率。

Description

一种基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构
技术领域
本发明涉及一种电机定子冷却结构，具体涉及一种基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构。
背景技术
电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的装置，其主要作用是将电能转化为机械能产生驱动扭矩。而在电机运转过程中，不可避免地会产生多种热损耗，使电机的温度上升、性能下降、寿命缩短。定子热损耗是电机热损耗中非常重要的一项，目前大多数电机的定子是采用通风散热的方式进行冷却，即使用风扇强迫空气进行循环流动的方式进行冷却。但由于空气的比热较低，在电机中容易发生难以预测的回流、涡旋等问题，所以这种冷却方式的效率较低。在频繁启动等特殊工况下电机定子会产生较大的热损耗，使定子温度突然上升，采用通风散热的方法难以解决这个问题。
近些年兴起的固液相变吸热技术是一种非常有效的电机定子冷却技术，其原理是在定子内部增加空腔并填充相变工质，通过相变工质的固液相变控制定子的温度。但是目前这种技术存在两方面缺陷：一方面，以往基本采用石蜡作为相变工质。石蜡具有可燃性，且需要通过添加石墨粉并在液态时不断搅拌以获得足够的热导率，在石墨沉淀后石蜡几乎无法吸热；由于石蜡属于非晶体混合物，其在相变过程中温度会继续升温，使腔内外的温差变小，影响冷却效果；另一方面，空腔的位置均设置在定子轭部，会产生巨大的磁阻，造成额外的热损耗，不但难以达到冷却的效果，还会严重降低电机效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构，该冷却结构能够有效解决电机在频繁启停工况下电机定子温度骤升的问题，冷却效果较好，且不会降低电机的效率。
为达到上述目的，本发明所述的基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构包括定子铁芯，其中，定子铁芯的端部开设有定子槽，定子槽内安装有定子线圈，定子铁芯内设置有空腔，其中，定子槽的外周面及底部均位于所述空腔内，所述空腔内填充有低温共熔体。
空腔的数目与定子槽的数目相同，且一个空腔对应一个定子槽。
空腔的形状根据电机定子的最优换热及冷却效果进行确定。
空腔的形状为圆柱体结构或者长方体结构，且空腔的中心线平行于电机轴的轴线。
低温共熔体由苯甲酸及N,N-二甲基十二烷胺-N-氧化物按任意比例混合而成。
低温共熔体的熔点为55℃。
低温共熔体的体积小于空腔的容积，低温共熔体占空腔的体积比根据电机工作环境及用途进行确定。
在工作时，当定子铁芯的温度高于低温共熔体的熔点时，通过低温共熔体升温吸热及熔化吸热，以吸收定子铁芯的热量，实现定子铁芯的冷却降温，当电机处于稳态运行工况或者停止运行时，低温共熔体降温放热及凝固放热，将吸收的热量释放掉。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构在具体操作时，定子铁芯的端部开设有定子槽，定子槽内安装有定子线圈，定子铁芯内设置有空腔，空腔内填充有低温共熔体，在电机频繁启动的工况下运行时，通过低温共熔体的升温吸热和熔化吸热，以吸收定子铁芯产生的热量，在电机稳态或停止运行时，通过低温共熔体的降温放热和凝固放热，以放出在电机运转时吸收的热量，从而达到增大电机热容量，降低电机定子铁芯温度的目的，需要说明的是，本发明可以有效避免电机内部由于高温造成的损耗增加、线路老化和无法正常运转的问题，提高电机的效率和稳定性，且具有结构简单、便于加工和改造等优点，适合大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的安装位置图；
图2为图1中A-A方向的截面图；
图3为本发明的结构示意图。
其中，1为定子铁芯、2为定子齿部、3为定子槽、4为空腔、5为转子铁芯齿部、6为转子导条、7为转子铁芯轭部。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图2及图3，本发明所述的基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构包括定子铁芯1，其中，定子铁芯1的端部开设有定子槽3，定子槽3内安装有定子线圈，定子铁芯1内设置有空腔4，其中，定子槽3的外周面及底部均位于所述空腔4内，所述空腔4内填充有低温共熔体。
所述空腔4的数目根据电机的需要确定，定子槽3外的磁密几乎为0，空腔选择设置在所述定子槽3的外侧，且尽可能靠近定子槽3，空腔4的数目与定子槽3的数目相同，且一个空腔4对应一个定子槽3，优选的，空腔4的数目大于等于2，如图1所示，在本发明的具体实施例中，空腔4的数目为8，各空腔4沿周向等距布置。
所述空腔4可以为任何合适的大小和形状，例如，可以将空腔4的形状设置为圆柱体或长方体，其边长或半径可以根据实际需求进行调整，只要保证该空腔4的轴线平行于电机轴的轴线即可，同时需保证空腔4的大小和形状不会过度影响电机的内部结构强度和铁心的磁导率。
所述低温共熔体可以为任何合适的低温共熔体，所述低温共熔体的熔点在常温至电机工作时的稳态温度之间，具有较大的熔解潜热与热容。本发明中低温共熔体由苯甲酸和N,N-二甲基十二烷胺-N-氧化物按任意比例混合形成，所述低温共熔体的熔点为55℃，完全在电机的工作温度范围内。
所述低温共熔体占空腔4的体积比可以根据在定子的生产与装配过程中电机工作环境和用途进行确定，需保证所述低温共熔体的体积小于空腔4的容积，避免由于低温共熔体与定子铁芯1的热胀冷缩不均导致空腔4内的低温共熔体泄露或定子铁芯1变形。
在实际操作时，空腔4的侧面开口，注入低温共熔体后，通过焊接进行密封。
如图1所示，所述定子铁芯1由于损耗产生热量，温度升高，热量传入所述空腔4内的低温共熔体，所述低温共熔体进行升温吸热，当所述低温共熔体达到其相变温度时，所述低温共熔体发生相变进行熔化吸热，然后进行升温吸热，直至低温共熔体和定子铁芯1的温度趋于稳定并相同为止。在电机停止运转后，低温共熔体进行降温放热及凝固放热，将热量通过定子铁芯1及机座传导至外界，在此过程中，增大了电机定子铁芯1的热容量，从而有效降低电机频繁启动等工况下运行时的温度。
综上所示，本发明能够有效提高电机的稳定性和效率，且具有结构简单、便于加工和改造、电机装配完成后无需再次添加低温共熔体等的优点，适合大规模推广应用。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (4)

1.一种基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构，其特征在于，包括定子铁芯(1)，其中，定子铁芯(1)的端部开设有定子槽(3)，定子槽(3)内安装有定子线圈，定子铁芯(1)内设置有空腔(4)，其中，定子槽(3)的外周面及底部均位于所述空腔(4)内，所述空腔(4)内填充有低温共熔体；
低温共熔体由苯甲酸及N,N-二甲基十二烷胺-N-氧化物按任意比例混合而成；
空腔(4)的形状为圆柱体结构或者长方体结构，且空腔(4)的中心线平行于电机轴的轴线；
低温共熔体的熔点为55℃；
在工作时，当定子铁芯(1)的温度高于低温共熔体的熔点时，通过低温共熔体升温吸热及熔化吸热，以吸收定子铁芯(1)的热量，实现定子铁芯(1)的冷却降温，当电机处于稳态运行工况或者停止运行时，低温共熔体降温放热及凝固放热，将吸收的热量释放掉。
2.根据权利要求1所述的基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构，其特征在于，空腔(4)的数目与定子槽(3)的数目相同，且一个空腔(4)对应一个定子槽(3)。
3.根据权利要求1所述的基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构，其特征在于，空腔(4)的形状根据电机定子的最优换热及冷却效果进行确定。
4.根据权利要求1所述的基于低温共熔体固液相变吸热的电机定子冷却结构，其特征在于，低温共熔体的体积小于空腔(4)的容积，低温共熔体占空腔(4)的体积比根据电机工作环境及用途进行确定。
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