CN110556963B - 一种电机冷却装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机冷却装置及方法，属于电机冷却领域。所述装置包括散热架、风机、挡风板、热电冷却系统及控制系统；所述散热架内壁上方设置第一出风口，所述散热架内壁下方固定连接有支撑架，所述支撑架上放置有电机，所述电机上设置有第二出风口，所述散热架侧壁设置有进风口，所述进风口上连接有分流管，所述分流管未连接所述进风口的一端插入式的连接在所述电机的入风口上；所述挡风板设置于所述进风口处；所述热电冷却系统包括P型半导体、N型半导体、吸热层及放热层。本发明可以通过热电冷却系统给电机降温和/或通过风机吹风给电机降温，在降温效率上更加的明显，同时延长了电机的使用寿命。

Description

一种电机冷却装置及方法

技术领域

本发明涉及电机冷却领域，具体涉及一种电机冷却装置及方法。

背景技术

随着社会科技的发展，电机在各领域有着广泛的应用。电机作为驱动机械设备的主要动力源，在电机工作时难免会产生热量，过多的热量将降低电机的输出功率；电机内部产生的热量会影响电机的使用寿命和性能，甚至在热量较严重时将会导致烧坏电机。

在现有技术中，主要是通过循环液对电机进行冷却，具体地，在电机内部各发热部件周围设置有管道，循环液流经管道时，会对管道周围的发热部件进行冷却。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：然而，通过循环液对电机进行冷却时，循环液的锈蚀等问题易造成局部堵塞，而局部堵塞会导致短路、漏电等故障，且循环液冷却还存在结构复杂以及维修复杂等问题。与此同时，由于是通过循环液在电机内部进行流动，来对电机内的各发热部件进行冷却，因此不能针对不同的发热部件有区别的进行冷却，导致个别温度较高的发热部件降温不明显，这也将对电机的安全运行造成影响。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种电机冷却装置及方法，解决了现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，第一方面，本发明提供了一种电机冷却装置，其特征在于，所述装置包括散热架、风机、挡风板、热电冷却系统及控制系统；所述散热架内壁上方设置第一出风口，所述散热架内壁下方固定连接有支撑架，所述支撑架上放置有电机，所述电机上设置有第二出风口，所述散热架侧壁设置有进风口，所述进风口上连接有分流管，所述分流管未连接所述进风口的一端插入式的连接在所述电机的入风口上；所述挡风板设置于所述进风口处；

所述热电冷却系统(4)包括P型半导体(12)、N型半导体(13)、吸热层(14)及放热层(15)；所述P型半导体和所述N型半导体均与所述吸热层和所述放热层固定连接，且所述P型半导体及所述N型半导体之间留有间距，所述吸热层固定连接在所述电机内部发热部件周围，所述放热层固定连接在所述第二出风口的两侧；

所述风机、所述电机、所述挡风板及所述热电冷却系统均与所述控制系统通信连接。

优选的，所述第一出风口上连接有弃风回收装置，所述弃风回收装置包含有蓄电瓶，所述弃风回收装置用于将所述第一出风口流出的风回收转化为电能后储存在所述蓄电瓶中。

优选的，所述散热架的前面板和后面板的形状均为八边形。

优选的，所述电机(8)内设置有定子(18)、转子(19)、永磁铁(20)及温度感应器(22)，所述定子(20)上设置有定子绕组(21)，所述定子绕组(21)设置为双层短距分布，所述转子(19)采用半闭槽或闭口槽，所述永磁铁(20)设置为分层结构，所述温度感应器(22) 与所述控制系统(5)通信连接。

第二方面，本发明提供了一种电机冷却方法，应用于上述第一方面提供的电机冷却装置中，其特征在于，所述方法包括：

给控制系统通电，所述控制系统控制风机运转，所述风机吹出的风经分流管分为两股，一股通过所述分流管吹入所述电机内部，另一股吹向所述电机外部；

吹入所述电机内部的风，对所述电机内部的发热部件进行冷却后，经第二出风口流出所述电机，并经第一出风口流出散热架；

吹向所述电机外部的风绕所述电机流动，对所述电机外部进行冷却后，经所述第一出风口流出所述散热架。

优选的，所述方法还包括：

温度感应器感应所述电机内部的温度；

当所述电机内部的温度超过预设值时，所述控制系统控制挡风板打开；当所述电机内部的温度低于预设值时，所述控制系统控制挡风板收缩回原位。

第三方面，本发明提供了一种电机冷却方法，应用于上述第一方面的电机冷却装置中，其特征在于，所述方法包括：

给控制系统通电，所述控制系统给热电冷却系统通电，所述热电冷却系统包括吸热层和放热层，所述吸热层位于电机内部，所述放热层位于电机外部；

所述吸热层吸收电机内部的热量，所述电机内部温度降低；

所述吸热层将吸收的热量传送给所述放热层，所述放热层进行放热。

第四方面，本发明提供了一种电机冷却方法，应用于上述第一方面的电机冷却装置中，其特征在于，所述方法包括：

给控制系统通电，所述控制系统控制风机运转，并同时给热电冷却系统通电，所述热电冷却系统包括吸热层和放热层，所述吸热层位于电机内部，所述放热层位于电机外部；

所述风机吹出的风经分流管分为两股，一股通过所述分流管吹入电机内部，另一股吹向所述电机外部；吹入所述电机内部的风，对所述电机内部的发热部件进行冷却后，经第二出风口流出所述电机，并经第一出风口流出散热架；吹向所述电机外部的风绕所述电机流动，对所述电机外部进行冷却后，经所述第一出风口流出所述散热架；

所述吸热层吸收所述电机内部的热量，所述电机内部温度降低；所述吸热层将吸收的热量传送给所述放热层，所述放热层进行放热。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明在第一出风口设置了弃风回收装置，实现了能量的重复利用，节约了成本且减少了环境污染。

2、本发明可以通过热电冷却系统给电机降温和/或通过风机吹风给电机降温，在降温效率上更加的明显，同时延长了电机的使用寿命。

3、本发明入风口处设置了分流管，实现了分流，可以对电机内部和外部同时降温，提高了电机的降温效率。

4、本发明在入风口处设置有挡风板，可以根据电机内部和外部的实际发热情况，通过控制挡风板，可以调节吹向电机内部和电机外部的风量大小，从而可以加大对电机内部发热高的部位的降温力度，降温效果明显。

5、本发明中针对定子绕组，选择双层短距分布，从而可以减少高次谐波，降低温升；针对转子，采用半闭槽或闭口槽，这样可以减少转子铁心表面损耗和齿内脉振损耗，从而降低电机内部的温度；针对永磁铁进行分层，以减小涡流损耗，从而延缓转子的温度升高过程。

附图说明

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。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电机冷却装置的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种热电冷却系统的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种电机的局部剖面图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种电机冷却方法的流程图；

图5是根据一示例性实施例示出的另一种电机冷却方法的流程图；

图6是根据一示例性实施例示出的再一种电机冷却方法的流程图。

附图标记：散热架-1，风机-2，挡风板-3，热电冷却系统-4，控制系统-5，第一出风口-6，支撑架-7，电机-8，第二出风口-9，进风口-10，分流管-11，P型半导体-12，N型半导体-13，吸热层-14，放热层-15，弃风回收装置-16，蓄电瓶-17、定子-18、转子-19、永磁铁 -20、定子绕组-21、温度感应器-22。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上，或者可能同时存在居中组件。本发明所使用的术语“设置有”、“连接有”、以及类似的表述只是为了说明目的。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例目的，不是旨在于限定本发明。本文所使用的术语“及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

参考图1-3，本发明提供了一种电机冷却装置，该装置包括：散热架1、风机2、挡风板3、热电冷却系统4及控制系统5；其中，散热架1内壁上方设置第一出风口6，散热架1内壁下方固定连接有支撑架7，支撑架7上放置有电机8，电机8上设置有第二出风口9；散热架1侧壁设置有进风口10，进风口10上连接有分流管11，分流管11未连接进风口10的一端插入式的连接在电机8的入风口上；挡风板3设置于进风口10处；

其中，热电冷却系统4包括P型半导体12、N型半导体13、吸热层14及放热层15；P型半导体12和N型半导体13均与吸热层14 和放热层15连接，且P型半导体12及N型半导体13之间留有间距；吸热层14连接在电机8内部发热部件周围，放热层15连接在第二出风口9的两侧；

其中，风机2、电机8、挡风板3及热电冷却系统4均与控制系统5通信连接。

需要说明的是，支撑架7设置为中间悬空结构，以使风可以从支撑架7的中间流过,从而使电机8可以更快的降温；分流管11用于将风机2吹入的风分成两股，一股流向电机8内部，另一股流向电机8 外部；挡风板3用于调节分流管11分出的两股风的风量，从而可以调节吹向电机8内部和电机8外部的风的风量，以便选择性的对电机 8内部和电机8外部进行降温，从而达到快速降温的目的。

其次，P型半导体，是在纯净的硅晶体中掺入三价元素比如硼，使之取代硅晶格中硅原子的位置，主要靠空穴导电形成了P型半导体；N型半导体，是在纯净的硅晶体中掺入五价元素比如磷，使之取代晶格中硅原子的位置，形成主要靠自由电子导电的形成了N型半导体。

其中，固定连接可以为用胶粘接，还可以为通过螺丝固定，本发明不对固定连接的方式进行限定。

进一步地，第一出风口6上连接有弃风回收装置16，弃风回收装置16包含有蓄电瓶17，弃风回收装置16用于将第一出风口6流出的风回收转化为电能后储存在蓄电瓶17中。如此，从第一出风口 6流出的风并不是直接吹入空气中，而是流入弃风回收装置16中转化为电能，从而可以对从第一出风口6流出的风进行回收再利用，实现了能量的重复利用，大大节省了能源，节约了成本并减少了环境污染。

进一步地，散热架1的前面板和后面板的形状均为八边形，以便于风可以在散热架1中快速流动，以及时将热量带出去，从而及时降低散热架1中电机8的温度。

需要说明的是，散热架1由铁质材料构成，前面板或后面板的一条边的连接方式为轴承连接，使得该面板可以绕轴承连接的一边进行转动，从而实现该面板的打开和关闭；其次，该面板另外七条边上安装有磁铁，该磁铁可以在该面板闭合时吸住散热架1的侧板，以防止风将该面板吹起。

进一步地，电机8内设置有定子18、转子19、永磁铁20及温度感应器22，定子20上设置有定子绕组21，定子绕组21设置为双层短距分布，转子19采用半闭槽或闭口槽，永磁铁20设置为分层结构，温度感应器22与控制系统5通信连接。

其中，定子18是电机8工作时不转动的部分，即电机8的电机轴；定子绕组21是绕在定子18上面的线圈；转子19是电机8中的主要旋转部件，即由电机轴支撑的旋转体；永磁铁20是能永久性保持磁性的磁铁；温度感应器22用于检测电机内部的温度。

值得说明的是，定子绕组21设置为双层短距分布，有效改善了气隙磁场的波形，从而降低电机温度；转子19采用半闭槽或闭口槽，这样可以减少转子铁心表面损耗和齿内损耗，改善功率因数，从而降低电机内部的温度；永磁铁20设置为分层结构，以减小涡流损耗，从而延缓转子的温度升高过程。

实施例2

图4为本发明提供的一种电机冷却方法的工作流程图，参考图4，该电机冷却方法包括如下步骤：

给控制系统通电，控制系统控制风机运转，风机吹出的风经分流管分为两股，一股通过分流管吹入电机内部，另一股吹向电机外部；吹入电机内部的风，对电机内部的发热部件进行冷却后，经第二出风口流出电机，并经第一出风口流出散热架；吹向电机外部的风绕电机流动，对电机外部进行冷却后，经第一出风口流出散热架。

需要说明的是，上述给控制系统通电，控制系统控制风机运转，风机吹出的风经分流管分为两股，一股通过分流管吹入电机内部，另一股吹向电机外部的具体操作过程可以为：首先打开电源，给控制系统通电，然后控制系统发送第一指令给风机，风机接收到第一指令后立即运转，风机吹出的风从进风口吹入，经分流管分为两股，一股风通过分流管吹入电机内部，另一股风吹向电机外部。

另外，吹向电机外部的风绕电机流动，即为在散热架和电机外部之间进行流动，以对电机外部进行降温。

值得说明的是，通过分流管，可以将风分为两股，一股流向电机内部，一股流向电机外部，分别对电机内部和电机外部进行降温，从而达到对电机快速有效的降温效果。

进一步地，在通过上述步骤对风机吹出的风进行分流，以对电机进行降温的同时，当电机内部的温度过高时，还可以调节分流得到的两股风的风量，使得更多的风吹向电机内部，以更快的对温度过高的电机内部进行降温，其操作过程如下：

温度感应器感应电机内部的温度；当电机内部的温度超过预设值时，控制系统控制挡风板打开；当电机内部的温度低于预设值时，控制系统控制挡风板收缩回原位。

具体地，控制系统通电后给温度感应器发送第一信号，温度感应器接收到第一信号后立即开始感应电机内部的温度，当温度感应器感应到电机内部的温度超过预设值时，温度感应器给控制系统发送第二信号，控制系统接收到温度感应器发送的第二信号后立即发送第二指令给挡风板，挡风板接收到控制系统发送的第二指令后立即打开，以将吹入电机外部的部分风遮挡，使被遮挡的风吹入电机内部；当温度感应器感应到电机内部温度低于预设值时，感应器给控制系统发送第三信号，控制系统接收到温度感应器发送的第三信号后立即发送第三指令给挡风板，当挡风板接收到控制系统发送的第三指令后，立即收缩回原位，以使较多的风可以吹向电机外部。

需要说明的是，预设值用于监控电机内部的温度，实际实现中可根据电机内部的发热部件的耐热程度进行设定；挡风板的原位是控制系统未发送任何指令前的状态，即给控制系统未通电时挡风板的位置。

值得说明的是，电机内部的温度超过预设值时，说明电机内部的发热部件温度过高，需要对电机内部进行大力降温，此时可以通过控制挡风板使得大部分的风吹入电机内部，少部分的风吹向电机外部；而电机内部的温度低于预设值时，说明电机内部的发热部件温度较高，但不需要加大电机内部的降温力度，因而此时可以通过控制挡风板使得风机吹出的风均衡吹入电机内部和电机外部，以均匀对电机内部和电机外部进行降温。如此，根据电机内部的温度可以及时自动调节吹入电机内部的风量大小，从而快速对电机内部发热较高的部位进行降温。

实施例3

图5为本发明提供的一种电机冷却方法的工作流程图，参考图5，该电机冷却方法包括如下步骤：

给控制系统通电，控制系统控制给热电冷却系统通电，热电冷却系统包括吸热层和放热层，吸热层位于电机内部，放热层位于电机外部；吸热层吸收电机内部的热量，电机内部温度降低；吸热层将吸收的热量传送给放热层，放热层进行放热。

需要说明的是，热电冷却系统通电后，吸热层开始吸收电机内部的热量，并将吸收的热量传送给放热层，放热层进行放热。具体的，由于电荷载体在金属和半导体中的势能大小是不同的，所以电荷在流过金属和P型半导体的接触点时以及电荷在流过金属和N型半导体时的接触点时，必然引起能量的传递；因而当电荷从N型半导体流向 P型半导体时，连接在电机内部的吸热层被冷却下来，而连接在电机外部放热层进行放热。

还需要说明的是，电荷载体即载流子，是用于承载电荷的载体；吸热层是一个模块，由金属导体和绝缘层两部分组成；同理，放热层也是一个模块，由金属导体和绝缘层两部分组成，具体在连接方式上不一样，详见图3。

值得说明的是，热电冷却系统无机械传动部分，工作中无噪音、无液态、无气态工作介质，因而不污染环境；其次，重量轻、作用速度快、使用寿命长且易于控制。

实施例4

图6为本发明提供的一种电机冷却方法的工作流程图，参考图6，该电机冷却方法包括如下步骤：

给控制系统通电，控制系统控制风机运转，并同时给热电冷却系统通电，热电冷却系统包括吸热层和放热层，吸热层位于电机内部，放热层位于电机外部；风机吹出的风经分流管分为两股，一股通过分流管吹入电机内部，另一股吹向电机外部；吹入电机内部的风，对电机内部的发热部件进行冷却后，经第二出风口流出所述电机，并经第一出风口流出散热架；吹向电机外部的风绕电机流动，对电机外部进行冷却后，经第一出风口流出散热架；吸热层吸收电机内部的热量，电机内部温度降低；吸热层将吸收的热量传送给放热层，放热层进行放热。

需要说明的是，控制系统控制风机运转给电机降温的具体操作步骤，以及控制系统控制热电冷却系统给电机降温的具体操作步骤，实施例二和实施例三中已详细说明，此处不再赘述。

值得说明的是，本发明可以同时通过热电冷却系统给电机降温和风机吹风给电机降温，在降温效率上更加的明显，同时延长了电机的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。

Claims (6)

1.一种电机冷却装置，其特征在于，所述装置包括散热架、风机、挡风板、热电冷却系统及控制系统；所述散热架内壁上方设置第一出风口，所述散热架内壁下方固定连接有支撑架，所述支撑架上放置有电机，所述电机上设置有第二出风口，所述散热架侧壁设置有进风口，所述进风口上连接有分流管，所述分流管未连接所述进风口的一端插入式的连接在所述电机的入风口上；所述挡风板设置于所述进风口处；

所述热电冷却系统包括P型半导体、N型半导体、吸热层及放热层；所述P型半导体和所述N型半导体均与所述吸热层和所述放热层固定连接，且所述P型半导体及所述N型半导体之间留有间距，所述吸热层固定连接在所述电机内部发热部件周围，所述放热层固定连接在所述第二出风口的两侧；

所述风机、所述电机、所述挡风板及所述热电冷却系统均与所述控制系统通信连接，所述第一出风口上连接有弃风回收装置，所述弃风回收装置包含有蓄电瓶，所述弃风回收装置用于将所述第一出风口流出的风回收转化为电能后储存在所述蓄电瓶中,

所述电机冷却装置的冷却方法包括以下内容：给控制系统通电，所述控制系统控制风机运转，所述风机吹出的风经分流管分为两股，一股通过所述分流管吹入所述电机内部，另一股吹向所述电机外部；

吹入所述电机内部的风，对所述电机内部的发热部件进行冷却后，经第二出风口流出所述电机，并经第一出风口流出散热架；

吹向所述电机外部的风绕所述电机流动，对所述电机外部进行冷却后，经所述第一出风口流出所述散热架。

2.根据权利要求1所述的一种电机冷却装置，其特征在于，所述散热架的前面板和后面板的形状均为八边形。

3.根据权利要求1所述的一种电机冷却装置，其特征在于，所述电机内设置有定子、转子、永磁铁及温度感应器，所述定子上设置有定子绕组，所述定子绕组设置为双层短距分布，所述转子采用半闭槽或闭口槽，所述永磁铁设置为分层结构，所述温度感应器与所述控制系统通信连接。

4.根据权利要求1所述的电机冷却装置，其特征在于，所述方法还包括：

温度感应器感应所述电机内部的温度；

当所述电机内部的温度超过预设值时，所述控制系统控制挡风板打开；当所述电机内部的温度低于预设值时，所述控制系统控制挡风板收缩回原位。

5.一种电机冷却方法，应用于上述权利要求1-3所述的电机冷却装置中，其特征在于，所述方法包括：

给控制系统通电，所述控制系统给热电冷却系统通电，所述热电冷却系统包括吸热层和放热层，所述吸热层位于电机内部，所述放热层位于电机外部；

所述吸热层吸收电机内部的热量，所述电机内部温度降低；

所述吸热层将吸收的热量传送给所述放热层，所述放热层进行放热。

6.一种电机冷却方法，应用于上述权利要求1-3所述的电机冷却装置中，其特征在于，所述方法包括：

给控制系统通电，所述控制系统控制风机运转，并同时给热电冷却系统开通电，所述热电冷却系统包括吸热层和放热层，所述吸热层位于电机内部，所述放热层位于电机外部；

所述风机吹出的风经分流管分为两股，一股通过所述分流管吹入电机内部，另一股吹向所述电机外部；吹入所述电机内部的风，对所述电机内部的发热部件进行冷却后，经第二出风口流出所述电机，并经第一出风口流出散热架；吹向所述电机外部的风绕所述电机流动，对所述电机外部进行冷却后，经所述第一出风口流出所述散热架；

所述吸热层吸收所述电机内部的热量，所述电机内部温度降低；所述吸热层将吸收的热量传送给所述放热层，所述放热层进行放热。

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