CN111245147A - 一种双转子定子无轭模块化轴向电机的混合冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双转子定子无轭模块化轴向电机的混合冷却系统，所述双转子定子无轭模块化轴向电机包括机壳、定子电枢和两个电机转子，定子电枢包括无轭部定子铁芯和绕组，绕组绕制于无轭部定子铁芯上，无轭部定子铁芯通过铝合金支架固定于机壳；两个电机转子的结构相同，两个电机转子通过主轴连接在一起；所述机壳内嵌有若干呈S型的水道，所有水道同向均匀分布于机壳内，且其出口均与水流管道连接；所述主轴为空心轴，热管位于主轴内，且热管的冷凝端插入水流管道中；机壳的空腔内部充满氦气，且机壳内侧设有若干肋片。此种混合冷却系统可改善轴向电机的温度分布，提高电机的冷却性能。

Description

一种双转子定子无轭模块化轴向电机的混合冷却系统
技术领域
本发明属于电机领域，特别涉及一种双转子定子无轭模块化轴向电机的混合冷却系统。
背景技术
近年来，随着数控机床、工业机器人、机械手、电动助力车、计算机及其外围设备等高科技产品的兴起及特殊应用如雷达、卫星天线等跟踪系统的需要，对伺服驱动电机提出了更高的性能指标和薄型安装结构的要求。同时随着人们生活水平的不断提高，尤其是对家用电器小型化、薄型化、低噪声的呼声愈来愈高，对电机的结构和体积也都提出了新的要求。
为了满足工业和人们生活等需要，具有高性能指标的盘式永磁电机应运而生。它结合了永磁电机和盘式电机的优点,该类电机具有永磁电机的结构简单、运行可靠，体积小、质量轻，损耗小、效率高等优点也同时具有盘式电机的轴向尺寸短，硅钢片利用率高，转动惯量小，功率密度高等优势。因此,盘式永磁电机以其本身的诸多优势在国内外迅速地得到了广泛地应用。
在盘式电机中，双转子定子无轭模块化轴向电机由于取消了定子轭部，更进一步的减轻了电机的重量，提高电机的功率密度，因而越来越受到青睐。但是，其特殊的结构也导致了散热的困难。因此，如何在保证安全性的同时，提高电机的散热性能，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种双转子定子无轭模块化轴向电机的混合冷却系统，其可改善轴向电机的温度分布，提高电机的冷却性能。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种双转子定子无轭模块化轴向电机的混合冷却系统，所述双转子定子无轭模块化轴向电机包括机壳、定子电枢和两个电机转子，定子电枢包括无轭部定子铁芯和绕组，绕组绕制于无轭部定子铁芯上，无轭部定子铁芯通过铝合金支架固定于机壳；两个电机转子的结构相同，均包括永磁体、转子铁芯和铝合金套筒，两个电机转子通过主轴连接在一起；所述机壳内嵌有若干呈S型的水道，所有水道同向均匀分布于机壳内，且其出口均与水流管道连接；所述主轴为空心轴，热管位于主轴内，且热管的冷凝端插入水流管道中；机壳的空腔内部充满氦气，且机壳内侧设有若干肋片。
上述肋片与机壳一体成型，或采用高导热材料单独制作后固定于机壳内侧。
上述肋片的宽度δ和厚度H具有以下关系式：
Figure BDA0002390003690000021
其中，h为制作肋片的材料的导热系数，λ为肋片表面复合传热系数。
上述肋片为条状结构，所有肋片均与机壳的轴向平行。
上述肋片为环状结构，固定于机壳的内壁，并与机壳的轴向垂直。
采用上述方案后，本发明利用氦气、热管的特性，一方面改进了水道结构，增加肋片，充入氦气，增强换热，另一方面在轴内增加了热管对转子进行散热，热管导出的热量通过水道出口进行传出，从而改善轴向电机的温度分布，提高电机的冷却性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是“S”型并联水道的结构示意图，图中箭头表征了进水口出水口方向，热管的凝结段插入临近水道出口的环形管中；
图3是机壳内表面肋片的结构示意图；
其中，(a)为矩形结构，(b)为三角形结构，(c)为环形结构；
图4是电机定子部分(不包括支架)的结构示意图；
图5是电机转子部分(不包括套筒)的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种双转子定子无轭模块化轴向电机的混合冷却系统，所述双转子定子无轭模块化轴向电机包括机壳1、定子电枢和两个电机转子，下面分别介绍。
机壳1空腔内部充满氦气11，作用有二，一方面其导热系数大约是空气的6.5倍，可以大大提高转子的散热性能，另一方面氦气为惰性气体，在电机故障运行时可以有效降低事故的发生。所述机壳1内嵌水道2，如图2所示，水道2为S型轴向并联矩形水道，在本实施例中设有6个S型水道，平均分布于机壳1的内部，且同向环绕于机壳1内，箭头处为水流入口，6个水道的出口与水流管道连接；所述机壳1的内壁还加工有肋片，配合图3所示，肋片可以是矩形、三角形或环形结构，可以与机壳一体成型，也可以采用高导热材料另外制作，再拼接于机壳内侧；所述肋片可以是条状结构，如矩形或三角形，所有肋片均与机壳的轴向平行，所述肋片也可以是环状结构，固定于机壳的内壁，并与轴向垂直，其作用有二：一是增加氦气与机壳的接触面积，扩展传热面积，二是破坏了对流边界层，增加流体扰动，增强对流换热，肋片的宽度δ和厚度H具有以下关系式：
Figure BDA0002390003690000031
其中，h为材料的导热系数，λ为肋片表面复合传热系数。
配合图4所示，定子电枢包括无轭部定子铁芯3和绕组4，并通过铝合金支架5固定于机壳1上，其中，定子铁芯3只有齿部，不包含轭部，且定子铁芯彼此分块，为模块化结构，仅通过铝合金支架5相互连接；绕组4为集中绕组，每组绕组绕制在单块定子铁芯3上。定子部分产生的热量一部分直接通过铝合金支架5传递到机壳1进行冷却，另一部分经由氦气11间接传递到机壳1进行冷却。
如图5所示，两个电机转子的结构相同，均包括永磁体6、转子铁芯7和铝合金套筒8，两个电机转子通过主轴9连接在一起，主轴9为空心轴，热管10位于主轴9内，且热管10的冷凝端插入水流管道中，由水道2进行冷却凝结。转子上永磁体6和转子铁芯7产生的热量一部分经过铝合金套筒8传递到主轴，经由热管10进行冷却，一部分通过氦气11传递到机壳1进行冷却。
对于本发明中的混合冷却系统来说，其冷却方式主要分为两部分：第一部分为轴内冷却部分，如图1中主轴9、热管10所示，第二部分为机壳冷却部分，如图2-图3所示，包括机壳内部的6条“S”型并联水道以及在机壳内表面为增加对流换热而增设的肋片。电机转子部分产生的热量一部分经过主轴传递到热管经由热管进行冷却，另一部分通过空腔内氦气传递到机壳内表面，经过机壳中的水道进行换热冷却。电机定子部分产生的热量一部分直接传递给机壳，另一部分由氦气传递到机壳内表面的其他部分，均由水道进行冷却。整个冷却系统一方面保证了电机的高效散热，确保电机内部各部分温度分布均匀，另一方面在发生故障时，由于氦气的存在，有效降低安全事故的发生。
本发明利用氦气、热管的特性，结合特殊设计的水冷结构，改善轴向电机的温度分布，提高电机的冷却性能。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双转子定子无轭模块化轴向电机的混合冷却系统，所述双转子定子无轭模块化轴向电机包括机壳、定子电枢和两个电机转子，两个电机转子通过主轴连接在一起；其特征在于：所述机壳内嵌有若干呈S型的水道，所有水道同向均匀分布于机壳内，且其出口均与水流管道连接；所述主轴为空心轴，热管位于主轴内，且热管的冷凝端插入水流管道中；机壳的空腔内部充满氦气，且机壳内侧设有若干肋片。
2.如权利要求1所述的混合冷却系统，其特征在于：所述肋片与机壳一体成型，或采用高导热材料单独制作后固定于机壳内侧。
3.如权利要求2所述的混合冷却系统，其特征在于：所述肋片的宽度δ和厚度H具有以下关系式：
Figure FDA0002390003680000011
其中，h为制作肋片的材料的导热系数，λ为肋片表面复合传热系数。
4.如权利要求1所述的混合冷却系统，其特征在于：所述肋片为条状结构，所有肋片均与机壳的轴向平行。
5.如权利要求1所述的混合冷却系统，其特征在于：所述肋片为环状结构，固定于机壳的内壁，并与机壳的轴向垂直。
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