CN111682661B - 一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机 - Google Patents

一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，属于电机技术领域，包括机壳以及安装在机壳内的定子和绕组，所述定子通过燕尾槽楔固定，所述燕尾槽楔的端部位于定子边缘的外侧且设置有开孔，所述开孔内安装有冷却通道，冷却通道与位于机壳外部的通道入口和通道出口连通。本发明具有在不增加电机轴向长度的前提下，具有结构紧凑、冷却效果好，且不明显增加加工难度的优点。

Description

一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机
技术领域
本发明涉及一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，属于电机技术领域，尤其适用于定子采用燕尾槽与端盖连接的盘式电机。
背景技术
1831年法拉第发明的第一台电机其结构就是盘式电机，但是，此类电机定转子制造及安装工艺复杂，定转子间轴向磁拉力较大，使得轴承轴向负荷较大，机械损耗增加，效率较低。因此，当1837年传统径向磁通（圆柱式）电机问世后，盘式电机便受到冷落。一百多年来，传统的径向磁通电机一直处于主导地位。
随着现代工业的发展，出现了对电机小型化和扁平化的需求，结构扁平的盘式电机又重新得到重视，对这种电机的研究越来越多。盘式电机与传统径向磁通电机相比具有轴向尺寸短和功率密度高等特点，通常应用在轴向空间受限的特殊应用场合。
盘式电机按照定转子的个数及相对位置可分为四类：单定子单转子结构，双定子单转子结构，双转子单定子结构和多盘结构。其中，双定子单转子结构相对其他结构来说定子固定工艺要求较低。同时，非晶合金具有损耗小的优点，用在电机上能显著提高电机效率。但非晶合金具有薄脆硬的机械特性，非晶合金定子固定方式不能采用硅钢片定子所采用的与端盖焊接的连接方式。针对非晶合金的特点，非晶合金定子一般采用燕尾槽和电机端盖相连。
盘式电机常用的冷却方式目前有两种：一是采用在前后端盖加装冷却水套利用循环水对电机进行冷却；另一种是在端盖和机壳上加装散热鳍片，借助散热风扇进行强迫风冷。但是，以上冷却方式均会增加盘式电机的轴向或径向长度，不利于电机功率密度的提高。
中国专利CN104065211A公开了一种有铁心自循环蒸发冷却盘式电机，采用将定子和绕组封闭在密封盘中的冷却方式对定子和绕组进行冷却，利用定子空腔内的冷却介质汽化，蒸汽进入冷凝器后变成液体实现热量的传递，从而给电机降温。该方式存在电机气隙长度较大、加工精度要求较高和外置冷凝器散热面积有限的缺点，实现起来较困难。
中国专利CN107579620A公开了一种盘式电机双端盖冷却结构及盘式电机，在盘式电机两侧端盖设置冷却通道的冷却系统，通过冷却通道中的冷却介质实现电机的冷却。此种方式具有结构紧凑、工艺简单和安装方面等优点，但是为了在盘式电机端盖上设置冷却通道，同时又要保证电机端盖的机械强度，不可避免的要增加电机端盖的厚度。
综上所述，现有的盘式电机冷却方式主要存在以下不足：1、冷却系统结构复杂，要求加工工艺较高，实现起来较为困难；2、冷却系统的加装会导致盘式电机轴向尺寸增加，不利于电机功率密度的提高。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，在不增加电机轴向长度的前提下，具有结构紧凑、冷却效果好，且不明显增加加工难度的优点。
本发明的技术方案如下：一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，包括机壳以及安装在机壳内的定子和绕组，所述定子通过燕尾槽楔固定，所述燕尾槽楔的端部位于定子边缘的外侧且设置有开孔，所述开孔内安装有冷却管道，冷却管道与位于机壳外部的通道入口和通道出口连通。
本发明的技术方案还包括：所述燕尾槽楔的两端均位于定子边缘的外侧，位于定子外缘外侧的燕尾槽楔端部设置有外开孔，位于定子内缘外侧的燕尾槽楔端部设置有内开孔，所述内开孔内安装有内冷却管道，外开孔内安装有外冷却管道。
本发明的技术方案还包括：所述通道入口与内冷却管道或外冷却管道连通，定子设置有连通内冷却管道和外冷却管道的径向开槽。
本发明的技术方案还包括：所述通道入口分别与内冷却管道和外冷却管道连通。
本发明的技术方案还包括：所述燕尾槽楔端部的开孔位于靠近定子的铁心边缘位置，冷却管道贴近定子的铁心边缘。
本发明的技术方案还包括：所述冷却管道由扁铜管制成，燕尾槽楔端部的开孔呈长方形孔。
本发明的技术方案还包括：所述冷却管道、燕尾槽楔和定子之间设置有导热层。
本发明的技术方案还包括：所述定子的数量是两个，两个定子的燕尾槽楔以及安装在燕尾槽楔的冷却管道对称设置。
本发明的有益效果是：冷却管道不占用盘式电机的轴向空间，而是恰当的利用盘式电机固有的闲散空间，和其他冷却方式相比，功率密度高；同时，冷却管道经过燕尾槽楔和定子相连的方式，使得散热路径上的热阻减小显著，大大提高定转子冷却效果。
另一方面，本发明采用内外冷却管道分别对定子进行冷却，内外冷却支路并联或串联，通过通道入口注入冷却介质，冷却介质同时或先后进入内外支路，冷却介质完成与定转子热量交换后，从通道出口将热量带走，完成电机热交换，实现电机的冷却，结构紧凑，工艺简单，适合大批量生产。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是本发明去掉端盖冷却系统示意图。
图3是燕尾槽楔开孔示意图。
11、通道入口，12、通道出口，13、内冷却管道，14、外冷却管道，21、定子，22、绕组，23、径向开槽，3、燕尾槽楔，31、外开孔，32、内开孔，33、螺纹孔，4、机壳。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，本发明的基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，可在不增加电机轴向长度的前提下，得到结构紧凑、冷却效果好，且不明显增加加工难度冷却系统的盘式电机。
本实施例具体以双定子单转子非晶合金盘式电机进行说明，但并非限制于此，其他硅钢片盘式电机也可采用本发明的冷却方式。
盘式电机包括机壳4和端盖，在机壳4和端盖形成的空腔内安装有转子盘、绕组22和定子21，具体地，本实施例的双定子单转子非晶合金盘式电机有两个定子21。定子21通过燕尾槽楔3固定，具体在定子21上加工燕尾槽，燕尾槽楔3插入燕尾槽后，通过燕尾槽楔3上的螺纹孔33同电机的端盖螺栓连接固定。
为了在完成盘式电机冷却的同时，不增加盘式电机的轴向长度，本发明利用了盘式电机固有的闲散空间。具体地，将燕尾槽楔3设计成伸出燕尾槽，即燕尾槽楔3的端部位于定子21边缘的外侧，并在燕尾槽楔3伸出部位加工开孔，在该开孔内安装冷却管道。由此，冷却介质从位于机壳4外部的通道入口11进入冷却管道，对定子21、燕尾槽楔3等部件冷却降温后，再从位于机壳4外部的通道出口12排出，完成冷却降温循环。
本实施例中，为了提高冷却效果，将燕尾槽楔3的两端均伸出燕尾槽，即燕尾槽楔3的两端均位于定子21边缘的外侧，且分别在位于定子21外缘外侧的燕尾槽楔3端部加工外开孔31，在位于定子21内缘外侧的燕尾槽楔3端部加工内开孔32，并在内开孔32内安装内冷却管道13，外开孔31内安装有外冷却管道14。由此，在定子21的内外均敷设冷却管道，可增加冷却系统和定子21的换热面积，得到更好的冷却效果。
具体地，冷却管道由导热性能、机械强度和韧性较好的扁铜管制成，将扁铜管依次穿过燕尾槽楔3端部的长方形开孔，并将两端分别与位于机壳4外部的通道入口11和通道出口12，以此形成完整的冷却通道。
为提高对定子21的冷却效果，将冷却管道设计在贴近定子21的铁心位置，具体地，将燕尾槽楔3端部的开孔设计在位于靠近定子21的铁心边缘位置，由此穿过开孔的扁铜管形成的冷却管道贴近定子21的铁心边缘，从而冷却管道可与定子21的铁心紧密接触，可减小散热路径热阻，提高冷却效果。
为了减小扁铜管和燕尾槽楔3、扁铜管和定子21之间的热阻，便于电机的热量向冷却管道传递热量，它们之间均设置有导热层，具体地可填充导热硅脂。类似地，为减少其他部件间的热阻，在扁铜管和电机的端盖以及非晶合金定子21和电机的端盖之间也填充导热硅脂。
本实施例中，冷却系统的内、外冷却管道可采用并联或串联的形式连通，即，从通道入口11进入的冷却介质，可以同时或者先后进入内、外冷却管道中对定子21、燕尾槽楔3等部件冷却降温，完成对电机的冷却后再从通道出口12排出。具体地，当内、外冷却管道并联连通时，通道入口11分别与内冷却管道13和外冷却管道14连通；当内、外冷却管道串联连通时，通道入口11可先与内冷却管道13或外冷却管道14连通，内冷却管道13和外冷却管道14再通过在定子21的铁心加工的径向开槽23连通。
本实施例中，在两个定子21上均设置有冷却管道，即，安装在两个定子21的铁心燕尾槽的燕尾槽楔3伸出部位均加工开孔，且在开孔内均安装扁铜管形成冷却管道，且将两个定子21的冷却管道呈对称设置。
本发明的基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，固定定子的燕尾槽楔不仅起到连接电机端盖和定子的作用，同时还具有固定冷却管道及给定子提供散热路径的作用，又不增加盘式电机的轴向长度，有利于电机功率密度的提高。且结构紧凑，工艺简单，冷却效果好，适合批量生产。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，包括机壳（4）以及安装在机壳（4）内的定子（21）和绕组（22），所述定子（21）通过燕尾槽楔（3）固定，其特征在于：所述燕尾槽楔（3）的端部位于定子（21）边缘的外侧且设置有开孔，所述开孔内安装有冷却管道，冷却管道与位于机壳（4）外部的通道入口（11）和通道出口（12）连通；
所述燕尾槽楔（3）端部的开孔位于靠近定子（21）的铁心边缘位置，冷却管道贴近定子（21）的铁心边缘；
所述燕尾槽楔（3）的两端均位于定子（21）边缘的外侧，位于定子（21）外缘外侧的燕尾槽楔（3）端部设置有外开孔（31），位于定子（21）内缘外侧的燕尾槽楔（3）端部设置有内开孔（32），所述内开孔（32）内安装有内冷却管道（13），外开孔（31）内安装有外冷却管道（14）；
所述冷却管道由扁铜管制成，燕尾槽楔（3）端部的开孔呈长方形孔，将扁铜管依次穿过燕尾槽楔（3）端部的长方形开孔。
2.如权利要求1所述的一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，其特征在于：所述通道入口（11）与内冷却管道（13）或外冷却管道（14）连通，定子（21）设置有连通内冷却管道（13）和外冷却管道（14）的径向开槽（23）。
3.如权利要求1所述的一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，其特征在于：所述通道入口（11）分别与内冷却管道（13）和外冷却管道（14）连通。
4.如权利要求1所述的一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，其特征在于：所述冷却管道、燕尾槽楔（3）和定子（21）之间设置有导热层。
5.如权利要求1所述的一种基于燕尾槽楔冷却系统的盘式电机，其特征在于：所述定子（21）的数量是两个，两个定子（21）的燕尾槽楔（3）以及安装在燕尾槽楔（3）的冷却管道对称设置。
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