CN112350519A - 一种基于热管冷却的电机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电机设备技术领域。为了解决由于电机内部热量无法快速引出，而对电机内部设备造成损坏的问题，本发明公开了一种基于热管冷却的电机。该电机包括定子、风扇和热管；其中，所述风扇与所述定子沿轴向间隔布置，所述定子上设有沿轴向开设的热管孔，所述热管的蒸发段位于所述定子的热管孔中，所述热管的冷凝段伸出至所述定子的外部，位于所述定子与所述风扇之间。本发明的电机，可以直接将位于电机内部定子中的热量进行快速的引出，完成对定子的快速冷却降温，从而避免电机内部设备长时间处于高温状态而发生损坏。
Description
技术领域
本发明属于电机设备技术领域，具体涉及一种基于热管冷却的电机。
背景技术
电机作为一种依据电磁感应定律实现电能转换或传递的电磁装置，已经广泛地应用于工业行业的各个领域。然而，由于电机内部存在的铁损、铜损以及机械摩擦产热而造成的热问题已经逐渐成为制约电机行业进一步发展的重要因素，尤其是对于大型电机来说，热问题更是影响其是否可以长时间稳定运行的关键因素。
目前，针对电机采取的常规冷却方式，无论是风冷还是水冷，均是针对散发至电机壳体外表面的热量进行冷却处理，这样虽然可以达到对电机的冷却降温效果。但是，由于电机的热量是由其内部产生并在温差作用下逐渐向外传递至电机壳体位置后，才能够通过冷却风或冷却水将其带离电机，完成对电机的降温冷却，这样，在电机长时间连续运转过程中，尤其是对于大型电机在长时间连续运转时其内部的温度甚至可以达到100℃，就会存在大量的热量在电机内部堆积而无法快速外散导致电机内部设备的损坏，例如电机内部过高的温度会使转子部件的润滑性能下降、轴承耐磨性降低而导致电机整体寿命缩短，高温也会加速绕组线圈中导线绝缘层的老化速度，甚至可能使温度敏感的电磁铁出现消磁。
发明内容
为了解决由于电机内部热量无法快速引出，而对电机内部设备造成损坏的问题，本发明提出了一种基于热管冷却的电机。该电机包括定子、风扇和热管；其中，所述风扇与所述定子沿轴向间隔布置，所述定子上设有沿轴向开设的热管孔，所述热管的蒸发段位于所述定子的热管孔中，所述热管的冷凝段伸出至所述定子的外部，位于所述定子与所述风扇之间。
优选的，所述热管的蒸发段与所述热管孔之间填充有导热硅脂，用于所述定子与所述热管之间的导热接触。
优选的，所述热管所用工质选用高压低温制冷剂。
进一步优选的，所述热管的蒸发段与所述热管孔之间填充有泡沫金属骨架，用于所述定子与所述热管之间的支撑导热。
优选的，所述热管的蒸发段与所述热管孔之间设有泡沫金属骨架和导热硅脂，并且所述导热硅脂填充在所述泡沫金属骨架的空隙内。
优选的，该电机的电机轴上也设有沿轴向的热管孔，用于插装所述热管；所述热管的蒸发段位于所述电机轴的热管孔内，所述热管的冷凝段伸出至所述电机轴的外部并且位于所述电机轴和所述风扇之间。
优选的，所述热管的冷凝段设有翅片。
优选的，沿所述定子的圆周方向设有多个热管孔，用于同时插装多个所述热管。
进一步优选的，所述热管的蒸发段为弯折结构，并指向所述定子的中心轴方向安装，使其位于所述风扇的直吹范围内。
优选的，该电机还设有风扇控制单元，所述风扇控制单元包括温度检测模块，控制模块和风扇调速模块；其中，所述温度检测模块用于检测所述定子的温度，并将检测结果发送至所述控制模块；所述控制模块与所述温度检测模块连接，接收温度检测结果并进行分析判断，将温度分析结果发送至所述风扇调速模块；所述风扇调速模块同时与所述控制模块和所述风扇连接，用于接收所述控制模块发送的温度分析结果并发送风扇转速控制指令至所述风扇。
本发明的电机与常规电机相比较，具有以下有益效果：
1、在本发明中，通过在电机的定子部分设置热管孔，从而将热管直接插装至定子内部，此时利用将定子内部与定子外部连通的热管就可以直接快速的将定子内部的热量引出至定子外部，进而借助位于定子轴向端部的风扇进行风吹制冷，实现对定子内部热量的直接快速释放。这样，就可以对电机运行过程中产生于电机内部的热量直接进行冷却降温，大大优化了在现有电机中需要借助温度差将电机内部热量逐渐传递至电机外壳后再进行冷却降温的过程，从而避免了电机内部长时间处于高温而对电机设备造成的损坏，提高了电机长时间连续运行的可靠安全性。
2、在本发明中，在采用高压低温制冷剂作为热管工质进行热量传递，从而提高热交换效率的情况下，进一步通过在热管与热管孔之间采用泡沫金属骨架进行两者之间固定，不仅可以稳定热管在热管孔内位置的稳定性，使电机运行过程中热管可以持续稳定的进行热量交换，提高热管工作的可靠性，而且在热管出现破损且高压低温制冷剂瞬间形成高压气体泄漏至热管孔内时，就可以借助泡沫金属骨架所具有的孔隙作为高压气体泄漏通道，将高压气体快速引出至定子或电机轴外部，避免瞬间泄漏的高压气体对定子或电机轴造成冲击震动破坏，从而提高采用热管直接伸入至定子或电机轴内部进行热量引出操作时的安全可靠性。
附图说明
图1为本实施例中基于热管冷却的电机的截面结构示意图；
图2为本实施例中位于定子上的热管的外形结构示意图；
图3为本实施例中热管与定子之间连接的局部横截面示意图；
图4为本实施例中位于电机轴上的热管的外形结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。
结合图1至图3所示，本实施例中基于热管冷却的电机，包括定子10、风扇20和定子热管30，其中，定子热管指的是与定子连接使用的热管。风扇20位于电机后端的风扇罩401内部，并且与定子10沿轴向保持间隔布置。定子10上设有沿轴向开设的定子热管孔101，其中定子热管30的蒸发段301位于定子热管孔101中，定子热管30的冷凝段302伸出至定子10的外部，并且位于定子10与风扇20之间。
在本实施例中，通过直接在电机的定子上开设定子热管孔，并且将热管的蒸发段伸入至定子热管孔内，将热管的冷凝段伸出至定子外部，此时利用热管就可以将电机运行过程中积聚于定子内部的热量直接快速的引出至位于定子外部，进而借助风扇对热管冷凝段的直吹风冷就可以实现对电机内部热量的连续快速外排释放，达到对电机内部的直接降温效果。与现有电机的散热技术相比较，本实施例中的电机就不再需要等待定子内部热量在温度差作用下由内向外逐渐传递至电机外壳部分后再进行热量释放，从而可以有效解决电机内部长时间处于高温状态而对电机内部设备造成损坏的问题，获得提高电机长时间稳定运行和延长使用寿命的效果。
结合图1所示，在本实施例中，风扇罩401直接与电机外壳部分的翅片402进行对应固定连接。这样，借助多个翅片402之间的间隙，不仅可以将吹过热管的风快速排向外界环境，而且还可以使外界空气顺利进入风扇区域，保证电机内外空气的有效流通。
结合图3所示，在本实施例中定子热管30的蒸发段301与定子热管孔101之间填充有导热硅脂501，用于定子10与定子热管30之间的导热接触。这样，不仅可以借助导热硅脂的高导热性直接提高热管与定子之间的热交换效率，而且还可以利用导热硅脂的脂膏态实现热管与热管孔之间的间隙填充，增加热管与定子热管孔之间的接触面积，进一步提高热管与定子之间的热交换效率，加快对定子内部热量的引出速度。
在本实施例中，选用高压低温制冷剂作为热管内部的工质，以此提高热管对热量的吸收和释放效率，提高整个热管对定子内部热量的引出速度。
优选的，结合图3所示，在本实施例中定子热管30的蒸发段301与定子热管孔101之间还设有泡沫金属骨架502，形成定子10与定子热管30之间的支撑导热。
这样，不仅可以借助导热性能更好、结构形状更稳定的泡沫金属骨架提高定子与热管之间的热交换效率，以及增强定子热管在定子热管孔内位置的支撑牢固性，从而提高电机运行过程中定子热管位置的稳定性，保证定子热管可以持续稳定运行，而且还可以同时借助泡沫金属骨架上的孔隙作为导热硅脂的固定载体，避免导热硅脂长时间在自身重力和高温共同作用下发生流动偏移问题，而在定子热管与定子之间出现局部间隙，导致定子热管与定子之间出现分布不均匀的热量交换，从而稳定导热硅脂在定子热管孔内的位置，保证导热硅脂进行热量传递的均匀稳定性，提高定子温度分布的均匀性。
与此同时，当位于定子内部的定子热管发生破裂而导致内部高压低温制冷剂外泄而瞬间形成高压气体并进入定子热管孔内时，还可以利用泡沫金属骨架上的孔隙形成气体排放通道，将位于定子热管孔内的高压气体快速排出，从而避免高压气体对定子造成冲击震动和破坏，提高使用高压低温制冷剂作为热管内部工质并将热管伸入至定子内部使用时的安全可靠性。
结合图1和图4所示，在本实施例的电机中，在电机轴60上设有沿轴向的电机轴热管孔，用于安装和固定电机轴热管70，其中，电机轴热管指的是与电机轴连接使用的热管。电机轴热管70的蒸发段701位于电机轴60的电机轴热管孔内，热管70的冷凝段702则伸出至电机轴60的外部，并且位于电机轴60和风扇20之间。这样，利用电机轴热管也就可以对电机运行过程中，位于电机轴上的热量进行快速外排释放，降低和稳定电机轴的运行温度。
此外，参考定子热管孔与定子热管之间的连接关系，在电机轴热管孔与电机轴热管之间也可以进行导热硅脂和泡沫金属骨架的设置，以提高电机轴热管对电机轴内部热量的交换效率以及电机轴运行过程的安全可靠性。
结合图2和图4所示，在本实施例中，在定子热管30的冷凝段302处设有多个翅片303，在电机轴热管70的冷凝段702处设有多个翅片703。这样，利用表面积更大的翅片就可以增加热管冷凝段与外界环境的接触面积，从而提高热管与外界环境之间的热交换效率。
结合图1和图2所示，在本实施例的电机中，沿定子10的圆周方向设有多个定子热管孔101，用于同时插装定子热管30，这样可以同时对定子内部多个位置进行热量引出，增加对定子内部热量的引出速度，提高电机定子整体温度的分布均匀度。同时，所有定子热管30的冷凝段302均采取弯折结构设计，并且弯折部分全部指向定子的中心轴方向。这样，就可以将所有热管的冷凝段集中在局部区域范围内，以满足更小尺寸风扇对所有热管冷凝段同时进行直吹风冷的要求，从而有效控制整个电机的尺寸设计，提高电机的结构紧凑性。
另外，在定子热管和电机轴热管的外表面还设有绝缘导热涂层，以避免热管与电机内部结构之间出现意外接触而发生导电危险，从而保证热管和电机的正常运行工作，提高电机运行的安全可靠性。
结合图1所示，在本实施例的电机中还设有风扇控制单元，包括温度检测模块801，控制模块802和风扇调速模块803。其中，温度检测模块801由多个温度传感器组成，并且多个温度传感器均匀分布在定子和电机轴的多个位置处进行温度检测。控制模块802与温度检测模块801连接，用于接收温度检测模块801检测获得的温度数据，并且与预先设定的标准温度进行比对，根据比对结果发出风扇转速控制信号，其中标准温度指的是通过冷却处理后定子或电机轴的最佳运行温度。风扇调速模块803同时与控制模块802和风扇20连接，用于接收控制模块802发送的风扇转速控制信号并且根据该风扇转速控制信号准确控制和调整风扇20的转速。这样，通过风扇控制单元就可以根据电机内部定子和电机轴的实时温度准确控制风扇的转动速度，从而对热管冷凝段的冷却速度进行精准控制，进而将定子和电机轴的温度维持着预设范围内。
Claims (10)
1.一种基于热管冷却的电机，其特征在于，包括定子、风扇和热管；其中，所述风扇与所述定子沿轴向间隔布置，所述定子上设有沿轴向开设的热管孔，所述热管的蒸发段位于所述定子的热管孔中，所述热管的冷凝段伸出至所述定子的外部，位于所述定子与所述风扇之间。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述热管的蒸发段与所述热管孔之间填充有导热硅脂，用于所述定子与所述热管之间的导热接触。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述热管所用工质选用高压低温制冷剂。
4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述热管的蒸发段与所述热管孔之间填充有泡沫金属骨架，用于所述定子与所述热管之间的支撑导热。
5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述热管的蒸发段与所述热管孔之间设有泡沫金属骨架和导热硅脂，并且所述导热硅脂填充在所述泡沫金属骨架的空隙内。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的电机，其特征在于，该电机的电机轴上也设有沿轴向的热管孔，用于插装所述热管；所述热管的蒸发段位于所述电机轴的热管孔内，所述热管的冷凝段伸出至所述电机轴的外部并且位于所述电机轴和所述风扇之间。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的电机，其特征在于，所述热管的冷凝段设有翅片。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的电机，其特征在于，沿所述定子的圆周方向设有多个热管孔，用于同时插装多个所述热管。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述热管的蒸发段为弯折结构，并指向所述定子的中心轴方向安装，使其位于所述风扇的直吹范围内。
10.根据权利要求1-5中任意一项所述的电机，其特征在于，该电机还设有风扇控制单元，所述风扇控制单元包括温度检测模块，控制模块和风扇调速模块；其中，所述温度检测模块用于检测所述定子的温度，并将检测结果发送至所述控制模块；所述控制模块与所述温度检测模块连接，接收温度检测结果并进行分析判断，同时将温度分析结果发送至所述风扇调速模块；所述风扇调速模块同时与所述控制模块和所述风扇连接，用于接收所述控制模块发送的温度分析结果并发送风扇转速控制指令至所述风扇。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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