CN113394909B - 一种电机及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机冷却领域，并提供一种电机及其冷却方法，所述电机包括电机壳、端盖和定子总成，所述端盖设置于所述电机壳的端部，定子总成设置于所述电机壳的内部，还包括设置于电机壳内并将所述端盖、定子总成及所述电机壳连接的一体结构，电机壳上设有用于冷却介质流动的第一冷却通道，电机壳或端盖上设有与所述第一冷却通道连通的进液结构；本发明通过一体结构将电机壳、端盖及定子总成连接成整体，在一体结构上可方便设置第一冷却通道，从进液结构处通入冷却介质即可实现对一体结构进行充分冷却，相应地，定子总成中的端部绕组也得到了充分冷却，冷却效果佳，解决现有技术中定子端部绕组冷却效果较差的技术问题。

Description

一种电机及其冷却方法

技术领域

本发明涉及电机冷却领域，具体而言，涉及一种电机及其冷却方法。

背景技术

电机在正常运行时，因负载、电源电压波动等原因，都会引起电机的绕组过热，而绕组过热通常会导致绕组自身的绝缘性降低，从而影响绕组及电机的正常运行。为了确保电机工作在安全温度范围之内，需要对电机壳、定子及转子等进行有效冷却。而在现有技术中，通常采用在电机的一端安装散热风扇的方式，利用风扇转动产生气流以实现对定子的端部绕组进行散热降温。但是由于端部绕组与气流的接触时间短，不能得到充分冷却，电机整体冷却效果较差。

发明内容

本发明解决的问题是如何充分冷却电机的定子端部绕组。

为解决上述问题，本发明提供一种电机，包括电机壳、端盖和定子总成，所述端盖设置于所述电机壳的端部，所述定子总成设置于所述电机壳的内部，还包括设置于所述电机壳内并将所述端盖、所述定子总成及所述电机壳连接的一体结构，所述电机壳上设有用于冷却介质流动的第一冷却通道，所述电机壳或所述端盖上设有与所述第一冷却通道连通的进液结构。

可选地，所述电机壳的周向侧壁或所述端盖上开设与所述第一冷却通道连通的出液结构。

可选地，所述电机壳包括间隔且同轴设置的外壳和内壳，所述外壳套设于所述内壳的外部，所述外壳与所述内壳之间形成所述第一冷却通道。

可选地，所述外壳的内壁和/或所述内壳的外壁上设有用于改变所述冷却介质流速的湍流结构。

可选地，所述湍流结构包括呈错位间隔设置的多个导流件。

可选地，所述外壳的内壁和/或所述内壳的外壁上设有螺旋凸起结构，相邻两个所述螺旋凸起结构之间形成作为所述第一冷却通道的凹槽，所述外壳上的所述螺旋凸起结构与所述内壳的外壁相抵，或所述内壳上的所述螺旋凸起结构与所述外壳的内壁相抵，或所述外壳上的所述螺旋凸起结构与所述内壳上的所述螺旋凸起结构相抵。

可选地，所述一体结构内还设有第二冷却通道，所述定子总成包括端部绕组，所述第二冷却通道环绕设置于所述端部绕组的外部，所述第二冷却通道与所述第一冷却通道连通。

可选地，还包括预埋管，所述预埋管与所述电机壳连接，所述预埋管呈螺旋缠绕于所述端部绕组的外部，所述预埋管的内部设有与所述第一冷却通道连通的所述第二冷却通道。

可选地，所述一体结构采用绝缘、高强度、耐腐蚀的复合材料浇筑而成。

与现有技术相比，本发明通过一体结构将电机壳、端盖及定子总成连接成整体，在电机壳上设置第一冷却通道，从设置在电机壳或端盖上的进液结构处通入冷却介质并在第一冷却通道内流动即可实现对一体结构进行充分冷却，相应地，定子总成中的端部绕组也得到了充分冷却，冷却效果佳，解决了现有技术中定子端部绕组冷却效果较差的技术问题。

本发明还提供一种电机冷却方法，采用如上述所述的电机，包括以下步骤：通过所述电机的进液结构将冷却介质输送至所述电机的电机壳上的第一冷却通道内，所述冷却介质在所述第一冷却通道内流动以冷却所述电机的所述电机壳、端盖及定子总成，所述电机冷却方法的有益效果同所述电机的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例中电机的结构示意图之一；

图2为本发明实施例中电机的结构示意图之二；

图3为本发明实施例中电机壳的结构示意图；

图4为本发明实施例中电机的局部结构示意图之一；

图5为本发明实施例中电机的局部结构示意图之二；

图6为本发明实施例中电机的结构示意图之三。

附图标记说明：

1-电机壳；11-进液结构；12-出液结构；13-外壳；14-内壳；2-端盖；3-定子总成；31-端部绕组；32-定子铁芯；4-一体结构；5-湍流结构；6-螺旋凸起结构；7-预埋管；8-转子总成；81-转子轴；82-转子铁芯。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，本文提供的坐标系XZ中，X轴正向代表的左方，X轴的反向代表右方，Z轴的正向代表上方，Z轴的反向代表下方。同时，要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。

为解决上述技术问题，结合图1所示，本发明实施例提供一种电机，包括电机壳1、端盖2和定子总成3，所述端盖2设置于所述电机壳1的端部，所述定子总成3设置于所述电机壳1的内部，还包括设置于所述电机壳1内并将所述端盖2、所述定子总成3及所述电机壳1连接的一体结构4，所述电机壳1上设有用于冷却介质流动的第一冷却通道，所述电机壳1或所述端盖2上设有与所述第一冷却通道连通的进液结构11。

需要说明的是，定子总成3包括定子铁芯32和定子绕组，其中定子绕组缠绕于定子铁芯32的内部。电机还包括转子总成8，转子总成8包括转子轴81和转子铁芯82，转子铁芯82嵌设于定子铁芯32的内部，且转子铁芯82与定子铁芯32之间预留气隙，转子轴81嵌设于转子铁芯82内，所述电机壳1的两端通过所述端盖2密封，且转子轴81的一端穿设于一端盖2，从而利用端盖2对转子轴81进行支撑，端盖2与电机壳1的端部可通过焊接、螺栓连接、铆接等方式。

进液结构11可采用进液口或进液管节，只要能够便于将冷却介质导入一体结构4内的进液结构11均适用于本技术方案，在此不再赘述；进液结构11的数量可以为一个，也可以为至少两个，若进液结构11的数量为一个，一个进液结构11可以设置在端盖2或电机壳1的一端，若进液结构11的数量为至少两个即多个，多个进液结构11呈环形排列分布在电机壳1的周向侧壁或端盖2上。

本发明通过一体结构4将电机壳1、端盖2及定子总成3连接成整体，在电机壳1上设置第一冷却通道，从设置在电机壳或端盖上的进液结构11处通入冷却介质并在第一冷却通道内流动即可实现对一体结构4进行充分冷却，相应地，定子总成3中的端部绕组31也得到了充分冷却，冷却效果佳，解决了现有技术中定子端部绕组31冷却效果较差的技术问题。在本实施例中，冷却介质可为冷风或冷却液，此时将对定子总成3中的端部绕组31的冷却问题转化为与电机壳1、端盖2和定子总成3连接成一体结构4对应的冷却问题，从而提高对端部绕组31和电机的冷却效果。

在上述实施例中，在一体结构4上也可不设置进液结构11和第一冷却介质，即在将所述端盖2、所述定子总成3及所述电机壳1连接以形成一体结构4之后，利用外置的风扇对一体结构4进行吹风，也可实现对包含定子总成3的一体结构4的冷却降温作用，此时冷却介质为冷风。

在本发明的一个实施例中，结合图1所示，所述电机壳1的周向侧壁或所述端盖2上开设与所述第一冷却通道连通的出液结构12。

需要说明的是，通过在电机壳1或端盖2上开设与第一冷却通道连通的出液结构12，从而便于通过冷却介质从进液结构11进入一体结构4内，沿着第一冷却通道进行流动，最后从出液结构12处排出一体结构4外，实现冷却介质在一体结构4内不断循环，以快速将电机正常工作产生的热量及时带走，从而保证电机的定子总成3始终处于一个比较稳定的工作环境，以保证对定子总成3和电机的冷却效果。

在本实施例中，出液结构12的数量可以为一个，也可以为至少两个即多个，若出液结构12的数量为多个时，多个出液结构12呈环形排列分布在电机壳1的周向侧壁或端盖2上。其中，出液结构12的数量和尺寸与进液结构11的数量和尺寸相匹配，从而便于冷却介质在一体结构4内部的第一冷却通道的流速恒定，以保证冷却介质可以持续性的将包括定子总成3的一体结构4的温度控制在合理运行范围内。

在本发明的一个实施例中，结合图2和图3所示，所述电机壳1包括间隔且同轴设置的外壳13和内壳14，所述外壳13套设于所述内壳14的外部，所述外壳13与所述内壳14之间形成所述第一冷却通道。

需要说明的是，通过将电机壳1分为间隔且同轴设置的外壳13和内壳14，此时在外壳13与内壳14之间形成便于冷却介质流过的第一冷却通道，从而不仅可以降低对第一冷却通道的设置工艺难度，而且外壳13和内壳14之间的第一冷却通道也不会影响一体结构4的设置或成型。其中，在将端盖2、定子总成3和电机壳1的内壳14连接以形成一体结构4之后，将外壳13直接套设在一体结构4的内壳14的外部，从而便于外壳13和内壳14之间的第一冷却通道的快速形成。

在本发明的一个实施例中，结合图4所示，所述外壳13的内壁和/或所述内壳14的外壁上设有用于改变所述冷却介质流速的湍流结构5。

需要说明的是，通过在外壳13的内壁或内壳14的外壁上设置湍流结构5，此时外壳13与内壳14之间因具有湍流结构5而使第一冷却通道变窄，以最大程度提高电机内部冷却介质在第一冷却通道内流动的流速及湍流度，进而提升对包含定子总成3的一体结构4的冷却能力。其中，可以只在外壳13的内壁上设置湍流结构5，也可以只在内壳14的外壁上设置湍流结构5(如图4所示)，还可以在外壳13的内壁和内壳14的外壁上均设置湍流结构5，只要能够满足设置在第一冷却通道内且改变冷却介质流速的湍流结构5的设置位置均适用于本技术方案，在此不再赘述。

在本发明的一个实施例中，结合图4所示，所述湍流结构5包括呈错位间隔设置的多个导流件。

需要说明的是，导流件可为导流凸起结构，也可为导流板结构，还可为其他导流结构，且多个导流件呈错位间隔设置，从而使外壳13和内壳14之间的第一冷却通道内流动的冷却介质，在遇到导流件时，导流件会对冷却介质的流动产生阻碍及导向作用，以改变冷却介质的流动方向和流动速度，从而有效地将包含定子总成3的一体结构4的热量带走。其中，多个导流件可沿电机壳1的轴向方向呈多组直线排列，且多组直线排列的导流件呈环形间隔排列分布在外壳13的内壁和/或内壳14的外壁上，此时从进液结构11进入的冷却介质在第一冷却通道内流动过程中，在经过直线排列的多个导流件时，由于导流件的设置，导流件处的第一冷却通道的尺寸会小于无导流件的第一冷却通道的尺寸，从而使当冷却介质在第一冷却通道内从出液结构12的一端向出液结构12的另一端流动时，首先会经过有导流件的部位即第一冷却通道变窄的情况，此时通过导流件对冷却介质挤压作用力下，冷却介质的流速会突然增大，当冷却介质流经无导流件的部位时，第一冷却通道突然变宽，之前经过突然变窄的通道的作用力后在无导流件的部分处得到释放，冷却介质的流速会进一步加大。故而在电机对冷却介质施加的压力及其他条件不变的情况下，本实施例中湍流结构5的导流件的设置形式可以有效提高冷却介质在第一冷却通道内的流动速度及湍流度，进而提高了电机的冷却能力，以及增加了电机的功率密度。

在本发明的一个实施例中，结合图5所示，所述外壳13的内壁和/或所述内壳14的外壁上设有螺旋凸起结构6，所述螺旋凸起结构6沿着所述外壳13的内壁和/或所述内壳14的外壁呈圆柱螺旋线状延伸设置，所述螺旋凸起结构6形成作为所述第一冷却通道的凹槽，所述外壳13上的所述螺旋凸起结构6与所述内壳14的外壁相抵，或所述内壳14上的所述螺旋凸起结构6与所述外壳13的内壁相抵，或所述外壳13上的所述螺旋凸起结构6与所述内壳14上的所述螺旋凸起结构6相抵。

需要说明的是，螺旋凸起结构6的数量为至少一个，所述螺旋凸起结构6沿着所述外壳13的内壁和/或所述内壳14的外壁呈圆柱螺旋线状延伸设置，螺旋凸起结构6上设有作为所述第一冷却通道的凹槽，从而便于冷却介质在螺旋凸起结构6上的凹槽内以圆柱螺旋线状流动，以充分冷却包括定子总成3的一体结构4。

在本实施例中，螺旋凸起结构6可以设置在外壳13的内壁上，当外壳13套设于内壳14的外部时，外壳13上的螺旋凸起结构6与内壳14的外壁相抵，此时外壳13上除了螺旋凸起结构6以外的其他部位与所述内壳14的外壁之间形成作为第一冷却通道的凹槽，此时冷却介质可在凹槽内流动。

或，螺旋凸起结构6还可以设置在内壳14的外壁上，当外壳13套设于内壳14的外部时，内壳14上的螺旋凸起结构6与外壳13的内壁相抵，此时内壳14上除了螺旋凸起结构6以外的其他部位与所述外壳13的内壁之间形成作为第一冷却通道的凹槽，当冷却介质在第一冷却介质内以圆柱螺旋线状的轨迹流动时，可以有效地对包含定子总成3的一体结构4的整体进行冷却降温，如图5所示。

或，部分螺旋凸起结构6设置在内壳14的外壁上，另一个螺旋凸起结构6设置在外壳13的内壁上，当外壳13套设于内壳14的外部时，内壳14上的螺旋凸起结构6与外壳13的螺旋凸起结构6相抵，此时外壳13上除了螺旋凸起结构6以外的其他部位与所述内壳14上除了螺旋凸起结构6以外的其他部位之间形成作为第一冷却通道的凹槽，且第一冷却通道的尺寸会远大于上述两个实施例中的第一冷却通道的尺寸，从而可以流动更多体积的冷却介质，进而可以提高对定子总成3中定子绕组的冷却效果。

在本发明的一个实施例中，所述一体结构4内还设有第二冷却通道，所述定子总成3包括端部绕组31，所述第二冷却通道环绕设置于所述端部绕组31的外部，所述第二冷却通道与所述第一冷却通道连通。

需要说明的是，通过在一体结构4中预设第二冷却通道，且第二冷却通道在端部绕组31的外部环绕设置，且第二冷却通道与第一冷却通道连通，从而在冷却通道从进液结构11进入一体结构4中的第一冷却通道内时，冷却介质也会随之进入第二冷却通道，并在第二冷却通道内流动，最终从出液结构12排出以将端部绕组31的工作产生的热量带走，从而有效地利用循环流动的冷却介质对端部绕组31进行单独冷却降温，进而提高对端部绕组31以及一体结构4的冷却降温效果。

在本实施例中，定子总成3包括定子铁芯32和定子绕组，在定子铁芯32的内壁开设多个凹槽，定子绕组缠绕设置在定子铁芯32的凹槽上，定子绕组处于定子铁芯32内部的部分结构定义为绕组主体，伸出定子铁芯32外即处于定子铁芯32两端的部分结构定义为端部绕组31，故两个端部绕组31与绕组主体一体成型形成整个所述定子绕组。因端部绕组31的数量为两个，第二冷却通道的数量可以为一个，也可以为两个，通过两个第二冷却通道分别环绕设置在端部绕组31的外侧，从而可以有效地将定子绕组正常工作产生的热量带走，保证定子绕组的温度始终处于一个比较稳定的低温范围内，以保证定子绕组和电机的使用寿命及正常运行。

在本发明的一个实施例中，电机还包括预埋管7，所述预埋管7与所述电机壳1连接，所述预埋管7呈螺旋缠绕于所述端部绕组31的外部，所述预埋管7的内部设有与所述第一冷却通道连通的所述第二冷却通道。

需要说明的是，结合图6所示，预埋管7可为具有一定强度且具有耐腐蚀性能的螺旋管，通过将预埋管7螺旋缠绕在端部绕组31的外部，且预埋管7的内部设有与第一冷却通道连通的第二冷却通道，从而在对一体结构4进行冷却时，冷却介质从进液结构11进入之后，先进入第一冷却通道进行流动，随后在进入内设第二冷却通道的预埋管7内，从而可以将端部绕组31正常工作产生的热量带走，实现对端部绕组31的冷却降温。其中，预埋管7的数量可以为一个，即一个预埋管7的两端部分缠绕在端部绕组31的外侧，且预埋管7的两个端部分别与第一冷却通道连通，以保证预埋管7与第一冷却通道连通，形成一个完成的冷却回路；或，预埋管7的数量还可以为两个，且两个预埋管7分别缠绕设置在两个端部绕组31的外侧，且预埋管7的两端分别与第一冷却通道连通，从而便于第一冷却通道内的冷却介质进入预埋管7内的第二冷却通道内进行流动。

在本发明的一个实施例中，所述一体结构4采用绝缘、高强度、耐腐蚀的复合材料浇筑而成。

需要说明的是，复合材料可采用环氧树脂材料，也可采用有机硅化合物，只要能够浇筑在电机壳1内以将端盖2、定子总成3和电机壳1连接成一体结构4且具有绝缘、高强度、耐腐蚀的性能的复合材料均适用于本技术方案，在此不再赘述。

本发明另一实施例提供一种电机冷却方法，采用如上述实施例所述的电机，包括以下步骤：通过所述电机的进液结构11将冷却介质输送至所述电机的电机壳1上的第一冷却通道内，所述冷却介质在所述第一冷却通道内流动以冷却所述电机的所述电机壳1、端盖2及定子总成3。

需要说明的是，将定子总成3与电机壳1、端盖2之间通过一体结构4连接，且在电机壳1上开设第一冷却通道和与其连通的进液结构11；相对现有技术中采用外置风扇进行冷却降温而言，本实施例中冷却介质从进液结构11进入电机壳1的第一冷却通道内并进行流动，这种冷却方式可以对包含定子总成3的一体结构4进行充分均匀冷却降温。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电机，包括电机壳(1)、端盖(2)和定子总成(3)，所述端盖(2)设置于所述电机壳(1)的端部，所述定子总成(3)设置于所述电机壳(1)的内部，其特征在于，还包括设置于所述电机壳(1)内并将所述端盖(2)、所述定子总成(3)及所述电机壳(1)连接的一体结构(4)，所述电机壳(1)上设有用于冷却介质流动的第一冷却通道，所述电机壳(1)或所述端盖(2)上设有与所述第一冷却通道连通的进液结构(11)；

所述一体结构(4)内还设有第二冷却通道，所述定子总成(3)包括端部绕组(31)，所述第二冷却通道环绕设置于所述端部绕组(31)的外部，所述第二冷却通道与所述第一冷却通道连通；

所述电机壳(1)包括间隔且同轴设置的外壳(13)和内壳(14)，所述外壳(13)套设于所述内壳(14)的外部，所述外壳(13)与所述内壳(14)之间形成所述第一冷却通道；

所述外壳(13)的内壁和/或所述内壳(14)的外壁上设有用于改变所述冷却介质流速的湍流结构(5)；

所述湍流结构(5)包括呈错位间隔设置的多个导流件；

还包括预埋管(7)，所述预埋管(7)与所述电机壳(1)连接，所述预埋管(7)呈螺旋缠绕于所述端部绕组(31)的外部，所述预埋管(7)的内部设有与所述第一冷却通道连通的所述第二冷却通道；

所述一体结构(4)采用绝缘、高强度、耐腐蚀的复合材料浇筑而成。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机壳(1)的周向侧壁或所述端盖(2)上开设与所述第一冷却通道连通的出液结构(12)。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述外壳(13)的内壁和/或所述内壳(14)的外壁上设有螺旋凸起结构(6)，所述螺旋凸起结构(6)形成作为所述第一冷却通道的凹槽，所述外壳(13)上的所述螺旋凸起结构(6)与所述内壳(14)的外壁相抵，或所述内壳(14)上的所述螺旋凸起结构(6)与所述外壳(13)的内壁相抵，或所述外壳(13)上的所述螺旋凸起结构(6)与所述内壳(14)上的所述螺旋凸起结构(6)相抵。

4.一种电机冷却方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的电机，包括以下步骤：通过所述电机的进液结构(11)将冷却介质输送至所述电机的电机壳(1)上的第一冷却通道内，所述冷却介质在所述第一冷却通道内流动以冷却所述电机的所述电机壳(1)、端盖(2)及定子总成(3)。

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