CN114204738A - 船用推进电机的海水直通冷却结构的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用推进电机的海水直通冷却结构的构建方法，解决了现有的船用电机冷却结构占用空间大和水冷套密封处容易出现渗水的问题。采用铝青铜材料制作水冷套体，将铝青铜材料的水冷套基体上的螺旋水道的横截面，设置成梯形形状，从而加大了换热面积；在铝青铜材料的水冷套基体与铝青铜材料的水冷罩体的两端密封结合处分别设置O形密封圈，并采用焊接的方式，克服结合处容易渗水的缺陷，并可承受定子电磁转矩，克服结合处容易开裂的缺陷；本发明结构简单，维护方便，铝青铜的耐腐蚀性可以抵御海水的冲刷和腐蚀。

Description

船用推进电机的海水直通冷却结构的构建方法

技术领域

本发明涉及一种电机冷却机构，特别涉及一种船用推进电机的海水直通冷却结构及其构建方法。

背景技术

船用永磁变频一体推进电机是由电机主机和集成变频器组合而成，变频器集成在电机顶部，船体对推进电机的体积、重量和防护等级的要求都很苛刻；传统的电机冷却散热结构，具有占用空间体积大，作为热交换的换热水冷管的口径又较小，并且需要配备复杂的海水过滤系统；因此，传统的电机冷却结构，已无法满足该电机在船体上的装配要求；为了降低冷却结构所占据的空间，现有技术是采用以下两种技术路线来完成电机冷却散热的：（1）在定子铁芯外圆上，设置S形冷却水水路，S形冷却水水路的构建过程为：先在构成定子铁芯的硅钢片上，冲出水管穿接孔，然后，在叠压在一起的电机定子铁芯上冲出的水管穿接孔中穿接水管，并经过胀管工艺，将穿接水管与铁芯硅钢片结合在一起，最后，通过焊接弯管连接头，构造出电机定子的冷却水路；对于尺寸较大的电机来说，由于定子铁芯的长度较大，沿铁芯长度方向，需要并联若干个S形冷却水水路，这就带来了各S形冷却水水路上的焊接弯管连接头困难的难题；此外，为了达到克服海水腐蚀，冷却水管通常采用白铜管或钛合金管，还存在冷却水管材料成本高的缺陷；（2）在定子铁芯上采用水冷套冷却的方式，将导热性能较好的铜质材料基体套接在定子铁芯上，在铜质材料基体上加工出S形布置的凹槽形水槽，在凹槽形水槽上，通过热套过盈配合的方式，再套接上铜质材料外罩，从而构造出密闭的螺旋水道；在上述水冷套构建过程中，在将铜质材料外罩热套到铜质材料基体上时，受各种因素的影响，经常会发生铜质材料外罩与铜质材料基体的密封结合处耦合不严的现象，会导致发生渗水的问题，另外，如何将定子端部绕组的热量最大程度的导出，也是需要解决的另一个技术问题。

发明内容

本发明提供了一种船用推进电机的海水直通冷却结构的构建方法，解决了现有的船用电机冷却结构占用空间大和水冷套密封处容易出现渗水的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：采用铝青铜材料制作水冷套体，将铝青铜材料的水冷套基体上的螺旋水道的横截面，设置成梯形形状，从而加大了换热面积；在铝青铜材料的水冷套基体与铝青铜材料的水冷罩体的两端密封结合处分别设置O形密封圈，并采用焊接的方式，克服结合处容易渗水的缺陷，并可承受定子电磁转矩，克服结合处容易开裂的缺陷。

一种船用推进电机的海水直通冷却结构，包括定子铁芯，在定子铁芯上，分别设置有驱动端定子绕组端部和非驱动端定子绕组端部，在定子铁芯上套接有铝青铜材质的水冷套基体，在水冷套基体外侧表面上设置有螺旋形水道凹槽，在水冷套基体外侧表面上套接有铝青铜材质的水冷套罩体，在驱动端侧的水冷套罩体上连接有冷却海水接入水嘴，冷却海水接入水嘴的内侧端与螺旋形水道凹槽连通在一起，在冷却海水接入水嘴的外侧端上连接有海水过滤器，在海水过滤器的输入端上连接有海水泵，在非驱动端侧的水冷套罩体上连接有冷却水输出水嘴；在驱动端侧的水冷套基体与水冷套罩体之间，设置有驱动端密封圈，在非驱动端侧的水冷套基体与水冷套罩体之间，设置有非驱动端密封圈；在驱动端侧的水冷套基体的端部与驱动端侧的水冷套罩体的端部之间，设置有驱动端环形焊缝，在非驱动端侧的水冷套基体的端部与非驱动端侧的水冷套罩体的端部之间，设置有非驱动端环形焊缝。

在驱动端定子绕组端部上设置有驱动端定子绕组端部环形密封罩，在驱动端定子绕组端部环形密封罩内填充有驱动端环氧导热胶；在非驱动端定子绕组端部上设置有非驱动端定子绕组端部环形密封罩，在非驱动端定子绕组端部环形密封罩内填充有非驱动端环氧导热胶；驱动端侧的水冷套基体是延伸到驱动端定子绕组端部端部位置处的；非驱动端侧的水冷套基体是延伸到非驱动端定子绕组端部端部位置处的；螺旋形水道凹槽的横截面为梯形。

一种船用推进电机的海水直通冷却结构的构建方法，包括定子铁芯，在定子铁芯中嵌入有定子绕组，在定子铁芯的驱动端设置有驱动端定子绕组端部，在定子铁芯的非驱动端设置有非驱动端定子绕组端部，其特征在于以下步骤：

第一步、在定子铁芯上套接铝青铜材质的水冷套基体，水冷套基体的驱动端侧的端部要伸出到定子铁芯驱动端端部的外侧，并与驱动端定子绕组端部齐平；水冷套基体的非驱动端侧的端部要伸出到定子铁芯非驱动端端部的外侧，并与非驱动端定子绕组端部齐平；在水冷套基体的外侧面上设置有横截面为梯形的螺旋形水道凹槽；

第二步、在水冷套基体上套接铝青铜材质的水冷套罩体，并在驱动端侧的水冷套基体与水冷套罩体之间，设置驱动端密封圈，在非驱动端侧的水冷套基体与水冷套罩体之间，设置非驱动端密封圈；

第三步、将水冷套罩体放入加热炉中加热，加热温度180℃，保温不低于6小时；热套前，迅速将安装驱动端密封圈和非驱动端密封圈安装在水冷套基体上，水冷套罩体取出烘箱后，放置在水冷套基体上，两端齐平；在驱动端侧的水冷套基体的端部与驱动端侧的水冷套罩体的端部之间，进行一次性环形焊接，形成驱动端环形焊缝；在非驱动端侧的水冷套基体的端部与非驱动端侧的水冷套罩体的端部之间，进行一次性环形焊接，形成非驱动端环形焊缝，焊接过程中，水冷套基体和水冷套罩体的温度不得低于摄氏250度；

第四步、将成型的水套放入加热炉中加热，加热温度180℃，保温不低于6小时，然后，将定子铁芯热套其中，构成一个整体；

第五步、在驱动端定子绕组端部上设置驱动端定子绕组端部环形密封罩区域，在驱动端定子绕组端部环形密封罩区域内的定子铁芯与水冷套基体驱动端伸出部分之间，填充驱动端环氧导热胶，将驱动端定子绕组端部密封；在非驱动端定子绕组端部上设置非驱动端定子绕组端部环形密封罩区域，在非驱动端定子绕组端部环形密封罩区域内的定子铁芯与水冷套基体的非驱动端伸出部分之间，填充非驱动端环氧导热胶，将非驱动端定子绕组端部密封；

第六步、在驱动端侧的水冷套罩体上连接冷却海水接入水嘴，冷却海水接入水嘴的内侧端与螺旋形水道凹槽连通在一起，在冷却海水接入水嘴的外侧端上连接海水过滤器，在海水过滤器的输入端上连接海水泵，在非驱动端侧的水冷套罩体上连接冷却水输出水嘴。

本发明结构简单，维护方便，铝青铜的耐腐蚀性可以抵御海水的冲刷和腐蚀。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种船用推进电机的海水直通冷却结构，包括定子铁芯1，在定子铁芯1上，分别设置有驱动端定子绕组端部2和非驱动端定子绕组端部3，在定子铁芯1上套接有铝青铜材质的水冷套基体4，在水冷套基体4外侧表面上设置有螺旋形水道凹槽6，在水冷套基体4外侧表面上套接有铝青铜材质的水冷套罩体5，在驱动端侧的水冷套罩体5上连接有冷却海水接入水嘴7，冷却海水接入水嘴7的内侧端与螺旋形水道凹槽6连通在一起，在冷却海水接入水嘴7的外侧端上连接有海水过滤器9，在海水过滤器9的输入端上连接有海水泵8，在非驱动端侧的水冷套罩体5上连接有冷却水输出水嘴10；在驱动端侧的水冷套基体4与水冷套罩体5之间，设置有驱动端密封圈11，在非驱动端侧的水冷套基体4与水冷套罩体5之间，设置有非驱动端密封圈12；在驱动端侧的水冷套基体4的端部与驱动端侧的水冷套罩体5的端部之间，设置有驱动端环形焊缝14，在非驱动端侧的水冷套基体4的端部与非驱动端侧的水冷套罩体5的端部之间，设置有非驱动端环形焊缝13。

在驱动端定子绕组端部2上设置有驱动端定子绕组端部环形密封罩15，在驱动端定子绕组端部环形密封罩15内填充有驱动端环氧导热胶16；在非驱动端定子绕组端部3上设置有非驱动端定子绕组端部环形密封罩17，在非驱动端定子绕组端部环形密封罩17内填充有非驱动端环氧导热胶18；驱动端侧的水冷套基体4是延伸到驱动端定子绕组端部2端部位置处的；非驱动端侧的水冷套基体4是延伸到非驱动端定子绕组端部3端部位置处的；螺旋形水道凹槽6的横截面为梯形。

一种船用推进电机的海水直通冷却结构的构建方法，包括定子铁芯1，在定子铁芯1中嵌入有定子绕组，在定子铁芯1的驱动端设置有驱动端定子绕组端部2，在定子铁芯1的非驱动端设置有非驱动端定子绕组端部3，其特征在于以下步骤：

第一步、在定子铁芯1上套接铝青铜材质的水冷套基体（4），水冷套基体4的驱动端侧的端部要伸出到定子铁芯1驱动端端部的外侧，并与驱动端定子绕组端部2齐平；水冷套基体4的非驱动端侧的端部要伸出到定子铁芯1非驱动端端部的外侧，并与非驱动端定子绕组端部3齐平；在水冷套基体4的外侧面上设置有横截面为梯形的螺旋形水道凹槽6；

第二步、在水冷套基体4上套接铝青铜材质的水冷套罩体5，并在驱动端侧的水冷套基体4与水冷套罩体5之间，设置驱动端密封圈11，在非驱动端侧的水冷套基体4与水冷套罩体5之间，设置非驱动端密封圈12；

第三步、将水冷套罩体5放入加热炉中加热，加热温度180℃，保温不低于6小时；热套前，迅速将安装驱动端密封圈11和非驱动端密封圈12安装在水冷套基体4上，水冷套罩体5取出烘箱后，放置在水冷套基体4上，两端齐平；在驱动端侧的水冷套基体4的端部与驱动端侧的水冷套罩体5的端部之间，进行一次性环形焊接，形成驱动端环形焊缝14；在非驱动端侧的水冷套基体4的端部与非驱动端侧的水冷套罩体5的端部之间，进行一次性环形焊接，形成非驱动端环形焊缝13，焊接过程中，水冷套基体4和水冷套罩体5的温度不得低于摄氏250度；

第四步、将成型的水套放入加热炉中加热，加热温度180℃，保温不低于6小时，然后，将定子铁芯1热套其中，构成一个整体；

第五步、在驱动端定子绕组端部2上设置驱动端定子绕组端部环形密封罩区域15，在驱动端定子绕组端部环形密封罩区域15内的定子铁芯1与水冷套基体4驱动端伸出部分之间，填充驱动端环氧导热胶16，将驱动端定子绕组端部2密封；在非驱动端定子绕组端部3上设置非驱动端定子绕组端部环形密封罩区域17，在非驱动端定子绕组端部环形密封罩区域17内的定子铁芯1与水冷套基体4的非驱动端伸出部分之间，填充非驱动端环氧导热胶18，将非驱动端定子绕组端部3密封；

第六步、在驱动端侧的水冷套罩体5上连接冷却海水接入水嘴7，冷却海水接入水嘴7的内侧端与螺旋形水道凹槽6连通在一起，在冷却海水接入水嘴7的外侧端上连接海水过滤器9，在海水过滤器9的输入端上连接海水泵8，在非驱动端侧的水冷套罩体5上连接冷却水输出水嘴10。

本发明电机体积较大，制作过程中的主要难点在于铝青铜材质的水冷套罩体5与铝青铜材质的水冷套基体4过盈热套中，由于配合面尺寸较大，配合面处难以做到100%耦合，本发明采用密封圈和焊接缝的双道密封手段，保证了两者之间的可靠密封；另外，在铝青铜材质的水冷套罩体5与铝青铜材质的水冷套基体4焊接中，由于焊缝尺寸较大，同时还由于材质的原因，焊接中焊缝存在极易开裂的缺陷，本发明通过反复摸索和试验，探索出在摄氏250-350度时，环形焊缝一次性完成的方法，能有效克服焊缝开裂的缺陷；本发明通过将水冷套延伸到绕组端部外侧的方法，并将绕组端部用环氧导热胶密封，使绕组端部所产生的热量通过环氧导热胶直接传递到水冷套上，实现了电机定子的充分水冷；海水泵8将冷却海水泵入水冷套中，应当保证冷却水的流速达到每秒0.1米，以防止冷却水管中泥沙的沉淀。

Claims (1)

1.一种船用推进电机的海水直通冷却结构的构建方法，包括定子铁芯（1），在定子铁芯（1）中嵌入有定子绕组，在定子铁芯（1）的驱动端设置有驱动端定子绕组端部（2），在定子铁芯（1）的非驱动端设置有非驱动端定子绕组端部（3），其特征在于以下步骤：

第一步、在定子铁芯（1）上套接铝青铜材质的水冷套基体（4），水冷套基体（4）的驱动端侧的端部要伸出到定子铁芯（1）驱动端端部的外侧，并与驱动端定子绕组端部（2）齐平；水冷套基体（4）的非驱动端侧的端部要伸出到定子铁芯（1）非驱动端端部的外侧，并与非驱动端定子绕组端部（3）齐平；在水冷套基体（4）的外侧面上设置有横截面为梯形的螺旋形水道凹槽（6）；

第二步、在水冷套基体（4）上套接铝青铜材质的水冷套罩体（5），并在驱动端侧的水冷套基体（4）与水冷套罩体（5）之间，设置驱动端密封圈（11），在非驱动端侧的水冷套基体（4）与水冷套罩体（5）之间，设置非驱动端密封圈（12）；

第三步、将水冷套罩体（5）放入加热炉中加热，加热温度180℃，保温不低于6小时；热套前，迅速将安装驱动端密封圈（11）和非驱动端密封圈（12）安装在水冷套基体（4）上，水冷套罩体（5）取出烘箱后，放置在水冷套基体（4）上，两端齐平；在驱动端侧的水冷套基体（4）的端部与驱动端侧的水冷套罩体（5）的端部之间，进行一次性环形焊接，形成驱动端环形焊缝（14）；在非驱动端侧的水冷套基体（4）的端部与非驱动端侧的水冷套罩体（5）的端部之间，进行一次性环形焊接，形成非驱动端环形焊缝（13），焊接过程中，水冷套基体（4）和水冷套罩体（5）的温度不得低于摄氏250度；

第四步、将成型的水套放入加热炉中加热，加热温度180℃，保温不低于6小时，然后，将定子铁芯（1）热套其中，构成一个整体；

第五步、在驱动端定子绕组端部（2）上设置驱动端定子绕组端部环形密封罩区域（15），在驱动端定子绕组端部环形密封罩区域（15）内的定子铁芯（1）与水冷套基体（4）驱动端伸出部分之间，填充驱动端环氧导热胶（16），将驱动端定子绕组端部（2）密封；在非驱动端定子绕组端部（3）上设置非驱动端定子绕组端部环形密封罩区域（17），在非驱动端定子绕组端部环形密封罩区域（17）内的定子铁芯（1）与水冷套基体（4）的非驱动端伸出部分之间，填充非驱动端环氧导热胶（18），将非驱动端定子绕组端部（3）密封；

第六步、在驱动端侧的水冷套罩体（5）上连接冷却海水接入水嘴（7），冷却海水接入水嘴（7）的内侧端与螺旋形水道凹槽（6）连通在一起，在冷却海水接入水嘴（7）的外侧端上连接海水过滤器（9），在海水过滤器（9）的输入端上连接海水泵（8），在非驱动端侧的水冷套罩体（5）上连接冷却水输出水嘴（10）。

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