CN114337111A - 一种内循环蒸发冷却电机冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内循环蒸发冷却电机冷却结构，包括液体冷却和气体冷却；电机的定子两端面分别与机座以及相对的内端盖之间具有独立的密封空腔，两端密封空腔内注入蒸发冷却工质，定子轴向具有液体冷却通道，通过外部蒸发冷却循环系统实现电机定子部分的循环冷却；电机的定子和两端密封空腔轴向具有气体冷却通道，转子轴向具有转子通风道，所述气体冷却通道、转子和定子间的气隙与转子通风道之间形成风冷循环回路。本发明定子铁心轭部设置液冷管，采用冷压方式使得液冷管与铁心贴合。定子铁心轭部设置风冷管，构成定子冷却风路结构。转子铁心轭部设置转子通风道，利用定子中蒸发冷却介质对转子部分循环空气进行冷却，降低转子部分温升。

Description

一种内循环蒸发冷却电机冷却结构

技术领域

本发明涉及牵引电机冷却结构领域，具体是一种内循环蒸发冷却电机冷却结构。

背景技术

近年来，随着轨道交通在国内外的快速发展，该领域的新技术也随之呈现较快的发展趋势。牵引电机是轨道交通车辆核心部件之一，用来牵引车辆运行和制动，随着技术发展进步，对轨道交通牵引电机以下方面要求越来越高：

（1）外形紧凑：由于牵引电机安装在转向架下侧，受转向架下侧空间布局和车辆限界要求，牵引电机外形尺寸越来越小，小型化为发展趋势。

（2）重量轻：牵引电机重量轻不仅可提高车辆运行稳定性，而且由于整车重量降低提高了系统节能性。

（3）功率高转矩大：轨道车辆运行速度和运载量的提高，要求牵引电机功率和转矩提升。

为了满足以上要求，牵引电机需要采用较高的电磁负荷，这样对电机冷却设计带来挑战。轨道交通领域现有的强迫风冷和水冷方式难以满足牵引电机散热需求，更为高效的冷却方式成为行业发展的需求。蒸发冷却技术为目前较先进的冷却方式之一，利用液体介质气化（相变）吸热的原理来冷却电机，冷却效果大幅提升，能够满足牵引电机散热需求。

现有蒸发冷却技术电机冷却结构（如图1所示），包括环向固定于机座1内壁两端的内端盖6，套置于转子2和定子3之间且两端分别与前、后的内端盖6密封配合的密封圆筒一4，密封圆筒一4的两端分别通过支撑件7与前、后的内端盖6之间形成密闭的定子空腔，将整个定子3密封在定子空腔内，定子空腔内注入蒸发冷却介质，定子空腔内充满蒸发冷却介质。这种蒸发冷却的方式仅针对电机定子进行冷却，电机转子部分没有采用冷却措施，转子温升问题无法解决。

发明内容

本发明为了解决电机转子温升问题，提供了一种内循环蒸发冷却电机冷却结构。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种内循环蒸发冷却电机冷却方式，包括液体冷却方式和气体冷却方式；

所述液体冷却方式包括：电机的定子两端面分别与机座以及相对的内端盖之间具有独立的密封空腔，两端密封空腔内注入蒸发冷却工质，定子轴向具有至少一个供蒸发冷却工质流通于两端密封空腔的液体冷却通道，通过外部蒸发冷却循环系统实现电机定子部分的循环冷却；

所述气体冷却方式包括：电机的定子和两端密封空腔轴向具有至少一个贯通的气体冷却通道，转子轴向具有至少一个贯通的转子通风道，所述气体冷却通道、转子和定子间的气隙与转子通风道之间形成风冷循环回路。

作为本发明电机冷却方式技术方案的进一步改进，所述气体冷却方式中风冷循环回路中具有内循环风扇。

作为本发明电机冷却方式技术方案的进一步改进，所述蒸发冷却工质不与电机的定子直接接触。

本发明进一步提供了一种内循环蒸发冷却电机冷却结构，包括液体冷却结构，所述液体冷却结构包括环向固定于电机的机座内壁两端的内端盖，分别开设于位于定子两端外侧的机座上的出气口和回液口，所述电机冷却结构还包括气体冷却结构；

所述液体冷却结构还包括：环向设于定子齿压板内缘与相对应内端盖内缘之间的密封圆筒二，至少一个轴向贯通定子的液冷管，所述电机的机座、两端的内端盖以及密封圆筒二围设形成定子两端的独立的密封空腔，每个液冷管均能够连通两端的密封空腔；

所述气体冷却结构包括：至少一个轴向共同贯通定子和两端的密封空腔的风冷管，至少一个轴向设于转子上的转子通风道，每个风冷管均能够连通密封空腔和端盖之间区域，每个转子通风道均能够连通转子和端盖之间区域，所述风冷管与转子通风道、转子和定子间的气隙之间形成风冷循环回路。

作为本发明电机冷却结构技术方案的进一步改进，所述气体冷却结构的风冷循环回路包括内循环风扇。

作为本发明电机冷却结构技术方案的进一步改进，所述机座为全叠片焊接机座结构。

作为本发明电机冷却结构技术方案的进一步改进，所述定子齿压板外端面灌封设置有密封胶层。

作为本发明电机冷却结构技术方案的进一步改进，所述风冷管与定子压圈、内端盖之间分别通过密封圈密封连接。

作为本发明电机冷却结构技术方案的进一步改进，所述液冷管与定子压圈之间通过钎焊密封连接。

作为本发明电机冷却结构技术方案的进一步改进，所述电机的端盖靠近转轴处呈朝内倾斜结构。

本发明所述内循环蒸发冷却电机冷却结构，对定子、转子同时进行高效冷却，尤其适用于轨道车辆直接驱动式牵引电机。本发明采用蒸发冷却技术，与轨道交通领域现有的强迫风冷和水冷方式相比较，冷却效率将大幅度提升。电机采用占用体积小的全叠片焊接机座，取消一体式机座结构，具有工艺性好，加工成本低、周期短、轻量化等优点。定子铁心轭部设置液冷管，采用冷压方式使得液冷管与铁心贴合，液冷管与定子压圈进行密封，蒸发冷却介质充满液冷管，一方面，提高了对定子铁心的冷却效果，另一方面，防止蒸发冷却介质从定子冲片缝隙中泄漏。定子铁心轭部设置风冷管，风冷管与两端内端盖、定子压圈间采用密封圈进行密封，防止蒸发冷却介质进入转子或定子冲片间缝隙中，并构成转子冷却风路结构。转子铁心轭部设置转子通风道，转轴上安装内循环风扇，与定子铁心轴向冷却风路共同构成内循环冷却系统，利用定子中蒸发冷却介质对转子部分循环空气进行冷却，降低转子部分温升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有蒸发冷却技术电机冷却结构的结构示意图。

图2为本发明所述内循环蒸发冷却电机冷却结构的其中一个剖视图。

图3为所述内循环蒸发冷却电机冷却结构的另外一个剖视图。

图4为所述液冷管与定子压圈之间的配合示意图。

图中：1-机座，2-转子，3-定子，4-密封圆筒一，5-转轴，6-内端盖，7-支撑件，8-端盖，9-转子通风道，10-内循环风扇，11-出气口，12-回液口，13-定子齿压板，14-密封圆筒二，15-液冷管，16-风冷管，17-密封胶层，18-定子压圈，19-钎焊，20-密封环，21-紧固螺母，22-密封圆垫。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “一”、“二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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“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，也可以是电连接；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。

如图2所示，本发明提供了一种内循环蒸发冷却电机冷却方式，包括液体冷却方式和气体冷却方式；

所述液体冷却方式包括：电机的定子3两端面分别与机座1以及相对的内端盖6之间具有独立的密封空腔，两端密封空腔内注入蒸发冷却工质，定子3轴向具有至少一个供蒸发冷却工质流通于两端密封空腔的液体冷却通道，通过外部蒸发冷却循环系统实现电机定子部分的循环冷却；

所述气体冷却方式包括：电机的定子3和两端密封空腔轴向具有至少一个贯通的气体冷却通道，转子2轴向具有至少一个贯通的转子通风道9，所述气体冷却通道、转子2和定子3间的气隙与转子通风道9之间形成风冷循环回路。

在本实施例中，由于密封空腔内填充有蒸发冷却工质，蒸发冷却工质能够通过液体冷却通道在两个密封空腔之间流通，通过外部蒸发冷却循环系统实现电机定子部分的循环冷却。由于定子3和转子2轴向分别设置有气体冷却通道和转子通风道9，转子中高温空气可通过内循环通风的方式传送至气体冷却通道，经过气体冷却通道被冷却后，循环至转子通风道9内从而冷却转子2，实现电机转子部分的循环冷却。

优选的，采用挤压技术将液冷管15和风冷管16与定子3的铁芯冲片贴紧，消除间隙，提高散热效率。本实施例中所采用的液冷管15和风冷管16为铜管结构。

在本实施例中，多个液体冷却通道和气体冷却通道在定子3上分别形成鼠笼型的蒸发冷却工质流通通道和气体流通通道，增加了散热面积，提升了散热效率。所述液体冷却通道和气体冷却通道位于定子3的轭部。所有液体冷却通道位于定子3的同一圆周上，所有气体冷却通道位于定子3的同一圆周上。

具体的，为了防止蒸发冷却工质进入定子3内，在铁芯冲片缝隙中泄露，所述蒸发冷却工质不与电机的定子3直接接触。

具体应用时，为了提升冷却效果，每个密封空腔能够包覆定子3对应端面的80%以上区域。

为了增强转子2的冷却效果，所述气体冷却方式中风冷循环回路中具有内循环风扇10。内循环风扇10能够加快风冷循环回路内气体流通流速，提升电机转子部分的循环冷却效果。

为了实现上述冷却方式，本发明提供了一种具体实施方式，具体如下：

一种内循环蒸发冷却电机冷却结构，包括液体冷却结构，所述液体冷却结构包括环向固定于电机的机座1内壁两端的内端盖6，分别开设于位于定子3两端外侧的机座1上的出气口11和回液口12，所述电机冷却结构还包括气体冷却结构；

所述液体冷却结构还包括：环向设于定子齿压板13内缘与相对应内端盖6内缘之间的密封圆筒二14，至少一个轴向贯通定子3的液冷管15（液体冷却通道），所述电机的机座1、两端的内端盖6以及密封圆筒二14围设形成定子3两端的独立的密封空腔，每个液冷管15均能够连通两端的密封空腔；

所述气体冷却结构包括：至少一个轴向共同贯通定子3和两端的密封空腔的风冷管16（气体冷却通道），至少一个轴向设于转子2上的转子通风道9，每个风冷管16均能够连通密封空腔和端盖8之间区域，每个转子通风道9均能够连通转子2和端盖8之间区域，所述风冷管16与转子通风道9、转子2和定子3间的气隙之间形成风冷循环回路。

具体的，所述出气口11和回液口12连接至外部蒸发冷却循环系统，构成电机蒸发冷却循环系统。

为了提升转子2的循环冷却效果，所述气体冷却结构的风冷循环回路包括内循环风扇10。在本实施例中，所述内循环风扇10安装于位于出气口11下方的转轴5上，内循环风扇10与转子2之间的间隙要小，这样可保证风扇通风效果。具体使用时，转子通风道9、转子2和定子3间的气隙内的气体被内循环风扇10传送至出气口11下方的风冷管16的一端，蒸发冷却工质通过风冷管16对其内部气体进行冷却，穿过风冷管16后，将冷却后的气体传送回位于回液口12下方的转子2一端。

在本实施例中，为了形成独立的密封空腔结构，所述内端盖6外缘与内缘分别与机座1以及密封圆筒二14外端部密封连接，所述密封圆筒二14内端部与定子齿压板13内缘之间密封连接。所述风冷管16与定子压圈18、内端盖6之间分别通过密封圈密封连接。所述液冷管15与定子压圈18之间通过钎焊19密封连接。上述密封方式可以有效的避免蒸发冷却工质从密封空腔泄露至机座1内部。

具体应用时，如图2所示，所述风冷管16的一端外缘呈阶梯状，另外一端具有螺纹结构，在将风冷管16穿入定子3内后，采用密封圆垫22和紧固螺母21对风冷管16另外一端进行紧固密封，可方便拆卸。

在本实施例中，为了避免蒸发冷却工质与电机的定子3直接接触，所述定子齿压板13外端面灌封设置有密封胶层17。上述密封方式可以有效的避免蒸发冷却工质进入定子3中，进而从铁芯冲片缝隙中泄露。

本实施例的机座1采用全叠片焊接机座，没有一体化机座结构，实现轻量化，降低生产制造成本。机座1两端分别设置出气口11和回液口12，并与外部蒸发冷却循环系统连通，实现电机定子部分的循环冷却。

本实施例进一步提供了一种密封圆筒二14的固定方式，所述定子齿压板13外端面上具有环向内安装槽，环向内安装槽内设置有密封环20，所述密封圆筒二14内端部设于环向安装槽内且与密封环20间隙配合，密封圆筒二14内端部与密封环20之间设置有两个密封圈。所述内端盖6内端面上具有环向外安装槽，所述密封圆筒二14外端部设于环向外安装槽内，且密封圆筒二14外端部与内端盖6之间设置有两个密封圈。采用双密封圈的方式能够有效的实现彼此之间的径向密封。

如图2所示，本实施例中的密封圆筒二14采用中间厚、两端薄的筒状结构，可以提高零部件的工艺性，同时能够便于密封圆筒二14两端精加工，保证了密封性能。

具体安装时，将定子齿压板13、密封环20、密封圆筒二14以及密封圈全部组装好之后，进行灌封密封胶，确保灌封的密封性能。

在本实施例中，所述密封圆筒二14内端部位于密封环20外侧，密封环20的高度高于密封胶层17的高度。密封圆筒二14内端部设于环向内安装槽内，密封圆筒二14外端部设于环向外安装槽内，安装处紧密配合，密封圆筒二14两端得到密封支撑的同时，提供了结构可靠性。

如图2和3所示，所述电机的端盖8靠近转轴5处呈朝内倾斜结构。端盖8中部朝内形成内锥状，一方面能够减小内循环风阻，另一方面能够减小电机轴向尺寸。

如图4所示，在本实施例中，所述钎焊19的密封方式可采用灌封密封胶或密封圈。如图4a所示，在液冷管15与定子压圈18之间的间隙内灌封有密封胶。如图4b所示，在液冷管15与定子压圈18之间设置有密封圈。

如图2和3所示，本实施例中的风冷管16和液冷管15在定子3的轭部周向呈交替间隔布置，实现高效冷却，同时也能过减小定子3上的温差。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种内循环蒸发冷却电机冷却方式，其特征在于，包括液体冷却方式和气体冷却方式；

所述液体冷却方式包括：电机的定子（3）两端面分别与机座（1）以及相对的内端盖（6）之间具有独立的密封空腔，两端密封空腔内注入蒸发冷却工质，定子（3）轴向具有至少一个供蒸发冷却工质流通于两端密封空腔的液体冷却通道，通过外部蒸发冷却循环系统实现电机定子部分的循环冷却；

所述气体冷却方式包括：电机的定子（3）和两端密封空腔轴向具有至少一个贯通的气体冷却通道，转子（2）轴向具有至少一个贯通的转子通风道（9），所述气体冷却通道、转子（2）与定子（3）间的气隙与转子通风道（9）之间形成风冷循环回路。

2.根据权利要求1所述的一种内循环蒸发冷却电机冷却方式，其特征在于，所述气体冷却方式中风冷循环回路中具有内循环风扇（10）。

3.根据权利要求1或2所述的一种内循环蒸发冷却电机冷却方式，其特征在于，所述蒸发冷却工质不与电机的定子（3）直接接触。

4.一种内循环蒸发冷却电机冷却结构，包括液体冷却结构，所述液体冷却结构包括环向固定于电机的机座（1）内壁两端的内端盖（6），分别开设于位于定子（3）两端外侧的机座（1）上的出气口（11）和回液口（12），其特征在于，所述电机冷却结构还包括气体冷却结构；

所述液体冷却结构还包括：环向设于定子齿压板（13）内缘与相对应内端盖（6） 内缘之间的密封圆筒二（14），至少一个轴向贯通定子（3）的液冷管（15），所述电机的机座（1）、两端的内端盖（6）以及密封圆筒二（14）围设形成定子（3）两端的独立的密封空腔，每个液冷管（15）均能够连通两端的密封空腔；

所述气体冷却结构包括：至少一个轴向共同贯通定子（3）和两端的密封空腔的风冷管（16），至少一个轴向设于转子（2）上的转子通风道（9），每个风冷管（16）均能够连通密封空腔和端盖（8）之间区域，每个转子通风道（9）均能够连通转子（2）和端盖（8）之间区域，所述风冷管（16）与转子通风道（9）、转子（2）和定子（3）间的气隙之间形成风冷循环回路。

5.根据权利要求4所述的一种内循环蒸发冷却电机冷却结构，其特征在于，所述气体冷却结构的风冷循环回路包括内循环风扇（10）。

6.根据权利要求4所述的一种内循环蒸发冷却电机冷却结构，其特征在于，所述机座（1）为全叠片焊接机座结构。

7.根据权利要求4所述的一种内循环蒸发冷却电机冷却结构，其特征在于，所述定子齿压板（13）外端面灌封设置有密封胶层（17）。

8.根据权利要求4所述的一种内循环蒸发冷却电机冷却结构，其特征在于，所述风冷管（16）与定子压圈（18）、内端盖（6）之间分别通过密封圈密封连接。

9.根据权利要求4所述的一种内循环蒸发冷却电机冷却结构，其特征在于，所述液冷管（15）与定子压圈（18）之间通过钎焊（19）密封连接。

10.根据权利要求4所述的一种内循环蒸发冷却电机冷却结构，其特征在于，所述电机的端盖（8）靠近转轴（5）处呈朝内倾斜结构。

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