CN114337112A - 一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及牵引电机冷却结构领域，具体是一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构。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。本发明采用定子两端独立密封结构，气隙中没有密封圆筒，解决现有技术方案气隙尺寸大问题，气隙中密封圆筒工艺性差、刚度不足易变形可能引起的扫膛问题，冲击振动情况下的可靠性问题。本发明在定子轭部设置轴向冷却通道，冷却通道内设置铜管，解决冷却介质沿着铁心冲片间隙泄漏问题。

Description

一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构

技术领域

本发明涉及牵引电机冷却结构领域，具体是一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构。

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定子冷却结构（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的两端通过支撑件5、密封圈一7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。

这种电机定子冷却结构的密封圆筒设置在电机气隙中，增大了电机气隙尺寸，功率因数和效率降低。密封圆筒需要承受定子内部冷却介质的压力，由于轴向尺寸较大，刚度可能不足，存在扫膛风险；冲击振动情况下，可靠性不足。

发明内容

本发明为了解决现有蒸发冷却技术电机定子冷却结构存在的诸多问题，提供了一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却方式，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。

作为本发明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。

作为本发明冷却方式技术方案的进一步改进，每个密封空腔能够包覆定子对应端面的80%以上区域。

本发明进一步提供了一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，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，还包括分别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，至少一个轴向贯穿定子的管部，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，每个管部均能够连通两端密封空腔。

作为本发明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。

作为本发明冷却结构技术方案的进一步改进，所述定子齿压板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，所述密封圆筒二内端部设于环向安装槽内且与密封环间隙配合，密封圆筒二内端部与密封环之间设置有至少一个密封圈。

作为本发明冷却结构技术方案的进一步改进，所述内端盖内端面上具有环向外安装槽，所述密封圆筒二外端部设于环向外安装槽内，且密封圆筒二外端部与内端盖之间设置有至少一个密封圈。

作为本发明冷却结构技术方案的进一步改进，所述定子齿压板外端面上具有环向内安装槽，所述密封圆筒二内端部设于环向内安装槽内，且密封圆筒二内端部与环向内安装槽之间的间隙内灌封有密封胶。

作为本发明冷却结构技术方案的进一步改进，所述内端盖内端面上具有环向外安装槽，所述密封圆筒二外端部设于环向外安装槽内，且密封圆筒二外端部与环向外安装槽之间的间隙内灌封有密封胶。

本发明所述蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，有效解决了轨道交通领域牵引电机在高电磁负荷下的散热难题。本发明采用定子两端独立密封结构，气隙中没有密封圆筒，解决现有技术方案气隙尺寸大问题，气隙中密封圆筒工艺性差、刚度不足易变形可能引起的扫膛问题，冲击振动情况下的可靠性问题。本发明在定子轭部设置轴向冷却通道，冷却通道内设置铜管，解决冷却介质沿着铁心冲片间隙泄漏问题，进而定子采用全叠片焊接机座结构，降低了电机外形尺寸和电机重量，实现电机轻量化。本发明所采用的冷却方式，与轨道交通领域现有的强迫风冷或水冷方式相比较，冷却效率将大幅度提升。

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定子冷却结构的结构示意图。

图2为本发明所述蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构的一种结构示意图。

图3为本发明所述蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构的另外一种结构示意图。

图4为管部与定子压圈的配合示意图。

图中：1-机座，2-钎焊，3-定子，4-密封圆筒一，5-支撑件，6-内端盖，7-密封圈一，8-定子齿压板，9-密封圆筒二，10-管部，11-出气口，12-回液口，13-定子压圈，14-密封胶层，15-密封环，16-延伸环。

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和3所示，本发明提供了一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却方式，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。

在本实施例中，多个冷却通道在定子3上形成鼠笼型的蒸发冷却工质流通通道，增加了散热面积，提升了散热效率。所述冷却通道位于定子3的轭部。多个冷却通道位于定子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。

为了实现上述冷却方式，本发明提供了两种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构的实施例，具体如下所示。

实施例1

如图2所示，一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，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，还包括分别环向设于定子齿压板8内缘与相对应内端盖6内缘之间的密封圆筒二9，至少一个轴向贯穿定子3的管部10，所述电机的机座1、两端的内端盖6以及密封圆筒二9围设形成定子3两端的独立的密封空腔，每个管部10均能够连通两端密封空腔。

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以及密封圆筒二9外端部密封连接，所述密封圆筒二9内端部与定子齿压板8内缘之间密封连接，所述管部10的两端分别与相应的定子压圈13之间密封配合。

本实施例进一步提供了一种密封方式，所述定子齿压板8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15，所述密封圆筒二9内端部设于环向安装槽内且与密封环15间隙配合，密封圆筒二9内端部与密封环15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，所述密封圆筒二9外端部设于环向外安装槽内，且密封圆筒二9外端部与内端盖6之间设置有两个密封圈。

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8外端面灌封设置有密封胶层14，采用轴向贯穿定子3的管部10的方式形成冷却通道，管部10两端分别与定子压圈13之间采用钎焊2的方式进行密封。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。

如图2所示，本实施例中的密封圆筒二9采用中间厚、两端薄的筒状结构，可以提供零部件的工艺性，同时能够便于密封圆筒二9两端精加工，保证了密封性能。

具体安装时，将定子齿压板8、密封环15、密封圆筒二9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，所述密封圆筒二9内端部位于密封环15外侧，密封环15的高度高于密封胶层14的高度。密封圆筒二9内端部设于环向内安装槽内，密封圆筒二9外端部设于环向外安装槽内，安装处紧密配合，密封圆筒二9两端得到密封支撑的同时，提供了结构可靠性。

进一步的，密封圆筒二9内端部与密封环15之间设置有两个密封圈，密封圆筒二9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。

在本实施例中，所述内端盖6采用铝合金材质，可实现冷却结构的轻量化。内端盖6的外缘与机座1之间采用轴向密封圈进行密封，提高密封性能。

如图2所示，位于各个密封圈相应的安装处均具有能够容纳密封圈的密封槽，相邻密封圈的密封槽之间具有间距，在提升密封性能的同时，也可提高零部件的工艺性。

另外，为了能够有效密封，所述密封胶层14的灌封高度与定子压圈13的高度齐平。同时，内端盖6内缘向内延伸设有延伸环16，两个密封圈的密封槽位于延伸环16处。

具体应用时，采用挤压技术将管部10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管部10为铜管结构。

如图4所示，在本实施例中，所述钎焊2的密封方式可采用灌封密封胶或密封圈。如图4a所示，在管部10与定子压圈13之间的间隙内灌封有密封胶。如图4b所示，在管部10与定子压圈13之间设置有密封圈。

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。

实施例2

如图3所示，一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，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，还包括分别环向设于定子齿压板8内缘与相对应内端盖6内缘之间的密封圆筒二9，至少一个轴向贯穿定子3的管部10，所述电机的机座1、两端的内端盖6以及密封圆筒二9围设形成定子3两端的独立的密封空腔，每个管部10均能够连通两端密封空腔。

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以及密封圆筒二9外端部密封连接，所述密封圆筒二9内端部与定子齿压板8内缘之间密封连接，所述管部10的两端分别与相应的定子压圈13之间密封配合。

本实施例进一步提供了一种密封方式，所述定子齿压板8外端面上具有环向内安装槽，所述密封圆筒二9内端部设于环向内安装槽内，且密封圆筒二9内端部与环向内安装槽之间的间隙内灌封有密封胶。所述内端盖6内端面上具有环向外安装槽，所述密封圆筒二9外端部设于环向外安装槽内，且密封圆筒二9外端部与环向外安装槽之间的间隙内灌封有密封胶。

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8外端面灌封设置有密封胶层14，采用轴向贯穿定子3的管部10的方式形成冷却通道，管部10两端分别与定子压圈13之间采用灌封密封胶（或者密封圈、钎焊2）的方式进行密封。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。

具体安装时，将定子齿压板8、密封圆筒二9全部组装好之后，进行灌封密封胶，确保灌封的密封性能。

密封圆筒二9内端部设于环向内安装槽内，密封圆筒二9外端部设于环向外安装槽内，安装处紧密配合，密封圆筒二9两端得到密封支撑的同时，提供了结构可靠性。

在本实施例中，所述内端盖6采用铝合金材质，可实现冷却结构的轻量化。内端盖6的外缘与机座1之间采用轴向密封圈进行密封，提高密封性能。

另外，为了能够有效密封，所述密封胶层14的灌封高度与定子压圈13的高度齐平。

具体应用时，采用挤压技术将管部10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管部10为铜管结构。

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。

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)

1.一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却方式，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却方式，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。

3.根据权利要求1或2所述的一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却方式，其特征在于，每个密封空腔能够包覆定子（3）对应端面的80%以上区域。

4.一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，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，还包括分别环向设于定子齿压板（8）内缘与相对应内端盖（6）内缘之间的密封圆筒二（9），至少一个轴向贯穿定子（3）的管部（10），所述电机的机座（1）、两端的内端盖（6）以及密封圆筒二（9）围设形成定子（3）两端的独立的密封空腔，每个管部（10）均能够连通两端密封空腔。

5.根据权利要求4所述的一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，其特征在于， 所述机座（1）为全叠片焊接机座结构。

6.根据权利要求4所述的一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，其特征在于，所述定子齿压板（8）外端面灌封设置有密封胶层（14）。

7.根据权利要求6所述的一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，其特征在于，所述定子齿压板（8）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（15），所述密封圆筒二（9）内端部设于环向安装槽内且与密封环（15）间隙配合，密封圆筒二（9）内端部与密封环（15）之间设置有至少一个密封圈。

8.根据权利要求7所述的一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，其特征在于，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（9）外端部设于环向外安装槽内，且密封圆筒二（9）外端部与内端盖（6）之间设置有至少一个密封圈。

9.根据权利要求6所述的一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，其特征在于，所述定子齿压板（8）外端面上具有环向内安装槽，所述密封圆筒二（9）内端部设于环向内安装槽内，且密封圆筒二（9）内端部与环向内安装槽之间的间隙内灌封有密封胶。

10.根据权利要求9所述的一种蒸发冷却定子两端独立密封冷却结构，其特征在于，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（9）外端部设于环向外安装槽内，且密封圆筒二（9）外端部与环向外安装槽之间的间隙内灌封有密封胶。

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