CN114337113A - 一种定子转子混合蒸发冷却电机结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及牵引电机冷却结构领域，具体是一种定子转子混合蒸发冷却电机结构。电机的机座、端盖以及转轴形成的空腔底部注入蒸发冷却工质，电机的转轴上设有至少一个甩液组件，所述甩液组件的浸渍一端能够浸入蒸发冷却工质内，利用转轴转动产生的离心力甩液组件能够将蒸发冷却工质甩出飞溅至未浸入蒸发冷却工质内的定子线圈部分。本发明利用蒸发冷却工质相变吸热进行高效冷却，解决轨道交通领域牵引电机在高电磁负荷下的散热难题。本发明能够同时为定子、转子进行高效冷却，尤其适用于轨道车辆直接驱动式牵引电机。本发明采用了蒸发冷却技术，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。

Description

一种定子转子混合蒸发冷却电机结构

技术领域

本发明涉及牵引电机冷却结构领域，具体是一种定子转子混合蒸发冷却电机结构。

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4，密封圆筒4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。

专利CN102832726 B中公开了一种定子蒸发冷却系统，该系统中定子部分由定子机壳、隔离套筒和端部密封端盖构成为密闭空间，采用蒸发冷却方式对定子部分进行冷却，线圈端部设置喷嘴，对线圈端部进行喷淋冷却。该技术方案存在的缺点：（1）线圈端部设置喷嘴，需要额外的冷却液输送系统，结构复杂。（2）冷却方案中没有对转子部分的冷却，转子温升较高。

发明内容

本发明为了解决电机转子温升问题，提供了一种定子转子混合蒸发冷却电机结构。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种定子转子混合蒸发冷却电机方式，电机的机座、端盖以及转轴形成的空腔底部注入蒸发冷却工质，电机的转轴上设有至少一个甩液组件，所述甩液组件的浸渍一端能够浸入蒸发冷却工质内，利用转轴转动产生的离心力甩液组件能够将蒸发冷却工质甩出飞溅至未浸入蒸发冷却工质内的定子线圈部分。

作为本发明冷却电机方式技术方案的进一步改进，所述转子下部能够浸入蒸发冷却工质内。

作为本发明冷却电机方式技术方案的进一步改进，电机的空腔内部的蒸发冷却工质能够与电机外部蒸发冷却循环系统进行冷却循环。

本发明进一步提供了一种定子转子混合蒸发冷却电机结构，包括填充于电机的机座、端盖以及转轴形成的空腔底部的蒸发冷却工质，至少一个设于电机的转轴上的甩液组件，所有甩液组件的浸渍一端能够浸入蒸发冷却工质内。

作为本发明冷却电机结构技术方案的进一步改进，所述电机的端盖与转轴、端盖与机座之间具有密封结构。

作为本发明冷却电机结构技术方案的进一步改进，所述密封结构包括环向设于端盖内缘内壁上的油封结构，固定套设于转轴上且与油封结构间隙转动配合的内封环，设于机座与端盖连接处的密封圈，所述内封环与转轴的肩部之间设有密封圈，所述内封环与油封结构之间设有动密封结构。

作为本发明冷却电机结构技术方案的进一步改进，所述动密封结构位于油封结构和内封环最外层的环形槽之间。

作为本发明冷却电机结构技术方案的进一步改进，所述甩液组件安装于内封环外缘上。

作为本发明冷却电机结构技术方案的进一步改进，所述机座底部设有回液口，所述机座顶部设有出气口。

本发明进一步提供了一种甩液组件，包括甩液盘，所述甩液盘的外缘具有能够容纳吸液材料的环部，所述甩液组件上具有至少一个进液孔和甩液孔。

本发明利用蒸发冷却工质相变吸热进行高效冷却，解决轨道交通领域牵引电机在高电磁负荷下的散热难题。本发明能够同时为定子、转子进行高效冷却，尤其适用于轨道车辆直接驱动式牵引电机。本发明采用了蒸发冷却技术，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。另外，本发明采用甩液组件对定子线圈端部进行冷却，大幅降低线圈端部温升，并且结构简单，可靠性高。而且本发明在电机内部底部注入一定的冷却液工质，减少了冷却工质的用量，降低了使用成本，实现电机轻量化。

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示意图。

图2为本发明所述冷却电机结构的示意图。

图3为甩液组件的剖视图。

图4为甩液组件的结构示意图。

图中：1-机座，2-转子，3-定子，4-密封圆筒，5-转轴，6-内端盖，7-端盖，8-内封环，9-密封圈，10-动密封结构，11-油封结构，12-密封圈，13-出气口，14-甩液盘，15-吸液材料，16-环部，17-回液口，18-甩液组件，19-蒸发冷却工质，20-进液孔，21-甩液孔，22-中心孔，23-减重孔。

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，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，本发明提供了一种定子转子混合蒸发冷却电机方式，电机的机座1、端盖7以及转轴5形成的空腔底部注入蒸发冷却工质19，电机的转轴5上设有至少一个甩液组件18，所述甩液组件18的浸渍一端具有吸液材料15，且甩液组件18的浸渍一端能够浸入蒸发冷却工质19内，利用转轴5转动产生的离心力甩液组件18能够将蒸发冷却工质19甩出飞溅至未浸入蒸发冷却工质19内的定子线圈部分。

本发明所提供的冷却电机方式，位于蒸发冷却工质19内的电机部件（定子3、转子2）通过热传导的方式将热量传递给蒸发冷却工质19进行冷却。由于甩液组件18的浸渍一端能够浸入蒸发冷却工质19内，电机工作时，当转子2和转轴5旋转时，能够带动甩液组件18转动，甩液组件18的浸渍一端具有吸液材料，由于离心力的作用，甩液组件18的吸液材料中吸收的蒸发冷却工质19被甩出飞溅至空腔内部的转子2、定子3、机座1内壁及其他部件上，附着于高温部件上的蒸发冷却工质19汽化，相变吸热，产生蒸汽；未汽化的蒸发冷却工质19通过热传导的方式将高温部件上的热量传递给蒸发冷却工质19，在重力作用下，这部分蒸发冷却工质19重新回流至空腔底部的蒸发冷却工质19。本发明能够对电机定子3和转子2同时进行高效冷却，满足电机高电磁负荷下的散热需求。

优选的，所述转子2下部能够浸入蒸发冷却工质19内。蒸发冷却工质19能够没过转子2下侧气隙一定距离，可以使得转子2部分通过热传导的方式将热量传递给蒸发冷却工质19，提高冷却效率。

进一步的，空腔内部的蒸发冷却工质19能够与电机外部蒸发冷却循环系统进行冷却循环。在本实施例中，蒸汽可由机座1自主流动至电机外部蒸发冷却循环系统，经过冷凝液化后，重新回流至空腔内部，构成电机蒸发冷却循环系统。

为了实现本发明所述冷却电机方式，本发明进一步提供了一种定子转子混合蒸发冷却电机结构，如图2所示，包括填充于电机的机座1、端盖7以及转轴5形成的空腔底部的蒸发冷却工质19，至少一个设于电机的转轴5上的甩液组件18，所述甩液组件18的浸渍一端具有吸液材料15，且甩液组件18的浸渍一端能够浸入蒸发冷却工质19内。

另外，为了避免蒸发冷却工质19泄露，所述电机的端盖7与转轴5、端盖7与机座1之间具有密封结构。

本发明进一步提供了密封结构的具体实施方式，即所述密封结构包括环向设于端盖7内缘内壁上的油封结构11，固定套设于转轴5上且与油封结构11间隙转动配合的内封环8，设于机座1与端盖7连接处的密封圈12，所述内封环8与转轴5的肩部之间设有密封圈9，所述内封环8与油封结构11之间设有动密封结构10。这样可以有效的避免在使用过程中，端盖7的外缘及内缘处发生冷却工质泄露的问题。

优选的，本发明还提供了内封环8与油封结构11之间的配合密封结构，所述动密封结构10位于油封结构11和内封环8最外层的环形槽之间。。

如图2所示，所述甩液组件18安装于内封环8外缘上。这样可以实现甩液组件18与内封环8的同步旋转。

为了实现电机蒸发冷却循环系统，所述机座1底部设有回液口17，所述机座1顶部设有出气口13。

进一步的，本发明还提供了一种甩液组件18的具体实施方式，如图3和4所示，包括甩液盘14，所述甩液盘14的外缘具有能够容纳吸液材料15的环部16，所述环部16上沿着外圆圆周面呈辐射状设置有若干排甩液孔21，甩液盘14外缘端面上呈辐射状设置有若干进液孔20。甩液孔21呈辐射状布置能够增大飞溅面积，对整个线圈端部进行冷却。

本实施例所提供的甩液组件18中，由于甩液孔21位于外缘圆周面上，因此通过吸液材料15吸收的冷却工质可通过甩液孔21甩出。进液孔20位于甩液盘14外缘端面上，主要用于吸收冷却工质。

本实施例所述吸液材料可采用毛毡材料制成，当然也可采用其他吸液性能好的材料。

具体的，所述甩液盘14与环部16之间采用铆钉进行紧固，尽量保证铆钉头部光滑去毛刺，这样能够有效降低组件的风磨损耗和甩液损耗。

如图所示，所述甩液盘14中心具有套设于内封环8上的中心孔22，甩液盘14的内缘通过螺栓与内封环8固定连接，所述甩液盘14的外缘安装有环部16，环部16的截面呈L字型，环部16内具有能够容纳吸液材料15的空腔。本实施例中的进液孔20位于远离转子2一端，每一排有三个甩液孔21，三个甩液孔21位于环部16的外圆圆周面上，且三个甩液孔21的方向从内向外分别朝向转子2的端面、机座1的内壁、端盖7的内壁。这样能够进一步增大冷却工质的飞溅面积，提升冷却效果。

优选的，为了实现减重，减少对电机使用的影响，所述甩液盘14上沿着环向具有若干减重孔23。具有减重孔23的甩液盘14呈轮辐式结构，本发明中的甩液盘14采用铸铝材质，实现轻量化；过渡连接处采用圆角处理，降低风磨损耗。

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)

1.一种定子转子混合蒸发冷却电机方式，其特征在于，电机的机座（1）、端盖（7）以及转轴（5）形成的空腔底部注入蒸发冷却工质（19），电机的转轴（5）上设有至少一个甩液组件（18），所述甩液组件（18）的浸渍一端具有吸液材料（15），且甩液组件（18）的浸渍一端能够浸入蒸发冷却工质（19）内，利用转轴（5）转动产生的离心力甩液组件（18）能够将蒸发冷却工质（19）甩出飞溅至未浸入蒸发冷却工质（19）内的定子线圈部分。

2.根据权利要求1所述的一种定子转子混合蒸发冷却电机方式，其特征在于，所述转子（2）下部能够浸入蒸发冷却工质（19）内。

3.根据权利要求1所述的一种定子转子混合蒸发冷却电机方式，其特征在于，空腔内部的蒸发冷却工质（19）能够与电机外部蒸发冷却循环系统进行冷却循环。

4.一种定子转子混合蒸发冷却电机结构，其特征在于，包括填充于电机的机座（1）、端盖（7）以及转轴（5）形成的空腔底部的蒸发冷却工质（19），至少一个设于电机的转轴（5）上的甩液组件（18），所述甩液组件（18）的浸渍一端具有吸液材料（15），且甩液组件（18）的浸渍一端能够浸入蒸发冷却工质（19）内。

5.根据权利要求4所述的一种定子转子混合蒸发冷却电机结构，其特征在于，所述电机的端盖（7）与转轴（5）、端盖（7）与机座（1）之间具有密封结构。

6.根据权利要求5所述的一种定子转子混合蒸发冷却电机结构，其特征在于，所述密封结构包括环向设于端盖（7）内缘内壁上的油封结构（11），固定套设于转轴（5）上且与油封结构（11）间隙转动配合的内封环（8），设于机座（1）与端盖（7）连接处的密封圈（12），所述内封环（8）与转轴（5）的肩部之间设有密封圈（9），所述内封环（8）与油封结构（11）之间设有动密封结构（10）。

7.根据权利要求6所述的一种定子转子混合蒸发冷却电机结构，其特征在于，所述动密封结构（10）位于油封结构（11）和内封环（8）最外层的环形槽之间。

8.根据权利要求7所述的一种定子转子混合蒸发冷却电机结构，其特征在于，所述甩液组件（18）安装于内封环（8）外缘上。

9.根据权利要求4所述的一种定子转子混合蒸发冷却电机结构，其特征在于，所述机座（1）底部设有回液口（17），所述机座（1）顶部设有出气口（13）。

10.一种甩液组件，其特征在于，包括甩液盘（20），所述甩液盘（20）的外缘具有能够容纳吸液材料（15）的环部（16），所述甩液组件（18）上具有至少一个进液孔（20）和甩液孔（21）。

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