CN114567124A - 基于液态金属灌封的电机定子结构 - Google Patents

基于液态金属灌封的电机定子结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于电机散热技术领域，旨在解决电机定子铁心与机壳之间因存在导热系数较低的空气隙而导致电机机壳散热效率低的问题，具体涉及一种基于液态金属灌封的电机定子结构，包括电机机壳、定子铁心、第一密封端环、第二密封端环和液态金属，电机机壳的内壁设置有多个定位销，定子铁心的外壁设置有与多个定位销间隙卡合的多个定位凹槽；第一密封端环、第二密封端环分别设置于定子铁心的顶部和底部，且其外壁均与电机机壳的内壁抵紧；第一密封端环的底部、第二密封端环的顶部、电机机壳的内壁与定子铁心的外壁构成密闭腔室；液态金属填充于密闭腔室；本发明可有效改善电机机壳的热传导性能，增强其散热效率，同时保证电机正常的安全稳定运行。

Description

基于液态金属灌封的电机定子结构
技术领域
本发明属于电机散热技术领域，具体涉及一种基于液态金属灌封的电机定子结构。
背景技术
电机作为工业生产领域最主要的动力设备之一，被广泛应用于工业生产、交通运输、航空航天、精密加工以及生产生活的各个方面。电机运行过程中由损耗产生的热量需要借助电机机壳来散出，电机定子铁心与机壳通过接触传热方式实现热量的传递，因此电机定子铁心与机壳之间接触的紧密程度将直接影响电机的散热效果。
在中小型电机的定子制造过程中，通常使用热套或液压等方式使定子铁心与机壳之间实现过盈配合，从而保证定子铁心与机壳之间具有较高的贴合度，进而实现电机机壳良好的散热性能。然而在电机定子的实际过盈配合中，往往会因定子铁心与机壳的定位偏差、电机机壳受力不均等因素导致定子铁心与机壳之间产生不均匀的空气间隙，而由于空气的导热系数远小于机壳的导热系数，因此定子铁心与机壳之间局部会存在较大的热阻，进而使定子铁心散热不均，降低了电机机壳的散热效果。
在大型电机的定子制造过程中，为了安装和维护方便，定子铁心与电机机壳之间通常会留有一定的空气隙，通过定位销来实现两者的固定连接，从而完成电机定子的制造。然而由于空气的导热系数较低，无法充分利用电机机壳巨大的散热表面，因此大型电机的定子散热通常需要额外的冷却方案，例如，强迫风冷、水冷等方式，这无疑进一步增加了电机的制造成本。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决电机定子铁心与机壳之间因存在导热系数较低的空气隙而导致电机机壳散热效率低的问题，本发明提供了一种基于液态金属灌封的电机定子结构，包括电机机壳、定子铁心、第一密封端环、第二密封端环和液态金属，所述电机机壳的内壁设置有多个定位销，所述定子铁心的外壁设置有多个定位凹槽，多个所述定位凹槽与多个所述定位销间隙卡合；
所述第一密封端环设置于所述定子铁心的顶部，且所述第一密封端环的外壁与所述电机机壳的内壁抵紧设置；所述第二密封端环设置于所述定子铁心的底部，且所述第二密封端环的外壁与所述电机机壳的内壁抵紧设置；
所述第一密封端环的底部、所述第二密封端环的顶部、所述电机机壳的内壁与所述定子铁心的外壁构成密闭腔室；所述液态金属填充于所述密闭腔室。
在一些优选实施例中，所述第一密封端环的底部与所述定子铁心的顶部抵紧设置；
所述第一密封端环包括第一圆环密封部和第一圆环卡合部，所述第一圆环密封部设置于所述第一圆环卡合部的内壁，并且所述第一圆环密封部的底部与所述第一圆环卡合部的底部平齐设置；
所述第一圆环卡合部包括多个第一抵紧段和多个第一抵紧凹槽段，所述第一抵紧段与所述第一抵紧凹槽段邻接设置；
所述第一抵紧段用于与所述电机机壳的平滑弧段内壁抵紧；
多个所述第一抵紧凹槽段与多个所述定位销对应抵紧卡合。
在一些优选实施例中，所述第一圆环卡合部与所述第一圆环密封部构成下阶梯结构；
所述第一圆环密封部的内壁到所述电机机壳的平滑弧段内壁的距离为L1，所述定子铁心的外壁到所述电机机壳的平滑弧段内壁的距离为L2，L1＞L2。
在一些优选实施例中，所述第二密封端环的顶部与所述定子铁心的底部抵紧设置；
所述第二密封端环包括第二圆环密封部和第二圆环卡合部，所述第二圆环密封部设置于所述第二圆环卡合部的内壁，并且所述第二圆环密封部的底部与所述第二圆环卡合部的顶部平齐设置；
所述第二圆环卡合部包括多个第二抵紧段和多个第二抵紧凹槽段，所述第二抵紧段与所述第二抵紧凹槽段邻接设置；
所述第二抵紧段用于与所述电机机壳的平滑弧段内壁抵紧；
多个所述第二抵紧凹槽段与多个所述定位销对应抵紧卡合。
在一些优选实施例中，所述第二圆环卡合部与所述第二圆环密封部构成阶梯结构；
所述第二圆环密封部的内壁到所述电机机壳的平滑弧段内壁的距离为L3，L3＞L2。
在一些优选实施例中，所述第二圆环卡合部沿所述电机机壳纵向轴线的长度大于所述第二圆环密封部沿所述电机机壳纵向轴线的长度。
在一些优选实施例中，所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金。
在一些优选实施例中，所述液态金属在预设温度下，填满于所述密闭腔室；
所述预设温度大于所述液态金属的熔点。
在一些优选实施例中，所述电机机壳的内壁还设置有多个导向槽，多个所述导向槽平行设置；
所述导向槽的纵向轴线与所述定位销的纵向轴线平行设置；
所述导向槽的长度小于所述定位销的长度；
所述导向槽与所述定位销互不干涉设置。
在一些优选实施例中，多个所述导向槽均匀设置。
本发明的有益效果为：
1)本发明公开的基于液态金属灌封的电机定子结构，采用液态金属填充定子铁心与机壳之间的空气隙，使导热系数低的空气隙替换为导热系数高的液态金属隙，有效提高定子铁心与机壳之间的传热性能，降低定子铁心与电机机壳之间的热阻。
2)本发明利用密封端环组件形成液态金属狭缝密闭空间，消除了在电机运行过程中液态金属因熔化出现泄漏的风险，有效提高电机定子铁心与机壳之间的散热性能，改善定子铁心散热不均的问题，进一步增强电机机壳的散热效率，为电机的长期安全稳定运行提供了保障。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的第一种具体实施例的电机立体结构示意图；
图2是图1的电机轴向剖面示意图；
图3是图1的电机定子爆炸示意图；
图4是本发明中的第一密封端环的立体结构示意图；
图5是图4的半剖立体结构示意图；
图6是本发明的第二种具体实施例电机机壳的立体结构示意图。
附图标记说明：
11、电机机壳，12、散热鳍片，13、定位销，14、导向槽；2、定子铁心，21、定位凹槽；31、转子铁心，32、转轴；4、密封端环组件，41、第一密封端环，42、第二密封端环，421、第一圆环卡合部，422、第一圆环密封部；5、液态金属，51、空气隙。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。
参照附图1至附图5，本发明提供了一种基于液态金属灌封的电机定子结构，包括电机机壳11、定子铁心2、第一密封端环41、第二密封端环42和液态金属5，电机机壳的内壁设置有多个定位销13，定子铁心的外壁设置有多个定位凹槽21，多个定位凹槽与多个定位销间隙卡合，保证定子铁心的快捷安装，同时提高电机的装配定位精度，从而避免定子铁心与电机机壳的中心偏差。
第一密封端环设置于定子铁心的顶部，且第一密封端环的外壁与电机机壳的内壁抵紧设置；第二密封端环设置于定子铁心的底部，且第二密封端环的外壁与电机机壳的内壁抵紧设置；第一密封端环的底部、第二密封端环的顶部、电机机壳的内壁与定子铁心的外壁构成密闭腔室；液态金属填充于密闭腔室，在本实施例中，液态金属在预设温度下填满于密闭腔室，保证液态金属完全充满该密闭腔室，并且可以消除电机运行过程中液态金属因熔化出现泄漏的风险。
本发明在定子铁心与电机机壳之间的空气隙处，用具有高导热系数的液态金属隙替代导热系数较低的空气隙，大大改善了电机机壳的热传导性能，增强了电机机壳的散热效率，同时设计了密封端环组件，与定子铁心和电机机壳配合形成液态金属狭缝密闭空间，消除了液态金属可能出现泄漏的风险，在提高和改善电机机壳的散热效率的同时，有效保证电机正常的安全稳定运行。
其中，第一密封端环与第二密封端环构成密封端环组件4，当定子铁心与电机机壳完成装配后，在预设温度环境下，使熔化后的液态金属沿定子铁心的端部完全填充至定子铁心与电机机壳之间的空气隙51，并通过密封端环组件形成密封腔室。
具体地，第一密封端环的底部与定子铁心的顶部抵紧设置，即第一密封端环设置于定子铁心的顶部。
第一密封端环包括第一圆环密封部422和第一圆环卡合部421，第一圆环密封部设置于第一圆环卡合部的内壁，并且第一圆环密封部的底部与第一圆环卡合部的底部平齐设置；第一圆环卡合部包括多个第一抵紧段和多个第一抵紧凹槽段，第一抵紧段与第一抵紧凹槽段邻接设置，即在本实施例中，第一抵紧凹槽段为相邻两个第一抵紧段构成的凹槽。
第一抵紧段用于与电机机壳的平滑弧段内壁抵紧；多个第一抵紧凹槽段与多个定位销对应抵紧卡合。
通过第一圆环密封部与第一圆环卡合部的设置，既能保证与定子铁心顶部的抵紧，保证纵向密封，又能保证周侧与电机机壳的内壁的抵紧，保证周向密封，提高密封腔室的密封性。
优选地，第一圆环卡合部与第一圆环密封部构成下阶梯结构，在保证密封的同时减轻构件的重量，实现轻量化设计。
进一步地，第一圆环密封部的内壁到电机机壳的平滑弧段内壁的距离为L1，定子铁心的外壁到电机机壳的平滑弧段内壁的距离为L2，L1＞L2，在不影响定子铁心安装的前提下，保证第一密封端环与电机机壳内壁的过盈配合。
优选地，第二密封端环的顶部与定子铁心的底部抵紧设置；
其中，第二密封端环包括第二圆环密封部和第二圆环卡合部，第二圆环密封部设置于第二圆环卡合部的内壁，并且第二圆环密封部的底部与第二圆环卡合部的顶部平齐设置，保证与定子铁心底部的抵紧。
第二圆环卡合部包括多个第二抵紧段和多个第二抵紧凹槽段，第二抵紧段与第二抵紧凹槽段邻接设置，即第二抵紧凹槽段为相邻两个第二抵紧段构成的凹槽。
第二抵紧段用于与电机机壳的平滑弧段内壁抵紧；多个第二抵紧凹槽段与多个定位销对应抵紧卡合。
通过第二圆环密封部与第二圆环卡合部的设置，既能保证与定子铁心底部的抵紧，保证纵向密封，又能保证周侧与电机机壳的内壁的抵紧，保证周向密封，提高密封腔室的密封性。
优选地，第二圆环卡合部与第二圆环密封部构成阶梯结构，在保证密封的同时减轻构件的重量，实现轻量化设计。
第二圆环密封部的内壁到电机机壳的平滑弧段内壁的距离为L3，L3＞L2，在不影响定子铁心安装的前提下，保证第二密封端环与电机机壳内壁的过盈配合。
优选地，第二圆环卡合部沿电机机壳纵向轴线的长度大于第二圆环密封部沿电机机壳纵向轴线的长度。
其中，第一抵紧段与第二抵紧段均为圆弧段。
优选地，第二密封端环与第一密封端环结构一致设置，并且，第二密封端环与第一密封端环结构相背设置。
其中，定子铁心的内部设置有转子铁心31，转子铁心的内部设置有转轴32。
进一步地，在本实施例中，以具有散热鳍片12的电机为例进行说明，电机依靠电机机壳表面的散热鳍片与空气进行对流散热。
优选地，液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金等具有低熔点、高导热系数等物性参数的材料。
其中，预设温度大于液态金属的熔点。
进一步地，参照附图6，在本发明的第二种实施例中，电机机壳的内壁还设置有多个导向槽14，多个导向槽平行设置；导向槽的纵向轴线与定位销的纵向轴线平行设置；通过多个导向槽的设置，使液态金属更加顺利地浸入定子铁心与电机机壳之间的空气隙。
优选地，导向槽的长度小于定位销的长度；导向槽与定位销互不干涉设置。
优选地，多个导向槽均匀设置。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于液态金属灌封的电机定子结构，其特征在于，包括电机机壳、定子铁心、第一密封端环、第二密封端环和液态金属，所述电机机壳的内壁设置有多个定位销，所述定子铁心的外壁设置有多个定位凹槽，多个所述定位凹槽与多个所述定位销间隙卡合；
所述第一密封端环设置于所述定子铁心的顶部，且所述第一密封端环的外壁与所述电机机壳的内壁抵紧设置；所述第二密封端环设置于所述定子铁心的底部，且所述第二密封端环的外壁与所述电机机壳的内壁抵紧设置；
所述第一密封端环的底部、所述第二密封端环的顶部、所述电机机壳的内壁与所述定子铁心的外壁构成密闭腔室；所述液态金属填充于所述密闭腔室。
2.根据权利要求1所述的基于液态金属灌封的电机定子结构，其特征在于，所述第一密封端环的底部与所述定子铁心的顶部抵紧设置；
所述第一密封端环包括第一圆环密封部和第一圆环卡合部，所述第一圆环密封部设置于所述第一圆环卡合部的内壁，并且所述第一圆环密封部的底部与所述第一圆环卡合部的底部平齐设置；
所述第一圆环卡合部包括多个第一抵紧段和多个第一抵紧凹槽段，所述第一抵紧段与所述第一抵紧凹槽段邻接设置；
所述第一抵紧段用于与所述电机机壳的平滑弧段内壁抵紧；
多个所述第一抵紧凹槽段与多个所述定位销对应抵紧卡合。
3.根据权利要求2所述的基于液态金属灌封的电机定子结构，其特征在于，所述第一圆环卡合部与所述第一圆环密封部构成下阶梯结构；
所述第一圆环密封部的内壁到所述电机机壳的平滑弧段内壁的距离为L1，所述定子铁心的外壁到所述电机机壳的平滑弧段内壁的距离为L2，L1＞L2。
4.根据权利要求3所述的基于液态金属灌封的电机定子结构，其特征在于，所述第二密封端环的顶部与所述定子铁心的底部抵紧设置；
所述第二密封端环包括第二圆环密封部和第二圆环卡合部，所述第二圆环密封部设置于所述第二圆环卡合部的内壁，并且所述第二圆环密封部的底部与所述第二圆环卡合部的顶部平齐设置；
所述第二圆环卡合部包括多个第二抵紧段和多个第二抵紧凹槽段，所述第二抵紧段与所述第二抵紧凹槽段邻接设置；
所述第二抵紧段用于与所述电机机壳的平滑弧段内壁抵紧；
多个所述第二抵紧凹槽段与多个所述定位销对应抵紧卡合。
5.根据权利要求4所述的基于液态金属灌封的电机定子结构，其特征在于，所述第二圆环卡合部与所述第二圆环密封部构成阶梯结构；
所述第二圆环密封部的内壁到所述电机机壳的平滑弧段内壁的距离为L3，L3＞L2。
6.根据权利要求5所述的基于液态金属灌封的电机定子结构，其特征在于，所述第二圆环卡合部沿所述电机机壳纵向轴线的长度大于所述第二圆环密封部沿所述电机机壳纵向轴线的长度。
7.根据权利要求1所述的基于液态金属灌封的电机定子结构，其特征在于，所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金。
8.根据权利要求7所述的基于液态金属灌封的电机定子结构，其特征在于，所述液态金属在预设温度下，填满于所述密闭腔室；
所述预设温度大于所述液态金属的熔点。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的基于液态金属灌封的电机定子结构，其特征在于，所述电机机壳的内壁还设置有多个导向槽，多个所述导向槽平行设置；
所述导向槽的纵向轴线与所述定位销的纵向轴线平行设置；
所述导向槽的长度小于所述定位销的长度；
所述导向槽与所述定位销互不干涉设置。
10.根据权利要求9所述的基于液态金属灌封的电机定子结构，其特征在于，多个所述导向槽均匀设置。
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