CN114649898A - 具有冷却循环功能的电机、泵组件、电机轴 - Google Patents

具有冷却循环功能的电机、泵组件、电机轴 Download PDF

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CN114649898A CN202011516495.5A CN202011516495A CN114649898A CN 114649898 A CN114649898 A CN 114649898A CN 202011516495 A CN202011516495 A CN 202011516495A CN 114649898 A CN114649898 A CN 114649898A
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Abstract

本申请提供了一种具有冷却循环功能的电机，包括：电机轴，定子，屏蔽件，其布置在所述电机轴和定子之间，和壳体，其具有沿轴向方向延伸的长度且限定电机的内部空间，并将电机的内部空间与外界环境间隔开；所述电机轴包括：位于其内部的通道，和设置于电机轴的壁上并且彼此轴向间隔的第一通孔和第二通孔，所述通道通过第一通孔和第二通孔与电机的内部空间流体连通。所述壳体包括：设置于壳体的壁上并且彼此轴向间隔的第三通孔和第四通孔，电机的内部空间通过所述第三通孔和第四通孔和外界环境流体连通。本申请还提供包括具有冷却循环功能的电机的泵组件和电机轴。

Description

具有冷却循环功能的电机、泵组件、电机轴
技术领域
本申请涉及一种电机，尤其涉及一种具有冷却循环功能的电机；另外，还涉及一种包括这种具有冷却循环功能的电机的泵组件，例如，包括多级泵单元的深井泵组件。
背景技术
泵组件，例如深井泵组件，一般包括两个主要部分：至少一个泵，用于将工作介质(一般为一种流体，例如水)从一个位置输送到另一个位置；以及用以向泵部件提供动力的电机。
在工作过程中，一方面电机会产生大量的热。过量的高温会大大缩短电机的使用寿命，甚至可能在某次使用中突然燃烧损坏；另一方面，电机滑动轴承在连续工作的情况下也会产生一定热量，这种热量将影响滑动轴承的使用寿命，因此这种热量也是被期望避免的。
如果例如电机滑动轴承被损坏，则需要替换新的电机。然而，替换电机(如果是在电机和泵集成一体安装的情况下，则需替换整个泵组件)需要耗费很大的人力物力，大大提高了泵组件的使用成本。
至少考虑到以上情况，需要在电机中安装冷却装置以为工作中的电机整体和/或电机滑动轴承进行降温。
然而，现有技术所公开的与电机有关的冷却装置设计复杂，结构繁琐，这对于泵组件，尤其是小型化的深井泵组件，来讲负担过重，在一方面增加了安装施工的困难和经济成本，在另一方面还经常容易引发故障，导致诸多不便之处。
另外，电机滑动轴承的润滑问题一直没有彻底解决，期望设计一种电机结构至少进一步解决该问题。
考虑到但不限于上述问题，期望能够提供一种结构简单且运行可靠的电机，尤其涉及一种具有冷却循环功能的电机，和包括这种具有冷却循环功能的电机的泵组件，例如，包括多级泵单元的深井泵组件，以至少部分地解决上述问题中的至少一个。
发明内容
本申请旨在提供一种具有冷却循环功能的电机，这在至少一个方面相对于现有技术是有利的。
为此，本申请在一个方面提供了一种具有冷却循环功能的电机，包括：电机轴，其具有沿竖直方向延伸的轴线；定子，其布置成位于距离所述电机轴一定距离处并围绕所述电机轴；屏蔽件，其布置在所述电机轴和定子之间，以阻止所述电机轴和定子之间的流体连通；和壳体，其具有沿轴向方向延伸的长度且限定电机的内部空间，并将电机的内部空间与外界环境间隔开；其中，所述电机轴包括：位于其内部的通道，和设置于电机轴的壁上并且彼此轴向间隔的第一通孔和第二通孔，所述通道通过第一通孔和第二通孔与电机的内部空间流体连通，并且其中，所述壳体包括：设置于壳体的壁上并且彼此轴向间隔的第三通孔和第四通孔，电机的内部空间通过所述第三通孔和第四通孔和外界环境流体连通。
可选地，所述壳体为壳体组件，其进一步包括：机身套件，以一定距离围绕电机轴的轴线延伸并覆盖定子；顶盖，其位于电机轴的上部并紧密配合到机身套件；和底盖，其固定在电机轴的底端并紧密配合到机身套件。
可选地，所述第三通孔和第四通孔中的一个定位在顶盖上，并且其中，所述第三通孔和第四通孔中的另一个定位在底盖上。
可选地，所述第一通孔和第二通孔中的一个定位在电机轴的底端或靠近底端的底部，并且其中，所述第一通孔和第二通孔中的另一个定位在电机轴的上部且靠近顶盖的上表面。
可选地，屏蔽件包括位于其内部的空腔，所述空腔配置成阻止与定子流体连通，并且其中，在所述屏蔽件和电机轴中的至少一个上配置有第五通孔，使得通过所述第五通孔，所述空腔与位于电机轴内部的通道流体连通。
可选地，第一通孔包括多个第一通孔，和/或第二通孔包括多个第二通孔，和/或第三通孔包括多个第三通孔，和/或第四通孔包括多个第四通孔，和/或第五通孔包括多个第五通孔。
可选地，多个第一通孔配置成垂直于电机轴的轴线均匀分布，和/或多个第二通孔配置成垂直于电机轴的轴线均匀分布，和/或多个第三通孔配置成垂直于电机轴的轴线均匀分布，和/或多个第四通孔配置成垂直于电机轴的轴线均匀分布，和/或多个第五通孔配置成垂直于电机轴的轴线均匀分布。
可选地，所述均匀分布包括等间距分布。
本申请在另一个方面提供一种包括这种具有冷却循环功能的电机的泵组件，例如，包括多级泵单元的深井泵组件。这种泵组件包括：至少一个泵单元；和本申请公开的具有冷却循环功能的电机，所述电机耦合到所述至少一个泵单元。
本申请在又一个方面提供了一种具有冷却循环功能的电机轴。这种电机轴，具有沿竖直方向延伸的轴线，包括：位于电机轴内部的通道，第一通孔，其位于电机轴的壁上并配置成，通过所述第一通孔，通道和电机的内部空间流体连通，和第二通孔，其位于电机轴的壁上并配置成沿轴线以一定距离相对于第一通孔间隔开，并且通过所述第二通孔，通道和电机的内部空间流体连通。
根据本申请的具有冷却循环功能的电机具有至少以下优点：结构简单且运行可靠；降低电机的重量，简化电机的结构；免除单独配备另外专门的冷却流体。与此同时，还能够对电机，尤其是电机滑动轴承，提供润滑作用。
因此，本申请所公开的具有冷却循环功能的电机不仅降低了制造成本和安装成本；另外还能够节约能源，降低电机设备所需消耗的电能，降低使用成本。
附图说明
图1示出了根据本申请的一种实施方式的具有冷却循环功能的电机。
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的一些可行实施方式。需要指出，各图并非按比例绘制的。某些细节可能被加大以便清楚地展示，还有一些非必要示出的细节被略去。
本申请中对方向的描述是参照图中所示进行描述的，仅出于说明的目的，而不是在任何意义上是限制性的。
另外，请注意，本申请所公开的各个技术特征，可以以任意合适的方式和顺序进行组合，而仍然属于本申请所公开的范围。
图1示出了根据本申请的实施方式的具有冷却循环功能的电机。如图1所示，所述电机包括：转子，在此示出为电机轴1，定子2，将电机轴1和定子2间隔开的屏蔽件3，和壳体组件。所述壳体组件用于将电机轴1，定子2，和屏蔽件3与外界环境间隔开。所述壳体组件包括：机身套件4，顶盖5和底盖6。
在如图1所示的方位中，电机轴1沿竖直方向延伸，定子2围绕电机轴1以一定间隙环形分布在电机轴1周围。在电机轴1和定子2之间的间隙中，提供有屏蔽件3，所述屏蔽件3配置成能够阻止电机轴1和定子2之间的流体连通，至少能够阻止电机轴1和定子2之间的液体(例如水)连通。
定子2外部覆盖有机身套件4。所述机身套件4沿轴向方向围绕定子2并在竖直方向延伸一定长度以覆盖电机轴1的至少一部分。
底盖6固定在电机轴1的底端上并紧密配合到机身套件4。顶盖5中央设置有中央穿通孔51，其配置成使得电机轴1的上端能够通过中央穿通孔51从电机内部延伸出来，电机轴1的上端可以耦合到至少一个泵单元(未示出)。顶盖5紧密配合到机身套件4。
如图1所示，电机轴1包括位于其中的通道21。电机轴1还包括设置在其底部上的电机轴底部通孔22(第一通孔和第二通孔中的一个)。所述电机轴底部通孔22配置成使通道21和底盖6的内部流体连通。底盖6的侧壁上也开设有底盖侧壁通孔61(第三通孔和第四通孔中的一个)。所述底盖侧壁通孔61配置成能够使底盖6所限定的电机内部和外界环境流体连通。
另外，电机轴1还包括位于电机轴上部的电机轴上部通孔23(第一通孔和第二通孔中的另一个)。所述电机轴上部通孔23配置成能够使得顶盖5的内部和通道21流体连通。顶盖5的侧壁上也开设有顶盖侧壁通孔52(第三通孔和第四通孔中的一个)。所述顶盖侧壁通孔52配置成能够使顶盖5所限定的电机内部和外界环境流体连通。
在一个实施方式中，如图1所示，屏蔽件3在其内部包括空腔31。所述空腔31与定子2流体不连通。在这种情况下，还可以在电机轴1上设置有另外的通孔，例如电机轴中部通孔24(第五通孔)，使得电机轴1的通道21和空腔31流体连通。
在电机操作过程中，电机，一般作为泵组件的一部分，被置于将要被泵送的流体环境中。所述流体例如可以是水。
当电机被通电，电机轴1旋转，以带动位于电机上方的泵单元旋转，以将位于底部的流体输送到较高的位置。在这个过程中，位于外界环境中的流体通过位于底盖6中的底盖侧壁通孔61进入底盖内部，然后经由位于电机轴1底部的电机轴底部通孔22被抽吸入到电机轴1的通道21，流体沿着电机轴1的通道21向上流动，并通过位于电机轴上部的电机轴上部通孔23流入到顶盖5的内部，然后通过顶盖5的顶盖侧壁通孔52再次流回外界环境。
如上所述的这种电机巧妙地利用了外界环境中存在的流体来对电机，尤其是电机滑动轴承，进行冷却。通过这种方式，可以免除单独配备另外专门的冷却流体，简化了电机的结构，另外，还能够对电机，尤其是电机滑动轴承，提供润滑作用。进一步缩小电机的体积和重量，降低了制造成本和安装成本。
另外，电机轴1的这种中空设计，进一步降低了电机的重量。
另外，通过这种方式对电机进行冷却所采用的冷却剂是外界环境中现有的流体。这种开路设计使得进入电机底盖6中的流体的温度可以基本上一直保持在低温状态，而不需要另外设置装置或部件以对其进行冷却，因此节约了能源，降低了电机设备所需消耗的电能，降低了使用成本。
在一个实施方式中，在屏蔽件3具有如上文所述的空腔31并且电机2具有如上所述的电机轴中部通孔24的情况下，沿电机轴1的通道21向上流动的流体还可以通过电机轴中部通孔24流入屏蔽件3的空腔31中。
通过这种方式，增大了流体与电机内部的接触面积，进一步增强了对电机的冷却效果。
在一个实施方式中，电机可包括多个电机轴中部通孔24。可选地，多个电机轴中部通孔24可以沿着电机轴的周缘均匀分布，包括但不限于等距离分布。
另外地或可替代地，电机轴底部通孔22可以位于电机轴1的靠近底部的侧壁上。在一个实施方式中，电机可包括位于电机轴1的靠近底部的侧壁上的多个电机轴底部通孔22。可选地，多个电机轴底部通孔22可以沿着电机轴的周缘均匀分布，包括但不限于等距离分布。
在一个实施方式中，电机可包括多个电机轴上部通孔23。可选地，多个电机轴上部通孔23可以沿着电机轴1的周缘均匀分布，包括但不限于等距离分布。
可替代地或另外地，底盖6可包括位于底盖端面上的底盖底壁通孔(未示出)。在具有底盖底壁通孔的情况下，底盖侧壁通孔61可以省略。
在一个实施方式中，位于电机轴上的第一通孔，第二通孔，第三通孔和第四通孔中的至少一个的开口面积与除所述第一通孔，第二通孔，第三通孔和第四通孔中的所述至少一个之外的其他通孔的开口面积不同。
另外地或可替代地，通道21可以在沿轴向方向向上延伸到电机轴伸出壳体外的部分中。通过这种方式，可以进一步延长流体在电机内流动的时间和/或增加电机内能够循环冷却流体的体积，以进一步增强冷却效率。
在通道21沿轴向方向向延伸到电机轴伸出壳体外的部分中的情况下，优选地，电机轴1可以进一步包括第六通孔(未示出)，所述第六通孔设置在电机轴1的延伸出壳体组件的部分的壁上。通过这种方式，可以增强流体循环的流率，以进一步增强冷却效率。
在一个实施方式中，所述壳体组件可以集成为一体式结构。换句话说，机身套件4，顶盖5和底盖6可以通过集成的方式形成为一体式的壳体。
在一个实施方式中，形成顶盖5和底盖6中的至少一个的材料包括铝，例如铝合金。在一个实施方式中，形成机身套件4和电机轴1中的至少一个的材料包括钢。
可选地，在一个实施方式中，沿流体流动的方向(垂直于电机轴1的轴线)看去，上文所述的各通孔中的至少一个的开口面积处处相等。
在另一个实施方式中，沿流体流动的方向看去，上文所述的各通孔中的至少一个的开口面积逐渐减小。例如，对于位于壳体的壁上的底盖侧壁通孔61来说，其位于外壁(朝向外界环境)上的开口面积最大，然后沿流体流动的方向(从外界环境流向电机内)逐渐减小，位于内壁(朝向电机的内部)上的开口面积最小。另外例如，可选地，对于顶盖侧壁通孔52来说，其位于内壁(朝向电机的内部)上的开口面积最大，然后沿流体流动的方向(从电机内流向外界环境)逐渐减小，位于外壁(朝向外界环境)上的开口面积最大。
当然，还可以设想一个实施方式，其中沿流体流动的方向看去，上文所述的各通孔中的至少一个的开口面积逐渐增大。参照上文所述，也可以得出各通孔，诸如底盖侧壁通孔61，顶盖侧壁通孔52的具体细节。因此在这里不再赘述。
以上以位于壳体上的通孔举例说明。当然，同类的设计也可以应用到设置在电机轴上的至少一个通孔，例如电机轴底部通孔22，电机轴上部通孔23或电机轴中部通孔24。因此在这里不再赘述。
在一个实施方式中，顶盖5和底盖6中的至少一个可以配置为可移除部件。顶盖5和底盖6中的所述至少一个可以由轻便的材料制成，例如塑料。
可选地，在顶盖5和底盖6中的所述至少一个上可配置有合适数量的通孔。
可选地，所述通孔中的至少一个可配置成能够通过手动或自动的方式打开或关闭。通过这种方式，可以根据电机工作的情况(例如时间长短和/或功率大小)，相应地设置通孔中的所述至少一个的打开或关闭。
在一个实施方式中，电机还包括设置在其内部的至少一个温控器。所述至少一个温控器设置在流体的流动路径中。通过这种方式，可以检测电机内部温度和/或冷却效率。
在一个实施方式中，电机可以进一步包括一个或多个预处理器，例如过滤装置。所述一个或多个过滤装置可安装在任何合适的位置，例如电机外部或内部。在一个实施方式中，本申请所公开的电机还可以包括在过滤装置中或与其相关联。
在一个实施方式中，电机可以进一步包括与申请公开所不同的一个或多个其他类型的冷却装置。
在一个实施方式中，电机轴1可以设置有抽吸装置，以利于流体沿通道从下向上流动。
在一个实施方式中，电机轴1的通道的壁上可以设置有一图案，所述图案配置成使得流体从上到下方向流动的阻力大于流体从下到上方向流动的阻力。
在一个实施方式中，所述屏蔽件3还可以进一步包括第七通孔(图中未示出)，所述第七通孔配置成将空腔31和与外界环境流体连通的电机内部流体连通。
在一个实施方式中，定子包括多个定子单元，所述多个定子单元围绕电机轴1彼此间隔布置。屏蔽件具有沿径向分布的多个肋。所述多个肋分别插入相邻的两个定子单元之间。每个肋分别包括空腔31。通过这种配置，进一步增大了电机和流体的接触面积和流体能够在电机内的体积和/或停留时间，优化冷却效率。
在一个实施方式中，屏蔽件的至少一部分可由柔性材料制成。在一个实施方式中，构成屏蔽件(在屏蔽件包括多个肋的情况下，如上所述，则为屏蔽件的至少一个肋)的材料为热的优良导体。
类似地，壳体(例如壳体的外壁)和电机轴1中的至少一个的构成材料为热的优良导体。在壳体为包括顶盖5，底盖6和机身套件4的壳体组件的情况下，顶盖5，底盖6和机身套件4中的至少一个的构成材料为热的优良导体。
在一个实施方式中，电机可以由电池供电的。
在一个实施方式中，电机可以由供电电网供电，例如通过电缆。
在本申请中，电机是在泵组件的背景中进行描述的。然而，本申请所公开的电机并不限制应用于泵组件或深井泵组件中，而是可以应用于任何合适的、可兼容的场景中，包括但不限于车辆和/或实验室环境中。
虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (10)

1.一种具有冷却循环功能的电机，包括：
电机轴(1)，其具有沿竖直方向延伸的轴线；
定子(2)，其布置成位于距离所述电机轴(1)一定距离处并围绕所述电机轴(1)；
屏蔽件(3)，其布置在所述电机轴(1)和定子(2)之间，以阻止所述电机轴(1)和定子(2)之间的流体连通；和
壳体，其具有沿轴向方向延伸的长度且限定电机的内部空间，并将电机的内部空间与外界环境间隔开；
其中，所述电机轴(1)包括：
位于其内部的通道(21)，和
设置于电机轴(1)的壁上并且彼此轴向间隔的第一通孔和第二通孔(22，23)，所述通道(21)通过第一通孔和第二通孔(22，23)与电机的内部空间流体连通，
并且其中，所述壳体包括：
设置于壳体的壁上并且彼此轴向间隔的第三通孔和第四通孔(52，61)，电机的内部空间通过所述第三通孔和第四通孔(52，61)和外界环境流体连通。
2.根据权利要求1所述的具有冷却循环功能的电机，其中，所述壳体为壳体组件，其进一步包括：
机身套件(4)，以一定距离围绕电机轴的轴线延伸并覆盖定子(2)；
顶盖(5)，其位于电机轴的上部并紧密配合到机身套件(4)；和
底盖(6)，其固定在电机轴(1)的底端并紧密配合到机身套件(4)。
3.根据权利要求2所述的具有冷却循环功能的电机，其中，所述第三通孔和第四通孔(52，61)中的一个定位在顶盖(5)上，并且其中，所述第三通孔和第四通孔(52，61)中的另一个定位在底盖(6)上。
4.根据权利要求2所述的具有冷却循环功能的电机，其中，所述第一通孔和第二通孔(22，23)中的一个定位在电机轴(1)的底端或靠近底端的底部，并且其中，所述第一通孔和第二通孔(22，23)中的另一个定位在电机轴(1)的上部且靠近顶盖(5)的上表面。
5.根据权利要求1所述的具有冷却循环功能的电机，其中，
屏蔽件(3)包括位于其内部的空腔(31)，所述空腔(31)配置成阻止与定子(2)流体连通，
并且其中，在所述屏蔽件(3)和电机轴中的至少一个上配置有第五通孔(24)，使得通过所述第五通孔(24)，所述空腔(31)与位于电机轴内部的通道(21)流体连通。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的具有冷却循环功能的电机，其中，
第一通孔包括多个第一通孔，和/或
第二通孔包括多个第二通孔，和/或
第三通孔包括多个第三通孔，和/或
第四通孔包括多个第四通孔，和/或
第五通孔包括多个第五通孔。
7.根据权利要求6所述的具有冷却循环功能的电机，其中，
多个第一通孔配置成垂直于电机轴的轴线均匀分布，和/或
多个第二通孔配置成垂直于电机轴的轴线均匀分布，和/或
多个第三通孔配置成垂直于电机轴的轴线均匀分布，和/或
多个第四通孔配置成垂直于电机轴的轴线均匀分布，和/或
多个第五通孔配置成垂直于电机轴的轴线均匀分布。
8.根据权利要求7所述的具有冷却循环功能的电机，其中，所述均匀分布包括等间距分布。
9.一种泵组件，包括：
至少一个泵单元；和
根据权利要求1-8中任一项所述的具有冷却循环功能的电机，所述电机耦合到所述至少一个泵单元。
10.一种电机轴，具有沿竖直方向延伸的轴线，包括：
位于电机轴内部的通道(21)，
第一通孔，其位于电机轴(1)的壁上并配置成，通过所述第一通孔，通道(21)和电机的内部空间流体连通，和
第二通孔，其位于电机轴(1)的壁上并配置成沿轴线以一定距离相对于第一通孔间隔开，并且通过所述第二通孔，通道(21)和电机的内部空间流体连通。
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