CN116094236B - 一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，包括：机壳、端盖和电机，其中，机壳上开设有电机安装孔和若干轴向水道，每一电机安装孔的四周均设有若干轴向水道，轴向水道和电机安装孔的开设方向相同；端盖安装在机壳上，端盖上开设有转折水道，每一转折水道分别连接两轴向水道，端盖上开设有进水孔和出水孔，进水孔和出水孔分别和两轴向水道连接；电机安装在电机安装孔内，端盖固定电机。本发明的液体流道和壳体采用一体设计，通过铸造成型，不需要另外焊接，简化了工艺流程，提高了产品成品率高，降低了制造成本。

Description

一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机

技术领域

本发明涉及电机壳体结构的技术领域，尤其涉及一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机。

背景技术

电机内部没有有效的散热途径，只能通过热传导的方式将热量传递至电机外侧，水冷电机通过冷却水循环进行电机散热，当电机壳体内水道结构不同时，电机的冷却效果也会不同。目前，主要有环形水道壳体、轴向水道壳体和螺旋水道壳体，轴向水道相对于环形水道和螺旋水道散热效果更好，壳体水道中水流速度更快，且能适应同一直径不同长度的电机，通用性更强。对于轴向水道壳体结构，一般采用多路循环水冷方式，且大部分轴向水道为单独加工，通过焊接在壳体内筒上成型，容易造成焊接缺陷，导致废品率提高，结构复杂，加工难度大，制造成本高。

中国发明专利，公开号：CN106849509A公开了一种超高速永磁电机空心转子冷却结构；中国发明专利，公开号：CN106972699A公开了一种水冷及轴通水电机；中国发明专利，公开号：CN111431324A，公开了一种水冷电机。

然而上述专利中的水冷结构，均未有采用一路式单向循环水道导致结构复杂，加工难度大，制造成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其中，包括：机壳，所述机壳上开设有电机安装孔和若干轴向水道，每一所述电机安装孔的四周均设有若干所述轴向水道，所述轴向水道和所述电机安装孔的开设方向相同；端盖，所述端盖安装在所述机壳上，所述端盖上开设有转折水道，每一所述转折水道分别连接两所述轴向水道，所述端盖上开设有进水孔和出水孔，所述进水孔和所述出水孔分别和两轴向水道连接；电机，所述电机安装在所述电机安装孔内，所述端盖固定所述电机。

上述的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其中，液体自所述进水孔进入一所述轴向水道经所述转折水道依次流过每一所述轴向水道最终至所述出水孔流出形成一液体流道，所述液体流道为不交叉的、单方向的流道。

上述的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其中，所述端盖包括：前端盖和后端盖，所述前端盖和所述后端盖分别设于所述机壳的两端，所述前端盖上开设有若干前端盖转折水道，所述后端盖上开设有若干后端盖转折水道，每一所述前端盖转折水道分别连接两所述轴向水道，每一所述后端盖转折水道分别连接两所述轴向水道。

上述的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其中，所述电机包括：转子、定子、转轴和深沟球轴承，所述转轴设于所述定子内，所述转子设于所述定子内，所述定子设于所述电机安装孔内，所述深沟球轴承安装在所述后端盖上，所述深沟球轴承的外圈和所述后端盖固定设置，所述转轴安装在所述深沟球轴承的内圈上。

上述的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其中，还包括：接线盒座，所述接线盒座安装在所述后端盖上，所述后端盖上开设有接线通道，所述接线盒座通过所述接线通道和所述电机连接；编码器，所述编码器设于所述后端盖上，所述编码器和所述电机连接。

上述的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其中，所述机壳上还开设有：机壳销钉孔和机壳螺栓孔；所述后端盖上还开设有：后端盖销钉孔和后端盖螺栓孔；所述前端盖上还开设有：前端盖销钉孔和前端盖螺栓孔，所述机壳销钉孔、所述前端盖销钉孔和所述后端盖销钉孔对应设置，所述机壳螺栓孔、所述后端盖螺栓孔和所述前端盖螺栓孔对应设置；所述接线盒座上开设有接线盒座螺栓孔，所述接线盒座通过所述接线盒座螺栓孔安装在所述后端盖上。

上述的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其中，满足如下公式：

其中：

为液体自所述液体流道经过吸收的热量；

为液体的对流换热系数；

为液体流道的长度；

为液体流道当量直径；

为冷却液体出口温度；

为冷却液体进口温度。

上述的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其中，满足如下公式：

其中；

n为轴向通道路数，

为每一液体流道的长度。

上述的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其中，满足如下公式：

其中；

为液体流道的横截面积；

为液体流道湿润周长。

上述的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其中，满足如下公式：

其中；

为液体换热能力；

为循环冷却液体的比热容；

为单位时间内流过流道界面液体的质量；

为冷却液体出口温度；

为冷却液体进口温度。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：（1）本发明的液体流道和壳体采用一体设计，通过铸造成型，不需要另外焊接，简化了工艺流程，提高了产品成品率高，降低了制造成本。（2）本发明采用在发热区域的周围设置若干轴向水道，冷却长度增长，冷却水流速度快，散热性能强，且能适应同一直径系列，不同长度的电机，通用性更强。

附图说明

图1是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机的总装配全剖结构示意图。

图2是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的后端盖和机壳半剖结构正三轴测图示意图。

图3是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的后端盖和机壳半剖结构后视图示意图。

图4是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的前端盖半剖结构示意图。

图5是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的液体流道在后盖板上的路径的示意图。

图6是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的液体流道在机壳上的路径的示意图。

图7是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的液体流道在前盖板上的路径的示意图。

附图中：1、后端盖；101、进水孔；102、出水孔；103、后端盖转折水道；104、接线盒座；105、后端盖销钉孔；106、后端盖螺栓孔；107、接线盒座螺栓孔；2、深沟球轴承；3、转子；4、定子；5、机壳；501、轴向水道；502、机壳螺栓孔；503、机壳销钉孔；6、前端盖；601、前端盖连通水道；602、前端盖螺栓孔；603前端盖销钉孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。图1是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机的总装配全剖结构示意图；图2是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的后端盖和机壳半剖结构正三轴测图示意图；图3是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的后端盖和机壳半剖结构后视图示意图；图4是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的前端盖半剖结构示意图；图5是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的液体流道在后盖板上的路径的示意图；图6是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的液体流道在机壳上的路径的示意图；图7是本发明的具有一路式单向循环水冷电机壳体的液体流道在前盖板上的路径的示意图，参见图1至图7所示，示出较佳实施例的一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，包括：机壳5、端盖和电机，其中，机壳5上开设有电机安装孔和若干轴向水道501，每一电机安装孔的四周均设有若干轴向水道501，轴向水道501和电机安装孔的开设方向相同；端盖安装在机壳5上，端盖上开设有转折水道，每一转折水道分别连接两轴向水道501，端盖上开设有进水孔101和出水孔102，进水孔101和出水孔102分别和两轴向水道501连接；电机安装在电机安装孔内，端盖固定电机。

在一种优选的实施例中，液体自进水孔101进入一轴向水道501经转折水道依次流过每一轴向水道501最终至出水孔102流出形成一液体流道，液体流道为不交叉的、单方向的流道。

在一种优选的实施例中，端盖包括：前端盖6和后端盖1，前端盖6和后端盖1分别设于机壳5的两端，前端盖6上开设有若干前端盖6转折水道，后端盖1上开设有若干后端盖转折水道103，每一前端盖6转折水道分别连接两轴向水道501，每一后端盖转折水道103分别连接两轴向水道501。

在一种优选的实施例中，电机包括：转子3、定子4、转轴和深沟球轴承2，转轴设于定子4内，转子3设于定子4内，定子4设于电机安装孔内，深沟球轴承2安装在后端盖1上，深沟球轴承2的外圈和后端盖1固定设置，转轴安装在深沟球轴承2的内圈上。

在一种优选的实施例中，还包括：接线盒座104，接线盒座104安装在后端盖1上，后端盖1上开设有接线通道，接线盒座104通过接线通道和电机连接；编码器，编码器设于后端盖1上，编码器和电机连接。

在一种优选的实施例中，机壳5上还开设有：机壳销钉孔503和机壳螺栓孔502；后端盖1上还开设有：后端盖销钉孔105和后端盖螺栓孔106；前端盖6上还开设有：前端盖销钉孔603和前端盖螺栓孔602，机壳销钉孔503、前端盖销钉孔603和后端盖销钉孔105对应设置，机壳螺栓孔502、后端盖螺栓孔106和前端盖螺栓孔602对应设置；接线盒座104上开设有接线盒座螺栓孔107，接线盒座104通过接线盒座螺栓孔107安装在后端盖1上。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：本发明的进一步实施例中，满足如下公式：

其中：

为液体自液体流道经过吸收的热量；

为液体的对流换热系数；

为液体流道的长度；

为液体流道当量直径；

为冷却液体出口温度；

为冷却液体进口温度。

本发明的进一步实施例中，满足如下公式：

其中；

n为轴向通道路数，

为每一液体流道的长度。

本发明的进一步实施例中，满足如下公式：

其中；

为液体流道的横截面积；

为液体流道湿润周长。

本发明的进一步实施例中，满足如下公式：

其中；

为液体换热能力；

为循环冷却液体的比热容；

为单位时间内流过流道界面液体的质量；

为冷却液体出口温度；

为冷却液体进口温度。

在一种优选的实施例中，为液体自液体流道经过吸收流道壁的热量，用以设计冷却流道结构；在一种优选的实施例中，/>为液体的换热能力，以衡量流道内液体吸收热量的能力；如图1所示，本装置设有四电机，每一电机均设于一电机安装孔内，转子3转动产生的热量通过液体流道内流动的液体传递出去。

在一种优选的实施例中，本发明结构简单，散热能力强，通用性好，且不需使用焊接工艺对水道进行封堵，避免了焊接缺陷，加工难度和制造成本降低。

在一种优选的实施例中，后端盖1的进水孔101为冷却水道起点，经过机壳5轴向水道501到达前端盖6，经过前端盖连通水道601途径机壳5的轴向水道501到达后端盖1连通水道，经过若干上述循环最后到达后端盖1的出水孔102。

如图5、图6和图7分别表示液体在后端盖1、机壳5和前端盖6内的流向，组合可知其具体的流动过程；其中表示流向为自图纸指向观看者的方向，/>表示流向为自观看者指向图纸的方向。

在一种优选的实施例中，沿每组定子4周围设计多个不规则形状轴向水道501，每个电机的周围的轴向水道501形成一组水道组，每一水道组的若干轴向水道501依次连通。

在一种优选的实施例中，还包括：连通水道，每一连通水道连接分别连接两水道组。

在一种优选的实施例中，连通水道对水道组进行串联，增加水道长度与实际流过水道界面的质量，提高散热能力，同时实现机壳5轻量化。

在一种优选的实施例中，各组定子4周围不规则轴向水道501互相对称，连通水道中心对称。

在一种优选的实施例中，连通水道与轴向水道501间采用专用密封垫密封。

在一种优选的实施例中，后端盖1与接线盒座104一体设计，通过钢板件加密封垫安装。

在一种优选的实施例中，前端盖6、机壳5、后端盖1紧固连接，四角均设有销钉孔和螺栓孔，通过销钉进行定位，通过长螺栓从后端盖螺栓孔106穿过机壳螺栓孔502将前端盖6拉紧。

在一种优选的实施例中，电机采用四合一结构，即四组相同的转子3和定子4，转子3通过深沟球轴承2与电机壳5体后端盖1相连，定子4与电机安装孔采用过盈配合连接，热量通过定子4传递到机壳5，通过液体流道内的冷却液将热量传递出去。

在一种优选的实施例中，转子3转轴为空心轴，通过锥孔与减速机锥轴连接，通过长螺栓拉紧。

在一种优选的实施例中，四个转子3中有1处转子3转轴尾端安装编码器。

在一种优选的实施例中，本装置的液体流道与电机壳5体采用一体设计，通过铸造成型，不需要另外焊接，简化了工艺流程，提高了产品成品率高，降低了制造成本。

在一种优选的实施例中，本装置采用轴向水道501，冷却长度增长，冷却水流速度快，散热性能强，且能适应同一直径系列，不同长度的电机，通用性更强。

在一种优选的实施例中，本装置机壳5的轴向水道501与前、后端盖1的连通水道形成一路式单向循环水道，提高散热效果。

在一种优选的实施例中，进水孔101和出水孔102设置在后端盖1一侧，便于与水站连接，制造、安装更加便利。

在一种优选的实施例中，机壳5的轴向水道501与前、后端盖1连通水道采用专用密封垫密封，通过长螺栓紧固连接机壳5与前、后端盖1，避免了泄漏；在一种优选的实施例中，机壳5的轴向水道501与前、后端盖1连通水道均为对称结构，便于制造和安装；在一种优选的实施例中，接线盒座104与后端盖1采用一体设计，通过钢板件加密封垫进行安装，零件少，结构紧凑，成本低，易于装配，可靠性高。

在一种优选的实施例中，结合图2所示，后端盖1设有进水孔101和出水孔102，机壳5设有四组贯穿机壳5的轴向水道501；结合图4所示，后端盖1和前端盖6分别设有四组用于与轴向水道501相连的后端盖1连通水道和前端盖连通水道601，进水孔101和出水孔102设于后端盖1的同侧，便于与水站相连。

在一种优选的实施例中，结合图3所示，后端盖1设有后端盖销钉孔105和后端盖螺栓孔106；结合图2所示，机壳5设有机壳销钉孔503和机壳螺栓孔502；结合图4所示，前端盖6设有前端盖销钉孔603和前端盖螺栓孔602，后端盖1、机壳5和前端盖6通过销钉孔进行定位，从首端到尾端依次连接，通过长螺栓从后端盖螺栓孔106穿过机壳螺栓孔502和前端盖螺栓孔602将前端盖6拉紧。

在一种优选的实施例中，参见图3所示，后端盖1与接线盒座104采用一体设计，通过螺栓孔与钢板件加密封垫进行安装，减少了零件个数，降低装配复杂度与制造成本，提高结构的可靠性。

在一种优选的实施例中，参见图5、图6和图7所示，后端盖1进水孔101为冷却水道起点，经过机壳5轴向水道501到达前端盖连通水道601，经过前端盖连通水道601途径机壳5轴向水道501到达后端盖1连通水道，以此类推，最后通过后端盖1出水孔102流入水站，形成一条从进水孔101到出水孔102的单向循环冷却水路。

在一种优选的实施例中，前、后端盖1与机壳5轴向水道501间采用专用密封垫密封，无需进行焊接，避免了焊接缺陷，降低了产品的成本。

在一种优选的实施例中，后端盖1、机壳5和前端盖6的水道可以在毛坯铸造阶段直接成型，不需要后续的机械加工，简化了工艺流程。

在一种优选的实施例中，后端盖1有三处轴承室采用油封闷盖密封，一处转子3尾端安装编码器，测定电机的运行状态。

在一种优选的实施例中，根据公式可知本装置采用不规则多孔包围式水道，轴向通道路数n增多，即加长了水路轴向长度L，提高了水道壁换热能力；另外，包围式结构在保证结构强度的同时增大了水道面积，即增加了流过水道界面的质量m，增强了水流换热能力/>；采用本装置可以同时增加n、L以及m。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其特征在于，包括：

机壳，所述机壳上开设有电机安装孔和若干轴向水道，每一所述电机安装孔的四周均设有若干所述轴向水道，所述轴向水道和所述电机安装孔的开设方向相同；

端盖，所述端盖安装在所述机壳上，所述端盖上开设有转折水道，每一所述转折水道分别连接两所述轴向水道，所述端盖上开设有进水孔和出水孔，所述进水孔和所述出水孔分别和两轴向水道连接；

电机，所述电机安装在所述电机安装孔内，所述端盖固定所述电机；

液体自所述进水孔进入一所述轴向水道经所述转折水道依次流过每一所述轴向水道最终至所述出水孔流出形成一液体流道，所述液体流道为不交叉的、单方向的流道；

所述液体流道与所述电机壳体采用一体设计；

所述液体流道为不规则多孔包围式水道；

所述电机的数量为四个，每一所述电机均设于一所述电机安装孔内；

沿每一所述电机的定子的周围形成多个不规则形状的所述轴向水道，每个所述电机的周围的所述轴向水道形成一组水道组，每一所述水道组的若干轴向水道依次连通；

每一连通水道分别连接两水道组；

每一所述电机的定子周围的不规则的所述轴向水道互相对称，且每一所述电机的定子周围的所述连通水道中心对称。

2.根据权利要求1中所述的一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其特征在于，所述端盖包括：

前端盖和后端盖，所述前端盖和所述后端盖分别设于所述机壳的两端，所述前端盖上开设有若干前端盖转折水道，所述后端盖上开设有若干后端盖转折水道，每一所述前端盖转折水道分别连接两所述轴向水道，每一所述后端盖转折水道分别连接两所述轴向水道。

3.根据权利要求2中所述的一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其特征在于，所述电机包括：转子、定子、转轴和深沟球轴承，所述转轴设于所述定子内，所述转子设于所述定子内，所述定子设于所述电机安装孔内，所述深沟球轴承安装在所述后端盖上，所述深沟球轴承的外圈和所述后端盖固定设置，所述转轴安装在所述深沟球轴承的内圈上。

4.根据权利要求3中所述的一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其特征在于，还包括：

接线盒座，所述接线盒座安装在所述后端盖上，所述后端盖上开设有接线通道，所述接线盒座通过所述接线通道和所述电机连接；

编码器，所述编码器设于所述后端盖上，所述编码器和所述电机连接。

5.根据权利要求4中所述的一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其特征在于，所述机壳上还开设有：机壳销钉孔和机壳螺栓孔；所述后端盖上还开设有：后端盖销钉孔和后端盖螺栓孔；所述前端盖上还开设有：前端盖销钉孔和前端盖螺栓孔，所述机壳销钉孔、所述前端盖销钉孔和所述后端盖销钉孔对应设置，所述机壳螺栓孔、所述后端盖螺栓孔和所述前端盖螺栓孔对应设置；所述接线盒座上开设有接线盒座螺栓孔，所述接线盒座通过所述接线盒座螺栓孔安装在所述后端盖上。

6.根据权利要求5中所述的一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其特征在于，满足如下公式：

；

其中：

为液体自所述液体流道经过吸收的热量；

为液体的对流换热系数；

为液体流道的长度；

为液体流道当量直径；

为冷却液体出口温度；

为冷却液体进口温度。

7.根据权利要求6中所述的一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其特征在于，满足如下公式：

；

其中；

n为轴向通道路数，

为每一液体流道的长度。

8.根据权利要求7中所述的一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其特征在于，满足如下公式：

；

其中；

为液体流道的横截面积；

为液体流道湿润周长。

9.根据权利要求8中所述的一种具有一路式单向循环水冷电机壳体的水冷电机，其特征在于，满足如下公式：

；

其中；

为液体换热能力；

为循环冷却液体的比热容；

为单位时间内流过流道界面液体的质量；

为冷却液体出口温度；

为冷却液体进口温度。