CN117240006B - 一种具有温度监控的降温电机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有温度监控的降温电机系统，包括电机本体和控制系统，电机本体内设置有油冷系统，所述电机本体包含壳体、定子和转子，定子固定设置在壳体内，在壳体两侧固定连接有前、后端盖，转子转动设置在壳体内，转子设有容纳冷却油的中空结构，转子的右端设有与中空结构连接的进油孔；定子的上端设有散热板，散热板底部设置有凸起，散热板内包含水冷冷却结构，水冷冷却结构在凸起内部且靠近凸起边缘设置有毛细管，所述控制系统包含供水检测系统和温度监测系统，供水检测系统连接有供水模块，温度监测系统用于检测壳体内顶端和底部的温度差，温度监测系统还用于监测电机壳体内部的温度变化。
Description
技术领域
本发明涉及电机温度控制技术领域，具体为一种具有温度监控的降温电机系统。
背景技术
电机在生活中随处可见，电机是将电能转换成机械能的装置，为了使得电机工作稳定，需要将电机工作过程中产生的热量及时散发出去，使得电机的运行更加稳定。同时需要对电机的温度进行监测和控制，以保证电机的正常运行和延长电机的使用寿命。目前驱动电机对冷却系统的要求越来越高。需要长时间为驱动电机进行冷却，冷却过程电机的温度也是不断变化的，电机的运转和停止状态等变化过程也要求对应冷却系统作出相应的匹配变化；这时就需要对电机的温度和运转状态进行监控，适时调整电机的状态，并且控制系统可以将监控的温度变化和相应控制操作实时记录并两网保存。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有温度监控的降温电机系统，解决了现有电机散热的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种具有温度监控的降温电机系统，包括电机本体和控制系统，其特征在于：电机本体内设置有油冷系统，所述电机本体包括：壳体、定子和转子，定子(2)固定设置在壳体内；
所述定子的上端设有半圆筒状的散热板，散热板朝向定子的一侧设有多个凸起，凸起沿所述转子的轴向方向分布，散热板上端从壳体顶部露出；
所述散热板内包含水冷冷却结构，水冷冷却结构在凸起内部且靠近凸起边缘设置有多个毛细管，水冷冷却结构能够使冷却水在毛细管内部流动并冷却凸起；
以及，所述控制系统包含供水检测系统和温度监测系统，供水检测系统连接有供水模块，温度监测系统用于检测壳体内顶端和底部的温度差，温度监测系统还用于监测电机壳体内部的温度变化，通过供水模块改变水冷冷却结构中的冷却水流速。
进一步地，两个所述凸起之间形成倒U型或者倒弧形结构，壳体内顶端和底部的温度差使壳体内部空气形成对流气流，倒U型或倒弧形结构可以被用来引导气流，使对流气流顺着弧形或者倒U型一侧边缘来从另一侧边缘返回。
进一步地，在所述壳体的两侧固定连接有前、后端盖，转子转动设置在壳体内，定子设有环绕在转子的外侧的定子铁芯，转子设有容纳冷却油的中空结构，转子的右端设有与中空结构连接的进油孔，进油孔通过喷油管连接有抽油泵，转子上设有与中空结构连接的至少一个甩油孔，壳体底部设有集油槽，集油槽连接冷凝器，冷凝器连接油箱，油箱连接抽油泵。
进一步地，水冷冷却结构包含设置在散热板两端分别设有存放冷却水的进水槽和出水槽，以及进水口，出水口和若干毛细管；进水槽和出水槽上部分分别设置进水口和出水口，进水槽和出水槽之间连接设置多个毛细管，毛细管间紧密置且并排经过凸起内部。
进一步地，温度监测系统连接控制系统，温度监测系统包含第一温度传感器、第二温度传感器，第一温度传感器设置在壳体的顶端且靠近散热板，第二温度传感器设置在壳体的底端，第一温度传感器、第二温度传感器将温度数据发送给控制系统，控制系统计算得到第一温度传感器、第二温度传感器的温度差和温度变化，控制系统依据温度值变化控制供水模块。
进一步地，所述供水模块包括水箱、水泵、设置在出水口的第一电磁阀和设置在进水口的第二电磁阀，控制系统控制第一电磁阀和第二电磁阀的开启和关闭，控制系统控制水泵的运转。
进一步地，凸起分布在散热板上的截面长度L不小于定子的直径。
进一步地，甩油孔为多个，所述甩油孔关于转子的几何中心对称设置。
进一步地，散热板的材质为铝合金或高纯铝或高纯铜。
进一步地，凸起为圆形或者半球形或者倒三角立体形。
有益效果
本发明提供了新型电机。与现有技术相比具备以下有益效果：通过散热板上的凸起使冷却油因为重力重新滴向定子，实现了定子顶部双侧散热，提高了散热效率。滴/淋油冷、水冷和甩油冷却相结合的组合方式对进行冷却，冷却效果好。
附图说明
图1为本发明结构侧面剖视简图图；
图2为本发明结构截面剖视示意图。
1-壳体、2-定子，3-转子，30-中空结构，31-进油孔，4-抽油泵，11-集油槽，
7-冷凝器，6-油箱，5-散热板，51-凸起，52-进水槽，53-出水槽，进54-进水口，55出水口，56-毛细管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种具有温度监控的降温电机系统，其中电机本体包括壳体1、定子2和转子3，定子2固定设置在壳体1内，在壳体1两侧固定连接有前、后端盖，转子3转动设置在壳体1内，定子2设有环绕在转子3的外侧的定子铁芯，定子铁芯与转子3同轴，转子3设有容纳冷却油的中空结构30，转子3的右端设有与中空结构30连接的进油孔31，进油孔31通过喷油管连接有抽油泵4，转子3上设有与中空结构30连接的至少一个甩油孔(未画出)，壳体1底部设有集油槽11，集油槽11连接冷凝器7，冷凝器7连接油箱6，油箱6连接抽油泵4，
定子2的上端设有半圆筒状的散热板5，散热板5朝向定子的一侧设有多个半圆球形凸起51，凸起51沿所述转子的轴向方向分布，散热板5上端从壳体1顶部露出，
散热板5包含水冷冷却结构，水冷冷却结构在凸起51内部且靠近凸起51的边缘设置有毛细管，水冷冷却结构能够使冷却水在毛细管内部流动并冷却凸起51；以及，温度监测系统连接控制系统，温度监测系统包含第一温度传感器、第二温度传感器，第一温度传感器设置在壳体1的顶端且靠近散热板5，第二温度传感器设置在壳体1的底端，第一温度传感器、第二温度传感器将温度数据发送给控制系统，控制系统计算得到第一温度传感器、第二温度传感器的温度差和温度变化，控制系统依据温度值变化控制供水模块。
进一步地，散热板5包含水冷冷却结构，水冷冷却结构包含设置在散热板5两端分别设有存放冷却水的进水槽52和出水槽53，以及进水口54，出水口55和若干毛细管56；进水槽52和出水槽53上部分分别设置进水口54和出水口55，进水槽52和出水槽53之间连接设置若干毛细管56，毛细管56设置且在凸起51内部；
毛细管56的两端分别与进水槽52和出水槽53连通连接，即多个所述毛细管均一端与进水槽52连通，另一端与出水槽53连通，供水模块更换毛细管、进水槽52和出水槽53中的冷却水，
以及，所述控制系统包含供水检测系统和温度监测系统，供水检测系统连接有供水模块，温度监测系统用于检测壳体1内顶端和底部的温度差，温度监测系统还用于监测电机壳体内部的温度变化。温度监测系统检测壳体1内的顶端和底部的温度差，控制系统设置有温度的预设值，当温度差小于预设值时，通过供水模块控制提高水冷冷却结构中的冷却水的流速，提高水冷降温效果；增加供水模块功率，提高冷却水的流速；直到温度差符合要求，达到预设值以上，稳定供水模块的流速；当温度监测系统监测到壳体内部水冷结构部分的温度都小于设定的温度时，停止供水模块的运转。同样的情况，当电机停止工作时，温度开始慢慢降低，当温度降低到设定的温度时，冷却系统就可以停止工作，分成两部分，水冷冷却结构部分的温度降到设定值就停止水冷冷却结构的运转；当电机内部油冷系统的部分温度降到设定温度时，油冷系统就可以停止运转。
进一步地，凸起51分布在散热板5上的截面长度L不小于定子2的直径。转子3为电机轴，喷油管喷出的冷却油液进入转子3的中空结构30，转子3内部的油液在旋转所产生的离心作用下，能够通过甩油孔甩出，离心力加速使射流雾化，从而产生相当均匀的有分布；由于散热板设有水冷冷却结构，可以水冷散热，散热板的温度在水冷的作用下，使其温度低于油雾的温度，从而使油雾遇到散热板冷凝形成油滴，由于重力油滴重新朝向定子2滴落，凸起51的截面长度L不小于定子2的直径，能够覆盖定子2上方。
进一步的两个所述凸起51之间形成倒U型或者倒弧形结构，壳体1内顶端和底部的温度差使壳体内部空气形成对流气流，倒U型或倒弧形结构可以被用来引导气流，使对流气流顺着弧形或者倒U型一侧边缘来从另一侧边缘返回。
进一步地，温度监测系统包含第一温度传感器、第二温度传感器和控制系统，第一温度传感器设置在壳体1的顶端且靠近散热板5，第二温度传感器设置在壳体1的底端，第一温度传感器、第二温度传感器将温度数据发送给控制系统，控制系统无线连接或者数据线连接第一温度传感器、第二温度传感器，控制系统设有预设值，控制系统计算得到第一温度传感器、第二温度传感器的温度差，即壳体1的顶端和底部的温度差，当温度差小于预设值，控制系统控制供水模块加速水冷冷却结构供冷却水，直至壳体1的顶端和底部的温度差大于预设值，并稳定供水模块的功率。电机壳体内部还可以设置有其他温度传感器，温度监测系统同时能够对壳体1内部的温度起到监测和控制作用，控制系统通过提高油冷系统中的冷却油的供应量和喷油管喷油量。通过增加油冷系统冷却油的循环效率增加控制降温效果。
控制系统可以通过以下步骤来控制油冷系统部分的降温效果：监测温度的传感器采集的油温信号，以及系统内其他相关传感器采集的相关信号。根据监测到的温度信号，通过控制系统计算出所需的冷却油供应量和喷油管喷油量。控制系统通过调节抽油泵的工作频率和喷油管的喷油量，包括调节器等设备，实现对冷却油供应量和喷油量的控制。通过增加油冷系统冷却油的循环效率，可以进一步提高控制降温效果。控制系统可以通过调节冷却油的流量和流速，以及对应优化水冷冷却结构的水冷效率来实现电机壳体内部的温度控制。
需要注意的是，电机壳体内部还可以设置感应空气对流效果的感应装置，热敏电阻和热电偶可以感应出壳体内部的空气温度分布以及空气流动情况，通常被放置在电机壳体的不同位置，以便测量电机在不同位置上的温度和空气流动情况，通过信号线连接到控制系统中，以便调节电机的运行状态，以实现更高效的散热和更好的空气对流效果；控制系统包含供水检测系统和温度监测系统，还包括控制油冷系统。
同时，控制系统监控并具备故障诊断和报警功能，以便及时发现并处理故障，避免出现温度过高造成安全事故等问题。同时控制系统可以将温度监控的温度变化情况和相应控制操作实时记录并上传到互联网保存，以备查询和数据最终。
进一步地，所述供水模块包括水箱、水泵、设置在出水口55的第一电磁阀和设置在进水口54的第二电磁阀，供水检测系统(控制系统)控制第一电磁阀和第二电磁阀的开启和关闭，供水检测系统(控制系统)控制水泵将水箱内的冷却水泵入进水槽52。控制系统分别连接控制水泵、第一电磁阀和第二电磁阀。水冷冷却结构设有进水口54和出水口55，进水口54通过水泵泵入新的冷却水，并从和出水口55流出原冷却水，直到壳体1内的顶端和底部的温度差大于预设值时，关闭水泵和第一电磁阀和第二电磁阀。
所述定子2套设在转子3上，多个甩油孔沿周向方向间隔在转子3上，定子2包括定子铁芯和绕设在所述定子铁芯上的定子绕组，在壳体1两侧固定连接有前、后端盖(未画出)可以将壳体密封，防止冷却油溅出，通过热对流，很快的带走壳体1内的热量，转子3的两端通过轴承固定安装在壳体1两侧的端盖上，定子2与后端盖固定连接，进油孔31连接进油嘴，进油嘴通过喷油管连接抽油泵4。当转子转动使冷却油通过转子上的甩油孔，被甩溅出来，再被反弹到定子绕组和转子铁芯上。
进一步地，甩油孔为两个，两个甩油孔关于转子3的几何中心对称设置。
进一步地，散热板5的材质为铝合金或高纯铝或高纯铜。
进一步地，凸起51为圆形或者半球形或者倒三角立体形。
冷却油的冷却方向为：首先，转子3中空结构30的冷却油，经过甩油孔甩出冷却油分成两路，一部分直接进到冷却壳体，对定子进行冷却后直接流到壳体1底部，另外一部分冷却油对定子进行冷却后雾化，雾化后的冷却油重新液化，雾化的冷却油更容易将冷却油液聚成油滴，通过散热板上的凸起使冷却油因为重力重新滴向定子，进行滴/淋油冷却以冷却定子，然后流到壳体1底部。
本申请工作原理流程：从进油孔31进入中空结构30的冷却油由于转子做旋转运动从甩油孔甩出，油便会随着油压和转子速度，喷洒到定子，冷却油做离心运动，接触定子从而使定子冷却；转子在高速下运行，部分冷却油雾化，部分冷却油穿过定子接触散热板，冷却油雾化或液化；散热板上的半圆球形凸起51朝向下方，半圆球形凸起51上的液体受冷，散热板5上的半圆球形凸起51可以反射溅到其表面的冷却油滴，反射溅到定子，同时更容易将冷却油液聚成油滴，因为重力油滴重新朝向定子滴落，散热板5与水冷冷却结构散热到壳体1外，使散热板5与定子2之间的空间温度较低，一是可以加快冷却遇到散热板5上的冷却油，更容易将雾化的冷却油液聚成油滴，通过散热板上的凸起使冷却油因为重力重新滴向定子，进行滴/淋油冷却以冷却定子，二是散热板5与定子2之间温度低，转子下方的温度较高，转子上下方向不同，上端温度较低，下方温度较高，即壳体1的顶端和底部存在温度差，温度分布不均匀形成对流，形成空气流动，对壳体内进行冷却；三是通过水冷冷却结构将壳体内的热量散出去，滴/淋油冷、风冷和甩油冷却相结合，冷却范围广且冷却效果好，双侧散热，提高了散热效率，本申请的电机，对壳体内部进行滴/淋油冷却、甩油冷却、风冷冷却，冷却效果好。冷却油因为重力作用流到壳体1底部，集油槽11可以收集冷却油并将其传递到油箱6，壳体1底部设有集油槽11，集油槽11可以收集冷却油，冷却油经过冷凝器7冷凝后传送到油箱6，开始新一轮的冷却油循环，油箱6连接抽油泵4，抽油泵4重新将冷却油通过喷油管或者导油管输送冷却油进入进油孔31，继而进入中空结构30，同时控制系统计算得到第一温度传感器、第二温度传感器的温度差，即壳体1的顶端和底部的温度差，当温度差小于预设值，控制系统控制供水模块为水冷冷却结构供冷却水，直至壳体1的顶端和底部的温度差大于预设值。
以上结构中，凸起的形状可以为圆形、半球形、倒三角立体形结构，或者是倒山峰的形状；圆形凸起：圆形凸起可以提供稳定的表面张力，使油滴容易凝聚并滴落。三角形凸起：三角形凸起也可以提供稳定的表面张力，使油滴容易凝聚并滴落。山峰型的凸起同样更容易使雾状油气汇聚凝结；需要注意的是，凸起的形状应该根据实际需要而定，例如油滴的大小、密度、粘度等因素都应该考虑在内；同时，凸起的形状也需要考虑到制造的难度和成本等因素。
为了使毛细管更有效地带走热量，通常毛细管非常贴近散热板的底部，即毛细管非常贴近凸起；使接触凸起的热油气进行快速散热(有温差进行热量交换)，可以考虑将毛细管在散热板中遇到凸起时与凸起一起向下弯曲经过，使毛细管经过凸起时同样靠近凸起表面；经过凸起内部的毛细管的的弯曲形状接近凸起的形状；在不考虑加工难度的情况下，还可以设置成螺旋形状。
螺旋状毛细管可以使水流更加快速地通过，按照水流漩涡的曲线形状设置，但是这种加工难度会大，通常曲率需要设置不要太小，尽量做大曲率；通过计算获取适合的凸起形状的螺旋状毛细管。
以下是新的可行的设计方案：在凸起的内部设置多个毛细管。这些毛细管可以以不同的方式进入凸起的内部，例如从顶部、底部或沿着边缘内侧面进入并紧贴边缘流经凸起内部。毛细管的直径和形状应该能够使它们与凸起内部的形状紧密配合，以最大程度地紧贴凸起的边缘。
本发明的方案创新的提出液冷和油冷配合给电机降温，尤其是在电机内部设置有散热板，同时散热板又构成吸热部件，也就是靠近热源的结构为散热板，同时散热板上有创新的设置有凸起结构，这样使得散热效率大大的提高了。同时由于电机在高速旋转中使得甩由空甩出来的油形成雾化效果，在定子线圈之间同时还设置有缝隙，使得雾化的油气可以通过缝隙，更快的吸走热量并形成油雾，遇到散热板形成油滴再滴落下来到定子上。冷却油在电机内部经过散热板进行散热后，再通过油冷散热，这样更高效的带走热量；电机的壳体1底部设有集油槽11，集油槽11连接冷凝器7，冷凝器7连接油箱6，油箱6连接抽油泵4。
本发明中散热板上设计的凸起，可以反射溅到其表面的冷却油滴，并更容易将冷却油液聚成油滴，提高散热效果。可以通过控制冷却油剂的流量和水冷散热器的散热效果来调节电机的工作温度。例如，当电机温度过高时，可以增加冷却油剂的流量，以加强散热效果；当电机温度过低时，可以减少冷却剂的流量，以提高电机的工作效率。水冷冷却结构的水冷部分的功率同样提高散热效果，例如改变水冷冷却结构中的冷却剂，提高水冷冷却结构中的散热功率等。
本发明中冷却油从进油孔进入中空结构，随着转子的旋转，从甩油孔甩出，喷洒到定子上进行冷却。之后，冷却油会做离心运动，再次接触到定子进行冷却。部分冷却油会雾化或液化，这些油滴会再次溅到定子上，或者穿过定子接触散热板。散热板上的凸起结构增加吸热接触面积，增加热交换效率；转子下方的温度较高，转子上下方向不同，上端因为散热板热交换而温度较低，下方温度较高，即壳体顶部的温度较低，底部的温度较高，形成了温度差。这种温度分布不均匀会形成空气流动，对壳体内进行冷却。带动雾化的冷却油进行对流流动，而散热板上的凸起结构边缘与散热板之间是平滑过度的，因此凸起还可以增加对流效果；凸起结构之间形成圆滑倒U型空间，可以增加空气对流效果；同时空气对流又可以使凸起上汇聚的油滴快速的滴落，进而加快热交换效率，提高冷却效果。
以上两种对流路线在电机内部形成了循环，不断将热量从电机内部带出，达到良好的冷却效果。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种具有温度监控的降温电机系统，包括电机本体和控制系统，其特征在于：电机本体内设置有油冷系统，所述电机本体包括：壳体(1)、定子(2)和转子(3)，定子(2)固定设置在壳体(1)内；
所述定子(2)的上端设有半圆筒状的散热板(5)，散热板(5)朝向定子的一侧设有多个凸起(51)，凸起(51)沿所述转子(3)的轴向方向分布，散热板(5)上端从壳体(1)顶部露出；
所述散热板(5)内包含水冷冷却结构，水冷冷却结构在凸起(51)内部且靠近凸起(51)边缘设置有多个毛细管(56)，水冷冷却结构能够使冷却水在毛细管(56)内部流动并冷却凸起(51)；
以及，所述控制系统包含供水检测系统和温度监测系统，供水检测系统连接有供水模块，温度监测系统用于检测壳体(1)内顶端和底部的温度差，温度监测系统还用于监测电机壳体内部的温度变化，通过供水模块改变水冷冷却结构中的冷却水流速。
2.根据权利要求1所述的一种具有温度监控的降温电机系统，其特征是，两个所述凸起(51)之间形成倒U型或者倒弧形结构，壳体(1)内顶端和底部的温度差使壳体内部空气形成对流气流，倒U型或倒弧形结构可以被用来引导气流，使对流气流顺着弧形或者倒U型一侧边缘来从另一侧边缘返回。
3.根据权利要求1所述的一种具有温度监控的降温电机系统，其特征在于：在所述壳体(1)的两侧固定连接有前、后端盖，转子(3)转动设置在壳体(1)内，定子(2)设有环绕在转子(3)的外侧的定子铁芯，转子(3)设有容纳冷却油的中空结构(30)，转子(3)的右端设有与中空结构(30)连接的进油孔(31)，进油孔(31)通过喷油管连接有抽油泵(4)，转子(3)上设有与中空结构(30)连接的至少一个甩油孔，壳体(1)底部设有集油槽(11)，集油槽(11)连接冷凝器(7)，冷凝器(7)连接油箱(6)，油箱(6)连接抽油泵(4)。
4.根据权利要求1所述的一种具有温度监控的降温电机系统，其特征在于：水冷冷却结构包含设置在散热板(5)两端分别设有存放冷却水的进水槽(52)和出水槽(53)，以及进水口(54)，出水口(55)和若干毛细管(56)；进水槽(52)和出水槽(53)上部分分别设置进水口(54)和出水口(55)，进水槽(52)和出水槽(53)之间连接设置多个毛细管(56)，毛细管(56)间紧密置且并排经过凸起(51)内部。
5.根据权利要求4所述的一种具有温度监控的降温电机系统，其特征在于：温度监测系统连接控制系统，温度监测系统包含第一温度传感器、第二温度传感器，第一温度传感器设置在壳体(1)的顶端且靠近散热板(5)，第二温度传感器设置在壳体(1)的底端，第一温度传感器、第二温度传感器将温度数据发送给控制系统，控制系统计算得到第一温度传感器、第二温度传感器的温度差和温度变化，控制系统依据温度值变化控制供水模块。
6.根据权利要求5所述的一种具有温度监控的降温电机系统，其特征在于：所述供水模块包括水箱、水泵、设置在出水口(55)的第一电磁阀和设置在进水口(54)的第二电磁阀，控制系统控制第一电磁阀和第二电磁阀的开启和关闭，控制系统控制水泵的运转。
7.根据权利要求1所述的一种具有温度监控的降温电机系统，其特征在于：凸起(51)分布在散热板(5)上的截面长度L不小于定子(2)的直径。
8.根据权利要求3所述的一种具有温度监控的降温电机系统，其特征在于：甩油孔为多个，所述甩油孔关于转子(3)的几何中心对称设置。
9.根据权利要求1所述的一种具有温度监控的降温电机系统，其特征在于：散热板(5)的材质为铝合金或高纯铝或高纯铜。
10.根据权利要求1所述的一种具有温度监控的降温电机系统，其特征在于：凸起(51)为圆形或者半球形或者倒三角立体形。
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