CN201215920Y - 一种驱动电机定子水冷机座 - Google Patents

Abstract

一种驱动电机定子水冷机座，采用定子水冷方式，在定子机座内有用于传导热量的储水槽，储水槽为双壁中空结构，被加强筋分为两块“瓦片”状储水槽，每一块储水槽内轴向方向设有环状布置的条形支撑筋，将“瓦片”状储水槽分隔成一个以上并列的半圆状弧状水道，条形支撑筋在储水槽内两端为开放式的结构；在储水槽内设有辅助加强筋，补强机座的刚度；在弧状水道内还排布有辅助散热筋协助传热；同时在两块“瓦片”状储水槽的端圈开有进水口和出水口，把整个储水槽与外部循环散热系统连接起来，形成完整的循环水散热回路。

Description

一种驱动电机定子水冷机座

技术领域

本实用新型涉及一种电机的定子冷却结构，特别是指一种驱动电机定子的水冷机座结构。

背景技术

驱动电机是车辆电传动的核心部件，由于驱动电机受空间体积以及重量的限制，驱动电机通常采用较高的电磁负荷，这时候电机所产生的损耗较高，驱动电机会因为这种损耗而产生大量的热。为了避免因高热烧毁驱动电机的零部件，致使整个电机损坏，一般都需要对驱动电机进行冷却。目前驱动电机的冷却方式主要有以下几种：

(1).自然冷却

电机靠本身的热容量和辐射来消化运行过程中产生的热量。相对来说，电机的容量较小，体积较大。

(2).强迫风冷

由单独设置的通风机给电机鼓风，将电机所产生的热量带走。其风量与风压有关，和电机的转速无关。采用这种方式的电机结构有以下两种类型：

第一种类型是将冷却空气压入电机内部，电机为开启式结构。

第二种类型是将冷却空气吹过电机机座表面，电机为全封闭结构。

(3).自通风

在电机转轴上安装有风扇，当电机转动时，该风扇产生风来冷却电机。采用这种方式的电机结构有以下两种类型：

第一种类型是电机为开启式结构，内部装有离心式风扇。

第二种类型是电机为全封闭结构，风扇安装在电机尾部，风只能冷却机壳表面。

(4).充液冷

电机为全封闭结构，在其内部充满冷却液来消耗电机所产生的热量。另外还有一种类似的冷却方式：油雾冷却——在电机内部喷油雾来消耗电机产生的热量。

(5).热管冷却

电机为全封闭结构，用热管作为传输工具，将电机内部产生的热量导出，在外部进行冷却。

(6).水冷

电机为全封闭结构，用水作冷却介质，将电机内部所产生的热量传输到外部，由外部的散热器进行冷却。

水冷电机的冷却效果好，造价较高，需带冷却回路和热交换器等附加设备散热。国外的水冷异步牵引电机在上世纪80年代已经开始研究，现在各大公司已经形成了多个系列，这些电机广泛应用于城轨、地铁和城市轻轨车辆上。国内的水冷电机的研制是在上世纪90年代初开始的，这些电机大部分用在煤矿上，近来在电动汽车和电动轿车牵引方面也正在进行尝试性的应用水冷驱动电机，重庆电机厂、东风电机厂、株洲电力机车研究所和21所都有相关产品。

水冷优点：取消了风机系统和空气过滤器，电机体积较小，适用特殊场合，相对造价较低。水冷驱动电机没有风扇，其双壁结构可有效地屏蔽电机所产生的电磁噪声，因而电机运行时的噪声幅度小；它的全封闭结构，使其受到的污染小，因而维护间隔时间长；由于热时间常数比较大，电机的热过载性比较高；电机不工作时也可冷却。

根据冷却电机部位不同，有以下几种水冷方式：

●定子水冷；

●定子水冷+风内冷；

●定子水冷+转子水冷；

●定子水冷+端盖水冷；

●定子水冷+转子水冷+端盖水冷；

目前水冷方式结构，主要以螺旋水道和径向水道为主，螺旋水道或内埋置螺旋状铜管，或内套表面均匀车(或铸)出一个螺旋的水道。径向水道采用加工方式轴向钻孔形成水道。端盖水冷通道和机壳水冷通道在同一条回路上，直接连接在一起，其结构是在端盖的两侧或者一侧铸出或者车出平面形螺旋沟槽和侧板组合成水道。这种结构的工艺较复杂，只适合体积和容量较大的电机；转子水冷主要是通过轴来实现的，轴水冷是将冷却水经过喷射进入轴的内部冷却电机转轴。轴水冷结构结构复杂，工艺要求高，其可靠性取决于水路的密封性能，而现有的工艺水平并没有很好地解决这个问题，因此没有得到推广。

因为定子水冷的构造简单，现有的水冷电机多以定子水冷为主，但目前应用的定子水冷还存在着一些不足：其一是现有定子水冷，机壳覆水面积过小，导致冷却效果较差，温升较高，而且转子和轴承也得不到充分的冷却；其二是现有的水冷牵引电机的功率比较小，至今最大功率为240kW左右；其三是对电机的密封性要求比较高；其四是在外形尺寸相同的情况下，由于有冷却回路，从而减少了定子的有效直径；其五是外部需要安装功率较大的水/空气热交换装置，增加了冷却设备的维护工作和费用。

通过以上分析可以看出目前的电机水冷方式尚存在一些不足，尤其是对高功率密度电机，体积有特别限制的情况下，将现有的电机水冷技术直接应用是不适应的，因此进一步对电机的冷却结构加以改进，以提高其散热能力是很有必要的。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有电机定子水冷结构的不足，提供一种新型的、能应用于高功率密度或大功率驱动电机上的定子水冷机座。该定子机座具有定子水冷却的所有共性，而且外形尺寸较小，覆水面积大和容水量多，散热能力强，机座的冷却效果较好。

通过分析发现，目前定子水冷的效果不好，主要是现有的定子水冷的覆水面积过小，水冷机座容水量小，热传导不充分，所以循环水带走的热量少，效率不高，导致电机温升较高。而且现有的定子水冷是采用螺旋水道或轴向水道，从电机轴向一端进，另一端出，这必将形成电机轴向的温度梯度，而导致电机的散热不均匀，整体散热效果不好，往往容易出现电机一端过热现象，这对于高功率密度驱动电机来说是很不利的。

因此，本实用新型的改进主要是提高机座向冷却水传热的速度，充分利用冷却水的导热效能。主要技术方案是：仍采用定子水冷方式，在定子机座内有用于传导热量的储水槽，储水槽为双壁中空结构，且分为两块“瓦片”状储水槽，每一块储水槽内轴向方向设有环状布置的条形支撑筋，将“瓦片”状储水槽分隔成一个以上并列的半圆状弧状水道，条形支撑筋在储水槽内两端为开放式的结构；在储水槽内设有辅助加强筋，用于补强机座的刚度。同时在两块“瓦片”状储水槽的端圈开有进水口和出水口，把整个储水槽与外部循环散热系统连接起来，形成完整的循环水散热回路。两块“瓦片”状储水槽可以是并联方式或串联方式连接起来的。在弧状水道内还排布有辅助散热筋协助传热。

本实用新型具有定子水冷却的所有共性，并有以下特点：

1、采取内、外薄壁圆筒结构，形成大体积储水空腔，容水量大，储存冷却介质多，用来吸收机座的热量，且机座覆水面积大，热交换面积大。储水空腔的体积占水冷机座对应内环总体积(指机座的有效散热部分)2/3～4/5，覆水面积为内壁外环表面积的3/4以上；

2、储水空腔顶部和底部用加强筋隔断，形成两个“瓦片”状的弧形储水槽，在加强筋附近的端圈上开孔，连接储水槽，作为进、出水口，利用冷却水的循环导出热量，同时加强筋补强机座的强度；

3、在储水槽内，用辅助加强筋在水平面沿轴向增强机座的强度；

4、在储水槽内，用弧形支撑筋沿轴向分隔储水槽，形成多个并列的弧形水道，上部和下部留有汇水区。支撑筋同时增强机座的强度；

5、在弧形水道内，布置窄小的弧形辅助筋，扩大机座和冷却水的接触面积，便于机座向冷却水传递热量；

6、两个储水槽可以串联和并联。串联时采用上部进、出水；并联时采用上部出水，下部进水。水路自动排气，水路畅通，没有死水区，冷却效果较好。在相同流量下，本实用新型相对同样功率等级的螺旋水道冷却方式，水阻要下降很多——串联时约1/2，并联时约3/4。

7、外形尺寸可以缩小较多，如相同定子铁心——Y系列225中心高铁心，风冷机座外形尺寸445x445mm，水冷螺旋水道机座外形尺寸Φ440mm，采用新结构的水冷机座只有Φ410mm；

8、可以采用其它的对铁、铝、铜无腐蚀性的液体作冷却介质。

附图说明

图1为本实用新型的机座横剖面结构示意图；

图2为本实用新型的机座纵剖面结构示意图；

图3为本实用新型机座第一个实施例水道结构圆周展开示意图；

图4为本实用新型机座第二个实施例水道结构圆周展开示意图；。

图中：1—定子机座，2—出水口，3—加强筋，4—储水槽，5—外壁，6—内壁，7—辅助加强筋，8—进水口，9—端圈，10—支撑筋，11—辅助散热筋，12—端圈，13—定子铁心，14—连接孔。

具体实施方式

附图给出了本实用新型的机座横剖面、纵剖面结构示意图和两个具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

通过附图1可以看出，本实用新型为驱动电机的一种水冷散热的机座。该机座的结构特点是：仍采用定子水冷方式，在定子机座内有用于传导热量的储水槽，储水槽为双壁中空结构，且被加强筋分割为两块“瓦片”状储水槽，每一块储水槽内轴向方向设有环状布置的支撑筋，将“瓦片”状储水槽分隔成一个以上并列的半圆状弧状水道，支撑筋在储水槽内两端为开放式的结构；在储水槽内还设有的辅助加强筋，用于补强机座的刚度。同时在两块“瓦片”状储水槽的端圈开有进水口和出水口，把整个储水槽与外部循环散热系统连接起来，形成完整的循环水散热回路。在弧状水道内还排布有辅助散热筋协助传热。两块“瓦片”状储水槽可以是并联方式或串联方式连接起来的。并联方式的储水槽，底部进水，顶部出水，冷却水流向是不可逆的，水阻很小；串联方式的储水槽，顶部进水和出水，冷却水流向是可逆的，水阻较小。两种连接方式的水路皆具有自动排气功能。在储水槽内的冷却介质为水或者醇类液体。

定子的热量是通过机座内部储水槽中的冷却水吸收，通过冷却水循环，将热态冷却水导出机座，同时补充较低温度的冷却水。定子机座内部储水槽中冷却水吸收机座的热量变成热水，外部循环散热系统通过出水口导出热水，同时通过进水口向机座储水槽内补充冷水，与储水槽驻存的冷却水混合，降低其温度，便于机座向其传递热量，导致机座和电机的其它零部件形成较高的温度差，有利于电机的其它零部件传递热量给机座，周而复始，电机达到一种热平衡状态，即电机产生的热量通过机座传递给冷却水，冷却水通过循环回路向外部散热，达到给电机散热的效果。

实施例一

一种交流电机的定子机座(如图1、2、3所示)，在定子机座1内设有储水槽4，其功能为储水、热交换，储水槽4端部设有进水口8和出水口2。电机的其它部件(如定子铁心13)将热量传递给定子机座1，定子机座1内部储水槽4储存大量的冷却水，冷却水吸收机座1的热量变成热水，使机座1的温度下降；外部循环散热系统通过出水口2导出热水，同时通过进水口8补充冷水，与储水槽4中的冷却水混合，降低其温度，从而降低储水槽4及其周边的温度，有利于电机的其它部件将热量传递给机座和冷却水，周而复始，达到给电机散热的效果。

定子机座1内部的储水槽4是由内薄壁圆筒6、外薄壁圆筒5、左端圈9和右端圈12封闭形成的空腔，其顶部和底部分别被加强筋3隔断形成两块“瓦片”状储水槽，左右对称分布(如图1所示)，两块“瓦片”状储水槽是并联结构，此结构的水路水阻很小。在储水槽4内轴向方向设有环状布置的条形支撑筋10，将“瓦片”状储水槽分隔成3～12个并列的半圆形弧状水道，条形支撑筋在储水槽内两端为开放式的结构，其上部和下部留有汇水区。在每一“瓦片”状储水槽有单独的进、出水口，进水口8位于底部，出水口2位于顶部；每一半圆形弧状水道内还设有的辅助加强筋7，补强机座的刚度。在每一半圆形弧状水道内布置有4～9个同样形状、窄小的辅助散热筋，其目的是扩大和冷却水的接触面，便于热交换(如图2和图3所示)，在储水槽4内的冷却介质为水。

实施例二

一种交流电机的定子机座(如图1、2、4所示)，包括定子机座1、储水槽4、进水口8和出水口2。电机的其它部件将热量传递给定子机座1，定子机座1内部储水槽4储存大量的冷却水，冷却水吸收机座1的热量变成热水，使机座1的温度下降；外部循环散热系统通过出水口2导出热水，同时通过进水口8加入冷水，与储水槽4中的冷却水混合，降低其温度，从而降低储水槽4及其周边的温度，有利于电机的其它部件将热量传递给机座和冷却水，周而复始，达到给电机散热的效果。

定子机座1内部的结构与实施例一是一样的，只是其水路是串联结构，两“瓦片”状储水槽在底部机座内直接串联起来，进水口8和出水口2都位于顶部；在储水槽4内的冷却介质为醇类液体。

Claims (5)

1、一种驱动电机定子水冷机座，采用定子水冷方式，在定子机座内有用于传导热量的储水槽，储水槽为双壁中空结构，且被加强筋分为两块“瓦片”状储水槽，每一块储水槽内轴向方向设有环状布置的条形支撑筋，将“瓦片”状储水槽分隔成一个以上并列的半圆状弧状水道，条形支撑筋在储水槽内两端为开放式的结构；在每一弧状水道内还设有补强机座刚度的辅助加强筋；同时在两块“瓦片”状储水槽的端圈开有进水口和出水口，把整个储水槽与外部循环散热系统连接起来，形成完整的循环水散热回路。

2、如权利要求1所述的驱动电机定子水冷机座，其特征在于：所述的在弧状水道内还排布有辅助散热筋。

3、如权利要求1所述的驱动电机定子水冷机座，其特征在于：所述的“瓦片”状储水槽是并联方式连接起来的，底部进水，顶部出水，冷却水流向是不可逆的。

4、如权利要求1所述的驱动电机定子水冷机座，其特征在于：所述的“瓦片”状储水槽是串联方式连接起来的，顶部进水和出水，冷却水流向是可逆的。

5、如权利要求1所述的驱动电机定子水冷机座，其特征在于：所述的储水槽内的冷却介质为水或者醇类液体。

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