CN201750240U - 具有导热套筒的水套式水冷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型为了解决传统热套法引起定子铁心和水套内壁接触不良而影响电机散热的问题，提供了一种代替传统填充导热胶方式的水套式水冷电机。该电机，电机框架圆周开设有紧贴并围绕定子铁心的水套，水套内壁朝向定子铁心一侧，沿内壁圆周设有多条沿电机轴向的沟槽，定子铁心和水套内壁之间还设有内壁紧贴定子铁心圆周外壁，外壁被挤压而填充满所述多条沟槽的金属导热套筒。本实用新型，定子铁心外壁和水套内壁之间的金属导热套筒在定子铁心的安装过程中会胀形并填满水套内壁圆周上的沟槽，相当于以金属导热套筒代替导热胶来填满水套内壁和定子铁心外壁之间的局部空气层，由于铜铝等具有很好的导热性，从而大大改进了电机的散热效果。

Description

具有导热套筒的水套式水冷电机

技术领域

本实用新型涉及水冷电机技术领域，更具体地说，涉及一种具有导热套筒的水套式水冷电机。

背景技术

目前使用的水(液)冷电机，从冷却器结构来看，主要包括两种：背包式空水冷换热器，在电机顶部或侧部设计一个背包式冷却箱，里面布满水管，通过冷却箱与电机框架结合处的通风孔和电机内部冷却介质---空气接触，工作时，内气由电机内部风扇驱动，不断通过背包式冷却箱，与水管内相对低温水进行热交换，达到对电机进行冷却的目的。

第二种是水套式结构，框架一般为圆形结构，定子铁心直接安装其内，而在框架圆周开设一定厚度的空间让水流动，从而在电机定子铁心周围形成一定厚度水套，同时在水道外层或与水道同层开设一定数量风孔以形成内循环风路，两者配合达到对电机冷却的目的。

对于第二种结构，水套直接通过与定子铁心外壁紧密接触对电机进行冷却，冷却效率高，但定子铁心与水套内壁的接触状况对散热效率有很大影响。一般做法是，在设计阶段，水套内壁和定子铁心留有一定过盈量，装配时，先对水套内壁加热，然后将两者热套在一起，温度降低，水套内壁收缩，与定子铁心紧密贴合在一起，但是由于水套内壁不是一个轴对称结构，同时两者的结合面粗糙程度不能理想均匀，冷却后，水套内壁和定子铁心在某些地方结合的非常紧密，散热好，但在某些地方会有很薄的空气层存在，散热效果很差。为解决上述散热不好的问题，通常是在热套之前在定子铁心外表面涂一层导热胶，热套时，导热胶自动填满空气层，提高散热效率，但这种改进措施由于导热胶导热系数低而使得效果十分有限。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术中，传统热套法引起定子铁心和水套内壁接触不良而影响电机散热的问题，提供了一种代替传统填充导热胶方式的水套式水冷电机。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种具有导热套筒的水套式水冷电机，电机框架圆周开设有紧贴并围绕定子铁心的水套，其特征在于：水套内壁朝向定子铁心一侧，沿内壁圆周设有多条沿电机轴向的沟槽，定子铁心和水套内壁之间还设有内壁紧贴定子铁心圆周外壁，外壁被挤压而填充满所述多条沟槽的金属导热套筒。

本实用新型中，所述多条沟槽的表面积之和不大于水套内壁表面积的50％，设计操作时需根据工艺水平在铜套厚度及沟槽面积间作平衡调整。

所述沟槽的槽型采用矩形或梯形，以便于金属导热套筒的外壁被挤压入。

所述金属导热套筒采用铜或铝等延展性好且导热性好的材料，一方面便于套筒外壁被挤压入沟槽中，另一方面有利于定子铁心和水套之间进行热交换。

本实用新型中，水套内设有沿电机轴向往复而环绕定子铁心一周，且内部冷却液环绕定子铁心圆周的流动方向与电机转子转动方向同向的第一冷却水道，以及沿电机轴向往复而环绕定子铁心一周，且内部冷却液环绕定子铁心圆周的流动方向与电机转子转动方向反向的第二冷却水道。

所述第一冷却水道和第二冷却水道通过设置在水套内的隔水板分隔而成，第一冷却水道和第二冷却水道相邻的轴向水道之间仅相隔一块隔水板，以有利于两水道内的冷却液进行换热。

所述第一冷却水道的进水口和第二冷却水道的出水口相邻，第一冷却水道的出水口与第二冷却水道的进水口相邻，以使得两冷却水道内的水温更加趋于均匀。

所述第一冷却水道和第二冷却水道的进水口和出水口设置在电机轴向的同一端，以便于进水口和出水口管路的设置和连接。

本实用新型中，电机框架内水套外侧设有环绕水套的通风道，以形成内风路循环，配合水套进行散热。

所述通风道内具有多个沿电机径向设置的辅助散热筋，以增大在通风道内循环的空气的接触面积，增强散热效果。

本实用新型，定子铁心外壁和水套内壁之间的金属导热套筒在定子铁心的安装过程中会胀形并填满水套内壁圆周上的沟槽，由于金属导热套筒采用铜铝等材料，由于铜铝等材料具有极好的塑性，套筒与定子外壁及水套内壁均有良好的接触状态，相当于以金属导热套筒代替导热胶来填满水套内壁和定子铁心外壁之间的局部空气层，由于铜铝等具有很好的导热性，从而大大改进了电机的散热效果。

说明书附图

图1为本实用新型水套式水冷电机的轴向剖视图

图2为本实用新型水套式水冷电机的径向剖视图

图3为图2中A处的放大结构示意图

图4为本实用新型水套内两冷却水道的展开结构示意图

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

本实用新型的主旨在于提供一种新的水套式水冷电机，以解决传统热套法引起定子铁心和水套内壁接触不良而影响电机散热的问题，提供了一种代替传统填充导热胶方式的水套式水冷电机。

参见图1、图2，本实用新型的水套式水冷电机与常规的水套式水冷电机结构类似，由框架1以及安装在框架1中的定子铁心2以及转子(图中未示意)等结构构成，为了解决散热问题，电机框架1圆周开设有紧贴并围绕定子铁心2的水套3，水套3内通入循环的冷却液，以对电机进行冷却。

本实用新型为了增强定子铁心2和水套内壁31之间的导热性，水套内壁31朝向定子铁心2的一侧，沿水套内壁31圆周设置了多条沿电机轴向的沟槽32(图1中只能看到部分)，定子铁心2和水套内壁31之间设置了一金属导热套筒。由于金属导热套筒的厚度很小，图2中几乎无法看到，因此将图2的A处进行了放大。

参见图3，金属导热套筒7的内壁紧贴定子铁心2圆周的外壁，金属导热套筒7的外壁由于挤压而填充满了水套内壁31上的沟槽32，实际操作中是这样进行处理的：将水套内壁31的直径设置的略大于定子铁心2圆周外径，两者之间预留较小的间隙，例如2mm左右，金属导热套筒7的外径与水套内壁31内径相等，金属导热套筒7的内径小于定子铁心2外径，可预留一个相对较大的过盈量。

热套定子铁心2前，先将金属导热套筒7放入水套内壁31内，然后对二者一同进行加热，当放入定子铁心2时，金属导热套筒7将会胀形，金属导热套筒7采用铜或铝等延展性较好的材料时，随着定子铁心2的放入过程，金属导热套筒7会逐渐变薄，多余的金属将被挤压而流进水套内壁31上的沟槽32中，并逐渐填充满水套内壁31上的沟槽32，金属导热套筒7与水套内壁31及定子铁心32均有良好的接触状态，相当于以金属导热套筒7代替导热胶来填满水套内壁31和定子铁心2之间的局部空气层，由于铜铝等材料具有很好的导热性，进而改进了散热效果。

水套内壁31上的多条沟槽32的表面积之和应不大于水套内壁表面积的50％，这是因为沟槽面积太大时，就需要较多的铜或铝材料流入，铜或铝材料比较不容易充满沟槽，沟槽内会形成空气层，不利于散热，与本设计初衷相违背，同时，沟槽面积过大，对加工成本及框架刚性也有不利影响。制造时，金属导热套筒7受挤压在框架和铁心间隙层流动，如果沟槽面积过小，铜或铝流动不均匀、充分，就会在间隙层发生堆积等不可预知后果，同时形成小空气层，影响散热。沟槽32的槽型较好地是采用矩形或梯形，这样也可以有利于铜或铝流入。

再参见图1、图2，对于水套3，本实用新型的在水套3内设置了两条冷却水道，两条冷却水道具有4个开口，分别是开口41、开口42、开口51和开口52，4个开口设置在电机沿轴向的同一端，这样可如图1所示便于电机外水冷循环的管路进行连接。由于图1、图2中难以看出冷却水道是如何设置的，因此将水套3进行了展开，图4是将图2中的水套3沿开口41和开口42处进行剖开，将水套3紧贴定子铁心2的内侧平铺在纸面上，图4沿纸面竖直方向即电机的轴向方向(冷却水道的开口在图4中本应处于上侧边缘，但为了便于进行展示和标注，向下进行了移动，这并非是错误)。

从图4中可以看出，冷却水道4和冷却水道5均是沿电机轴向往复设置的，进而可以环绕定子铁心2一周，较好的方式是两冷却水道是采用设置在水套3内的隔水板33分隔而成，对于本领域的技术人员如何设置隔水板是熟知的，在此不再累述，这样，冷却水道4和冷却水道5相邻的轴向水道之间仅相隔一块隔水板33，将非常有利于两冷却水道内的冷却液进行热交换。

开口41为冷却水道4的进水口，开口42为冷却水道4的出水口；开口51为冷却水道5的进水口，开口52为冷却水道5的出水口。这样，再参见图2，在进行水冷循环时，冷却水道4内部的冷却液将沿着多个轴向的冷却水道以逆时针(当然从电机轴向的另一侧是顺时针)的方向环绕定子铁心2圆周流动，冷却水道5内部的冷却液将沿着多个轴向的冷却水道以顺时针(当然从电机轴向的另一侧是逆时针)的方向环绕定子铁心2圆周流动。

我们以两冷却水道中冷却液环绕定子铁心2圆周的流动方向与电机转子转动方向的关系对两冷却水道进行区分，我们将冷却液环绕定子铁心2圆周的流动方向与电机转子转动方向同向的冷却水道，称为第一冷却水道；将冷却液环绕定子铁心2圆周的流动方向与电机转子转动方向反向的冷却水道，称为第二冷却水道。假设从图2中的方向看过去，电机转子是逆时针转动的，那么冷却水道4即为第一冷却水道，冷却水道5即为第二冷却水道。这样区分的好处在于，无论从电机的轴向的哪一端看过去，不管该冷却水道中冷却液是沿顺时针方向环绕定子铁心2圆周流动还是沿逆时针方向环绕定子铁心2圆周流动，其与电机转子的转动方向的关系都是确定的。

由此，两个冷却水道中冷却液环绕定子铁心2圆周的流动方向将是相反的，这样做的目的是避免采用单一冷却水道时，冷却液从冷却水道的进水口进入冷却水道后，由于与定子铁心2进行热交换，冷却液的温度会逐渐升高，当电机功率较大时，冷却水道进水口和出水口的水温差会很大，这样会导致电机不同位置的温升差距很大，电机不同位置的温升差过大会严重影响电机的正常运行。

采用两个冷却水道并通入沿定子铁心2圆周流动方向相反的冷却液，使得两个冷却水道中的冷却液之间进行热交换，可使得电机不同位置的温升保持尽可能的一致。最优的设置方式是，第一冷却水道的进水口要和第二冷却水道的出水口相邻，第一冷却水道的出水口要和第二冷却水道的进入口相邻，本实施例中即是采用的上述设置方式。当然，本领域的技术人员应当知晓，冷却水道的进水口和出水口的设置位置是可以根据实际情况进行选择的，本实施例的设置方式并非对本实用新型的限制。

再参见图1、图2，为了进一步加强电机的散热效果，电机框架1内水套3的外侧还设有环绕水套3的通风道6，以在电机框架1内形成内风路循环，水套3内的冷却液在对电机进行冷却的同时，也对风路循环的空气进行冷却。通风道6内可沿电机径向再设置一些辅助散热筋61，这样可进一步增大在通风道6内循环的空气的接触面积，增强散热效果。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.具有导热套筒的水套式水冷电机，电机框架圆周开设有紧贴并围绕定子铁心的水套，其特征在于：水套内壁朝向定子铁心一侧，沿内壁圆周设有多条沿电机轴向的沟槽，定子铁心和水套内壁之间还设有内壁紧贴定子铁心圆周外壁，外壁被挤压而填充满所述多条沟槽的金属导热套筒。

2.如权利要求1所述的具有导热套筒的水套式水冷电机，其特征在于：所述多条沟槽的表面积之和不大于水套内壁表面积的50％。

3.如权利要求1或2所述的具有导热套筒的水套式水冷电机，其特征在于：所述沟槽的槽型为矩形或梯形。

4.如权利要求1或2所述的具有导热套筒的水套式水冷电机，其特征在于：所述金属导热套筒采用铜或铝制成。

5.如权利要求1或2所述的具有导热套筒的水套式水冷电机，其特征在于：水套内设有沿电机轴向往复而环绕定子铁心一周，且内部冷却液环绕定子铁心圆周的流动方向与电机转子转动方向同向的第一冷却水道，以及沿电机轴向往复而环绕定子铁心一周，且内部冷却液环绕定子铁心圆周的流动方向与电机转子转动方向反向的第二冷却水道。

6.如权利要求5所述的具有导热套筒的水套式水冷电机，其特征在于：所述第一冷却水道和第二冷却水道通过设置在水套内的隔水板分隔而成。

7.如权利要求5所述的具有导热套筒的水套式水冷电机，其特征在于：所述第一冷却水道的进水口和第二冷却水道的出水口相邻，第一冷却水道的出水口与第二冷却水道的进水口相邻。

8.如权利要求5所述的具有导热套筒的水套式水冷电机，其特征在于：所述第一冷却水道和第二冷却水道的进水口和出水口设置在电机轴向的同一端。

9.如权利要求5所述的具有导热套筒的水套式水冷电机，其特征在于：电机框架内水套外侧设有环绕水套的通风道。

10.如权利要求9所述的具有导热套筒的水套式水冷电机，其特征在于：所述通风道内具有多个沿电机径向设置的辅助散热筋。

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