CN204316260U - 一种电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机，所述电机的定子铁芯的内表面封装有绝缘套筒(11)、其两侧面封装有侧壁(12)，所述绝缘套筒(11)、两个所述侧壁(12)和所述电机的壳体形成密封腔(13)，所述密封腔(13)下部封装有淹没所述定子铁芯的蒸发冷却介质(17)、上部设有轴向贯穿所述密封腔(13)的冷凝管(14)；所述电机的定子铁芯和转子之间的气隙(3)为楔形气隙(3)，所述转子铁芯(2)设有至少一个轴向贯穿的通风沟(21)；所述定子铁芯还设有至少一个轴向贯穿所述密封腔(13)的通风管(15)。这种结构的电机能够增强对转子的冷却效果。

Description

一种电机

技术领域

本实用新型涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种电机。

背景技术

三相异步电动机、开关磁阻电机等属于冶炼、矿山、机械、纺织、航空、家用电器、汽车等广泛领域中十分重要的驱动设备，属于卧式结构(即定、转子铁芯的转轴是水平放置的)，大多数处于连续运行方式。

电机的发热部件主要集中于定子和转子，以现阶段的电机冷却技术来看，蒸发冷却技术能够解决发热最严重的定子冷却问题，剩下部分的发热部件主要集中于旋转的转子铁芯与绕组(开关磁阻电机无转子绕组)。如果转子冷却解决不好，仍然会严重影响到电机的正常运行。

关于转子冷却的问题，申请号为201010536084.2的专利公开了一种较好的发动机风冷却结构，如图1所示(为了清楚表示气流方向，该图将气隙的宽度放大了数倍)，该电机的定子铁芯1′、转子2′之间的气隙3′内放置一个绝缘套筒11′，该套筒紧贴定子铁芯1′内壁，与转子2′表面离开一定距离，保证转子2′正常可靠地旋转，再在定子铁芯1′两端各增加一个侧壁12′，与定子铁芯1′内表面的绝缘套筒11′装配成一体，进而形成将定子铁芯1′整体密封腔13′。在定子铁芯1′的密封腔13′的上部沿圆周均匀布置若干个冷凝管14′，冷凝管14′横穿过密封腔13′体两端的侧壁12′，在接触处牢固的焊接在一起，则冷凝管14′被分成两部分，一部分位于定子铁芯1′的密封腔13′体内，一部分位于该密封腔13′体外、电机机壳4′内，冷凝管14′的两侧出口与外界相通。

电机运行前，将常温下为液态的蒸发冷却介质15′从位于机座底处的阀门罐入定子铁芯1′的密封腔13′内，充液面没过定子铁芯1′外壁，如图1所示，保证将定子铁芯1′整体完全浸泡，充液面还需要与冷凝管14′之间留有足够的空间距离，即传热学中的蒸发空间。电机运行过程中，定子铁芯1′整体因各种损耗产生大量的热，加热了腔体内的蒸发冷却介质15′，介质不断吸热，温度不断升高，当达到沸点温度时开始沸腾换热，此时吸收热量的能力是最强的，沸腾后呈气态的介质因密度变小而不断上升，遇到上部的冷凝管14′，与冷凝管14′内的外界冷风(或水)进行热量交换后，介质又被冷凝成液态，从冷凝管14′外壁滴落回液体表面，这样能够源源不断地通过蒸发冷却介质15′与冷凝管14′中的外界空气(或水)，将定子铁芯1′发出的热量及时散到电机的外部，形成自循环蒸发冷却过程。

上述定子铁芯1′密封套筒11′与定子铁芯1′内径紧贴后，与转子2′之间形成的是锥度不超过5°的楔形气隙3′，如图1中的箭头所示，该楔形气隙3′造成电机内定子铁芯1′密封腔13′体以外的气流由楔形气隙3′的小口流向大口，再经过上部冷凝管14′流回到转子2′上的通风沟21′，流出通风沟21′后再经过冷凝管14′后重新回到楔形气隙3′的小口端。

即使这样，上述风冷却结构还是不理想，原因在于以下两个方面：

第一、从楔形气隙3′的大口端流出的热风仅仅通过上部冷凝管14′两侧的很短一段，与冷凝管14′之间进行热交换的效率并不高；

第二、因为定子铁芯1′采用整体密封，将定子铁芯1′侧风路全部封锁，则该冷却后的风只能从位于转子2′上的通风沟21′流回楔形气隙3′的小口端，才能循环起来。而转子2′是高速旋转的，导致通风沟21′高速旋转，影响到抽风压头的形成，使得冷却后的风不能及时被全部抽到通风沟21′内，进而影响到风速的大小与风的循环效果。

有鉴于此，亟待针对上述技术问题，对现有技术中的电机做进一步优化设计，进一步提高对电机转子的冷却效果。

实用新型内容

本实用新型的目的为提供一种电机，该电机能通过其定子上开设的轴向通风管提高电机转子的冷却效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电机，所述电机的定子铁芯的内表面封装有绝缘套筒、其两侧面封装有侧壁，所述绝缘套筒、两个所述侧壁和所述电机的壳体形成密封腔，所述密封腔下部封装有淹没所述定子铁芯的蒸发冷却介质、上部设有轴向贯穿所述密封腔的冷凝管；所述电机的定子铁芯和转子之间的气隙为楔形气隙，所述转子铁芯设有至少一个轴向贯穿的通风沟；所述定子铁芯还设有至少一个轴向贯穿所述密封腔的通风管。

采用上述结构，定子密封后，其密封用的绝缘套筒紧贴在定子内表面上，与转子外表面形成锥度不超过5°的楔形气隙，根据流体运动学理论与科氏力理论，在该楔形气隙内产生由小口端流向大口端的风压。在电机起动与运行期间，转子产生热量，机壳内的风由该楔形气隙的小口端流向大口端的过程中吸收转子的热量，与此同时，机壳内的风还可以从转子通风沟的小口端流向其大口端，而在大口出风口处变成温度较高的热风。从楔形气隙流出的热风，分成两部分：

对于转轴的上半部分，因热风密度小而上升遇到定子侧的通风管后，由该通风管两侧的气压差，压入定子侧的通风管，而不必再上升到冷凝管的位置进行冷却，热风进入定子侧的通风管后，由于该通风管处于定子铁芯上，正好被定子密封腔体内的液态蒸发冷却介质浸泡，则该通风管内的热风与管外的液态蒸发冷却介质进行充分的热交换，通风管流出的风再重新流回楔形气隙和转子通风沟的小口端处。

对于转轴的下半部分，尽管热风的密度小而有一部分的热风向上运动，但是由于定子侧通风管两侧形成的压差较大，再加上热风从楔形气隙及转子通风沟被甩出后受到较大的离心力的作用，仍然有一大部分的热风被抽向位于转子下面的定子侧通风管里，从该通风管流出后的风的大部分向上运动也有一部分流回位于转子轴下面的楔形气隙和转子通风沟的小口端处。

大量的试验测试结果显示，由转子加热后的热风温度往往在70°～90℃之间，定子密封腔体内的液态蒸发冷却介质的温度一般维持在50℃左右，这样热风将其热量传递给液态蒸发冷却介质，流出定子侧通风管后的风的温度一般在50°～60℃之间，这些风的大部分上升到上部冷凝管处，再与冷凝管进行热交换，冷却后的风顺着机壳流回到楔形气隙的小口端、通风沟的小口端，到了这个位置的风的温度一般在30°～35℃之间，然后再进入下一次流动，如此不断循环起来，使得机壳内的风始终是循环流动的，实现转子侧冷却。

尽管还有部分的风一时接触不到最上部的冷凝管，但由于转子是不断高速旋转的，转子上的通风沟与楔形气隙的位置也是高速变化的，所以，机壳内热风的热量处于不间断地被蒸发冷却介质与冷凝管带走的状态中，其风速与风流量比现有技术中的结构要至少大3倍，冷却效果十分明显。

优选地，所述通风管位于所述定子铁芯的轭部上。

优选地，所述定子铁芯为叠压铁芯，所述叠压铁芯设有轴向通风通道，所述通风管套装固定于所述通风通道中。

优选地，所述通风管的壁厚小于或等于2mm。

优选地，所述通风管为铜管或者陶瓷管。

优选地，所述通风管的数目为多个，多个所述通风管沿所述定子铁芯端面的同一圆周均匀分布；所述通风沟的数目也为多个，多个所述通风沟沿所述转子铁芯端面的同一圆周均匀分布。

附图说明

图1为专利CN201010536084公开的转子风冷却结构的结构示意图和风向流动分布图；

图2为本实用新型所提供电机的一种具体实施方式的结构示意图和风向流动分布图；

图3为图2中电机的定子铁芯片的结构示意图；

图4为图3中定子铁芯片叠压后的定子铁芯与通风管的装配图；

图5、图6分别为图4所示通风管的主视图、侧视图；

图7为图2中封装定子铁芯的侧壁图。

其中，图1中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

定子铁芯1′；套筒11′；侧壁12′；密封腔13′；冷凝管14′；蒸发冷却介质15′；

转子2′；通风沟21′；

气隙3′；

机壳4′；

图2至图7所示的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

套筒11；侧壁12；冷凝管安装孔121；通风管安装孔122；套筒安装孔123；密封腔13；冷凝管14；通风管15；通风通道16；蒸发冷却介质17；

转子铁芯2；通风沟21；定子轭部22；

气隙3；

机壳4。

具体实施方式

本实用新型的核心为提供一种电机，该电机能通过其定子上开设的轴向通风管提高电机转子的冷却效果。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图2，图2为本实用新型所提供电机的一种具体实施方式的结构示意图和风向流动分布图(为了清楚显示风向流动，气隙被放大数倍)。

在一种具体实施方式中，如图2所示，本实用新型提供一种电机，电机的定子铁芯(图2中被蒸发冷却介质淹没)的内表面封装有绝缘套筒11、其两侧面封装有侧壁12，绝缘套筒11、两个侧壁12和电机的壳体形成密封腔13，密封腔13下部封装有淹没定子铁芯的蒸发冷却介质17、上部设有轴向贯穿密封腔13的冷凝管14。电机的定子铁芯和转子之间的气隙3为楔形气隙3，转子铁芯2设有至少一个轴向贯穿的通风沟21，定子铁芯还设有至少一个轴向贯穿密封腔13的通风管15。

采用上述结构，定子密封后，其密封用的绝缘套筒11紧贴在定子内表面上，与转子外表面形成锥度不超过5°的楔形气隙3，根据流体运动学理论与科氏力理论，在该楔形气隙3内产生由小口端流向大口端的风压。在电机起动与运行期间，转子产生热量，机壳4内的风由该楔形气隙3的小口端流向大口端的过程中吸收转子的热量，与此同时，机壳4内的风还可以从转子通风沟21的小口端流向其大口端，而在大口出风口处变成温度较高的热风，如图2所示。从楔形气隙3流出的热风，分成两部分来描述：

对于转轴的上半部分，见图2，因热风密度小而上升遇到定子侧的通风管15后，由该通风管15两侧的气压差，压入定子侧的通风管15，而不必再上升到冷凝管14的位置进行冷却，热风进入定子侧的通风管15后，由于该通风管15处于定子铁芯上，正好被定子密封腔13体内的液态蒸发冷却介质17浸泡，则该通风管15内的热风与管外的液态蒸发冷却介质17进行充分的热交换，通风管15流出的风再重新流回楔形气隙3和转子通风沟21的小口端处。

对于转轴的下半部分，见图2，尽管热风的密度小而有一部分的热风向上运动，但是由于定子侧通风管15两侧形成的压差较大，再加上热风从楔形气隙3及转子通风沟21被甩出后受到较大的离心力的作用，仍然有一大部分的热风被抽向位于转子下面的定子侧通风管15里，从该通风管15流出后的风的大部分向上运动也有一部分流回位于转子轴下面的楔形气隙3和转子通风沟21的小口端处。

大量的试验测试结果显示，由转子加热后的热风温度往往在70～90℃之间，定子密封腔13体内的液态蒸发冷却介质17的温度一般维持在50℃左右，这样热风将其热量传递给液态蒸发冷却介质17，流出定子侧通风管15后的风的温度一般在50～60℃之间，该风大部分上升到上部冷凝管14处，见图2所示，再与冷凝管14进行热交换，冷却后的风顺着机壳4流回到楔形气隙3的小口端、通风沟21的小口端，到了这个位置的风的温度一般在30～35℃之间，然后再进入下一次流动，如此不断循环起来，使得机壳4内的风始终是循环流动的，实现转子侧冷却。

尽管还有部分的风一时接触不到最上部的冷凝管14，见图2，但由于转子是不断高速旋转的，转子上的通风沟21与楔形气隙3的位置也是高速变化的，所以，机壳4内热风的热量处于不间断地被蒸发冷却介质17与冷凝管14带走的状态中，其风速与风流量比现有技术中的结构要至少大3倍，冷却效果十分明显。

在上述结构中，为了进一步增强气体流动的效果，可以将通风沟21设为楔形通风沟，将通风管15设为楔形通风管，且楔形通风沟的大口、小口方向与楔形气隙3的大口、小口方向相同，楔形通风管的大口、小口方向与楔形气隙的大口、小口方向相反。可以想到，上述通风沟21并不仅限楔形、通风管15也并不仅限楔形，出于对加工工艺的简化和生产成本的考虑，也可以将通风沟21、通风管15均设为圆柱形结构。

上述通风管15和转子通风沟21的设置方式可以有多种多样。

具体的方案中，如图3所示，图3为图2中电机的定子铁芯片的结构示意图；上述通风管15可以设于定子铁芯的定子轭部22上。

将通风道设在定子轭部22，需要在定子轭上开孔，而定子是电机内磁路的主要组成部分，只有定子轭部22的磁通密度分布比较均匀，比其他部位，如定子齿部要小，所以在定子轭部22上开孔对于原来的磁通分布略有影响，影响不大。而如果将通风管15设在定子齿上，则会对磁通影响很大，造成磁通分布畸变、严重过饱和。将通风管设在定子轭上的另一个原因是，密封腔13体内的蒸发冷却介质17刚好没过整个定子，这样可以保证风道完全处于液体蒸发冷却介质17里，与该介质进行充分的热交换。如果通风管15的位置再往上，则高于液体介质的液面，是气态的介质，也可以与风道进行热交换，只是与通往机壳4外界的、与气态介质热交换的冷凝用通风管15混合，对于气态介质冷凝不利，其冷却效果不佳。如果通风管15的位置再往下，则会与定子槽的位置冲突。

当然，上述通风管15并不仅限设于定子铁芯的定子轭部22上，还可以将其设于磁通密度稍大的其他部位。

具体的方案中，如图4所示，图4为图3中定子铁芯片叠压后的定子铁芯与通风管的装配图；上述定子铁芯可以为叠压铁芯，叠压铁芯设有轴向通风通道16，通风管15套装固定于通风通道16中。

采用这种结构，能够简单、方便地在叠压铁芯中设置通风管15，且该一体式通风管15能很好地防止蒸发冷却介质17的泄漏。可以想到，上述通风管15并不仅限这种结构，还可以直接将通风通道16当作通风管15使用。

更具体的方案中，如图5、图6所示，图5、图6分别为图4所示通风管的主视图、侧视图，上述通风管15的壁厚小于或等于2mm。

这种较小的壁厚使得便于在通风管15内流动的气体与蒸发冷却介质17充分交换热量。其壁厚具体可以设为1mm，也可以为其他数值。

此外，上述通风管15可以为铜管或者陶瓷管。

由于铜、陶瓷均为导热系数较高的材料，因此，将铜或陶瓷作为通风管15的材料，能够进一步增强通风管15的热交换能力。

更具体地，如图7所示，图7为图2中封装定子铁芯的侧壁图；该侧壁12的上部设有多个冷凝管安装孔121、中部设有套筒安装孔123，在与定子轭部22对应的位置设有多个通风管安装孔122，也即通风管15的数目为多个，多个通风管15沿定子铁芯端面的同一圆周均匀分布。

采用这种结构，沿圆周均布的多个通风管15能够保证从气隙3、通风沟21中流出的热风均匀、大流量地通过，从而保证风冷却的稳定性。当然，通风管15也并不仅限这种设置方式，也可以沿径向相互错开设置，其数目可以具体为16个，也可以采用其他数目。

依次类推，上述通风沟21的数目为多个，多个通风沟21沿转子铁芯2端面的同一圆周均匀分布。

这样，均布的多个通风沟21能够均匀、大流量地带走转子转动时产生的热量，其具体数目可以根据气隙3的数目和流量、通风管15的数目和流量计算获得。

以上对本实用新型所提供的一种电机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电机，所述电机的定子铁芯的内表面封装有绝缘套筒(11)、其两侧面封装有侧壁(12)，所述绝缘套筒(11)、两个所述侧壁(12)和所述电机的壳体形成密封腔(13)，所述密封腔(13)下部封装有淹没所述定子铁芯的蒸发冷却介质(17)、上部设有轴向贯穿所述密封腔(13)的冷凝管(14)；所述电机的定子铁芯和转子之间的气隙(3)为楔形气隙(3)，所述转子铁芯(2)设有至少一个轴向贯穿的通风沟(21)；其特征在于，所述定子铁芯还设有至少一个轴向贯穿所述密封腔(13)的通风管(15)。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述通风管(15)位于所述定子铁芯的定子轭部(22)上。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述定子铁芯为叠压铁芯，所述叠压铁芯设有轴向通风通道(16)，所述通风管(15)套装固定于所述通风通道(16)中。

4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述通风管(15)的壁厚小于或等于2mm。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述通风管(15)为铜管或者陶瓷管。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电机，其特征在于，所述通风管(15)的数目为多个，多个所述通风管(15)沿所述定子铁芯端面的同一圆周均匀分布；所述通风沟(21)的数目也为多个，多个所述通风沟(21)沿所述转子铁芯(2)端面的同一圆周均匀分布。