CN2634717Y - 电机散热系统 - Google Patents

Abstract

一种电机散热系统，它主要是由电机转子上的空心导条和与导条连通的散热腔组成。利用流体对流的方法，把转子上产生的电热传递到散热腔中去散热，从而把电机的温度控制在较低的范围内，达到提高电机运行性能和提高电机转换效率的目的。

Description

电机散热系统

本实用新型涉及一种机电设备。它是为提高电

机电转换效率，改善电机的工作性能而设计的一种新型电机散热系统。

电机运行过程中的过热问题是一个很难克服的历史问题，它是影响电机工作性能的主要原因之一。中小型电机、人们常用风冷的办法，然效果有限，常现烧机现象。大型电机常采用“氢”冷或双水内冷的方法，效果甚好，但设备庞杂难以普及。特别是对高转速的电机更是无能为力。

本实用新型的设计目的是：把电机的温度升高控制在一个较低的水平内，从而实现提高电机的运行性能和提高电→机转换效率的目的。同时还要使其结构简单，成本低廉，运行可靠，容易普及。

为达上述目的，本实用新型采用以下设计方案。

在电机转子(以下简称“转子”)的二端与转子同轴刚性地设置二个散热腔，改传统转子上的实心导条为空心导条，延长其二端，分别插入二个散热腔中，并牢固绝热连接，使空心导条与散热腔形成一个密闭地连通体，并于其中充满水或其他一定量载在热介质。

在电机运转时，在导条上产生的焦耳电热通过水循环进入二个散热腔散热。

为提高散热腔的散热效率，且能把散热腔装入传统电机的机壳内，(以中型电机为例)散热腔要做成薄圆柱形，轴向厚度2cm，半径与转子等大并贴近安装。同时在腔体的外侧面沿半径方向设置一定数量的散热栅，轴向高约1.5～2cm。(当然，如果空间许可，腔体可尽可能的做大)。

为使输热介质水加快循环对流，还要在散热腔内设置加速管。所谓加速管就是一根导热性能良好的金属管，外包绝热层，长度约为散热腔半径的五分之四并沿半径向安装。并将其背离轴心的一端折成直角，与伸入散热腔中的空心导条连通。每一根空心导条只有一端与一根加速管相连接。当某一根空心导条伸入前散热腔的一端连有加速管时，则它相邻的一根应在后散热腔中与一根加速管相连接，全部空心导条与加速管都这样一一对应相间设置。

在整个连通体中加满水或其他一定量介质后牢固密封。

如果为了进一步简化装置而更加易于推广普及，本实用新型可只在电机转子的后端设置一个散热腔。把转子前端的端环也像导条一样做成空心端环，并与空心导条连通，形成水流循环通路。

采用以上设计方案，不但能很好地控制电机的温升，提高电机运行性能与电 机转换效率，而且还具有结构简单成本低廉，易于普及等优点。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图是本实用新型的结构示意图。

其中①转子转轴；②前端环；③空心导条：④后端环；

⑤加速管；⑥后散热控；⑦前散热腔。

如图所示：散热腔⑥⑦用导热性能与机械强度均较好的紫铜制做，成薄圆柱体，其尺寸大小，以中型电机为例，轴向厚度约为2cm，壁厚3mm，半径与转子半径等大，贴近转子并与转子同轴刚性固装。

散热腔⑥⑦外侧面与散热腔一体的设置着一定数量的沿半径向的散热栅。轴向高度约2cm。

上述装置较严格的尺寸限制，是为了在不改变现有电机机壳的条件下，散热腔能顺利的安装进机壳。当然，如果空间允许散热腔是越大，散热效果越好。

散热栅的设置目的是要产生以下两个作用：1、加大散热面积而加速散热；2、扇出离心风，吹向定子线包并使之降温。

关于空心导条③，先用内径4mm，导热、导电性能良好的紫铜管镶钳在转子上的导条槽内，然后用熔化液态紫铜浇铸而成。

延长空心导条③的两端，分别插入前后二个散热腔⑥⑦并与腔壁牢固密封连接，使空心导条③与散热腔⑥⑦形成一个封闭的连通空腔，并在这个空腔中充满水或其他载热介质。(水的沸点较高不易利用气化潜热，要利用其对流传热，要充满。其他介质如氟利昂等沸点较低，利用其气化输热效果会更好。但不能充满，最好是充满量

)。以下以水为例介绍。

“空心”，减少导条的导电面积，能明显增加直流电的电阻。然在转子高速运行时，导条中流通的是交流电。因交流电的趋肤效应，所以“空心”不会明显增大空心导条③的交流电阻。

为了把空心导条上产生的焦耳电热尽快的输入到散热腔⑥⑦去散热，这就需要水等载热介质加快对流循环。为此在散热腔中设置加速管⑤。它是用导热性能良好的紫铜管制作，外包绝热材料。长约为散热腔半径的4/5，沿散热腔⑥⑦半径向固定。其背离轴心的一端直角弯折与伸入散热腔的空心导条③焊接连通。

转子上有许多空心导条③，每一根导条只有一端焊连有加速管，相邻的导条，分别在不同的散热腔⑥⑦中与加速管⑤一一对应相间焊连。

对于每根空心导条⑤二端分别通触的是散热腔⑥⑦中的水与加速管⑤中的水。当转子高速运转、空心导条⑤上产生的焦耳电热将使加速管⑤中的水以较快的速度升温，其密度(比重)将相对较小。这样在每一根空心导条③的二端都会产生一定的离心压力差。

由于高速旋转而产生的强大的离心作用(离心力可达重力的几百甚至上千倍)。加速管⑤中，密度较小的热水将“浮”向轴心，并溢流入散热腔⑥⑦，而密度较大的冷水将“沉压”向散热腔⑥⑦的周边，并继续“压”向空心导条中，形成对流循环。其路线是：

空心导条③→加速管⑤→散热腔⑥→(另一)空心导条③→(另一)加速管⑤→散热腔⑦，完成一个循环。水在空心导条③中吸热在散热腔⑥⑦中散热。

如前述，只要转子一开始转动，空心导条的压力差也随之形成，继而就会雪崩式的加大成较大的压力差，使空心导条③中的水向有加速管的一端单向加速流动，进而使整个连通腔中的水形成快速循环对流状态。

关于压差的粗略理论计算是：

ΔP＝ρ_冷αh-ρ_热αh

  ＝h(ρ_冷-ρ_热)α

  ＝h(ρ_冷-ρ_热)(2πn)²r/2

ρ_冷：是散热腔⑥⑦中凉水的平均密度。

ρ_热：是加速管⑤中热水的平均密度。

α：是散热腔⑥⑦及加速管⑤中水的平均向心加速度。

h：是散热腔⑥⑦水的深度。

r：是散热腔⑥⑦的半径。

n：是散热腔⑥⑦的转速(r/s)。

对于中型电机，如果令h≈R＝0.2m

(由实验知水在10℃→30℃时，密度减小 )。令n＝50r/s，

则Δp＝0.2×10×(100π)²×0.2/2＝20000pa

它相当于在静态时，2m高的水柱产生的压力(压强)，这个压差就是推动水循环的动力。

在这里：(2πn)²r√2＝(2π×50)²×0.2/2＝10000＞＞9.8

故忽略了重力。

据有关研究可知：一般的金属材料、当温度从0℃→200℃时，其电阻将有近一倍的增加。显然，上述的循环水流对控制导条③因温升而增大电阻将会起到明显的抑制作用，进而将引发下列反馈发生(与传统电动机相比)

再则因循环对流把转子的温度控制在了较低的水平以内，故它能吸收定子传递过来的热量，这样对整个电机的温控又是一个积极有利的因素。

为了进一步简化设备，便于与传统电机相配套，而使本实用新型更易于普及，可只设置电机后端的一个后散热腔⑥而不设前散热腔⑦，沟通水流回路的任务由前空心端环②担任。空心前端环的制作法同空心导条③同。只不过这样做的结果，虽然简化了设置，方便了安装，却降低了本实用新型的输热及散热能力。

综上所述，本实用新型的实施，不但可以提高电机的运行性能，还能提高电机的最大功率及额定功率。

Claims (2)

1、一种电机散热系统，主要是由电机转子上的导条与转子同轴的散热腔组成，其特征是：全部导条都是空心导条，散热腔则是薄圆柱形的具有良好导热性能的空腔，并与转子同轴固装，全部空心导条都与散热腔连成一个密闭的空腔，而且其中还充有一定量的流体载热介质。

2、根据权利要求1所述的电机散热系统，其特征是：散热腔是薄圆柱形的导热性能良好的空腔，半径与其同轴的转子等大，其一外侧面上设置着一定量沿半径向的散热栅，空腔内设置着一定数量的沿半径向的加速管，加速管是外表面包有绝热材料的具有良好导热性能的金属管，其远离轴心的一端直角弯折。