專利名稱：液冷電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機領(lǐng)域，具體涉及一種電機的冷卻結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于各行業(yè)應(yīng)用的直流電機、交流電機和三相電機。
背景技術(shù)：
電機在很多技術(shù)領(lǐng)域都有應(yīng)用，無論是交、直流電機還是三相電機，在運轉(zhuǎn)的過程中，都或多或少會產(chǎn)生余熱，余熱的產(chǎn)生對電機的性能有所影響，溫度越高效率越低；然而，溫差也是不可忽視的，特別是當電機殼體兩不同側(cè)的溫差達到一定量值，由于溫度的不同，使得在同一圓周上電機殼體材料的線膨脹不一致，造成電機鐵芯定子內(nèi)圓失圓，電機定轉(zhuǎn)子間的氣隙在圓周分布不均，使得旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子受到一個交變的徑向力，引起電機的振動加劇，并且影響電機的效率和壽命。特別是對于要求較高的高速電機、大型電機、高精度電機，在溫差嚴重時使電機無法正常工作。
目前多采用結(jié)構(gòu)較為簡單的水冷電機解決電機發(fā)熱和溫差問題。在水路的設(shè)計上，多采用冷卻腔或盤管作為水路元件。例如中國公開專利申請02229237.3 “水冷耐高溫電機”，米用結(jié)構(gòu)簡單的冷卻腔回路來冷卻電機，在電機主要殼體上的冷卻腔和電機外殼結(jié)構(gòu)合為一體，水冷殼體采用特種無縫鋼管，殼體也是水路的一部分；使得電機整體緊湊、結(jié)構(gòu)簡單，但其對電機運行的影響不容忽視。其主要問題是由于水路的進水口和出水口的截面僅占冷卻腔截面的很少一部分，冷卻腔的進水沿軸向加水并按水道最近的路序出水，冷卻腔內(nèi)的水流速度大不一樣，水流慢的一側(cè)與水流快的一側(cè)之間就會形成溫差，當兩側(cè)溫差達到一定量值，由于溫度的不同，使得在同一圓周上電機殼體材料的線膨脹不一致，就會造成電機鐵芯定子內(nèi)圓失圓，電機定轉(zhuǎn)子間的氣隙在圓周也會分布不均，使得旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子受到一個交變的徑向力，也會引起電機的振動加劇，并且影響電機的效率和壽命。特別是對于要求較高的高速電機，這種水路布置在溫差嚴重時也會使電機無法正常工作。在水路中采用盤管設(shè)計就可避免因冷卻腔流速不一致而產(chǎn)生的溫差；但采用盤管作為水路元件有多種繞制方法。其中有許多采用軸向盤制，例如中國公開專利申請CN101268599A “電機”采用結(jié)構(gòu)簡單的軸向冷卻回路來冷卻電機，在電機主要殼體上的冷卻水管沿電機的軸線方向分布，電機的一端或兩端采用與電機軸向方向垂直的環(huán)繞分配管沿電機外周向進行冷卻水分配，環(huán)繞分配管主要起水流分配和回流作用，起主導(dǎo)冷卻作用的還是沿電機軸向分布在外殼上或是嵌在外殼內(nèi)部的多條縱向冷卻水管。該裝置的軸向分布對電機運行的影響是不容忽視的。其主要問題是由于水路的進水和出水是在端面與軸線垂直的圓周分配管上的不同點，分配管的進水沿順時針或逆時針按序給各軸向冷卻水管加水并按序出水，先進水一側(cè)與后進水一側(cè)之間以及先出水一側(cè)與后出水一側(cè)均會形成溫差，當兩側(cè)溫差達到一定量值，使得由于溫度的不同，在同一圓周上電機殼體材料的線膨脹不一致，也會造成電機鐵芯定子內(nèi)圓失圓，電機定轉(zhuǎn)子間的氣隙在圓周分布不均，使得旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子受到一個交變的徑向力，引起電機的振動加劇，并且影響電機的效率和壽命。特別是對于要求較高的高速電機，這種水路布置在溫差嚴重時使電機無法正常工作。
再則，電機線損發(fā)熱也是其主要的熱源，電機線圈燒壞是其損壞的首要原因。線圈軸向布置在電機內(nèi)部，其線徑及通過的電流是一致的，其單位長度的發(fā)熱量也應(yīng)是一致的；但由于線圈在電機中所處的位置不同，其外圍物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)不同，而造成線圈不同位置的溫升也不同；如伸出定子鐵芯之外處于空氣中的線圈和坎在定子鐵芯之內(nèi)的線圈，由于空氣和鐵芯的導(dǎo)熱系數(shù)不同，而造成線圈不同位置的溫度不同；鐵芯內(nèi)部的線圈熱量快速傳導(dǎo)給鐵芯進行散熱；而鐵芯外部的線圈在空氣中，線圈內(nèi)部熱量因空氣的溫度傳導(dǎo)相對較慢而不宜散熱。當線圈內(nèi)部發(fā)熱量大于外圍物質(zhì)向外部傳導(dǎo)的熱量，線圈內(nèi)部的溫升突破線圈絕緣層的耐溫極限，就會產(chǎn)生事故。因此，線圈外圍導(dǎo)熱系數(shù)最差的部分，即是電機耐溫的薄弱環(huán)節(jié)。所以，線圈外圍由導(dǎo)熱系數(shù)高的物質(zhì)替代導(dǎo)熱系數(shù)最差的，或減小線圈與導(dǎo)熱系數(shù)高的物質(zhì)的距離，都是提高電機耐溫的有效措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服上述冷卻腔和盤管式水冷電機的缺陷，提供一種具有液冷回路的液冷電機，能夠使電機殼體在同一徑向上均衡冷卻防止電機鐵芯定子內(nèi)圓失圓、提高電機耐溫能力，保證電機正常運轉(zhuǎn)并延長電機使用壽命。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種液冷電機，電機殼體為鑄鐵鑄造而成的圓柱殼體，其特征在于殼體壁上設(shè)有液冷通道，且液冷通道繞電機主軸周向同心螺旋環(huán)繞形成圓柱螺旋線；圓柱殼體一端的內(nèi)壁上設(shè)有一體鑄造的圓滑凸臺，定子緊鄰殼體放置，凸臺沿軸向位于該端的定子和線圈之間；液冷通道從圓柱殼體一端的進口處連續(xù)螺旋環(huán)繞，并穿過所述凸臺到達圓柱殼體另一端的出口處形成回路；在電機主軸的兩軸承端蓋上分別設(shè)有端頭液冷回路，端頭液冷回路在各軸承室外沿分別周向盤繞形成圓形液冷環(huán)，各液冷環(huán)均構(gòu)成獨立回路；所述的液冷通道和端頭液冷回路均為熟鐵制成的液冷盤管繞制而成，且與圓柱殼體或軸承端蓋形成熱傳導(dǎo)連接；殼體內(nèi)壁與線圈和定子間圍成的間隙、以及凸臺和或內(nèi)壁與線圈和定子間的間隙均填充環(huán)氧膠泥；殼體外壁上還設(shè)有徑向往內(nèi)穿過殼體并卡置定子的頂絲。按上述技術(shù)方案，所述液冷通道外壁與同一徑向電機圓柱殼體的內(nèi)壁和外壁均形成間隔。按上述技術(shù)方案，按照電機軸向熱度分布情況，所述液冷通道的圓柱螺旋線沿電機軸線方向均勻間隔或者分組間隔，且在分組間隔時同一組的液冷環(huán)相互緊鄰或存在的間隙小于不同組之間的間隔。按上述技術(shù)方案，液冷通道的進口和出口反向延長線相交于電機圓柱殼體的中心軸線。按上述技術(shù)方案，端頭液冷回路的出口端和進口端從所在的圓形液冷環(huán)伸出，伸出端反向延長線相交于圓形冷卻環(huán)圓心；或者端頭液冷回路的出口端和進口端從所在的圓形冷卻環(huán)同向平行伸出；不同軸端的端頭液冷回路結(jié)構(gòu)相同或不同。按上述技術(shù)方案，軸承端蓋為與圓柱殼體直徑一致的圓臺，端頭液冷回路的出口端和進口端從圓臺伸出；或者軸承端蓋為直徑大于圓柱殼體直徑的凸臺，端頭液冷回路的出口端和進口端從凸臺伸出；不同軸端的軸承端蓋結(jié)構(gòu)以及端頭液冷回路結(jié)構(gòu)相同或不同。
按上述技術(shù)方案，液冷通道的出口和端頭液冷回路的出口不在同一象限。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是
第一、通過在圓柱殼體上設(shè)置圓柱螺旋線型冷卻盤管，同一徑向上電機殼體上冷卻水管的溫度基本趨于一致，不會出現(xiàn)過大的冷熱溫差，因而，可以保證同一徑向上電機殼體的熱塑變形或線膨脹幅度基本相同。第二、殼體采用鑄鐵，液冷盤管采用易于焊接且熱塑性好的熟鐵或純鐵。純鐵或熟鐵熔點高達1534°C，耐熱性和熱塑性均比較好，容易焊接不會留下漏點造成內(nèi)漏，而且成本低；而鑄鐵特別是灰鑄鐵的熔點為1145 1250°C，在澆鑄時容易成型且不會影響熟鐵液冷盤管的性能，能夠有效保證殼體的強度且能保證液冷盤管在澆鑄時不發(fā)生變形，能夠保證同一徑向上的熱塑變形或線膨脹幅度基本相同；由于鋼管的熔點在1300°C左右，與鑄鐵接近，澆鑄電機殼體時容易熔壞液冷盤管，成品率低，因而本方案相對于采用鋼管或不銹鋼管的盤管作為液冷盤管來說，成品率得到保證且性能好、成本低。
第三、電機殼體內(nèi)壁設(shè)置圓滑凸臺對定子進行固定，外壁上還進一步設(shè)置徑向固定頂絲，將定子牢固固定在殼體中，避免電機振動；同時，凸臺中穿設(shè)有液冷通道，減小線圈與導(dǎo)熱系數(shù)高地液冷通道的距離，對于凸臺及周邊處的冷卻也有極大幫助；最后，殼體內(nèi)壁與線圈和定子間圍成的間隙、以及凸臺和或內(nèi)壁與線圈和定子間的間隙均填充環(huán)氧膠泥，在密封固定的同時還能傳熱，由于環(huán)氧膠泥的傳熱性能優(yōu)于空氣，因而能將電機線圈端頭內(nèi)部熱量快速傳導(dǎo)出殼體進行散熱；由此，能夠有效提高電機耐溫。第四、液冷通道的進口和出口反向延長線相交于電機圓柱殼體的中心軸線，端頭液冷回路的出口端和進口端也進行角度設(shè)置，使得進出水更為流暢，大力提升冷卻速度和冷卻效果。由此構(gòu)成的液冷電機,冷卻效果好且不會造成電機鐵芯定子內(nèi)圓失圓，避免了電機的振動，保證了電機的效率和壽命。特別是對于較高轉(zhuǎn)速的電機，為其水冷或類似介質(zhì)的冷卻回路提供了一條可行之路。


圖I :本發(fā)明一個實施例的液冷電機結(jié)構(gòu)不意圖(中間殼體部分為剖視圖)。圖2 :圖I的液冷通道進出口結(jié)構(gòu)示意圖(圖I的A-A剖示圖)。圖3 :圖I的端頭回路結(jié)構(gòu)示意圖(圖I的M-M剖示圖)。
具體實施例方式 以下結(jié)合實施實例及附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。如圖1-2所示，一種液冷電機，電機殼體2為鑄鐵鑄造而成的圓柱殼體，其特征在于殼體2壁上設(shè)有液冷通道1，且液冷通道I繞電機主軸8周向同心螺旋環(huán)繞形成圓柱螺旋線；圓柱殼體2—端的內(nèi)壁上設(shè)有一體鑄造的圓滑凸臺5，定子7緊鄰殼體2放置，凸臺5沿軸向位于該端的定子7和線圈9之間；液冷通道從圓柱殼體2 —端的進口 I. 2處螺旋環(huán)繞從進口的液冷通道的管點11處到達另一側(cè)壁的液冷通道管點12處，然后順次螺旋往上盤繞到達液冷通道管點13、14、……..，并穿過所述凸臺5的管點，到達圓柱殼體另一端的出口 I. I處形成回路；在電機主軸8的兩軸承端蓋3和4上分別設(shè)有端頭液冷回路，端頭液冷回路在各軸承室外沿分別周向盤繞形成圓形液冷環(huán)，各液冷環(huán)均構(gòu)成獨立回路；所述的液冷通道和端頭回路均為熟鐵制成的液冷盤管繞制而成，且與圓柱殼體2或軸承端蓋3和4形成熱傳導(dǎo)連接；殼體2內(nèi)壁與線圈9和定子7間圍成的間隙、以及凸臺5和或內(nèi)壁與線圈9和定子7間的間隙均澆注填充環(huán)氧膠泥6 ;殼體2外壁上還設(shè)有徑向往內(nèi)穿過殼體并卡置定子的頂絲10。為方便吊裝，頂絲10上還可以設(shè)置吊環(huán)。液冷通道I和端頭液冷回路均埋設(shè)于電機殼體2中并與電機殼體熱傳導(dǎo)的方式連接；所述的電機殼體2為鑄鐵鑄造而成的殼體，液冷通道I和端頭液冷回路均為熟鐵制成的
液冷盤管。為了保證電機殼體的強度，所述液冷通道I的管徑與圓柱殼體2的壁厚形成一定比例，并保證液冷通道I的管徑內(nèi)側(cè)距離圓柱殼體2的內(nèi)壁一定間隔，管徑外側(cè)距離圓柱殼 體2外壁一定間隔，保證液冷通道I的快速水冷效果，同時也要保證電機殼體的強度。更優(yōu)的，按照電機軸向熱度分布情況，所述液冷通道I的圓柱螺旋線沿電機軸線方向均勻間隔或者分組間隔(如圖I所示)，且在分組間隔時同一組的冷卻環(huán)相互緊鄰或存在的間隙小于不同組之間的間隔。作為進一步的優(yōu)化實施方案，如圖2所示，液冷通道I的進口 I. 2和出口 I. I伸出端反向延長線相交于電機圓柱殼體的中心軸線，以便于冷卻水順暢流入和流出，且方便制作和安裝液冷回路的進出口。作為進一步的優(yōu)化實施方案，為便于冷卻水順暢流入和流出；端頭液冷回路的出口端和進口端也可以有如下幾種形式如圖3所示，端頭液冷回路的出口端3. I和進口端3. 2從所在的圓形冷卻環(huán)伸出，伸出端反向延長線相交于圓形冷卻環(huán)圓心；或者端頭液冷回路的出口端3. I和進口端3. 2從所在的圓形冷卻環(huán)同向平行伸出；不同軸端的端頭液冷回路結(jié)構(gòu)可以相同或不同。作為進一步的優(yōu)化實施方案，軸承端蓋3或4為與圓柱殼體2所在圓柱直徑一致的圓臺，端頭液冷回路的出口端3. I和進口端3. 2從圓臺伸出；或者軸承端蓋3或4為直徑大于圓柱殼體2直徑的凸臺，端頭液冷回路的出口端3. I和進口端3. 2從凸臺伸出，這樣方便端頭回路的裝配與焊接，防止造成內(nèi)漏；不同軸端的軸承端蓋結(jié)構(gòu)以及端頭液冷回路結(jié)構(gòu)可以相同或不同。液冷通道I的出口端和端頭液冷回路的出口端不在同一象限，這樣可以進一步保證進出水口處的流速均衡，減低溫差。以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化，仍屬本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種液冷電機，電機殼體為鑄鐵鑄造而成的圓柱殼體，其特征在于殼體壁上設(shè)有液冷通道，且液冷通道繞電機主軸周向同心螺旋環(huán)繞形成圓柱螺旋線；圓柱殼體一端的內(nèi)壁上設(shè)有一體鑄造的圓滑凸臺，定子緊鄰殼體放置，凸臺沿軸向位于該端的定子和線圈之間；液冷通道從圓柱殼體一端的進口處連續(xù)螺旋環(huán)繞，并穿過所述凸臺到達圓柱殼體另一端的出口處形成回路；在電機主軸的兩軸承端蓋上分別設(shè)有端頭液冷回路，端頭液冷回路在各軸承室外沿分別周向盤繞形成圓形液冷環(huán)，各液冷環(huán)均構(gòu)成獨立回路；所述的液冷通道和端頭液冷回路均為熟鐵制成的液冷盤管繞制而成，且與圓柱殼體或軸承端蓋形成熱傳導(dǎo)連接；殼體內(nèi)壁與線圈和定子間圍成的間隙、以及凸臺和或內(nèi)壁與線圈和定子間的間隙均填充環(huán)氧膠泥；殼體外壁上還設(shè)有徑向往內(nèi)穿過殼體并卡置定子的頂絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電機，其特征在于所述液冷通道外壁與同一徑向電機圓柱殼體的內(nèi)壁和外壁均形成間隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電機，其特征在于按照電機軸向熱度分布情況，所述液冷通道的圓柱螺旋線沿電機軸線方向均勻間隔或者分組間隔，且在分組間隔時同一組的液冷環(huán)相互緊鄰或存在的間隙小于不同組之間的間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電機，其特征在于液冷通道的進口和出口反向延長線相交于電機圓柱殼體的中心軸線。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或4所述的電機，其特征在于端頭液冷回路的出口端和進口端從所在的圓形液冷環(huán)伸出，伸出端反向延長線相交于圓形冷卻環(huán)圓心；或者端頭液冷回路的出口端和進口端從所在的圓形冷卻環(huán)同向平行伸出；不同軸端的端頭液冷回路結(jié)構(gòu)相同或不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機，其特征在于軸承端蓋為與圓柱殼體直徑一致的圓臺，端頭液冷回路的出口端和進口端從圓臺伸出；或者軸承端蓋為直徑大于圓柱殼體直徑的凸臺，端頭液冷回路的出口端和進口端從凸臺伸出；不同軸端的軸承端蓋結(jié)構(gòu)以及端頭液冷回路結(jié)構(gòu)相同或不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或4或6所述的電機，其特征在于液冷通道的出口和端頭液冷回路的出口不在同一象限。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液冷電機，電機殼體上設(shè)置液冷回路；液冷回路包括沿電機主體盤繞的主體冷卻回路、和在電機主體的兩軸端端蓋上分別設(shè)置的端頭回路；主體冷卻回路沿電機主體所在的圓柱周向同心螺旋環(huán)繞形成圓柱螺旋線，可保證同一徑向上電機殼體的熱塑變形或線膨脹幅度基本相同，不會造成電機鐵芯定子內(nèi)圓失圓，避免了電機的振動；電機殼體內(nèi)壁圓滑凸臺的設(shè)置,減小線圈與導(dǎo)熱系數(shù)高地液冷通道的距離；殼體內(nèi)壁與線圈和定子間圍成的間隙、以及凸臺和或內(nèi)壁與線圈和定子間的間隙均填充環(huán)氧膠泥，在密封固定的同時還能傳熱，由于環(huán)氧膠泥的傳熱性能優(yōu)于空氣，因而能將電機線圈端頭內(nèi)部熱量快速傳導(dǎo)出殼體進行散熱，有效提高電機耐溫。
文檔編號H02K9/19GK102857028SQ20121031215
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者張世運, 張世珞, 唐亞平, 劉羽 申請人:武漢唯特特種電機有限公司