一种转子散热的电机.pdf

本发明涉及一种转子散热电机，具有一定子和一转子，所述转子通过支架与一电机轴固定安装，所述转子与所述电机轴之间通过支架形成密封的支架空腔，其特征在于，所述电机轴亦设置有空腔，且所述支架空腔和电机轴空腔相互贯通，所述电机轴空腔内注有相变传热工质。本发明电机转子与转轴组合形成热管结构，将转子工作时产生的热量顺利地传至电机端部散热器进行散热，大大降低了转子的温升。

权利要求书1.  一种转子散热的电机，具有一定子和一转子，所述转子通过支架与一电机轴固定安装，所述转子与所述电机轴之间通过支架形成密封的支架空腔，其特征在于，所述电机轴亦设置有空腔，且所述支架空腔和电机轴空腔相互贯通，所述电机轴空腔内注有相变传热工质。2.  根据权利要求1所述的转子散热的电机，其特征在于，所述电机轴空腔与所述支架空腔通过设置于电机轴空腔壁上的第一槽孔和第二槽相贯通。3.  根据权利要求1所述的转子散热的电机，其特征在于，所述转子与所述电机轴之间支架形成的空腔以电机轴为中心沿轴向呈漏斗状。4.  根据权利要求1所述的转子散热的电机，其特征在于，所述电机轴空腔沿轴向呈漏斗状。5.  根据权利要求1所述的转子散热的电机，其特征在于，所述电机为水冷定子电机。6.  根据权利要求1所述的转子散热的电机，其特征在于，所述电机轴末端设置有散热片，该散热片以电机轴为中心向外呈发散状。7.  根据权利要求1所述的转子散热的电机，其特征在于，所述散热片为太阳花状散热片。

说明书一种转子散热的电机
技术领域
本发明主要用于对电机转子进行冷却，主要应用于各种直流永磁、交流异步以及开关磁阻电机。
背景技术
电机工作时会产生大量的热，特别是大功率电机，发热量很大需要及时排出。而对防水防尘等级要求较高的电机，由于电机密封性的提高导致电机内部的热量只能通过机壳表面进行交换，使得电机内部温升更加严重。电机定子绕组产生的铜损以及定子冲片产生的铁损可以通过热传导的方式传至机壳表面，再经对流换热将热量带走。而由于气隙的存在(空气是很大的热阻)使得电机转子产生的电枢损耗，磁滞损耗以及涡流损耗无法顺利传至机壳表面，因此转子温升很高，往往成为整个电机温度最高的部位。电机转子通过轴承与机壳相连，转子温度过高使得轴承的寿命大大降低，且过高的温度对整个电机内部各种耐温材料的耐温等级提出了更高的要求，从而增加了电机的制造成本与不安全隐患。目前针对电机散热的方法很多，但绝大多数都是采用各种手段提高定子与机壳间换热系数或者提高机壳表面的散热能力，比如采用水冷机壳，增加机壳表面翅片高度，使用高导热铝合金材料等。近些年由于热管技术的成熟以及制造成本的降低，也出现了很多热管电机，但也均集中在处理定子绕组与机壳表面传热处理上，因此如何将电机转子产生的热量导出是提高电机性能，节省电机制造成本的关键。现有电机散热方式主要存在以下缺陷：
1、绝缘等级较高的电机由于密封性要求，只能通过机壳散热，而气隙的存在导致转子热量无法通过机壳顺利散出导致转子温升过高。
2、轴承处温度高，轴承使用寿命严重下降。
3、现有热管技术主要通过在定子端部绕组预埋热管方式传热，制造工艺复杂，生产成本高。
发明内容
本发明的技术方案包括：一种利用转子散热的电机，具有一定子和一转子，所述转子通过支架与一电机轴固定安装，所述转子与所述电机轴之间通过支架形成密封的支架空腔，其特征在于，所述电机轴亦设置有空腔，且所述支架空腔和电机轴空腔相互贯通，所述电机轴空腔内注有相变传热工质。
进一步地，所述电机轴空腔与所述支架空腔通过设置于电机轴空腔壁上的第一槽孔和第二槽相贯通。
作为一种优选的实现方式，所述转子与所述电机轴之间支架形成的空腔以电机轴为中心沿轴向呈漏斗状。此外，还可以设置成电机轴空腔沿轴向呈漏斗状。
所述电机可以为水冷定子电机。
更进一步，所述电机轴末端设置有散热片，该散热片以电机轴为中心向外呈发散状。所述散热片尤其可以是太阳花状散热片。
与目前使用的热管电机设计相比，本方案的优势体现在以下几点：
1、采用支架转子与空心转轴，大大减轻了电机的重量和轴承负 担。
2、转子与转轴组合形成热管结构，将转子工作时产生的热量顺利地传至电机端部散热器进行散热，大大降低了转子的温升。
3、散热器采用太阳花散热翅片结构大大提高了散热面积。
附图说明
图1是本发明转子散热电机的剖面示意图。
图2是设置于转轴末端的散热片结构。
1是电机轴前盖，2是电机轴体，3是电机前端盖，4是前轴承，5是前支架壁，6是电机壳，7是散热水道，8是转子内套，9是定子组件，10是转子组件，11是后支架壁，12是后轴承，13是后端盖，14是散热片，15是电机轴后盖，16是介质注入口，17是支架空腔，18是转轴空腔，19是第一槽孔，20是第二槽孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进一步阐述。如图1所示，该转子散热电机由定子组件9、转子组件10、机壳6、前端盖3、后端盖13组成，转子组件10可以相对于定子组件9转动；电机轴2穿过分别设置于前端盖3、后端盖13中心的前轴承4和后轴承12与转子组件10固定设置。电机轴2和转子组件10之间设置有支架，以支撑转子。该电机可以是直流永磁、交流异步或者开关磁阻电机，若为永磁电机，则上述转子组件为固定于支架上的永磁体。其中，电机工作时定子组件9所产生的大量热量由设置于机壳上的散热水道7排出。
所述转子支架设计为空腔结构，即由前支架壁5、后支架壁11、转子内套8以及电机轴体2构成截面为同心环状的空腔，转子内套上 镶嵌或者粘贴有转子组件。此外，电机轴体2设计为空腔结构，并且在轴壁上开设与支架空腔17相贯通的第一槽孔19和第二槽孔20。这样支架空腔和电机轴空腔就形成了贯穿的密封腔体。支架空腔17与转轴空腔18通过介质注入口16注入冷却介质，该冷却介质可以是水或者酒精或者其它具有相似物理特性的物质，其特性是在某一温度点会蒸发成气态并吸收大量的热，在另一特定温度点会冷凝成液态。该介质根据电机的散热需求进行选择。这样支架空腔17与转轴空腔18形成了组合的热管结构。
电机工作时，转子由于高速旋转会产生大量的热，由于转子与定子间气隙的存在，使转子的热量很难经过定子由机壳散热水道排出。大量转子热的积聚会严重影响电机的效率。在转子转动过程中，冷却介质由于离心力的作用通过第一槽孔19聚集到转子内套附近，吸收由转子产生的热能。该介质吸收转子热后蒸发成为汽态，通过第二槽孔20到达转轴空腔，在转轴末端温度较低处冷凝，借助转轴转动的离心力被送回到支架空腔。
在图1中，以下称图1的左侧为电机前端，图1右侧为电机后端，以方便宜描述。
为了达到良好的散热效果，在转轴末端设置有散热片，该散热片以转轴为中心，呈发散式翅片结构，尤其是可以设置成太阳花式散热片，以增加散热效率，如图2所示。通过转轴的转动，该散热片可以带走冷却介质大量的热，使电机轴内蒸汽冷凝成液体。
作为一种优选的实施方式，为了使冷凝后的液体更好地通过第一槽孔 10由转轴空腔进入支架空腔，将支架空腔17和转轴空腔18都设置成漏斗形。转子在转动时产生很大的离心力，该离心力作用于空腔内介质，使介质分布在支架空腔内壁。转子产生的热量使支架空腔内壁温度逐渐升高，当温度达到介质沸点时，介质蒸汽通过第一槽孔19进入电机转轴空腔，并在转轴空腔末端冷凝。转轴空腔末端冷凝的液体通过转轴空腔18内壁依靠离心力向第二槽孔20移动，并通过第二槽孔20进入支架空腔17。在进入支架空腔18后在离心力的作用下沿支架空腔内壁向电机前端移动。这一循环路径在图1中由箭头详细标出。