CN102751803A - 用导热管冷却方式冷却的电机 - Google Patents

Abstract

一种用导热管冷却方式冷却的电机，属于电机技术领域。该电机用导热管直接将电机发热源发出的热量传递出去来冷却电机，包括定子、转子、电枢绕组和两套独立的导热管冷却组，可分别独立使用，也可组合使用。本发明提供了有别于传统冷却方式的电机，其新型冷却方式可以解决目前传统电机发展限制。达到结构简化和降低成本的目的，方便提高电机防护等级，本发明为电机体型向小型化、紧凑化、轻便化发展提供坚实基础和技术保障，解决了电机体型发展的瓶颈。

Description

用导热管冷却方式冷却的电机

技术领域

本发明涉及一种用导热管冷却方式冷却的电机，属于电机技术领域。

 背景技术

一、电机冷却问题的由来

    电机在进行能量转换时，总是有一小部分损耗转变成热量，它必须通过转子、定子和电机外壳利用周围介质不断将热量散发出去。随着现代需求的变化，电机体型向小型化、紧凑化、轻便化发展，必然要解决冷却问题。电机发热源有两个转子和定子，转子发热的功率不一定最大，温度一般最高；定子由硅钢体和绕组组成，因体积较大反而温度不一定很高，但发热功率较大，这与定子结构有关。

 散热受散热面积的大小、材料的厚度及温差等影响。从材料的导热率（傅里叶方程式）来看：

Q=ΚΑΔT/d

R=ΑΔT/Q

Q: 热量，W；K:导热率，W/mk；A:接触面积；d：热量传递距离；ΔT：温度差；R：热阻值。

  导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。

将上面两个公式合并，可以得到：

  K=d/R   

    因为K值是不变的，可以看得出热阻值，同材料厚度d是成正比的，也就说材料越厚，热阻越大。同时这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是，接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻并不完全是材料的热阻值，应该是材料本身的热阻值+接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。

总之：

a、同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。

b、同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的时间也越多，效能也越差。

c、对于导热材料，选用合适的导热率、厚度是对性能有很大关系的。选择导热率很高的材料，但是厚度很大，也是性能不够好的，最理想的选择是：导热率高、厚度薄，完美的接触压力保证最好的界面接触。

从上面看，随着对电机要求的提高，冷却问题就突出来了。能通过放宽温度限制解决吗？不行。现在常用漆包线一般温度限制在180℃以下；永磁体退磁温度在80--180℃范围内，不同品种永磁体规定值不同。这就决定了只能通过更高效的散热来满足电机的高要求。

二、电机传统冷却方式

电机传统冷却方式有三种：自由循环、机壳表面冷却和外装式冷却器。

自由循环是冷却介质从周围介质直接地自由吸入，然后直接返回到周围介质。这种方式由吸入的冷却介质数量和电机散热接触面积来决定的。主动吸入冷却介质是要额外消耗能源的，并且电机体型向小型化、紧凑化、轻便化发展使电机本身内部流通空间减小、散热接触面积缩小，不允许有太大的辅助散热器。

机壳表面冷却是借助机壳表面散热的，功率稍微大些、体积小些就不能满足散热需要，而且热量通过电机材料传递出去要走的路程最多，所耗的时间也最多，热阻也最大，效能也最差，大功率电机一般作为辅助冷却方式。

外装式冷却器通过电机内部冷却介质循环，先将热量传给装在电机上面的外装式冷却器，再把热量传递出去。散热辅助部件站电机很大比例，密闭式电机常用方式。

自由循环可直接对热源进行冷却，热阻小，但受流通空间、接触面积限制，对大功率电机和体型小型化、紧凑化电机不能满足需要。机壳表面冷却和外装式冷却器都需要经过多部件传热，热阻大。现在电机一般采用将各种方式混合的散热法，即使这样传统冷却方式已遇到瓶颈，限制了电机进一步发展。

三、导热管

导热管是由钢、铜、铝等材料制成，导热管抽成一定的真空（在密闭的管内先抽成1～2×10－4Pa的负压，在此状态下充入适量冷却介质）后密封而成，热管管内壁的由多种无机活性金属及其化合物混合而成，热管具有超常的热活性和热敏感性，热管遇热而吸，热管遇冷而放。导热管这种热超导工质在一定温度（30℃）下被激活，导热管并以分子震荡相变形式来传递热量，导热管超强导热性能使其导热系数是一般金属的一万倍左右，热管传导温度衰减几乎没有并能以极快的速度传递（音速传递）。同时，在导热管散热段加散热片的传热面积为光管的几倍至几十倍，散热片能强化传热，散热片降低流动阻力，合理设计的散热片能减少金属消耗量，带散热片的导热管从而提高了换热设备的经济性和运行可靠性。导热管适合细长型芯和普通冷却介质无法到达的狭窄位置。导热管的变型结构热柱、热板更可适应特殊位置的散热。

使用导热管优势：

1、传热速率快，传热功率大，具有良好的等温性能，良好的等温性使热管在很小的温差下，传递很大的热通量，传热阻力小。

2、超强的导热性：可在温度30℃--1000℃范围内传导热量，单根导热效率98％以上。

3、散热效率高，减少热量积聚且散热均匀。

4、能够实现静音，并节省电机内部空间，使得结构更紧凑。

5、使用安全性：管内压力低于外界大气压，导热管不会发生***。

发明内容

本发明提供了一种结构简单、成本低廉，散热效率高、应用范围广的用导热管冷却方式冷却的电机，可用导热管直接将电机发热源发出的热量传递出去来冷却电机。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种用导热管冷却方式冷却的电机，包括定子、转子和电枢绕组，还包括两套独立的导热管冷却组，第一定子上装有转子的冷却用导热管冷却组，转子的冷却用导热管冷却组安放在靠近转子的定子齿部边定子槽顶端内，第二定子上装有定子的冷却用导热管冷却组，定子的冷却用导热管冷却组位于第二定子的外圆面。

本发明的有益效果如下：

1、提供了一种有别于传统冷却方式的电机，其新型冷却方式是用导热管直接将电机发热源发出的热量传递出去来冷却电机。用导热管冷却方式冷却的电机，其导热管超强导热性能使其导热系数是一般金属的一万倍左右，热管传导温度衰减几乎没有并能以极快的速度传递（音速传递）。这就使热量能直接从发热源导到电机外，热阻比传统方式小的多，热量传递快的多，使电机更易散热。

2、提供了一种结构简单的电机，其结构简单的高散热效率冷却组件可以代替一些结构复杂的电机的冷却组件，如空调冷电机、水冷电机或其它强制冷电机等结构复杂的冷却组件，使许多电机可以取消原先因散热不得不加上的辅助结构，达到结构简化和降低成本的目的。

3、提供了一种提高电机防护等级的廉价方法，当热量采用导热管导出，电机就可以方便的采用密闭式结构，可以更方便的将电机防护等级提高，甚至到尘密电机、水密电机级别。

4、本发明的导热管及其变型能适应各种狭窄位置或特殊结构，为电机结构设计提供便利。在一定范围内解决了电机体型向小型化、紧凑化、轻便化发展的瓶颈。

附图说明

图1为本发明对转子的冷却用导热管冷却组结构示意图，其中1是第一定子；2是转子的冷却用导热管冷却组。

图2为本发明对定子的冷却用导热管冷却组结构示意图，其中3是电机壳；4是定子的冷却用导热管冷却组；5是第二定子。

图3为本发明对转子和定子同时组合冷却时，导热管冷却组结构示意图，其中1是第一定子；2是转子的冷却用导热管冷却组；4是定子的冷却用导热管冷却组。

 具体实施方式

下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。 

如图1所示，对转子的冷却用导热管冷却组。在第一定子1上装有转子的冷却用导热管冷却组2，转子在工作时是旋转的，不能附着物体，这组导热管冷却组安放在靠近转子的定子齿部边定子槽顶端内，在定子槽顶端内放入与槽形状相似的带导热管的导热块，导热管在导热块上要尽量靠近转子布放，沿定子齿部边定子槽顶端一圈布放导热块，通过其上导热管，可最大限度的将转子热量导出，降低转子温度。导出的热量通过导热管散热段及其上的散热片传导出去。这个位置的导热管冷却组对定子也有一定的冷却效果。同时导热管（块）在这个位置上还可阻挡转子与定子间的冷却介质从槽口跑到定子槽内，影响转子散热。在图中对转子的冷却用导热管冷却组为独立使用。

如图2所示，对定子的冷却用导热管冷却组。在第二定子5上装有定子的冷却用导热管冷却组4，在定子外圆面外侧接触的地方放入一圈成型导热环（导热管变型的成型导热板），热量通过成型导热板上的导热管导出，导出的热量通过导热管散热段及散热片将热量直接散到空气中。这里定子外圆接触的地方可以是定子外圆面外侧位，也可以是定子靠近外圆面内侧位，图均为定子外圆面外侧位。散热片也可在其边上加风扇提高通过散热片的风量来提高散热效果。这样热量就可跳过电机壳3直接散到空气中，提高散热效率。在图中对定子的冷却用导热管冷却组为独立使用。

如图3所示，将两套独立的导热管冷却组组合使用。在图中第一定子1上装有转子的冷却用导热管冷却组2和定子的冷却用导热管冷却组4，两套独立的导热管冷却组，此结构为组合使用。

Claims (1)

1.一种用导热管冷却方式冷却的电机，包括定子、转子和电枢绕组，其特征在于，还包括两套独立的导热管冷却组，第一定子（1）上装有转子的冷却用导热管冷却组（2），转子的冷却用导热管冷却组（2）安放在靠近转子的定子齿部边定子槽顶端内，第二定子（5）上装有定子的冷却用导热管冷却组（4），定子的冷却用导热管冷却组（4）位于第二定子（5）的外圆面。

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