CN111934457A - 基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴，与所述电机的转子共同旋转，所述冷却轴内设置有平行其轴线的冷却轴冷却通道，所述冷却轴冷却通道一端贯穿冷却轴设置有进液口，所述冷却轴的侧壁设置有若干与冷却轴冷却通道导通的通槽，所述通槽与冷却轴冷却通道形成闭环回道，所述闭环回道内填充满有冷却液，所述冷却轴转动时通过离心力实现冷却液的循环。可在电机工作，冷却轴转动时，利用冷却轴转动的离心力实现冷却液的循环，无需额外的驱动件，冷却效果可调节，结构简单，通用性高。

Description

基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴

技术领域

本发明涉及电机轴技术领域，尤其涉及基于离心式自驱动的自适应一体化 冷却轴。也可对其他旋转类机械设备(如惯性轮、飞轮、大型轴承、驱动轴等) 采用这种一体化的冷却轴，降低冷却和驱动***的整体复杂度。

背景技术

随着科学技术的发展，电机在实际应用中的重点已经开始从过去的简单的 传动向复杂的控制转移，同时电机的工作环境也越来越多变。传统的电机冷却 方法包括风冷法和水冷法。风冷法通过增加电机的空气流动，来给电机降温。 传统的水冷法需要通过冷却泵和驱动电源来完成冷却液的循环。但真空环境下， 没有空气，风冷法无法给电机降温。由于真空中没有热对流，只有热传导和辐 射，所以电机在真空中的冷却比较困难。而传统的水冷法需要通过冷却泵和驱 动电源来完成冷却液的循环，既消耗能源又占空间。无法实现自驱动式的冷却 过程。

除了电机轴的冷却外，在应用广泛的电力行业和能源行业中的，其他非电 机的旋转类机械设备，如惯性轮、飞轮、大型轴承和驱动轴等，当需要冷却时， 典型的冷却***也是采用风冷和液冷方式，这种典型的冷却***需要一套外部 独立的驱动***，增加了冷却***的成本和体积。针对上述工业、农业、交通 等应用环境下的大量旋转机械***，开发更加结构简单、紧凑型、低成本的轴 冷却***，具有显著的经济价值和市场价值。

发明内容

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种基于离心式自驱动的自适应 一体化冷却轴，可在电机或其他旋转类机械设备(如旋转气缸、惯性轮、飞轮、 大型轴承)工作冷却轴转动时，利用冷却轴转动的离心力实现冷却液的循环， 冷却轴既实现了转轴的功能，又实现冷却液循环过程中的自驱动，无需额外的 驱动件。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：基于离心式自驱动的自适 应一体化冷却轴，与所述电机的转子共同旋转，其特征在于：所述冷却轴内设 置有平行其轴线的冷却轴冷却通道，所述冷却轴冷却通道一端贯穿冷却轴设置 有进液口，所述冷却轴的侧壁设置有若干与冷却轴冷却通道导通的通槽，所述 通槽与冷却轴冷却通道形成闭环回道，所述闭环回道内填充满有冷却液，所述 冷却轴转动时通过离心力实现冷却液的循环。

本发明的有益效果在于：闭环回路中填满冷却液，当冷却轴转动时，冷却 轴冷却通道中的冷却液在离心力作用下甩出冷却轴冷却通道进入通槽，挤压冷 却液运动，冷却液再从输送管回到冷却轴冷却通道，在这个闭环的回路提供了 冷却液流动的力，通过离心力实现了冷却液的循环，循环过程中对转子和冷却 轴进行冷却，无需额外驱动力。冷却轴既实现了转轴的功能，又实现冷却液循 环过程中的自驱动，结构简单，通用性高，可适用多种场合。

进一步来说，所述通槽沿冷却轴轴向均匀设置多个，所述通槽的数量为3-12 个，可根据实际调整，通槽越多，冷却液循环越快。

进一步来说，所述通槽沿冷却轴径向延伸并倾斜或垂直于所述冷却轴轴向。

进一步来说，所述通槽的截面为圆形，截面直径为2-20mm，可根据实际调 整，截面直径越大，冷却液循环越快。

进一步来说，所述冷却轴采用铍铜材料制成，导热性能好，增强冷却效果， 且冷却轴经过深冷处理，使其具有更好的运行状态和使用寿命。

进一步来说，所述电机的气隙内填充满有冷却液，所述电机的定子上设置 有定子冷却通道，所述定子冷却通道与通槽对应。气隙和定子冷却通道加入闭 环回路，冷却液还经过定子冷却通道，可同时冷却定子。

进一步来说，所述冷却轴上还固定有与其共同旋转的离心轮，所述离心轮 上设置有与通槽对应的离心轮冷却通道。离心轮增强了冷却液的离心运动，离 心轮的尺寸和结构可根据离心力须加强的情况调节。

进一步来说，所述冷却液为甘油型冷却液、乙二醇型冷却液或去离子水中 的一种，粘温性能好且具有防腐、防垢的特点。

附图说明

图1为本发明中冷却轴的结构示意图；

图2为本发明实中冷却轴侧视图；

图3为本发明实施例1中冷却轴应用示意图；

图4为本发明实施例2中冷却轴应用示意图；

图5为本发明实施例2的侧视图。

图中：

1-壳体，1a-第一出液口，2-定子，21-气隙，22-定子冷却通道，3-转子， 31-转子冷却通道，4-冷却轴，41-冷却轴冷却通道，411-进液口，42-通槽，5- 输送管，6-隔离架，7a-第一腔室，7b-第二腔室，8-固定壳，81-空腔，82-第 二出液口，9-离心轮，91-离心轮冷却通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和 特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚 明确的界定。

参见附图1-2所示，本发明的一种基于离心式自驱动的自适应一体化冷却 轴，用于电机，与所述电机的转子3共同旋转。所述电机包括壳体1、固定在所 述壳体1内的定子2、可转动地设置在所述定子2内的转子3和穿设在转子3内 与转子3共同旋转的冷却轴4，所述冷却轴4两端贯穿壳体1，冷却轴4与壳体 1间设置有轴承。所述冷却轴4内设置有平行其轴线的冷却轴冷却通道41，冷 却轴冷却通道41与冷却轴4同轴设置。所述冷却轴冷却通道41一端贯穿冷却 轴4设置有进液口411，另一端闭合，用于连接待驱动装置。所述冷却轴4的侧壁设置有若干与冷却轴冷却通道41导通的通槽42。所述通槽42与冷却轴冷却 通道41形成闭环回道，所述闭环回道内填充满有冷却液，所述冷却轴4转动时 通过离心力实现冷却液的循环。所述转子3上设置有与通槽42连通的转子冷却 通道31，所述转子冷却通道31和进液口411通过位于壳体1外部的输送管5连 通，输送管5固定不动，输送管5上可设置有与其导通的冷却液储存罐，冷却 液储存罐内填充满有冷却液。

闭环回路中填满冷却液，当冷却轴4转动时，冷却轴冷却通道41中的冷却 液在离心力作用下甩出冷却轴冷却通道41进入通槽42，挤压冷却液运动，冷却 液再从输送管5回到冷却轴冷却通道41，在这个闭环的回路提供了冷却液流动 的力，通过离心力实现了冷却液的循环，冷却轴4旋转越快，冷却液的循环越 快。循环过程中对转子3和冷却轴4进行冷却，无需额外驱动力。冷却轴既实 现了转轴的功能，又是冷却液循环过程中的驱动件，结构简单，通用性高。

所述通槽42沿冷却轴4轴向均匀设置多个，所述通槽42的数量为3-12个。 可根据电机的大小和冷却轴的大小为3、6、8或10个。所述通槽42沿冷却轴4 径向延伸并倾斜或垂直于所述冷却轴4轴向，利于冷却液的流通，所述通槽42 的截面直径为2-20mm，可根据实际调整。所述冷却轴4采用铍铜材料制成，导 热性能好，增强冷却效果，且冷却轴4经过深冷处理，使其具有更好的运行状 态和使用寿命。所述冷却液为甘油型冷却液、乙二醇型冷却液或去离子水中的 一种，粘温性能好且具有防腐、防垢的特点。

实施例1

参见附图3所示，所述壳体1内部为密封的中空腔81体，所述中空腔81 体内填充满有冷却液，所述定子2通过隔离架6固设在壳体1内，所述隔离架6 为所述隔离架6将中空腔室分隔成第一腔室7a和位于第一腔室7a外侧的第二 腔室7b，所述转子冷却通道31贯穿转子3侧壁与转子3和定子2间的气隙21 连通，所述气隙21与第一腔室7a连通，所述定子2上设置有连通气隙21和第 二腔室7b的定子冷却通道22，所述壳体1上设置有第一出液口1a，所述输送 管5一端与第一出液口1a连接，所述第一出液口1a与第二腔室7b连通。气隙 21中填充满冷却液，气隙21液参与冷却液的循环，冷却液在循环过程中，也可 通过定子冷却通道22对定子2进行冷却。所述转子冷却通道31与通槽42对应， 所述转子冷却通道31沿转子3的径向延伸，并与所述通槽42倾斜角度一致， 利于冷却液的流通。所述输送管5一端与壳体1固结，另一端与冷却轴4上的 进液口411之间设置有轴承座，输送管5固定不动，并不同冷却轴4转动。

通槽42为三个，通槽42倾斜设置且截面直径为10mm。进液口411的直径 为10mm，第一出液口1a的直径为5mm。电机转速为额定转速时，冷却液的流动 速度为3m/s。当电机运行时，转子3带动冷却轴4转动，冷却轴4的冷却轴冷 却通道41内的冷却液会具有一个速度，由于惯性离心力的作用，冷却液从通槽 42流入气隙21，由于受到压力，气隙21中的冷却液会顺着定子冷却通道22流 入第二腔室7b，第二腔室7b内的冷却液在压力下自第一出液口1a流出，输送 管5内的冷却液受到压力再自进液口411流入冷却轴冷却通道41，完成冷却液的循环。

当电机的转子3转动的越快，电机产生的热量越多，此时，冷却轴冷却通 道41内的流动速度也会加快，冷却液的循环速度变快，冷却效果更好。

实施例2

参见附图4-5所示，所述冷却轴4上还固定有与其共同旋转的离心轮9，用 于加强离心力，可根据实际需要设计离心轮9的尺寸和结构。所述离心轮9上 设置有与通槽42连通的的离心轮冷却通道91。离心轮9再固定壳8内转动，固 定壳8固定再壳体1一端。所述固定壳8内部为密封的空腔81，所述空腔81内 填充满有冷却液。所述离心轮9密封连接在转子3一端，所述离心轮9内设置 有连通转子冷却通道31和空腔81的离心轮冷却通道91，离心轮冷却通道91内 填满有冷却液。所述固定壳8上设置有与空腔81连通的第二出液口82，所述输 送管5一端与第二出液口82连接。离心轮9增强了冷却液的离心运动。所述转 子冷却通道31与通槽42对应，所述转子冷却通道31倾斜设置，所述转子冷却 通道的一端设置在转子3的内壁，另一端设置在于离心轮9抵靠的端面上，利 于冷却液的流通，转子冷却通道31导通转子冷却通道31和离心轮冷却通道91。 所述离心轮冷却通道91与转子冷却通道31对应，所述离心轮冷却通道91沿离 心轮9的径向延伸，并倾斜于所述立心轮轴向。离心轮冷却通道91也可直接与 冷却轴冷却通道导通，与冷却轴冷却通道对应设置，此时冷却轴冷却通道倾斜 设置。

所述输送管5一端与固定壳8固结，所述输送管5与冷却轴4上的进液口 411之间设置有轴承座，输送管5固定不动，并不同冷却轴4转动。通槽42为 八个，且截面直径为2mm。电机的转速为额定转速时，冷却液的流通速度为4m/s。

此时气隙21中没有冷却液，不参与冷却液循环。当电机运行时，转子3带 动冷却轴4转动，冷却轴4的冷却轴冷却通道41内的冷却液会具有一个速度， 由于惯性离心力的作用，冷却液从通槽42流入离心轮冷却通道91，离心轮9增 强离心运动后，离心轮冷却通道91内的冷却液进入空腔81，由于受到压力，空 腔81中的冷却液自第二出液口82流出，输送管5内的冷却液受到压力再自进 液口411流入冷却轴冷却通道41，完成冷却液的循环。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项 技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围， 凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围 内。

Claims (8)

1.基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴，与所述电机的转子共同旋转，其特征在于：所述冷却轴(4)内设置有平行其轴线的冷却轴冷却通道(41)，所述冷却轴冷却通道(41)一端贯穿冷却轴(4)设置有进液口(411)，所述冷却轴(4)的侧壁设置有若干与冷却轴冷却通道(41)导通的通槽(42)，所述通槽(42)与冷却轴冷却通道(41)形成闭环回道，所述闭环回道内填充满有冷却液，所述冷却轴(4)转动时通过离心力实现冷却液的循环。

2.根据权利要求1所述的基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴，其特征在于：所述通槽(42)沿冷却轴(4)轴向均匀设置多个，所述通槽(42)的数量为3-12个。

3.根据权利要求1所述的基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴，其特征在于：所述通槽(42)沿冷却轴径向延伸并倾斜或垂直于所述冷却轴(4)轴向。

4.根据权利要求1所述的基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴，其特征在于：所述通槽(42)的截面直径为2-20mm。

5.根据权利要求1所述的基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴，其特征在于：所述冷却轴(4)采用铍铜材料制成。

6.根据权利要求1-5任一所述的基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴，其特征在于：所述电机的气隙(21)内填充满有冷却液，所述电机的定子(2)上设置有定子冷却通道(22)，所述定子冷却通道(22)与通槽(42)连通。

7.根据权利要求1-5任一所述的基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴，其特征在于：所述冷却轴(4)上还固定有与其共同旋转的离心轮(9)，所述离心轮(9)上设置有与通槽(42)连通的离心轮冷却通道(91)。

8.根据权利要求1所述的基于离心式自驱动的自适应一体化冷却轴，其特征在于：所述冷却液为甘油型冷却液、乙二醇型冷却液或去离子水中的一种。

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