[发明专利]一种加强电机端部冷却的可拆卸式热管冷却结构

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种加强电机端部冷却的可拆卸式热管冷却结构，利用热管中冷却介质相变吸收并转移大量热量来达到较好的冷却效果。

背景技术

电机温升是限制电机最大输出功率的主要因素，较高的温升直接威胁到绕组绝缘(按照以往的经验来看，温升每超过最大温升10℃，绝缘寿命缩短一半)，过高的温度还会改变绕组的电阻率，从而影响控制精度；对于永磁电机，永磁体也受到高温升的威胁，温度高不仅影响永磁体的性能，严重的会导致永磁体发生永久性退磁。永磁电机以其体积小、功率密度高、运行稳定可靠等优点，而广泛应用于军事、航空航天、办公自动化等领域。永磁电机通常为保证电机转子和永磁体表面不吸附杂物，往往采用全封闭结构，这使得内部转子散热条件更加恶劣，传统的风扇冷却无法采用，而水冷主要是对定子进行散热，对转子部分散热效果不理想。转子的热量传递路径主要有两条：

其他热量则通过转轴进行热传导。由于空气的导热系数很小，电机转子及端部的温度会逐渐升高，因此对转子和端部部分设计合理的冷却结构来降低转子和端部(空气、绕组)的温升将有利于绕组绝缘和永磁体在正常温升范围内工作，电机能够在规定的热负荷范围内获得更高的输出功率，从而进一步提高永磁电机的效率和性能。

如上所说，风冷和水冷都不适用于永磁电机转子和端部的冷却，因此本设计采用热管作为新型冷却结构的主体。

热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管按照冷却剂回流方式分为许多种，为了减少其他额外设备的投入，本设计采用了重力型热管。图1展示了重力型热管的工作原理。重力型热管的冷却剂的回流全靠冷却剂自身重力，因此无需外加驱动设备，从而降低成本。为了保证冷却剂的顺利流通，重力型热管的结构通常比较简单，常见的结构如图2所示。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，且由于永磁电机转子及端部的温升控制直接影响了绕组端部绝缘和转子永磁体的寿命和工作性能，本发明提供一种加强电机端部冷却的可拆卸式热管冷却结构，该结构容易实现，且重力型热管无需外加动力；由于冷却结构的安装部位是电机端部，考虑了前期安装和后期维修的加工难度和成本，本发明能够适用于绝大多数成型电机，而无需对电机本体进行大的改动；本发明不仅仅适用于永磁电机，异步电机同样适用，可以同其他冷却结构组合搭配。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种加强电机端部冷却的可拆卸式热管冷却结构，安装于电机端部两侧，用于同时对端部绕组、端部空气和转子进行冷却，包括直线段热管、曲线段热管、上层环形热管、下层环形热管和设置在热管顶部的散热片及垂直冷却热管；热管顶部及填充间隙设有导热绝缘材料；上层环形热管与下层环形热管通过直线段热管和曲线段热管相连，所述垂直冷却热管与直线段热管连接并穿出机壳；沿直线段热管分别设有至少一排上层环形热管和下层环形热管，上层环形热管和下层环形热管在上下两层直线段热管上对齐或错开排列。

上层环形热管和下层环形热管的横截面为矩形，上层环形热管沿轴向方向的内表面紧贴定子轭端部，环形热管沿轴向方向的内表面距离定子齿端部和转子端部保持1～2mm安全距离。

上层环形热管沿径向方向的下表面通过导热绝缘材料紧贴端部绕组上表面，下层环形热管沿径向方向的上表面通过导热绝缘材料紧贴端部绕组下表面，曲线段热管沿径向方向内表面通过导热绝缘材料紧贴端部绕组曲线部分外表面；上层环形热管沿径向方向的上表面通过导热绝缘材料紧贴机壳内表面，下层环形热管沿径向方向的下表面与端部空气直接接触，曲线段热管沿径向方向外表面与端部空气直接接触，上层环形热管沿轴向方向的外表面与端部空气直接接触，下层环形热管沿轴向方向的外表面与端部空气直接接触。

位于机壳外侧部分的垂直冷却热管外侧安装有散热片用于冷却。

所述垂直冷却热管采用重力型热管，热交换动力来自于重力和浮力。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.端部绕组和端部空气的冷却有利于转子部分的散热，很好地解决了封闭式电机端部绕组和转子散热问题，对于永磁电机而言，有利于限制转子温升在永磁材料所允许的范围之内，保障永磁材料的性能和安全。