[發明專利]一種基于氣液相變的電機轉子鐵芯散熱結構及電機和電機散熱方法

在審

• 申請號: 201910913004.1
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110718979A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 劉向陽;褚健淳;賴添旺;何茂剛;張穎
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02K1/32
• 分類號: H02K1/32;H02K9/06;H02K9/20
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種基于氣液相變的電機轉子鐵芯散熱結構及電機和電機散熱方法，其中熱管沿周向貫穿放置在轉子鐵芯中，并在轉子鐵芯兩端沿徑向向內彎曲，熱管內裝有相變工質。轉子中心沿軸向放置輸出軸，并將兩個風扇分布套在輸出軸兩端，由輸出軸帶動風扇驅動空氣流動。在電機工作時，熱管內的液相相變工質吸收轉子熱量變為氣態，并流到熱管兩端與流動的空氣進行對流換熱變為液態，隨后空氣被輸送至外殼，將熱量傳遞到環境中。熱管兩端的液態相變工質靠離心力作用重新回到轉子內的熱管內進行吸熱。本發明能夠有效地將轉子鐵芯內部的熱量傳遞至環境中，解決現有技術難以冷卻電機轉子鐵芯的難題，對提高電機工作壽命和效率有重要的意義。

技術領域

本發明涉及電機散熱領域，具體涉及一種基于氣液相變的電機轉子鐵芯散熱結構及電機和電機散熱方法。

背景技術

電機是將電能轉化為機械能的一種裝置，廣泛應用于生活和工業生產過程中。在電機運行過程中，會產生多種損耗，這些損耗會使電機各部位的溫度升高，降低其工作效率，嚴重時甚至會損壞電機。電機轉子在電機的中心位置，相對與其他部件，轉子鐵芯內部的熱量更難散發到電機外，有著更劇烈的溫升，這也是目前電機領域有待解決的難題之一。

目前工業上廣泛采用風扇強迫空氣通過轉子表面和其內部的通風孔的方式冷卻電機轉子。但由于空氣的比熱容較低，在電機中容易發生回流、渦旋等問題，所以這種冷卻方式難以達到理想的轉子鐵芯冷卻效果。基于流體的氣液相變吸收熱量是一種非常有效的冷卻方式，中國專利CN108258852A公布了一種轉子軸內蒸發冷卻高速冷卻永磁電機，沿轉軸設置一空腔，用相變工質填充，利用工質氣液相變吸收轉子熱量，工質在轉軸中吸收熱量后變成氣態，會流向轉軸兩端進行冷凝。但是該專利僅靠轉軸的冷卻并不能直接快速地降低轉子鐵芯的溫度，而且僅在轉子軸中心填充工質，吸熱量較低、難以滿足轉子鐵芯冷卻的需求。另一方面，該專利將轉軸的熱量傳遞到轉子外部轉軸，使其溫度慢慢升高，會降低工質的冷凝效果，并且熱管兩端為錐形，換熱面積小，難以滿足工質的冷凝量和速率需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于氣液相變的電機轉子鐵芯散熱結構及電機和電機散熱方法，以解決現有技術中心電機轉子散熱效率不高的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于氣液相變的電機轉子鐵芯散熱結構，包括風扇和熱管，熱管沿電機轉子的轉子鐵芯的軸向貫穿轉子鐵芯，熱管位于轉子鐵芯兩端的部分均沿轉子鐵芯的徑向向內彎曲并形成彎曲部；熱管內部添加有相變工質；所述熱管沿所述轉子鐵芯的周向均勻分布若干個；所述風扇設置兩個，兩個風扇能夠分別套設于電機的輸出軸，兩個風扇分別與熱管兩端的彎曲部相對設置，用于為所述彎曲部散熱。

還包括用于將吸彎曲部熱量后的空氣進行冷卻的風道，風道設置于電機的機殼內，風道一端的開口設置于吸收了彎曲部熱量的空氣的上風向，另一端的開口設置于吸收了彎曲部熱量的空氣的下風向。

熱管的橫截面為矩形、圓形、橢圓形或弧底梯形。

所述風扇為在葉輪尾緣附近帶有導流罩的軸流風扇，風扇的導流罩直徑與所有熱管沿轉子鐵芯周向分布所構成的圓形直徑相等。

所述相變工質為能夠在熱管內處于氣液相平衡狀態的相變工質。

所述相變工質采用R1233zd(E)或R410a這些環境友好型制冷劑。

當相變工質采用R1233zd(E)時，熱管內部壓強為0.3MPa～1MPa；當相變工質采用R410a時，熱管內部壓強為1.6MPa～3.2Mpa；應保證相變工質在設定壓力下的沸點低于電機溫度場達到穩態之后轉子鐵芯的溫度。

一種具有上述基于氣液相變的電機轉子鐵芯散熱結構的電機。

一種上述電機的散熱方法，包括如下過程：