一种电机冷却壳体和冷却电机的制作方法

本发明属于电机冷却技术领域，具体涉及一种电机冷却壳体和冷却电机。

背景技术：

目前电机的冷却方式主要有自然冷却、风冷、油冷、水冷等，通过流体带走电机的热量。

对于风冷、水冷等强迫冷却情况，由于空气和水的粘度很低，一般情况下流体的雷诺数很大，流动处于湍流，对流传热效果较好（水冷的对强迫流传热系数一般为1000~15000(w/m²/k)）。

对于使用冷却油等高粘度冷却液的情况，由于大部分情况下雷诺数很低，流动属于层流，对流传热效果较弱（油冷的对强迫流传热系数一般为100~500(w/m²/k)）。

增强冷却效果的方式主要有：增大冷却液的流量、增大换热面的面积和增强壁面对流换热等方式。前两种方式比较常用，但增大冷却液的流量，会增大电机壳体流道的压损，增大水力系统压力，增加了泄露风险，增大风机/泵的功率，提高了成本。增大换热面，需要增大流道数量或面积，会增大电机冷却壳体的体积，增加加工等成本，增大冷却液的压损等。

对流换热的强弱取决于壁面流体的湍流，其大小使用对流换热系数反映。当壁面的湍流增强时，可以加快流动的混合，减弱流体边界层，有效的提高壁面的对流换热系数。但是实现方式目前不多，只有增加流量和增加扰流肋片等扰流件的被动提高湍流方式。但是，这些方式都是均匀增大整个流道的湍流，对压损的影响很大。同时，肋片的数量少，则增加湍流的作用不足；肋片的数量多，则会扰乱主流，大幅增大压损，提高冷却系统压力，同时增加冷却壳体的生产难度和成本。特别是对于冷却油等高粘度冷却液，由于粘度很高，使用以上方式增大湍流提高对流换热系数的效果更弱。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种电机冷却壳体和冷却电机，本电机冷却壳体和冷却电机使用主动振动元件或主动振动元件连接的振动片来减弱电机换热面冷却液的边界层，增大换热面的对流换热系数，对冷却流道的主流影响较小；同时可以在不增加电机的冷却液流量、不改变电机冷却壳体、不影响电机压损等情况下，降低电机壁面与冷却液的对流换热热阻，增强电机冷却性能、降低电机温升。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种电机冷却壳体，包括壳体，所述壳体内部设有多条冷却流道和主动振动元件，多条冷却流道沿壳体的圆周方向设置，所述壳体上设有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却液进口与一条或多条冷却流道连通，所述冷却液出口与一条或多条冷却流道连通，所述主动振动元件用于通过振动来驱动冷却流道内的冷却液，所述主动振动元件连接有电源线且该电源线从壳体壁向外引出，所述电源线从壳体壁向外引出的位置密封设置。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述壳体壁上设有引出孔，所述主动振动元件连接的电源线穿过壳体壁的引出孔且所述电源线与引出孔之间通过电缆防水接头密封连接，所述电源线采用防水线缆。

作为本发明进一步改进的技术方案，相邻的两个冷却流道之间形成肋片且每个所述冷却流道内部连接有一个或多个主动振动元件，所述主动振动元件的截面积小于所述冷却流道的截面积。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述主动振动元件连接有振动片，所述振动片贴近冷却流道内壁且与冷却流道内壁之间设有空隙。

作为本发明进一步改进的技术方案，每个所述主动振动元件的前侧设有保护板，所述保护板连接在所述冷却流道内，所述保护板的截面高度小于所述冷却流道的截面高度。

作为本发明进一步改进的技术方案，相邻的两个冷却流道之间形成肋片且每个肋片上均开设有一个或多个开口，每个所述开口内均连接有主动振动元件，所述主动振动元件连接有振动片且振动片伸入所述冷却流道内，所述振动片贴近所述冷却流道内壁且与冷却流道内壁之间设有空隙。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述振动片的前侧设有保护板，所述保护板连接在所述冷却流道内，所述保护板的截面高度小于所述冷却流道的截面高度。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述振动片为表面平滑的薄片结构或者表面有波纹的薄片结构，所述振动片的表面开设有孔或无孔。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述主动振动元件采用压电式振动元件或电磁式振动元件。

为实现上述技术目的，本发明采取的另一个技术方案为：

一种冷却电机，包括定子组件、转子组件以及电机冷却壳体，所述电机冷却壳体的内侧安装有定子组件，所述定子组件的内侧布置有转子组件。

本发明的有益效果为：

（1）本发明在冷却流道壁面附近安装主动振动元件，通过主动振动元件的振动将换热面的冷却液加速，增大冷却流体湍流，主动减弱或破坏换热面上冷却流体的边界层，从而增大对流换热系数。

（2）本发明的主动振动元件的截面积小于冷却流道的截面积，不会堵塞冷却流道。

（3）本发明的主动振动元件还可以安装在肋片的预留开口内，避开主流区域，不影响主流。

（4）本发明可以在不增加电机冷却流体流量、不改变电机冷却壳体、不影响电机压损等情况下，降低电机壁面与冷却液的对流换热热阻，增强电机冷却性能、降低电机温升。本发明适用于冷却油等高粘度冷却液。

（5）本发明的主动振动元件可以通过连接振动片来驱动流体，本发明在主动振动元件或振动片的前方设置保护板，用来降低主流对主动振动元件或振动片的冲击，保护主动振动元件或振动片的安全。

附图说明

图1为实施例1的冷却电机的结构示意图。

图2为实施例1的电机冷却壳体的冷却流道结构示意图。

图3为实施例1的电机冷却壳体的冷却流道局部结构示意图。

图4为实施例1的主动振动元件的结构示意图。

图5为实施例1的振动片的一种结构示意图。

图6为实施例1的振动片的另一种结构示意图。

图7为实施例2的电机冷却壳体的冷却流道结构示意图。

图8为实施例2的电机冷却壳体的主动振动元件的布置结构示意图。

图9为实施例2的主动振动元件与一种振动片连接结构示意图。

图10为实施例2的主动振动元件与另一种振动片连接结构示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图10对本发明的具体实施方式作出进一步说明：

实施例1：参见图1，本实施例提供一种冷却电机，包括定子组件2、转子组件1以及电机冷却壳体，所述电机冷却壳体的内侧安装有定子组件2，所述定子组件2的内侧布置有转子组件1。本实施例的电机冷却壳体包括壳体3，壳体3内部设有多条冷却流道4和主动振动元件5，通过主动振动元件5加强流道的对流换热，增强冷却效果。

参见图2，本实施例的电机冷却壳体的具体结构如下：包括壳体3，所述壳体3内部设有多条冷却流道4和主动振动元件5，多条冷却流道4沿壳体的圆周方向设置，所述壳体3上设有用于流入冷却液的冷却液进口和用于流出冷却液的冷却液出口，所述冷却液进口与一条或多条冷却流道4连通，所述冷却液出口与一条或多条冷却流道4连通，相邻的两个冷却流道4之间形成肋片7，肋片7的端部设有拐弯导通槽，拐弯导通槽即为汇流区，拐弯导通槽连通两条或多条冷却流道4，拐弯导通槽与冷却流道4构成往复弯折的冷却通道，冷却液出口和冷却液进口分别与冷却通道4的两端连通。每个所述冷却流道4内部连接有一个或多个主动振动元件5，以保证有效的减弱流体边界层。本实施例的冷却流道4与主动振动元件5的固定连接方式采用现有技术，具体方式不限定，只需保证主动振动元件5贴近冷却流道4内壁（即壳体3壁面）即可。所述主动振动元件5的截面积小于所述冷却流道4的截面积（即主动振动元件5的体积会比较小，不会堵塞冷却流道4）。主动振动元件5用于通过振动来驱动冷却流道4内的冷却液，增强冷却效果。主动振动元件5连接有电源线且该电源线从壳体3壁向外引出，所述电源线从壳体3壁向外引出的位置密封设置。本实施例通过冷却流道4内流动的冷却液来冷却电机，通过主动振动元件5加强冷却流道4换热面的对流换热，增强冷却效果。

本实施例中，所述壳体3壁上设有引出孔，所述主动振动元件5连接的电源线穿过壳体3壁的引出孔且所述电源线与引出孔之间通过电缆防水接头密封连接，所述电源线采用防水线缆。当然本实施例的电源线从壳体3壁向外引出的位置的密封设置方式不仅仅是电缆防水接头，也可以通过现有的其他方式进行密封。如果本实施例的每个冷却流道4内的主动振动元件5为多个，可以将位于同一个冷却流道4内的所有主动振动元件5的电源线相互串联，再将每个冷却流道4内串联后的电源线相互并联并通过一个引出孔穿出。

本实施例中，主动振动元件5如图4所示，本实施例可以通过主动振动元件5的振动来驱动冷却流道4内的冷却液，也可以通过连接的振动片6（如图5、图6）的振动来驱动流体。参见图3，所述主动振动元件5还连接有振动片6，振动片6用于在主动振动元件5的作用下进行振动，所述振动片6贴近冷却流道4内壁且与冷却流道4内壁之间设有空隙。本实施例的振动片6运行时的振幅可调，不会破坏壳体3材料。

本实施例中，参见图5至图6，所述振动片6可以是表面平滑的薄片结构或者表面有波纹的薄片结构，所述振动片6可以是表面开有孔8的薄片结构或表面无孔的整块平板结构。有孔8的振动片6与主动振动元件5连接示意图如图6所示，无孔的振动片6与主动振动元件5连接示意图如图5所示。主动振动元件5可以在一侧连接振动片6，也可以两侧均连接振动片6。

本实施例中的主动振动元件5采用具有主动振动功能的元件，例如压电式振动元件或电磁式振动元件（振动器），本实施例的振动片6也可以使用振动膜片代替，振动方向有多种：与壁面垂直方向、平行壁面且与主流平行方向、平行壁面且与主流垂直方向和其他振动方向。本实施例的主动振动元件5的尺寸根据安装位置决定，且不能影响主流。每个主动振动元件5的长度最大可以和流道长度相同。

本实施例中，冷却流道4内的每个所述主动振动元件5的前方可以设置有保护板10（可以参考实施例2的图7和图8），用来降低主流对振动片6的冲击，保护主动振动元件5的安全，所述保护板10连接在所述冷却流道4内，所述保护板10的截面高度小于所述冷却流道4的截面高度。保护板10的高度有限，不影响主流。每个冷却流道4中保护板10的数量少于或等于主动振动元件5个数。保护板10可以是和冷却流道4的壁面为一体结构，如铸造、机械加工得到；保护板10也可以是单独的部件，安装在冷却流道4的壁面上。

本实施例在使用时，冷却液从壳体的冷却液进口流入冷却流道4，最后从冷却液出口流出，冷却液在冷却流道4内流动时，通过电源线为主动振动元件5供电，主动振动元件5工作，通过主动振动元件5的振动、主动振动元件5驱动振动片的振动来加强冷却流道4的对流换热，增强冷却效果。

实施例2：本实施例提供一种冷却电机，包括定子组件2、转子组件1以及电机冷却壳体，所述电机冷却壳体的内侧安装有定子组件2，所述定子组件2的内侧布置有转子组件1。

参见图7和图8，本实施例的电机冷却壳体，包括壳体3，所述壳体3内部设有多条冷却流道4和主动振动元件5，多条冷却流道4沿壳体的圆周方向设置，所述壳体3上设有用于流入冷却液的冷却液进口和用于流出冷却液的冷却液出口，所述冷却液进口与一条或多条冷却流道4连通，所述冷却液出口与一条或多条冷却流道4连通，相邻的两个冷却流道4之间形成肋片7，肋片7的端部设有拐弯导通槽，拐弯导通槽即为汇流区，拐弯导通槽连通两条或多条冷却流道4，拐弯导通槽与冷却流道4构成往复弯折的冷却通道，冷却液出口和冷却液进口分别与冷却通道4的两端连通。每个肋片7上均预留有一个或多个开口9，每个所述开口9内均连接有主动振动元件5，主动振动元件5安装在肋片7的预留开口9内，从而不影响主流，主动振动元件5与预留开口9的固定连接方式采用现有技术，具体方式不限定。所述主动振动元件5连接有振动片6且振动片6伸入所述冷却流道4内，振动片6用于在主动振动元件5的作用下进行振动，所述振动片6贴近所述冷却流道4内壁且与冷却流道4内壁之间设有空隙，通过振动片6来驱动流体；所述主动振动元件5用于通过自身振动以及驱动振动片6的振动来驱动冷却流道4内的冷却液，所述主动振动元件5连接有电源线且该电源线从壳体3壁向外引出，所述电源线从壳体3壁向外引出的位置密封设置。

本实施例中，所述壳体3壁上设有引出孔，所述主动振动元件5连接的电源线穿过壳体3壁的引出孔且所述电源线与引出孔之间通过电缆防水接头密封连接，所述电源线采用防水线缆。当然本实施例的电源线从壳体3壁向外引出的位置的密封设置方式不仅仅是电缆防水接头，也可以通过现有的其他方式进行密封。

本实施例中，参见图9和图10，所述振动片6为表面平滑的薄片结构或者表面有波纹的薄片结构，所述振动片6为表面开有孔8的薄片结构或表面无孔的整块平板结构。本实施例的有孔8的振动片6与主动振动元件5连接示意图如图10所示，无孔的振动片6与主动振动元件5连接示意图如图9所示。

本实施例的每个冷却流道4内可以有一个或多个振动片6，以保证有效的减弱流体边界层。

本实施例中的主动振动元件5采用压电式振动元件或电磁式振动元件。本实施例的振动片6也可以使用振动膜片代替，振动片6的振动方向有多种：与壁面垂直方向、平行壁面且与主流平行方向、平行壁面且与主流垂直方向和其他振动方向。

本实施例中，参见图7或图8，冷却流道4内的振动片6的前方可以设置有保护板10，用来降低主流对振动片6的冲击，保护振动片6的安全，所述保护板10连接在所述冷却流道4内，所述保护板10的截面高度小于冷却流道4的截面高度。保护板10的高度有限，不影响主流。每个冷却流道4中保护板10的数量少于或等于振动片6个数。保护板10可以是和冷却流道4的壁面为一体结构，如铸造、机械加工得到；保护板10也可以是单独的部件，安装在冷却流道4的壁面上。

本实施例在使用时，冷却液从壳体的冷却液进口流入冷却流道4，最后从冷却液出口流出，冷却液在冷却流道4内流动时，通过电源线为主动振动元件5供电，主动振动元件5工作，通过主动振动元件5驱动振动片的振动来来加强冷却流道4的对流换热，增强冷却效果。

本发明在电机冷却壳体的换热面安装主动振动元件5，通过主动振动元件5的振动增大换热面流体的流速，提高湍流度，主动减弱或破坏流体的边界层，从而增大壁面对流换热系数，有效的增强冷却液的对流换热，降低电机温升。本发明的实施例1和实施例2的冷却液可以是油、乙二醇溶液等高粘度冷却液。冷却流道可以是周向流道，可以是螺旋、平行流道，可以是串联、并联流道。在冷却流道壁面（实施例1）或肋片（实施例2）等安装主动振动元件5，通过主动振动元件5的振动将壁面的流体驱动，从而达到减弱或破坏流体边界层，增强对流传热的目的。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。