一种电机散热结构和具有该结构的电机及散热方法与流程

1.本发明涉及电动机技术领域，特别涉及一种电机散热结构。


背景技术：

2.电机包括有机壳、转子以及用于形成磁场驱使转子旋转的线圈，该线圈布置在定子中。此类电机在运作过程中，定子的线圈在经过较大电流后，线圈与定子的发热量也会升高，如不能及时将热量散出，则容易使得过高的温度损坏电机。
3.而目前电机采用的散热结构和方式为风冷与液冷，其中风冷只适用通过冷却电机机壳的方式实现电机的降温，并不适用对电机内部进行降温，因为风冷容易将外界的杂质裹挟到电机内部，影响电机工作。而液冷能够进入电机内，流经定子后，与定子接触，对定子进行降温，但随着科技的进步，电机驱动的载物变重，电机扭矩需求变大，导致电机的发热量越来越大，液冷的降温方式已经并不能很有效降温，电机的散热方式需要得到进一步改进。


技术实现要素：

4.本发明目的之一是解决现有技术中的散热结构不能对电机进行更有效降温的问题。
5.本发明目的之二是提供一种具有电机散热结构的电机。
6.本发明目的之三是提供一种散热方法。
7.为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：一种电机散热结构，包括机壳，所述机壳内部设置有转轴、转子、定子，所述转轴与所述机壳旋转连接，所述转子固定在所述转轴上，所述定子固定在所述机壳的内壁上，所述转子布置有永磁铁，所述定子布置有线圈，所述定子与所述转轴之间设有散热盘，所述散热盘分布在所述定子上下两端。
8.所述散热盘将转轴与所述机壳内壁之间的空间分割成液腔、外散热槽、树脂环槽和内散热槽，所述液腔连通所述外散热槽和所述内散热槽，所述树脂环槽位于所述外散热槽与所述内散热槽之间，所述树脂环槽内安装有冷却树脂，所述冷却树脂包覆向所述定子上下两端凸出的所述线圈。
9.所述定子中设置有至少二条冷却槽，所述冷却槽上端通过入液槽连通上方的所述外散热槽和所述内散热槽，所述冷却槽下端通过出液槽连通下方的所述外散热槽和所述内散热槽。
10.所述机壳内底部的所述液腔侧开设有排液口。
11.在上述技术方案中，本发明实施例在电机工作时，定子的线圈通电产生磁场，转子的永磁体在磁场产生感应电动势，闭环的转子产生电流，转子周围产生磁场，此时两个磁场同极产生斥力，从而驱动转子与转轴进行旋转。通电的线圈使得线圈及定子升温散发热量，包覆在线圈外表面的冷却树脂对线圈吸热降温，同时向机壳内顶部液腔通入冷却液，冷却液沿机壳内上方的散热盘滑动依次进入内散热槽与外散热槽，进入内散热槽与外散热槽的
冷却液对冷却树脂吸热降温，之后冷却液通过入液槽进入定子的冷却槽中，对定子进行吸热降温。冷却液通过出液槽从冷却槽进入到机壳内下方散热盘的内散热槽与外散热槽后，进入机壳内底部的液腔，最后从该液腔侧的排液口排出。
12.进一步地，在本发明实施例中，所述密封环槽中安装有密封环，所述密封环与所述转子和所述定子相抵，形成滑动密封。
13.进一步地，在本发明实施例中，所述冷却树脂内设有主脉络与支脉络通道，所述支脉络为所述主脉络延伸出的多条分叉通道结构，所述支脉络分布在所述线圈周围，所述主脉络的通道口与所述液腔连通，所述支脉络的通道口与所述冷却槽连通。
14.冷却树脂可选为环氧树脂或不饱和聚酯树脂。环氧树脂或不饱和聚酯树脂具有比空气的导热率(0.024～0.025w/m
·
k)明显高的导热率(1.2～1.5w/m
·
k)。采用冷却树脂作为直接接触线圈，对线圈散热方式，虽然能与液冷相结合，使得降温效果得到增强，但是由于转子与转轴旋转产生的振动，将会容易使得固化的冷却树脂碎裂，导致线圈不能得到保护，且冷却树脂也难以维持良好的吸热效果（线圈散发的部分热量通过空气传导热量）。另外，冷却树脂与液冷结合的方式获得的降温效果并不是最理想状态，还需进一步改进。
15.为此，将树脂环槽与液腔连通，使得冷却液从液腔进入冷却树脂开设的主脉络中，流经主脉络的冷却液流入多个分叉的支脉络，再从支脉络流入到冷却槽汇合。从冷却树脂的多方位对冷却树脂进行冷却，加强冷却树脂对线圈的吸热降温效果。并且，在冷却树脂受到振动时，主脉络与支脉络通道以及流入主脉络与支脉络通道的冷却液也能降低振动对冷却树脂的影响，使得冷却树脂不易破裂，影响对线圈的吸热降温效果。
16.更进一步地，在本发明实施例中，所述主脉络的通道大小大于所述支脉络，所述主脉络与所述支脉络的通道结构为曲折状。通过曲折状的通道结构扩大接触的面积与位置，有利于冷却树脂对线圈吸热降温。
17.进一步地，在本发明实施例中，所述机壳上连接有上轴承座，所述上轴承座内具有存液室，所述存液室下安装有第一轴承，所述转轴的头段穿过所述机壳和所述第一轴承及所述存液室，所述机壳与所述转轴的头段之间留有缝隙，所述存液室侧开设有进液口。
18.更进一步地，在本发明实施例中，所述机壳下连接有下轴承座，所述下轴承座中安装有第二轴承，所述转轴的尾段穿过所述第二轴承，所述第二轴承与所述下轴承座之间设有密封圈。
19.转轴与转子高速旋转时，上轴承座的第一轴承与下轴承座的第二轴承会产生大量的热，为降低电机的热量。通过进液口向存液室通入冷却液，通过冷却液对第一轴承降温，之后冷却液沿机壳与转轴的头段之间缝隙落入到机壳内顶部的液腔中，冷却液经过散热盘后进入机壳内底部的液腔中，对第二轴承进行冷却，其中，第二轴承下的密封圈阻止冷却液漏出，冷却液从排液口排出。
20.更进一步地，在本发明实施例中，所述转轴的头段下具有锥形段，所述锥形段用于甩动从所述机壳与所述转轴头段之间缝隙落下的冷却液。通过对锥形段对冷却液的甩动有利于冷却快速进入散热盘以及有利于冷却液更多的与机壳内壁接触，降低电机热量。
21.进一步地，在本发明实施例中，所述机壳内底部与所述散热盘之间设有支撑盘或者上磁铁单元与下磁铁单元。
22.其中所述支撑盘中设有圆形阵列的滚柱，所述滚柱上接触有旋转环，所述支撑盘
下设有多个供冷却液通过的过液口。
23.其中所述上磁铁单元安装在所述散热盘下，所述下磁铁单元安装在所述机壳内底部。
24.转轴与机壳内底部之间通常要设置一支撑结构，但转轴的高速旋转将会与支撑结构摩擦产生大量的热，因此支撑结构也要得到进一步改进降低电机的热量。
25.支撑盘上的旋转环支撑散热盘或转轴，支撑盘底部支撑机壳内底部，形成一支撑结构，通过这种结构，能够避免转轴旋转发生较大摩擦产生大量的热。
26.上磁铁单元与下磁铁单元通过相斥的作用力促使散热盘与机壳内底部之间产生空隙，能更好的解决转轴的旋转摩擦，从而产生大量的热，使电机温度升高。
27.本发明的有益效果是：本发明通过在散热盘上填充入高导热的冷却树脂，使得冷却树脂包覆外露的线圈（防止线圈通电漏电），以直接接触的方式对线圈进行吸热降温，在此基础上，又在散热盘上开设内散热槽与外散热槽，使得冷却树脂位于内散热槽与外散热槽之间，继而在冷却液流经内散热槽与外散热槽时，对冷却树脂降温，进而加强冷却树脂对线圈的吸热降温效果，之后冷却液流经定子的冷却槽后，对定子进行吸热降温。实现液冷与冷却树脂双重降温，增强降温效果，有效对电机降温。
28.为达到上述目的之二，本发明采用以下技术方案：一种电机，所述电机具有上述发明目的之一中所述的电机散热结构。所述机壳内底部侧的排液口与所述上轴承座的进液口之间连通有液压泵、过滤器、热交换器、油箱。使得冷却液从排液口排出后，经液压泵运输至过滤器与热交换器处理后流入油箱，再从油箱进入到进液口重新使用，实现循环冷却。
29.为达到上述目的之三，本发明采用以下技术方案：一种散热方法，应用于上述发明目的之一中所述的电机散热结构，所述散热方法包括以下步骤：电机工作时，定子的线圈通电产生磁场，转子的永磁体在磁场产生感应电动势，闭环的转子产生电流，转子周围产生磁场，此时两个磁场同极产生斥力，从而驱动转子与转轴进行旋转。
30.通电的线圈使得线圈及定子升温散发热量，包覆在线圈外表面的冷却树脂对线圈吸热降温，同时向机壳内顶部液腔通入冷却液，冷却液沿机壳内上方的散热盘滑动依次进入内散热槽与外散热槽，进入内散热槽与外散热槽的冷却液对冷却树脂吸热降温，之后冷却液通过入液槽进入定子的冷却槽中，对定子进行吸热降温。冷却液通过出液槽从冷却槽进入到机壳内下方散热盘的内散热槽与外散热槽后，进入机壳内底部的液腔，最后从该液腔侧的排液口排出。
31.进一步地，在本发明实施例中，将树脂环槽与液腔连通，使得冷却液从液腔进入冷却树脂开设的主脉络中，流经主脉络的冷却液流入多个分叉的支脉络，再从支脉络流入到冷却槽汇合。从冷却树脂的多方位对冷却树脂进行冷却，加强冷却树脂对线圈的吸热降温效果。并且，在冷却树脂受到振动时，主脉络与支脉络通道以及流入主脉络与支脉络通道的冷却液也能降低振动对冷却树脂的影响，使得冷却树脂不易破裂，影响对线圈的吸热降温效果。
附图说明
32.图1为本发明实施例电机散热结构的结构示意图。
33.图2为本发明实施例散热盘的立体结构示意图。
34.图3为图1的a局部放大图。
35.图4为图1的b局部放大图。
36.图5为本发明实施例支撑盘的立体结构示意图。
37.图6为本发明实施例另一电机散热结构的结构示意图。
38.附图中。10、机壳11、液腔12、排液口20、转轴21、头段22、尾段23、锥形段
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30、转子
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40、定子41、线圈42、冷却槽43、入液槽44、出液槽 50、散热盘51、外散热槽52、树脂环槽53、内散热槽54、冷却树脂541、主脉络542、支脉络55、密封环槽56、密封环60、上轴承座61、存液室62、进液口63、第一轴承
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70、下轴承座71、第二轴承72、密封圈80、支撑盘81、滚柱82、旋转环83、过液口
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91、上磁铁单元92、下磁铁单元 具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是。对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知散热方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。
43.实施例一：一种电机散热结构，如图1所示，包括机壳10，机壳10内部设置有转轴20、转子30、定子40，转轴20与机壳10旋转连接，转子30固定在转轴20上，定子40固定在机壳10的内壁上，转子30布置有永磁铁，定子40布置有线圈41，定子40与转轴20之间设有散热盘50，散热盘50分布在定子40上下两端。
44.如图1-4所示，散热盘50将转轴20与机壳10内壁之间的空间分割成液腔11、外散热槽51、树脂环槽52和内散热槽53，液腔11连通外散热槽51和内散热槽53，树脂环槽52位于外散热槽51与内散热槽53之间，树脂环槽52内安装有冷却树脂54，冷却树脂54包覆向定子40上下两端凸出的线圈41。
45.定子40中设置有至少二条冷却槽42，冷却槽42上端通过入液槽43连通上方的外散热槽51和内散热槽53，冷却槽42下端通过出液槽44连通下方的外散热槽51和内散热槽53。
46.机壳10内底部的液腔11侧开设有排液口12。
47.实施步骤：电机工作时，定子40的线圈41通电产生磁场，转子30的永磁体在磁场产生感应电动势，闭环的转子30产生电流，转子30周围产生磁场，此时两个磁场同极产生斥力，从而驱动转子30与转轴20进行旋转。通电的线圈41使得线圈41及定子40升温散发热量，包覆在线圈41外表面的冷却树脂54对线圈41吸热降温，同时向机壳10内顶部液腔11通入冷却液，冷却液沿机壳10内上方的散热盘50滑动依次进入内散热槽53与外散热槽51，进入内散热槽53与外散热槽51的冷却液对冷却树脂54吸热降温，之后冷却液通过入液槽43进入定子40的冷却槽42中，对定子40进行吸热降温。冷却液通过出液槽44从冷却槽42进入到机壳10内下方散热盘50的内散热槽53与外散热槽51后，进入机壳10内底部的液腔11，最后从该液腔11侧的排液口12排出。
48.本发明通过在散热盘50上填充入高导热的冷却树脂54，使得冷却树脂54包覆外露的线圈41（防止线圈41通电漏电），以直接接触的方式对线圈41进行吸热降温，在此基础上，又在散热盘50上开设内散热槽53与外散热槽51，使得冷却树脂54位于内散热槽53与外散热槽51之间，继而在冷却液流经内散热槽53与外散热槽51时，对冷却树脂54降温，进而加强冷却树脂54对线圈41的吸热降温效果，之后冷却液流经定子40的冷却槽42后，对定子40进行吸热降温。实现液冷与冷却树脂54双重降温，增强降温效果，有效对电机降温。
49.参考下述表1，以三相步进电机（110hcy137al3s）作为试验对象，三相步进电机以500转的转速进行工作，在25℃的环境下，针对电机的外壳进行温度测试：
明显的，液冷与冷却树脂54的双重降温，具有增强降温效果，能够有效对电机降温。
50.如图1、2所示，密封环56槽55中安装有密封环56，密封环56与转子30和定子40相抵，形成滑动密封。
51.如图3、4所示，冷却树脂54内设有主脉络541与支脉络542通道，支脉络542为主脉络541延伸出的多条分叉通道结构，支脉络542分布在线圈41周围，主脉络541的通道口与液腔11连通，支脉络542的通道口与冷却槽42连通。
52.冷却树脂54可选为环氧树脂或不饱和聚酯树脂。环氧树脂或不饱和聚酯树脂具有比空气的导热率(0.024～0.025w/m
·
k)明显高的导热率(1.2～1.5w/m
·
k)。采用冷却树脂54作为直接接触线圈41，对线圈41散热方式，虽然能与液冷相结合，使得降温效果得到增强，但是由于转子30与转轴20旋转产生的振动，将会容易使得固化的冷却树脂54碎裂，导致线圈41不能得到保护，且冷却树脂54也难以维持良好的吸热效果（线圈41散发的部分热量通过空气传导热量）。另外，冷却树脂54与液冷结合的方式获得的降温效果并不是最理想状态，还需进一步改进。
53.为此，将树脂环槽52与液腔11连通，使得冷却液从液腔11进入冷却树脂54开设的主脉络541中，流经主脉络541的冷却液流入多个分叉的支脉络542，再从支脉络542流入到冷却槽42汇合。从冷却树脂54的多方位对冷却树脂54进行冷却，加强冷却树脂54对线圈41的吸热降温效果。并且，在冷却树脂54受到振动时，主脉络541与支脉络542通道以及流入主脉络541与支脉络542通道的冷却液也能降低振动对冷却树脂54的影响，使得冷却树脂54不易破裂，影响对线圈41的吸热降温效果。
54.主脉络541的通道大小大于支脉络542，主脉络541与支脉络542的通道结构为曲折状。通过曲折状的通道结构扩大接触的面积与位置，有利于冷却树脂54对线圈41吸热降温。
55.如图1所示，机壳10上连接有上轴承座60，上轴承座60内具有存液室61，存液室61下安装有第一轴承63，转轴20的头段21穿过机壳10和第一轴承63及存液室61，机壳10与转轴20的头段21之间留有缝隙，存液室61侧开设有进液口62。
56.机壳10下连接有下轴承座70，下轴承座70中安装有第二轴承71，转轴20的尾段22穿过第二轴承71，第二轴承71与下轴承座70之间设有密封圈72。
57.转轴20与转子30高速旋转时，上轴承座60的第一轴承63与下轴承座70的第二轴承71会产生大量的热，为降低电机的热量。通过进液口62向存液室61通入冷却液，通过冷却液对第一轴承63降温，之后冷却液沿机壳10与转轴20的头段21之间缝隙落入到机壳10内顶部的液腔11中，冷却液经过散热盘50后进入机壳10内底部的液腔11中，对第二轴承71进行冷却，其中，第二轴承71下的密封圈72阻止冷却液漏出，冷却液从排液口12排出。
58.如图1所示，转轴20的头段21下具有锥形段23，锥形段23用于甩动从机壳10与转轴20头段21之间缝隙落下的冷却液。通过对锥形段23对冷却液的甩动有利于冷却快速进入散热盘50以及有利于冷却液更多的与机壳10内壁接触，降低电机热量。
59.如图1、5所示，机壳10内底部与散热盘50之间设有支撑盘80，支撑盘80中设有圆形阵列的滚柱81，滚柱81上接触有旋转环82，支撑盘80下设有多个供冷却液通过的过液口83。
60.转轴20与机壳10内底部之间通常要设置一支撑结构，但转轴20的高速旋转将会与支撑结构摩擦产生大量的热，因此支撑结构也要得到进一步改进降低电机的热量。
61.支撑盘80上的旋转环82支撑散热盘50或转轴20，支撑盘80底部支撑机壳10内底部，形成一支撑结构，通过这种结构，能够避免转轴20旋转发生较大摩擦产生大量的热。
62.实施例二：一种电机散热结构，如图6所示，包括机壳10，机壳10内部设置有转轴20、转子30、定子40，转轴20与机壳10旋转连接，转子30固定在转轴20上，定子40固定在机壳10的内壁上，转子30布置有永磁铁，定子40布置有线圈41，定子40与转轴20之间设有散热盘50，散热盘50分布在定子40上下两端。
63.机壳10内底部与散热盘50之间设有上磁铁单元91与下磁铁单元92，上磁铁单元91安装在散热盘50下，下磁铁单元92安装在机壳10内底部。
64.转轴20与机壳10内底部之间通常要设置一支撑结构，但转轴20的高速旋转将会与支撑结构摩擦产生大量的热，因此支撑结构也要得到进一步改进降低电机的热量。
65.上磁铁单元91与下磁铁单元92通过相斥的作用力促使散热盘50与机壳10内底部之间产生空隙，能更好的解决转轴20的旋转摩擦，从而产生大量的热，使电机温度升高。
66.本实施例电机散热结构的其余技术特征及其技术效果与实施例一相同。
67.实施例三：一种电机，电机具有实施例一或二中的电机散热结构。机壳10内底部侧的排液口12与上轴承座60的进液口62之间连通有液压泵、过滤器、热交换器、油箱。使得冷却液从排液口12排出后，经液压泵运输至过滤器与热交换器处理后流入油箱，再从油箱进入到进液口62重新使用，实现循环冷却。
68.实施例四：一种散热方法，应用于实施例一或二中的电机散热结构，散热方法包括以下步骤：电机工作时，定子40的线圈41通电产生磁场，转子30的永磁体在磁场产生感应电动势，闭环的转子30产生电流，转子30周围产生磁场，此时两个磁场同极产生斥力，从而驱动转子30与转轴20进行旋转。
69.通电的线圈41使得线圈41及定子40升温散发热量，包覆在线圈41外表面的冷却树脂54对线圈41吸热降温，同时向机壳10内顶部液腔11通入冷却液，冷却液沿机壳10内上方的散热盘50滑动依次进入内散热槽53与外散热槽51，进入内散热槽53与外散热槽51的冷却液对冷却树脂54吸热降温，之后冷却液通过入液槽43进入定子40的冷却槽42中，对定子40进行吸热降温。冷却液通过出液槽44从冷却槽42进入到机壳10内下方散热盘50的内散热槽53与外散热槽51后，进入机壳10内底部的液腔11，最后从该液腔11侧的排液口12排出。
70.将树脂环槽52与液腔11连通，使得冷却液从液腔11进入冷却树脂54开设的主脉络541中，流经主脉络541的冷却液流入多个分叉的支脉络542，再从支脉络542流入到冷却槽
42汇合。从冷却树脂54的多方位对冷却树脂54进行冷却，加强冷却树脂54对线圈41的吸热降温效果。并且，在冷却树脂54受到振动时，主脉络541与支脉络542通道以及流入主脉络541与支脉络542通道的冷却液也能降低振动对冷却树脂54的影响，使得冷却树脂54不易破裂，影响对线圈41的吸热降温效果。
71.尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。