CN109309430A - 一种转轴中心水冷的电机冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转轴中心水冷的电机冷却结构，包括外盖、中心水管、出水水嘴、轴小盖、轴承、端盖、内盖、高压旋转唇形密封、密封垫、空心转轴、转子、定子、机壳。轴小盖通过螺栓安装在空心转轴端部。外盖通过螺栓与位于端盖内侧的内盖被固定在端盖上。高压旋转唇形密封位于轴小盖与外盖之间。中心水管作为进水口安装在外盖中心孔内。出水水嘴安装在外盖上的出水螺孔处。外盖内设流道，做冷却水回流用。通过中心水管将冷却水通入空心转轴内部，冷却水通过空心转轴内部最后由外盖上面的出水口流出，形成完整的循环水路。空心转轴的外部与轴承及转子相接触连接。本发明适用于各种电机及中心散热困难的旋转机械设备。

Description

一种转轴中心水冷的电机冷却结构

技术领域

本发明涉及一种转轴中心水冷的电机冷却结构，属于电机冷却技术。

背景技术

目前电机的冷却方式主要由以下几种：自然冷却、强迫风冷、液冷。因为电机产生热量的主要部位是定子绕组，所以当前电机冷却的部位大都是定子绕组，很少有专门对转子及轴承做冷却的。对于转子发热较高的电机或者高速电机，对转子及轴承的冷却就非常重要了。高温情况下，永磁电机的永磁体会退磁、轴承润滑脂失效等都会发生。

目前市场上有少部分电机在端盖内部设有循环水路，通过冷却水的循环带走轴承的热量。但是定子绕组产生的热量会通过气隙传递到转子部分的，转子上的热量也会通过转轴传递给轴承的，并且轴承的内圈温度高于外圈温度，传统的冷却方式只能冷却轴承外圈。对永磁电机来说，特别是对功率密度比较高的电机，散热条件如若不好，会直接影响电机的使用寿命和额定功率，严重的还会造成永磁体退磁，电机烧损。对高速电机来说，运转速度高，轴承发热量比较大，散热条件如若不好，将导致轴承润滑脂失效，电机烧损。

中国专利CN204967537U公开一种轴水冷却结构。本实用新型涉及电动机制造领域，公开一种轴水冷却结构，半轴一与半轴二通过连接销连接；所述半轴二内设置中心孔，所述中心孔内设置水平导流管，水平导流管的两端通过支撑套、过渡套固定在所述中心孔内；过渡套还设置防水轴承，内管的一端固定在所述防水轴承上，另外一端连通水箱壳体上的进水口；内管与水平导流管连通；水平导流管远离内管的一端设置出水孔；支撑套的端面设置均布小孔；自所述出水孔流出的冷却水经支撑套、内管与中心孔间隙流入水箱壳体，最后由水箱壳体出水口流出；所述孔用挡圈设置在防水轴承靠近进水口端。本实用新型结构比较复杂，轴由两个半轴用销钉连接起来的，水平导流管会随着轴一起旋转，并且对于轴水冷的关键问题旋转动密封问题没有给出相应的方案。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有电机的转子及轴承散热慢的缺点，并解决了旋转动密封问题，提供一种高效的转轴中心水冷的电机冷却结构，可以大大提高电机转子及轴承的散热条件，提高电机转矩密度和功率密度，且结构简单。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的转轴中心水冷的电机冷却结构包括：包括：外盖(1)、中心水管(2)、出水水嘴(3)、轴小盖(4)、轴承(5)、端盖(6)、内盖(7)、高压旋转唇形密封(8)、密封垫(9)、空心转轴(10)、转子(11)、定子(12)和机壳(13)；轴小盖(4)加装密封垫(9)后通过螺栓安装在空心转轴(10)端部；外盖(1)通过螺栓与位于端盖(6)内侧的内盖(7)被固定在端盖(6)上；轴承(5)套在空心转轴(10)上，位于端盖(6)的轴承室内；高压旋转唇形密封(8)安装于轴小盖(4)与外盖(1)之间的空腔；中心水管(2)一端带有细牙螺纹，作为进水口安装在外盖(1)的中心孔内；出水水嘴(3)安装在外盖(1)上的出水螺孔处；通过中心水管(2)将冷却水通入空心转轴(10)内部，冷却水通过空心转轴(10)内部最后由外盖(1)上面的出水口流出，通过中心水管(2)、空心转轴(10)、外盖(1)三部分的内设流道连接形成完整的冷却循环水路；空心转轴(10)的外圆与轴承(5)及转子(11)相接触连接；所述轴小盖(4)有3组凹槽，轴小盖(4)与外盖(1)配合后会形成3组迷宫密封及高压旋转唇形密封(8)的安装室；3组迷宫密封及唇形密封有效的防止了冷却水的泄露；所述外盖(1)内设流道，作为冷却循环水的回流通道。

所述外盖(1)内设流道，作为冷却循环水的回流通道,并且在安装高压旋转唇形密封(8)的部位B做淬火或者渗碳处理，增强了该部分表面的硬度，提高了耐磨性，保证了高压旋转唇形密封(8)长期有效的工作。

所述空心转轴(10)的内孔做了防锈处理，保证了用水做冷却液时转轴内孔不生锈，避免了常规产品生锈所导致的水路堵塞现象。

所述外盖(1)与轴小盖(4)形成的迷宫密封具有0.5mm至0.75mm的径向间隙。

所述外盖(1)与轴小盖(4)形成的迷宫密封须在装配前填充高温润滑脂，润滑脂耐温达+200℃。

所述高压旋转唇形密封(8)安装前先在安装空腔填充三分之二的高温润滑脂。

所述高压旋转唇形密封(8)唇口部分材料为PTFE复合材料，具有高耐磨性，骨架材料为304不锈钢，具有良好的耐腐蚀性，允许最高转速可大40m/s线速度，工作压力真空可达3MPa。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明转轴中心水冷的电机冷却结构可以将转子及轴承产生的热量由冷却循环水直接带走，迷宫密封及唇形密封有效的防止了冷却水的泄露。该结构简单，成本低。空心的转轴使得电机更加趋向于轻量化，也就提高了材料的利用率及电机的功率密度。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的轴小盖的结构示意图；

图3为本发明实施例的中心水管的结构示意图；

图4为本发明实施例的外盖的结构示意图；

图5为本发明实施例的局部放大示意图及水路循环示意；

图中，1外盖，2中心水管，3出水水嘴，4轴小盖，5轴承，6端盖，7内盖，8高压旋转唇形密封，9密封垫，10空心转轴，11转子，12定子，13机壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明转轴中心水冷的电机冷却结构包括外盖1、中心水管2、出水水嘴3、轴小盖4、轴承5、端盖6、内盖7、高压旋转唇形密封8、密封垫9、空心转轴10、转子11；轴小盖4加装密封垫9后通过螺栓安装在空心转轴10的端部；中心水管2作为进水口安装在外盖1的中心孔内；出水水嘴3安装在外盖1上的出水螺孔处；外盖1位于电机尾端，与端盖6相连接；外盖1通过螺栓与位于端盖6内侧的内盖7被固定在端盖6上。轴承5套在空心转轴10上，位于端盖6的轴承室内。高压旋转唇形密封8安装于轴小盖4与外盖1配合之后形成的空腔；空心转轴10的外圆与轴承5的内圈及转子11的内圆相接触连接；定子12固定在机壳13的内圆。通过中心水管2将冷却水通入空心转轴10内部，冷却水通过空心转轴10内部最后由外盖1上面的出水水嘴3流出，形成完整的循环水路。

外盖1内设流道，主要功能是作为冷却循环水的回流通道，并且对轴承5起着轴向压紧固定作用。

轴小盖4上面分布有3组凹槽，A端穿入空心转轴10，在空心转轴10与轴小盖4之间装有密封垫，通过螺栓紧固在一起。

中心水管2一端带有细牙螺纹，直接安装在外盖1的中心孔处。

冷却循环水路由中心水管2、空心转轴10、外盖1三部分组成。

轴小盖4与外盖1配合后会形成3组迷宫密封及高压旋转唇形密封8的安装室。所述外盖1与轴小盖4形成的迷宫密封须在装配前填充高温润滑脂，高压旋转唇形密封8安装前先在安装空腔填充三分之二的高温润滑脂。润滑脂的填充提高了迷宫密封的密封性能，保证了冷却水的正常循环。

中心水管2作为进水口安装在外盖1的中心孔内，外盖1通过螺栓与位于端盖6内侧的内盖7被固定在端盖6上。中心水管2不会随着转轴的旋转而旋转，两者是相互独立的，没有直接的连接关系。

转子11的内壁及轴承6的内圈与空心转轴10的外圆壁接触。电机运行过程中产生的热量从转子11的内壁及轴承6的内圈传递给空心转轴10，再通过空心转轴10内部冷却流道的冷却液快速将热量带走，极大地提高了电机的散热能力，降低了电机温升，保证了电机的长时稳定运行。

某工厂生产的一种HT-100型号封闭电机，为壳体水冷，转轴实心，前、后端盖都无循环水道。做型式试验，环境温度25℃，定子绕组温升为122K。前端盖轴承温升为77K，后端盖轴承温升为75K。做完型式试验后分解电机，发现转子外圆面贴的测温纸显示最高温度为150℃，温升125K。使用本发明改制后的空心转轴与该电机的其他部件进行重新组装电机。在新组装的电机转子外圆面贴上测温纸，并在前端盖、后端盖及定子绕组埋设PT100温度传感器。对新组装的电机进行型式试验并记录数据。定子绕组温升为113K。前端盖轴承温升为51K，后端盖轴承温升为49K。试验结束后分解电机，电机转子外圆面上的测温纸显示最高温度为120℃，温升95K。整个试验过程冷却水无泄漏，密封效果良好。表1为原电机与应用本发明的电机型式试验后各部位温升数据。

表1：

A-原电机B-应用本发明的电机

从实验数据可看出，轴水冷对电机各部位温升影响比较大，特别是对转子及轴承的温升有着明显的降低。

Claims (7)

1.一种转轴中心水冷的电机冷却结构，其特征在于：包括外盖(1)、中心水管(2)、出水水嘴(3)、轴小盖(4)、轴承(5)、端盖(6)、内盖(7)、高压旋转唇形密封(8)、密封垫(9)、空心转轴(10)、转子(11)、定子(12)和机壳(13)；轴小盖(4)加装密封垫(9)后通过螺栓安装在空心转轴(10)端部；外盖(1)通过螺栓与位于端盖(6)内侧的内盖(7)被固定在端盖(6)上；轴承(5)套在空心转轴(10)上，位于端盖(6)的轴承室内；高压旋转唇形密封(8)安装于轴小盖(4)与外盖(1)之间的空腔；中心水管(2)一端带有细牙螺纹，作为进水口安装在外盖(1)的中心孔内；出水水嘴(3)安装在外盖(1)上的出水螺孔处；通过中心水管(2)将冷却水通入空心转轴(10)内部，冷却水通过空心转轴(10)内部最后由外盖(1)上面的出水口流出，通过中心水管(2)、空心转轴(10)、外盖(1)三部分的内设流道连接形成完整的冷却循环水路；空心转轴(10)的外圆与轴承(5)及转子(11)相接触连接；所述轴小盖(4)有3组凹槽，轴小盖(4)与外盖(1)配合后会形成3组迷宫密封及高压旋转唇形密封(8)的安装室；3组迷宫密封及唇形密封有效的防止了冷却水的泄露；所述外盖(1)内设流道，作为冷却循环水的回流通道。

2.根据权利要求1所述的一种转轴中心水冷的电机冷却结构，其特征在于：外盖(1)内设流道，作为冷却循环水的回流通道，并且在安装高压旋转唇形密封(8)的部位B做淬火或者渗碳处理，增强了该部分表面的硬度，提高了耐磨性，保证了高压旋转唇形密封(8)长期有效的工作。

3.根据权利要求1所述的一种转轴中心水冷的电机冷却结构，其特征在于：所述空心转轴(10)的内孔做了防锈处理，保证了用水做冷却液时转轴内孔不生锈，避免了常规产品生锈所导致的水路堵塞现象。

4.根据权利要求1所述的一种转轴中心水冷的电机冷却结构，其特征在于：所述外盖(1)与轴小盖(4)形成的迷宫密封具有0.5mm至0.75mm的径向间隙。

5.根据权利要求1所述的一种转轴中心水冷的电机冷却结构，其特征在于：所述外盖(1)与轴小盖(4)形成的迷宫密封须在装配前填充高温润滑脂，润滑脂耐温达+200℃。

6.根据权利要求1所述的一种转轴中心水冷的电机冷却结构，其特征在于：所述高压旋转唇形密封(8)安装前先在安装空腔填充三分之二的高温润滑脂。

7.根据权利要求1所述的一种转轴中心水冷的电机冷却结构，其特征在于：所述高压旋转唇形密封(8)唇口部分材料为PTFE复合材料，具有高耐磨性，骨架材料为304不锈钢，具有良好的耐腐蚀性，允许最高转速可大40m/s线速度，工作压力真空可达3MPa。