电机的水冷方法与流程

本发明属于电机领域，尤其涉及一种电机的水冷方法。

背景技术：

电机是一种运用广泛的动力装置，它一般由外壳、定子和转子等部分构成，其中外壳的外壁上沿周向设有一组轴向散热凹槽，该外壳底部的两端分别设有一个安装支座。外壳的内壁上固设有定子，该定子与转子转动配合，且转子上的输出轴从外壳一端的过孔穿出，该外壳的另一端装有散热端盖，这个散热端盖用于保护电机内的冷却风扇。使用时，电机会发热，若不有效进行散热不仅会影响传动效率、精度，而且还会影响电机的使用寿命。虽然冷却风扇能具有一定的散热功能，但散热效果还是不甚理想。

为了改善散热效果，又增加了辅助散热结构及方法。目前电机的散热冷却方式主要由以下几种：自然冷却、强迫风冷、自通风和水冷，与其他冷却方式相比，在相同功率等级下，使用水冷方式冷却的电机具有体积小，重量轻的优点，材料的利用率更高。中国专利公开了多种电机的水冷方法，比如中国专利ZL2012105457033公开了一种水冷电机，它在所述机壳外部还设有外罩，所述外罩上设有进水口和出水口，所述外罩的内壁上还设有螺牙，所述螺牙的底径与所述机壳的外壁紧密接触，所述进水口、两相邻螺牙之间的缝隙以及出水口形成水流通道，所述外罩内壁上的螺牙为双头螺牙，所述外罩上的进水口与出水 口分别与所述双头螺牙形成的两个水流通道的一端相连通，所述两个水流通道的另一端通过机壳上的台阶相连通，所述进水口上安装有隔水圈，所述隔水圈为圆弧状，所述外罩上与所述进水口相对应的位置设有一止转台阶，所述止转台阶的形状与所述隔水圈的形状相匹配。

又如中国专利ZL201010040014.8公开了一种水冷电机及电机冷却方法，它在机座中部的外表面具有多个沿电机轴向设置的辅助板，相邻的辅助板之间形成多个沿电机轴向的沟槽，所述多个沟槽中均设有可拆卸的冷却管，冷却液可在冷却管中流动，所述辅助板沿电机轴向一端的外侧设有环绕机座外表面的进水多通管，所述进水多通管上设有至少一个进水口，辅助板沿电机轴向另一端的外侧设有环绕机座外表面的排水多通管，所述排水多通管上设有至少一个排水口，所述冷却管的两端分别与进水多通管和排水多通管连通，所述辅助板的内部为空心结构，与电机定子铁心之间形成沿电机轴向的通风槽。

在使用过程中，我们发现现有的水冷电机虽然散热冷却效果比单独利用散热风扇的方式有所提高，但散热冷却效果还是不太理想；更为重要的是，现有的辅助散热方式不仅需要增加至少4个以上的自制部件，结构很复杂，并且往往需要改动电机的内部结构，这样就大幅增加了生产难度和制造成本，而且为了通过冷却水带走电机工作时的热量，这些增加的部件与外壳之间要形成供冷却水流动的水冷腔，这样就对外壳的制造精度以及水冷腔的防水密封问题提出了很高的精度要求，一旦出现漏水就可能会漏到电机外壳内，与外壳内部的通电部件接触，从而导致触电，进而引发严重的安全事故。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种散热效果好、结构简单和安全性 高的电机的水冷方法。

本发明的技术方案如下：一种电机的水冷方法，包括外壳(1)和散热风扇(8)，其中外壳(1)的外壁上沿周向均布有轴向散热凹槽(1a)，外壳(1)底部的两端分别有一个安装支座(1b)；所述外壳(1)内壁上的定子安装凹槽中安装有定子(5)，该定子与转子(6)转动配合；所述转子(6)一端的输出轴(7)从外壳(1)上的过孔穿过，在转子的另一端有所述散热风扇(8)，该散热风扇由外壳(1)上的散热端盖(1c)遮挡，其特征在于包括如下步骤：

步骤a：在所述外壳(1)外面设置一根橡胶水管(2)，该橡胶水管沿轴向缠绕在两个所述安装支座(1b)之间的外壳(1)上，从而形成一个螺旋形结构，且外壳(1)将橡胶水管(2)分成若干个收尾相连的环形段(2a)；相邻两个所述环形段(2a)紧靠在一起，而环形段所在平面与外壳(1)的轴心线垂直，且环形段(2a)的整个外圆面与对应的所述轴向散热凹槽(1a)槽口紧密接触；所述橡胶水管(2)的壁厚为2－2.5mm，该橡胶水管的内径与外壳(1)的内径之比为n，且0.1≤n≤0.18；所述橡胶水管(2)的一端为进水端，该橡胶水管的另一端为出水端，且该出水端与所述散热端盖(1c)位于同一端；

步骤b：将所述橡胶水管(2)的进水端和出水端均与同一个水槽(3)连通，并在水槽(3)内设有用于向橡胶水管(2)内泵水的水泵(4)，且水槽(3)内还设有用于对冷却水降温的降温器；

步骤c：电机工作之前，向水槽(3)内注入用于冷却的清水；电机工作时，启动所述水泵(4)和降温器，从而使冷却水在水槽(3)和橡胶水管(2)之间循环流动，且回到水槽(3)内的热水由所述降温器冷却后由水泵(4)输入到橡胶水管(2)中。

在上述技术方案中，本方法在所述外壳(1)外面设置一根橡胶水管(2)，该橡胶水管沿轴向缠绕在两个安装支座之间的外壳(1)上，从而形成一个螺旋形结构，且外壳(1)将橡胶水管(2)分成若干个收尾相连的环形段(2a)，相邻两个所述环形段(2a)紧靠在一起，这样就能大幅增大散热面积，且散热区域环绕在整个外壳(1)外面，散热区域大且均匀。本案中采用橡胶水管(2)来容纳冷却水，一是为了便于取材，二是橡胶水管(2)的导热效率高，橡胶比金属材质能更及时地将热量传递到冷却水中，从而通过冷却水及时带走热量。

同时，环形段所在平面与外壳(1)的轴心线垂直，环形段(2a)的整个外圆面与对应的所述轴向散热凹槽(1a)槽口紧密接触，这样就能在结构上保证从轴向散热凹槽(1a)处散热出来的热量能及时通过环形段(2a)进行热交换，从而由橡胶水管(2)内的冷却水及时带走；并且，橡胶水管(2)的壁厚为2－2.5mm，这样既能保证橡胶水管(2)具有足够的强度，防止因为弯曲后因强度不够而裂口，从而避免漏水，进而杜绝引发触电的安全事故，又能保证热量及时、有效地透过橡胶水管(2)的壁厚进入橡胶水管(2)内。另外，本发明的水流冷却通道在橡胶水管(2)内，不与外壳发生关系，即使漏水，水也不易从电机外壳进入电机内部，这样也能从根本上避免因漏水而导致触电。

并且，橡胶水管(2)的内径与外壳(1)的内径之比为n，且0.1≤n≤0.18。由于电机的尺寸规格越大，其工作时的热量就越大，电机的外壳内径也越大，这种情况下橡胶水管(2)的内径也要求相应增大。在本案中，橡胶水管(2)的内径与外壳(1)的内径之比为n，这个比值的意义是电机工作时的热量越大，橡胶水管(2)的内径也就相应地成比例增大，这样就能更好地匹配不同尺寸规 格的外壳。同时，本案中n的参数范围较为合适，若n过小，虽然可以增加橡胶水管(2)缠绕在外壳(1)外面形成的散热面积总和，但会导致橡胶水管(2)的内径较小，冷却水在橡胶水管(2)内的流速不高，这样就会影响散热效果；反之若n过大，虽然能增大橡胶水管(2)的内径，相应提高冷却水在橡胶水管(2)内的流速，但会减少橡胶水管(2)缠绕在外壳(1)外面形成的散热面积总和，这样也会降低散热效果。由上可见，橡胶水管(2)的内径与外壳(1)内径之比是一个很重要的技术参数，本案中的0.1≤n≤0.18参数范围适中，它很好地兼顾了水流速度和散热面积总和，因为水流速度和散热面积总和都会影响散热效果，从而综合改善了外壳径向方向上的散热效果。另外，橡胶水管(2)的一端为进水端，该橡胶水管的另一端为出水端，且该出水端与所述散热端盖(1c)位于同一端，这样就使冷却水沿外壳(1)轴向的流动方向与由散热风扇产生的热量流动方向一致，这样又能很好地对电机内的轴向热流进行散热，这个轴向上的散热与外壳径向方向上的散热有机结合，从而使本案形成一个密切联系、配合和不可分割的整体，进而很好地改善了电机外壳的散热效果。

综上所述，本方法在外壳外面缠绕一根水管，并通过水管的材质、水管的缠绕方式以及水管与外壳的内径之比有机配合，形成一个不可分割的有机整体，从而很好地改善径向方向上的散热效果，且同时通过控制水管内冷却水的流动方向来改善轴向方向的散热效果，并且径向和轴向上的散热相结合有效改善了外壳的整体散热效果；并且冷却水的冷却通道只在水管内，而不与外壳发生联系，从而从根本上消除了因漏水而导致触电的安全隐患；而且，本方法通过增加一根水管、水槽、水泵及降温器就有效、巧妙地改善了外壳的整体散热效果，增加部件少且结构简单，也不需要对外壳做任何改造，成本低廉，实施很方便， 这样就很有效地克服了现有技术增加部件多、结构复杂、对现有结构改动大、制造难度大、成本高且存在触电可能性的缺陷，具有很好的实用性。

作为本发明的优化设计，所述橡胶水管(2)的内径与外壳(1)的内径之比为0.15。

采用以上结构设计，本参数设计能更好地兼顾和平衡之间水流速度与散热面积总和之间的关系，从而进一步改善了外壳径向方向上的散热效果。

作为优选设计，所述橡胶水管(2)的壁厚为2.25mm。采用上述参数，使得橡胶水管(2)兼具足够的结构强度和良好的导热性能，从而能更加快速地散热，进而改善本发明的性能。

作为优选，所述降温器采用制冷机。当然，在实际制造过程中，还可以采用其他设备来充当降温器，如风机、冷凝器等。

有益效果：本方法在外壳外面缠绕一根水管，并通过水管的材质、水管的缠绕方式以及水管与外壳的内径之比有机配合，形成一个不可分割的有机整体，从而很好地改善径向方向上的散热效果，且同时通过控制水管内冷却水的流动方向来改善轴向方向的散热效果，并且径向和轴向上的散热相结合有效改善了外壳的整体散热效果；并且冷却水的冷却通道只在水管内，而不与外壳发生联系，从而从根本上消除了因漏水而导致触电的安全隐患；而且，本方法通过增加一根水管、水槽、水泵及降温器就有效、巧妙地改善了外壳的整体散热效果，增加部件少且结构简单，也不需要对外壳做任何改造，成本低廉，实施很方便，这样就很有效地克服了现有技术增加部件多、结构复杂、对现有结构改动大、制造难度大、成本高且存在触电可能性的缺陷，具有很好的实用性。

附图说明

图1为本方法所示的结构示意图。

图2为图1的横截面剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、2所示，一种电机的水冷方法，包括外壳1和散热风扇8，其中外壳1为铝铸件，该外壳1的外壁上沿周向均布有一组轴向散热凹槽1a，外壳1底部的两端分别有一个安装支座1b。外壳1内壁上的定子安装凹槽中安装有定子5，该定子与转子6转动配合，其具体的安装结构为现有技术。转子6一端的输出轴7从外壳1上的过孔穿过，在转子的另一端有散热风扇8，该散热风扇由外壳1上的散热端盖1c遮挡，且散热端盖1c上开有散热孔。电机工作时，电机外壳内的热量主要从散热风扇处和外壳1上的轴向散热凹槽1a排走，即轴向散热和径向散热是主要的散热路径，因此这两个散热路径就成了改进的方向。其特征在于包括如下步骤：

步骤a：在外壳1外面设置一根橡胶水管2，该橡胶水管2沿轴向缠绕在两个安装支座1b之间的外壳1上，从而形成一个螺旋形结构，这个螺旋形结构的轴心线与外壳1的轴心线在同一条直线上，且外壳1将橡胶水管2分成一组收尾相连的环形段2a。当然，水管2也可以换成消防水袋。

如图1、2所示，相邻两个环形段2a紧靠在一起，而环形段所在平面与外壳1的轴心线垂直，且环形段2a的整个外圆面与对应的轴向散热凹槽1a槽口紧密接触。橡胶水管2的壁厚为2－2.5mm，并可进一步优选为2.1、2.15、2.3和2.45mm。橡胶水管的内径与外壳1的内径之比为n，且0.1≤n≤0.18，并可进一步优选为0.1≤n≤0.14和0.15≤n≤0.18。在本实施例中，橡胶水管 的内径与外壳1的内径之比还可以为0.13、0.15和0.17。

橡胶水管2的一端为进水端，该橡胶水管2的另一端为出水端，且该橡胶水管2的出水端与散热端盖1c位于同一端。在实际制造过程中，也可以使橡胶水管2的进水端与散热端盖1c位于同一端。使用时，橡胶水管2的进水端和出水端均与同一个水槽3连通。水槽3内设有用于向橡胶水管2内泵水的水泵4，该水泵4向橡胶水管2的进水端泵水，且水泵4与橡胶水管2的进水端连接方式为现有技术，在此不做赘述。

步骤b：将橡胶水管2的进水端和出水端均与同一个水槽3连通，并在水槽3内设有用于向橡胶水管2内泵水的水泵4，且水槽3内还设有用于对冷却水降温的降温器。降温设备的种类多种多样，如风扇或冷凝器，本案中采用制冷机。

步骤c：电机工作之前，向水槽3内注入用于冷却的清水；电机工作时，启动水泵4和降温器，从而使冷却水在水槽3和橡胶水管2之间循环流动，且回到水槽3内的热水由降温器冷却后由水泵4输入到橡胶水管2中。电机停止工作后，启动水泵4和降温器继续运行，待电机完全冷却后，水泵4和降温器停止运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。