一种基于拉瓦尔管散热的电机的制作方法

本发明属于电机冷却，具体涉及一种基于拉瓦尔管散热的电机。

背景技术：

1、随着电机产品向高功率密度、轻量化与集成化方向持续发展，其内部空间愈发紧凑，而定子绕组、转子铁芯及轴承等部件在运行中产生的铜耗、铁耗及机械损耗显著，导致热量集中、温升明显；若散热能力不足，将直接引起绕组绝缘老化加速、永磁体退磁风险增加、轴承润滑失效以及整机效率与可靠性下降等一系列问题；因此，在有限体积内实现高效、可控的散热与温度管理，已成为电机结构设计中的核心攻关方向。

2、现有电机通常采用壳体自然对流、轴流风扇强制风冷、散热筋扩展表面或水冷套等单一或组合冷却方式；在空间受限的应用场景下，传统风冷结构常面临气流组织效率不高、局部热点难以消除、冷却风量分布不均等矛盾；而水冷方案虽散热能力较强，却需附加泵、管路及密封结构，成本与复杂度显著提升；与此同时，不同功率等级、安装工况的电机其热源分布与风扇参数差异较大，现有散热结构多依赖经验设计，缺少针对冷却流道几何参数与气动加速特性之间关系的系统性设计依据，难以在散热性能与空间利用率之间实现最优化匹配。

3、基于此，有必要提出一种新型的电机散热结构。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种基于拉瓦尔管散热的电机，旨在通过将散热外壳上的冷却腔体设置为由入口段、喉管和出口段构成的拉瓦尔管状结构，使冷却风扇吹入的冷却风经喉管加速后形成高速气流以强化对流换热，解决现有电机在有限空间内散热效率不足、局部温升过高的问题，达到显著提升散热性能、保障电机长期可靠运行的效果。

2、一种基于拉瓦尔管散热的电机，包括：

3、壳体，所述壳体整体被分为风扇外壳和散热外壳，且风扇外壳与散热外壳的端部相接为一体结构，其中；

4、所述风扇外壳的内部设有冷却风扇；

5、所述散热外壳的内部设有电机安装架，所述电机安装架整体为圆柱体结构，电机安装架的圆周内壁上设有电机定子，电机安装架的内部设有电机轴，且电机轴的两端与电机安装架的两端部转动连接，所述电机轴的圆周外壁上套设有电机转子，所述电机轴的端部与冷却风扇相连接；

6、所述散热外壳的本体上开设有若干个冷却腔体，若干个所述冷却腔体的结构均相同，且每个冷却腔体均被配置为由入口段、喉管和出口段构成，每个冷却腔体的中心轴线均与电机轴相互平行；在每个冷却腔体中，所述入口段与出口段均呈圆锥状结构，且入口段的入口大径端与风扇外壳的内部连通、入口段的入口小径端位于散热外壳的内部，出口段的出口大径端与外界连通、出口段的出口小径端同样位于散热外壳的内部，所述入口段的入口小径端、出口段的出口小径端的直径相等，且通过喉管连通，所述喉管呈圆柱状结构，在此基础上，所述喉管的直径为d1，5mm＜d1＜20mm，所述喉管的长度为l，0＜l＜15mm；

7、由此，冷却腔体由入口段、喉管和出口段构成拉瓦尔管状结构，被冷却风扇吹入拉瓦尔管状结构的冷却腔体内的冷却风进行气体加速并散热。

8、优选的，所述风扇外壳远离散热外壳的端部设有通风孔。

9、优选的，所述通风孔上设有滤网。

10、优选的，所述散热外壳的外壁上还设有吊装环。

11、优选的，当喉管直径d1保持不变时，冷却腔体内温度随喉管长度l的增加先降低后升高，存在唯一最优喉管长度使散热效果最佳，并得到散热效果最优情况下喉管长度l与喉管直径d1之间满足如下比例关系：

12、。

13、优选的，基于所述冷却腔体的拉瓦尔管状结构，当喉管直径d1一定、而喉管长度l的取值范围为0＜l＜15mm时，在喉管不同长度l下的冷却腔体内温度t1的变化表达式为：

14、t1=-0.0035l3+0.078l2-0.61l+53.1

15、当采用散热效果最优情况下喉管长度l与喉管直径d1的比例关系时，喉管直径d1在5mm＜d1＜20mm范围内变化，冷却腔体内温度t2的变化表达式为：

16、t2=-0.015+0.41d1+48.5。

17、本发明的有益效果在于：

18、本发明通过在散热外壳本体上开设由入口段、喉管和出口段构成的拉瓦尔管状冷却腔体，并利用冷却风扇将外部冷却风强制吹入该腔体，依据拉瓦尔管的气动加速原理，冷却风在流经喉管时流速急剧提升，从而在腔体出口段形成高速气流，显著增强了对电机安装架及内部定转子部件的对流换热效率。相比传统直通式风道或散热筋结构，本发明能够在有限空间内实现冷却气流的加速与温度降幅的显著提升，有效解决了高功率密度电机运行时的局部过热问题，保障了绕组绝缘寿命与永磁体稳定性。

19、此外，本发明通过对冷却腔体喉管直径d1和喉管长度l的尺寸范围进行合理限定，在确保腔体加工可行性与气流通过性的同时，避免了因喉管过小导致的风阻剧增、风量衰减，以及因喉管过大导致的气流加速效果不明显的技术矛盾，使得冷却腔体能够在不同风扇压头条件下均保持良好的加速散热性能，具有较强的工况适应性与设计冗余度。

20、在此基础上，本发明中冷却风扇直接由电机轴端驱动，无需额外配置独立动力源，结构紧凑、能耗低；同时，风扇外壳端部设置通风孔及滤网，既保证了进风通畅，又有效防止了外部杂物进入壳体内部，延长了电机使用寿命；散热外壳外壁上的吊装环便于整机的安装、搬运与维护，综合提升了产品的工程适用性与可维护性。

1.一种基于拉瓦尔管散热的电机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于拉瓦尔管散热的电机，其特征在于：所述风扇外壳远离散热外壳的端部设有通风孔。

3.根据权利要求2所述的一种基于拉瓦尔管散热的电机，其特征在于：所述通风孔上设有滤网。

4.根据权利要求3所述的一种基于拉瓦尔管散热的电机，其特征在于：所述散热外壳的外壁上还设有吊装环。

5.根据权利要求4所述的一种基于拉瓦尔管散热的电机，其特征在于：当喉管直径d1保持不变时，冷却腔体内温度随喉管长度l的增加先降低后升高，存在唯一最优喉管长度使散热效果最佳，并得到散热效果最优情况下喉管长度l与喉管直径d1之间满足如下比例关系：

6.根据权利要求5所述的一种基于拉瓦尔管散热的电机，其特征在于：基于所述冷却腔体的拉瓦尔管状结构，当喉管直径d1一定、而喉管长度l的取值范围为0＜l＜15mm时，在喉管不同长度l下的冷却腔体内温度t1的变化表达式为：