一种利用机架散热的散热系统及牵引直流电机的制作方法

1.本发明主要涉及直线电机技术领域，具体涉及一种利用机架散热的散热系统及牵引直流电机。


背景技术：

2.直线电机是直线电机车辆的动力核心，目前轨道交通牵引直线电机为三相直线感应电机，冷却方式为自然冷却，即利用行车过程中产生的走行风散热。上述散热方式一方面由于在直线电机周围存在遮挡部件，遮挡了电机动子铁芯上表面，降低了电机的有效散热面积；另一方面电机下表面距离动子感应片气隙较小，限制了气流的流动，影响了电机下部散热，因此实际运行时走形风冷的直线电机冷却效果较差，导致电机中部绕组温度长期偏高，造成该区域内绝缘加速老化，影响电机寿命。
3.目前有相关文献公开了采用了在电机动子铁芯内设置热管，将热量导入散热翅片的方式拓展散热面积，其散热翅片置于动子侧面或置于动子顶面，其热管则埋置于动子铁芯内部并使其尽量靠近线圈。通过热管的高效导热作用，热量从线圈周围导入翅片区域，由周围冷却介质带走热量。这些方案热管均为传统意义上的柱形热管，散热翅片直接固定在热管的一端或者设计在电机其他结构件上。上述方案用在轨道牵引电机中存在以下问题：1、需要将热管嵌入动子铁芯，热管数量多，安装困难；2、安装的多个热管需要占据铁芯的内部空间影响动子的结构强度并容易导致磁场饱和；3、圆形热管需要弯折容易导致热管失效；4、圆形热管直接伸出机架，耐振动和抗冲击能力差。
4.另外也有采用液冷结构的扁平型直线电机方案，其特点是在电机的槽底或者侧面或者顶面布置冷却管道，并设置进出水口，通过向冷却管道内通冷却水带走电机的热量。由于循环水散热能力远高于空气，因此这种散热方式能够显著的降低电机的温升。但是这种方案存在以下问题：1、冷却水泄露有可能影响电气绝缘造成事故；2、需要在外部设置冷却水循环泵，水风换热器，阀门，温度控制器，水泵驱动器等来构成一个完整的水冷系统，其系统结构复杂；3、需要额外的动力源驱动水流动，不利于节能降耗。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、显著扩展散热面积、降低电机运行温度、增加绝缘寿命、提高电机大负荷运行能力的利用机架散热的散热系统及牵引直流电机。
6.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
7.一种利用机架散热的散热系统，应用于牵引直流电机中，包括换热器和位于牵引直流电机的机架内部的第一流道，所述换热器位于牵引直流电机的动子铁芯外表面，所述换热器的内部设有第二流道，所述换热器的第二流道与机架内部的第一流道相连通以形成循环流道，所述循环流道内设有两相流散热工质。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.所述换热器为平面型换热器。
10.所述机架上设有散热翅片。
11.牵引直流电机两侧的机架内均设有第一流道。
12.牵引直流电机各侧机架内的第一流道与换热器的第二流道形成独立的循环流道。
13.所述换热器的第二流道与机架内部的第一流道通过连接管相连通。
14.所述连接管紧靠于所述机架的一侧。
15.机架内的第一流道包括多条散热流道，多条散热流道相互平行布置，且多条散热流道于两端分别连通以形成进口和出口。
16.所述两相流散热工质为制冷剂r22或r134a。
17.本发明还公开了一种牵引直流电机，包括机架、动子铁芯和动子线圈，还包括如上所述的利用机架散热的散热系统。
18.与现有技术相比，本发明的优点在于：
19.(1)本发明将含有两相流散热工质的换热器与直线电机相结合，充分利用相变冷却方案散热能力强、温度均匀的特点，显著的的降低电机的中部绕组的温升。
20.(2)本发明的两相流散热工质的循环流动是由于气液密度的差异导致的自然流动，无需附加驱动循环的机械泵等，具有节能低噪声的特性；另外，两相流散热工质具有优异的绝缘性能，即使泄露也不会影响电机的绝缘性能。
21.(3)本发明的换热器安装在动子铁芯上部，拆装简便，便于维护。
22.(4)本发明在机架内部设置第一流道，一方面使得散热结果与机架本体集成于一体，使得电机整体结构更加紧凑，另一方面可以充分利用走行风进行冷却，而不需要增加风机等易损件。
23.(5)本发明相对于采用传统冷却方式的牵引直线电机，上述方案可以显著扩展散热面积，减低电机运行温度，增加绝缘寿命，并提高电机大负荷运行能力。
24.(6)本发明的换热器为平面型换热器，紧贴在铁芯的外表面，通过热传导吸收直线电机内部的热量。其中平面型换热器与扁平直线电机结合更为紧固，具有较强的抵抗冲击振动的能力，而且平面型换热器与动子铁芯结合面积大，散热充分，使动子铁芯表面温差较小。
25.(7)本发明在机架的侧面安装散热翅片，用于增加散热面积。其中散热翅片紧密安装在机架上，结构强度高，集成度高，也便于直线电机安装及拆卸维护等操作。
26.(8)本发明中连接第二流道与第一流道的连接管紧靠于机架的一侧，使得连接管尽量短，不仅结构紧凑，提高其抗震性能，而且也能够尽量缩短循环流道的长度，进一步提高散热性能。
附图说明
27.图1为本发明的直线电机在实施例的侧视结构图。
28.图2为本发明的直线电机在实施例的主视结构图。
29.图3为本发明的平面型换热器在实施例的俯视结构图。
30.图例说明：1、机架；11、第一流道；2、动子铁芯；3、动子线圈；4、换热器；40、第二流道；41、进口管；42、出口管；5、散热翅片；6、散热工质。
具体实施方式
31.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
32.如图1和图2所示，本实施例的利用机架散热的散热系统，应用于牵引直流电机中，包括换热器4和位于牵引直流电机的机架1内部的第一流道11，换热器4位于牵引直流电机的动子铁芯2外表面，换热器4的内部设有第二流道40，换热器4的第二流道40与机架1内部的第一流道11相连通以形成循环流道，循环流道内设有两相流散热工质6(如制冷剂r22或r134a等)，散热工质6可以发生蒸发和冷凝。在进行散热时，通过安放在动子铁芯2外表面的换热器4吸收直线电机运行过程产生的热量，使得换热器4的第二流道40内的制冷剂吸收热量而蒸发，携带热量进入至机架1内置的第二流道40内，冷凝释放热量，通过导热将热量扩散到机架1表面以散发至周围环境中。即热量被源源不断的由直线电机动子铁芯2表面，通过循环流道内的制冷剂转移到机架1表面并释放进外部冷却空气中。上述方案具有如下优点：
33.1、将含有两相流散热工质6的换热器4与直线电机相结合，充分利用相变冷却方案散热能力强、温度均匀的特点，显著的的降低电机的中部绕组的温升；
34.2、两相流散热工质6的循环流动是由于气液密度的差异导致的自然流动，无需附加驱动循环的机械泵等，具有节能低噪声的特性；另外，两相流散热工质6具有优异的绝缘性能，即使泄露也不会影响电机的绝缘性能；
35.3、换热器4安装在动子铁芯2上部，拆装简便，便于维护；
36.4、在机架1内部设置第一流道11，一方面使得散热结果与机架1集成于一体，使得电机整体结构更加紧凑，另一方面可以充分利用走行风进行冷却，而不需要增加风机等易损件。
37.相对于传统冷却方式，上述方案可以显著扩展散热面积，减低电机运行温度，增加绝缘寿命，并提高电机大负荷运行能力。
38.在一具体实施例中，换热器4为平面型换热器，紧贴在动子铁芯2的外表面，通过热传导吸收直线电机内部的热量。其中平面型换热器与扁平直线电机结合更为紧固，具有较强的抵抗冲击振动的能力，而且平面型换热器与动子铁芯2结合面积大，散热充分，使动子铁芯2表面温差较小。
39.在一具体实施例中，机架1的侧面可以安装散热翅片5，用于增加散热面积。其中散热翅片5紧密安装在机架1上，结构强度高，集成度高，也便于直线电机安装及拆卸维护等操作。其中牵引直流电机两侧的机架1内均设有第一流道11，且牵引直流电机各侧机架1内的第一流道11与换热器4的第二流道40形成独立的循环流道。机架1内的第一流道11包括多条散热流道，多条散热流道相互平行布置，且多条散热流道于两端分别连通以形成进口和出口。其中平面型换热器的内部的散热流道同样为多条且相互平行。当然，在其它实施例中，也可以仅在一侧的机架1设置第一流道11，第一流道11和第二流道40内的散热流道的布置形式也可以采用其它s形等形状。
40.在一具体实施例中，换热器4的第二流道40与机架1内部的第一流道11通过连接管相连通，如图3所示，连接管包括进口管41和出口管42，第二流道40通过进口管41和出口管42与机架1内的第一流道11相贯通。其中连接管紧靠于机架1的一侧，使得连接管尽量短，不仅结构紧凑，提高其抗震性能，而且也能够尽量缩短循环流道的长度，进一步提高散热性
能。
41.本发明还公开了一种牵引直流电机，包括机架1、动子铁芯2、动子线圈3和如上所述的利用机架1散热的散热系统。本发明的牵引直流电机，由于包括如上所述的散热系统，同样具有如上散热系统所述的优点。
42.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。