具有气水冷却功能的电机制造技术

本发明专利技术公开一种具有气水冷却功能的电机，其包含一壳体、一输出轴、一转子单元、一定子单元，转子单元包括一扇叶装置、一第一轴套以及一第二轴套、一转子铁芯以及一磁铁、一板体、一第一押板以及一第二押板、多个弹性件及调温器，当调温器感测壳体内的温度低于一预设温度时，板体覆盖于第一轴套的通孔，当调温器感测壳体内的温度到达预设温度时，调温器驱动板体移动使第一轴套的通孔呈开放状态，进气口、第一押板的通孔、板体与输出轴的间距、第一轴套的通孔、扇叶装置、第二轴套的通孔、第二押板的通孔及出气口形成通路，且通路与气冷却器连通。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有气水冷却功能的电机，尤其是涉及一种具有一独特具输送流体功能之的转子机构，能配合电机的各种不同负载情况，提供最恰当的冷却所需功，一方面需能满足充分冷却电机定子组与转子的要求，一方面能提高冷却系统本身消耗能量的使用效率，节约不必要的功率消耗的具有气水冷却功能的电机。
技术介绍
由于稀土材料科学的进步，以很小体积的永久磁铁就能产生很大的磁场作用，使得电机的开发越来越朝向高功率密度的方向发展，也就是说单位体积与重量下其产生的功率越来越大，此时使用线圈产生的电磁场也相对要提高功率，亦即经过线圈的电流或电压提高，虽然一般线圈的绕线使用低电阻的良导电材料如铜线材料，但是仍然有很小的电阻抗，此微小的电阻抗在大电流的作用下仍然会产生功率损耗是为铜损，而且此铜损会以热能的形态散发出现。一般线圈是装设于定子上，定子受到电磁场作用会产生涡电流，此涡电流在电阻抗相对高的铁材料中会产生功率损耗是为铁损，此铁损也以热的形态散发，虽然一般定子会以硅钢片材料制作，以最好的引导电磁场又能降低其涡电流的作用，但是在电流快速变化方向或电流频率很高又是大能量的电磁场变化的情况下，此铁损会产生相当份量的热能量，此一热量会累加于铜损的热量上，更加强线圈本身的温度过热现象。此铜损与铁损产生的热量如果不能快速传导出去，将会累积让线圈的温度越来越高，对线圈的漆包线形成热冲击，高温不仅会加速线圈导线之间的电绝缘漆老化劣化，如果温度超过电绝缘漆能承受的温度，一般为13(T160° C左右，电绝缘漆将被打穿，造成线圈短路烧毁并失效，因此高功率电机需要特别要求加强定子组的散热能力；一般是以良导热材料如铝材制造定子座，并以冷却水强制流经定子座内部的水道，利用冷却水带走定子座的热。一般永久磁铁装设于转子上，并以硅钢片包含住永久磁铁，此硅钢片的目的为能最好的引导磁场的磁通量，同时避免电磁场在导电体上产生涡电流，但是在大功率电机之中，因电流快速变化方向或电流频率很高又是大能量的电磁场变化的情况下，此铁损也会产生相当份量的热能量，此热量很难传递到定子座上再传递到外界，因此会累积于转子上，当转子的温度过高时，会造成永久磁铁过热退磁的伤害，其承受高温的能力随永久磁铁的材料而异，一般材料的永久磁铁能承受温度约80° C左右，若使用特殊材料的永久磁铁能承受温度到12(T150° C左右；由于转子是旋转运动件，其热量的散发很难以水冷方式为之，故一般以气冷方式冷却转子，将冷气风扇装置于转子轴心的一端，将温度低的空气由转子的一端经由转子本身的孔隙及定子与转子之间的间隙，吹过转子并排放出电机外界，将转子的热量经由空气带走。以上现有技术对于高功率电机的散热方式是，以强制水冷经过定子座内的水道，及以强制气冷经过转子的气隙，两者同时实施，以保证电机工作温度不会过高。在此一现有技术之下，不论是水冷系统或气冷系统都需要消耗功率，来完成强制冷却的功效；由于电机的热损耗最大时其能量可能达到电机总能量的59^15%，由于冷却系统需保证在最恶劣的状况时，电机不会有温度过高而损坏的情形发生，也就是说冷却系统需要带走至少15%的热量，对于高功率的电机其热损值高，无法以自然冷却的方法降低温度到预定值，需要使用强制冷却方式，也就是说需要以风扇或水泵带走热量，此时冷却系统本身也会耗损大量的功率以维持本身的运作，此一冷却所需要的功率通常会占据至少5%电机的总功率，尤其是高功率电机本身工作的总能量非常大，其冷却系统所消耗的能量所占百分比虽然不高，但是数值仍然是非常大。当电机在低功率工作时，如果此一冷却系统本身消耗的功率没有随着工作状况下降，则其冷却所占用的功率与电机的功率比就会大幅提高，成为一种长时期的能量浪费；因此如何最有效益的让电机维持适当的工作温度，成为高功率电机的一项技术题目。就现有专利而言，例如，美国专利US 6514052B2, US 6515383及中国台湾专利TWM350612,均为强制气冷的电机，其冷却风扇为同轴装设于转子轴上与转子同步旋转，此种冷却系统于该电机高负载但低转速时不能提供足够的冷却能力，在该电机低负载但高转速时却又提供太大的冷却能力。其次，例如美国专利US 7768166，其为强制水冷外转子电机，并另以电动马达带动风扇吹动空气进出电机内部达到冷却功能者。 其次，例如美国专利US 7948125，其为液冷式电机，另以泵让冷却液进出电机的定子座内部水道与转子内部液道，达到液冷功效。其次，例如中国台湾专利TW 1336749，其为定子座内部的转子兼作为液体泵，其定子座内部流动的液体同时冷却转子与定子座。其次，例如中国台湾专利TW M399544，其为全浸泡油冷式电机，将电机内部充满冷却用油液，并另以泵让冷却油液进出电机内部循环，并以马达带动风扇冷却热交换器的降低冷却油的温度。上述现有专利分别为水冷式、气冷式及油冷式，上述现有专利并无法配合各种不同负载情况而提供最恰当的冷却所需功，即使在不必要冷却的工作情况，如环境温度很低或该电机工作于高速低负载时，也无法调整冷却用电控马达的转速或完全关闭该冷却用电控马达，形成不必要的功率消耗。此夕卜，例如，中国台湾专利TW 1303513,Tff 449643,Tff 20119193，虽然都揭露于电机同时设置有水冷及气冷双重冷却系统的技术手段，但是其水冷及气冷冷却系统都是同步进行，并无法配合各种不同负载情况而提供最恰当的冷却所需功，当不必要冷却的工作情况，如环境温度很低或该电机工作于高速低负载时，也无法调整冷却用电控马达的转速或完全关闭该冷却用电控马达，形成不必要的功率消耗。
技术实现思路
有鉴于现有技术的缺失，本专利技术的目的在于提出一种具有气水冷却功能的电机，能配合电机的各种不同负载情况，提供最恰当的冷却所需功，一方面需能满足充分冷却电机定子组与转子的要求，一方面能提高冷却系统本身消耗能量的使用效率，节约不必要的功率消耗。为达到上述目的，本专利技术提出一种具有气水冷却功能的电机，包含:一壳体，其具有一内部空间以及至少一散热水道，该散热水道连接一水冷却器，该壳体的该内部空间连接一气冷却器；一输出轴，穿设于该壳体的该内部空间；一转子单元，设置于该壳体的该内部空间，该转子单元包括:一扇叶装置，套设于该输出轴外；一第一轴套以及一第二轴套，套设于该输出轴外，且该叶扇装置夹设于该第一轴套与该第二轴套间，该第一轴套与该第二轴套分别设有至少一通孔；一板体，套设于该输出轴外，该板体设置于该第一轴套相对于设有该扇叶装置的一面，该板体可平行于该输出轴的轴向于一关闭位置以与一开放位置间移动，该板体与该输出轴间具有一间距；一转子铁芯以及一磁铁，该转子铁芯套设于该扇叶装置、该第一轴套、该第二轴套与该板体外，该磁铁嵌设于该转子铁芯内；一第一押板以及一第二押板，套设于该输出轴外，该叶扇装置、该第一轴套、该第二轴套、该板体、该转子铁芯与该磁铁夹设于该第一押板与该第二押板间，该第一押板与该第二押板中心与该输出轴间分别具有一间距；多个弹性件，设置于该板体与该第一押板间；多个调温器，设置于该板体与该第一轴套间，该多个调温器用以感测该壳体内的温度，每一该调温器可平行于该输出轴的轴向于一第一位置与一第二位置间移动，当该调温器感测该壳体内的温度低于一预设温度时，该调温器位于该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有气水冷却功能的电机，其包含：壳体，其具有一内部空间以及至少一散热水道，该散热水道连接一水冷却器，该壳体的该内部空间连接一气冷却器；输出轴，穿设于该壳体的该内部空间；转子单元，设置于该壳体的该内部空间，该转子单元包括：扇叶装置，套设于该输出轴外；第一轴套以及第二轴套，套设于该输出轴外，且该叶扇装置夹设于该第一轴套与该第二轴套间，该第一轴套与该第二轴套分别设有至少一通孔；板体，套设于该输出轴外，该板体设置于该第一轴套相对于设有该扇叶装置的一面，该板体可平行于该输出轴的轴向于一关闭位置以与一开放位置间移动，该板体与该输出轴间具有一间距；转子铁芯以及一磁铁，该转子铁芯套设于该扇叶装置、该第一轴套、该第二轴套与该板体外，该磁铁嵌设于该转子铁芯内；第一押板以及第二押板，套设于该输出轴外，该叶扇装置、该第一轴套、该第二轴套、该板体、该转子铁芯与该磁铁夹设于该第一押板与该第二押板间，该第一押板与该第二押板中心与该输出轴间分别具有一间距；多个弹性件，设置于该板体与该第一押板间；多个调温器，设置于该板体与该第一轴套间，该多个调温器用以感测该壳体内的温度，每一该调温器可平行于该输出轴的轴向于一第一位置与一第二位置间移动，当该调温器感测该壳体内的温度低于一预设温度时，该调温器位于该第一位置且该板体位于该关闭位置，该板体覆盖于该第一轴套的通孔，该第一轴套的通孔呈封闭状态，当该调温器感测该壳体内的温度到达该预设温度时，该调温器位于该第二位置且该调温器驱动该板体移动至该开放位置，该第一轴套的通孔呈开放状态，且该进气口、该第一押板与该输出轴间的间距、该板体与该输出轴间的间距、该第一轴套的通孔、该扇叶装置、该第二轴套的通孔、该第二押板与该输出轴间的间距以及该出气口形成一相连通的通路，且该通路与该气冷却器连通；以及定子单元，设置于该壳体的该内部空间，且该定子单元套设于该转子单 元外。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：古焕隆，魏增德，郑丽茹，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：