一种干湿两用的高效运转电机及其方法、应用

文档序号:1941011 发布日期:2021-12-07 浏览:12次 >En<

阅读说明:本技术 一种干湿两用的高效运转电机及其方法、应用 (Dry-wet dual-purpose efficient operation motor and method and application thereof ) 是由 蒋焯 于 2021-09-29 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种干湿两用的高效运转电机及其方法、应用,属于电机技术领域。包括:风冷机构,设于所述电机壳体的后端;所述风冷机构被设置为通过增加电机壳体附近的气流实现散热;液冷机构,设于所述电机壳体的内壁;所述液冷机构被设置为通过流动式的水或油对电机壳体和电机本体实现散热;使用时,基于电机所在的环境,通过单独控制风冷机构或液冷机构的工作状态,实现风冷散热模式与液冷散热模式之间的切换与选用。本发明在同时满足水环境和空气环境的高效散热的前提条件下,还确保了在水环境中的密封性能。基于散热需求和密封需求同时满足的情况下,大大提高了电机的性能,实现在任何一种环境下电机都可达到持续的24小时高效运行。(The invention discloses a dry-wet dual-purpose efficient running motor and a method and application thereof, belonging to the technical field of motors. The method comprises the following steps: the air cooling mechanism is arranged at the rear end of the motor shell; the air cooling mechanism is arranged to dissipate heat by increasing airflow near the motor housing; the liquid cooling mechanism is arranged on the inner wall of the motor shell; the liquid cooling mechanism is arranged to realize heat dissipation on the motor shell and the motor body through flowing water or oil; during the use, based on the environment at motor place, through the operating condition of independent control air-cooled mechanism or liquid cooling mechanism, realize the switching between air-cooled heat dissipation mode and liquid cooling heat dissipation mode and select for use. The invention also ensures the sealing performance in the water environment under the precondition of simultaneously meeting the high-efficiency heat dissipation of the water environment and the air environment. On the basis of the condition that the heat dissipation requirement and the sealing requirement are met at the same time, the performance of the motor is greatly improved, and the motor can continuously run efficiently for 24 hours in any environment.)

一种干湿两用的高效运转电机及其方法、应用

技术领域

本发明属于电机技术领域,特别是涉及一种干湿两用的高效运转电机及其方法、应用。

背景技术

根据市场需求,电机的使用环境由较为常见的空气环境逐渐延伸为水环境,而在更多的情况下,电机将会因使用环境的特殊性需要同时满足在水中和大气中的长时间且高效工作的性能。而现有技术中的电机很难具备以上的性能:即无法实现在空气中高效的运行的同时,还能实现在水中的高效运行,分析其原因是:电机在使用一段时间后需要会发热且是无法避免的,因此散热显得非常重要。而大气中的散热方式与在水中的散热方式不同,两个不同环境下的电机并不能通用。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题,提供了一种干湿两用的高效运转电机及其方法、应用。

本发明采用以下技术方案:一种干湿两用的高效运转电机,包括:电机壳体,套装于所述电机壳体内的电动机轴,以及分别设于所述电机壳体前端、后端的前端盖和后端盖;所述电动机轴的前端延伸至前端盖外,用于动力输出;

还包括:风冷机构,设于所述电机壳体的后端;所述风冷机构被设置为通过增加电机壳体附近的气流实现散热;

液冷机构,设于所述电机壳体的内壁;所述液冷机构被设置为通过流动式的冷却液体对电机壳体和电机本体实现散热;

使用时,基于电机所在的环境,通过单独控制风冷机构或液冷机构的工作状态,实现风冷散热模式与液冷散热模式之间的切换与选用。

在进一步的实施例中,所述风冷机构包括:

转动轴,传动连接于所述电动机轴的后端面;所述转动轴的活动端穿过后端盖并部分暴露于后端盖;

风冷叶轮,传动连接于暴露在后端盖外的转动轴上;

密封件,设于转动轴与后端盖的连接处;所述密封件与转动轴、后端盖之间形成密封结构。

通过采用上述技术方案,由于在现有的电机壳体上以及电动机轴上增设了风冷机构,但是也正因如此电机壳体上多设了一个连通处,虽然能够有效的解决散热问题,但是却直接导致密封性降低。因此通过在转动轴壳体之间增设密封件,以确保密封性不变。

在进一步的实施例中,所述液冷机构包括:

液冷循环腔,设于所述电机壳体的内壁处;

注液嘴,设于所述电机壳体上并与所述液冷循环腔相连通。

通过采用上述技术方案,在保证高效密封的基础之上,内部的散热效果会变差,因此通过液冷方式进一步保证散热效果,进一步的,液冷可以是油冷或者水冷。

在进一步的实施例中,所述密封结构包括:

槽体,沿厚度开设在所述后端盖上;所述转动轴贯穿于所述槽体;所述槽体的内壁自内而外凹陷预定厚度形成一环形容纳腔;

至少一个环形凸起,设于转动轴的外壁处且位于所述环形容纳腔内;

所述密封件设于槽体与转动轴之间,所述密封件包括:对接部,所述对接部由若干个首尾相连的台阶从后端至前端以外扩的形式组成;所述台阶的数量和位置与所述环形凸起相适配。

通过采用上述技术方案,在达到高效密封效果的同时,不影响风冷机构的运行,即对转动轴的自转无阻碍作用。

在进一步的实施例中,所述转动轴上还设置有与环形凸起相平行的环形卡圈,所述环形卡圈位于前、后端的两侧面为倾斜设置;

还包括:挡止件,一端与环形卡圈的后端面相抵,另一端活动卡接在槽体内;

第一密封圈,设于挡止件与槽体之间。

通过采用上述技术方案,进一步起到密封的作用,达到高效密封的效果。

在进一步的实施例中,所述注液嘴包括:

注液本体,设于所述电机壳体上;注液本体自上而下形成一连通于液冷循环腔的收容腔;

分割体,设于所述收容腔内并将收容腔分割为注液腔和导液腔;其中,所述注液腔从上至下贯穿于所述收容腔,所述导液腔包裹在注液腔下半部分的周围,位于导液腔与注液腔之间的分割体上设置有多干个预定半径的导液孔;

连接于注液腔的注液本体为密封结构,连接于注液腔的注液本体上设置有若干个出液孔。

通过采用上述技术方案,通过设置有导液孔的分割体对液体进行了固液分离处理,过滤掉冷却液中的较大颗粒,避免固体颗粒在液流的作用下流向冷却循环腔中对堆积,在长期使用后造成堵塞的问题。

通过采用上述技术方案,液体的流动促进导向件在预定的空间内浮动和做无规律性的转动,增加流动性的同时还对固定颗粒起到搅碎、分散的作用。

在进一步的实施例中,所述注液本体的顶部开设有半径为R1的注液口;

所述注液腔内沿液体注入方向活动设置有导向件,所述导向件的顶端设置有外径为R2的浮动塞,其中R2>R1;所述导向件的外壁从上至下以螺旋的形式缠绕有搅拌件。

通过采用上述技术方案,避免导向件脱离注液腔。

在进一步的实施例中,所述分割体包括:柱状腔体和设于所述柱状腔体顶部的倒置锥台;所述柱状腔体与所述倒置锥台的内部相互连通。

通过采用上述技术方案,对导向件起到一定的限定作用,保证导向件长期处于导液孔所在的位置处,增加水流的同时降低颗粒的粒径,以增加颗粒的悬浮性和流动性。

一种如上所述的干湿两用的高效运转电机的运转方法,具体包括以下步骤:

步骤一、判断当前电机所处的工作环境,基于当前的工作环境,选用对应的散热模式;当电机处于空气工作时,选用风冷和/或液冷的散热模式,执行步骤二;当电机处于水下时,选用液冷的散热模式,执行步骤四;

步骤二、电机处于工作状态时,风冷机构同样处于运转状态,即风冷叶轮自转并加强电机壳体周边的空气流动实现风冷的效果;

步骤三、当需要进一步的冷却电机或者电动机轴时,向注液嘴中注入冷却油,冷却油依次经过注液腔、分割体的导液孔和导向腔,最后由出液孔排出到液冷循环腔内进行降温散热处理;

步骤四、当电机处于水下时,位于电机周围处的水在外力作用下被注入到注液嘴内,由注液嘴注入到液冷循环腔内吸附电机工作过程中散发的出热量;

步骤五、当水环境较为恶劣时,水在注液嘴中有一个固液分离的过程:水注入到注液腔,在外力的作用下和导向件的作用下,水中的固体颗粒被分割体隔离在注液腔内,处理过的水穿过导液孔流向导液腔内,并从出液孔中排出至液冷循环腔中。

一种如上所述的干湿两用的高效运转电机应用于水和/或空气中。

本发明的有益效果:本发明针对现有电机无法同时应用于水环境和空气环境中,做出了改进:在同时满足水环境和空气环境的高效散热的前提条件下,还确保了在水环境中的密封性能。

基于散热需求和密封需求同时满足的情况下,大大提高了电机的性能,实现在任何一种环境下电机都可达到持续的24小时高效运行。

附图说明

图1为本发明的干湿两用的高效运转电机的结构示意图;

图2为本发明的密封结构的剖视图;

图3为本发明的注液嘴的剖视图。

图1至图3中的各标注为:电机壳体1、前端盖2、后端盖3、转动轴4、风冷叶轮5、密封件6、注液本体7、收容腔8、分割体9、注液腔10、导液腔11、注液口12、导向件13、浮动塞14、搅拌件15、柱状腔体16、倒置锥台17、槽体601、环形容纳腔602、环形凸起603、对接部604、环形卡圈605、挡止件606。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步的描述。

目前,电机已经普遍应用于生活、工业中,好比作为搅拌机构的动力源、输送机构的动力源,以及发电装置的动力源等等。因此适用范围的宽泛性决定了电机的使用环境已经不仅仅局限于空气中,也将会在水中被使用。而也有存在以下这种情况的:电机被安装在井内、河岸处等其他具有蓄水功能的装置上,当雨水量较小时或者处于低潮时,电机所在的环境为空气,但是当雨水量增加或者处于高潮时,雨水或者水流将电机部分或者全部淹没。针对以上这种情况,对电机的要求则较高:既需要保证于空气环境中原有的散热性能,又能确保在水中具有预期的密封性。

假设将现有技术中的两种电机分别应用于上述环境中,将会出现以下问题:一、将在空气中使用的电机应用于上述环境,空气中使用的电机所具备的基本性能是散热性好,但是也正好因为需要保证高效的散热性,因此其密封性较差。如专利2015104242803则在通过在前端盖2处开设散热孔,结合后端的叶片实现高效的散热效果,可见其密封性差,如果将该电机置于水中则液体将会很快的进入到壳体的内部,导致其内部的电路无法正常运行,工作时限极短,3-4小时。二、如果将原本应用于水中的电机放置在空气中,首先需要考虑的是此类电机因置于水中使用时靠周边的水环境进行冷却处理,因此,此类电机散热性能不需要很高,它需要满足的就是密封性。将此类电机转移到空中时,因本身的散热性能就差且密封性高,故在运行较短的一段时间后温度急剧上升且无法有效的排出热量,导致电机报废。

为了解决上述技术中存在的问题,本实施例提供了一种干湿两用的高效运转电机,如图1所示。包括:电机壳体1,定义:电机壳体1的一端为前端,则另一端为后端。相对应的,电机壳体1的前端密封连接有前端盖2,后端则密封连接有后端盖3,且:电机壳体1的内部套装有电动机轴,其中电动机轴的前端延伸至前端盖2外,用于动力输出。本实施例中首先设置了至少两种散热机构,实现至少两种散热模式的单个使用或者同时使用,以同时满足电机在水中和空气中的散热性能。

在进一步的实施例中,电机壳体1的后端处设置有风冷机构,风冷机构被设置为通过增加:电机壳体1附近的气流实现散热,即下文将会提及到的风冷散热模式。同时还设置了液冷机构,设于:电机壳体1的内壁处。液冷机构被设置为通过流动式的冷却液体对:电机壳体1和电机本体实现散热;即下文将会提及到的液冷散热模式。

在进一步的实施例中,基于风冷散热模式,本实施例通过以下结构实现:在电动机轴的后端处传动连接有转动轴4(基于上文对电机壳体1的前、后端的定义,在本实施例中,电动机轴的前、后端与:电机壳体1的前、后端一致),其中转动轴4的活动端即后端穿过后端盖3并部分暴露于后端盖3,转动轴的固定端连接于电动机轴。暴露于后端盖3的转动轴4上固定有风冷叶片。

使用时,电动机轴自转时将会带动转动轴4自转,因此风冷叶片转动,并带动:电机壳体1周边的气流或者水流旋转,从而达到对:电机壳体1有效散热的效果。当电机置于空气中时,可直接对:电机壳体1进行降温处理,当电机置于水中时,考虑到水对电机内部的负影响,因此需要对后端盖3与转动轴4之间的连接处做密封处理。反之如果密封性低,同样将会产生上文中提及到的问题,

故在转动轴4与后端盖3的连接处设置密封件6,所述密封件6与转动轴4、后端盖3之间形成密封结构。该密封件6在满足密封性能的技术上,还不能影响转动轴4的自转。增设密封件6后的电机,方可在水中保证高强度的密封效果。

在进一步的实施例中,如图2所示,密封机构包括:沿后端盖3的宽度开设的槽体601,即槽体601本身具有预定的厚度。转动轴4穿过槽体601,上文中后端盖3与转动轴4之间的连接处即为转动轴4与槽体601交叉的部分。对槽体601和转动轴4分别做以下处理:槽体601的内壁自内而外凹陷预定厚度形成一环形容纳腔602;与之相对应的,转动轴4的外壁处设置有至少一个环形凸起603,图示中为一个环形凸起603。且环形凸起603位于环形容纳腔602内,在空间上实现转动轴4与后端盖3之间的交错,在进一步实施中,环形容纳腔602内设置有密封圈,换言之密封圈位于环形容纳腔602与转动轴4之间。定义每个环形凸起603的凸面与转动轴4的工作面之间的距离为Dn,其中n为环形凸起603的个数,且从转动轴4的后端至前端依次为第一环形凸起603、第二环形凸起603、…、第n环形凸起603,则D1<D2<...<Dn。依次递进关系,增加了水渗入的难度,提高密封性。

其中,密封件6设于槽体601与转动轴4之间,且密封件6在放置时空间上满足以下需求:密封件6的内壁与转动轴4相抵,外壁与槽体601相抵。且为了实现环形凸起603与环形容纳腔602之间的密封连接,故密封件6包括:对接部604,所述对接部604由若干个首尾相连的台阶从后端至前端以外扩的形式组成;所述台阶的数量和位置与所述环形凸起603相适配。对接部604位于环形凸起603与环形容纳腔602之间的空隙处。

在使用时,假设电机位于水中,大环境中的水在密封件6的外壁处和转动轴4的外壁处,部分水沿着细小的缝隙会向内部渗入,但是由于对接部604由若干个首尾相连的台阶从后端至前端以外扩的形式组成,依次在台阶式的对接部604的阻碍下,水很难继续渗入。尽管有少量的水继续渗入,但是如图2所示环形容纳腔602与转动轴4之间形成了一个缓冲腔,渗入的水将会停滞在缓冲腔内,不再继续渗入。

基于上述结构,虽然能够有效的防水防尘,但是转动轴4在自转时得不到很好的定位和禁锢,易发生晃动,反而会造成密封性破损。因此为了解决这一技术问题,在进一步的实施例中,转动轴4上还设置有与环形凸起603相平行的环形卡圈605。相对应的还包括设于转动轴4与部分槽体601之间的挡止件606,具体表现为:挡止件606,一端与环形卡圈605的后端面相抵,另一端活动卡接在槽体601内(即槽体601的对应位置处设置有环形卡槽)。为了增加环形卡圈605件的两侧面分别与挡止件606、密封件6之间的接触面积,故环形卡圈605位于前、后端的两侧面为倾斜设置。挡止件606与槽体601之间设置有第一密封圈,用于进一步密封。

在使用时,因止挡件的一端与转动轴4的环形卡圈605的前端相抵,另一端活动嵌入在槽体601内,故止挡件从两个斜向的角度给与转动轴4一个禁锢的作用,提高了转转动轴4转动时的稳定性。且也正是因为止挡件的一端与转动轴4的环形卡圈605的前端相抵,另一端活动嵌入在槽体601内,时端盖的后端与转动轴4之间呈一个密封的连接,进一步增强了密封效果。

在另一个实施例中,当需要液冷时,当电机处于空气环境中,直接向注液嘴中注入冷却油,冷却油贯穿电机壳体内的冷却循环腔以达到液冷的效果。

而当电机处于水中,必要时需要进一步且快速的降温时,最快的方式就是直接抽取周围环境的水体作为冷却液。但是由于各种工业环境和使用环境中的水质较差,里面将会存在大小不一的颗粒,如果是悬浮颗粒经一次循环后会跟着水流流出,对液冷循环腔的影响较小。但是如果是较大的颗粒在液冷循环腔中,容易堵塞或者停留在液冷循环腔中的某个位置,长期以往将会出现液冷循环腔堵塞的现象。

因此,为了解决这一技术问题,本实施例对注液嘴做了以下改进:包括安装在:电机壳体1上的注液本体7,且注液本体7自上而下形成一连通于液冷循环腔的收容腔8。还包括,分割体9,分割体9设置在容纳腔内,并将收容腔8分割为注液腔10和导液腔11,其中,所述注液腔10从上至下贯穿于所述收容腔8,所述导液腔11包裹在注液腔10下半部分的周围,位于导液腔11与注液腔10之间的分割体9上设置有多干个预定半径的导液孔;导液孔的半径较小,其目的是为了实现固液分离,将大于其半径的颗粒分离在注液腔10内。需要说明的是,能够流向液冷循环腔的液体是经过导液孔的液体,因此连接于注液腔10的注液本体7为密封结构,连接于注液腔10的注液本体7上设置有若干个出液孔。

使用时,水(其他的液体)被抽到注液腔10内,位于注液腔10内的水在外力的作用下将穿过分割体9上的导液孔,此时导液孔将大颗粒分离在注液腔10内,经过导液孔的水转移到导液腔11内,并由导液腔11内的出液孔流向液冷循环腔内。因此在液冷循环腔内的水质较高,不会出现堵塞的现象,增加了液冷的使用周期。通过设置有导液孔的分割体9对液体进行了固液分离处理,过滤掉冷却液中的较大颗粒,避免固体颗粒在液流的作用下流向冷却循环腔中对堆积,在长期使用后造成堵塞的问题。

同时,为了便于处于被分离在注液腔10内的大颗粒物体,本实施例还公开了一些技术:注液本体7的顶部开设有半径为R1的注液口12;注液腔10内沿液体注入方向活动设置有导向件13,所述导向件13的顶端设置有外径为R2的浮动塞14,其中R2>R1,避免导向件13脱离注液腔10;所述导向件13的外壁从上至下以螺旋的形式缠绕有搅拌件15。

需要说明的是,在注液腔10内设置具有搅拌功能的导向件13,其目的是为了实现对固定颗粒起到搅碎、分散的作用的同时,借助外力在注液腔10的内部产生更大的水流,水流促进导向件13在预定的空间内浮动和做无规律性的转动,在浮动的过程中带出部分的颗粒,保证注液腔10内部的不堵塞。

在进一步的实施例中,分割体9包括:柱状腔体16和设于所述柱状腔体16顶部的倒置锥台17;所述柱状腔体16与所述倒置锥台17的内部相互连通。通过采用上述技术方案,对导向件13起到一定的限定作用,保证导向件13长期处于导液孔所在的位置处,增加水流的同时降低颗粒的粒径,以增加颗粒的悬浮性和流动性。

在另一个实施例中,一种如上所述的干湿两用的高效运转电机的运转方法,具体包括以下步骤:

步骤一、判断当前电机所处的工作环境,基于当前的工作环境,选用对应的散热模式;当电机处于空气工作时,选用风冷和/或液冷的散热模式,执行步骤二;当电机处于水下时,选用液冷的散热模式,执行步骤四;

步骤二、电机处于工作状态时,风冷机构同样处于运转状态,即风冷叶轮5自转并加强:电机壳体1周边的空气流动实现风冷的效果;

步骤三、当需要进一步的冷却电机或者电动机轴时,向注液嘴中注入冷却油,冷却油依次经过注液腔10、分割体9的导液孔和导向腔,最后由出液孔排出到液冷循环腔内进行降温散热处理;

步骤四、当电机处于水下时,位于电机周围处的水在外力作用下被注入到注液嘴内,由注液嘴注入到液冷循环腔内吸附电机工作过程中散发的出热量;

步骤五、当水环境较为恶劣时,水在注液嘴中有一个固液分离的过程:水注入到注液腔10,在外力的作用下和导向件13的作用下,水中的固体颗粒被分割体9隔离在注液腔10内,处理过的水穿过导液孔流向导液腔11内,并从出液孔中排出至液冷循环腔中。

在另一个实施例中,将本实施例中的电机应用于搅拌机构,且该搅拌机构位于井中,且在安装时控制电机处于顶端。当井中的水位较低时,电机位于水位之上并驱动搅拌机构对井中的水进行作业处理。此时可以采用风冷散热模式或者液冷散热模式中的至少一种实现高强度的散热效果,实现了电机在空气环境下的高效运行。由于下雨或者其他自然因素,导致井中的水位上升且将电机淹没,当电机处于休息状态时,由于密封性已经得到了足够的保障,故不会因水的研磨对电机自身造成影响。当电机处于工作状态时,首先基于高密封性且确保了电机的性能不受影响,其次周围的水可以对其起到一定的散热效果,必要时需要液冷时,则抽入井水,并通过注液嘴实现对井水的有效过滤,保证液冷循环腔的连通性,同时也不会影响液冷散热模式在空气环境下的使用。

基于上述结构,在任何环境下都能兼顾电机的密封性和散热性,实现在水中和大气中两种不同环境之间的切换使用,且能够实现连续24小时的高效运转。

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