CN102593975A - 一种电机定子冷却结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机制造领域，特别涉及电机定子冷却结构。为了解决现有技术中电机定子冷却结构散热效果差，冷却部位不全面的缺陷，本发明提供一种电机定子冷却结构及其制备方法。该电机定子冷却结构包括前端部导流罩，定子绕组前端部，定子齿，槽楔，隔离层，定子绕组后端部，后端部导流罩。该电机定子冷却结构可以提高电机定子的散热能力，从而提高电机定子的冷却效率；本发明提供的电机定子冷却结构可广泛用于各种电机，尤其适用于高功率密度永磁同步电机定子的冷却。本发明提供的电机定子冷却结构的制备方法，以现有电机定子的制备和安装为基础，进一步安装了隔离层和前端部导流罩、后端部导流罩，该制备方法工艺简单，易于操作。

Description

一种电机定子冷却结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及电机制造领域，特别涉及电机定子冷却结构及其制备方法。

背景技术

目前，多数电动汽车，尤其是特种电动车辆要求使用高功率密度电机，然而，目前的高功率密度电机的冷却方法普遍采用定子外加水套冷却这一传统冷却方式(以后简称传统冷却方法)。

首先，电机采用传统冷却方法，电机定子外要加装水套，增加了电机的体积和重量，严重影响了电机的转矩密度和功率密度的提高。电机的热必须先通过热传导的方式传递给水套，再由水套传递给冷却液，因此，水套必须用导热性良好的金属加工制造；而且，水套位于电机外部，所以水套必须具有一定的机械强度，因此，金属水套需要具有一定的厚度。水套厚度的增加直接增加了电机的体积和重量，导致电机功率体积密度、功率重量密度、转矩体积密度和转矩重量密度降低。

其次，电机采用传统冷却方法，由于通过水套进行热传导，增加了电机散热的热阻，不利于电机散热。电机运行过程中，最热的部位为电机定子的齿部，但采用传统冷却方式，电机齿部的热量要通过电机的轭部传递给水套，热阻较大，不利于电机定子快速散热；同时，电机内耐热能力最差的定子槽内绕组的热量也要通过轭部传递给水套，同样热阻较大，因此传统方法的散热效果有限，严重制约电机转矩密度、功率密度的提高。

最后，传统冷却方法无法冷却电机的定子绕组端部，电机运行过程中，绕组端部热量只能通过热辐射进行散热，这一问题同样是传统冷却方法制约电机高转矩密度、高功率密度发展的瓶颈。

发明内容

为了解决现有电机定子冷却结构散热效果差，冷却部位不全面的缺陷，本发明提供一种电机定子冷却结构及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种电机定子冷却结构，所述冷却结构包括前端部导流罩，隔离层，后端部导流罩；

所述隔离层为圆筒状，置于定子齿的径向内壁处；所述前端部导流罩和后端部导流罩为圆环状凹槽，分别罩住定子的前端和后端；所述前端部导流罩与所述隔离层的前端为密封连接，所述隔离层的后端与后端部导流罩为密封连接；所述前端部导流罩与定子绕组前端部之间有间隙，所述后端部导流罩与定子绕组后端部之间有间隙；所述隔离层与定子的槽楔之间有间隙。

本发明提供一种电机定子冷却结构，所述冷却结构包括前端部导流罩，定子绕组前端部，定子齿，槽楔，隔离层(或称：冷却液隔离层)，定子绕组后端部，后端部导流罩；

所述隔离层为圆筒状，置于定子齿的径向内壁处；所述前端部导流罩和后端部导流罩为圆环状凹槽，分别罩住定子的前端和后端；所述前端部导流罩与所述隔离层的前端为密封连接，所述隔离层的后端与后端部导流罩为密封连接；所述前端部导流罩与定子绕组前端部之间有间隙，所述后端部导流罩与定子绕组后端部之间有间隙；所述隔离层与所述槽楔之间有间隙；所述定子绕组前端部、前端部导流罩、定子齿、槽楔、隔离层、定子绕组后端部、后端部导流罩形成冷却液通道。

进一步的，所述前端部导流罩上设置有冷却液进口，所述后端部导流罩上设置有冷却液出口。

进一步的，所述圆筒状隔离层的外径尺寸与所述电机定子的内径尺寸相适配，隔离层固定在电机定子齿的内壁处。所述隔离层紧贴所述定子齿径向内壁。

进一步的，所述冷却液隔离层为薄壁型隔离层，隔离层厚度为1.5mm-2.5mm，优选厚度为2mm。所述定子齿的相邻齿的两个相邻表面之间的距离为4mm-12mm，优选距离为5mm。所述隔离层与所述槽楔之间的距离为3mm-8mm，优选距离为5mm。

所述隔离层与所述槽楔之间的距离与所述定子齿的相邻齿的两个相邻表面之间的距离可以相同，也可以不同。

进一步的，所述冷却液进口和所述冷却液出口之间设置有电机外冷却循环系统。该电机外冷却循环系统为现有的电机定子外部的冷却循环系统。

进一步的，所述电机外冷却循环系统包括冷却系统和泵；

所述冷却液从冷却液出口流出，经冷却系统冷却，之后由泵输送至所述冷却液进口。

进一步的，所述前端部导流罩，后端部导流罩，隔离层由高强度、绝缘、耐温材料制成。所述耐温材料优选耐高温材料。

进一步的，所述前端部导流罩，后端部导流罩，隔离层由工程塑料，例如，聚四氟乙烯制成。

所述槽楔采用现有技术制备，根据不同的电机，选用不同的材料。所述槽楔可以由高强度、绝缘、耐温材料制成。所述耐温材料优选耐高温材料，例如，聚四氟乙烯。另一方面，所述槽楔可采用非导磁材料或磁性材料。

进一步的，所述槽楔为硅钢片。

本发明还提供一种电机定子冷却结构的制备方法，包括下述步骤：

(1)、将电机定子绕组绕制和嵌装在定子槽内，采用槽楔密封电机的定子槽口；

(2)、将电机定子整体，包括电机绕组端部，电机槽内绕组，槽楔，进行绝缘和密封处理；

上述绝缘和密封处理的具体方法为：将电机定子整体浸入绝缘漆(又称清漆)中，使电机定子的各部分均都涂有绝缘漆，然后将电机定子进行真空烘干干燥。

(3)、安装隔离层、前端部导流罩、后端部导流罩。

上述隔离层的外径尺寸与所述电机定子的内径尺寸相适配，先将隔离层楔入并固定在所述定子齿径向内壁处，之后安装前端部导流罩和后端部导流罩，最后用密封胶粘剂，如环氧树脂密封隔离层与前端部导流罩、后端部导流罩之间的接缝，或者，利用螺丝和螺母使隔离层与前端部导流罩、后端部导流罩密封连接在一起。

上述电机定子冷却结构的制备方法，还包括安装电机外冷却循环系统。

本发明还提供一种电机定子，该电机定子包括上述的电机定子冷却结构。

上述的电机定子冷却结构在使用过程中，首先，冷却液(水、防冻液或油)通过冷却液进口进入电机定子的前端部导流罩，冷却液有效冷却电机定子绕组的前端部；然后，通过电机定子槽楔、隔离层和定子齿两相邻齿的相邻表面形成的导流通道，冷却液有效冷却了电机运行过程中发热量最大的电机齿部和电机定子槽内的定子绕组；另一方面，有少量的冷却液沿着绕组的前端部流入定子槽内，之后再由绕组的后端部流出，这部分流入定子槽内的冷却液利于对槽内绕组进行冷却，或者利于槽内绕组散热，进一步提高了该冷却结构的冷却效果；然后，冷却液到达电机后端部导流罩，冷却电机定子绕组的后端部；最后，冷却液从后端部导流罩上的冷却液出口流出。冷却液从冷却液出口流出后，进入电机外冷却循环系统，冷却液经过冷却系统冷却后，由泵输送至所述冷却液进口。

采用本发明提供的电机定子冷却结构，冷却液直接在电机定子槽的槽楔和隔离层之间流动，减小了传统电机槽内绕组(电机耐热能力最差部位)到冷却液的热阻；同时，冷却液在前端部导流罩和后端部导流罩之中的流动，直接冷却了传统冷却方法无法有效冷却的电机定子的绕组端部(即绕组前端部和绕组后端部)。

与现有技术相比，本发明提供的电机定子冷却结构提高了电机定子的散热能力，能够全面冷却电机定子，提高了电机定子的冷却效率；而且，与传统的水套相比，该电机定子冷却结构对电机定子的重量和体积影响较小，能够使电机进一步提高电磁结构性能，提高电机的转矩密度和功率密度。因此，本发明提供的电机定子冷却结构适用于各种电机，包括发电机和电动机，尤其适用于高功率密度永磁同步电机的定子冷却。

本发明提供的电机定子冷却结构的制备方法，以现有电机定子的制备和安装为基础，进一步安装了隔离层和前端部导流罩、后端部导流罩，该制备方法工艺简单，易于操作。

附图说明

图1是本发明提供的一种电机定子冷却结构的轴向剖面示意图；

图2是本发明提供的一种电机定子冷却结构的横截面示意图。

图中：1、冷却液进口，2、前端部导流罩，3、冷却液，4、定子槽部槽楔(简称槽楔)，5、定子绕组，6、定子齿，7、电机定子，8、定子绕组后端部，9、冷却液出口，10、后端部导流罩，11、电机外壳，12、电机转子，13、电机转子转轴，14、隔离层，15、轴向冷却液通道，16、定子绕组前端部。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

如图1和图2所示，本发明提供的一种电机定子冷却结构，所述冷却结构包括前端部导流罩2，隔离层14，后端部导流罩10，冷却液进口1，冷却液出口9；

所述隔离层14为圆筒状，置于定子齿6的径向内壁处；所述前端部导流罩2和后端部导流罩10为圆环状凹槽，分别罩住定子7的前端和后端；所述前端部导流罩2与所述隔离层14的前端为密封连接，所述隔离层14的后端与后端部导流罩10为密封连接；所述前端部导流罩2与定子绕组前端部16之间有间隙，所述后端部导流罩10与定子绕组后端部8之间有间隙；所述隔离层14与定子的槽楔4之间有间隙。

冷却液3(水、防冻液或油)首先通过冷却液进口1进入电机的前端部导流罩2冷却电机定子绕组前端部16，再通过定子齿6轴向表面，槽楔4，冷却液隔离层14构成的轴向冷却液通道15冷却定子齿6和电机定子7的定子槽内的定子绕组5，然后到达电机的后端部导流罩10冷却定子绕组后端部8，最后，冷却液3通过后端部导流罩10上的冷却液出口9流出，从而实现对电机定子7的高效冷却。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明提供的一种电机定子冷却结构，包括前端部导流罩2，定子绕组前端部16，定子齿6，槽楔4，冷却液隔离层14，定子绕组后端部8，后端部导流罩10；所述前端部导流罩2与所述冷却液隔离层14的前端为密封连接，所述冷却液隔离层14的后端与后端部导流罩10为密封连接；所述冷却液隔离层为薄壁型，隔离层的厚度为2mm；所述定子绕组前端部16、前端部导流罩2、定子齿6、槽楔4、冷却液隔离层14、定子绕组后端部8、后端部导流罩10形成冷却液通道15。

如图1和图2所示，电机定子7包括定子绕组5，所述定子绕组5通过密封和绝缘处理，定子绕组前端部16和定子绕组后端部8的外表面形成电机两端部的冷却液3的导流通道的内表面；槽楔4位于电机定子7的定子槽内，压紧定子绕组5，形成电机定子7的定子槽内轴向冷却液通道15的上表面，薄壁冷却液隔离层14紧贴在定子齿6径向内壁处，形成电机定子7的定子槽内轴向冷却液通道15的下表面，如图2所示，所述薄壁冷却液隔离层14与所述槽楔4之间的距离H为5mm。最终，由前端部导流罩2、后端部导流罩10、定子绕组前端部16的外表面、定子绕组后端部8的外表面、电机定子7的定子槽部的槽楔4、定子齿6相邻齿的两个相邻表面和冷却液隔离层14共同构成冷却液通道15。所述定子齿6的相邻齿的两个相邻表面之间的距离L是5mm；所述定子齿6的形成轴向冷却液通道15的那一部分的径向长度，与所述冷却液隔离层14与所述槽楔4之间的距离相同。

如图1所示，在前端部导流罩2上设置冷却液进口1，在后端部导流罩10上设置冷却液出口9；电机定子7置于电机壳体11内；电机转子12上安装有磁钢并套在电机转子转轴13上，电机转子12可在转轴13上转动；电机转轴13穿过电机壳体11并固定在电机壳体上。

如图1和图2所示，冷却液3(水、防冻液或油)首先通过冷却液进口1进入电机的前端部导流罩2冷却电机定子绕组前端部16，再通过定子齿6的轴向表面，槽楔4，冷却液隔离层14构成的轴向冷却液通道15冷却定子齿6和电机定子7的定子槽内的定子绕组5，然后到达电机的后端部导流罩10冷却定子绕组后端部8，最后，冷却液3通过后端部导流罩10上的冷却液出口9流出，从而实现对电机定子7的高效冷却。

实施例2：

如图1和图2所示，所述冷却液隔离层为薄壁型，隔离层的厚度为1.5mm，所述薄壁冷却液隔离层14与所述槽楔4之间的距离H为3mm，所述定子齿6的相邻齿的两个相邻表面之间的距离L是4mm，其它具体实施方式与实施例1相同。

本实施例提供的电机定子冷却结构在制备过程中，槽楔4压紧定子绕组5，电机定子整体，包括电机绕组端部，电机槽内绕组，槽楔，浸入绝缘漆内进行绝缘密封处理，密封效果很好。以至于在冷却液3对电机定子进行冷却的过程中，冷却液3(水、防冻液或油)首先通过冷却液进口1进入电机的前端部导流罩2冷却电机定子绕组前端部16，再通过定子齿6轴向表面，槽楔4，冷却液隔离层14构成的轴向冷却液通道15冷却定子齿6和电机定子7的定子槽内的定子绕组5，然后到达电机的后端部导流罩10冷却定子绕组后端部8，最后，冷却液3通过后端部导流罩10上的冷却液出口9流出。不会出现冷却液沿着绕组的前端部流入定子槽内(槽楔4远离隔离层14的一侧，定子绕组5所在的定子槽的部分)，之后再由绕组的后端部流出的情况。

实施例3：

如图1和图2所示，所述冷却液隔离层为薄壁型，隔离层的厚度为2.5mm，所述薄壁冷却液隔离层14与所述槽楔4之间的距离H为8mm，所述定子齿6的相邻齿的两个相邻表面之间的距离L是12mm，其它具体实施方式与实施例1相同。

本实施例提供的电机定子冷却结构在制备过程中，槽楔4与定子绕组5之间有间隙，电机定子整体，包括电机绕组端部，电机槽内绕组，槽楔，浸入绝缘漆内进行绝缘密封处理，并真空干燥之后，楔入隔离层14，进一步安装前端部导流罩2和后端部导流罩10，然后，依据现有的电机的安装方法完成电机定子，转子，电机壳等部件的安装。

在冷却液3对电机定子进行冷却的过程中，冷却液3(水、防冻液或油)首先通过冷却液进口1进入电机的前端部导流罩2冷却电机定子绕组前端部16，大部分冷却液通过定子齿6轴向表面，槽楔4，冷却液隔离层14构成的轴向冷却液通道15冷却定子齿6和电机定子7的定子槽内的定子绕组5，然后到达电机的后端部导流罩10冷却定子绕组后端部8；另一方面，有少量的冷却液沿着绕组的前端部流入定子槽内(槽楔4远离隔离层14的一侧，定子绕组5所在的定子槽的部分)，之后沿绕组5与槽楔4之间形成的通道流动，并流经绕组后端部8，到达电机的后端部导流罩10；最后，冷却液3通过后端部导流罩10上的冷却液出口9流出。

实施例4：

如图1和图2所示，所述冷却液隔离层的厚度为1.5mm，所述冷却液隔离层14与所述槽楔4之间的距离H为8mm，所述定子齿6的相邻齿的两个相邻表面之间的距离L是4mm，其它具体实施方式与实施例1相同。

实施例5：

如图1和图2所示，所述冷却液隔离层的厚度为2mm，所述冷却液隔离层14与所述槽楔4之间的距离H为8mm，所述定子齿6的相邻齿的两个相邻表面之间的距离L是8mm，其它具体实施方式与实施例1相同。

实施例6：

如图1和图2所示，所述冷却液隔离层为薄壁型，隔离层的厚度为1.5mm，所述薄壁冷却液隔离层14与所述槽楔4之间的距离H为5mm，所述定子齿6的相邻齿的两个相邻表面之间的距离L是12mm，其它具体实施方式与实施例1相同。

实施例7：

如图1和图2所示，所述冷却液隔离层为薄壁型，隔离层的厚度为2.5mm，所述薄壁冷却液隔离层14与所述槽楔4之间的距离H为5mm，所述定子齿6的相邻齿的两个相邻表面之间的距离L是10mm，其它具体实施方式与实施例1相同。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种电机定子冷却结构，其特征在于，所述冷却结构包括前端部导流罩，隔离层，后端部导流罩；

所述隔离层为圆筒状，置于定子齿的径向内壁处；所述前端部导流罩和后端部导流罩为圆环状凹槽，分别罩住定子的前端和后端；所述前端部导流罩与所述隔离层的前端为密封连接，所述隔离层的后端与后端部导流罩为密封连接；所述前端部导流罩与定子绕组前端部之间有间隙，所述后端部导流罩与定子绕组后端部之间有间隙；所述隔离层与定子的槽楔之间有间隙。

2.一种如权利要求1所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述冷却结构包括前端部导流罩，定子绕组前端部，定子齿，槽楔，隔离层，定子绕组后端部，后端部导流罩；

所述隔离层为圆筒状，置于定子齿的径向内壁处；所述前端部导流罩和后端部导流罩为圆环状凹槽，分别罩住定子的前端和后端；所述前端部导流罩与所述隔离层的前端为密封连接，所述隔离层的后端与后端部导流罩为密封连接；所述前端部导流罩与定子绕组前端部之间有间隙，所述后端部导流罩与定子绕组后端部之间有间隙；所述隔离层与所述槽楔之间有间隙；所述定子绕组前端部、前端部导流罩、定子齿、槽楔、隔离层、定子绕组后端部、后端部导流罩形成冷却液通道。

3.一种如权利要求1或2所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述前端部导流罩上设置有冷却液进口，所述后端部导流罩上设置有冷却液出口。

4.一种如权利要求3所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述圆筒状隔离层的外径尺寸与所述电机定子的内径尺寸相适配，隔离层固定在电机定子齿的径向内壁处。

5.一种如权利要求2所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述隔离层厚度为1.5mm-2.5mm，所述隔离层与所述槽楔之间的距离为3mm-8mm，所述定子齿的相邻齿的两个相邻表面之间的距离为4mm-12mm。

6.一种如权利要求3所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述冷却液进口和所述冷却液出口之间设置有电机外冷却循环系统。

7.一种如权利要求6所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述电机外冷却循环系统包括冷却系统和泵；

冷却液从所述冷却液出口流出，经冷却系统冷却，之后由泵输送至所述冷却液进口。

8.一种如权利要求1或2所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述前端部导流罩，后端部导流罩，隔离层由高强度、绝缘、耐温材料制成。

9.一种如权利要求1至8之一所述的电机定子冷却结构的制备方法，包括下述步骤：

(1)、将电机定子绕组绕制和嵌装在定子槽内，采用槽楔密封电机的定子槽口；

(2)、将电机定子整体，包括电机绕组端部，电机槽内绕组，槽楔，进行绝缘和密封处理；

(3)、安装隔离层、前端部导流罩、后端部导流罩。

10.一种电机定子，其特征在于，所述电机定子包括权利要求1至8之一所述的电机定子冷却结构。

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