CN103280903A - 一种电机定子铁心的结构及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机定子铁心的结构及冷却方法，其特征是：定子铁心由定子轭部单元和定子齿部单元拼接组合而成，定子轭部单元与定子齿部单元具有相同的数量，均等于定子的槽数Z₁；定子轭部单元及定子齿部单元均是由取向硅钢片叠合而成，每两个相邻的齿部单元间联接一个定子轭部单元，齿部单元间与定子轭部单元间的联接为榫接，定子轭部单元的硅钢片的取向方向为周向方向，定子齿部单元的硅钢片的取向方向为径向方向。冷却方法为风冷、水冷、油冷之一。其优点是：电机具有铁磁损耗低、效率高、转矩脉动低、齿槽效应低、运行噪声低、风阻低、定子绕组的槽满率高、硅钢片材料的利用率高、定子适合于自动化的大规模生产等特点。

Description

一种电机定子铁心的结构及冷却方法

技术领域

本发明涉及一种电机定子铁心的结构及冷却方法，特别是一种使用取向硅钢片的电机定子铁心的结构，及采用这种结构的铁心的电机定子的冷却结构和冷却方法，属于电机技术领域。

背景技术

旋转电机（包括电动机和发电机）在现代工业、农业、交通运输、国防、科学技术以及日常生活等不同的领域均得到广泛的应用。典型地，旋转电机均包含定子和转子等部件，而电机的定子和转子通常均包含铁心，其作用是形成磁路，引导磁通合理流动，产生电磁力并输出转矩。电机的磁通是由电机绕组的电流以及永磁电机的永磁铁产生。电机的铁心由软磁材料组成，最主要的软磁材料是导磁能力强、铁磁损耗低的硅钢片，硅钢片经过冲压及叠合后，组成电机的定、转子铁心。电机在运转时除了输出机械功率（电动机）或输出电功率（发电机）外，还会产生损耗，也会产生噪声。电机的损耗主要包括铜耗、铁耗以及机械损耗，其中铁耗即铁磁损耗，它主要包括涡流损耗和磁滞损耗；机械损耗包括轴承的损耗及由于电机的齿槽效应产生的风阻损耗等。电机的噪声主要包括电磁噪声、机械振动噪声及风阻变化产生的噪声（简称风噪）。电机损耗的增加会降低系统的效率，增加电机的发热量，进而增加电机的散热难度。因此，降低电机的损耗，是提高电机效率、降低温升、降低冷却难度最有效的手段；降低电机的损耗，也有利于提高电机的功率密度和转矩密度。另一方面，采用高效的冷却方式，也有助于发挥电机的潜能，提高电机的功率密度和转矩密度，降低电机的体积和重量，容易实现电机驱动系统的安装和布置。

提高电机的效率，可以采用的手段主要包括采用高性能磁性材料从而降低电机的铁耗；通过提高导线的性能、利用率及提高电机的槽满率，降低导线的电阻，从而降低电机的铜耗；通过采用低齿槽效应的定子铁心，可以降低风阻，同时也可以降低风噪。

与电机的铁耗相关的硅钢片有不同的种类，主要包括热轧硅钢片和冷轧硅钢片。冷轧硅钢片又分为无取向硅钢片和取向硅钢片。冷轧硅钢片的磁性能优于热轧硅钢片，而取向冷轧硅钢片沿取向方向的磁性能又优于无取向冷轧硅钢片。目前，电机的铁心普遍采用无取向热轧硅钢片或无取向冷轧硅钢片。

传统电机定子的硅钢片叠片典型地具有如下特征：第一，叠片是整体结构，是由大小适当的整片无取向硅钢片冲压而成；第二，定子叠片的线槽为开口、半开口或半闭口结构，以便能够将定子绕组的导线从槽口送入线槽中；第三，定子叠片的有效面积与冲制该定子叠片的整片硅钢片面积之比较小，即硅钢片材料的利用率较低；第四，定子绕组通常是通过手工装入线槽中（手工下线），难以自动下线，即使可以自动下线，其自动化生产线成本极高，槽满率也低于手工下线；第五，电机绕组的端部较长，较长的绕组端部降低了绕线的利用率，并增加了电机的铜耗；第六，叠片的整体结构需要较大的模具进行冲压；第七，线槽的开口结构在定子的内径处形成齿槽结构，从而产生齿槽效应，引起转矩脉动，而且当电机高速旋转时，齿槽效应会引起较大的风噪，并增加阻力，降低电机的效率；第八，电机的定子铁心采用无取向硅钢片叠合而成，其磁性能低于合理采用取向硅钢片的电机。

硅钢片材料的利用率较低将造成电机成本的增加；定子绕组通过手工装入线槽，增加了电机的自动化生产难度；较长的绕组端部必将增加电机的轴向长度，降低导线利用率，增大损耗；使用无取向硅钢片，较之合理使用取向硅钢片的效率低。

近年来，出现了采用分段结构的铁心通过拼接组合的方式，组成电机整体定子铁心，定子绕组采用带骨架的集中绕组，这种结构的电机已经有实际应用的例子，如在日本本田公司的混合动力汽车中得到应用。这种电机定子铁心的分段单元采用链式结构，其定子齿部和轭部为一体，并采用无取向硅钢片制造，无法使用取向硅钢片制造，因此不具备本发明采用取向硅钢片所能够达到的效果。

根据上述对传统电机的描述可以看出，现有的技术存在如下缺点。

1、定子铁心采用无取向硅钢片制造，其磁滞损耗及涡流损耗较大，即铁耗较大；

2、定子开口、半开口或半闭口结构的线槽会引起齿槽效应，从而引起转矩脉动，而且当电机高速旋转时，会产生较大的风阻损耗，并形成较大风噪；

3、采用定子斜槽或转子斜极的方法固然可以降低齿槽效应引起的转矩脉动，但是同时也降低了电机的转矩和功率；

4、对于采用传统的整体结构的定子铁心，电机绕组的端部较长，这不但降低了导线的利用率，增大电机的铜耗，也增加了电机轴向尺寸；

5、对于传统的分布式定子绕组，通常只能采用多股圆形漆包线制成，难以采用矩形漆包线，因此电机定子线槽的利用率（槽满率）较低；

6、现有的中、小型电机，定子的铁心为整体结构，对定子强制风冷只能采用间接的方式，冷却空气强制吹向电机定子的端部及定子外壳，无法直接吹到定子绕组表面，也无法直接吹到定子铁心内部；

7、对于直接吹过气隙的强制风冷方式，尽管可以直接冷却定子铁心内径表面，但是由于槽楔的遮挡，无法通过对流的方式直接对定子绕组散热，而且空气中未能滤除的颗粒物可能会从电机转子的端部进入轴承内部，降低轴承润滑系统的润滑效果，增大轴承的阻力，并降低轴承的使用寿命；

8、现有电机的水冷结构是将冷却水套作为电机定子铁心的外壳，通过定子轭部外表面与外壳之间的传导方式将定子的热量间接传递至冷却液，并由循环流动的冷却液进行散热，该方法无法将定子铁心内部的热量直接传导到冷却液中，散热效果受到限制；

9、现有的电机，定子绕组除了端部外，其它部分完全封闭在定子线槽内，在采用喷溅式油冷散热方式时，只能从电机绕组的端部向绕组喷油，或通过向铁心喷油的方式间接冷却绕组，无法直接向绕组表面喷油，冷却效果受限；

10、对于整体结构的定子铁心，通常采用分布式绕组，绕组线圈采用手工下线方式装配，难以自动化装配绕组，自动化装配线的成本很高；

11、对于整体结构的铁心，定子叠片在冲制时，边角料较多，硅钢片的利用率较低；

12、现有的采用分段结构的定子铁心的电机，其定子分段单元采用定子轭部与定子齿部一体的结构，其铁心只能使用无取向硅钢片冲制，无法使用取向硅钢片，因此这种结构的电机也不具备本发明因使用取向硅钢片所能够达到的效果。此外，这种拼接结构的电机，定子拼接为整体后，定子仍然是开口、半开口或半闭口的线槽结构，定子内径不是光滑的，存在齿槽效应，因此仍存在齿槽转矩脉动及较大的风阻和风噪；

13、现有的采用分段结构的定子铁心的电机，这种拼接定子铁心内部无法安装冷却水管、冷却油管及制冷系统的蒸发器管路，因此无法从定子内部直接冷却定子铁心，也无法采用本发明提出的喷溅式油冷及利用热泵技术的蒸发冷却的冷却方式从电机内部对绕组进行冷却；

14、现有的采用分段结构的定子铁心的电机，其绕组采用有骨架结构的集中绕组，未考虑到采用无骨架结构的集中绕组，绕组的骨架占据一定的槽空间，因此电机的槽满率较本发明提出的无骨架结构的集中绕组低；

15、现有的采用分段结构的定子铁心的电机，其绕组骨架的端部挡板将槽内的绕组遮挡，而且定子铁心上无法安装冷却油喷嘴，也就无法利用喷溅式油冷方式，直接将冷却油喷溅到绕组表面，绕组的冷却只能采用间接冷却的方式，即绕组的热量传导到定子铁心的齿部，再由铁心表面散热；

16、现有的采用分段结构的定子铁心的电机，其绕组骨架只是起到绕组支撑和装配的作用，骨架上无导热沟槽，不具备本发明提出的骨架具有导热沟槽结构因而可以提高电机散热效果的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用取向硅钢片叠合的分段单元拼接组合的电机定子铁心结构，以及采用这种定子铁心的电机定子的冷却结构和冷却方法，采用这种定子铁心的电机具有铁磁损耗低、效率高、材料利用率高、电机的转矩脉动小、绕组的端部短及槽满率高、电机的齿槽效应低、噪音低、风阻低等优点，采用该结构铁心的定子适合于自动化的大规模生产。此外，采用这种结构的定子铁心，电机定子具有冷却方式灵活、散热效果好等特点。

本发明提出的电机定子铁心结构设计的主导思想是：定子主磁路的磁力线方向具有如下特征：定子齿部主磁通的磁力线方向为径向方向，定子轭部主磁通的磁力线方向为周向（切向）方向。

为此本发明提出了拼接组合的电机定子铁心结构，其特征是：定子铁心由定子轭部单元和定子齿部单元拼接组合而成，定子轭部单元与定子齿部单元具有相同的数量，均等于定子的槽数Z₁；定子轭部单元及定子齿部单元均是由取向硅钢片叠合而成，所述定子齿部单元由齿顶（齿冠）、齿身、齿根构成，所有定子齿部单元沿圆周均匀分布，每个定子齿部单元的中轴线均通过圆心，相邻齿部单元的齿根间形成榫接槽结构，相邻齿部单元齿身间为定子绕组的线槽；每两个相邻的齿部单元间联接一个定子轭部单元，定子轭部单元的与定子齿部单元相联接处为与齿部单元的齿根间形成的榫接槽结构相吻合的榫接结构，定子齿部单元与轭部单元的联接为榫接，定子轭部单元的硅钢片的取向方向为周向（切向）方向，定子齿部单元的硅钢片的取向方向为径向方向。

所述定子齿部单元的齿顶为极靴形结构，齿根为箭头形结构，定子轭部单元的与定子齿部单元相联接处为与齿部单元的齿根间形成的榫接槽结构相吻合的燕尾形状的榫接结构；齿部单元及轭部单元的上述形状，使得它们拼接组合后，主磁路具有最小的磁阻，而且它们采用榫接方式进行拼接可以紧密地联结在一起，防止松脱。

所述定子齿部单元的齿根部的宽度小于齿身的宽度，以便可以将缠绕有绕组的骨架从齿根处套入到定子齿身上；

所述定子齿部单元，其齿顶沿径向的高度尽可能小，以利于降低定子齿冠漏磁，并获得尽可能大的线槽空间；

本发明针对上述分段拼接组合式电机定子铁心，提供了如下特征的齿部单元形状：

a.定子槽口完全封闭的无齿槽的齿部形状

所述齿顶极靴的弧长（定子齿顶宽度）等于定子齿距，即定子铁心内径周长的Z₁分之一；相邻齿部单元齿冠无缝结合，并使得线槽完全闭合，定子铁心在内径处呈现出光滑的内表面，基本上无齿槽效应；

b.定子槽口不封闭的有齿槽的齿部形状

所述定子齿顶宽度小于定子齿距，定子线槽为半闭口、半开口或开口槽。

在定子轭部单元上靠近线槽处有一个与线槽相联通，且沿电机轴向贯通的导热通道；

优选的导热通道的形状为圆柱形的一部分；

本发明针对上述导热通道，提供出如下两种通道布局：

a.所述定子轭部的导热通道位于定子轭部的对称轴处，适合于定子绕组采用集中绕组结构，每一个线槽均有两个绕组边（即双层绕组）的定子绕组结构；

b．所述定子轭部的导热通道位于定子轭部沿周向靠近线槽的边缘处（即靠近轭部与齿部结合部），适合于定子绕组采用集中绕组结构，每一个线槽均有一个绕组边（即单层绕组）的定子绕组结构。

本发明针对上述拼接组合式电机定子铁心结构的电机定子提供了如下的冷却方法：

a.从定子内部直接冷却定子铁心和定子绕组的强制风冷冷却方法

该冷却方法是，所述定子轭部的导热通道与定子绕组间隙组成强制风冷的散热通道，在电机定子的两端分别设有导风入口及出风口，导风入口及出风口均覆盖此散热通道，在风扇的作用下，经过滤清的冷却空气从导风入口进入上述散热通道，再从定子另一端的出风口排出，冷却空气直接吹过定子绕组表面及定子轭部铁心内部，将绕组及定子铁心内部的热量带出，利用空气对流实现对电机进行强制风冷。

b.直接冷却定子铁心的水冷的冷却方法

所述定子轭部的导热通道内镶嵌冷却水管，在电机定子两侧端部增加密封端盖，利用这些密封端盖及定子铁心将定子绕组完全包裹，形成封闭的空间，该空间以定子绕组线槽为基础，并扩展到电机绕组端部以外，该封闭的空间充满冷却媒质，该冷却媒质具有较高的导热性能及绝缘性能、黏度低、阻燃、安全环保等特点，优选与下面采用的喷溅式油冷的冷却方法相同的冷却油，整个定子绕组完全浸在冷却媒质中，利用镶嵌在导热通道内的冷却水管对冷却媒质降温，实现对定子铁心和定子绕组冷却。

该冷却方法是在每一个定子轭部单元上的导热通道内均嵌入一个冷却水管，这些冷却水管通过串联、并联或串、并混合联接的方式联接在一起，再与冷却水总管联接，冷却液由散热器水箱经过水泵进入冷却水总管，然后进入上述冷却水管，对电机定子进行冷却，直接从定子铁心内部冷却定子，适合于从电机内部冷却定子铁心及绕组的水冷的冷却方式的电机。

为了提高散热效果，将定子绕组密封并浸在冷却媒质中。具体方法是，在电机定子两侧端部增加密封端盖，利用这些密封端盖及定子铁心将定子绕组完全包裹，形成封闭的空间，该空间以定子绕组线槽为基础，并扩展到电机绕组端部以外，将整个定子绕组包含在内，该封闭的空间充满冷却媒质，该冷却媒质具有较高的导热性能及绝缘性能、黏度低、阻燃、安全环保等特点，优选与下面采用的喷溅式油冷的冷却方法相同的冷却油，定子绕组完全浸在冷却油中，冷却水管直接对上述冷却油降温，实现对定子绕组及铁心散热。

c.直接冷却定子铁心和定子绕组的喷射飞溅式油冷的冷却方法

该冷却方法是在每一个定子轭部单元内的上述导热通道内均镶嵌冷却油管，在冷却油管上沿轴向均匀分布有冷却油喷嘴，喷嘴的喷射方向的中心线指向电机轴心线；上述镶嵌在定子轭部单元的冷却油管采用串联、并联或串、并混合联接的方式相连接，形成总的冷却油管路，另外，在电机定子端部有一个导油通道，利用油泵将经过散热的低温冷却油加压后从上述总的冷却油管路进入上述定子轭部导热通道内部的冷却油管，并由其上的冷却油喷嘴直接向定子绕组表面喷射冷却油，实现对定子绕组的冷却，冷却油经过与定子绕组及定子铁心换热后，吸收了绕组热量因而温度升高后的冷却油落入线槽空隙，由轴向经电机定子端部沿导油通道流回油底壳中，经过在油底壳中冷却，冷却油再次利用油泵送入上述总的冷却油管路，形成循环的油冷系统。为了避免喷溅到绕组上的冷却油从导油通道以外流出线槽，在定子铁心两侧的端面均有密封端盖，将冷却油封闭在线槽内，并只能沿导油通道流出线槽。直接将冷却油喷溅到定子绕组表面，冷却效果优于间接冷却，也优于直接向电机绕组端部或向气隙喷油的冷却方式。

d.利用热泵技术的蒸发冷却方法

该冷却方法是利用热泵技术，将电机定子绕组及定子铁心的热量转移到冷凝器进行散热。具体方法是，与上述水冷方式一样，将定子绕组密封并浸在冷却媒质中，在定子轭部铁心的导热通道内镶嵌空调压缩机的蒸发器管路，这些蒸发器管路通过串联、并联或串、并混合联接在一起，再与蒸发器总管联接。这些蒸发器管路与电机定子线槽内的冷却媒质直接接触，低温低压的制冷剂在这些蒸发器管路内部由液态变为气态，吸收冷却媒质的热量，从而降低冷却媒质的温度，为电机定子绕组及铁心降温。经过蒸发器后的低压气态制冷剂再经过制冷压缩机后，变为高温高压的液态，其热量由电机外部的冷凝器散出。

对于上述强制风冷、水冷、喷射飞溅式油冷及采用热泵技术的蒸发冷却的冷却方法，采用变流量的方式控制冷却效果：其一是根据电机的温度分别控制风机的转速、水泵的转速、油泵的转速及制冷压缩机的转速，从而控制强制风冷系统的进风量、水冷系统的冷却液流量、喷溅式油冷系统冷却油的压力和喷油量及蒸发冷却的制冷量，对冷却系统进行定量控制；其二是根据电机的输出功率或输出转矩，对上述冷却系统进行定量控制。

本发明针对上述分段拼接组合定子铁心，提出了一种带有骨架的定子绕组结构，带骨架的定子绕组紧密地套在定子齿部单元的齿身上，骨架起着槽绝缘及绕线支撑作用，线槽两侧的骨架，其顶部挡板之间及底部挡板之间均留有间隙。对于每一个线槽内含有两个绕组边的双层绕组结构，线槽内的两个绕组边之间留有间隙；对于每一个线槽内只有一个绕组边的单层绕组结构，线槽内的绕组边与相邻齿身之间也留有间隙。上述间隙用于增加绕组之间或绕组与铁心之间的绝缘能力，对于上述强制风冷的冷却方法，该间隙形成绕组之间的冷却通道；对于上述喷溅式油冷的冷却方式，喷溅的冷却油从该间隙喷溅到绕组表面。

本发明针对上述从定子内部直接冷却定子铁心和定子绕组的强制风冷结构和冷却方法、上述直接冷却定子铁心和定子绕组的喷溅式油冷的冷却结构和相应的冷却方法，提出了一种上面带有散热通道的骨架的绕组线芯结构，该结构的骨架特征是，骨架本体为镂空结构，即沿定子齿身延伸方向分布有贯通的导热沟槽（典型的导热沟槽为条形孔），这些导热沟槽一直延伸到骨架的底部和顶部挡板；在骨架的底部和顶部挡板的内侧沿电机周向分布有非贯通的导热沟槽（典型的导热沟槽为条形盲孔），底部和顶部挡板的非贯通导热沟槽与骨架本体上的贯通导热沟槽相联通。对于每一个线槽为双层绕组的集中绕组，线槽内的两个绕组之间留有间隙。电机定子绕组相邻骨架的挡板之间也留有间隙，该间隙的尺寸与槽内定子绕组层间（相间）的间隙相当。对于每一个线槽为单层绕组的集中绕组，线槽内的绕组与相邻定子齿部之间留有间隙，电机定子绕组骨架的底部和顶部挡板与定子铁心相邻齿部之间也留有间隙，该间隙与定子绕组到相邻定子齿身之间的距离相当。对于采用强制风冷的冷却方式，利用上述底部和顶部挡板的导热沟槽入口处的气压差使得导热沟槽内空气循环，冷却绕组内表面及定子齿部。对于采用喷射飞溅式油冷（简称喷溅式油冷）的冷却方式，上述骨架上的导热沟槽为导油沟槽，冷却油喷嘴将冷却油从底部挡板之间或底部挡板与齿根之间的间隙喷入，部分冷却油从底部挡板内侧的非贯通导油沟槽进入，经过绕组骨架本体部分的贯通导油沟槽，并由顶部挡板内侧的非贯通导油沟槽流出，在此过程中实现对绕组内表面及定子齿身冷却，进一步提高油冷的冷却效果。冷却油经过与定子绕组及定子铁心换热，温度升高后的冷却油落入线槽空隙，与喷溅到定子绕组表面的冷却油一并沿轴向流到电机定子端部，并沿导油通道或导油槽流入油底壳中。对于采用热泵技术的蒸发冷却的冷却方法，冷却油充满上述导热沟槽，直接对绕组内部及定子齿部铁心散热。

本发明提出了一种无骨架的绕组线芯结构，其特征是，在电机的定子齿部单元及定子轭部单元中，与绕组接触的位置涂敷导热绝缘涂层，根据电机的电压等级的不同，可以将用于槽绝缘的绝缘材料缠绕在齿身上，代替上述涂敷的导热绝缘涂层；对于采用喷溅式油冷的冷却方式，应选用与冷却油不相容的绝缘材料。其中定子齿部单元齿身上涂敷的导热绝缘涂层相当于定子绕组的绕线骨架本体。待上述涂层完全固化后，将绕组直接缠绕在带有上述骨架本体的定子齿部单元上，这有助于自动化绕线及规模化生产。上述涂层起到槽绝缘（与定子铁心的齿身绝缘）的作用，该涂层的厚度很薄，通常只有不足0.5mm。采用这种无骨架结构的绕组，在确保绝缘的前提下，定子线槽利用率（即槽满率）得到进一步提高。首先将漆包线缠绕在上述无骨架的线芯（即涂敷了导热绝缘涂层的定子齿部单元），然后将所有缠绕了漆包线的齿部单元与在冷却通道中镶嵌了冷却水管或带有冷却油喷嘴的冷却油管或内部为制冷剂的蒸发器管路的定子轭部单元拼接组合为整体，再将绕组的首尾接线端按照一定的规律进行焊接。为了防止绕组线圈沿定子齿身上下移动，在绕组与定子轭部铁心之间及绕组与定子齿部极靴之间的间隙内插入一定规格的绝缘挡板或挡片；或在包含绕组的定子齿部单元与定子轭部单元拼接组合前，将线圈端部的挡板套在绕组的两端，这些挡板与定子齿身的导热绝缘涂层一起，组成绕组形式上的“骨架”。

本发明的优点是：使用本发明的电机定子铁心的结构的电机具有铁磁损耗低、效率高、转矩脉动低、齿槽效应低、运行噪声低、风阻低、定子绕组的槽满率高、硅钢片材料的利用率高、定子适合于自动化的大规模生产等特点。基于本发明提出的定子铁心结构及冷却方法，使得电机的功率密度和转矩密度均可以得到较大幅度的提高。

附图说明

图1是本发明的分段的定子单元拼合为整体的结构示意图，其中1为定子轭部单元；2为定子齿部单元；3为导热通道；4为定子绕组的线槽；

图2（a）为定子轭部单元硅钢片形状示意图，其中虚线箭头方向为取向硅钢片的取向方向，其中1-1为定子轭部单元的轭部；1-2为定子轭部单元具有燕尾形状的榫接结构；1-3为定子键槽；3为导热通道；

图2（b）为定子轭部单元的示意图；

图3（a）为定子齿部单元硅钢片形状示意图，其中虚线箭头方向为取向硅钢片的取向方向，2-1为齿部单元的齿身；2-2为齿部单元具有箭头形状的齿部榫接结构的齿根；2-3为齿部单元的齿顶；

图3（b）为定子齿部单元的示意图；

图4为定子轭部单元及齿部单元拼接结构局部示意图，其中定子齿部单元的齿顶沿径向具有尽可能小的尺寸，而且相邻定子齿部单元的齿冠紧密拼接，铁心无齿槽效应，定子内表面完全光滑；

图5为采用喷射飞溅式油冷结构的冷却油喷溅示意图，5为冷却油管，其中5-1为冷却油喷嘴；

图6为采用喷溅式油冷结构的冷却油管；

图7为采用取向硅钢片拼合，槽口闭合的定子铁心及定子绕组的局部示意图，其中6为线圈骨架或形式上的骨架，6-1为槽绝缘或骨架本体，6-2为底部挡板，6-3为顶部挡板，7为集中式定子绕组线圈边，8为槽内绕组（双层绕组）之间的气隙或绕组与齿身（单层绕组）之间的气隙；

图8为采用取向硅钢片拼合的槽口非闭合的定子铁心；7-1为下层绕组；7-2为上层绕组；7-3为槽口；7-4为槽楔；7-5为层间（相间）绝缘；

图9为带有导热沟槽的定子绕组骨架结构示意图；6-1为带有贯通沟槽的骨架本体；6-2为带有非贯通沟槽的底部挡板；6-3为带有非贯通沟槽的顶部挡板；6-4为骨架本体上的贯通导热沟槽；6-5为底部挡板内侧的非贯通导热沟槽；6-6为顶部挡板内侧的非贯通导热沟槽；

图10为采用双层绕组的集中绕组喷溅式油冷的冷却方式示意图，8-1为冷却油喷射时喷向绕组表面的冷却油，上面的箭头方向表示循环流动的冷却油的流动方向；7为槽内绕组边；8-2为导油沟槽内循环的冷却油。

具体实施方式

实施例1

参照附图，本发明优选的实施方案为如附图所示的采用取向硅钢片拼合结构的电机定子铁心结构，电机定子为闭口槽，因此无齿槽效应，定子绕组采用带有骨架（优选带有导油沟槽的骨架）的集中绕组结构，采用喷射飞溅式油冷的冷却方式。

具体地，本发明的电机定子铁心结构，其定子铁心分为两种基本的结构部件，其一是定子轭部单元1，其二是定子齿部单元2。定子轭部单元1与定子齿部单元2具有相同的数量，均等于定子的槽数Z₁。本发明提出的定子轭部单元1，其硅钢片的取向方向为周向（切向）方向，即轭部延伸方向，而且在定子轭部单元1上靠近线槽处，有一个沿着轴向贯穿整个定子铁心的冷却通道，如图2所示，该冷却通道与线槽联通。本发明提出的定子齿部单元2，其硅钢片的取向方向为径向方向，即齿身延伸方向。本发明提出的定子齿部单元2，其齿顶为极靴形结构，并且优选方案极靴的弧长（定子齿顶宽度）等于定子铁心内径周长的Z₁分之一。本发明提出的优选的定子齿部单元2，所有齿部单元和所有轭部单元拼接组合后，相邻齿部极靴无缝结合，并使得线槽完全闭合，定子铁心在内径处呈现出光滑的内表面，基本上无齿槽效应。本发明提出的定子齿部单元2，齿冠沿径向的厚度尽可能小，以利于降低定子齿冠漏磁，并获得尽可能大的线槽空间。本发明提出的定子齿部单元2及定子轭部单元1，在定子齿部，与定子轭部单元1相联接处的齿根具有箭头形状，且具有榫接结构；在定子轭部单元1中，与定子齿部单元2相联接处具有燕尾形状，也具有榫接结构；齿部及轭部的上述形状，使得它们拼接组合后，主磁路具有最小的磁阻，而且它们采用榫接方式进行拼接可以紧密地联结在一起，防止松脱。

轭部及齿部硅钢片均采用带材高速冲压的方式自动化生产。

定子绕组采用集中绕组方式，绕制在骨架上，再集成到定子铁心上，绕组的导线优选扁平（矩形）漆包线，以便提高槽满率。

每一个定子轭部单元均有一个导热通道，其内镶嵌冷却油管，冷却油管上均匀分布着冷却油喷嘴，采用喷射飞溅式油冷的冷却方式，直接冷却定子绕组表面。采用带有导油沟槽的骨架，利用冷却油在导热沟槽中的流动，对定子绕组内表面及齿身进行冷却。

实施例2

电机定子铁心结构同实施例1，与实施例1不同在于采用强制风冷的冷却方式。

实施例3

电机定子铁心结构同实施例1，与实施例1不同在于采用水冷的冷却方式。

实施例4

电机定子铁心结构同实施例1，与实施例1不同在于以定子轭部的导热通道及定子线槽为基础，组成利用热泵技术的蒸发冷却的冷却装置，针对采用热泵技术的蒸发冷却方式的电机。

实施例5

与实施例1的不同在于电机定子铁心结构采用半闭口、半开可或开口槽，定子绕组采用分布绕组。冷却方式可以采用实施例2或实施例3及实施例4中的冷却方式，如图8所示。其中对于实施例2，不同在于强制风冷装置的风道即定子轭部的导热通道，线槽内无风道；对于实施例3及实施例4，不同在于绕组线槽不必密封，也无冷却媒质。

Claims (10)

1.一种电机定子铁心的结构，其特征是：定子铁心由定子轭部单元和定子齿部单元拼接组合而成，定子轭部单元与定子齿部单元具有相同的数量，均等于定子的槽数Z₁；定子轭部单元及定子齿部单元均是由取向硅钢片叠合而成，定子轭部单元的硅钢片的取向方向为周向方向，定子齿部单元的硅钢片的取向方向为径向方向；所述定子齿部单元由齿顶、齿身、齿根构成，所有定子齿部单元环绕一个圆周分布，每个定子齿部单元的中轴线均通过圆心，相邻齿部单元的齿根间形成榫接槽结构，相邻齿部单元齿身间为定子绕组的线槽；每两个相邻的齿部单元间联接一个定子轭部单元，定子轭部单元的与定子齿部单元相联接处为与齿部单元的齿根间形成的榫接槽结构相吻合的榫接结构，齿部单元间与定子轭部单元间的联接为榫接。

2.根据权利要求1所述的电机定子铁心的结构，其特征是：所述定子齿部单元的齿顶为极靴形结构，齿根为箭头形结构，定子轭部单元的与定子齿部单元相联接处为与齿部单元的齿根间形成的榫接槽结构相吻合的燕尾形状的榫接结构。

3.根据权利要求1所述的电机定子铁心的结构，其特征是：所述定子齿部单元的齿根部的宽度小于齿身的宽度。

4.根据权利要求2所述的电机定子铁心的结构，其特征是：所述齿顶极靴的弧长等于定子铁心内径周长的Z₁分之一；相邻齿部单元齿冠无缝结合，并使得线槽完全闭合，定子铁心在内径处呈现出光滑的内表面。

5.根据权利要求2所述的电机定子铁心的结构，其特征是：所述定子齿顶宽度小于定子齿距，定子线槽为半闭口、半开口或开口槽。

6.根据权利要求1至2所述的电机定子铁心的结构，其特征是：在定子轭部单元上靠近线槽处有一个与线槽相联通，且沿电机轴向贯通的导热通道。

7.根据权利要求6所述的电机定子铁心的结构，其特征是：所述定子轭部的导热通道位于定子轭部的对称轴处，或位于定子轭部沿周向靠近线槽的边缘处。

8.一种基于权利要求6至权利要求7所述的电机定子铁心的结构的电机定子的冷却方法，其特征是：其冷却方法为下述四种方法之一：

a.强制风冷的冷却方法

在电机定子的两端分别设有导风入口及出风口，导风入口覆盖了所述导热通道及绕组之间或绕组与相邻定子齿部单元的齿身之间的缝隙组成的散热通道，在风扇的作用下，经过滤清的冷却空气从导风入口进入上述散热通道，再从定子另一端的出风口排出，冷却空气直接吹过定子绕组表面及定子轭部铁心内部，将绕组及定子铁心内部的热量带出，利用空气对流实现对电机进行强制风冷；

b.强制水冷的冷却方法

在电机定子两侧端部增加密封端盖，利用这些密封端盖及定子铁心将定子绕组完全包裹，形成封闭的空间，该空间以定子绕组线槽为基础，并扩展到电机绕组端部以外，将整个定子绕组包含在内，该封闭的空间内充满绝缘导热的冷却媒质；在每一个定子轭部单元上的导热通道内均嵌入一个冷却水管，这些冷却水管通过串联、并联或串、并混合联接的方式联接在一起，再与冷却水总管联接，冷却液由散热器水箱经过水泵进入冷却水总管，然后进入上述冷却水管，对上述冷却媒质降温，从而对电机定子绕组及铁心进行冷却；

c.喷射飞溅式油冷的冷却方法

在每一个定子轭部单元内的上述导热通道内均镶嵌冷却油管，在冷却油管上沿轴向均匀分布有冷却油喷嘴，喷嘴的喷射方向的中心线指向电机轴心线，上述镶嵌在定子轭部单元的冷却油管采用串联、并联或串、并混合联接的方式相连接，在电机定子的一端形成总的冷却油管路，在电机定子另外一端或在冷却油管路相同端有一个导油通道，在定子铁心两侧端面均有密封端盖，防止冷却油从导油通道以外流出线槽，利用油泵将经过散热的低温冷却油加压后从上述总的冷却油管路进入上述定子轭部导热通道内部的冷却油管，并由其上的冷却油喷嘴直接向定子绕组表面喷射冷却油，实现对定子绕组的冷却，冷却油经过与定子绕组及定子铁心换热后，吸收了绕组热量因而温度升高后的冷却油落入线槽空隙，由轴向经电机定子端部沿上述导油通道流回油底壳中，经过在油底壳中冷却，冷却油再次利用油泵送入上述总的冷却油管路，形成循环的油冷系统；

d.利用热泵技术的蒸发冷却的冷却方法

该冷却方法是利用热泵技术，将电机定子绕组及定子铁心的热量转移到冷凝器进行散热；具体方法是，与上述水冷方式一样，将定子绕组密封并浸在冷却媒质中，在定子轭部铁心的导热通道内镶嵌空调压缩机的蒸发器管路，这些蒸发器管路通过串联、并联或串、并混合联接在一起，再与蒸发器总管联接，这些蒸发器管路与电机定子线槽内的冷却媒质直接接触，低温低压的制冷剂在这些蒸发器管路内部由液态变为气态，吸收线槽内的上述冷却媒质的热量，从而降低冷却媒质的温度，为电机定子绕组及铁心降温；经过蒸发器后的低压气态制冷剂再经过制冷压缩机后，变为高温高压的液态，其热量由电机外部的冷凝器散出。

9.根据权利要求8所述的冷却方法，其特征是采用变流量的方式控制冷却效果：其一是根据电机的温度分别控制风机的转速、水泵的转速、油泵的转速及制冷压缩机的转速，从而控制强制风冷系统的进风量、水冷系统的冷却液流量、喷溅式油冷系统冷却油的压力和喷油量及蒸发冷却的制冷量，对冷却系统进行定量控制；其二是根据电机的输出功率或输出转矩，对上述冷却系统进行定量控制。

10.根据权利要求8所述的冷却方法，其特征是：定子绕组为带有骨架的绕组，带骨架的定子绕组紧密地套在定子齿部单元上，线槽两侧的骨架之间及线槽两侧的绕组之间留有间隙，骨架为如下三种结构之一：

a. 骨架本体与挡板为一体化的结构；

b. 骨架本体为镂空结构，即沿定子齿身延伸方向分布有贯通的导热沟槽，这些导热沟槽一直延伸到骨架的底部和顶部挡板，在骨架的底部和顶部挡板的内侧沿电机周向分布有非贯通的导热沟槽，底部和顶部挡板的非贯通导热沟槽与骨架本体上的贯通导热沟槽相联通；

c. 顶部挡板和底部挡板与骨架本体分离的无骨架结构，即：在上述定子齿身上缠绕线槽的绝缘材料，或涂敷导热绝缘材料，形成定子绕组的底筒，绕组直接绕制在该底筒上，该底筒与上、下挡板组成“形式上的骨架”，该底筒为“形式上的骨架本体”。

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