CN107078569A - 电机端匝冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电机定子的端匝的冷却结构。该冷却结构包括多个层，所述多个层中的一层具有形成流体通路的一部分的开口。根据本发明的实施方式提供了一种冷却结构，该冷却结构包括：多个层，所述多个层中的第一层具有形成第一流体通路的一部分的开口，并且该结构被配置成对电机的端匝进行冷却。

Description

电机端匝冷却装置

技术领域

根据本发明的实施方式的一个或更多个方面涉及电机的冷却，并且更具体地涉及用于冷却电机中的端匝的系统。

背景技术

在比如永磁(PM)无刷直流电机的无刷机器和感应电机(IM)中，定子可以由叠片芯叠层和绕组组成。进而，叠片芯叠层可以包括多个轴向定向的槽，电导体穿过这些槽被放置以形成被称为绕组的结构。包含在槽内的绕组部分被称为“有源绕组”，而位于芯外部的两个端部被称为“端匝”。端匝是与有源绕组一起完成电路的元件。就其自身而言，端匝并不有助于能量转换或转矩产生，但是它们产生了与电流的平方成比例的热，并且因此与产生的扭矩的平方大致成比例。对于四极电机，每个端匝可能占机器总损耗的大约12％。

对于低性能机器而言，绕组电流密度可以小于400A/cm²。在这些情况下，在有源绕组和端匝两者中产生的热可以相对较小，并且被引导经过定子壳体和端匝的适度的空气流可以提供足够的热传递以将温度限制到安全值。在高性能机器中，电流密度可能超过1000A/cm²，并且端匝热可能被迫流入有源绕组中，从而使有源绕组温度升高，同时还导致端匝温度升高成远高于有源绕组的温度。这可能导致机器故障。

因此，需要一种用于端匝冷却的有效系统。

发明内容

根据本发明的实施方式，提供了一种冷却结构，包括：多个层，所述多个层中的第一层具有形成第一流体通路的一部分的开口，并且该结构被配置为对电机的端匝进行冷却。

在一个实施方式中，每个层是：叠片或一匝卷绕条带。

在一个实施方式中，所述多个层中的任一层具有：第一开口、第二开口和第三开口，第一开口、第二开口和第三开口具有相同的尺寸和形状并且沿着层均匀地间隔开。

在一个实施方式中，所述多个层中的任一层具有第一开口和第二开口，第一开口的形状和/或尺寸与第二开口不同。

在一个实施方式中，第一层具有第一开口，所述多个层中的第二层具有第二开口，第一开口的形状和/或尺寸与第二开口不同。

在一个实施方式中，该结构是中空筒形件，该中空筒形件具有：内筒形表面或外筒形表面、和/或环形端表面，其中，内筒形表面或外筒形表面和环形端表面中的中的任一者或者两者与端匝热接触。

在一个实施方式中，该结构被配置为对轴向间隙电机的端匝进行冷却。

在一个实施方式中，所述多个层包括卷绕条带，所述多个层中的每个层是多匝卷绕条带中的一匝卷绕条带。

在一个实施方式中，所述多个层包括第一卷绕条带和第二卷绕条带，第二卷绕条带与第一卷绕条带共卷绕，并且其中，所述多个层中的每个层是一匝第一卷绕条带或一匝第二卷绕条带。

在一个实施方式中，该结构包括上述开口，该结构还包括歧管，歧管具有与多个流体通路流体连通的歧管通道。

在一个实施方式中，该结构包括上述开口，该结构还包括导流器，该导流器被配置为将流体流引导到多个流体通道的子组或从多个流体通道的子组接收流体流。

在一个实施方式中，所述多个层包括多个交替的不同尺寸的开口。

在一个实施方式中，开口中的每个开口与另一层中的两个开口重叠。

在一个实施方式中，该结构包括开口，该结构还包括导流器，该导流器被配置为将流体流引导到多个流体通道的子组中或从多个流体通道的子组接收流体流。

在一个实施方式中，导流器是所述多个层中的一层，并且具有多个第一尺寸的开口，其中：导流器的开口中的一个开口与所述多个层中的一层的第一尺寸的开口对准并且所述多个层中的一层的另一第一尺寸的开口不与导流器的任何开口对准。

在一个实施方式中，该结构包括具有第一歧管通道的第一歧管和具有第二歧管通道的第二歧管，其中：所述多个层中的每个层具有多个开口，所述多个层中的所述多个开口形成：与第一歧管通道和第二歧管通道流体连通的多个大致成方位角的流体通路，以及与第一歧管通道和第二歧管通道流体连通的多个大致轴向的流体通路，或者与第一歧管通道和第二歧管通道流体连通的多个大致径向的流体通路，每个大致成方位角的流体通路连接：一对大致轴向的流体通路或一对大致径向的流体通路，以及连接第一歧管通道和第二歧管通道的至少一个流体路径包括至少一个大致成方位角的流体通路。

在一个实施方式中，该结构被配置为对径向间隙电机的端匝进行冷却，该端匝具有外筒形表面和内筒形表面，并且该结构包括外部冷却器和内部冷却器，该外部冷却器具有与端匝的外筒形表面热接触的内筒形表面，该内部冷却器具有与端匝的内筒形表面热接触的外筒形表面。

在一个实施方式中，该结构包括具有第一歧管通道的外歧管和具有第二歧管通道的内歧管，第一歧管通道与外部冷却器的流体通道流体连通，第二歧管通道与内部冷却器的流体通道流体连通。

在一个实施方式中，第一层的开口是第一层中的孔口。

在一个实施方式中，所述多个层中的第三层具有形成第二流体通路的一部分的第三开口，并且第一层与第三层之间的空隙形成了连接第一流体通路和第二流体通路的第三流体通路，第三流体通路基本上平行于第一层和第三层。

根据本发明的实施方式，提供了一种电机，该电机包括：定子，该定子具有用热导率大于约0.4W/m/℃的灌封材料灌封的端匝；以及冷却结构，该冷却结构与端匝热接触，该冷却结构包括多个层，所述多个层中的第一层具有形成第一流体通路的一部分的开口。

在一个实施方式中，电机包括位于端匝与多个层中的一层之间的电介质屏障。

根据本发明的实施方式，提供了一种冷却结构，该冷却结构包括：具有第一流体通路的热传递结构，冷却结构被配置为对电机的端匝进行冷却，该电机具有被配置为绕轴线旋转的转子，并且第一流体通路的一部分不平行于轴线。

在一个实施方式中，热传递结构还具有：多个第一孔；多个第二孔；第二流体通路，第二流体通路具有位于所述多个第一孔中的一个第一孔处的端部；第三流体通路，第三流体通路具有位于所述多个第二孔中的一个第二孔处的端部；以及多个第四流体通路，第四流体通路连接第二流体通路和第三流体通路。

在一个实施方式中，第四流体通路具有：内部容积、内表面和小于2cm的长度，并且其中，对于第四流体通路的内部容积中的每个点而言，到第四流体通路的内表面上的最近点的距离小于1mm。

在一个实施方式中，该结构包括：第一歧管，该第一歧管具有直接地连接至第一孔中的每个孔的第一歧管流体通道；以及第二歧管，该第二歧管具有直接地连接至第二孔中的每个孔的第二歧管流体通道。

附图说明

参考说明书、权利要求书和附图将领会和理解本发明的这些和其他特征和优点，在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的具有用于端匝冷却的系统的电机定子的分解立体图；

图2是根据本发明的实施方式的层状冷却结构的示意性截面图；

图3是根据本发明的实施方式的具有用于端匝冷却的系统的电机定子的分解立体图；

图4是根据本发明的实施方式的具有用于冷却转子、定子和端匝的系统的电机的截面图；

图5是根据本发明的实施方式的两个共同卷绕条带的分解立体图；

图6是根据本发明的实施方式的具有用于端匝冷却的系统的电机定子的分解立体图；

图7是根据本发明的实施方式的具有用于端匝冷却的系统的电机定子的分解立体图；

图8是根据本发明的实施方式的用于具有用于端匝和定子芯冷却的系统的轴向间隙机器的电机定子的分解立体图；以及

图9是根据本发明的实施方式的用于端匝冷却的冷却结构的立体图。

具体实施方式

下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对根据本发明提供的电机端匝106冷却装置的示例性实施方式的描述，并且不旨在表示本发明可以被构造或利用的唯一形式。该描述阐述了与所示的实施方式相关的本发明的特征。然而，应当理解的是，相同或等同的功能和结构可以由也旨在包括在本发明的精神和范围内的不同实施方式来实现。如本文中别处所指示的，相似的元件编号旨在表示相似的元件或特征。

电机的连续额定功率可以由关键元件的温升确定。在一些情况下，机器端匝是达到临界温升的第一元件。在这些情况下，随着端匝冷却得到改善，机器连续额定功率可以提高，从而提供经济效益。参照图1，在一个实施方式中，电机定子102包括形成定子芯105的多个堆叠的定子叠片104，通过定子芯105卷绕具有端匝106的定子绕组。在一些实施方式中，定子102形成为卷绕条带而不是叠片的堆叠。

每个端匝106可以包括导热灌封材料108(例如，比如为氧化铝填充的环氧树脂或其他树脂的导热灌封材料，在图1中被分开示出以显露嵌入其中的端匝106)，添加导热灌封材料以在端匝106与歧管之间建立低热阻接触。端匝106可以形成为使得其具有圆柱形形状的外表面，这与在一些现有技术的端匝106中存在径向凸起相反。导热灌封树脂108可以在压力下被施加，使得导热灌封树脂也被迫进入有源槽区域，其中这可以有助于减少绕组的有源部分与定子芯105之间的热阻。灌封端匝106具有中空圆柱体或管的形状，灌封端匝106具有外筒形表面110、环形端表面112和内筒形表面114。包括冷却结构壳体118和多个冷却叠片120的冷却结构116装配在端匝106的外筒形表面110上。以确保端匝106与冷却结构116之间的良好热接触的方式将冷却结构116与端匝106组装在一起。例如，冷却结构116可以紧密配合在灌封端匝106上，或者端匝106可以与冷却结构116灌封就位，使得灌封树脂108与冷却结构116直接接触。在其他实施方式中，在冷却结构壳体118与端匝106之间使用导热油脂以提供良好热接触。在操作中，热量从端匝106的导体流动通过灌封树脂108并进入冷却结构116。冷却流体流过冷却结构116，使冷却结构116冷却，冷却结构116进而又冷却端匝106。

冷却叠片120可以是四种类型的环形元件，称为A型叠片120a、B型叠片120b、C型叠片120c和D型叠片120d(并且统称为冷却叠片120，所述冷却叠片一起形成冷却元件121)。每个叠片具有多个孔。每个A型叠片具有多个宽孔122(例如，如图1所示的12个宽孔122)。腹板129分隔每对宽孔122。每个叠片还可以具有对准凹口126，对准凹口126与冷却结构壳体118的外筒形壁的内表面上的对应的脊部接合，以保持冷却叠片120相对于彼此以成方位角的方式对准。每个B型叠片具有多个窄孔128(例如，如图1所示的12个窄孔128)。每个B型叠片120b的每个孔跨在相邻的A型叠片120a的腹板129上，使得每个B型叠片120b的每个孔与A型叠片120a的两个孔重叠。C型叠片120c具有窄孔128，并且可具有与B型叠片120b的窄孔128的一半一样多的窄孔128。类似地，D型叠片120d也具有窄孔128，并且可具有与B型叠片120b的窄孔128一半一样多的窄孔128。C型叠片120c和D型叠片120d具有不同的成方位角的取向(例如，由于它们各自的对准凹口的放置)，使得D型叠片120d的每个孔不与C型叠片120c的任何孔对准。图1示出了一个实施方式的元件的相对布置，并且未按比例绘制。每个叠片可以具有在外壳体壁306(图3)的内径内的紧配合或过盈配合的外径，以及在内壳体壁308的外径上的紧配合或过盈配合的内径(图3)。然后可以将叠片压配合到冷却结构壳体118中，将叠片固定在冷却结构壳体118中，并且还在例如内壳体壁308与叠片之间形成良好的热接触。冷却结构壳体118内的一个或更多个配准部(例如，外壳体壁306的内径中的台阶)可用作止挡件，叠片叠层在组装期间可抵接该止挡件，建立叠片叠层在冷却结构壳体118内的轴向位置。叠片也可以例如通过在组装之前将合适的粘合剂施加到叠片的表面来粘合在一起。在一个实施方式中，冷却结构壳体118和叠片均由铝或铝合金构成。

为了简单起见，在图1中仅示出了两个A型叠片120a和一个B型叠片120b。在其他实施方式中，在C型叠片120c与D型叠片120d之间可以包括另外的多对交替的A型叠片120a和B型叠片120b。B型叠片120b的孔128然后形成多个大致轴向的流体通路(例如，如图1所示的12个大致轴向的流体通路)。这些大致轴向的流体通路可以在每个A型叠片120a处被腹板129部分地阻塞，如果B型叠片的孔128显着地宽于腹板129，则不会导致不可接受的压头损失。任何两个相邻的大致轴向的流体通路通过多个大致成方位角的流体通路连接，所述多个大致成方位角的流体通路中的每个大致成方位角的流体通路由A型叠片120a的宽孔122中的一个宽孔122形成。在一个实施方式中，定子铁芯105与D型叠片120d之间的间隙形成第一流体通道，该第一流体通道通过D型叠片120d的孔将流体供应至大致轴向的流体通路中的一半大致轴向的流体通路(每隔一个)。定子铁芯105与D型叠片120d之间的间隙因此形成入口歧管的流体通道(由冷却结构壳体118的外壁和内壁、定子芯105的环形端表面和D型层压120d限定)。相同的间隙还可以用作用于定子芯105的入口歧管，该入口歧管还可以包括在定子芯105中的形成用于冷却定子102的流体通道的孔(例如，孔107)。此外，冷却结构壳体118包括周向的第二流体通路，该第二流体通路通过C型叠片120c的孔从这些大致轴向的流体通路中的一半大致轴向的流体通路(每隔一个)接收流体。流体可以通过径向壳体端口130流入冷却结构壳体118中，并且在流过冷却元件121之后，通过两个轴向端部钟形端口132流出冷却结构壳体118。在下文中对电机中的流动回路的进一步细节进行描述。在另一实施方式中，流体沿相反方向流动，并且流体通过D型叠片120d的孔供应到大致轴向的流体通路，并且通过C型叠片120c的孔从大致轴向的流体通路接收流体。在其他实施方式中，冷却结构116可以包括不同于叠片120的特征，以减少液体冷却剂与冷却结构壳体118之间的热阻抗。例如，翅片——例如紧密间隔的翅片或“微型翅片”——可以被用于增加冷却结构壳体118的内表面积。在一些实施方式中，冷却结构壳体118没有附加的内部特征，并且冷却结构壳体118的(平滑的)内表面用作将热量从冷却流体传递至冷却结构116的表面(在该实施方式中，冷却结构116简单地由冷却结构壳体118构成)。

图2在一个实施方式中示意性地示出了冷却结构116内的流动模式。图2的冷却结构包括入口歧管202、冷却元件121和出口歧管206。冷却元件121包括大致轴向的流体通路204和大致成方位角的流体通路122的网路(即，每个大致成方位角的流体通路由宽孔122形成)。D型叠片120d的孔128用作冷却元件121的入口，并将来自入口歧管202的流引导到大致轴向的流体通路204的第一子组(例如一半)中。C型叠片120c的孔128用作来自冷却元件121的出口，并将来自大致轴向的流体通路204的第二子组(例如，另一半)的流引导到出口歧管206中。因此，C型叠片120c和D型叠片120d可以各自被称为导流器。因为大致轴向的流体通路204中的每个大致轴向的流体通路仅直接连接至入口歧管202或出口歧管206，从入口歧管202到出口歧管206的每个流体路径包括沿着大致成方位角的流体通路122中的一者(即，在A型叠片的宽孔122中的一者内)的大致成方位角的部分(在图2中示出为水平部分)，该大致成方位角的部分连接沿着大致轴向的流体通路204的第一子组中的一者的第一大致轴向的部分(在图2中示出为竖直部分)和沿着大致轴向的流体通路204的第二子组中的一者的第二大致轴向的部分(在图2中示出为竖直部分)。

大致成方位角的流体通路122可以具有小的轴向尺寸(例如，轴向尺寸约等于条带的厚度，其可以为约0.2mm)，并且因此通过大致成方位角的流体通路122的对应的流体流可以导致流体与叠片120之间的有效热传递。轴向通路204不需要如所示的为严格的轴向，而可以例如是螺旋形的。

可以针对冷却流体与层压冷却元件121之间的低热阻抗来选择大致成方位角的流体通路的尺寸。冷却流体的有限导热率导致热阻抗的第一分量(对应于通过冷却剂的热流)随着(例如，减小叠片厚度)冷却通路宽度的减小而减小。冷却剂的有限热质量导致热阻抗的第二分量。该第二分量与流速成反比，并且对于恒定的压头损失，该第二分量随着冷却通路长度的减小(例如，随着A型叠片120a的孔122的宽度减小)而减小。因此，冷却通路的宽度可以依据冷却剂压力(压头损失)、冷却通路的长度、冷却剂的粘度、冷却剂的比热和冷却剂的导热率来选择。例如，如果使用低粘度油——比如变压器油或自动变速器流体(ATF)——作为冷却流体，其压头损失在70kPa(10psi)的量级，并且如果冷却通路的长度在大约1cm的量级，则可以使用在0.12mm至0.50mm(0.005″至0.020″)范围内的冷却通路宽度。增加冷却元件121中的叠片120的数量可以减少对于给定流体流速的压头损失(因为这样做增加了在任何一对轴向通路之间提供平行流动路径的成方位角的通路的数量)，并且还减小了流体与冷却元件121之间的热阻抗，甚至对于恒定的冷却剂流速也是如此。

参照图3，在一个实施方式中，边缘卷绕条带302用作冷却元件121而不是叠片叠层。附图不是按比例的，并且例如，为了清楚的目的，叠片或卷绕条带(例如，图3的卷绕条带)的厚度以及冷却结构相对于端匝的尺寸在附图中可能被放大。边缘卷绕条带的带匝304执行类似于图1中的对应叠片的功能，并且叠片或卷绕条带的带匝在本文中可以称为“层”，该术语包括叠片或带匝这两者。A型带匝304a具有由腹板129隔开的宽孔122，B型带匝304b具有各自跨过两个腹板129的窄孔128，每个这样的腹板129分别位于两个相邻的A型带匝304a中的相应一个A型带匝304a中。C型带匝304c和D型带匝304d用作导流器。在图3中，冷却结构壳体118(该冷却结构壳体118可以类似于图1的实施方式的冷却结构壳体118)的内部结构是可见的。冷却结构壳体118可以包括外壳体壁306、内壳体壁308和环形壳体端壁310。外壳体壁306和内壳体壁308可以抵靠定子芯105的端表面；在冷却结构壳体118与定子芯105之间可以安装有垫圈，以在该界面处提供良好的流体密封。系杆(未示出)可用于将两个冷却结构壳体118拉在一起以保持密封并有助于将冷却结构壳体118锁定就位。

在操作中，冷却流体可以以类似于图1和图2的实施方式的方式流动。流体可以通过由第一带匝304d形成的入口导流器流入一组大致轴向的流体通路(由B型带匝304b的窄孔128形成)中的第一子组，流体可以从该第一子组流动通过多个大致成方位角的通路122进入该组大致轴向的流体通路中的第二子组，并且通过由最后的带匝304c形成的出口导流器。以这种方式，卷绕条带的带匝可以在结构上类似于图1和图2的实施方式的叠片。

参照图4，在一个实施方式中，冷却结构冷却端匝106的外筒形表面和内筒形表面以及端匝106的环形端表面。冷却结构可以用于电机的两端处以冷却两个端匝106，如图4所示。外部冷却器401包括含有第一冷却元件404的第一冷却结构壳体402。外部冷却器401以类似于例如图1的实施方式的方式冷却端匝106的外筒形表面。此外，第一冷却结构壳体402上的第一凸缘406径向向内延伸穿过端匝106的环形端表面并与端匝106的环形端表面热接触，以给该表面提供冷却。内部冷却器407包括第二冷却结构壳体408，该第二冷却结构壳体408可以是端罩408(或者可以是端罩408的一部分)(如图4所示)。第二冷却结构壳体408包括冷却端匝106的内筒形表面的第二冷却元件410，并且可以包括第二凸缘412，该第二凸缘412径向向外延伸穿过第一凸缘的环形表面并与第一凸缘的环形表面热接触，以提供端匝106的环形端表面的额外冷却。

图4的电机可以具有一个冷却剂入口414(例如，在机器的前部处)和一个冷却剂出口416(例如在机器的后部处)，一个冷却剂入口414和一个冷却剂出口416各自连接至两个并行的冷却剂回路。第一回路冷却定子芯105。定子芯105可以包括具有交替的窄孔和宽孔的多个叠片，并且位于每个端部上的一个叠片用作导流器。该组叠片可以类似于图1的冷却元件121的叠片。在第二并行回路中，冷却剂在机器的前部处流动通过外部冷却器401进入端罩408，并且通过内部冷却器407、然后通过转子415到达机器的后部、通过内部冷却器407、通过外部冷却器401并且到达冷却剂出口416。为了流动通过转子，流体流动通过第一旋转流体联接器进入转子轴中的第一轴向孔口419，通过转子中的冷却通道420进入转子轴中的第二轴向孔口422，并且通过第二旋转流体联接器到达机器后部处的端罩。转子415的冷却通道420可以类似于定子芯105的冷却通道和冷却元件404、410的冷却通道，即，冷却通道420可以通过转子的叠片中的交替的窄孔和宽孔形成。每个旋转流体联接器可以包括两个旋转密封件424。如上所述，外壳体壁的内表面可以具有用作配准部的台阶426，使得当冷却元件404的叠片被压入第一冷却结构壳体402时，外壳体壁的内表面通过抵靠台阶426而轴向地定位。

在其他实施方式中，以类似于用图3的实施方式中的卷绕条带替代图1的实施方式的叠片的方式，转子和/或定子102的叠片可以用具有交替的窄孔和宽孔122的卷绕条带结构代替。

参照图5，在一个实施方式中，可以使用两个共卷绕条带——具有窄孔128的第一条带502和具有宽孔122的第二条带504——代替分别在卷绕条带的交替带匝上具有窄孔和宽孔的单个卷绕条带来形成冷却元件121。在这样的实施方式中，位于第一条带502的端部处的两带匝可具有与其余带匝相比更少的孔(例如，一半数量的孔)，使得位于条带的端部处的两带匝可以用作导流器，或者可以将两个单独的层、比如环形叠片添加到条带502、504以用作导流器。在另一实施方式中，第一条带502可以沿着其整个长度具有均匀间隔开的孔，并且第一条带502可以比第二条带504多一个带匝，使得位于一对共卷绕条带502、504的两端处的带匝都是第一条带502的带匝。分别联接至第一条带502的端部处的两个带匝的两个歧管可以具有比如凸起或矩形柱的特征，其延伸进入一子组孔并阻塞该子组的孔，使得由未被阻塞的孔组成的子组将流引导至大致轴向的流体通路的子组。位于条带的端部处的两个带匝和用于阻塞流动的特征的组合然后在冷却元件121的两端处用作导流器。

参照图6，在一个实施方式中，图3示出的卷绕条带的外径可以缩减至外径中断成为孔——即，开口——的点，该开口是图3的实施方式中的窄孔128变成的开口602，开口602是在卷绕条带的外边缘中的切口，每个开口602呈弯曲矩形的形状，或者是沿着条带长度的在条带外径中的与开口的宽度相对应的缩减部。A型带匝604a(对应于图3的实施方式中的具有宽孔122的带匝304a)可以具有缩减的外径。这导致每对B型带匝之间的空隙，其与外壳体壁306的内表面一起形成类似于图1和2的大致成方位角的冷却通路的一组大致成方位角的冷却通路。在图6的实施方式中，大致轴向的冷却通路由外壳体壁306的内表面与B型带匝604b的窄开口602一起形成。C型带匝604c和D型带匝604d与外壳体壁306的内表面一起用作类似于图1的导流器120c和120d的导流器。在具有共卷绕条带的相关实施方式中，类似于图5，第一条带可以在其外径中具有开口，并且第二条带可以具有比第一条带小的外径。

在其他类似实施方式中，图3所示的卷绕条带的内径可以增进至内径中断成为孔的点，并且可以省略腹板129。在这种情况下，大致轴向的冷却通路由开口形成，所述开口不是孔而是位于卷绕条带的内径上的切口，并且大致轴向的流体通路沿着卷绕条带或者条带的内侧延伸(而不是沿着外侧延伸)。如在图6的实施方式中，在该实施方式中，每对B型带匝之间的空隙与外壳体壁306的内表面一起形成类似于图1和图2的大致成方位角的冷却通路的一组大致成方位角的冷却通路。类似的实施方式可以被构造成具有叠片结构而不是卷绕条带，例如，B型叠片可以在其内径或外径上具有窄的切口，并且A型叠片可以具有比B型叠片的内径大的内径或比B型叠片的外径小的外径。

参照图7，在一个实施方式中，冷却元件121的一些叠片可以具有减小的内径，并且可以给端匝106的环形端表面提供额外的冷却。例如，叠片的第一子组702可以具有在端匝106的上方(例如，在灌封端匝106的灌封树脂108上方)紧配合的内径，并且叠片的第二子组704可以具有在内壳体壁308的外表面上紧配合的内径。然后，内壳体壁308的内径可以与端匝106的内径相同，并且内壳体壁308的环形端表面以及叠片706的一部分可以与端匝106的环形端表面重叠且邻接抵靠端匝106的环形端表面，通过该环形端表面给端匝106提供冷却。在其他实施方式中，环形端表面可由凸缘(比如图4的第一凸缘406)冷却，并且冷却元件可具有足够大数量的层以轴向延伸超过端匝106的端部，为凸缘提供额外的冷却，从而为端匝106的环形端面提供额外的冷却。

参照图8，在一个实施方式中，类似于上述用于径向间隙电机的冷却结构可以与轴向间隙电机一起使用。轴向间隙电机的定子802可以具有由圆柱形磁性叠片形成或面对卷绕的磁性条带形成的定子芯804，在定子绕组808的一个面中具有槽806。定子802的背铁810可以包含交替的窄孔和宽孔，从而以类似于对于图1和图2的实施方式所描述的方式提供冷却。外部冷却元件812和内部冷却元件814分别紧密地配合在定子芯804的背铁810上方且位于内侧。外部冷却元件812以分解视图的方式示出并且是未卷绕的使得本来会被隐藏的孔是可见的。由外部冷却元件812的层、定子芯背铁810和内部冷却元件814的组合组组成的分层冷却元件具有延伸穿过分层冷却元件的交替的窄孔和宽孔，使得例如如果外冷却元件812的最内侧层具有窄孔，则定子芯背铁810的最外层具有宽孔，或者如果外冷却元件812的最内侧层具有宽孔，则定子芯背铁810的最外层具有窄孔。因此，整个分层结构提供与图2所示的流体流动路径相对应的流体流动路径，其中，每个大致径向的流体通路通过多个大致成方位角的流体通路连接至相邻的大致径向的流体通路。冷却结构壳体816可以包括围绕外部冷却元件812的外部的由两个隔板822分开的第一外流体通道818和第二外流体通道820。第一外流体通道818由入口端口824供给并且用作入口歧管的流体通道，并且第二外流体通道820通过出口端口826排空并且用作出口歧管的流体通道。然后，分层冷却元件作为两个半环形半部来操作，第一半环形半部连接至入口端口824，第二半环形半部连接至出口端口826。

类似于图1和图2的导流器120c和120d的结构由具有比其他层少的孔的层形成；例如，外部冷却元件812的最外层828用作第一半环形半部的入口导流器并且用作第二半环形半部的出口导流器。类似地，内部冷却元件814的最内层用作第一半环形半部的出口导流器并且用作第二半环形半部的入口导流器。如本文所使用的，“导流器”是这样一种结构：其允许流体流入或流出具有轴向通路的结构中的这种轴向通路或者具有径向通路的结构中的这种径向通路中的一些通路但不是所有通路。

在图8的实施方式中，流体从入口歧管通过第一半环形半部向内流动，围绕内部流体通道832(在冷却结构壳体816的内径处形成)流动到第二半环形半部，并且通过第二半环形半部向外流动。具体地，在第一半环形半部中，流体从入口歧管向内流动，通过入口导流器(最外层828的一半)进入分层冷却元件的第一半环形半部中的大致径向流体通路的第一子组(例如一半)。然后，该流体流动通过多个大致成方位角的流体通路到达第一半环形半部中的大致径向的流体通路的第二子组，通过内冷却元件814的最内匝830(其用作第一半环形半部的出口导流器)，围绕内部流体通道832，以及通过第二环形半部中的径向流体通路和成方位角的流体通路到达第二外部流体通道820。内部流体通道832用作第一环形半部的出口歧管并且作为用于分层冷却元件的第二环形半部的入口歧管。

在类似于图6的其他实施方式中，图8的分层冷却元件的层可通过如下方式修改：将外部冷却元件812、定子芯背铁810和内部冷却元件814的孔朝向定子的前部(即，如图8所示向左移动)或朝向定子的后部偏移，直到孔穿过外部冷却元件812和内部冷却元件814的对应边缘为止，并且如果将孔向后偏移，则直到孔穿过定子芯背铁810的对应边缘为止。然后，窄孔变成窄开口，窄开口是在原本具有窄孔的层(例如，卷绕条带的带匝)中的矩形切口，并且原本具有宽孔的层变成(如果腹板129被省略或移除)比相邻层窄的层。具有窄开口的相邻层之间的空隙——因交替的带匝变得更窄而导致——然后形成大致成方位角的冷却通路。

参照图9，在一个实施方式中，使用比如三维(3D)打印的工艺形成结构上等同于分层结构的冷却元件902。这样的结构可以包含类似于图1和图2的实施方式的孔的(即以类似于图1和图2的孔布置的方式布置)的多个腔体904，所述多个腔体904形成大致轴向的流体通路和大致成方位角的流体通路，轴向流体通路中的每个轴向流体通路通过多个大致成方位角的流体通路连接至相邻的大致轴向的流体通道，和图1的分层结构的情况一样。类似地，可以形成具有多个大致径向的流体通路的3D打印结构，所述多个大致径向的流体通路中的每个大致径向的流体通路通过多个大致成方位角的流体通路连接至相邻的大致径向的流体通道。使用3D打印，可以容易地制造具有各种形状并在各个方向上延伸的通路的结构。在这种结构中，如在本文所述的分层结构的情况下，可以通过使冷却流体流动通过大量小的冷却通路(例如，对应于图1的实施方式的成方位角的流体通路)而实现高冷却效率的益处。如在分层结构的情况下，可以利用具有相对小的横向尺寸(减少因流动通过流体的热而引起的热阻抗分量)和具有相对短的长度(减小因冷却剂的有限热质量而引起的热阻抗分量)的冷却通路实现高效率。

虽然在此已经具体描述和示出了电机端匝106冷却装置的示例性实施方式，但是许多修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，应当理解的是，根据本发明的原理构造的电机端匝冷却装置可以以不同于本文具体描述的其他方式来实现。本发明还在以下权利要求及其等同物中被限定。

Claims (27)

1.一种冷却结构，包括：

多个层，

所述多个层中的第一层具有形成第一流体通路的一部分的开口，以及

所述结构被配置为对电机的端匝进行冷却。

2.根据权利要求1所述的冷却结构，其中，每个层为：

叠片，或

一匝卷绕条带。

3.根据权利要求1所述的结构，其中，所述多个层中的任一层具有：

第一开口，

第二开口，以及

第三开口，

所述第一开口、所述第二开口和所述第三开口具有相同的尺寸和形状并且沿着所述层均匀地间隔开。

4.根据权利要求1所述的结构，其中，

所述多个层中的任一层具有第一开口和第二开口，所述第一开口的形状和/或尺寸与所述第二开口不同。

5.根据权利要求1所述的结构，其中，

所述第一层具有第一开口并且所述多个层中的第二层具有第二开口，所述第一开口的形状和/或尺寸与所述第二开口不同。

6.根据权利要求1所述的结构，其中，所述结构是中空筒形件，所述中空筒形件具有：

内筒形表面或外筒形表面、和/或环形端表面，其中，所述内筒形表面或外筒形表面和所述环形端表面中的任一者或者两者与所述端匝热接触。

7.根据权利要求1所述的结构，其中，所述结构被配置为对轴向间隙电机的端匝进行冷却。

8.根据权利要求1所述的结构，其中，所述多个层包括卷绕条带，所述层中的每一层是多匝所述卷绕条带中的一匝卷绕条带。

9.根据权利要求1所述的结构，

其中，所述多个层包括第一卷绕条带和第二卷绕条带，所述第二卷绕条带与所述第一卷绕条带共卷绕，以及

其中，所述层中的每一层是一匝所述第一卷绕条带或一匝所述第二卷绕条带。

10.根据权利要求1所述的结构，具有包括所述开口的多个流体通道，所述结构还包括歧管，所述歧管具有与所述多个流体通道流体连通的歧管通道。

11.根据权利要求1所述的结构，具有包括所述开口的多个流体通道，所述结构还包括导流器，所述导流器被配置为将流体流引导到所述多个流体通道的子组中或者从所述多个流体通道的所述子组接收流体流。

12.根据权利要求1所述的结构，其中，

所述多个层包括多个交替的不同尺寸的开口。

13.根据权利要求12所述的结构，其中，所述开口中的每个开口与另一层中的两个开口重叠。

14.根据权利要求12所述的结构，具有包括所述开口的多个流体通道，所述结构还包括导流器，所述导流器被配置为将流体流引导到所述多个流体通道的子组中或者从所述多个流体通道的所述子组接收流体流。

15.根据权利要求14所述的结构，其中，

所述导流器是所述多个层中的一层，并且具有多个第一尺寸的开口，

其中，

所述导流器的所述开口中的一个开口与所述多个层中的一层的所述第一尺寸的开口对准，以及

所述多个层中的所述一层的另一所述第一尺寸的开口不与所述导流器的任何开口对准。

16.根据权利要求1所述的结构，还包括具有第一歧管通道的第一歧管和具有第二歧管通道的第二歧管，其中，

所述多个层中的每一层具有多个开口，

所述多个层中的所述多个开口形成：

多个大致成方位角的流体通路，所述多个大致成方位角的流体通路与所述第一歧管通道和所述第二歧管通道流体连通，以及

多个大致轴向的流体通路，所述多个大致轴向的流体通路与所述第一歧管通道和所述第二歧管通道流体连通，或者

多个大致径向的流体通路，所述多个大致径向的流体通路与所述第一歧管通道和所述第二歧管通道流体连通，

每个大致成方位角的流体通路连接：

一对大致轴向的流体通路，或者

一对大致径向的流体通路，以及

连接所述第一歧管通道和所述第二歧管通道的至少一个流体路径包括至少一个所述大致成方位角的流体通路。

17.根据权利要求1所述的结构，其中，

所述结构被配置为对电机的端匝进行冷却，所述端匝具有外筒形表面和内筒形表面，

所述结构包括：

外部冷却器，所述外部冷却器具有与所述端匝的所述外筒形表面热接触的内筒形表面；以及

内部冷却器，所述内部冷却器具有与所述端匝的所述内筒形表面热接触的外筒形表面。

18.根据权利要求17所述的结构，其中，所述外部冷却器具有多个流体通道并且所述内部冷却器具有多个流体通道，

所述结构还包括具有第一歧管通道的外歧管和具有第二歧管通道的内歧管，

所述第一歧管通道与所述外部冷却器的所述流体通道流体连通，

所述第二歧管通道与所述内部冷却器的所述流体通道流体连通。

19.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一层的所述开口是所述第一层中的孔口。

20.根据权利要求1所述的结构，其中，

所述多个层中的第三层具有形成第二流体通路的一部分的第三开口，以及

所述第一层与所述第三层之间的空隙形成了第三流体通路，所述第三流体通路连接所述第一流体通路和所述第二流体通路，所述第三流体通路基本上平行于所述第一层和所述第三层。

21.一种电机，包括：

定子，所述定子具有用热导率大于约0.4W/m/℃的灌封材料灌封的端匝；以及

冷却结构，所述冷却结构与所述端匝热接触，所述冷却结构包括多个层，以及

所述多个层中的第一层具有形成第一流体通路的一部分的开口。

22.根据权利要求21所述的电机，还包括位于所述端匝与所述多个层中的一层之间的电介质屏障。

23.一种冷却结构，包括：

热传递结构，所述热传递结构具有第一流体通路，

所述冷却结构被配置为对电机的端匝进行冷却，所述电机具有被配置为绕轴线旋转的转子，以及

所述第一流体通路的一部分不平行于所述轴线。

24.根据权利要求23所述的冷却结构，其中，所述热传递结构还具有：

多个第一孔；

多个第二孔；

第二流体通路，所述第二流体通路具有位于所述多个第一孔中的一个第一孔处的端部；

第三流体通路，所述第三流体通路具有位于所述多个第二孔中的一个第二孔处的端部；以及

多个第四流体通路，

所述第四流体通路连接所述第二流体通路和所述第三流体通路。

25.根据权利要求24所述的冷却结构，

其中，所述第四流体通路具有：

内部容积，

内表面，以及

小于2cm的长度，以及

其中，对于所述第四流体通路的所述内部容积中的每个点而言，到所述第四流体通路的所述内表面上的最近点的距离小于1mm。

26.根据权利要求24所述的冷却结构，还包括：

第一歧管，所述第一歧管具有直接地连接至所述第一孔中的每个第一孔的第一歧管流体通道；以及

第二歧管，所述第二歧管具有直接地连接至所述第二孔中的每个第二孔的第二歧管流体通道。

27.一种冷却结构，包括：

多个层，每个层为：

环形叠片，或者

环形匝或筒形匝的卷绕条带；

第一歧管，所述第一歧管具有第一歧管通道；以及

第二歧管，所述第二歧管具有第二歧管通道，

所述多个层中的每个层具有多个开口，

所述多个层中的所述多个开口形成：

多个大致成方位角的流体通路，所述多个大致成方位角的流体通路与所述第一歧管通道和所述第二歧管通道流体连通，以及

多个大致轴向的流体通路，所述多个大致轴向的流体通路与所述第一歧管通道和所述第二歧管通道流体连通，或者

多个大致径向的流体通路，每个大致径向的流体通路均与所述第一歧管通道和所述第二歧管通道流体连通，

每个大致成方位角的流体通路连接：

一对大致轴向的流体通路，或者

一对大致径向的流体通路，

至少一个流体路径，所述至少一个流体路径连接所述第一歧管通道和所述第二歧管通道并包括至少一个所述大致成方位角的流体通路，以及

所述结构被配置为对电机的端匝进行冷却。