CN108964318A - 一种电机定子绕组的复合灌封冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机定子绕组的复合灌封冷却结构，包括机壳、定子铁芯、缠绕在定子铁芯上的绕组、热管和绝缘导热灌封胶。定子铁芯固定在机壳内壁，机壳内部具有冷却水道，冷却水道在轴向方向覆盖定子铁芯和绕组端部，在绕组端部与机壳之间的空心圆柱体区域放置热管，热管的吸热端与绕组端部外圈紧密接触，冷却端与机壳内壁紧贴，并采用绝缘导热的灌封胶将从电机绕组端部至机壳内壁的空心圆柱体区域灌封。本发明利用热管的超高导热性能，结合灌封胶和机壳冷却水道的设置，实现近似绕组端部被机壳水道直接冷却的效果。本发明能显著地改善电机绕组散热，提升电机功率密度，且工艺简单，方便对现有电机进行改造。

Description

一种电机定子绕组的复合灌封冷却结构

技术领域

本发明涉及一种电机定子绕组的复合灌封冷却结构，属于一种冷却装置。

背景技术

随着国家对电动汽车用驱动电机的功率密度和效率指标要求逐年提升，提高电机功率密度和效率是科研院校和企业的重要研究方向。电机绕组温升影响了电机长时运行功率和铜损，改善电机绕组散热是提升电机长时运行功率和效率的有效手段之一。

电机绕组的端部灌封是一种常见的改善绕组温度的成熟工艺。其在不改变电机现有结构的前提下，能方便快捷地改造电机，改善绕组散热，提高长时运行功率。然而常用的绕组灌封胶导热率在2W/(m·K)以内，因此即使电机绕组灌封后，绕组端部灌封部分的热阻依然很显著，电机绕组温升降低程度有限。

针对这种情况，利用热管具有超高导热率(约5000W/(m·K))的优良特性，本发明公开一种电机定子绕组的复合灌封冷却结构，在不改变现有电机结构的基础上，通过扁平热管和灌封胶的结合，配合机壳的冷却水道，形成一种复合的绕组端部灌封，达到大幅降低绕组端部灌封部分的热阻，实现绕组端部近似直接被机壳冷却的效果，降低绕组温升，提升电机功率密度和效率。

专利CN01108064.7公开了一种常规的定子灌封工艺，采用环氧树脂材料，将定子绕组两端和位于定子内圆的灌封层与机壳密封成一个整体。虽然灌封后能改善电机绕组温升，然而常用的环氧树脂材料热导率为2W/(m·K)以内，绕组温升改善幅度有限。

专利CN201611156165.3公开了一种基于3D相变热管的定子组件，该组件将热管的蒸发段与绕组端部绑接在一起，热管冷凝段安装在带翅片组的机壳装配通道中。该专利利用了热管超高导热率的特性，将绕组端部热量传递至机壳。然而除去绕组与热管之间必须的绝缘材料外，绕组与热管之间难以避免存在接触间隙，而空气的热导率极低，约0.026W/(m·K)。分析可知，若绕组与热管之间存在1mm的接触间隙，相当绕组与热管之间存在76.9mm的热导率为2W/(m·K)的绝缘导热灌封材料。因此可知单纯的使用热管不一定能达到常规灌封的效果。

发明内容

本发明的目的是：克服现有绕组灌封对电机绕组散热改善程度有限的不足，提供一种电机定子绕组的复合灌封冷却结构，近似实现电机绕组端部直接被机壳水套的冷却效果，进一步提升电机长时运行功率和效率。

本发明利用热管导热率(约5000W/(m·K))远远高于绝缘导热灌封胶(2W/(m·K)以内)的优良特性，结合内部具有在轴向方向覆盖电机定子铁芯和端部的冷却水道的机壳，实现定子绕组的强化散热，改善定子绕组温升，达到提高功率密度和效率的目的。

为达上述目的，本发明的技术方案为：

一种电机定子绕组的复合灌封冷却结构，由机壳、定子铁芯、绕组、热管、绝缘导热灌封胶组合。

电机定子铁芯固定在机壳内壁，机壳内具有冷却水道，冷却水道在轴向方向覆盖电机定子铁芯和绕组端部。分别在电机引出线侧和非引出线侧的绕组端部与机壳内壁所形成的空心圆柱体区域各放置1～Q个热管，Q为电机槽数。所述热管的吸热端与绕组端部外圈紧密接触，热管的冷却端与机壳内壁接触，接触部位的机壳内部有冷却水道，采用绝缘导热灌封胶将从电机绕组端部至机壳内壁之间的空心圆柱体区域灌封，形成复合灌封冷却结构。

热管可以为U形，也可以是S形，也可以是弧形，热管放置在绕组端部与机壳之间的空心圆柱体区域，热管的吸热端与绕组端部外圈接触，冷却端与机壳内壁接触。其中热管的吸热端根据绕组端部外圈形状弯曲，冷却端根据机壳内壁形状弯曲。在热管的吸热端与绕组端部外圈之间安置绝缘材料，可以为绝缘薄膜或绝缘纸，避免应安置热管导致绕组对地绝缘下降。热管可以采用扁平热管和平板热管，以实现热管与绕组端部和机壳内壁的最大面积接触。

本发明具有以下的优点：

(1)本发明能显著地降低定子绕组端部到冷却水道的热阻，实现绕组端部近似直接被机壳水道冷却的效果，相比常规绕组端部灌封工艺，能极大地改善绕组散热。

(2)本发明利用热管和导热灌封材料形成了复合灌封结构，极大程度上减小了单纯使用热管时，热管与绕组、热管与冷却部位的接触部位形成的热阻，能最大限度地发挥热管超高导热系数的特性。

(3)本发明的冷却结构无需额外的热管安装位置，方便电机生产加工，也容易对现有电机进行改造。

附图说明

图1本发明实施例1的结构图，图中：1机壳，2定子铁芯，3绕组，4热管，5绝缘导热灌封胶；

图2a本发明实施例1的热管与绕组端部和机壳的安装方式示意图之一；

图2b本发明实施例1的热管与绕组端部和机壳的安装方式示意图之一；

图3a本发明实施例1的扁平热管截面示意图；

图3b本发明实施例1的平板热管截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明电机定子绕组复合灌封冷却结构，包括机壳1、定子铁芯2、绕组3、热管4、绝缘导热灌封胶5，电机基于传统结构，电机装配工艺沿用成熟工艺。定子固定在机壳的内壁，机壳内有冷却水道，冷却水道在轴向方向覆盖电机定子铁芯和绕组端部。

分别在定子绕组引出线端部和非引出线端部与机壳内壁之间的空心圆柱体区域，各放置1～Q个热管，Q为定子槽数。

将热管弯曲成U型或S型，如图2所示。热管具有一个吸热端401和一个冷却端402。吸热端401根据绕组端部外圈形状弯曲，冷却端402根据电机机壳内壁弯曲，以达到热管与绕组端部和机壳内壁的紧密贴合。如图2所示的两种热管安置方法，将热管吸热端401与电机绕组端部外圈区域紧密贴合，冷却端402与机壳内壁紧密贴合。在热管吸热端与电机定子绕组端部外圈之间安置绝缘材料，可以为绝缘薄膜或绝缘纸，实现电机绕组端部与热管的电气隔离，防止绝缘性能下降。

为提升散热效果，热管采用优选为扁平热管或平板热管，其截面图如图3a和图3b所示，其中扁平热管可由圆热管压扁加工而成。利用扁平型或平板型热管易于形成与绕组端部和机壳内壁接触的平面，配合使用绝缘导热材料将从绕组端部至机壳内壁之间的空心圆柱体区域灌封，大幅降低绕组端部到机壳冷却水道之间的热阻，远小于只用绝缘灌封胶的热阻，达到近似绕组端部直接被水道冷却的效果。如图3b所示，平板型热管内部有一个具有毛细微槽结构的真空或低压的蒸发空间，蒸发空间中充有相变工质。当热量有吸热端传入平板型热管中后，蒸发空间里面的相变工质开始产生气化，并迅速吸收热量，气化的工质会很快充满整个空间，气相工质在平板热管的冷却端区域凝结液化，从而释放热量，凝结后的液相工质由于毛细微槽结构的毛细吸附作用再回到吸热端热源处，整个过程将在空间内周而复始进行，快速地传递热量。

总之，本发明利用热管的超高导热性能，结合绝缘导热灌封胶和机壳冷却水道的设置，实现近似绕组端部直接被机壳水道直接冷却的效果，能显著地改善电机绕组散热，提升电机功率密度和效率，且工艺简单，方便对现有电机进行改造。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电机定子绕组的复合灌封冷却结构，其特征在于：包括机壳、定子铁芯、绕组、热管、绝缘导热灌封胶；所述定子铁芯固定在机壳内壁，机壳内部具有冷却水道，冷却水道在轴向方向覆盖定子铁芯和绕组端部，分别在引出线侧和非引出线侧的绕组端部与机壳内壁所构成的空心圆柱体区域内各放置1～Q个热管，Q为电机槽数，热管的吸热端与绕组端部外圈紧密接触，热管的冷却端与机壳内壁紧密接触，接触部位的机壳内部有冷却水道，采用绝缘导热灌封胶将从电机绕组端部至机壳内壁的空心圆柱体区域灌封，形成复合灌封冷却结构。

2.根据权利要求1所述的电机定子绕组的复合灌封冷却结构，其特征在于：所述热管吸热端与绕组端部外圈之间安置绝缘材料，所述绝缘材料为绝缘薄膜或绝缘纸，防止由于安置热管导致的绕组绝缘降低。

3.根据权利要求1或2所述的电机定子绕组的复合灌封冷却结构，其特征在于：所述的热管的形状为U形、S形或弧形；所述热管的吸热端以绕组端部外圈形状弯曲，冷却端以机壳内壁形状弯曲。

4.按照权利要求1或3所述的电机定子绕组的复合灌封冷却结构，其特征在于：所述热管为扁平热管或平板热管。