CN109450128B - 一种电机定子和具有该电机定子的油冷电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机定子和具有该电机定子的油冷电机，其中，电机定子包括定子铁心和绕组线圈，所述定子铁心包括定子轭部和定子齿部，所述绕组线圈单齿绕于定子齿部中每个定子齿上，相邻两个定子齿间设置槽内油道，所述定子轭部外壁设置轴向和周向相结合的沟槽作为轭部油道。这种冷却结构分别增大冷却油与绕组和铁心的接触面积，可以对槽内绕组中心和端部绕组等关键部位进行冷却，提升了冷却效率，降低了电机温升，保证了电机的安全运行。

Description

一种电机定子和具有该电机定子的油冷电机

技术领域

本发明属于电机领域，更具体地，涉及一种电机定子和具有该电机定子的油冷电机。

背景技术

高功率密度电机广泛应用于电动汽车、航空器发电机等对电机体积和重量有严格要求的场合。这类电机由于具有较高的电磁负荷，单位体积的损耗很大，散热面积却相对减少，因此散热比较困难，常采用水冷或者油冷的冷却方式对电机进行冷却，以防止电机绕组和磁钢等重要部件温升过高，从而减少电机寿命，影响电机运行的安全性与经济性。

相比于水冷方式，油冷方式中冷却油可以与电机发热部件表面直接接触，通过喷射或浇淋的方式，冷却油可以直接带走发热部件的热量，特别是可以有效冷却电机端部绕组，因此在高功率密度电机中油冷方式得到了比较广泛的使用。但是对于大转矩和高功率密度场合，电机的绕组中的铜耗和铁心中的铁耗都在一个很高的水平，这时候普通的局部喷射和浇淋的油冷方法已经不能满足电机冷却的要求，需要提出新的高效冷却方案来满足电机的散热要求。

现有技术中冷却油经机壳进入电机定子轭部形成的环形油道，然后经轴向油道流向电机两个端部，洒落到端部绕组，最后汇集到电机底部，经底部的两个出口流出。只能对电机定子轭部和端部绕组进行比较好的冷却，但是槽内绕组与冷却油距离远，槽内绕组冷却不够。

由此可见，现有技术存在冷却效果差、冷却效率低、电机运行的安全性差的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电机定子和具有该电机定子的油冷电机，由此解决现有技术存在冷却效果差、冷却效率低、电机运行的安全性差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电机定子，包括定子铁心和绕组线圈，所述定子铁心包括定子轭部和定子齿部，所述绕组线圈单齿绕于定子齿部中每个定子齿上，相邻两个定子齿间设置槽内油道，所述定子轭部外壁设置轴向和周向相结合的沟槽作为轭部油道。

进一步地，相邻两个定子齿间形成定子槽，所述绕组线圈嵌放于定子槽内，使得定子槽内形成两个线圈边，所述槽内油道位于每个定子槽内的两个线圈边中间。

进一步地，电机定子还包括通油孔，所述通油孔位于槽内油道。

进一步地，电机定子还包括加强肋，所述加强肋位于通油孔内部。

进一步地，轭部油道由不同形状的铁心叠片叠压得到。

按照本发明的另一方面，提供了一种油冷电机，包括机壳、端盖、电机定子、转子、转轴、轴承、位置传感器、油封、进油口和排油口，所述电机定子为本发明所述的电机定子。

进一步地，转子与电机定子中的定子铁心通过隔油套隔开。

进一步地，隔油套的材料为碳纤维或玻璃纤维。

进一步地，油冷电机还包括进油环，所述进油环与机壳、端盖形成进口环油道。

进一步地，进油环沿周向设置多个进油孔。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)电机定子每个定子齿上具有单齿绕的绕组线圈，在每个定子槽内的两个线圈边中间形成槽内油道。定子轭部表面则设置轴向和周向相结合沟槽，形成轭部油道。这种冷却结构大大增大冷却油与绕组和铁心的接触面积，可以对槽内绕组中心和端部绕组等关键部位进行冷却，提升了冷却效率，降低了电机温升，保证了电机的安全运行。

(2)本发明电机定子还具有通油孔，可以防止线圈边贴合在一起堵塞油道。本发明通油孔内部设置加强肋，有效防止通油孔变形。轭部油道由不同形状的铁心叠片叠压得到，整个结构紧凑可靠，油道的形成不需要增加新的工艺和材料，简单可靠。

(3)本发明提出一种具有所述电机定子的油冷电机，结构紧凑，使用时冷却油紧贴发热的电机槽内绕组和端部绕组，因此能够有效冷却电机绕组，降低绕组损耗，定子轭部油道散热面积增大，可有效冷却定子铁心，使得电机整体的冷却效果更好，进而提升电机的效率和功率密度。

(4)本发明提出一种具有所述电机定子的油冷电机，在定子与转子间采用隔油套，避免了定子冷却油滴落到转子而引起较大的搅油损耗。所述隔油套由碳纤维或玻璃纤维形成，避免了较大的电磁涡流损耗。

(5)本发明提出一种具有所述电机定子的油冷电机，在进油口处设置有进油环，进油环布置多个沿周向分布的进油孔。这种结构避免了冷却油由单个进油口进入时，分布不均匀的现象，改善了冷却油的冷却效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电机定子的结构图；

图2(a)是本发明实施例提供的槽内油道的结构图；

图2(b)是本发明实施例提供的冷却轴流向图；

图3是本发明实施例提供的轭部油道的结构图；

图4(a)是本发明实施例提供的第一铁心叠片的结构图；

图4(b)是本发明实施例提供的第二铁心叠片的结构图；

图4(c)是本发明实施例提供的第三铁心叠片的结构图；

图4(d)是本发明实施例提供的第四铁心叠片的结构图；

图5是本发明实施例提供的油冷电机的结构图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1为定子铁心、2为绕组线圈、3为定子轭部、4为定子齿部、5为槽内油道、6为轭部油道、7为通油孔、8为加强肋、111为第一铁心、112为第二铁心、113为第三铁心、114为第四铁心、115为第五铁心、116为第六铁心、117为第七铁心、118为第八铁心、119为第九铁心、21为第一线圈边、22为第二线圈边、31为轭部进口、32为第一轴向油道、33为第二轴向油道、34为第三轴向油道、35为第一周向油道、36为第二周向油道、37为第三周向油道、38为第四周向油道、39为轭部出口、311为轭部沟槽、322为轭部凸起、9为机壳、10为端盖、11为转子、12为转轴、13为轴承、14为位置传感器、15为油封、16为进油口、17为排油口、18为隔油套、19为进油环、20为进口环油道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种电机定子，包括定子铁心1和绕组线圈2，所述定子铁心1包括定子轭部3和定子齿部4，所述绕组线圈2单齿绕于定子齿部4中每个定子齿上，相邻两个定子齿间设置槽内油道5，所述定子轭部3外壁设置轴向和周向相结合的沟槽作为轭部油道6。

如图2(a)所示，相邻两个定子齿间形成定子槽，所述绕组线圈嵌放于定子槽内，使得定子槽内形成两个线圈边，分别为第一线圈边21和第二线圈边22，所述槽内油道5位于每个定子槽内的两个线圈边中间。此结构可以直接对传统结构中两个线圈中间温升最高的部位进行散热，因此大大提升了电机的散热效率。电机定子还包括通油孔7，所述通油孔7位于槽内油道5。电机定子还包括加强肋8，所述加强肋8位于通油孔7内部。电机一般为了获得较大的输出能力，槽满率会设计得尽量大，但是与此同时容易引起两个线圈边因应力挤压而贴合，从而堵塞槽内油道，因此，本专利提出一种具有支撑作用的通油孔结构。该通油孔与定子铁心一体化线切割或冲压得到，简单可靠。为了防止通油孔变形，在通油孔内部可同时设置加强肋。为了避免空心支撑齿的设置影响槽内油道冷却油和绕组线圈直接接触的面积，通油孔可以根据定子铁心轴向长度设置有限长度的几段，如两段。图2(b)展示了槽内油道中冷却油流向，冷却油紧贴发热的电机槽内绕组和端部绕组，因此能够有效冷却电机绕组，降低绕组损耗。

如图3所示，冷却油从铁心一端由轭部进口31流入，经过轴向和周向相结合的定子轭部油道，从轭部出口39流出。其中，轴向油道分为第一轴向油道32，第二轴向油道33和第三轴向油道34，周向油道分为第一周向油道35，第二周向油道36，第三周向油道37和第四周向油道38。为了形成周向油流，第三轴向油道中间由铁心轭部打断。3条轴向油道和4条径向油道构成一个轭部油道冷却单元。所有沿定子外圆分布的轭部油道冷却单元构成所述定子轭部油道。本发明提出的轭部油道大大增加了冷却油与定子轭部铁心的接触面积，从而增强冷却效果。

轭部油道由不同形状的铁心叠片叠压得到，对于本发明实施例，定子铁心轴向分为9段，分别是：第一铁心111、第二铁心112、第三铁心113、第四铁心114、第五铁心115、第六铁心116、第七铁心117、第八铁心118、第九铁心119，这9段定子铁心构成所述定子铁心结构，需要4种类型的铁心叠片，如图4(a)、4(b)、4(c)、4(d)所示的4种铁心叠片都由定子齿部和定子轭部组成。定子轭部经过冲压或线切割等工艺形成不同形状的轭部沟槽和轭部凸起。其中，第一种铁心叠片的轭部沟槽311尺寸大于轭部凸起322，轭部沟槽311的数量和定子齿部4的齿数相同。第二种铁心叠片的轭部沟槽311尺寸小于轭部凸起322，轭部沟槽311的数量和定子齿部4的齿数相同。第三种铁心叠片的轭部沟槽311尺寸与轭部凸起322尺寸相差不大，轭部沟槽311的数量是定子齿部4的齿数的3倍。另外，第三种铁心叠片还具有所述支撑作用的通油孔结构。第四种铁心叠片的轭部沟槽311尺寸小于轭部凸起322尺寸，轭部沟槽311的数量是定子齿部4的齿数的2倍。定子铁心段由不同类型的铁心叠压而成。其中第二铁心、第四铁心、第六铁心、第八铁心为第一铁心叠片，第一铁心和第九铁心为第二铁心叠片，第三铁心和第七铁心为第三铁心叠片，第五铁心为第四种铁心叠片。四种叠片铁心轭部形成不同形状的沟槽，各自叠压后从而形成不同形状的油道。其中，第一种铁心叠片的轭部沟槽较大，叠压后主要为了形成周向油道，第二种铁心叠片的轭部沟槽较少，叠压后形成进出口油道；第三种铁心叠片的轭部沟槽较多，叠压后形成轴向油道，且槽中间形成支撑通油孔，第四种铁心叠片轭部沟槽较第三种铁心叠片少，也用于形成轴向油道。通过9段铁心的叠压，构成了定子轭部油道和槽内空心支撑齿，整个结构紧凑可靠，油道的形成不需要增加新的工艺和材料。

具有本发明所述电机定子的一种油冷电机如图5所示，所述油冷电机具有机壳9、端盖10、定子铁心1、绕组线圈2、转子11、转轴12、轴承13、位置传感器14、隔油套18，油封15、进油口16和排油口17，以及进油环19。其中，所述机壳9通过过盈配合套于定子铁心1外部，端盖10通过螺栓与机壳连接。所述转子11通过键连接或者过盈配合的方式套于转轴12中间部位，转子11位于定子铁心内腔之内。所述隔油套将定转子隔开，防止冷却油流落到转子，而引起转子较大的搅油损耗。为了抑制涡流损耗，所述隔油套由碳纤维或玻璃纤维制成。在进油口只有一个的情况下，为了使得定子进油均匀，本专利提出一种进油环，在进油环沿周向开有多个进油孔。所述进油环与机壳、端盖形成进口环油道。冷却油由单个进油口进入进口环油道，再从进油环上的多个进油孔进入电机，然后轴向通过所述定子轭部油道和槽内油道，最后从排油口排出。

本发明所提出的油冷系统结构紧凑，冷却油紧贴发热的电机槽内绕组和端部绕组，因此能够有效冷却电机绕组，降低绕组损耗，定子轭部油道散热面积增大，可有效冷却定子铁心，使得电机整体的冷却效果更好，进而提升电机的效率和功率密度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电机定子，其特征在于，包括定子铁心(1)和绕组线圈(2)，所述定子铁心包括定子轭部(3)和定子齿部(4)，所述绕组线圈单齿绕于定子齿部中每个定子齿上，相邻两个定子齿间设置槽内油道(5)，所述定子轭部外壁设置轴向和周向相结合的沟槽作为轭部油道(6)；

所述轭部油道(6)由4种铁心叠片叠压得到，具体地：

定子铁心轴向分为9段，分别是：第一铁心、第二铁心、第三铁心、第四铁心、第五铁心、第六铁心、第七铁心、第八铁心、第九铁心，4种铁心叠片都由定子齿部和定子轭部组成，第一种铁心叠片的轭部沟槽尺寸大于轭部凸起，轭部沟槽的数量和定子齿部的齿数相同；第二种铁心叠片的轭部沟槽尺寸小于轭部凸起，轭部沟槽的数量和定子齿部的齿数相同；第三种铁心叠片的轭部沟槽尺寸与轭部凸起尺寸相同，轭部沟槽的数量是定子齿部的齿数的3倍；第四种铁心叠片的轭部沟槽尺寸小于轭部凸起尺寸，轭部沟槽的数量是定子齿部的齿数的2倍；第二铁心、第四铁心、第六铁心、第八铁心为第一种铁心叠片，第一铁心和第九铁心为第二种铁心叠片，第三铁心和第七铁心为第三种铁心叠片，第五铁心为第四种铁心叠片。

2.如权利要求1所述的一种电机定子，其特征在于，所述相邻两个定子齿间形成定子槽，所述绕组线圈(2)嵌放于定子槽内，使得定子槽内形成两个线圈边，所述槽内油道(5)位于每个定子槽内的两个线圈边中间。

3.如权利要求1或2所述的一种电机定子，其特征在于，所述电机定子还包括通油孔，所述通油孔位于槽内油道(5)。

4.如权利要求3所述的一种电机定子，其特征在于，所述电机定子还包括加强肋，所述加强肋位于通油孔内部。

5.一种油冷电机，包括机壳、端盖、电机定子、转子、转轴、轴承、位置传感器、油封、进油口和排油口，其特征在于，所述电机定子为权利要求1-4任意一项所述的电机定子。

6.如权利要求5所述的一种油冷电机，其特征在于，所述转子与电机定子中的定子铁心通过隔油套隔开。

7.如权利要求6所述的一种油冷电机，其特征在于，所述隔油套的材料为碳纤维或玻璃纤维。

8.如权利要求5-7任一所述的一种油冷电机，其特征在于，所述油冷电机还包括进油环，所述进油环与机壳、端盖形成进口环油道。

9.如权利要求8所述的一种油冷电机，其特征在于，所述进油环沿周向设置多个进油孔。

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