CN109494901B - 一种槽内水冷电机定子 - Google Patents

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    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

Abstract

本发明公开了一种槽内水冷电机定子，包括定子机座以及设置在定子机座上的定子铁心和绕组，还包括嵌放在定子铁心槽内的冷却管组件以及通过焊接与冷却管组件连接为整体的进/出集水器，所述的冷却管组件由单根或多根冷却管组成，所述的每根冷却管由沿电机轴向来回折返的多个直线段和圆弧段串联构成，考虑到转弯半径所限，端部设计为过渡圆弧，且冷却管的两端部不交叉，每根冷却管的进出水口布置在同一端，单独与进/出集水器连接，所述的进/出集水器通过支撑架固定在定子机座上。本发明降低了冷却水质的要求，提高了电机的散热性能，同时取消了水路的槽内焊接，保留了槽内水冷的散热性能，提高了冷却的可靠性，延长了电机寿命。

Description

一种槽内水冷电机定子
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种槽内水冷电机定子。
背景技术
水介质比热大，带走热量效果好，所以冷却系统体积小，基本不增加噪声，水本身无爆炸、有毒等风险且易于制备，所以水冷结构在电机中应用较为广泛。
通常，大功率中低速电机的损耗约60%左右自于铜耗，铁耗等其它损耗占比相对较小，该类电机的热量主要来自于电机的槽内导体，因此，冷却时，冷却系统离槽内导体越近冷却效果越好。
传统的槽内水冷结构是在电机槽内埋置冷却水管，然后在电机一端或两端进行连接汇流。尽管具有较高的导热性能，但该结构缺点也非常明显：冷却水管和水自身将产生感应电压，为避免带来额外的环流损耗和安全隐患，两端需要用绝缘管将水路引出，同时对冷却水质要求较高，且难以兼顾端部的冷却。因此其应用受到较大的局限。
发明内容
本发明的目的正是要解决上述缺点，提供一种槽内水冷电机定子，消除了水流和冷却水管中产生的感应电势，降低了冷却水质的要求，提高了电机的散热性能，增加了电机可靠性，延长了电机寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种槽内水冷电机定子，包括定子机座以及设置在定子机座上的定子铁心和绕组，还包括嵌放在定子铁心槽内的冷却管组件以及通过焊接与冷却管组件连接为整体的进/出集水器，所述的冷却管组件由单根或多根冷却管组成，所述的每根冷却管由沿电机轴向来回折返的多个直线段和圆弧段串联构成，考虑到转弯半径所限，端部设计为过渡圆弧，且冷却管的两端部不交叉，每根冷却管的进出水口布置在同一端，单独与进/出集水器连接，所述的进/出集水器通过支撑架固定在定子机座上。
所述的一种槽内水冷电机定子，其冷却管组件与绕组配合，可针对实际需求嵌放在定子铁心的槽底、槽中或槽口位置，其布置需遵循槽内任何时刻串联感应电势之和为零的原则，只通水/油不通电。
所述的一种槽内水冷电机定子，其定子铁心需满足每极槽数为偶数N，而且当电机相数为3时，N=6×m（m为不等于0的自然数，m=1、2、3....）。
所述的一种槽内水冷电机定子，其冷却管组件由k根冷却管（k≤N/2）组成，一根冷却管的一组折返结构直线段嵌槽部分分别嵌放在第x1和第x2槽内，则与该组折返结构对应的折返结构须嵌放在第x1+N和第x2+N（或第x1—N和第x2—N）槽内，其中x1，x2为定子铁心任意槽对应编号，其值为大于等于1小于等于定子铁心槽数Q的自然数。
所述的一种槽内水冷电机定子，其冷却管材料为不锈钢、钛合金或铜合金，外形截面形状为方管或圆管，中间无焊点，由单根弯制而成，其外形截面高度和宽度根据定子铁心槽及槽内的绕组导线型式进行配合。
所述的一种槽内水冷电机定子，其冷却管内的冷却介质为水或油。
本发明的有益效果为：本发明灵活的设计可对铁心轭部（槽底）、绕组中间（槽中）和槽口气隙空气进行冷却，提供的槽内水冷电机定子解决了传统槽内水冷技术冷却水管存在感应电势、进出水口绝缘困难带来的可靠性差，电机寿命短的问题，降低了冷却水质的要求，提高了电机的散热性能，同时取消了水路的槽内焊接，保留了槽内水冷的散热性能，提高了冷却的可靠性，延长了电机寿命。广泛应用于大功率、高转矩密度及高可靠性要求较高的电机冷却领域，尤其适用于大直径整数槽电机。
附图说明
图1是本发明冷却管布置在槽口位置时的结构示意图；
图2是本发明槽口冷却水管嵌放截面示意图；
图3是本发明槽中冷却水管嵌放截面示意图；
图4是本发明槽底冷却水管嵌放截面示意图；
图5是本发明每极6槽的冷却管布局图；
图6是本发明每极12槽冷却管组件布局示意图；
图7是本发明每极12槽一根冷却管嵌放示意图。
各附图标记为：1—定子机座，2—定子铁心，3—绕组，4—冷却管组件，5—槽楔，6—进/出集水器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1至图5所示，本发明公开的一种槽内水冷电机定子，包括定子机座1、定子铁心2、绕组3、槽楔5、冷却管组件4、进/出集水器6和支撑架。所述冷却管组件4由单根或多根冷却管组成，所述的每根冷却管由沿电机轴向来回折返的多个直线段和圆弧段串联构成（每根冷却管由多组来回折返式结构串联构成），考虑到转弯半径所限，端部设计为过渡圆弧，且冷却管的两端部不交叉，每根冷却管的进出水口布置在同一端，单独与进/出集水器6连接，所述的进/出集水器6通过支撑架固定在定子机座1上。其中冷却管组件4与绕组3配合，可针对实际需求嵌放在定子铁心2的槽底、槽中或槽口位置，其布置需遵循槽内任何时刻串联感应电势之和为零的原则，只通水/油不通电。定子铁心2需满足每极槽数为偶数N，而且当电机相数为3时，N=6×m（m为不等于0的自然数，m=1、2、3....）。
作为一种具体实施例，冷却管组件4由k根冷却管（k≤N/2）组成，一根冷却管的一组折返结构直线段嵌槽部分（后续简称折返结构）分别嵌放在第x1和第x2槽内，则与该组折返结构对应的折返结构须嵌放在第x1+N和第x2+N（或第x1—N和第x2—N）槽内。根据串联感应电势之和为零的原则嵌放在相邻的p×2N（p为不等于0的自然数，p≤电机极对数，p=1、2、3....）个槽内，一根冷却管的一组折返结构直线段嵌槽部分（后续简称折返结构）分别嵌放在第x1和第x2槽内，则与该组折返结构对应的折返结构须嵌放在第x1+N和第x2+N（或第x1-N和第x2-N）槽内，其中x1，x2为定子铁心任意槽对应编号，其值为大于等于1小于等于定子铁心槽数Q的自然数。电机运行过程中，由于任一时刻，槽内冷却管感应电压Ux1= -Ux1+N, Ux2= -Ux2+N(或Ux1= -Ux1-N, Ux2= -Ux2-N)，则2N个槽内两组折返结构的串联感应电势之和为零。
进一步，冷却管材料为不锈钢、钛合金或铜合金，外形截面形状为方管或圆管，中间无焊点，由单根弯制而成，其外形截面高度和宽度根据定子铁心2槽及槽内的绕组导线型式（如成型绕组可选方管，散下线可选圆管）进行配合。
更进一步，冷却管内的冷却介质为水或油。
以冷却管布置在槽口位置、每极12槽（N=12）电机定子为例，参照图6和图7所示，所述冷却管组件4由2组冷却管组成，每组冷却管包含3路水管，冷却管组件4与绕组3、槽楔5配合嵌放在靠近槽口位置。
冷却管组件4嵌放在定子铁心2相邻的24个槽内（N=12，p=1）。
本实施例中，冷却管为不锈钢材料，先将绕组3根据绕组布线图嵌放在定子铁心2的槽中，并借助工具在槽中嵌放到位，然后根据槽内任何时刻串联感应电势之和为零的原则依次嵌放冷却管，
如图6和图7所示，第1根冷却管的直线段分别嵌放在第1、6、13和18槽内，第2根冷却管的直线段分别嵌放在第2、5、14和17槽内，第3根冷却管的直线段分别嵌放在第3、4、15、16槽内，第4根冷却管的直线段分别嵌放在第7、12、19和24槽内、第5根冷却管的直线段分别嵌放在第8、11、20和23槽内、第6根冷却管的直线段分别嵌放在第9、10、21和22槽内。
其中，第1、2、3根水管为一组，第4、5、6根水管为一组，每组进出水口在同一端。水管嵌放完毕后，放入槽楔5压紧，将冷却管组件4分别与两端的进/出集水器6用不锈钢焊条焊牢。
本实施例中，冷却管组件4由6根矩形截面的冷却管组成，每根冷却管由一根不锈钢管绕制而成。
本发明提供的槽内水冷电机定子可广泛应用于大功率、高转矩密度及可靠性要求较高的电机，尤其适用于大直径电机。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种槽内水冷电机定子，包括定子机座（1）以及设置在定子机座（1）上的定子铁心（2）和绕组（3），其特征在于：还包括嵌放在定子铁心（2）槽内的冷却管组件（4）以及与冷却管组件（4）连接的进/出集水器（6），所述的冷却管组件（4）由单根或多根冷却管组成，所述的每根冷却管由沿电机轴向折返的多个直线段和圆弧段串联构成，冷却管的两端部不交叉，每根冷却管的进出水口布置在同一端，单独与进/出集水器（6）连接，所述的进/出集水器（6）通过支撑架固定在定子机座（1）上；所述的冷却管组件（4）放在定子铁心（2）的槽底、槽中或槽口位置，由槽楔（5）压紧，冷却管组件（4）由k根冷却管（k≤N/2）组成，一根冷却管的一组折返结构直线段嵌放在第x1和第x2槽内，与该组折返结构对应的折返结构嵌放在第x1+N和第x2+N（或第x1—N和第x2—N）槽内，其中x1，x2为定子铁心任意槽对应编号，其值为大于等于1小于等于定子铁心槽数Q的自然数；所述的定子铁心（2）需满足每极槽数为偶数N，而且当电机相数为3时，N=6×m（m=1、2、3....），所述的冷却管材料为不锈钢、钛合金或铜合金，截面方管或圆管，中间无焊点，由单根弯制而成，所述冷却管内的冷却介质为水或油。
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