CN110350679A - 一种定子密封结构及具有该密封结构的电机 - Google Patents

Abstract

一种定子密封结构及具有该密封结构的电机。本发明公开了一种定子密封结构，用于实现电机定子的完整密封，包括对称设于定子(2)两端部的第一端部密封板(4)和第二端部密封板(3)，对应所述第一端部密封板(4)外侧设有第一端部密封板压环(6)，所述第二端部密封板(3)外侧设有第二端部密封板压环(5)，所述定子(2)的定子槽(204)内设有槽内冷却管道(13)，该槽内冷却管道(13)底部设有槽楔(12)。本发明的密封结构，通过在电机端面设置端部密封板与端部密封板压环以及对电机定子槽口处空腔进行灌胶处理，实现电机定子的完整密封，有效隔离电机定子与转子，且上述密封组件不占用电机气隙空间，电机气隙尺寸较小，进一步提高了电机的转矩密度和功率密度。

Description

一种定子密封结构及具有该密封结构的电机

技术领域

本发明属于电机冷却降温技术领域，更具体地，涉及一种定子密封结构及具有该密封结构的电机。

背景技术

电机的温升问题直接关系到电机的性能及其寿命，因此往往通过液冷实现电机的温升抑制。目前，油冷为较为常用的一种电机液冷方式。而油冷电机按照冷却形式可分为直接油冷电机与间接油冷电机。间接油冷电机通过在电机机壳或端盖上开设冷却流道实现电机的间接油冷，冷却油无法直接接触热源，即绕组和电机定子，导致这种方案冷却效率低。而直接油冷电机通过将电机定子或电机整体浸入在冷却油或冷却油喷淋的方式，热源直接和冷却油接触，可获得更好的冷却效果。

电机整体浸入油中的直接油冷形式，电机高速转子和冷却油直接接触，将大大增加转子转动的阻力，产生较大的机械损耗，降低电机效率。更好的方案是将电机定子与转子隔离，仅将电机定子与绕组直接浸泡在冷却油中，因此电机需具备可靠的定子密封结构。目前常用的电机定子密封结构是在电机定子与转子间的气隙中增设一个隔离套筒，隔离套筒的两个端面直接抵于电机两侧的端盖，并通过O型密封圈或者胶接的形式实现接触面间的密封以及其与两接触件的固定。但是，由于为保证密封可靠性，且隔离套筒需可靠承担冷却油的重量以及电机工作时的一些冲击作用，其厚度不可过薄，且可能干扰电机转子的正常旋转，因此电机气隙往往会额外增大，从而降低电机磁负荷，进而导致电机功率密度与转矩密度的降低。此外，隔离套筒与端盖密封及结构的可靠性亦是另一个问题，常用的密封形式为O型密封圈密封以及涂胶密封。电机工作时可能会收到各种冲击扰动，若导致O型密封圈破裂或密封胶的失效脱离，则定子的密封性直接被破坏，电机会产生漏油事故，影响电机运行的可靠性与安全性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供定子密封结构及具有该密封结构的电机，其通过在电机端面设置端部密封板与端部密封板压环以及对电机定子槽口处空腔进行灌胶处理，实现电机定子的完整密封，有效隔离电机定转子。由于所设置的端部密封板与端部密封板压环并不占用电机定转子间的气隙空间，即不需要为了增设的密封结构而减小转子半径或者增大定子内径，电机气隙尺寸可较小，故电机的转矩密度和功率密度可得到进一步提高。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种定子密封结构，用于实现电机定子的完整密封，包括：

对称设于定子两端部的第一端部密封板和第二端部密封板，对应所述第一端部密封板外侧设有第一端部密封板压环，以压紧所述第一端部密封板并对其形成支撑，所述第二端部密封板外侧设有第二端部密封板压环，以压紧所述第二端部密封板并对其形成支撑；

所述第一端部密封板和第二端部密封板结构相同，包括三部分，中间段呈柱形套筒状，两端部呈圆环形板状，其截面为L型结构，其一端圆环贴合于电机机壳与机壳端盖之间，通过O型密封圈实现所述机壳与端盖间的径向密封，其中间段柱形套筒设于绕组内缘面下方并延伸至另一端圆环，该圆环贴合于定子端面，通过接触面涂胶的方式实现其与定子的径向密封且不占用电机定转子气隙空间；

所述定子的定子槽内设有槽楔与槽内冷却管道，沿所述槽内冷却管道和槽楔间的矩形空腔以及槽楔与定子内表面间的柱形空腔灌注密封胶，保证密封胶完全填充两个空腔区域，实现定子内表面的密封。

进一步地，所述第一端部密封板的右端端部圆环上开设了多个第一端部固定螺栓安装孔，这些第一端部固定螺栓安装孔与端部固定螺栓配合连接。

进一步地，所述第一端部密封板的左端端部圆环的外缘位置开设多个法兰螺栓安装孔，该法兰螺栓安装孔的数量与形状可根据实际情况确定。

进一步地，所述第一端部密封板的外轮廓面上沿环向均布多个L型加强筋。

进一步地，所述第一端部密封板压环和第二端部密封板压环结构相同，其整体上呈环形板体结构，沿环向设有多个第二端部固定螺栓安装孔，且所述第二端部固定螺栓安装孔与所述第一端部固定螺栓安装孔的位置相匹配。

进一步地，所述左端部密封压板的右端端部圆环端面的内缘半径等于定子的内缘半径，所述第一端部密封板压环的外缘半径大于所述槽内冷却管道底边与所述定子几何圆心的距离。

进一步地，所述第一端部密封板和第二端部密封板为导磁率低、电导率低的尼龙材料制备而成。

进一步地，所述第一端部密封板压环和第二端部密封板压环为电导率低的不导磁钢材料制备而成。

进一步地，所述第一端部密封板与电机机壳之间设有O型密封圈槽，便于安放O型密封圈。

按照本发明的另一个方面，提供一种具有所述的定子密封结构的电机，所述定子的定子槽可设为梨形槽、平底槽、开口槽、闭口槽或半闭口槽，槽口位置嵌有槽楔和槽内冷却管道；

所述定子的轭部设置有轭部冷却流道，所述定子齿靠近定子内缘半径处设有螺纹盲孔。

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.本发明的密封结构，其通过在电机端面设置端部密封板与端部密封板压环以及对电机定子槽口处空腔进行灌胶处理，实现电机定子的完整密封，有效隔离电机定转子。由于所设置的端部密封板与端部密封板压环并不占用电机定转子间的气隙空间，即不需要为了增设的密封结构而减小转子半径或者增大定子内径，电机气隙尺寸可较小，故电机的转矩密度和功率密度可得到进一步提高。

2.本发明的密封结构，其通过优选设置端部密封压板材料为导电率低、导磁率低的尼龙材料，优选设置端部密封板压环材料为导电率低的不导磁钢材料，可减少电机端部漏磁与涡流损耗，进一步提高电机转矩密度、功率密度与电机效率。

3.本发明的密封结构，其通过在端部密封压板侧面设置端部密封板压环，在电机齿部端面沿环形均布设置螺纹孔以及在端部密封板和端部密封板压环对应位置均布设置端部螺栓安装孔，通过端部固定螺栓将端部密封板压环、端部密封板与定子端面三者紧密贴合与索紧，进一步提高了电机两侧端面的两个密封面的密封可靠性与稳定性，同时也保证电机在受冲击作用下的密封结构的可靠性与密封稳定性。

4.本发明的密封结构，其通过采用本发明的一种油冷电机定子密封结构，可靠、方便地实现了电机定子的有效密封，隔离电机定转子空间，从而实现电机定子的直接油冷，电机定子温升得以限制，电机热负荷可以进一步提高，从而电机转矩密度以及功率密度可进一步提高。

附图说明

图1为本发明实施例一种定子密封结构的剖面示意图；

图2是本发明实施例中第一端部密封板的结构示意图；

图3是本发明实施例中第一端部密封板压环的结构示意图；

图4是本发明实施例中具有该密封结构电机的定子结构示意图；

图5是本发明实施例中定子、端部密封板、端部密封板压环装配示意图；

图6是本发明实施例中具有该密封结构电机的机壳结构示意图；

图7为本发明实施例一种定子密封结构在冷却介质进口所在平面的剖视图；

图8为本发明实施例一种定子密封结构在冷却介质出口所在平面的剖视图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-电机机壳、101-冷却介质进口、102-冷却介质出口、103-冷却介质出孔、104-机壳螺纹孔、105-轴向环形冷却流道、106-O型密封圈槽、2-定子、201-定子齿、202-轭部冷却流道、203-螺纹盲孔、204-定子槽、3-第二端部密封板、4-第一端部密封板、401-第一端部固定螺栓安装孔、402-L形加强筋、403-法兰螺栓安装孔、5-第二端部密封板压环、6-第一端部密封板压环、601-第二端部固定螺栓安装孔、7-机壳第二端盖、8-机壳第一端盖、9-绕组、10-转子、11-端部固定螺栓、12-槽楔、13-槽内冷却管道。

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。

本发明优选实施例中一种定子密封结构如图1～5中所示，包括电机机壳1，定子2，定子槽204内的槽楔12以及槽内冷却管道13，定子两侧端面分别设有第一端部密封板4、第二端部密封板板3、第一端部密封板压环6与第二端部密封板压环5，以及多个对应旋入在端部密封板压环、端部密封板以及定子中的端部固定螺栓11。本发明的密封结构，其通过在电机端面设置端部密封板与端部密封板压环以及对电机定子槽口处空腔进行灌胶处理，实现电机定子的完整密封，有效隔离电机定转子。由于所设置的端部密封板与端部密封板压环并不占用电机定转子间的气隙空间，即不需要为了增设的密封结构而减小转子半径或者增大定子内径，电机气隙尺寸可较小，故电机的转矩密度和功率密度可得到进一步提高。

具体地，优选实施例中，第一端部密封板4和第二端部密封板板3结构相同，第一端部密封板4的结构如图2所示，其结构包括三部分，其中间段呈柱形套筒状，其左右端部呈圆环形板状。为加强其结构的支撑刚度，在第一端部密封板4的外轮廓面上沿环向均布多个加强筋，在此实施例中，第一端部密封板4沿环向均布有30个L型加强筋402，加强筋厚度为2mm。当然，加强筋的形状、厚度、位置以及数量可根据实际情况优选，不仅限于此实例中的加强筋的相关形状、尺寸、数量与位置。另外，第一端部密封板4的右端端部圆环上开设了多个第一端部固定螺栓安装孔401，这些第一端部固定螺栓安装孔401与端部固定螺栓11配合，同时也起到了端部密封板安装时的定位孔的作用；第一端部密封板4的左端端部圆环的外缘位置开设多个法兰螺栓安装孔403，其数量与形状可根据实际情况优选。

具体地，优选实施例中，第一端部密封板压环6和第二端部密封板压环5的结构相同，第一端部密封板压环6如图3所示，其整体上呈环形板体结构，沿环向设有多个第二端部固定螺栓安装孔601。在实际装配中，其与第一端部密封板4的右端端部圆环的左端面同轴紧贴设置，其第二端部固定螺栓安装孔601与第一端部密封板4上的第一端部固定螺栓孔401相对应，实现第一端部密封板压环6的定位。且第一端部密封板压环6的厚度需与第一端部密封板4的厚度以及端部固定螺栓11的尺寸相配合，在此实施例中优选为2mm。

进一步地，左端部密封压板4的右端端部圆环端面的内缘半径等于定子的内缘半径，左端部密封压板6的右端端部圆环的外缘半径大于所述定子的槽内冷却管道13的底边距所述定子2几何圆心的距离。

具体地，优选实施例中的电机定子结构如图4所示，定子槽采用直槽，且为开口槽，槽口位置嵌有槽楔12和槽内冷却管道13，定子轭部设置有轭部冷却流道202，定子齿201靠近定子2内缘半径处设有M6螺纹盲孔203，此螺纹盲孔在装配时与端部密封板、端部密封板压环上的端部固定螺栓安装孔401以及端部固定螺栓11相配合。实际上，绕组可根据实际设计需求设计为分布绕组或集中绕组，定子槽形亦根据实际设计需求可设计为梨形槽、平底槽、开口槽、闭口槽、半闭口槽等，电机定子槽数以及螺纹盲孔的尺寸与个数也可根据实际设计需求进行优选，在此实施例中，电机定子采用72槽，螺纹盲孔为M6，沿环向均布有72个。

优选的，端部密封板材料优选为导磁率低、电导率低的尼龙材料，端部密封板压环材料优选为电导率低的不导磁钢材料，有效减少电机端部漏磁和涡流损耗进一步提高电机转矩密度、功率密度与电机效率。

进一步地，在实际装配和密封过程中，参考图4，完成定子的绕线工作后，先将槽楔12和槽内冷却管道13依次嵌入定子槽204内相应位置，再将密封胶沿定子轴向灌注入槽内冷却管道13和槽楔12间的矩形空腔以及槽楔12与定子内表面间的柱形空腔中，需保证密封胶完全填充两个空腔区域，完成电机定子内表面上的密封。此后，待密封胶凝固后，将定子2和转子10装入电机机壳1中，优选地，电机定子与机壳间采用过盈配合。

进一步地，参考图5，电机定子2和转子10与电机机壳1完成装配后，先分别在定子左端面和第一端部密封板4的密封面上涂上一层密封胶，再将第一端部密封板4上的第一端部螺栓安装孔与定子左端面上的螺纹盲孔203对应，把第一端部密封板4同轴紧贴在定子左端面上。优选地，为保证此密封面的密封性，密封面的密封距离优选为6mm，即第一端部密封板4的右端端部圆环的宽度不小于6mm。再通端部固定螺栓11，将第一端部密封板4更可靠地固定在定子端面上，更进一步的保证此密封面的密封性。更进一步地，考虑到第一端部密封板4为尼龙材料，整体刚度不高，为防止端部固定螺栓11直接压在第一端部密封板上导致密封板端面破裂，通过在其侧面加设一块不导磁钢制的第一端部密封板压环6，将第一端部密封板压环6上的第二端部固定螺栓安装孔601与第一端部密封板4的第一端部螺栓固定安装孔401对应，第一端部密封板压环6与第一端部密封板4同轴紧贴配合，再将端部固定螺栓11依次通过第一端部螺栓安装孔401与第二端部固定螺栓安装孔601旋入定子端面的螺纹盲孔203中，最终完成定子左端面上的可靠密封。定子右端面的密封与左端面完全一致，不再赘述。另外，通过在端部密封压板侧面设置端部密封板压环，在电机齿部沿环形均布设置螺纹盲孔以及在端部密封板和端部密封板压环对应位置均布设置端部固定螺栓安装孔，通过端部固定螺栓将端部密封板压环、端部密封板与定子端面三者紧密贴合与索紧，进一步提高了电机两侧端面的两个密封面的密封可靠性与稳定性，同时也保证电机在受冲击作用下的密封结构的可靠性与密封稳定性；

进一步地，参考图1，在完成定子内表面和定子左右端面密封后，电机机壳端面与端部密封板间的密封通过常规的O型密封圈完成，最后再将电机左端盖与右端盖装配即可，最终完成电机定子与转子的完全隔离，实现定子的整体密封。

采用上述定子密封方法的电机，采用直接油冷的冷却方式，参考图4与图7-8，电机定子轭部设有轭部冷却流道202，定子槽204内设有槽内冷却管道13，电机机壳1设有轴向环向流道105与相应的冷却介质进口101与冷却介质出口102。进一步地，定子2与绕组9浸泡在冷却油中，在电机机壳冷却油通过冷却介质进口101流入并充满绕组9端部，再经过定子2的轭部冷却流道202与槽内冷却管道13后流入并充满绕组9的另一端端部，进而通过冷却介质出孔进入所述轴向环形冷却流道105，最后通过冷却介质出口102流出。

通过采用本发明的一种油冷电机定子密封结构，方便地实现了电机定子的有效密封，隔离电机定转子空间，从而实现电机定子的直接油冷，电机定子温升得以限制，电机热负荷可以进一步提高，从而电机转矩密度以及功率密度可进一步提高。

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，并不用于限制本发明，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 (10)

1.一种定子密封结构，用于实现电机定子的完整密封，其特征在于，包括：

对称设于定子(2)两端部的第一端部密封板(4)和第二端部密封板(3)，对应所述第一端部密封板(4)外侧设有第一端部密封板压环(6)，以压紧所述第一端部密封板(4)并对其形成支撑，所述第二端部密封板(3)外侧设有第二端部密封板压环(5)，以压紧所述第二端部密封板(3)并对其形成支撑；

所述第一端部密封板(4)和第二端部密封板(3)结构相同，包括三部分，中间段呈柱形套筒状，两端部呈圆环形板状，其截面为L型结构，其一端圆环贴合于电机机壳(1)与机壳端盖之间，通过O型密封圈实现所述机壳与端盖间的径向密封，其中间段柱形套筒设于绕组(9)内缘面下方并延伸至另一端圆环，该圆环贴合于定子(2)端面，通过接触面涂胶的方式实现其与定子(2)的径向密封且不占用电机定转子气隙空间；

所述定子(2)的定子槽(204)内设有槽楔(12)与槽内冷却管道(13)，沿所述槽内冷却管道(13)和槽楔(12)间的矩形空腔以及槽楔(12)与定子(2)内表面间的柱形空腔灌注密封胶，保证密封胶完全填充两个空腔区域，实现定子(2)内表面的密封。

2.根据权利要求1所述的一种定子密封结构，其特征在于，所述第一端部密封板(4)的右端端部圆环上开设了多个第一端部固定螺栓安装孔(401)，这些第一端部固定螺栓安装孔(401)与端部固定螺栓(11)配合连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种定子密封结构，其特征在于，所述第一端部密封板(4)的左端端部圆环的外缘位置开设多个法兰螺栓安装孔(403)，该法兰螺栓安装孔(403)的数量与形状可根据实际情况确定。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种定子密封结构，其特征在于，所述第一端部密封板(4)的外轮廓面上沿环向均布多个L型加强筋(402)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种定子密封结构，其特征在于，所述第一端部密封板压环(6)和第二端部密封板压环(5)结构相同，其整体上呈环形板体结构，沿环向设有多个第二端部固定螺栓安装孔(601)，且所述第二端部固定螺栓安装孔(601)与所述第一端部固定螺栓安装孔(401)的位置相匹配。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种定子密封结构，其特征在于，所述左端部密封压板(4)的右端端部圆环端面的内缘半径等于定子(2)的内缘半径，所述第一端部密封板压环(6)的外缘半径大于所述槽内冷却管道(13)底边与所述定子(2)几何圆心的距离。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种定子密封结构，其特征在于，所述第一端部密封板(4)和第二端部密封板(3)为导磁率低、电导率低的尼龙材料制备而成。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种定子密封结构，其特征在于，所述第一端部密封板压环(6)和第二端部密封板压环(5)为电导率低的不导磁钢材料制备而成。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种定子密封结构，其特征在于，所述第一端部密封板(4)与电机机壳(1)之间设有O型密封圈槽(106)，便于安放O型密封圈。

10.一种具有如权利要求1-9中任一项所述的定子密封结构的电机，其特征在于，所述定子(2)的定子槽(204)可设为梨形槽、平底槽、开口槽、闭口槽或半闭口槽，槽口位置嵌有槽楔(12)和槽内冷却管道(13)；

所述定子(2)的轭部设置有轭部冷却流道(202)，所述定子齿(201)靠近定子(2)内缘半径处设有螺纹盲孔(203)。