CN110768413A - 自循环冷却式电机定子 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种自循环冷却式电机定子。为了解决现有电机定子因散热不均匀而造成热量积聚的问题，本发明提供的电机定子包括定子铁芯，定子铁芯的轭部设置有周向排列的通孔，每个通孔内均设置有一根两端开口的冷却管；电机定子还包括集气部和集液部，冷却管伸出通孔的一端插入到集气部，另一端插入到集液部；电机定子还包括冷凝器、进液管和出气管，进液管的一端连通冷凝器，另一端连通集液部；出气管的一端连通冷凝器，另一端连通集气部；本发明的冷却管为多根平行排列的铜管，相对于U型冷却管，该设计大大缩短了冷却介质流道的长度，使冷却介质流动更加顺畅，提高了散热效率，解决了电机温度场分布不均匀的问题。

Description

自循环冷却式电机定子

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种自循环冷却式电机定子。

背景技术

电机运行过程中，定子部分损耗产生的热量是电机的主要热源，通常使电机的定子温升较高，并影响到电机的安全运行。现有的电机定子冷却结构，冷却回路采用U型水管(如申请号201610963816.3的专利文献公开了一种采用U型冷却水管的电机定子冷却结构)，冷却水流通距离长，导致水管进出口冷却水的温差较大，水管出口处冷却水温度较高，不利于电机定子温度的降低和散热效率的提高，容易出现电机定子温度分布不均匀，影响电机的安全稳定运行。

此外，现有的电机定子冷却结构，冷却回路内的水流循环由外部水泵提供动力，循环水泵提供的强迫动力，使得流道内流动紊乱，对流道造成冲击。水泵的长期运行，消耗大量的电能，增加系统的运行成本，外部循环水泵的使用也会使电机系统的体积变大，不利于系统的稳定运行。流道内水流的速度也会影响电机的冷却效果，水流速度过快，电机内产生的热量不能及时传递给流道内的冷却水，散热效率降低；水流速度过慢，电机运行产生的热量已传递给冷却水，但由于水流速度较慢，导致热量的积聚，也会降低散热效率。电机运行在不同工况时，产生的热量也不同，所以流道内冷却水的流速应随着电机绕组产生热量的改变而改变，使用普通的循环水泵，无法保证电机运行产生的热量与流道内冷却水的流速相匹配，这也会使U型冷却水管的冷却效率降低。每个冷却回路的进出口处需要进行密封连接，采用的冷却介质为水，水管进出口处发生冷却水泄漏造成电机内部发生漏电，造成内部的绝缘损坏，导致电机无法正常运行。

因此，本发明提出了一种自循环冷却式电机定子来解决上述技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有电机定子因散热不均匀而造成热量积聚，进而导致定子局部过热不利于电机稳定运行的问题，本发明提供了一种自循环冷却式电机定子，包括定子铁芯，所述定子铁芯的轭部设置有周向排列的通孔，每个所述通孔内均设置有一根两端开口的冷却管，且所述冷却管的两端均伸出所述通孔；所述电机定子还包括位于所述定子铁芯一端的集气部和位于所述定子铁芯另一端的集液部，所述冷却管伸出所述通孔的一端插入到所述集气部，所述冷却管伸出所述通孔的另一端插入到所述集液部；所述电机定子还包括冷凝器、进液管和出气管，所述进液管的一端连通所述冷凝器，另一端连通所述集液部；所述出气管的一端连通所述冷凝器，另一端连通所述集气部；在电机定子工作的过程中，从所述冷凝器流出的液态冷却介质经所述进液管流入所述集液部，然后流经所述冷却管，经过所述冷却管的液态冷却介质吸收所述定子铁芯的热量后气化为气态冷却介质并流入所述集气部，气态冷却介质再经所述出气管流回所述冷凝器冷凝为液态冷却介质。

在上述自循环冷却式电机定子的优选实施方式中，所述集气部包括第一压槽和第一管板，所述第一压槽与所述第一管板连接，并因此使所述第一压槽和所述第一管板之间形成用于冷却介质流通的第一流通通道；所述第一管板上设置有与所述通孔匹配的第一安装孔，所述冷却管伸出所述通孔的第一端穿过所述第一安装孔并伸入到所述第一流通通道内。

在上述自循环冷却式电机定子的优选实施方式中，所述第一压槽与所述第一管板连接方式为：所述第一管板的外端面焊接于所述第一压槽的槽口处，并因此使所述第一压槽和所述第一管板之间形成用于冷却介质流通的第一流通通道；并且/或者，所述第一管板的外端面与穿过所述第一安装孔的冷却管焊接固定。

在上述自循环冷却式电机定子的优选实施方式中，所述第一压槽的上方设置有出气口，所述出气口与所述出气管连通；所述第一流通通道内的气态冷却介质经所述出气口进入所述出气管。

在上述自循环冷却式电机定子的优选实施方式中，所述集液部包括第二压槽和第二管板，所述第二压槽与所述第二管板连接，并因此使所述第二压槽和所述第二管板之间形成用于冷却介质流通的第二流通通道；所述第二管板上设置有与所述通孔匹配的第二安装孔，所述冷却管伸出所述通孔的第二端穿过所述第二安装孔并伸入到所述第二流通通道内。

在上述自循环冷却式电机定子的优选实施方式中，所述第二压槽与所述第二管板连接方式为：所述第二管板的外端面焊接于所述第二压槽的槽口处，并因此使所述第二压槽和所述第二管板之间形成用于冷却介质流通的第二流通通道；并且/或者，所述第二管板的外端面与穿过所述第二安装孔的冷却管焊接固定。

在上述自循环冷却式电机定子的优选实施方式中，所述第二压槽的下方设置有进液口，所述进液口与所述进液管连通；液态冷却介质经所述进液口进入所述第二流通通道。

在上述自循环冷却式电机定子的优选实施方式中，所述冷却管通过胀接方式安装于所述通孔内；并且/或者所述通孔为沿所述定子铁芯周向均匀排列的圆孔，且所述冷却管为圆管。

在上述自循环冷却式电机定子的优选实施方式中，所述冷凝器位于所述电机定子的上方，所述冷凝器的内部设置有冷凝腔体，所述冷凝腔体内设置有冷却水流通管路，所述冷却水流通管路连接循环水泵；所述循环水泵用于向所述冷却水流通管路中泵入冷水以使进入所述冷凝腔体的液态冷却介质冷却为液态冷却介质。

在上述自循环冷却式电机定子的优选实施方式中，所述定子铁芯由冲片叠压而成；并且/或者所述定子铁芯为立式或卧式。

本发明的冷却管为多根平行排列的冷却管，相对于U型冷却管，该设计大大缩短了冷却介质流道的长度，使冷却介质流动更加顺畅，提高了散热效率，解决了电机温度场分布不均匀的问题。另外，本发明的冷凝器位于定子铁芯的上方，这样一来，在电机定子工作的过程中，冷却管内的液态冷却介质吸收定子铁芯产生的热量而汽化，气态的冷却介质在重力的作用下向上流动，进入位于上方的冷凝器，并在冷凝器内释放热量而冷凝为液态冷却介质，液态冷却介质在重力的作用下流回到冷却管，使冷却介质实现自动循环流动。该设计不需要循环泵即可使冷却介质在定子铁芯内流动，从而使得冷却管内的冷却介质流动更加平稳，减小了对流道的冲击，同时不使用循环水泵，节省了大量电能。

另外，本发明的冷却介质的流通通路放置在定子铁芯内部(即低温液态冷却介质经过冷却管对定子铁芯进行散热)，既保证良好的散热效果，不影响电机内部的运行，又节省内部空间；冷却介质可多次循环使用，降低成本。

附图说明

图1是本发明的自循环冷却式电机定子的整体结构示意图；

图2a是本发明定子铁芯冲片的结构示意图；

图2b是图2a的局部放大图；

图3是本发明电机定子铁芯的结构示意图；

图4是本发明的第一管板的结构示意图；

图5是本发明的第一压槽的结构示意图；

附图标号：1-定子铁芯；11-定子铁芯冲片；12-通孔；2-冷却管；3-集气部；31-第一压槽；311-出气口；32-第一管板；321-第一安装孔；4-集液部；411-进液口；5-冷凝器；51-冷凝腔体；52-有冷却水流通管路；6-进液管；7-出气管。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

首先参照图1，图1是本发明的自循环冷却式电机定子的整体结构示意图。如图1所示，本发明的自循环冷却式电机定子包括定子铁芯1、冷却管2、集气部3和集液部4。其中，定子铁芯1的轭部设置有周向排列的通孔，每个通孔内均设置有一根两端开口的冷却管2，且冷却管2的两端均伸出通孔；集气部3位于定子铁芯1的一端(图1中的左端)，集液部4位于定子铁芯1的另一端(图1中的右端)冷却管2伸出通孔的一端(图1中的左端)插入到集气部3，冷却管2伸出通孔的另一端(图1中的右端)插入到集液部4。

继续参照图1，本发明的自循环冷却式电机定子还包括冷凝器5、进液管6和出气管7。其中，进液管6的一端(图1中进液管的上游端)连通冷凝器5，另一端(图1中进液管的下游端)连通集液部4；出气管7的一端(图1中出气管的上游端)连通冷凝器5，另一端(图1中的下游端)连通集气部3。这样一来，在电机定子工作的过程中，从冷凝器5流出的液态冷却介质经进液管6流入集液部4，然后流经冷却管2，经过冷却管2的液态冷却介质吸收定子铁芯1的热量后气化为气态冷却介质并流入集气部3，气态冷却介质再经出气管7流回冷凝器5冷凝为液态冷却介质。

关于上述对电机定子的冷却过程，本领域技术人员能够理解的是，电机运行过程中，定子部分损耗产生的热量是电机的主要热源。从冷凝器5流出的低温液态冷却介质在经过冷却管2的过程中吸收定子铁芯1的热量以冷却定子铁芯1。低温液态冷却介质吸热后，温度不断上升，当温度上升达到内部压力对应的饱和温度时，液态冷却介质沸腾，产生相变吸热，气化为气态冷却介质进入集气部3，在压力作用下通过与冷凝器5连通的出气管7进入冷凝器5内，通过冷凝器5的作用，气态冷却介质冷凝成液态冷却介质，并通过与冷凝器5连通的进液管6再流入集液部4，如此循环往复以实现对定子铁芯1的冷却。关于冷凝器5的一种结构可以是：如图1所示，冷凝器5的内部设置有冷凝腔体51，冷凝腔体51内设置有冷却水流通管路52，冷却水流通管路连接循环水泵(图1中未示出)，循环水泵将冷却水从冷却水进口泵入到冷却水流通道管路中，冷却水再从冷却水出口流出，从而使冷却水在冷却水流通管路内循环，进而使进入冷凝腔体51的液态冷却介质冷却为液态冷却介质。这样一来，冷凝器内部的冷却介质的流道和冷却水流通管路互相分开(即冷却水在冷却水流通过管路中循环流动，冷却介质在冷凝气内部循环流动)，互不影响，从而保证冷却介质可以多次循环使用。

其中，冷凝器5位于电机定子的上方，这样可以保证冷却介质能利用密度差进行自循环。定子铁芯1可以是立式也可以是卧式，这两种设置方式均可。本发明的电机定子在工作过程中，不需要外部提供动力即可实现冷却介质在定子铁芯内部的自循环，节约了运行成本。而且，利用冷却介质的相变将定子铁芯内产生的热量带走，具有较好的散热效果。冷却介质的流通通路放置在定子铁芯内部，既保证良好的散热效果，不影响电机内部的运行，又节省内部空间，且冷却介质可多次循环使用，降低成本。

下面对本发明的自循环冷却式电机定子的结构作进一步详细说明。

在一种具体的实施方式中，定子铁芯1由冲片叠压而成，例如硅钢片叠压而成。参照图2a和2b，图2a是本发明定子铁芯冲片11的结构示意图；图2b是图2a的局部放大图。如图2a和2b所示，定子铁芯1的轭部设置有周向排列的通孔12，且该通孔12为沿定子铁芯1周向均匀排列的圆孔。相应地，冷却管2为圆管，例如圆铜管。其中，圆铜管通过胀接方式安装于通孔12内。

在一种更具体的实施方式中，参见图3-5，图3是本发明电机定子铁芯的结构示意图；图4是本发明的第一管板的结构示意图；图5是本发明的第一压槽的结构示意图。如图3-4所示，本发明的集气部3包括第一压槽31和第一管板32，第一压槽31与第一管板32连接，并因此使第一压槽31和第一管板32之间形成用于冷却介质流通的第一流通通道。具体地，第一压槽31的槽口内径与第一管板32的外径匹配，使得第一管板32能够焊接与第一压槽31的槽口处，并因此在第一压槽31与第一管板32之间形成一个容纳腔。进一步，在第一压槽31的上方设置有出气口311，出气口311与出气管7连通，从而使得容纳腔与冷凝器5连通。这样一来，第一压槽31与第一管板32之间的容纳腔即为用于冷却介质流通的第一流通通道，气态冷却介质通过该第一流通通道进入到冷凝器5内。

在一种更具体的实施方式中，如图4所示，第一管板32上设置有与通孔12匹配的第一安装孔321，冷却管2伸出通孔12的第一端穿过第一安装孔321并伸入到第一流通通道内。换言之，第一管板32通过第一安装孔321固定在冷却管2上，具体固定于冷却管2伸出通孔12的部分上。优选地，第一管板32的外端面与穿过第一安装孔321的冷却管2焊接固定。这样一来，经过冷却管2的液态冷却介质吸热气化为气态冷却介质后进入到该第一流通通道，进而通过出气口311进入到出气管7再到冷凝器5内部冷凝为液态冷却介质。

作为示例，集液部4包括第二压槽和第二管板，第二压槽与第二管板连接，并因此使第二压槽和第二管板之间形成用于冷却介质流通的第二流通通道；第二管板上设置有与通孔匹配的第二安装孔，冷却管伸出通孔的第二端穿过第二安装孔并伸入到第二流通通道内。集液部4与集气部3的结构相同，即第二压槽与第一压槽31的结构相同、第二管板与第一管板32的结构相同，关于集液部4的具体结构参见上文集气部3的结构说明，在此不再赘述。需要说明的是，第二压槽的下方设置有进液口411，这样一来，液态冷却介质沿进液管6经该进液口411进入到第二流通通道，进而再经过冷却管2对定子铁芯1进行冷却。

如上所述，本发明的冷却管2为多根平行排列的铜管，相对于U型冷却管，该设计大大缩短了冷却介质流道的长度，使冷却介质流动更加顺畅，提高了散热效率，解决了电机温度场分布不均匀的问题。另外，本发明的冷凝器位于定子铁芯的上方，这样一来，在电机定子工作的过程中，冷却管内的液态冷却介质吸收定子铁芯产生的热量而汽化，气态的冷却介质在重力的作用下向上流动，进入位于上方的冷凝器，并在冷凝器内释放热量而冷凝为液态冷却介质，液态冷却介质在重力的作用下流回到冷却管，使冷却介质实现自动循环流动。该设计不需要循环泵即可使冷却介质在定子铁芯内流动，从而使得冷却管内的冷却介质流动更加平稳，减小了对流道的冲击，同时不使用循环水泵，节省了大量电能。

除此之外，采用本发明的自循环冷却式电机定子，冷却介质相变的速率和电机产生热量的多少匹配，电机产生热量多，冷却介质相变速率快，电机产生热量少，介质相变速率慢，从而保证电机产生的热量被全部带走，不会造成热量的积聚。电机绕组为电机内部最大的热源，将冷却管最大程度地靠近电机绕组，提高了散热效率，冷却管置于定子铁芯内部，端部连通装置置于定子端部，不占用电机的额外空间，用于安装冷却管的圆孔在定子冲片冲制时完成，加工制造简单。而且，本发明的电机定子为全封闭结构，避免出现冷却介质泄漏，有利于电机的安全稳定运行，相比于水冷，冷却介质的绝缘性好，即使泄漏也不会造成电机的损坏，安全性高。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自循环冷却式电机定子，包括定子铁芯，所述定子铁芯的轭部设置有周向排列的通孔，其特征在于，每个所述通孔内均设置有一根两端开口的冷却管，且所述冷却管的两端均伸出所述通孔；

所述电机定子还包括位于所述定子铁芯一端的集气部和位于所述定子铁芯另一端的集液部，所述冷却管伸出所述通孔的一端插入到所述集气部，所述冷却管伸出所述通孔的另一端插入到所述集液部；

所述电机定子还包括冷凝器、进液管和出气管，所述进液管的一端连通所述冷凝器，另一端连通所述集液部；所述出气管的一端连通所述冷凝器，另一端连通所述集气部；

在电机定子工作的过程中，从所述冷凝器流出的液态冷却介质经所述进液管流入所述集液部，然后流经所述冷却管，经过所述冷却管的液态冷却介质吸收所述定子铁芯的热量后气化为气态冷却介质并流入所述集气部，气态冷却介质再经所述出气管流回所述冷凝器冷凝为液态冷却介质。

2.根据权利要求1所述的自循环冷却式电机定子，其特征在于，所述集气部包括第一压槽和第一管板，

所述第一压槽与所述第一管板连接，并因此使所述第一压槽和所述第一管板之间形成用于冷却介质流通的第一流通通道；

所述第一管板上设置有与所述通孔匹配的第一安装孔，所述冷却管伸出所述通孔的第一端穿过所述第一安装孔并伸入到所述第一流通通道内。

3.根据权利要求2所述的自循环冷却式电机定子，其特征在于，所述第一压槽与所述第一管板连接方式为：所述第一管板的外端面焊接于所述第一压槽的槽口处，并因此使所述第一压槽和所述第一管板之间形成用于冷却介质流通的第一流通通道；

并且/或者，所述第一管板的外端面与穿过所述第一安装孔的冷却管焊接固定。

4.根据权利要求3所述的自循环冷却式电机定子，其特征在于，所述第一压槽的上方设置有出气口，所述出气口与所述出气管连通；所述第一流通通道内的气态冷却介质经所述出气口进入所述出气管。

5.根据权利要求1所述的自循环冷却式电机定子，其特征在于，所述集液部包括第二压槽和第二管板，

所述第二压槽与所述第二管板连接，并因此使所述第二压槽和所述第二管板之间形成用于冷却介质流通的第二流通通道；

所述第二管板上设置有与所述通孔匹配的第二安装孔，所述冷却管伸出所述通孔的第二端穿过所述第二安装孔并伸入到所述第二流通通道内。

6.根据权利要求5所述的自循环冷却式电机定子，其特征在于，所述第二压槽与所述第二管板连接方式为：所述第二管板的外端面焊接于所述第二压槽的槽口处，并因此使所述第二压槽和所述第二管板之间形成用于冷却介质流通的第二流通通道；

并且/或者，所述第二管板的外端面与穿过所述第二安装孔的冷却管焊接固定。

7.根据权利要求6所述的自循环冷却式电机定子，其特征在于，所述第二压槽的下方设置有进液口，所述进液口与所述进液管连通；液态冷却介质经所述进液口进入所述第二流通通道。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的自循环冷却式电机定子，其特征在于，所述冷却管通过胀接方式安装于所述通孔内；并且/或者

所述通孔为沿所述定子铁芯周向均匀排列的圆孔，且所述冷却管为圆管。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的自循环冷却式电机定子，其特征在于，所述冷凝器位于所述电机定子的上方，所述冷凝器的内部设置有冷凝腔体，所述冷凝腔体内设置有冷却水流通管路，所述冷却水流通管路连接循环水泵；

所述循环水泵用于向所述冷却水流通管路中泵入冷水以使进入所述冷凝腔体的气态冷却介质冷凝为液态冷却介质。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的自循环冷却式电机定子，其特征在于，所述定子铁芯由冲片叠压而成；并且/或者

所述定子铁芯为立式或卧式。

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