CN111106682A - 一种一体化的电机冷却结构及电机 - Google Patents

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梁泳涛
梁得亮
王浩
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Abstract

本发明公开了一种一体化的电机冷却结构及电机，冷却结构包括定子导体；定子导体设置在定子的定子槽中；每个定子导体一端与定子一侧的驱动板相连，另一端穿过定子槽后向转子中心的电机转轴轴心弯折，并在电机转轴一端汇聚并连接；定子导体内部形成定子导体冷却液通道，电机转轴内部形成电机转轴冷却液通道，定子导体冷却液通道与电机转轴冷却液通道连通；电机转轴另一端通过冷却水管道与电机驱动冷却单元相连；电机驱动冷却单元内部具有电机驱动冷却单元冷却液通道；定子导体冷却液通道的冷却介质入口和电机驱动冷却单元冷却液通道的冷却介质出口分别与冷却介质循环系统的供给口和回收口连通。该结构改善了电机冷却效果，延长电机的使用寿命。

Description

一种一体化的电机冷却结构及电机
技术领域
本发明属于电机领域，具体涉及一种一体化的电机冷却结构及电机。
背景技术
近年来，高速电机成为电机领域研究的热点，高速电机与传统电机相比，具有功率密度高、体积小、效率高、可靠性高的优点。同时，磁阻电机运用磁场调制原理，具有转矩密度高、结构简单等特点。将磁阻电机高速化，设计新型紧凑结构的高速电机是高速电机新的发展方向。
然而，在高速电机的运行中，由于电机结构紧凑、电流畸变严重谐波含量大、电机转速高等原因，造成了电机损耗密度高，散热困难、发热严重等关键问题，成为限制高速电机性能进一步提高的主要原因。同时，高速电机若采用电机加驱动器一体化的电机方案，则电机与电机控制器在运行过程中都会产生热量。因此需要合理设计电机的散热系统，保证电机以及电机控制器在合理的温度下长期可靠运行。目前高速电机广泛采用的冷却方法是对电机定子通风冷却或者液体循环强制冷却。风冷方式一般仅仅对电机定子部分有较好的冷却，对出风侧绕组无法进行有效冷却；而机壳需要合理设计水流通路。因此设计一种一体化的高效的冷却方案，保证高速电机在合理的温度下运行，具有重要意义。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于电机加驱动器一体化集成的电机冷却结构方案，改善电机冷却效果，延长电机的使用寿命。
本发明另一目的是提供一种具有上述一体化的电机冷却结构的电机，该结构能够保证电机在合理的温度下运行。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种一体化的电机冷却结构，包括定子导体；
所述定子导体设置在定子的定子槽中；
每个定子导体一端与定子一侧的驱动板相连，定子导体另一端穿过定子槽后向转子中心的电机转轴轴心弯折，并在电机转轴一端汇聚并连接；
定子导体内部形成定子导体冷却液通道，电机转轴内部形成电机转轴冷却液通道，定子导体冷却液通道与电机转轴冷却液通道连通；
电机转轴另一端通过冷却水管道与电机驱动冷却单元相连；电机驱动冷却单元内部具有电机驱动冷却单元冷却液通道；定子导体冷却液通道的冷却介质入口和电机驱动冷却单元冷却液通道的冷却介质出口分别与冷却介质循环系统的供给口和回收口连通。
优选的，所述定子导体为空心导管结构，内部为定子导体冷却液通道；定子导体冷却液通道包括主通道和沿主通道两侧设置的多个凸形辅通道。
优选的，所述定子导体冷却液通道为丰字型结构。
优选的，所述定子导体的内壁和外壁喷涂有防锈和绝缘涂层。
优选的，所述定子槽内需敷设对地绝缘纸。
优选的，所述冷却介质循环系统与电机及电机驱动器串联。
优选的，所述电机驱动冷却单元冷却液通道在电机驱动冷却单元内部为蛇形结构布置。
优选的，所述定子导体冷却液通道中的介质为水。
一种电机，包括定子、转子和所述的一体化的电机冷却结构；
所述定子套设在转子外部，定子具有多个定子槽；所述定子套设在转子外部，定子具有多个定子槽；每个定子槽内设置一个所述的定子导体。
所述定子、转子均为凸极结构，定子与转子间具有气隙。
与现有技术相比，具有以下优点：
与现有冷却方案相比，该冷却方案结构简单，针对电机冷却的需求进行电机、电机驱动与冷却结构的一体化设计，通过设置定子导体，每个定子导体与电机转轴连接，电机转轴另一端通过冷却水管道与电机驱动冷却单元相连；冷却液先流经定子导体，再流入电机转轴，再流入电机驱动器冷却单元，最后返回至冷却系统，形成冷却水系统循环。该结构能够及时对电机进行水冷，改善电机冷却效果，避免传统设计开设排风口，降低电机噪声，延长电机的使用寿命，保证了电机的正常运行。
进一步，定子导体采用空心导体结构，空心导体结构采用丰字型的设计可以增加冷却液与导线的接触面积，提高散热效率，电机转轴采用空心结构，冷却水道设置在定子导体、电机转轴与电机驱动器冷却单元内，冷却水由定子导体流入电机转轴最后流入电机驱动冷却单元，冷却效率高，电机各部分均有很好的冷却效果。针对电机冷却的需求进行电机、电机驱动与冷却结构的一体化设计，保证了电机的正常运行。
本发明的电机由于具有一体化集成的电机冷却结构，因此保证电机在合理的温度下运行。
附图说明
图1为电机冷却结构的剖面示意图；
图2为电机冷却结构的侧面示意图；
图3为电机驱动冷却单元示意图；
图4为定子导体示意图；
图5为冷却水道示意图；
其中，1、定子；2、转子；3、定子导体；4、定子导体冷却液通道；5、电机转轴；6、电机转轴冷却液通道；7、驱动板；8、电机驱动冷却单元；9、冷却水管道；10、电机驱动冷却单元冷却液通道；11、防锈和绝缘涂层。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明一种一体化的电机冷却结构，该冷却结构包括：定子1采用类似于半鼠笼式的绕组结构，每个定子槽中插入一根定子导体3，每根导体为一相；所有定子导体3一端与驱动板7相连，另一端穿过定子1后向电机转轴5轴心弯折，并在电机转轴5处汇聚并连接固定。
定子导体3采用空心导管设计，作为定子导体冷却液通道4。空心导管内部选用导热系数高、相对密度大、散热能力好的水介质来进行冷却。将定子导体3内的铜耗和附加损耗等所产生的热量从导体内部直接由冷却液带走。
优选的，定子导体3采用的空心导管如图4所示，定子导体3的空心导管结构包括主通道和沿主通道两侧设置的多个凸形辅通道，整体形状类似丰字型。该设计可以增加冷却液与导线的接触面积，提高散热效率。
优选地，考虑到防锈和绝缘的需求，定子导体3的导管内壁和外壁需喷涂必要的防锈和绝缘涂层11，槽内需敷设对地绝缘纸。由于电机电流频率高，定子导体中产生趋肤效应，采用空心导管的设计对导体电阻的增加并不明显。
如图5所示，电机转轴5采用空心结构，作为电机转轴冷却液通道6；定子导体3一端向电机转轴5轴心弯折后，在电机转轴5处相连，定子导体冷却液通道4与电机转轴冷却液通道6连接。大部分转子损耗通过转轴内部水道内壁与冷却水换热后被带走。
转子转轴5另一端经过冷却水管道9与电机驱动冷却单元8相连。冷却液从电机转轴冷却液通道6流出后进入电机驱动冷却单元冷却液通道10，通过电机驱动冷却单元8将电机驱动器产生的热量带走。
冷却系统采用电机与电机驱动器串联的方式，即冷却液先流经定子导体3，再流入电机转轴5，再流入电机驱动器冷却单元8，最后返回至冷却系统，形成冷却水系统循环。
冷却介质入口和冷却介质出口还分别与冷却介质循环系统的供给口和回收口连通，实现冷却介质的循环利用，并实现闭环循环冷却系统。
本发明还提供具有上述一体化的电机冷却结构的电机，包括定子1、转子2和所述的一体化的电机冷却结构；
所述定子1套设在转子2外部，定子1具有多个定子槽；所述定子1套设在转子2外部，定子1具有多个定子槽；每个定子槽内设置一个所述的定子导体3。
具体地，所述定子1、转子2均为凸极结构，定子与转子间具有气隙。
需要指出的是，本发明所提出的一体化电机冷却结构，能适用于包含但不限于高速永磁电机、直流偏置游标磁阻电机等多种电机。
以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。
本发明的实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (10)

1.一种一体化的电机冷却结构，其特征在于，包括定子导体(3)；
所述定子导体(3)设置在定子(1)的定子槽中；
每个定子导体(3)一端与定子(1)一侧的驱动板(7)相连，定子导体(3)另一端穿过定子槽后向转子(2)中心的电机转轴(5)轴心弯折，并在电机转轴(5)一端汇聚并连接；
定子导体(3)内部形成定子导体冷却液通道(4)，电机转轴(5)内部形成电机转轴冷却液通道(6)，定子导体冷却液通道(4)与电机转轴冷却液通道(6)连通；
电机转轴(5)另一端通过冷却水管道(9)与电机驱动冷却单元(8)相连；电机驱动冷却单元(8)内部具有电机驱动冷却单元冷却液通道(10)；定子导体冷却液通道(4)的冷却介质入口和电机驱动冷却单元冷却液通道(10)的冷却介质出口分别与冷却介质循环系统的供给口和回收口连通。
2.根据权利要求1所述的一体化的电机冷却结构，其特征在于，所述定子导体(3)为空心导管结构，内部为定子导体冷却液通道(4)；定子导体冷却液通道(4)包括主通道和沿主通道两侧设置的多个凸形辅通道。
3.根据权利要求2所述的一体化的电机冷却结构，其特征在于，所述定子导体冷却液通道(4)为丰字型结构。
4.根据权利要求1所述的一体化的电机冷却结构，其特征在于，所述定子导体(3)的内壁和外壁喷涂有防锈和绝缘涂层(11)。
5.根据权利要求1所述的一体化的电机冷却结构，其特征在于，所述定子槽内需敷设对地绝缘纸。
6.根据权利要求1所述的一体化的电机冷却结构，其特征在于，所述冷却介质循环系统与电机及电机驱动器串联。
7.根据权利要求1所述的一体化的电机冷却结构，其特征在于，所述电机驱动冷却单元冷却液通道(10)在电机驱动冷却单元(8)内部为蛇形结构布置。
8.根据权利要求1所述的一体化的电机冷却结构，其特征在于，所述定子导体冷却液通道(4)中的介质为水。
9.一种电机，其特征在于，包括定子(1)、转子(2)和权利要求书1至9任意一项所述的一体化的电机冷却结构；
所述定子(1)套设在转子(2)外部，定子(1)具有多个定子槽；所述定子(1)套设在转子(2)外部，定子(1)具有多个定子槽；每个定子槽内设置一个所述的定子导体(3)。
10.根据权利要求所述的一种电机，其特征在于，所述定子(1)、转子(2)均为凸极结构，定子与转子间具有气隙。
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