CN112332568A - 一种槽内水冷电机定子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种槽内水冷电机定子，包括定子机座、定子铁心、绕组、冷却管组件和进/出集水器，冷却管组件由多根冷却管组成，每根冷却管由沿电机槽内成对轴向折返的直线段和端部连接段串联构成，冷却管直线段的进水管和出水管分别嵌放在第x1和第x1+S1/x1‑S1槽内，S1为每单元电机槽数，端部连接段沿定子铁心端部空间半径方向朝外折弯，冷却管组件端部在径向相互不交叉干涉。本发明解决了传统槽内水冷技术带来的可靠性差，电机寿命短的问题，降低了冷却水质的要求，提高了冷却的可靠性，延长了电机寿命，即保留了槽内水冷的散热性能，又实现了绕组端部空气的冷却覆盖，进一步提高了散热性能，可广泛应用于大功率、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。

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，所以水冷却系统体积小，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
本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种槽内水冷电机定子，以消除水流和冷却水管中产生的感应电势，降低冷却水质的要求，提高电机的散热性能，增加电机可靠性，延长电机寿命。
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，还包括分别嵌放在定子铁心槽内的绕组和冷却管组件，所述的定子机座上通过支撑架固定有进/出集水器，所述的进/出集水器与冷却管组件焊接为整体，所述的冷却管组件由多根冷却管组成，每根冷却管均由沿电机轴向折返的成对直线段和端部连接段串联构成，所述的直线段嵌放在定子铁心槽内，冷却管的布置需遵循进口水管与出口水管分别布置在相邻单元电机的同一相对位置槽内，所述的定子铁心满足单元电机数为偶数N，且N≥2，每单元电机槽数为S1，每根冷却管直线段嵌槽部分所包含的进水管和出水管分别嵌放在第x1和第x1+S1/x1-S1槽内，其中x1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+S1，两根冷却管通过同侧端部水管相连时，串联感应电势之和为零。
所述的一种槽内水冷电机定子，其直线段嵌放在定子铁心的槽口、槽中或槽底。
所述的一种槽内水冷电机定子，其冷却管组件的进/出水口与进/出集水器配合布置在定子铁心的同一端。
所述的一种槽内水冷电机定子，其冷却管组件的进/出水口与进/出集水器分别配合布置在定子铁心的两端。
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，截面为方形或圆形，中间无焊点。
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。
所述的一种槽内水冷电机定子，其冷却管的端部相连段沿定子铁心径向朝外折弯。
所述的一种槽内水冷电机定子，其多根冷却管独立弯制完成后，在定子铁心槽内沿轴向依次叠装，可在绕组端部外轴向空间布置为两层或多层，冷却管组件端部径向相互不交叉干涉。
所述的一种槽内水冷电机定子，其冷却管直线段嵌放定子铁心槽内后，端部相连部分底面与绕组端部外表面沿轴向最小距离≥3mm。
本发明的有益效果是：本发明提供的槽内水冷电机定子解决了传统槽内水冷技术带来的可靠性差，结构复杂，电机寿命短的问题；降低了冷却水质的要求，提高了冷却的可靠性，既保留了槽内水冷的散热性能，又增加了端部绕组的冷却覆盖，延长了电机寿命；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，尤其适用于平行槽方案的大直径电机。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明槽口冷却管嵌放截面示意图；
图3是本发明槽底冷却管嵌放截面示意图；
图4是本发明单元电机数为2，每极3槽时单端进出水冷却管的布局示意图；
图5是本发明单元电机数为2，每极3槽时两端进出水冷却管的布局示意图；
图6是本发明单元电机数为2，每极3槽时两端进出水时冷却管端部轴向多层布局的连接示意图；
图7是本发明单元电机数为2，每极3槽时两端进出水时冷却管端部轴向两层布局的连接示意图；
图8是本发明单元电机数为8，每极12槽时冷却管布局图（取2对极，即1/4模型）。
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，7—支撑架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。
参照图1所示，本发明实施例基于同电位无环流槽内水冷电机定子及主体结构，包括定子机座1以及设置在定子机座1上的定子铁心2，还包括分别嵌放在定子铁心2槽口内和槽底的绕组3和冷却管组件4，冷却管组件4由槽楔5压紧，所述的定子机座1上通过支撑架7固定有进/出集水器6，所述的进/出集水器6与冷却管组件4焊接为整体，冷却管组件4的进/出水口与进/出集水器6配合布置在定子铁心2的同一端或者两端，所述的冷却管组件4由单根或多根冷却管组成，每根冷却管均由沿电机轴向折返的多个直线段和端部连接段（圆弧段）串联构成，所述的直线段嵌放在定子铁心2槽内，如图2和图3所示，冷却管的布置需遵循进口水管与出口水管分别布置在相邻单元电机的同一相对位置槽内（两槽感应电压相等），而且冷却管材料为钛合金或铜合金，截面方管或圆管，中间无焊点，由单根弯制而成，其外形截面高度和宽度根据定子铁心2槽及槽内的绕组3导线型式（如成型绕组可选方管，散下线可选圆管）进行配合，冷却管内的冷却介质为水或油；所述的定子铁心2满足单元电机数为偶数N，且N≥2（如4极6槽电机），每单元电机槽数为S1，每根冷却管直线段嵌槽部分所包含的进水管和出水管分别嵌放在第x1和第x1+S1/x1-S1槽内，其中x1为定子铁心2任意槽对应编号，其值为大于等于1小于等于定子铁心2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+S1，两根冷却管通过同侧端部水管相连时，串联感应电势之和为零。
当单元电机数为2，每极3槽时单端进出水的冷却管布局如图4所示；当单元电机数为2，每极3槽时两端进出水的冷却管布局如图5所示；当单元电机数为2，每极3槽时两端进出水时冷却管端部轴向多层布局如图6所示；当单元电机数为2，每极3槽时两端进出水时冷却管端部轴向两层布局如图7所示。
多根冷却管的端部相连部分沿定子铁心2径向折弯后可根据需要在绕组3端部空间布置为两层（水管厚度+间隙）或多层布局结构：两层布局中每组冷却水对应每根水管需要在端部相连部分沿电机的轴向和径向空间进行不同弯制，以实现两层轴向厚度空间；多层布局对应每根水管可在端部相连部分采用一种弯制规格。冷却管端部相连部分与直线段根据实际需要设计为不同过渡圆角。
当多根冷却管独立弯制完成后，在定子铁心2槽内沿轴向依次叠装，冷却管直线段嵌放定子铁心2槽内后，端部相连部分底面与绕组3端部外表面沿轴向最小距离≥3mm。
本发明解决了传统槽内水冷方案冷却水管存在感应电势、进出水口绝缘困难、可靠性低的问题，冷却水路无需进行水电绝缘隔离，同时，灵活的设计还可对绕组3端部进行冷却，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，提高了冷却的可靠性，延长了电机寿命。
以冷却管布置在槽口位置、单元电机数为8（即N=8），每单元电机包含12槽（即S1=12）的电机方案为例，将电机定子沿铁心内圆展开，2对极下冷管布局图参照图8所示。
本实施例槽内水冷电机定子的冷却管组件4由12根冷却管组成，冷却管组件4与绕组3、槽楔5配合嵌放在靠近槽口位置。每组冷却管组件4嵌放在相邻的24个定子铁心2的槽内（即N=8）。
本实施例中采用从两端进出水，冷却管端部沿轴向多层布置结构，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，然后每根冷却管槽内部分按照“直线段嵌槽部分所包含进、出水管分别嵌放在第x1和第x1+S1槽”依次嵌放，这里S1=12，如图8所示：第1根冷却管的直线段分别嵌放在第1和第13槽内，第2根冷却管的直线段分别嵌放在第2和14槽内，…，依此类推，其中，第1、3、5、7、9、11根冷却管嵌放时，进出水口朝向同一端，第2、4、6、8、10、12根冷却管嵌放时，其进出水口放置方向与第1、3、5、7、9、11根冷却管嵌放时的进出水口朝向相反。
本实施例同端朝向冷却管嵌放时，沿轴向依次错开3mm，用以布置绝缘。水管嵌放完毕后，放入槽楔5压紧，将冷却管组件4分别与进/出集水器6用不锈钢焊条焊牢。本案中，每根冷却管由一根不锈钢管绕制而成，所有冷却管端部相连部分采用同样弯制工艺方案。
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 (9)

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），其特征在于：还包括分别嵌放在定子铁心（2）槽内的绕组（3）和冷却管组件（4），所述的定子机座（1）上通过支撑架（7）固定有进/出集水器（6），所述的进/出集水器（6）与冷却管组件（4）焊接为整体，所述的冷却管组件（4）由多根冷却管组成，每根冷却管由沿电机轴向折返的成对直线段和端部连接段串联构成，所述的直线段嵌放在定子铁心（2）槽内，冷却管的进/出水口分别与进/出集水器（6）连接，所述的定子铁心（2）包含的单元电机数为N，N为偶数，且N≥2，定子铁心（2）每单元电机槽数为S1，每根冷却管直线段的进水管和出水管分别嵌放在第x1和第x1+S1/x1-S1槽内，其中x1为定子铁心（2）任意槽对应编号，其值为大于等于1小于等于定子铁心（2）槽数的自然数。
2.根据权利要求1所述的一种槽内水冷电机定子，其特征在于，所述的直线段嵌放在定子铁心（2）的槽口、槽中或槽底。
3.根据权利要求2所述的一种槽内水冷电机定子，其特征在于，所述冷却管组件（4）的进/出水口与进/出集水器（6）布置在定子铁心（2）的同一端。
4.根据权利要求2所述的一种槽内水冷电机定子，其特征在于，所述冷却管组件（4）的进/出水口与进/出集水器（6）分别布置在定子铁心（2）的两端。
5.根据权利要求3或4所述的一种槽内水冷电机定子，其特征在于，所述的冷却管材料为不锈钢、钛合金或铜合金，截面为方形或圆形，中间无焊点。
6.根据权利要求3或4所述的一种槽内水冷电机定子，其特征在于，所述冷却管内的冷却介质为水或油。
7.根据权利要求3或4所述的一种槽内水冷电机定子，其特征在于，所述冷却管的端部相连段沿定子铁心（2）径向朝外折弯。
8.根据权利要求3或4所述的一种槽内水冷电机定子，其特征在于，所述多根冷却管独立弯制完成后，在定子铁心（2）槽内沿轴向依次叠装，在绕组（3）端部外轴向空间布置为两层或多层，冷却管组件（4）端部径向相互不交叉干涉。
9.根据权利要求3或4所述的一种槽内水冷电机定子，其特征在于，所述冷却管端部相连部分底面与绕组（3）端部外表面沿轴向最小距离≥3mm。
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