CN112953120B - 一种电机冷却系统、冷却方法和电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机冷却技术领域，公开了一种电机冷却系统、冷却方法和电机，电机冷却系统包括封装体和定子夹板，封装体包括多个封装单元，与多个定子齿一一对应，相邻的两个封装单元沿轴向交错设置以在冷却液入口和所述冷却液出口之间形成第二间隙；定子夹板沿轴向夹设在电机定子及绕组总成的两端并连接于机壳外圈和机壳内圈以形成第一间隙，第一间隙和第二间隙连通并形成S型冷却通道。本发明通过设置S型冷却通道，冷却液能够直接接触极靴和定子绕组，对电机的定子绕组和极靴同时冷却，明显改善绕组温度分布的均匀性、大大提高散热能力，解决轴向磁通电机散热冷却问题，进一步缩小体积提高电机的功率密度。

Description

一种电机冷却系统、冷却方法和电机

技术领域

本发明涉及电机冷却技术领域，尤其涉及一种电机冷却系统、冷却方法和电机。

背景技术

新能源电动汽车以电机作为动力系统，常用电机有轴向磁通电机和径向磁通电机，轴向磁通电机由于具有轴向尺寸短、结构紧凑、结构多样、高功率密度和高效等优点，且可沿袭径向磁通电机控制方式，更适合于电动汽车的动力系统。轴向磁通电机功率密度提升随之也带来了电机高负荷、高发热等问题，因此解决电机散热冷却问题，成为提高电机可靠性的重要问题之一。

现有技术中采用的磐石电机冷却系统通常都是集中在对电机的定子绕组进行冷却，而忽略了对极靴的冷却，而极靴也是高发热部件，因此电机的整体冷却效果不佳。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种电机冷却系统，以实现电机的定子绕组和极靴的同时冷却，冷却液与定子绕组和极靴直接接触冷却，提高冷却效果。

本发明的第二个目的在于提供一种电机冷却方法，通过设置第一间隙和第二间隙，使得第一间隙和第二间隙形成冷却通道，冷却液同时实现的定子绕组和极靴的直接接触冷却，提高冷却效果。

本发明的第三个目的在于提供一种电机，该电机的电机冷却系统能够实现定子绕组和极靴的同时冷却，冷却液与定子绕组和极靴直接接触冷却，提高电机冷却效果。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电机冷却系统，包括电机定子及绕组总成、机壳外圈和机壳内圈，所述电机定子及绕组总成装配在所述机壳外圈和所述机壳内圈之间形成的环形空间内；所述电机定子及绕组总成包括定子齿、定子绕组和汇流排，所述定子齿设有多个，多个所述定子齿沿圆周方向均匀分布，所述定子绕组设有多个，多个所述定子绕组环绕安装于多个所述定子齿上，多个所述定子绕组的进线和出线连接于所述汇流排引出；所述电机冷却系统还包括：

封装体，所述封装体包括封装外圈、封装单元和封装内圈，所述封装外圈和所述封装内圈分别与所述机壳外圈和所述机壳内圈贴靠，所述封装封外圈的周向设有冷却液入口和冷却液出口；所述封装单元设有多个，多个所述封装单元在所述封装内圈和所述封装外圈之间的圆环内沿周向间隔均布，多个所述封装单元与多个所述定子齿一一对应，所述定子绕组的所述进线和所述出线依次穿设所述封装单元和所述封装外圈，相邻的两个所述封装单元沿轴向交错设置以在所述冷却液入口和所述冷却液出口之间形成S型冷却通道；

定子夹板，所述定子夹板设有两个，两个所述定子夹板沿轴向夹设在所述电机定子及绕组总成的两端，并连接于所述机壳外圈和机壳内圈以将所述电机定子及绕组总成密封。

可选地，所述封装体为导磁的绝缘材料，所述定子夹板为不导磁的绝缘材料。

可选地，所述封装体为环氧树脂材料，所述定子夹板为聚醚醚酮、聚碳酸酯、亚克力或电木板材料。

可选地，所述定子夹板上设有定位槽，所述定位槽设有多个，多个所述定位槽与所述电机定子及绕组总成中多个所述定子齿的端面配合，多个所述定子齿的所述端面限位于多个所述定位槽内。

可选地，多个所述封装单元中，所述冷却液入口和所述冷却液出口之间的所述封装单元的沿轴向的两端均止抵于所述定子齿的两端面上；其余所述封装单元的沿轴向的两端依次交替止抵于相邻的两个所述定子齿的异侧的端面上。

可选地，所述封装单元的内侧壁贴靠所述定子绕组的外侧面。

可选地，所述定子绕组的沿轴向的两端与所述定子齿的两端面之间设有第一间隙，所述封装单元、所述封装外圈和所述封装内圈之间设有第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙连通并形成S型冷却通道。

可选地，每个所述定子齿包括两个半齿，两个所述半齿分别从所述定子绕组的沿轴向的两侧穿设并连接。

一种电机冷却方法，根据所述电机冷却系统，所述电机冷却方法包括如下步骤：

S1，将电机定子及绕组总成封装在封装体内并形成第一间隙；

S2，通过定子夹板夹设封装后的所述电机定子及绕组总成的两端，所述定子夹板连接于机壳外圈和机壳内圈以将封装后的所述电机定子及绕组总成密封并形成第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙连通并形成S型冷却通道；

S3，冷却液从冷却液入口进入第二间隙以对定子齿和极靴进行冷却，并通过第二间隙中进入所述第一间隙以对定子绕组进行冷却。

一种电机，包括所述电机冷却系统。

本发明的有益效果：

本发明的电动汽车的电机冷却系统，通过将电机定子和绕组总成封装形成第一间隙，定子夹板和机壳外圈、机壳内圈之间形成第二间隙，第一间隙和第二间隙连通并形成S型冷却通道，便于冷却液依次通过第一间隙和第二间隙并直接接触极靴和定子绕组，对电机的定子绕组和极靴同时冷却，明显改善定子绕组温度分布的均匀性、大大提高散热能力，解决轴向磁通电机散热冷却问题，进一步缩小体积提高电机的功率密度。

本发明提供的电机冷却方法，通过两次封装形成S型冷却通道，冷却液能够直接接触定子绕组和极靴冷却，提高冷却效果，提高电机的功率密度。

本发明提供的电机，通过采用本发明提供的电机冷却系统，对定子绕组和极靴同时冷却，并且是冷却液直接接触极靴和定子绕组冷却，明显改善定子绕组温度分布的均匀性、大大提高散热能力，解决轴向磁通电机散热冷却问题，进一步缩小体积提高电机的功率密度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电机冷却系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电机冷却系统中电机定子和绕组总成的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的电机冷却系统中定子绕组和汇流排的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的电机冷却系统中汇流排三相引出线的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的电机冷却系统中中性点连接线的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的电机冷却系统中封装体的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的电机冷却系统中定子夹板的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的电机冷却系统中定子齿的分布示意图；

图9是本发明实施例提供的电机冷却系统中构成定子齿的半齿的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的电机冷却系统中一个定子绕组的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的电机冷却系统中封装单元沿轴向交替设置示意图。

图中：

1.电机电子和绕组总成；11.定子齿；111.半齿；12.定子绕组；13.汇流排；14.中性点连接线；

2.机壳外圈；3.机壳内圈；4.封装体；41.封装外圈；42.封装单元；43.封装内圈；44.冷却液入口；45.冷却液出口；5.定子夹板；51.定位槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

结合图1至图11所示，对本发明提供的一种电机冷却系统、电机冷却方法和电机进行详细说明。

本发明首先提供一种电机冷却系统，如图1-图5，电机冷却系统包括电机定子及绕组总成1、机壳外圈2和机壳内圈3，电机定子及绕组总成1装配在机壳外圈2和机壳内圈3之间形成的环形空间内。电机定子及绕组总成1包括定子齿11、定子绕组12和汇流排13，定子齿11设有多个，多个定子齿11沿圆周方向在机壳外圈2和机壳内圈3之间形成的环形空间内均匀分布，定子绕组12设有多个，多个定子绕组12环绕安装于多个定子齿11上，多个定子绕组12的进线和出线连接于汇流排13引出；作为改进地，本发明提供的电机冷却系统还包括封装体4和定子夹板5，如图6，封装体4包括封装外圈41、封装单元42和封装内圈43，封装外圈41和封装内圈43分别与机壳外圈2和机壳内圈3贴靠，封装外圈41的周向设有冷却液入口44和冷却液出口45；封装单元42设有多个，多个封装单元42在封装内圈43和封装外圈41之间的圆环内沿周向间隔均布，多个封装单元42与多个定子齿11一一对应，定子绕组12的进线和出线依次穿设封装单元42和封装外圈41，相邻的两个封装单元42沿轴向交错设置以在冷却液入口44和冷却液出口45之间形成S型冷却通道；定子夹板5设有两个，两个定子夹板5沿轴向夹设在电机定子及绕组总成1的两端，并连接于机壳外圈2和机壳内圈3以将电机定子及绕组总成1密封。

需要解释说明的是，本实施例提供的电机定子和绕组总成1中，如图3和图10所示，定子绕组12由扁线绕制而成，两头统一出线固定在上部中间位置，为标准绕组模块。定子绕组12按照绕组原理进行正反布置，均匀分布在环形空间内，如图2-图5所示，汇流排13包括三相引出线和中性点连接线14，中性点连接线14为圆环形结构，定子绕组12的出线焊接于该圆环形结构的一侧，多个定子绕组12的外部分别与三相引出线(包括U相汇流排、V相汇流排和W相汇流排)和中性点连接线14等焊接后形成绕组总成。封装体4封装电机定子和绕组总成1后，定子齿11与定子绕组12的两端之间形成第一间隙，相邻的两个封装单元42间隔分布形成第二间隙，定子夹板5和机壳外圈2、机壳内圈3夹设定子齿11并固定密封后，第一间隙和第二间隙连通，多个封装单元42沿轴向交错设置并在冷却液入口44和冷却液出口45之间形成S型冷却通道，结合图6中所示箭头方向，当冷却液从机壳外圈2通过冷却液入口44进入第一个第二间隙(相邻两个封装单元42之间的间隙)，能够与第二间隙内的定子齿11和极靴直接接触，以冷却定子齿11和极靴。冷却液通过交错设置的封装单元42的一侧端部(图6中所示的前端面)进入封装单元42内部并能够直接接触定子绕组12，对定子绕组12实现冷却；然后冷却液再次通过该封装单元42的一侧端部(图6中所示的前端面)进入第二个第二间隙，通过下一个封装单元42的后端面进入该下一个封装单元42，……，依次实现对定子齿11、极靴和定子绕组12的冷却，直到冷却液从冷却液出口45流出。可以理解，由于多个封装单元42沿轴向交错分布，因此形成沿轴向弯曲的S型通过，冷却液在流程过程中能够与极靴和定子绕组12直接接触冷却，明显改善定子绕组温度分布的均匀性、大大提高散热能力，解决轴向磁通电机散热冷却问题，进一步缩小体积提高电机的功率密度。

可选地，封装体4为导磁的绝缘材料，定子夹板5为不导磁的绝缘材料。优选地，封装体4为环氧树脂材料，定子夹板5为聚醚醚酮、聚碳酸酯、亚克力或电木板材料。其中，聚醚醚酮具有高强度、高模量、高断裂韧性以及优良的尺寸稳定性，并且不导电不导磁，是良好的封装材料。

如图7所示，定子夹板5上设有定位槽51，定位槽51设有多个，多个定位槽51与电机定子及绕组总成1中多个定子齿11的端面配合，多个定子齿11的端面限位于多个定位槽51内。当电机定子和绕组总成1封装在风状态1内后，两个定子夹板5能够沿轴向的两端夹设电机定子和绕组总成1，并使得每个定子齿11的端部能够止抵在定位槽51内，使得定子齿11的定位稳定精确，同时实现夹紧安装，提高电机定子和绕组总成1在工作过程中的稳定性。

结合图6和图11，多个封装单元42中，冷却液入口44和冷却液出口45之间的一个封装单元42的沿轴向的两端均止抵于定子齿11的两端面上；其余封装单元42的沿轴向的两端依次交替止抵于相邻的两个定子齿11的异侧的端面上。图6中的特殊封装单元421设于冷却液入口44和冷却液出口45之间，冷却液中冷却液入口44进入特殊封装单元421与相邻的封装单元42的间隙，即第二间隙，实现对定子齿11和极靴的冷却，进而再通过相邻的封装单元42的沿轴向的一侧端面进入该封装单元42的内部，直接接触定子绕组12以冷却，最后再从该端面进入与该封装单元42相邻的下一个封装单元42与该封装单元42的第二间隙，依次实现冷却。可见，特殊封装单元421的设置可以确保冷却液的冷却方向，交替设置的封装单元42，利于形成S型的冷却通道，以提高冷却效果。对于封装单元42的沿轴向交错分布，如图11所示，对于相邻的两个封装单元42，在沿轴向的同一个平面内具有高度差L，当所有封装单元42的沿轴向的长度相同时，第一组封装单元42的端面均沿轴向突出于交替设置的第二组封装单元42的端面，沿轴向的另一个端面具有相反的高度差，由此在周向形成S型通道，冷却液每次经过封装单元42的端面时能够进入封装单元42的内部以对定子绕组12进行接触冷却。

可选地，封装单元42的内侧壁贴靠定子绕组12的外侧面。可以理解，定子绕组12封装在封装单元42内部，定子绕组12的进线和出线穿设封装单元42和封装外圈41，接入汇流排13，因此将封装单元42贴靠定子绕组12的外侧面，利于形成稳定的安装，并且冷却液在封装单元42外侧的时候可以通过封装单元42的侧壁与定子绕组12实现换热降温。当冷却液进入封装单元42内部时，冷却液与定子绕组12直接接触降温，降温效率高。

可选地，定子绕组12的沿轴向的两端与定子齿11的两端面之间设有第一间隙，封装单元42、封装外圈41和封装内圈43之间设有第二间隙，第一间隙和第二间隙连通并形成S型冷却通道。

可以理解，如图10所示，定子绕组12的进线和出线之间的垂直距离即定子绕组12的沿轴向的长度，小于定子齿11的沿轴向的长度，因此当冷却液进入封装单元42内部时，冷却液可以在第一间隙内与定子绕组12直接接触实现降温冷却，冷却效果好。第二间隙是与冷却液入口44和冷却液出口45连通的，第二间隙通过相邻的两个封装单元42的沿轴向的两端与定子齿11的端面之间的缝隙连通，由于封装单元42是交替错开设置，因此形成S型的冷却通道，增加冷却液的停留时间，提高冷却效果。

结合图8和图9，每个定子齿11包括两个半齿111，两个半齿111分别从定子绕组12的沿轴向的两侧穿设并连接，通常采用粘接方式。可以理解，为了便于安装，每个定子齿11的两个半齿111能够沿轴向从定子绕组12的外侧穿设并在定子绕组12内侧粘接形成单定子齿，为了保证两个半齿111在轴向的定位准确，可以在粘接面上设置凹凸配合结构，以提高定位安装精度和提高安装效率。

基于上述实施例提供的电机冷却系统，本实施例提供一种电机冷却方法，包括如下步骤：

S1，将电机定子及绕组总成1封装在封装体4内并形成第一间隙；

S2，通过定子夹板5夹设封装后的电机定子及绕组总成1的两端，定子夹板5连接于机壳外圈2和机壳内圈3以将电机定子及绕组总成1密封并形成第二间隙，第一间隙和第二间隙连通并形成S型冷却通道。

S3，冷却液从冷却液入口44进入第二间隙以对定子齿11和极靴进行冷却，并通过第二间隙中进入第一间隙以对定子绕组12进行冷却。

本实施例的电机冷却方法，通过封装体4封装电机定子和绕组总成1，并进一步采用定子夹板5、机壳外圈2和机壳内圈3进一步封装电机定子和绕组总成1，形成相互连通的第一间隙和第二间隙，由于封装体4内的多个封装单元42在沿轴向具有交错分布，因此在圆周方向形成S型冷却通道，冷却液沿S型冷却通道可以直接接触极靴和定子绕组12，实现高效率的冷却降温了，进一步缩小体积提高电机的功率密度。

本实施例还提供一种电机，尤其是一种轴向磁通电机，包括电机冷却系统。通过采用电机冷却系统，对定子绕组12和极靴同时冷却，并且是冷却液直接接触极靴和定子绕组12冷却，明显改善定子绕组12温度分布的均匀性、大大提高散热能力，解决轴向磁通电机散热冷却问题，进一步缩小体积提高电机的功率密度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电机冷却系统，包括电机定子及绕组总成(1)、机壳外圈(2)和机壳内圈(3)，所述电机定子及绕组总成(1)装配在所述机壳外圈(2)和所述机壳内圈(3)之间形成的环形空间内；所述电机定子及绕组总成(1)包括定子齿(11)、定子绕组(12)和汇流排(13)，所述定子齿(11)设有多个，多个所述定子齿(11)沿圆周方向均匀分布，所述定子绕组(12)设有多个，多个所述定子绕组(12)环绕安装于多个所述定子齿(11)上，多个所述定子绕组(12)的进线和出线连接于所述汇流排(13)引出；其特征在于，所述电机冷却系统还包括：

封装体(4)，所述封装体(4)包括封装外圈(41)、封装单元(42)和封装内圈(43)，所述封装外圈(41)和所述封装内圈(43)分别与所述机壳外圈(2)和所述机壳内圈(3)贴靠，所述封装外圈(41)的周向设有冷却液入口(44)和冷却液出口(45)；所述封装单元(42)设有多个，多个所述封装单元(42)在所述封装内圈(43)和所述封装外圈(41)之间的圆环内沿周向间隔均布，多个所述封装单元(42)与多个所述定子齿(11)一一对应，所述定子绕组(12)的所述进线和所述出线依次穿设所述封装单元(42)和所述封装外圈(41)，相邻的两个所述封装单元(42)沿轴向交错设置；

定子夹板(5)，所述定子夹板(5)设有两个，两个所述定子夹板(5)沿轴向夹设在封装后的所述电机定子及绕组总成(1)的两端，并连接于所述机壳外圈(2)和机壳内圈(3)以将封装后的所述电机定子及绕组总成(1)密封，在所述封装单元(42)内部且在所述定子绕组(12)的沿轴向的两端与所述定子齿(11)的两个端面之间形成第一间隙；所述封装单元(42)、所述封装外圈(41)和所述封装内圈(43)之间形成第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙连通并在所述冷却液入口(44)和所述冷却液出口(45)之间形成S型冷却通道。

2.根据权利要求1所述的电机冷却系统，其特征在于，所述封装体(4)为不导磁的绝缘材料，所述定子夹板(5)为不导磁的绝缘材料。

3.根据权利要求2所述的电机冷却系统，其特征在于，所述封装体(4)为环氧树脂材料，所述定子夹板(5)为聚醚醚酮、聚碳酸酯、亚克力或电木板材料。

4.根据权利要求1所述的电机冷却系统，其特征在于，所述定子夹板(5)上设有定位槽(51)，所述定位槽(51)设有多个，多个所述定位槽(51)与所述电机定子及绕组总成(1)中多个所述定子齿(11)的端面配合，多个所述定子齿(11)的所述端面限位于多个所述定位槽(51)内。

5.根据权利要求4所述的电机冷却系统，其特征在于，多个所述封装单元(42)中，所述冷却液入口(44)和所述冷却液出口(45)之间的所述封装单元(42)的沿轴向的两端均止抵于所述定子齿(11)的两个所述端面上；其余所述封装单元(42)的沿轴向的两端依次交替止抵于相邻的两个所述定子齿(11)的异侧的所述端面上。

6.根据权利要求1所述的电机冷却系统，其特征在于，所述封装单元(42)的内侧壁贴靠所述定子绕组(12)的外侧面。

7.根据权利要求1所述的电机冷却系统，其特征在于，每个所述定子齿(11)包括两个半齿(111)，两个所述半齿(111)分别从所述定子绕组(12)的沿轴向的两侧穿设并连接。

8.一种电机冷却方法，根据权利要求1-7任一项所述的电机冷却系统，其特征在于，所述电机冷却方法包括如下步骤：

S1，将电机定子及绕组总成(1)封装在封装体(4)内，封装单元(42) 内部形成第一间隙；

S2，通过定子夹板(5)夹设封装后的所述电机定子及绕组总成(1)的两端，所述定子夹板(5)连接于机壳外圈(2)和机壳内圈(3)以将封装后的所述电机定子及绕组总成(1)密封，所述封装单元(42)、所述封装外圈(41)和所述封装内圈(43)之间形成第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙连通并形成S型冷却通道；

S3，冷却液从冷却液入口(44)进入第二间隙以对定子齿(11)和极靴进行冷却，并通过第二间隙中进入所述第一间隙以对定子绕组(12)进行冷却。

9.一种电机，其特征在于，包括权利要求1-7中任意一项所述电机冷却系统。

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