CN113178989A - 一种蒸发冷却电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种蒸发冷却电机，包括机壳、定子铁芯、定子绕组、冷却壳体，定子铁芯与机壳相连，冷却壳体与机壳相连，定子绕组固定于定子铁芯上，冷却壳体与机壳之间的腔体内具有冷却液，机壳具有出气口和进液孔，出气口、进液孔均与冷却壳体、机壳围成的腔体相连通，出气口处设置风扇，风扇可转动地与机壳相连。本发明的蒸发冷却电机，设置冷却壳体，在冷却壳体与机壳之间设置冷却液，冷却液能够直接与定子铁芯、定子绕组接触，加热散热效率；冷却液吸收热量相变后，经由出气口向外排出，出气口设置风扇，冷却液蒸汽经过无动力的风扇，推动风扇运动做功，进而实现冷凝，从而构建冷却液蒸发‑循环‑回收利用体系。

Description

一种蒸发冷却电机

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，特别是涉及一种蒸发冷却电机。

背景技术

现阶段，各个领域都对电机系统的功率密度要求较高，即，在单位体积或者质量内输出更高的功率。然而，限制电机系统的高功率密度进一步提高的主要因素是电机内部定子绕组的热量，即，铜耗，由于积累的热量无法及时传递出来，使得电机绕组温升升高，无法进一步提高电机的功率密度。

为了解决电机定子铜耗高，热量积累多、温度高的难点，外壳水冷、油冷，整体浸泡式油冷、喷油冷却等冷却散热方式应用到电机结构中，但是这些冷却方式都是利用冷却介质与机壳或者绕组之间的热传导，将绕组热量吸收并传递至外界。这些冷却方式都是利用冷却介质的显热，吸收热量的能力受到限制，导致冷却效率太低，无法进一步降低绕组温度。

物质的显热要比相变潜热低很多，因此，大中型电机利用冷却介质的的相变潜热来传导绕组热量，形成了一系列蒸发冷却散热的结构。但是这些冷却散热结构都是针对大中型电机，结构均未实现蒸发冷却的散热的功能，且都存在体积重量大，无法适用于小型、高功率密度电机的问题。

公开号为CN110690793A的专利文件，公开了一种蒸发冷却电机，主要解决现有蒸发冷却电机散热不均匀、轴向尺寸长、材料用量大，电机性能较低问题。采用双腔体实现蒸发冷却形式，其中第一腔体包括了电机定子，利用在定子硅钢片的环形槽，实现冷却介质的与定子之间的均匀换热。公开号为CN105356672A的专利文件，公开了一种高速电机蒸发冷却结构，主要结构包括冷凝器、回流管、泵、液体加热器、蒸汽排出管、冷却液箱、连接管及若干带有喷孔的喷管。其专利的核心在于冷却喷管放置在定子槽口位置，使用冷却液在喷管喷出后汽化吸热，从而从定子和转子有限的表面上带走大量的热量。公开号为CN210608832U的专利文件，公开了一种电机蒸发冷却装置，通过与定子接触的八个密封储液腔体，通过液体汽化吸收定子表面的热量，是一种冷却换热冷却结构的创新。上述现有技术均是从蒸发冷却的特点出发，通过构建输送-蒸发-回收-再输送的模式，该种模式对于中大型电机系统，其回收-再输送体积质量占比不多，但是对于中小型电机的瞬间发热，传统的定子外壳或者冲片传热模式对于传输绕组热量的效率不够高，而且回收-再输送装置的体积质量占比过大，不再适用于小型或小功率电机系统。

因此，如何改变现有技术中，小型大功率电机定子瞬时损耗大、温升高的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种蒸发冷却电机，以解决上述现有技术存在的问题，增强小型大功率电机的冷却散热能力，提高电机输出能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种蒸发冷却电机，包括机壳、定子铁芯、定子绕组、冷却壳体，所述定子铁芯与所述机壳相连，所述冷却壳体与所述机壳相连，所述冷却壳体由不导电、不导磁的材质制成，所述定子绕组固定于所述定子铁芯上，所述冷却壳体与所述机壳之间的腔体内具有冷却液，所述机壳具有出气口和进液孔，所述出气口、所述进液孔均与所述冷却壳体、所述机壳围成的腔体相连通，所述出气口处设置风扇，所述风扇可转动地与所述机壳相连。

优选地，所述定子绕组具有环氧树脂层，所述环氧树脂层具有微流道，所述微流道与所述冷却壳体、所述机壳围成的腔体相连通。

优选地，所述微流道的数量至少为两条。

优选地，所述微流道的数量至多等于所述定子绕组的匝数×并绕根数。

优选地，所述定子铁芯包括多片叠加设置的硅钢片，所述硅钢片具有能够容纳所述定子绕组的线槽，多个所述线槽绕所述定子铁芯的轴线周向均布，所述硅钢片具有一个斜槽，所述斜槽自其中一个所述线槽起延伸至所述硅钢片的外周面；相邻所述硅钢片的所述斜槽交错设置。

优选地，相邻所述硅钢片的所述斜槽之间的夹角等于相邻的所述线槽之间的槽距角。

优选地，所述机壳的内壁上具有沟槽，所述沟槽正对所述斜槽设置，所述沟槽的宽度较所述斜槽的宽度宽，所述沟槽的轴向长度较多片所述定子铁芯的轴向长度长，所述沟槽的数量与所述斜槽的数量相一致，多个所述沟槽绕所述机壳的轴线周向均布。

优选地，所述斜槽的宽度为0.5-1mm，所述沟槽的宽度为1-2mm，所述沟槽的径向高度为0.5mm，所述沟槽的轴向两端均凸出于所述定子铁芯，所述沟槽的两端凸出所述定子铁芯的轴向长度均为1-2mm。

优选地，所述冷却壳体与所述机壳粘结相连。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的蒸发冷却电机，包括机壳、定子铁芯、定子绕组、冷却壳体，定子铁芯与机壳相连，冷却壳体与机壳相连，冷却壳体由不导电、不导磁的材质制成，定子绕组固定于定子铁芯上，冷却壳体与机壳之间的腔体内具有冷却液，机壳具有出气口和进液孔，出气口、进液孔均与冷却壳体、机壳围成的腔体相连通，出气口处设置风扇，风扇可转动地与机壳相连。本发明的蒸发冷却电机，设置冷却壳体，在冷却壳体与机壳之间设置冷却液，冷却液能够直接与定子铁芯、定子绕组接触，加热散热效率；冷却液吸收热量相变后，经由出气口向外排出，出气口设置风扇，冷却液蒸汽经过无动力的风扇，推动风扇运动做功，进而实现冷凝，从而构建冷却液蒸发-循环-回收利用体系。本发明的蒸发冷却电机，提高了定子绕组与冷却液的热交换率，且取消了蒸汽冷凝结构和回收结构，简化了电机结构，增强了电机冷却散热能力，适用于小型高功率电机，提高电机的输出能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的蒸发冷却电机的结构示意图；

图2为本发明的蒸发冷却电机的剖切示意图；

图3为本发明的蒸发冷却电机的部分结构示意图；

图4为本发明的蒸发冷却电机的硅钢片的结构示意图；

其中，100为蒸发冷却电机，1为机壳，2为定子铁芯，3为定子绕组，4为冷却壳体，5为冷却液，6为出气口，7为风扇，8为微流道，9为硅钢片，10为线槽，11为斜槽，12为沟槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种蒸发冷却电机，以解决上述现有技术存在的问题，增强小型大功率电机的冷却散热能力，提高电机输出能力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-4，其中，图1为本发明的蒸发冷却电机的结构示意图，图2为本发明的蒸发冷却电机的剖切示意图，图3为本发明的蒸发冷却电机的部分结构示意图，图4为本发明的蒸发冷却电机的硅钢片的结构示意图。

本发明提供一种蒸发冷却电机100，包括机壳1、定子铁芯2、定子绕组3、冷却壳体4，定子铁芯2与机壳1相连，冷却壳体4与机壳1相连，冷却壳体4由不导电、不导磁的材质制成，定子绕组3固定于定子铁芯2上，冷却壳体4与机壳1之间的腔体内具有冷却液5，机壳1具有出气口6和进液孔，出气口6、进液孔均与冷却壳体4、机壳1围成的腔体相连通，出气口6处设置风扇7，风扇7可转动地与机壳1相连。

本发明的蒸发冷却电机100，设置冷却壳体4，在冷却壳体4与机壳1之间设置冷却液5，冷却液5能够直接与定子铁芯2、定子绕组3接触，加热散热效率；冷却液5吸收热量相变后，经由出气口6向外排出，出气口6设置风扇7，冷却液5蒸汽经过无动力的风扇7，推动风扇7运动做功，进而实现冷凝，从而构建冷却液5蒸发-循环-回收利用体系。本发明的蒸发冷却电机100，提高了定子绕组3与冷却液5的热交换率，且取消了蒸汽冷凝结构和回收结构，简化了电机结构，增强了电机冷却散热能力，适用于小型高功率电机，提高电机的输出能力。

其中，定子绕组3具有环氧树脂层，环氧树脂层具有微流道8，微流道8与冷却壳体4、机壳1围成的腔体相连通。定子绕组3嵌装于定子铁芯2中，嵌装过程中预留微流道8，预留的微流道8通过环氧树脂层的灌封实现，在嵌装定子绕组3的同时，放置微流道8规格一致的隔板，在环氧树脂层灌封完毕后，抽出隔板，形成微流道8，微流道8的数量越多，冷却液5与定子绕组3的热交换效率越高。

在本具体实施方式中，微流道8的数量至少为两条，其中一条位于定子绕组3中心处，另外一条沿定子绕组3的外边界。相应地，微流道8的数量至多等于定子绕组3的匝数×并绕根数，在设置微流道8的同时，需保证定子绕组3的结构整体性。

具体地，定子铁芯2包括多片叠加设置的硅钢片9，硅钢片9具有能够容纳定子绕组3的线槽10，多个线槽10绕定子铁芯2的轴线周向均布，硅钢片9具有一个斜槽11，斜槽11自其中一个线槽10起延伸至硅钢片9的外周面；冷却液5能够通过斜槽11与定子绕组3相接触，提高热交换率。另外，相邻硅钢片9的斜槽11交错设置，相邻硅钢片9的斜槽11之间的夹角等于相邻的线槽10之间的槽距角，进一步增强定子绕组3的散热效果。

进一步地，机壳1的内壁上具有沟槽12，沟槽12正对斜槽11设置，沟槽12的宽度较斜槽11的宽度宽，便于后期安装，沟槽12的轴向长度较多片定子铁芯2的轴向长度长，便于定子绕组3两端的蒸汽相互交换，沟槽12的数量与斜槽11的数量相一致，多个沟槽12绕机壳1的轴线周向均布，以便导出全部的冷却液5蒸汽。

在本具体实施方式中，斜槽11的宽度为0.5-1mm，沟槽12的宽度为1-2mm，沟槽12的径向高度为0.5mm，沟槽12的轴向两端均凸出于定子铁芯2，沟槽12的两端凸出定子铁芯2的轴向长度均为1-2mm。

更进一步地，冷却壳体4与机壳1粘结相连，避免冷却液5泄漏，提高电机可靠性。

本发明的蒸发冷却电机100，利用微流道8和定子铁芯2的斜槽11，使得冷却液5与定子绕组3和定子铁芯2直接接触，加快散热效率；冷却液5吸热相变后，经由出气口6排出蒸汽，排出的蒸汽经过无动力风扇7，推动风扇7做功，进而起到冷凝的作用，从而构建蒸发-循环-回收利用体系。本发明的蒸发冷却电机100，省略了蒸汽冷凝结构和回收结构，适用于小型高功率电机，能够提高电机的输出能力。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种蒸发冷却电机，其特征在于：包括机壳、定子铁芯、定子绕组、冷却壳体，所述定子铁芯与所述机壳相连，所述冷却壳体与所述机壳相连，所述冷却壳体由不导电、不导磁的材质制成，所述定子绕组固定于所述定子铁芯上，所述冷却壳体与所述机壳之间的腔体内具有冷却液，所述机壳具有出气口和进液孔，所述出气口、所述进液孔均与所述冷却壳体、所述机壳围成的腔体相连通，所述出气口处设置风扇，所述风扇可转动地与所述机壳相连。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却电机，其特征在于：所述定子绕组具有环氧树脂层，所述环氧树脂层具有微流道，所述微流道与所述冷却壳体、所述机壳围成的腔体相连通。

3.根据权利要求2所述的蒸发冷却电机，其特征在于：所述微流道的数量至少为两条。

4.根据权利要求2所述的蒸发冷却电机，其特征在于：所述微流道的数量至多等于所述定子绕组的匝数×并绕根数。

5.根据权利要求1所述的蒸发冷却电机，其特征在于：所述定子铁芯包括多片叠加设置的硅钢片，所述硅钢片具有能够容纳所述定子绕组的线槽，多个所述线槽绕所述定子铁芯的轴线周向均布，所述硅钢片具有一个斜槽，所述斜槽自其中一个所述线槽起延伸至所述硅钢片的外周面；相邻所述硅钢片的所述斜槽交错设置。

6.根据权利要求5所述的蒸发冷却电机，其特征在于：相邻所述硅钢片的所述斜槽之间的夹角等于相邻的所述线槽之间的槽距角。

7.根据权利要求5所述的蒸发冷却电机，其特征在于：所述机壳的内壁上具有沟槽，所述沟槽正对所述斜槽设置，所述沟槽的宽度较所述斜槽的宽度宽，所述沟槽的轴向长度较多片所述定子铁芯的轴向长度长，所述沟槽的数量与所述斜槽的数量相一致，多个所述沟槽绕所述机壳的轴线周向均布。

8.根据权利要求7所述的蒸发冷却电机，其特征在于：所述斜槽的宽度为0.5-1mm，所述沟槽的宽度为1-2mm，所述沟槽的径向高度为0.5mm，所述沟槽的轴向两端均凸出于所述定子铁芯，所述沟槽的两端凸出所述定子铁芯的轴向长度均为1-2mm。

9.根据权利要求1所述的蒸发冷却电机，其特征在于：所述冷却壳体与所述机壳粘结相连。

Images