CN113364163A - 电机定子冷却结构和电机 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种电机定子冷却结构和电机。该电机定子冷却结构包括定子铁芯(1)、定子线槽、绕组(8)和热管组件，定子线槽包括内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)，绕组(8)绕设在内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内，热管组件包括沿定子铁芯(1)的轴向延伸的热管本体(4)和热管换热件(6)，热管换热件(6)连接在热管本体(4)的端部，热管本体(4)设置在内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内，热管换热件(6)位于定子铁芯(1)的端部外侧。根据本申请的电机定子冷却结构，能够对电机定子形成有效冷却，避免绕组局部温度过高，提高电机输出功率。
Description
技术领域
本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种电机定子冷却结构和电机。
背景技术
随着国家大力推进产业升级，电机领域会持续向高速化、小型化发展。随之而来的电机功率密度、损耗密度等均不断上升，电机绕组尤其是端部绕组的发热量将进一步上升。
采用背绕式绕线形式可以有效降低电机绕组端部尤其是出线端的大小，端部电阻随之变小其发热量便可降低。但是，相同匝数条件下背绕式绕组所需要的绝缘填充介质空间更大，为了确保电机磁场分布不过度饱和以及相同电流下的输出转矩不变，电机定子铁芯尺寸将变大。绕组尤其是远离拥有冷却流道机壳的内层绕组以及内层定子齿部的热量很难传导出去，这样还是会造成定子特别是绕组的局部温度过高，限制了电机的输出功率，严重时可能损坏电机，造成安全事故。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机定子冷却结构和电机，能够对电机定子形成有效冷却，避免绕组局部温度过高，提高电机输出功率。
为了解决上述问题，本申请提供一种电机定子冷却结构，包括定子铁芯、定子线槽、绕组和热管组件，定子线槽包括内侧定子线槽和外侧定子线槽，绕组绕设在内侧定子线槽和外侧定子线槽内，热管组件包括沿定子铁芯的轴向延伸的热管本体和热管换热件，热管换热件连接在热管本体的端部，热管本体设置在内侧定子线槽和外侧定子线槽内，热管换热件位于定子铁芯的端部外侧。
优选地，定子线槽内填充有绝缘介质，绝缘介质为导热材料，热管本体埋设在绝缘介质内。
优选地，热管本体由绝缘介质固定。
优选地，绝缘介质由树脂和固化剂混合而成，绝缘介质的导热系数大于或等于0.5W/(m*k)。
优选地，热管本体和热管换热件连接形成封闭式循环回路。
优选地，热管组件包括一个热管本体和两个连接在热管本体两端的热管换热件，各定子线槽分别设置有至少一个热管组件。
优选地，位于内侧定子线槽内的相邻热管本体通过热管换热件依次连通形成串联的内循环回路，位于外侧定子线槽内的相邻热管本体通过热管换热件依次连通形成串联的外循环回路。
优选地，热管组件包括两个热管本体和两个热管换热件，两个热管本体和两个热管换热件沿周向交替排布，且首尾相接形成一个循环回路。
优选地，其中一个热管本体设置在一个内侧定子线槽内，另一个热管本体设置在同一绕组所在的外侧定子线槽内。
优选地，一个热管本体设置在一个内侧定子线槽内，另一个热管本体设置在相邻绕组所在的外侧定子线槽内。
优选地，一个热管本体设置在一个内侧定子线槽内，另一个热管本体设置在相邻的内侧定子线槽内。
优选地，一个热管本体设置在一个外侧定子线槽内，另一个热管本体设置在相邻的外侧定子线槽内。
优选地，位于第一端的同一绕组所在的内侧定子线槽和外侧定子线槽内的热管本体通过热管换热件连通，位于第二端的内侧定子线槽和相邻绕组所在的外侧定子线槽内的热管本体通过热管换热件连通，形成内外依次串联的封闭式循环回路。
优选地，部分位于第一端的同一绕组所在的内侧定子线槽和外侧定子线槽内的热管本体通过热管换热件连通，部分位于第二端的内侧定子线槽和相邻绕组所在的外侧定子线槽内的热管本体通过热管换热件连通，部分位于内侧定子线槽内的相邻热管本体通过热管换热件依次连通，部分位于外侧定子线槽内的相邻热管本体通过热管换热件依次连通，形成内外依次串联的封闭式循环回路。
根据本申请的另一方面，提供了一种电机，包括电机定子冷却结构，该电机定子冷却结构为上述的电机定子冷却结构。
本申请提供的电机定子冷却结构，包括定子铁芯、定子线槽、绕组和热管组件，定子线槽包括内侧定子线槽和外侧定子线槽，绕组绕设在内侧定子线槽和外侧定子线槽内，热管组件包括沿定子铁芯的轴向延伸的热管本体和热管换热件，热管换热件连接在热管本体的端部，热管本体设置在内侧定子线槽和外侧定子线槽内，热管换热件位于定子铁芯的端部外侧。本实施例的电机定子冷却结构，在发热量较大的绕组所在的内侧定子线槽和外侧定子线槽内均设置有热管本体，形成槽内放置冷却管路的方式，能够利用热管本体内的冷却介质对绕组以及定子铁芯进行有效冷却，可以有效降低定子尤其是绕组的温度，提高电机的功率密度及稳定性，避免绕组局部温度过高，提高电机输出功率，此外，热管冷却主要利用热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，利用的为冷却介质的相变传热，因此无需从外界引入冷却介质，只需要利用热管内部的冷却介质通过内部循环进行吸热放热，就能够有效进行散热，散热效率更高，结构更加简单。
附图说明
图1为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的定子局部结构图；
图2为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的热管本体的立体结构图；
图3为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的热管换热件的剖视结构图；
图4为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的热管组件的结构示意图；
图5为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的立体结构图；
图6为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的灌封后结构示意图。
附图标记表示为：
1、定子铁芯；2、内侧定子线槽；3、外侧定子线槽；4、热管本体；5、绝缘介质；6、热管换热件；7、密封圈；8、绕组；9、定子轭部；10、定子齿部。
具体实施方式
结合参见图1至图6所示，根据本申请的实施例，电机定子冷却结构包括定子铁芯1、定子线槽、绕组8和热管组件，定子线槽包括内侧定子线槽2和外侧定子线槽3，绕组8绕设在内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内，热管组件包括沿定子铁芯1的轴向延伸的热管本体4和热管换热件6，热管换热件6连接在热管本体4的端部，热管本体4设置在内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内，热管换热件6位于定子铁芯1的端部外侧。
本实施例的电机定子冷却结构，在发热量较大的绕组8所在的内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内均设置有热管本体4，形成槽内放置冷却流道的方式，能够利用热管本体4内的冷却介质流动带走绕组8以及定子热量，对绕组8以及定子铁芯1进行有效冷却，可以有效降低定子尤其是绕组8的温度，提高电机的功率密度及稳定性，避免绕组局部温度过高，提高电机输出功率，此外，热管冷却主要利用热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，利用的为冷却介质的相变传热，因此无需从外界引入冷却介质，只需要利用热管内部的冷却介质通过内部循环进行吸热放热，就能够有效进行散热，散热效率更高，结构更加简单。
热管工作原理如下：在加热热管的蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。当加热段在下，冷却段在上，热管呈竖直放置时，工作液体的回流靠重力足可满足，无须毛细结构的管芯，这种不具有多孔体管芯的热管被称为热虹吸管。
对于本实施例而言，将热管换热件6设置在定子铁芯1的端部外侧，定子铁芯1、绕组8发热后，使得热管本体4中的冷却液吸收定子铁芯1和绕组8产生的热量后蒸发，蒸发后的气体在压力差作用下流向两端的热管换热件6，由于热管换热件6暴露在定子铁芯1外，其相对温度较低，蒸发后的气体在热管换热件6中释放热量后重新凝结成液体然后流回热管本体4中，如此循环，定子铁芯1、绕组8产生的热量便被传导到外界，从而形成有效散热。
在本实施例中，定子铁芯1为导磁材料叠压或一体加工而成，导磁材料例如为硅钢片、非晶合金等软磁材料，定子铁芯1包括内侧定子线槽2、外侧定子线槽3、定子轭部9以及定子齿部10，内侧定子线槽2位于相邻的内侧定子齿部10之间，外侧定子线槽3位于相邻的外侧定子齿部10之间，绕组8与定子铁芯1之间需要进行绝缘处理，且绝缘等级需要在F级及以上。
热管本体4位于内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内，与绕组8以及定子齿部10的距离均较近，能够进行充分换热，在冷却介质流动时不仅能够带走位于定子线槽内的绕组8的热量，而且能够带走两侧的定子齿部10所产生的热量，有效提高电机定子的冷却效果。
在冷却流道组件通入冷却介质后，冷却介质流动过程中可以带走定子铁芯1以及绕组8所产生的热量，由于冷却流道组件的热管本体4在所有定子线槽内均匀布置，且同时靠近定子铁芯1和绕组8，因此冷却效果相比于相关技术中的冷却系统将会更加突出。
上述的冷却流道组件选用铜、铝等导热率较高的金属材料，可以获得更好的冷却效果。冷却流道组件应具备一定耐压以及气密性能好的特点，冷却流道组件与绕组8之间应满足安全电气距离。
在一个实施例中，热管本体4与热管换热件6在连接位置处设置有密封圈7，能够有效保证热管本体4与热管换热件6的密封效果，避免发生冷却介质泄漏，延长热管组件的使用寿命。密封圈7例如为绝缘等级在F级或以上的橡胶材料。
在一个实施例中，定子线槽内填充有绝缘介质5，绝缘介质5为导热材料，热管本体4埋设在绝缘介质5内，可以加大热管本体4与定子铁芯1以及绕组8之间的传热面积，利用导热的绝缘介质5提高热量传输效率，增强热管本体4内的冷却介质与定子铁芯1以及绕组8的热量交换效果，提高电机定子冷却结构对于电机定子的冷却效果。
在一个实施例中，冷却流道组件可以通过电机自身的结构进行固定，例如可以通过骨架进行固定，或者通过在定子铁芯1上增加绝缘固定结构进行固定。
在一个实施例中，热管本体4由绝缘介质5固定，如此，可以利用绝缘介质5实现热管本体4的安装固定，进而实现对冷却流道组件的固定，无需增加额外的固定结构，因此整体结构更加简单，实现更加方便。
在一个实施例中，绝缘介质5由树脂和固化剂混合而成，绝缘介质5的导热系数大于或等于0.5W/(m*k)。树脂和固化剂混合而成的混合物，在常温下具有较好的流动性，固化后具有良好的导热性能，因此能够更加有效地保证绝缘介质5与各个部件之间的结合更加密实，结合强度更高，结合效果更好，传热效果更佳，固定效果良好。
在一个实施例中，热管本体4和热管换热件6连接形成封闭式循环回路。由于热管换热主要利用冷却介质的相变实现热传导，因此无需将冷却介质从热管内导出，只需要调整不同相态的冷却介质在热管内的位置，就能够实现热量传输，因此将热管本体4和热管换热件6连接形成封闭式循环回路，无需连接外部的冷却介质供应设备或者电机自身的冷却流露，就可以有效避免冷却介质泄漏，且能够实现定子铁芯1和绕组8的有效散热，提高电机定子的散热效率，结构更加简单，且循环回路独立性强，不易受外部环境影响，冷却结构稳定可靠。
在一个实施例中，热管组件包括一个热管本体4和两个连接在热管本体4两端的热管换热件6，各定子线槽分别设置有至少一个热管组件。在本实施例中，一个热管本体4和两个热管换热件6连接形成支管或者U管结构，两个热管换热件6设置在热管本体4的两端，能够将热管本体4内的冷却介质吸热蒸发之后带出来的热量在热管换热件6内释放出去，然后使得冷凝后的冷却介质重新进入到热管本体4内，继续进行吸热，从而形成循环散热结构。由于冷却介质在相变过程中，由于热量的不同，会产生压力差，因此能够保证热管组件内的冷却介质在相变过程中能够始终保持流动，实现了对于电机定子的持续散热，且无需增加外界驱动作用。
在一个实施例中，位于内侧定子线槽2内的相邻热管本体4通过热管换热件6依次连通形成串联的内循环回路，位于外侧定子线槽3内的相邻热管本体4通过热管换热件6依次连通形成串联的外循环回路。在本实施例中，热管组件包括两个部分，内循环回路和外循环回路，两个部分相互独立，内循环回路通过位于内侧定子线槽2内的串联的热管本体4实现电机定子内侧的散热，外循环回路通过位于外侧定子线槽3内的串联的热管本体4实现电机定子外侧的散热，从而能够从电机定子的内外两侧同时进行散热，散热效果更佳。
在一个实施例中，热管组件包括两个热管本体4和两个热管换热件6，两个热管本体4和两个热管换热件6沿周向交替排布，且首尾相接形成一个循环回路。在本实施例中，一个热管组件为一个矩形的循环回路单元，可以利用简单的结构形成循环回路，降低散热成本。
矩形的循环回路单元根据设置位置的不同，可以形成不同的冷却结构，形式更加多样化。
在一个实施例中，其中一个热管本体4设置在一个内侧定子线槽2内，另一个热管本体4设置在同一绕组8所在的外侧定子线槽3内。本实施例中，一个热管本体4所形成的矩形散热框绕设在同一绕组8的内外定子线槽内，形成循环回路，对同一绕组8以及两侧的定子结构进行散热。
在一个实施例中，一个热管本体4设置在一个内侧定子线槽2内，另一个热管本体4设置在相邻绕组8所在的外侧定子线槽3内。在本实施例中，一个热管本体4所形成的矩形散热框能够同时对一个绕组的内侧绕组以及相邻绕组的外侧绕组进行散热，实现斜跨式散热结构。
在一个实施例中，一个热管本体4设置在一个内侧定子线槽2内，另一个热管本体4设置在相邻的内侧定子线槽2内。在本实施例中，一个热管本体4所形成的矩形散热框能够同时对一个绕组的内侧绕组以及相邻绕组的内侧绕组进行散热，实现平跨式散热结构。
在一个实施例中，一个热管本体4设置在一个外侧定子线槽3内，另一个热管本体4设置在相邻的外侧定子线槽3内。在本实施例中，一个热管本体4所形成的矩形散热框能够同时对一个绕组的外侧绕组以及相邻绕组的外侧绕组进行散热，实现平跨式散热结构。
在一个实施例中，位于第一端的同一绕组8所在的内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内的热管本体4通过热管换热件6连通，位于第二端的内侧定子线槽2和相邻绕组8所在的外侧定子线槽3内的热管本体4通过热管换热件6连通，形成内外依次串联的封闭式循环回路。在本实施例中，内侧的热管本体4与相邻的外侧热管本体4相连，形成内外依次串联的管路结构，最终形成整体串联并最终闭合的内循环回路，实现整体串联式散热结构。
在一个实施例中，部分位于第一端的同一绕组8所在的内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内的热管本体4通过热管换热件6连通，部分位于第二端的内侧定子线槽2和相邻绕组8所在的外侧定子线槽3内的热管本体4通过热管换热件6连通，部分位于内侧定子线槽2内的相邻热管本体4通过热管换热件6依次连通，部分位于外侧定子线槽3内的相邻热管本体4通过热管换热件6依次连通，形成内外依次串联的封闭式循环回路。
对于本申请的各实施例而言，由于热管本体4和热管换热件6任意组合，均能够形成独立的循环回路，每个循环回路都可以独立完成热量传输，且无需引入冷却进管和冷却出管，因此使得热管组件的结构形式更加多样化，在同一个电机定子中，可以采用单一结构的热管组件，也可以采用多种不同结构的热管组件，各个不同结构的热管组件可以在同一个电机定子中单独使用，也可以组合使用，上述各实施例中的热管组件的结构也可以进行组合，实现不同形态的冷却结构。
本实施例中的电机定子冷却结构的制作方法如下：
在定子铁芯1中完成背绕式绕组8的嵌线工序后，将热管本体4放置于内侧定子线槽2和外侧定子线槽3中，并利用相应工装进行初步定位；将定子铁芯1放入对应装置中进行绝缘介质5的填充工序，填充过程中需保证整个环境为负压状态，填充过程中需多次进行填充——观察——重新抽真空——再次填充的过程，这样可以保证绝缘介质5中不产生气泡，还可以精确控制绝缘介质5的体积。填充完成后将电机定子置于保温箱中保温一段时间，使绝缘介质5固化。固化后，热管本体4将固定于内侧定子线槽2和外侧定子线槽3中且不松脱，绝缘介质5将位于定子线槽内的绕组8以及热管本体4完全包裹在内。
绝缘介质5固化完成后，在热管本体4上装配好所有连接流道，并通过焊接方式将热管本体4与各连接流道之间通过焊接形成一体，装配完成后，冷却流道组件应具备一定耐压以及气密性能好的特点。如此，便完成该新型电机定子冷却结构制作。
根据本申请的实施例，电机包括电机定子冷却结构，该电机定子冷却结构为上述的电机定子冷却结构。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (15)
1.一种电机定子冷却结构，其特征在于，包括定子铁芯(1)、定子线槽、绕组(8)和热管组件，所述定子线槽包括内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)，所述绕组(8)绕设在所述内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内，所述热管组件包括沿所述定子铁芯(1)的轴向延伸的热管本体(4)和热管换热件(6)，所述热管换热件(6)连接在所述热管本体(4)的端部，所述热管本体(4)设置在所述内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内，所述热管换热件(6)位于所述定子铁芯(1)的端部外侧。
2.根据权利要求1所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述定子线槽内填充有绝缘介质(5)，所述绝缘介质(5)为导热材料，所述热管本体(4)埋设在所述绝缘介质(5)内。
3.根据权利要求2所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述热管本体(4)由所述绝缘介质(5)固定。
4.根据权利要求2所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述绝缘介质(5)由树脂和固化剂混合而成，所述绝缘介质(5)的导热系数大于或等于0.5W/(m*k)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述热管本体(4)和所述热管换热件(6)连接形成封闭式循环回路。
6.根据权利要求5所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述热管组件包括一个热管本体(4)和两个连接在所述热管本体(4)两端的热管换热件(6)，各所述定子线槽分别设置有至少一个所述热管组件。
7.根据权利要求5所述的电机定子冷却结构，其特征在于，位于内侧定子线槽(2)内的相邻所述热管本体(4)通过所述热管换热件(6)依次连通形成串联的内循环回路，位于外侧定子线槽(3)内的相邻所述热管本体(4)通过所述热管换热件(6)依次连通形成串联的外循环回路。
8.根据权利要求5所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述热管组件包括两个所述热管本体(4)和两个所述热管换热件(6)，两个所述热管本体(4)和两个所述热管换热件(6)沿周向交替排布，且首尾相接形成一个循环回路。
9.根据权利要求8所述的电机定子冷却结构，其特征在于，其中一个所述热管本体(4)设置在一个所述内侧定子线槽(2)内，另一个所述热管本体(4)设置在同一绕组(8)所在的所述外侧定子线槽(3)内。
10.根据权利要求8所述的电机定子冷却结构，其特征在于，一个所述热管本体(4)设置在一个所述内侧定子线槽(2)内，另一个所述热管本体(4)设置在相邻绕组(8)所在的所述外侧定子线槽(3)内。
11.根据权利要求8所述的电机定子冷却结构，其特征在于，一个所述热管本体(4)设置在一个所述内侧定子线槽(2)内，另一个所述热管本体(4)设置在相邻的所述内侧定子线槽(2)内。
12.根据权利要求8所述的电机定子冷却结构，其特征在于，一个所述热管本体(4)设置在一个所述外侧定子线槽(3)内，另一个所述热管本体(4)设置在相邻的所述外侧定子线槽(3)内。
13.根据权利要求5所述的电机定子冷却结构，其特征在于，位于第一端的同一绕组(8)所在的内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内的所述热管本体(4)通过所述热管换热件(6)连通，位于第二端的内侧定子线槽(2)和相邻绕组(8)所在的外侧定子线槽(3)内的所述热管本体(4)通过所述热管换热件(6)连通，形成内外依次串联的封闭式循环回路。
14.根据权利要求5所述的电机定子冷却结构，其特征在于，部分位于第一端的同一绕组(8)所在的内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内的所述热管本体(4)通过所述热管换热件(6)连通，部分位于第二端的内侧定子线槽(2)和相邻绕组(8)所在的外侧定子线槽(3)内的所述热管本体(4)通过所述热管换热件(6)连通，部分位于内侧定子线槽(2)内的相邻所述热管本体(4)通过所述热管换热件(6)依次连通，部分位于外侧定子线槽(3)内的相邻所述热管本体(4)通过所述热管换热件(6)依次连通，形成内外依次串联的封闭式循环回路。
15.一种电机，包括电机定子冷却结构，其特征在于，所述电机定子冷却结构为权利要求1至14中任一项所述的电机定子冷却结构。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202110775239.6A CN113364163A (zh) | 2021-07-08 | 2021-07-08 | 电机定子冷却结构和电机 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN113364163A true CN113364163A (zh) | 2021-09-07 |
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ID=77538763
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN113364163A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116317308A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 苏州苏磁智能科技有限公司 | 磁悬浮电机的冷却系统及磁悬浮无轴承泵 |
| WO2024036658A1 (zh) * | 2022-08-16 | 2024-02-22 | 浙江盘毂动力科技有限公司 | 一种冷却结构及其制造方法和轴向磁场电机 |
| CN118381212A (zh) * | 2024-06-27 | 2024-07-23 | 浙江大学 | 一种非均匀式绕组散热的电机 |
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2021
- 2021-07-08 CN CN202110775239.6A patent/CN113364163A/zh active Pending
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