CN113364164A - 电机定子冷却结构和电机 - Google Patents

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(13)和冷却流道组件，定子线槽包括内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)，绕组(13)绕设在内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内，冷却流道组件包括沿定子铁芯(1)的轴向延伸的轴向流道(4)，轴向流道(4)设置在内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内。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

电机定子冷却结构和电机

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、绕组和冷却流道组件，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，冷却流道组件包括沿定子铁芯的轴向延伸的轴向流道，轴向流道设置在内侧定子线槽和外侧定子线槽内。

优选地，定子线槽内填充有绝缘介质，绝缘介质为导热材料，轴向流道埋设在绝缘介质内。

优选地，轴向流道由绝缘介质固定。

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，冷却流道组件还包括连接流道，轴向流道通过连接流道连通。

优选地，连接流道包括第一连接流道和第二连接流道，位于内侧定子线槽内的相邻轴向流道通过第一连接流道依次连通形成串联的内侧冷却流道，位于外侧定子线槽内的相邻轴向流道通过第二连接流道依次连通形成串联的外侧冷却流道。

优选地，连接流道包括第三连接流道和第四连接流道，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轴向流道通过第三连接流道连通，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轴向流道通过第四连接流道连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。

优选地，连接流道包括第一连接流道、第三连接流道和第四连接流道，部分内侧定子线槽内的相邻轴向流道通过第一连接流道连通，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轴向流道通过第三连接流道连通，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轴向流道通过第四连接流道连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。

优选地，连接流道包括第二连接流道、第三连接流道和第四连接流道，部分外侧定子线槽内的相邻轴向流道通过第二连接流道连通，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轴向流道通过第三连接流道连通，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轴向流道通过第四连接流道连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。

优选地，连接流道包括第一连接流道、第二连接流道、第三连接流道和第四连接流道，部分内侧定子线槽内的相邻轴向流道通过第一连接流道连通，部分外侧定子线槽内的相邻轴向流道通过第二连接流道连通，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轴向流道通过第三连接流道连通，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轴向流道通过第四连接流道连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。

优选地，轴向流道在定子线槽内定位后填充绝缘介质固定，位于定子线槽内的绕组和轴向流道被绝缘介质完全包裹。

优选地，冷却流道组件还包括冷却进管和冷却出管，冷却介质经冷却进管进入，并流经所有轴向流道之后，从冷却出管流出。

优选地，冷却进管和冷却出管直接和外部冷却介质供给设备相连，形成独立冷却流路。

优选地，冷却进管和冷却出管与电机内部冷却流道相连，形成整机循环冷却回路。

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、绕组和冷却流道组件，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，冷却流道组件包括沿定子铁芯的轴向延伸的轴向流道，轴向流道设置在内侧定子线槽和外侧定子线槽内。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轴向流道，形成槽内放置冷却流道的方式，能够利用轴向流道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。

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流道结构图；

图2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3为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的轴向流道的立体结构图；

图4为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的第一连接流道的立体结构图；

图5为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的第三连接流道的立体结构图；

图6为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的第四连接流道的立体结构图；

图7为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的立体结构示意图；

图8为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的第一端面结构示意图；

图9为本申请一个实施例的电机定子冷却结构的第二端面结构示意图；

图10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、轴向流道；5、绝缘介质；6、第一连接流道；7、第三连接流道；8、第四连接流道；9、冷却进管；10、冷却出管；11、定子轭部；12、定子齿部；13、绕组。

具体实施方式

结合参见图1至图10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13和冷却流道组件，定子线槽包括内侧定子线槽2和外侧定子线槽3，绕组13绕设在内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内，冷却流道组件包括沿定子铁芯1的轴向延伸的轴向流道4，轴向流道4设置在内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内。

本实施例的电机定子冷却结构，在发热量较大的绕组13所在的内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内均设置有轴向流道4，形成槽内放置冷却流道的方式，能够利用轴向流道4内的冷却介质流动带走绕组13以及定子热量，对绕组13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13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。

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11以及定子齿部12，内侧定子线槽2位于相邻的内侧定子齿部12之间，外侧定子线槽3位于相邻的外侧定子齿部12之间，绕组13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。

轴向流道4位于内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内，与绕组13以及定子齿部12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13的热量，而且能够带走两侧的定子齿部12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13所产生的热量，由于冷却流道组件的轴向流道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13，因此冷却下过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13之间应满足安全电气距离。

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，轴向流道4埋设在绝缘介质5内，可以加大轴向流道4与定子铁芯1以及绕组13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，增强轴向流道4内的冷却介质与定子铁芯1以及绕组13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，轴向流道4由绝缘介质5固定，如此，可以利用绝缘介质5实现轴向流道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，冷却流道组件还包括连接流道，轴向流道4通过连接流道连通。在本实施例这种，轴向流道4之间能够通过连接流道连通，形成一个整体式的冷却流道组件，能够更加方便地与冷却介质供给结构实现连接，降低连接难度，整体性更佳，冷却效果更好。

在一个实施例中，连接流道包括第一连接流道6和第二连接流道，位于内侧定子线槽2内的相邻轴向流道4通过第一连接流道6依次连通形成串联的内侧冷却流道，位于外侧定子线槽3内的相邻轴向流道4通过第二连接流道依次连通形成串联的外侧冷却流道。

在本实施例中，位于内侧定子线槽2内的轴向流道4和位于外侧定子线槽3内的轴向流道4形成两条相互独立的冷却流路，位于内侧定子线槽2内的轴向流道4通过第一连接流道6串联之后，对绕组内圈和定子铁芯内圈进行有效冷却，位于外侧定子线槽3内的轴向流道4通过第二连接流道串联之后，对绕组外圈和定子铁芯外圈进行有效冷却。本实施例中的第二连接流道和第一连接流道6的结构类似，长度不同。

本实施例的内侧冷却流道和外侧冷却流道可以并联设置，也可以串联设置，当并联设置时，直接通过冷却进管和冷却出管进行连接即可，当串联设置时，还需要通过下述的第三连接流道7和/或第四连接流道8进行连接。

在一个实施例中，连接流道包括第三连接流道7和第四连接流道8，位于第一端的同一绕组13所在的内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内的轴向流道4通过第三连接流道7连通，位于第二端的内侧定子线槽2和相邻绕组13所在的外侧定子线槽3内的轴向流道4通过第四连接流道8连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。在本实施例中，一端的位于同一径向的轴向流道4之间通过第三连接流道7连通，位于不同径向的内侧轴向流道4和相邻的外侧轴向流道4之间通过第四连接流道8连通，通过这种方式，能够使得所有的轴向流道4依次通过连接流道串联，形成串联的冷却流道组件，实现对绕组13和定子铁芯1的有效冷却。本实施例中，由于第三连接流道7和第四连接流道8均设置在绕组13的端部，因此能够对绕组13形成端面冷却，与轴向流道4配合，可以对绕组13形成更加全面有效的冷却，进一步提高对绕组13的冷却效果。

在一个实施例中，连接流道包括第一连接流道6、第三连接流道7和第四连接流道8，部分内侧定子线槽2内的相邻轴向流道4通过第一连接流道6连通，部分位于第一端的同一绕组13所在的内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内的轴向流道4通过第三连接流道7连通，部分位于第二端的内侧定子线槽2和相邻绕组13所在的外侧定子线槽3内的轴向流道4通过第四连接流道8连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。在本实施例中，不同的连接流道可以根据需要组合使用，使得所有的轴向流道4能够串联在一起，所不同的是，采用不同的连接流道组合，所形成的冷却流道组件在流动路径上会有所不同。

在一个实施例中，连接流道包括第二连接流道、第三连接流道7和第四连接流道8，部分外侧定子线槽3内的相邻轴向流道4通过第二连接流道连通，部分位于第一端的同一绕组13所在的内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内的轴向流道4通过第三连接流道7连通，部分位于第二端的内侧定子线槽2和相邻绕组13所在的外侧定子线槽3内的轴向流道4通过第四连接流道8连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。

在一个实施例中，连接流道包括第一连接流道6、第二连接流道、第三连接流道7和第四连接流道8，部分内侧定子线槽2内的相邻轴向流道4通过第一连接流道6连通，部分外侧定子线槽3内的相邻轴向流道4通过第二连接流道连通，部分位于第一端的同一绕组13所在的内侧定子线槽2和外侧定子线槽3内的轴向流道4通过第三连接流道7连通，部分位于第二端的内侧定子线槽2和相邻绕组13所在的外侧定子线槽3内的轴向流道4通过第四连接流道8连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。

在一个实施例中，轴向流道4在定子线槽内定位后填充绝缘介质5固定，位于定子线槽内的绕组13和轴向流道4被绝缘介质5完全包裹。

在一个实施例中，冷却流道组件还包括冷却进管9和冷却出管10，冷却介质经冷却进管9进入，并流经所有轴向流道4之后，从冷却出管10流出。

在一个实施例中，冷却进管9和冷却出管10直接和外部冷却介质供给设备相连，形成独立冷却流路，该冷却流路独立于电机内部的其它流路，因此冷却介质温度更低，具有更加良好的冷却效果。

在一个实施例中，冷却进管9和冷却出管10与电机内部冷却流道如机壳流道或端盖流道等相连，形成整机循环冷却回路。该冷却回路利用电机内部冷却流路实现，因此结构更加简单，无需增加外界冷却介质来源，整体结构更加简洁，更加有利于实现小型化，结构更加紧凑。

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13的嵌线工序后，将轴向流道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，轴向流道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13以及轴向流道4完全包裹在内。

绝缘介质5固化完成后，在轴向流道4上装配好所有连接流道，并通过焊接方式将轴向流道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(13)和冷却流道组件，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(13)绕设在所述内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内，所述冷却流道组件包括沿所述定子铁芯(1)的轴向延伸的轴向流道(4)，所述轴向流道(4)设置在所述内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内。

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，所述轴向流道(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，所述轴向流道(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，所述冷却流道组件还包括连接流道，所述轴向流道(4)通过所述连接流道连通。

6.根据权利要求5所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述连接流道包括第一连接流道(6)和第二连接流道，位于内侧定子线槽(2)内的相邻所述轴向流道(4)通过所述第一连接流道(6)依次连通形成串联的内侧冷却流道，位于外侧定子线槽(3)内的相邻所述轴向流道(4)通过所述第二连接流道依次连通形成串联的外侧冷却流道。

7.根据权利要求5所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述连接流道包括第三连接流道(7)和第四连接流道(8)，位于第一端的同一绕组(13)所在的内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内的所述轴向流道(4)通过所述第三连接流道(7)连通，位于第二端的内侧定子线槽(2)和相邻绕组(13)所在的外侧定子线槽(3)内的所述轴向流道(4)通过所述第四连接流道(8)连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。

8.根据权利要求5所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述连接流道包括第一连接流道(6)、第三连接流道(7)和第四连接流道(8)，部分内侧定子线槽(2)内的相邻所述轴向流道(4)通过所述第一连接流道(6)连通，部分位于第一端的同一绕组(13)所在的内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内的所述轴向流道(4)通过所述第三连接流道(7)连通，部分位于第二端的内侧定子线槽(2)和相邻绕组(13)所在的外侧定子线槽(3)内的所述轴向流道(4)通过所述第四连接流道(8)连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。

9.根据权利要求5所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述连接流道包括第二连接流道、第三连接流道(7)和第四连接流道(8)，部分外侧定子线槽(3)内的相邻所述轴向流道(4)通过所述第二连接流道连通，部分位于第一端的同一绕组(13)所在的内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内的所述轴向流道(4)通过所述第三连接流道(7)连通，部分位于第二端的内侧定子线槽(2)和相邻绕组(13)所在的外侧定子线槽(3)内的所述轴向流道(4)通过所述第四连接流道(8)连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。

10.根据权利要求5所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述连接流道包括第一连接流道(6)、第二连接流道、第三连接流道(7)和第四连接流道(8)，部分内侧定子线槽(2)内的相邻所述轴向流道(4)通过所述第一连接流道(6)连通，部分外侧定子线槽(3)内的相邻所述轴向流道(4)通过所述第二连接流道连通，部分位于第一端的同一绕组(13)所在的内侧定子线槽(2)和外侧定子线槽(3)内的所述轴向流道(4)通过所述第三连接流道(7)连通，部分位于第二端的内侧定子线槽(2)和相邻绕组(13)所在的外侧定子线槽(3)内的所述轴向流道(4)通过所述第四连接流道(8)连通，形成内外依次串联的冷却流道组件。

11.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，所述轴向流道(4)在所述定子线槽内定位后填充绝缘介质(5)固定，位于所述定子线槽内的所述绕组(13)和所述轴向流道(4)被所述绝缘介质(5)完全包裹。

12.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，所述冷却流道组件还包括冷却进管(9)和冷却出管(10)，冷却介质经所述冷却进管(9)进入，并流经所有所述轴向流道(4)之后，从所述冷却出管(10)流出。

13.根据权利要求12所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述冷却进管(9)和所述冷却出管(10)直接和外部冷却介质供给设备相连，形成独立冷却流路。

14.根据权利要求12所述的电机定子冷却结构，其特征在于，所述冷却进管(9)和所述冷却出管(10)与电机内部冷却流道相连，形成整机循环冷却回路。

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。

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