CN113659763B - 一种模块化电机轴向定子冷却结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化电机轴向定子冷却结构,包括液冷机壳、定子组件,液冷机壳的前端安装有机壳前端盖,其后端安装有机壳后端盖,液冷机壳内部安装有定子组件,且定子组件上设置有模块化定子冷却组件;其中液冷机壳中设置有机壳冷却通道,模块化定子冷却组件中设置有轴向冷却液通道,机壳冷却通道与轴向冷却液通道相互连通;采用上述结构后,降低了定子组件与液冷机壳之间的热阻,同时增加了定子组件的外表面与液冷机壳之间的接触面积,使得定子组件产生的热量不聚集在定子组件内部,能够及时传导至液冷机壳的冷却液中,提升电机的散热能力。
Description
技术领域
本发明涉及电机冷却技术领域,具体涉及一种模块化电机轴向定子冷却结构。
背景技术
虽然永磁同步电机具有体积小、功率密度大的优势,已经在电动汽车、工业制造、航空航天等领域得到了广泛应用,但是随着电机体积逐渐小型化和功率密度逐渐提升,电机内部损耗导致的热量难以及时散出,不可避免的会出现绕组绝缘受损、永磁体退磁的风险。目前永磁同步电机的冷却方式主要有强迫风冷和液冷,由于液冷方式在效果和噪声方面远好于强迫风冷,在高功率密度电机中得到了广泛应用。
现有技术中一般将电机定子组件安装在液冷机壳中,在液冷机壳中开设不同形状的冷却液通道,机壳在对应位置开设冷却液进出口。电机工作时产生的大部分热量经过绕组、定子铁心、机壳,最终传导至冷却液中,并通过冷却液的流通带走电机的热量。但是常规的冷却结构存在以下问题:定子组件的外表面与液冷机壳之间的接触面积有限,导致定子组件产生的热量聚集在定子组件内部,难以及时传导至液冷机壳的冷却液中,很难进一步提升电机的散热能力,因此急需一种模块化电机轴向定子冷却结构,解决此问题。
发明内容
为了克服上述的技术问题,本发明的目的在于提供一种模块化电机轴向定子冷却结构,通过在定子组件上安装模块化定子冷却组件,降低了定子组件与液冷机壳之间的热阻,同时增加了定子组件的外表面与液冷机壳之间的接触面积,使得定子组件产生的热量不聚集在定子组件内部,能够及时传导至液冷机壳的冷却液中,提升电机的散热能力。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种模块化电机轴向定子冷却结构,包括液冷机壳、定子组件,液冷机壳的前端安装有机壳前端盖,其后端安装有机壳后端盖,液冷机壳内部安装有定子组件,且定子组件上设置有模块化定子冷却组件,用于增加定子组件与液冷机壳的对流换热面积;
其中液冷机壳中设置有机壳冷却通道,模块化定子冷却组件中设置有轴向冷却液通道,机壳冷却通道与轴向冷却液通道相互连通。
作为本发明进一步的方案:液冷机壳包括外机壳和内机壳,外机壳套接在内机壳外部,且内机壳的轴面上开设有内机壳冷却槽。
作为本发明进一步的方案:内机壳冷却槽与外机壳内壁配合构成机壳冷却通道。
作为本发明进一步的方案:内机壳内部安装有定子组件,其中定子组件包括两个定子铁心、绕组和灌封体。
作为本发明进一步的方案:两个定子铁心之间安装有模块化定子冷却组件。
作为本发明进一步的方案:两个定子铁心外侧端均安装有模块化定子冷却组件。
作为本发明进一步的方案:两个定子铁心外侧端和中部均安装有模块化定子冷却组件。
作为本发明进一步的方案:模块化定子冷却组件包括第一定子冷却板和第二定子冷却板,第一定子冷却板和第二定子冷却板上均开设有轴向冷却槽,两个轴向冷却槽配合构成轴向冷却液通道。
本发明的有益效果:
1、本发明通过在定子组件上安装模块化定子冷却组件,降低了定子组件与液冷机壳之间的热阻,同时增加了定子组件的外表面与液冷机壳之间的接触面积,使得定子组件产生的热量不聚集在定子组件内部,能够及时传导至液冷机壳的冷却液中,提升电机的散热能力。
2、本发明通过在模块化定子冷却组件中设置轴向冷却液通道,配合液冷机壳中的机壳冷却通道,使冷却液从机壳冷却通道中进入轴向冷却液通道,环绕轴向冷却液通道,再返回机壳冷却通道,实现冷却液在轴向冷却液通道和机壳冷却通道中的整体循环,带走定子组件产生的热量,进一步提升电机的散热能力和散热效率,并且提高了电机的功率密度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明整体结构爆炸示意图;
图2是图1中A区域放大结构示意图;
图3是本发明中轴向冷却槽结构示意图;
图4是本发明的实施例1中轴向冷却液通道与机壳冷却通道连接结构示意图;
图5是本发明的实施例2中轴向冷却液通道与机壳冷却通道连接结构示意图;
图6是本发明的实施例3中轴向冷却液通道与机壳冷却通道连接结构示意图;
图7是使用常规冷却结构的电机冷却效果图;
图8是使用本发明的电机冷却效果图;
图9是使用本发明与常规冷却结构的电机功率密度对比示意图。
图中:1、液冷机壳;11、外机壳;12、内机壳;2、机壳前端盖;3、进水通道;31、进水口;4、出水通道;41、出水口;5、机壳后端盖;6、机壳冷却通道;61、内机壳冷却槽;7、定子组件;71、定子铁心;72、绕组;73、灌封体;8、模块化定子冷却组件;81、第一定子冷却板;82、第二定子冷却板;9、轴向冷却液通道;91、轴向冷却槽。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-4所示,一种模块化电机轴向定子冷却结构,包括液冷机壳1,所述液冷机壳1的前端安装有机壳前端盖2,液冷机壳1的后端安装有机壳后端盖5,在液冷机壳1内部安装有定子组件7,所述定子组件7上设置有模块化定子冷却组件8,通过模块化定子冷却组件8和液冷机壳1的配合,能够快速的将定子组件7中的热量导出,加快定子组件7的冷却,进一步降低电机内部温度,提升电机的散热能力;
如图1-4所示,其中液冷机壳1包括外机壳11和内机壳12,所述外机壳11套接在内机壳12外部,并且外机壳11和内机壳12采用摩擦焊接工艺安装,所述内机壳12的轴面上开设有内机壳冷却槽61,其中内机壳冷却槽61与外机壳11内壁配合构成机壳冷却通道6,并且外机壳11底端设置有凸台,凸台轴面上开设有进水口31和出水口41,进水口31贯穿凸台形成进水通道3,出水口41贯穿凸台形成出水通道4,其中进水通道3和出水通道4均与机壳冷却通道6相连通,通过从进水口31通入冷却液,环绕机壳冷却通道6之后,从出水口41流出,在环绕的过程中带走电机内部的热量;
如图1所示,内机壳12内部安装有定子组件7,其中定子组件7包括两个定子铁心71,两个所述定子铁心71配合安装有绕组72,并且在绕组72和定子铁心71之间设置有灌封体73,所述灌封体73是采用导热性能良好的灌封材料或者是绝缘纸制成,灌封体73可以减小绕组72与定子铁心71之间的热阻,增加绕组72与定子铁心71之间的导热效率,并且还起到加固绕组72的作用,其中内机壳12是采用热装的方式套接在定子组件7外部,同时定子组件7与内机壳12之间采用负公差安装,保证定子组件7安装的稳定性;
如图1-4所示,模块化定子冷却组件8安装在两个定子铁心71之间,模块化定子冷却组件8与定子铁心71同轴设置,且模块化定子冷却组件8的内径小于定子铁心71的内径,避免与转子发生刮蹭,并且模块化定子冷却组件8与定子铁心71之间采用卡扣或者胶粘的方式进行固定连接,其中模块化定子冷却组件8包括第一定子冷却板81和第二定子冷却板82,第一定子冷却板81在靠近第二定子冷却板82的侧面开设有一个轴向冷却槽91,且第二定子冷却板82在靠近第一定子冷却板81的侧面开设有另一个轴向冷却槽91,两个轴向冷却槽91结构形状相同,且两个轴向冷却槽91配合形成轴向冷却液通道9,所述第一定子冷却板81和第二定子冷却板82采用防水胶固定粘接在一起,或者采用焊接工艺将第一定子冷却板81和第二定子冷却板82焊接在一起,并且模块化定子冷却组件8与内机壳12内壁之间涂覆防水胶,避免模块化定子冷却组件8与内机壳12内壁之间产生缝隙,导致冷却液渗漏,所述轴向冷却液通道9与机壳冷却通道6相连通,冷却液从机壳冷却通道6中进入轴向冷却液通道9,环绕轴向冷却液通道9,再返回机壳冷却通道6,实现冷却液在轴向冷却液通道9和机壳冷却通道6中的整体循环,带走定子组件7产生的热量,进一步提升电机的散热能力,并且设置的模块化定子冷却组件8将定子铁心71与内机壳12连接,在热量扩散过程中,能够降低定子组件7与液冷机壳1之间的热阻,同时增加了定子组件7与液冷机壳1的对流换热面积,进一步加快电机内部的热量扩散,提升电机的散热能力和功率密度,同时将模块化定子冷却组件8设置在电机温度最高的定子铁心71上,能够提升导热效率,快速的将定子铁心71上的热量导出至冷却液中,产生很好的降温效果。
实施例2
如图1和图5所示,两个定子铁心71的外侧端均设置有模块化定子冷却组件8,通过设置两组模块化定子冷却组件8,进一步的提升冷却速率和冷却效果;其它结构与实施例1相同。
实施例3
如图1和图6所示,两个定子铁心71的外侧端均设置有模块化定子冷却组件8,并且两个定子铁心71之间也设置有模块化定子冷却组件8,通过设置的三组模块化定子冷却组件8,更快的将定子铁心71上的热量传递出去,提升电机内部的热量扩散效率;其它结构与实施例1相同。
如图7-8所示,在同一工况下,采用常规方法检测使用本发明实施例3的电机内部零件温度和使用常规冷却结构的电机内部零件温度,得到图7和图8中的数据,从图7与图8的数据对比能够发现,在同一工况下,采用本发明实施例3的结构,使得电机内部稳态最高温度从144.4℃下降至85.9℃,其中电机内部稳态最高温度为绕组72最高温度,散热效果明显,通过两者瞬态温升也可以看出,本发明实施例3结构降温效果和功率密度提升效果最明显。
如图9所示,设置相同的绕组72和永磁体最高温度,采用常规方法检测本发明实施例3的电机功率密度和采用常规冷却结构的电机功率密度,得到图9中的数据,其中相同绕组72最高温度为230℃时,本发明实施例3的电机功率密度为2.68W/kg,采用常规冷却结构的电机功率密度为2.21W/kg,本发明实施例3和常规冷却结构相比电机功率密度提升了21%。
本发明的轴向冷却液通道9的截面长和宽可以依据具体电机尺寸进行放大或缩小。
本发明的工作原理:
在定子组件7上安装模块化定子冷却组件8,在模块化定子冷却组件8中设置轴向冷却液通道9,并且使轴向冷却液通道9与机壳冷却通道6连通,增加内机壳12与定子铁心71的对流换热面积同时,降低定子组件7与液冷机壳1之间的热阻,也增加了冷却液的冷却范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,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、以及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,“第一”、“第二”仅由于描述目的,且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;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连接,可以是两个元件内部的连通。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。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (3)
1.一种模块化电机轴向定子冷却结构,包括液冷机壳(1)、定子组件(7),液冷机壳(1)的前端安装有机壳前端盖(2),其后端安装有机壳后端盖(5),其特征在于,液冷机壳(1)内部安装有定子组件(7),且定子组件(7)上设置有模块化定子冷却组件(8),用于增加定子组件(7)与液冷机壳(1)的对流换热面积;
其中液冷机壳(1)中设置有机壳冷却通道(6),模块化定子冷却组件(8)中设置有轴向冷却液通道(9),机壳冷却通道(6)与轴向冷却液通道(9)相互连通;
液冷机壳(1)包括外机壳(11)和内机壳(12),外机壳(11)套接在内机壳(12)外部,且内机壳(12)的轴面上开设有内机壳冷却槽(61);
内机壳冷却槽(61)与外机壳(11)内壁配合构成机壳冷却通道(6);
内机壳(12)内部安装有定子组件(7),其中定子组件(7)包括两个定子铁心(71)、绕组(72)和灌封体(73);
两个定子铁心(71)之间安装有模块化定子冷却组件(8);
且模块化定子冷却组件(8)与定子铁心(71)之间采用卡扣或者胶粘的方式进行固定连接;
模块化定子冷却组件(8)将定子铁心(71)与内机壳(12)连接;
模块化定子冷却组件(8)包括第一定子冷却板(81)和第二定子冷却板(82),第一定子冷却板(81)和第二定子冷却板(82)上均开设有轴向冷却槽(91),两个轴向冷却槽(91)配合构成轴向冷却液通道(9)。
2.根据权利要求1所述的一种模块化电机轴向定子冷却结构,其特征在于,两个定子铁心(71)外侧端均安装有模块化定子冷却组件(8)。
3.根据权利要求2所述的一种模块化电机轴向定子冷却结构,其特征在于,两个定子铁心(71)外侧端和中部均安装有模块化定子冷却组件(8)。
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