CN113922568B - 一种高功率密度电机定子冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高功率密度电机定子冷却结构，包括液冷机壳和定子组件，液冷机壳的前端安装有机壳前端盖，液冷机壳的后端安装有机壳后端盖，液冷机壳的内部安装有定子组件，且定子组件上安装有定子隔板，其中定子隔板与液冷机壳配合安装有微通道铝均热板；其中微通道铝均热板为L型，且微通道铝均热板一端插接在内机壳中，另一端插接在定子隔板中；采用上述结构后，通过安装微通道铝均热板，能够很好的实现均温效果，将定子组件中的热量传导至液冷机壳中，加快定子组件的冷却，并且设置的微通道铝均热板导热速度快，能够进一步降低电机内部温度，提升电机的散热能力。

Description

一种高功率密度电机定子冷却结构
技术领域
本发明涉及电机冷却技术领域，具体涉及一种高功率密度电机定子冷却结构。
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，因此急需一种高功率密度电机定子冷却结构，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高功率密度电机定子冷却结构，通过安装定子隔板和微通道铝均热板，能够很好的实现均温效果，将定子组件中的热量传导至液冷机壳中，加快定子组件的冷却，并且设置的微通道铝均热板导热速度快，能够进一步降低电机内部温度，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：
一种高功率密度电机定子冷却结构，包括液冷机壳和定子组件，液冷机壳的前端安装有机壳前端盖，液冷机壳的后端安装有机壳后端盖，液冷机壳的内部安装有定子组件，且定子组件上安装有定子隔板，其中定子隔板与液冷机壳配合安装有微通道铝均热板；
其中微通道铝均热板为L型，且微通道铝均热板一端插接在内机壳中，另一端插接在定子隔板中。
作为本发明进一步的方案：液冷机壳包括外机壳和内机壳，其中内机壳的轴面开设有冷却槽。
作为本发明进一步的方案：冷却槽呈连续S型，冷却槽底部开设有多个安装口一，用于安装微通道铝均热板。
作为本发明进一步的方案：内机壳的内部安装有定子组件，定子组件与内机壳之间采用负公差安装。
作为本发明进一步的方案：定子组件包括两个定子铁心，两个定子铁心配合安装有绕组，绕组和两个定子铁心之间设置有灌封体。
作为本发明进一步的方案：两个定子铁心之间安装有定子隔板，且定子隔板与定子铁心同轴设置。
作为本发明进一步的方案：两个定子铁心的外侧端均安装有定子隔板，且两个定子隔板与定子铁心同轴设置。
作为本发明进一步的方案：两个定子铁心的外侧端和中部均安装有定子隔板，且三个定子隔板与定子铁心同轴设置。
作为本发明进一步的方案：定子隔板轴面上开设有多个安装口二，多个安装口二中均安装有微通道铝均热板。
本发明的有益效果：
1、本发明通过在液冷机壳的内部安装定子组件，定子组件上安装定子隔板，其中定子隔板与液冷机壳配合安装微通道铝均热板，通过安装定子隔板和微通道铝均热板，能够很好的实现均温效果，将定子组件中的热量传导至液冷机壳中，加快定子组件的冷却，并且设置的微通道铝均热板导热速度快，能够进一步降低电机内部温度，提升电机的散热能力。
2、本发明设置的微通道铝均热板为L型，且微通道铝均热板的弯曲方向与冷却液流动方向一致，能够降低冷却液水头损失，通过设置定子隔板配合微通道铝均热板，将定子铁心与内机壳连接，在热量扩散的过程中，热量从定子铁心传导至定子隔板，定子隔板传导至冷却液通道中的冷却液中，经过冷却液的循环流通，将热量传递出去，提升电机的散热能力，同时定子隔板配合微通道铝均热板降低了定子组件与内机壳之间的热阻，增加了定子组件与液冷机壳的对流换热面积，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，并且将定子隔板和微通道铝均热板设置在电机温度最高的定子铁心上，能够提升导热效率，快速的将绕组产生的热量传递出去，起到很好的电机内部降温效果。
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是本发明的实施例1中微通道铝均热板安装结构示意图；
图3是本发明的实施例2中微通道铝均热板安装结构示意图；
图4是本发明的实施例3中微通道铝均热板安装结构示意图；
图5是使用常规冷却结构的电机工作时其内部各部件温度示意图；
图6是使用本发明的电机工作时其内部各部件温度示意图；
图7是采用常规冷却结构时电机轴向截面温度分布情况示意图；
图8是采用本发明时电机轴向截面温度分布情况示意图；
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、机壳后端盖；3、机壳前端盖；4、定子组件；41、定子铁心；42、绕组；43、灌封体；5、定子隔板；6、微通道铝均热板；7、进水接头；8、冷却液通道；81、冷却槽；9、出水接头。
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1-2所示，一种高功率密度电机定子冷却结构，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3，液冷机壳1的后端安装有机壳后端盖2，在液冷机壳1的内部安装有定子组件4，且定子组件4上安装有定子隔板5，其中定子隔板5与液冷机壳1配合安装有微通道铝均热板6，通过安装微通道铝均热板6，能够很好的实现均温效果，将定子组件4中的热量传导至液冷机壳1中，加快定子组件4的冷却，并且设置的微通道铝均热板6导热速度快，能够进一步降低电机内部温度，提升电机的散热能力。
如图1-2所示，所述液冷机壳1包括外机壳11和内机壳12，其中外机壳11套接在内机壳12外部，且外机壳11和内机壳12采用摩擦焊接工艺安装，其中内机壳12的轴面开设有冷却槽81，所述冷却槽81呈连续S型，冷却槽81底部开设有多个安装口一，用于安装微通道铝均热板6，并且每段冷却槽81底部均开设有一个安装口一，冷却槽81与外机壳11的内壁配合构成冷却液通道8，且冷却液通道8中通入冷却液，进行流通带走电机内部热量，所述外机壳11后端平面上开设有进水口和出水口，其中进水口中固定安装有进水接头7，出水口中固定安装有出水接头9，并且进水口和出水口均与冷却液通道8相连通，通过从进水接头7中注入冷却液，环绕冷却液通道8之后，从出水接头9中流出，在环绕的过程中带走电机内部的热量，起到给电机散热的效果。
如图1所示，内机壳12的内部安装有定子组件4，其中定子组件4包括两个定子铁心41，两个定子铁心41配合安装有绕组42，在绕组42和两个定子铁心41之间设置有灌封体43，所述灌封体43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43能够减小绕组42与定子铁心41之间的热阻，增加绕组42与定子铁心41之间的导热效率，并且还能够加固绕组42，其中内机壳12是采用热装的方式套接在定子组件4的外部，并且定子组件4与内机壳12之间采用负公差安装，保证定子组件4安装的稳定性，避免发生转动，造成影响。
如图1-2所示，所述定子隔板5安装在两个定子铁心41之间，且定子隔板5与定子铁心41同轴设置，其中定子隔板5的内径要小于定子铁心41的内径，避免与转子发生刮蹭，造成损伤，所述定子隔板5与定子铁心41之间采用卡扣或者胶粘的方式进行固定连接，定子隔板5轴面上开设有多个安装口二，多个安装口二中均安装有微通道铝均热板6，且多个安装口二与多个安装口一位置相对应，其中的微通道铝均热板6另一端插接在安装口一中，即微通道铝均热板6一端插接在安装口一中，另一端插接在安装口二中，其中微通道铝均热板6是从内机壳12外端插入内机壳12和定子隔板5中，且多个微通道铝均热板6与对应位置的安装口一的连接处均通过焊接后者涂覆防水胶连接，避免产生冷却液泄露，所述微通道铝均热板6为L型，且微通道铝均热板6的弯曲方向与冷却液流动方向一致，能够降低冷却液水头损失，通过设置定子隔板5配合微通道铝均热板6，将定子铁心41与内机壳12连接，在热量扩散的过程中，热量从定子铁心41传导至定子隔板5，定子隔板5传导至冷却液通道8中的冷却液中，经过冷却液的循环流通，将热量传递出去，提升电机的散热能力，同时定子隔板5配合微通道铝均热板6降低了定子组件4与内机壳12之间的热阻，增加了定子组件4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，并且将定子隔板5和微通道铝均热板6设置在电机温度最高的定子铁心41上，能够提升导热效率，快速的将绕组42产生的热量传递出去，起到很好的电机内部降温效果。
实施例2
如图1和图3所示，两个定子铁心41的外侧端均安装有定子隔板5和微通道铝均热板6，且同一段冷却液通道8中的两个微通道铝均热板6的弯曲方向一致，通过设置两组定子隔板5和微通道铝均热板6，进一步的提高散热速率和散热效果；其它结构与实施例1相同。
实施例3
如图1和图4所示，两个定子铁心41的外侧端和中部均设置有定子隔板5和微通道铝均热板6，且同一段冷却液通道8中的三个微通道铝均热板6的弯曲方向一致，通过设置三组定子隔板5和微通道铝均热板6，最大程度的提高散热速率和散热效果；其它结构与实施例1相同。
如图5-8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的电机内部各部件温度和使用常规冷却结构的电机内部各部件温度，得到图5和图6的数据以及图7和图8的分布情况，由图5和图6数据对比以及图7和图8的分布情况对比可知，在同一工况下，采用本发明实施例3的结构，使得电机内部的稳态最高温度从144.4℃下降至132.4℃，其中电机内部稳态最高温度为绕组42最高温度，散热效果明显，并且随着电机功率密度的提升，本发明实施例3的温度降低效果越明显。
如图9所示，设置相同的绕组42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42最高温度为230℃时，本发明实施例3的电机功率密度为2.21W/kg，采用常规冷却结构的电机功率密度为2.343W/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6％。
本发明中单个微通道铝均热板6在冷却液通道8中的长度能够根据液冷机壳1的长度进行灵活调节。
本发明的工作原理：
在定子组件4上安装定子隔板5，在定子隔板5中设置微通道铝均热板6，并且微通道铝均热板6一端插接在内机壳12中，另一端插接在定子隔板5中，增加内机壳12与定子铁心41的对流换热面积同时，降低定子组件4与液冷机壳1之间的热阻，并且微通道铝均热板6具有极好的均温效果，导热速度很快，能够快速将定子铁心41中的热量导出至冷却液中。
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 (7)

1.一种高功率密度电机定子冷却结构，包括液冷机壳(1)和定子组件(4)，液冷机壳(1)的前端安装有机壳前端盖(3)，液冷机壳(1)的后端安装有机壳后端盖(2)，其特征在于，液冷机壳(1)的内部安装有定子组件(4)，且定子组件(4)上安装有定子隔板(5)，其中定子隔板(5)与液冷机壳(1)配合安装有微通道铝均热板(6)；
液冷机壳(1)包括外机壳(11)和内机壳(12)，其中内机壳(12)的轴面开设有冷却槽(81)，冷却槽(81)呈连续S型；
其中微通道铝均热板(6)呈L型，微通道铝均热板(6)的弯曲方向与冷却液流动方向一致，能够降低冷却液水头损失，且微通道铝均热板(6)一端插接在内机壳(12)中，另一端插接在定子隔板(5)中；
定子组件(4)包括两个定子铁心(41)，两个定子铁心(41)配合安装有绕组(42)，绕组(42)和两个定子铁心(41)之间设置有灌封体(43)；
定子隔板(5)与定子铁心(41)之间采用卡扣或者胶粘的方式进行固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种高功率密度电机定子冷却结构，其特征在于，冷却槽(81)底部开设有多个安装口一，用于安装微通道铝均热板(6)。
3.根据权利要求1所述的一种高功率密度电机定子冷却结构，其特征在于，内机壳(12)的内部安装有定子组件(4)，定子组件(4)与内机壳(12)之间采用负公差安装。
4.根据权利要求1所述的一种高功率密度电机定子冷却结构，其特征在于，两个定子铁心(41)之间安装有定子隔板(5)，且定子隔板(5)与定子铁心(41)同轴设置。
5.根据权利要求1所述的一种高功率密度电机定子冷却结构，其特征在于，两个定子铁心(41)的外侧端均安装有定子隔板(5)，且两个定子隔板(5)与定子铁心(41)同轴设置。
6.根据权利要求1所述的一种高功率密度电机定子冷却结构，其特征在于，两个定子铁心(41)的外侧端和中部均安装有定子隔板(5)，且三个定子隔板(5)与定子铁心(41)同轴设置。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种高功率密度电机定子冷却结构，其特征在于，定子隔板(5)轴面上开设有多个安装口二，多个安装口二中均安装有微通道铝均热板(6)。
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