CN115276279B - 电机定子槽内绕组冷却结构及冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机冷却技术领域，尤其涉及一种电机定子槽内绕组冷却结构及冷却系统，旨在解决电机运行过程中散热性能差，无法有效降低线圈绕组温度的问题。本发明提供的电机定子槽内绕组冷却结构包括定子铁芯、绝缘组件、绕组组件和绝缘套筒；定子铁芯的内壁设置有凹槽；绝缘套筒插装于定子铁芯，形成沿定子铁芯的轴线方向延伸的通孔；绕组组件包括线圈绕组，线圈绕组放置于通孔中；绝缘组件包括绝缘件，绝缘件设置为螺旋结构，且绝缘件包裹于线圈绕组的外表面，以使线圈绕组与通孔的内壁之间形成沿定子铁芯的轴线方向延伸的流动通道；冷却介质配置为沿流动通道流动。本发明提供的电机定子槽内绕组冷却结构能够有效降低线圈绕组温度。

Description

电机定子槽内绕组冷却结构及冷却系统

技术领域

本发明涉及电机冷却技术领域，尤其涉及一种电机定子槽内绕组冷却结构及冷却系统。

背景技术

电机冷却一直以来是电机领域的重要研究方向，在研发高转矩密度、高功率密度等电机的过程中，冷却问题始终是制约电机研究发展的一个重要因素，电机的冷却直接影响着电机的性能及使用寿命，因此，提高电机运行过程中的散热性能对高性能电机的研究具有重要意义。

针对电机的冷却问题，现阶段的主要研究方向为：在采用新型高效的散热方式的基础上，对电机的冷却结构进行优化，从而达到提升散热性能的目的。目前，在对电机的结构优化方面，采用电机机壳加装散热流道或增大散热筋面积的方法能够加快电机外表的散热速率，但位置处于内侧的线圈绕组产生的热量需要先传递给铁芯，再传导至机壳，难以直接发散出，仍然存在线圈绕组处温度过高，温度分布不均匀等问题。在定子铁芯的轴向或径向设置散热结构的方式，可以在一定程度上提高电机的散热性能，但对于槽内绕组的热量仍然需要通过铁心散出，对槽内绕组温升控制的作用有限。

再者，在定子槽内设置金属管，以提供冷却介质在槽内的轴向流动通道，可以有效降低槽内绕组的温升，但金属管占据了较大的结构空间，使电机的槽利用率下降，另外金属管的结构变形使得冷却通道的性能难以保证，其次金属管也对槽内线圈的绝缘带来风险，因此槽内设置金属管的冷却方式很少采用。另外在槽内设置热管，采用将槽内绕组的热量高效导出的方式，但槽内热管布置及二次冷却都存在一定的实施难度。因此，目前电机运行过程中存在散热性能差，无法有效降低线圈绕组温度的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机定子槽内绕组冷却结构及冷却系统，以解决电机运行过程中存在散热性能差，无法有效降低线圈绕组温度的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

第一方面，本发明提供的电机定子槽内绕组冷却结构，包括：定子铁芯、绝缘组件、绕组组件和绝缘套筒；

所述定子铁芯的内壁设置有沿所述定子铁芯的轴线方向延伸的凹槽，所述凹槽的开口指向所述定子铁芯的轴线；

所述绝缘套筒插装于所述定子铁芯，并将所述凹槽的开口封闭，形成沿所述定子铁芯的轴线方向延伸的通孔；

所述绕组组件包括线圈绕组，所述线圈绕组放置于所述通孔中；

所述绝缘组件包括绝缘件，所述绝缘件设置为螺旋结构，且所述绝缘件包裹于所述线圈绕组的外表面，以使所述线圈绕组与所述通孔的内壁之间形成沿所述定子铁芯的轴线方向延伸的流动通道；

冷却介质配置为沿所述流动通道流动。

在可选的实施方式中，

所述流动通道为所述线圈绕组未被所述绝缘件包裹的外表面与所述凹槽的内壁围设而成；

所述流动通道为螺旋形。

在可选的实施方式中，

所述绝缘件的两端设置有开口，所述线圈绕组的两端均伸出所述绝缘件。

在可选的实施方式中，

所述流动通道的两端分别设置有流入口和流出口；

所述冷却介质由所述流入口进入所述流动通道，流经所述流动通道后，从所述流出口流出。

在可选的实施方式中，

所述流入口设置于所述定子铁芯的一端，所述绝缘件与所述凹槽的内壁之间的间隙形成所述流入口。

在可选的实施方式中，

所述流出口设置于所述定子铁芯的另一端面，所述绝缘件与所述凹槽的内壁之间的间隙形成所述流出口。

在可选的实施方式中，

所述电机定子槽内绕组冷却结构还包括电机机壳；

所述电机机壳上设置有冷却介质入口和冷却介质出口；

所述冷却介质入口与所述流入口连通；

所述冷却介质出口与所述流出口连通。

在可选的实施方式中，

所述绝缘件的外表面与所述定子铁芯的槽壁紧密贴合。

在可选的实施方式中，

所述绝缘件采用电工绝缘材料。

第二方面，本发明提供的冷却系统，包括所述的电机定子槽内绕组冷却结构。

综合上述技术方案，本发明所能实现的技术效果在于：

本发明提供的电机定子槽内绕组冷却结构，包括：定子铁芯、绝缘组件、绕组组件和绝缘套筒；定子铁芯的内壁设置有沿定子铁芯的轴线方向延伸的凹槽，凹槽的开口指向定子铁芯的轴线；绝缘套筒插装于定子铁芯，并将凹槽的开口封闭，形成沿定子铁芯的轴线方向延伸的通孔；绕组组件包括线圈绕组，线圈绕放置于通孔中；绝缘组件包括绝缘件，绝缘件设置为螺旋结构，且绝缘件包裹于线圈绕组的外表面，以使线圈绕组与通孔的内壁之间形成沿定子铁芯的轴线方向延伸的流动通道；冷却介质配置为沿流动通道流动。

定子铁芯开设有开口指向自身轴线的凹槽，绝缘套筒插装在定子铁芯中，同时将凹槽的开口封闭，进而形成沿定子铁芯轴线方向延伸的通孔，绝缘件缠绕在线圈绕组上，线圈绕组可插装在通孔中，在线圈绕组和通孔的内壁之间形成了轴向的流动通道，介质沿流动通道轴向流动，并与线圈绕组进行热量交换，实现对线圈绕组冷却的目的，解决了电机运行过程中的散热性能差，无法有效降低线圈绕组温度的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的绝缘件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的绝缘件和线圈绕组的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的图2的俯视图；

图4为本发明实施例提供的图2的左视图；

图5为本发明实施例提供的冷却介质沿线圈绕组的外表面流动方向示意图；

图6为本发明实施例提供的线圈绕组与绝缘件处在定子铁芯中的端面示意图；

图7为绝缘组件和绕组组件处在电机整体中所在位置的结构示意图；

图8为电机整体结构剖面示意图。

图标：100-定子铁芯；200-绝缘组件；210-绝缘件；300-绕组组件；310-线圈绕组；400-绝缘套筒；500-转子；600-电机机壳。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

针对电机的冷却问题，现阶段的主要研究方向为：在采用新型高效的散热方式的基础上，对电机的冷却结构进行优化，从而达到提升散热性能的目的，但是，目前电机运行过程中仍存在散热性能差，无法有效降低线圈绕组温度的问题。

有鉴于此，本发明提供了一种电机定子槽内绕组冷却结构，包括：定子铁芯100、绝缘组件200、绕组组件300和绝缘套筒400；定子铁芯100的内壁设置有沿定子铁芯100的轴线方向延伸的凹槽，凹槽的开口指向定子铁芯100的轴线；绝缘套筒400插装于定子铁芯100，并将凹槽的开口封闭，形成沿定子铁芯100的轴线方向延伸的通孔；绕组组件300包括线圈绕组310，线圈绕组310放置于通孔中；绝缘组件200包括绝缘件210，绝缘件210设置为螺旋结构，且绝缘件210包裹于线圈绕组310的外表面，以使线圈绕组310与通孔的内壁之间形成沿定子铁芯100的轴线方向延伸的流动通道；冷却介质配置为沿流动通道流动。

定子铁芯100开设有开口指向自身轴线的凹槽，绝缘套筒400插装在定子铁芯100中，同时将凹槽的开口封闭，进而形成沿定子铁芯100轴线方向延伸的通孔，绝缘件210缠绕在线圈绕组310上，线圈绕组310可插装在通孔中，在线圈绕组310和通孔的内壁之间形成了轴向的流动通道，介质沿流动通道轴向流动，并与线圈绕组310进行热量交换，实现对线圈绕组310冷却的目的，解决了电机运行过程中的散热性能差，无法有效降低线圈绕组温度的问题。

以下结合图1至图8对本实施例提供的电机定子槽内绕组冷却结构的结构和形状进行详细说明。

本实施例中，轴向为沿定子铁芯100中心轴的方向。

关于定子铁芯100的形状和结构，详细而言：

定子铁芯100为电机的重要部件，起固定线圈绕组310和构成磁通回路的作用。一般采用硅钢片冲压而成，空间上呈圆柱形状。定子铁芯100的内壁设置有沿定子铁芯100的轴线方向延伸的凹槽，凹槽的开口指向定子铁芯100的轴线。

为了使凹槽的开口封闭，本实施例还设置有绝缘套筒400。

绝缘套筒400插装于定子铁芯100，并将凹槽的开口封闭，形成沿定子铁芯100的轴线方向延伸的通孔。具体而言，绝缘套筒400结构上呈圆筒形状，插装于定子铁芯100中，其外表面与电机定子铁芯100内表面紧密贴合，与电机端盖、电机机壳600共同形成密封空间，隔绝转子部分，使冷却介质得以在定子部分密封空间内流动。

关于绕组组件300和绝缘组件200的形状和结构，详细而言：

绕组组件300包括多个线圈绕组310，线圈绕组310放置于通孔中，具体而言，线圈绕组310可以采取多种方式放置于通孔中，可以选择插装于通孔中。线圈绕组310为放置于定子铁芯100槽内的导电体，起传导电流的作用。

绝缘组件200包括多个绝缘件210，如图1、图2、图3和图4所示，绝缘件210置为螺旋结构，绝缘件210的两端设置有开口，且绝缘件210包裹于线圈绕组310的外表面，使线圈绕组310由传统的全包裹形式变为局部包裹形式，线圈绕组310的两端均伸出绝缘件210。具体而言，绝缘件210在空间上呈螺旋状，具有一定厚度，采用绝缘材料制成，之所以采用电工绝缘材料，是因其电阻率高，用以隔离不同电位的导电体。

进一步地，绝缘件210的外表面与定子铁芯100的槽壁紧密贴合，同时，绝缘件210缠绕于线圈绕组310表面且与表面紧密贴合，绝缘件210在位置上处在定子铁芯100的槽壁与线圈绕组310之间，主要充当绝缘作用。

更进一步地，在完整电机结构中，通常存在众多绝缘件210与线圈绕组310共同构成完整的绝缘组件200和完整的绕组组件300，放置于定子铁心的槽中。

进一步地，线圈绕组310与通孔的内壁之间形成沿定子铁芯100的轴线方向延伸的流动通道。由于绝缘件210缠绕在线圈绕组310上，线圈绕组310外表面包裹绝缘件210之处则与定子铁芯100槽壁紧密贴合，未包裹绝缘件210之处则与定子铁芯100槽壁形成有间隙，间隙沿轴向连通，贯穿于定子铁芯100的两个端面，形成了槽内轴向的流动通道。

更进一步地，流动通道为螺旋形，线圈绕组310未被绝缘件210包裹的外表面与凹槽的内壁围设形成了流动通道，冷却介质能够沿流动通道流动。具体而言，流动通道为绝缘件210在定子铁芯100的槽壁与线圈绕组310之间形成的间隙，并沿轴向形成了螺旋状的流道，通过调节绝缘组件200的厚度和间隔宽度，实现对螺旋式轴向流动通道的高度和宽度的调节。冷却介质一般为可流动的液体，能够与直接接触的高温物体发生对流换热，吸收热量，且与导电体接触时具备良好的绝缘性能。

为了使冷却介质能够流入流动通道和流出流动通道，流动通道的两端分别设置有流入口和流出口。冷却介质由流入口进入流动通道，流经流动通道后，从流出口流出。

具体而言，流入口设置于定子铁芯100的一端，绝缘件210与凹槽的内壁之间的间隙形成流入口；流出口设置于定子铁芯100的另一端面，绝缘件210与凹槽的内壁之间的间隙形成流出口。也就是说，线圈绕组310两端都存在未被绝缘件210覆盖的部分，因而能够形成冷却介质的流入口与流出口。

进一步地，如图7所示，定子铁芯100的内部同轴设置有转子500，定子铁芯100外还设置有电机机壳600，电机机壳600上设置有冷却介质入口和冷却介质出口；冷却介质入口与流入口连通，冷却介质出口与流出口连通。

本实施例提供的电机定子槽内绕组冷却结构的工作过程如下：

本实施例的可选方案中，较为优选的，如图5所示，绝缘件210在定子铁芯100槽壁与线圈绕组310之间形成间隙，并沿轴向形成螺旋状的流动通道，电机散热的冷却介质通过冷却介质入口流进流入口，流经冷却通道后，经过流出口从冷却介质出口最终流出，流动方向如图5中箭头标注所示。冷却介质流通于流动通道时与外表面未被绝缘件210包裹的线圈绕组310以及定子铁芯100槽壁接触，发生对流换热，将其热量带出。此热量为电机运行产生的铁芯损耗与线圈绕组310损耗。

具体而言，如图8所示，在电机内部，由电机机壳600与绝缘套筒400及两侧端盖共同构成密封空间，冷却介质由冷却介质入口注入密封空间内，经定子铁芯100一端的流入口流入，在流动通道中流动，并从另外一端的流出口流出，流动方向如图8中箭头标注，最终高温冷却介质由冷却介质出口流出至电机外部。图8中标注了冷却介质入口、冷却介质出口、流入口和流出口。

本实施例用以解决高功率密度电机运行过程中定子绕组发热严重的问题。通过冷却介质沿流动通道轴向流动，并与线圈绕组进行热量交换，实现对线圈绕组冷却的目的。螺旋式轴向流动通道的高度和宽度通过螺旋绝缘材料的厚度和间隔宽度调节，既保证绝缘结构的机械强度和绝缘性能，又可以确保对槽内线圈绕组的冷却性能，提高了电机运行过程中的散热性能，有效降低了线圈绕组温度。

由于本实施例提供的冷却系统的技术效果与上述实施例提供的电机定子槽内绕组冷却结构的技术效果相同，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电机定子槽内绕组冷却结构，其特征在于，包括：定子铁芯(100)、绝缘组件(200)、绕组组件(300)和绝缘套筒(400)；

所述定子铁芯(100)的内壁设置有沿所述定子铁芯(100)的轴线方向延伸的凹槽，所述凹槽的开口指向所述定子铁芯(100)的轴线；

所述绝缘套筒(400)插装于所述定子铁芯(100)，并将所述凹槽的开口封闭，形成沿所述定子铁芯(100)的轴线方向延伸的通孔；

所述绕组组件(300)包括线圈绕组(310)，所述线圈绕组(310)放置于所述通孔中；

所述绝缘组件(200)包括绝缘件(210)，所述绝缘件(210)设置为螺旋结构，且所述绝缘件(210)包裹于所述线圈绕组(310)的外表面，以使所述线圈绕组(310)与所述通孔的内壁之间形成沿所述定子铁芯(100)的轴线方向延伸的流动通道；

冷却介质配置为沿所述流动通道流动；

所述流动通道为所述线圈绕组(310)未被所述绝缘件(210)包裹的外表面与所述凹槽的内壁围设而成；

所述流动通道为螺旋形。

2.根据权利要求1所述的电机定子槽内绕组冷却结构，其特征在于，

所述绝缘件(210)的两端设置有开口，所述线圈绕组(310)的两端均伸出所述绝缘件(210)。

3.根据权利要求2所述的电机定子槽内绕组冷却结构，其特征在于，

所述流动通道的两端分别设置有流入口和流出口；

所述冷却介质由所述流入口进入所述流动通道，流经所述流动通道后，从所述流出口流出。

4.根据权利要求3所述的电机定子槽内绕组冷却结构，其特征在于，

所述流入口设置于所述定子铁芯(100)的一端，所述绝缘件(210)与所述凹槽的内壁之间的间隙形成所述流入口。

5.根据权利要求4所述的电机定子槽内绕组冷却结构，其特征在于，

所述流出口设置于所述定子铁芯(100)的另一端面，所述绝缘件(210)与所述凹槽的内壁之间的间隙形成所述流出口。

6.根据权利要求5所述的电机定子槽内绕组冷却结构，其特征在于，还包括电机机壳(600)；

所述电机机壳(600)上设置有冷却介质入口和冷却介质出口；

所述冷却介质入口与所述流入口连通；

所述冷却介质出口与所述流出口连通。

7.根据权利要求1所述的电机定子槽内绕组冷却结构，其特征在于，

所述绝缘件(210)的外表面与所述定子铁芯(100)的槽壁紧密贴合。

8.根据权利要求1所述的电机定子槽内绕组冷却结构，其特征在于，

所述绝缘件(210)采用电工绝缘材料。

9.一种冷却系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电机定子槽内绕组冷却结构。