CN115833486B - 一种基于热管冷却的槽内直冷发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热管冷却的槽内直冷发电机，包括承载机构，包括前端盖、壳体和后端盖，所述前端盖固定在壳体的一侧，所述后端盖组件固定在壳体的另一侧，冷却机构，所述冷却机构固定在后端盖上，导热机构，包括热管，数个所述热管沿着内定子铁芯圆周均匀安装，内腔机构，包括外转子组件、内定子组件和内定子支架，所述外转子组件位于壳体内侧且相互之间有间隙。根据定子齿槽的结构特点，合理设计了一种蒸发段为扁平状管壳的热管，绝热段和冷凝段为圆形的管壳，在冷却机构围成的空腔水道中泵入冷却水带走由导热机构传热到冷凝段的热量，将强迫水冷方式和热管传热进行结合，其冷却效果比现有技术都要更加显著。

Description

一种基于热管冷却的槽内直冷发电机

技术领域

本发明涉及发电机领域，尤其是一种基于热管冷却的槽内直冷发电机。

背景技术

热管技术从1963诞生至今，已经被广泛应用在宇航、军工、散热器制造等行业。热管充分利用了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，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。典型的热管由管壳、吸液芯和相变介质组成，将管内抽成1.3（10^-1～10^-4）Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。热管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的蒸发段受热时，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。如此循环不已，从而将大量的热量从加热段传到冷却段。现有技术中，将热管技术应用到电机冷却散热的案例主要分为基于热管的强迫风冷和基于热管的强迫水冷。基于热管的强迫风冷冷却效果不错，但是因风冷要求所导致的电机结构体积偏大，不利于小型化；同时，热管的布置位置并不理想，基本都是置于机壳或铁芯轭部上，并没有直接置于热量比较集中的铁芯槽内或槽中间将主要热源产生的热量直接带走，所以冷却效果不是太显著。基于热管的强迫水冷冷却效果更好，目前采用的是用热管将电机机壳和独立的水冷循环系统进行连接，其热管的位置也不在主要热源处而在机壳上，而且将强迫水冷系统和电机主体进行分离，这样的设置虽然冷却效果相比强迫风冷好，但是传导散热不是最直接和最有效的；同时将强迫水冷系统和电机主体分离不符合目前电机设计高度集成化、一体化的发展趋势，增加不必要的设计和安装空间。

因此，有必要提出一种基于热管冷却的槽内直冷发电机，用于直接冷却电机内部产生主要热源的定子槽内或者槽中间，从而达到解决电机最根本的冷却散热问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的技术问题是定子槽内的热量最为集中散热热阻最为恶劣，现有技术无法从根本上最直接的解决了定子部位大量热量堆积的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于热管冷却的槽内直冷发电机，包括，

承载机构，包括前端盖、壳体和后端盖，所述前端盖固定在壳体的一侧，所述后端盖组件固定在壳体的另一侧；以及，

冷却机构，所述冷却机构固定在后端盖上，包括水道压板、盖板、水嘴、密封柱、密封柱压环和水道挡板，所述水道压板与后端盖固定连接，所述盖板固定在水道压板远离后端盖的一端，所述密封柱、密封柱压环和水道挡板设置在后端盖与水道压板之间，所述水嘴固定在后端盖上；以及，

导热机构，包括热管，数个所述热管沿着内定子铁芯圆周均匀安装；以及，

内腔机构，包括外转子组件、内定子组件和内定子支架，所述外转子组件位于壳体内侧且相互之间有间隙，所述内定子组件同轴位于外转子组件内侧且相互之间有间隙，所述内定子组件固定连接到内定子支架的外侧，所述内定子支架固定连接到后端盖位于电机内腔中的圆柱壳体上。

作为本发明所述基于热管冷却的槽内直冷发电机的一种优选方案，其中：所述后端盖上远离内腔机构的一侧开设有环形水道，所述环形水道包括内环和外环，所述内环和外环之间沿着圆周方向均匀的开设有数个锥形孔。

作为本发明所述基于热管冷却的槽内直冷发电机的一种优选方案，其中：所述后端盖上还设置有进水口和出水口，所述进水口和出水口开设在外环的外侧。

作为本发明所述基于热管冷却的槽内直冷发电机的一种优选方案，其中：所述水道压板密封安装在内环和外环远离内腔机构的端面上，水道压板的D型空腔供绕组接线用；

所述盖板与D型空腔上远离环形水道的端面连接；

两个所述水嘴设置在外环外侧，分别与进水口、出水口的两个圆孔密封连接。

作为本发明所述基于热管冷却的槽内直冷发电机的一种优选方案，其中：所述密封柱为锥形且轴向方向开设有圆孔，所述密封柱的外侧紧贴在锥形孔的内壁上；

所述密封柱压环上开设有所述圆孔位置相对应的椭圆孔，所述椭圆孔沿着密封柱压环的圆周方向均布且椭圆孔的长度方向的中心线都相交于密封柱压环的中心，密封柱压环紧压密封柱固定连接到环形水道靠近内腔机构的一侧。

作为本发明所述基于热管冷却的槽内直冷发电机的一种优选方案，其中：所述水道挡板设置于环形水道内，与环形水道靠近内腔机构的一侧固定连接。

作为本发明所述基于热管冷却的槽内直冷发电机的一种优选方案，其中：所述外转子组件包括飞轮盘、外转子支架、外转子铁芯、外转子磁钢、磁钢压环和旋变件，所述飞轮盘的中心位置与外部发动机连接，所述飞轮盘与外转子支架的一端固定连接；

所述外转子铁芯设置在外转子支架内侧；

所述外转子磁钢设置在外转子铁芯内侧；

所述磁钢压环与外转子支架的另一端固定连接，且紧压外转子磁钢；

旋变件设置在飞轮盘中心位置的外凸短轴上。

作为本发明所述基于热管冷却的槽内直冷发电机的一种优选方案，其中：所述内定子组件包括内定子铁芯和线圈绕组，所述内定子铁芯固定在内定子支架上，所述线圈绕组缠绕在内定子铁芯上。

作为本发明所述基于热管冷却的槽内直冷发电机的一种优选方案，其中：所述热管包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述热管的一端为蒸发段，另一端为冷凝段，两段中间为绝热段；

所述蒸发段设置于内定子铁芯的齿槽对称中心面处，与齿槽内缠绕在相邻齿部的绕组紧密贴合。

作为本发明所述基于热管冷却的槽内直冷发电机的一种优选方案，其中：所述蒸发段为一段扁平的管体，所述蒸发段外侧的两个平行面关于齿槽的中心面对称设置，所述蒸发段的长度方向与内定子铁芯的轴向平行设置，所述蒸发段穿过内定子铁芯一侧的端部绕组到达另一侧的端部绕组，所述蒸发段位于相邻齿部绕组的中间面内且紧贴绕组；

所述冷凝段和绝热段为一段圆形的管体。

本发明的有益效果：

1.根据定子齿槽的结构特点，合理设计了一种蒸发段为扁平状管壳的热管，绝热段和冷凝段为圆形的管壳；

2. 根据导热机构在内定子组件上的位置，在后端盖上开设了环形水道，环形水道上设置有密封柱和密封柱压环。导热机构的冷凝段穿过密封柱设置于水道内部，密封压环紧压密封柱可以使得密封效果增强，避免漏水风险。冷却机构由水道压板、水嘴、密封柱、密封柱压环和水道挡板组成。在冷却机构围成的空腔水道中泵入冷却水带走由导热机构传热到冷凝段的热量，将强迫水冷方式和热管传热进行结合，其冷却效果比现有技术都要更加显著。

3. 现有技术中采用的热管冷却方式和强迫水冷方式，都没有从根本上解决电机散热冷却问题。本发明中采用的槽内直冷方案是将热管直接安插到热量最为集中散热热阻最为恶劣的定子槽内，依据定子槽的结构设计了一种贴合度好、空间利用率高、传导热量快速的热管结构，其传导效果显著；将后端盖开设循环水道和导热机构相结合，其冷却效果更好。故本发明的冷却系统设计较之以往的技术都有明显的散热冷却效果，从根本上解决了散热问题。

4. 采用后端盖开设循环水道比机壳开设循环水道节省了电机的径向尺寸，使得整体结构更加紧凑、匀称。铜管安插到定子槽内，在空间结构上并没有增加电机内腔的体积，使得内部空间得到充分利用。所以，发电机的水冷系统设计不仅充分利用了电机内部空间的合理布置，而且使得电机的整体直径减小、外观结构更加协调美观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明提供的一种实施例所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机中整体结构示意图；

图2为本发明提供的一种实施例所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机中整体结构剖视图；

图3为本发明提供的一种实施例所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机中冷却机构的结构示意图；

图4为本发明提供的一种实施例所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机中后端盖的结构示意图；

图5为本发明提供的一种实施例所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机中密封柱的结构示意图；

图6为本发明提供的一种实施例所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机中密封柱压环的结构示意图；

图7为本发明提供的一种实施例所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机中外转子组件的结构示意图；

图8为本发明提供的一种实施例所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机中内定子组件的结构示意图；

图9为本发明提供的一种实施例所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机中内定子铁芯的结构示意图；

图10为本发明提供的一种实施例所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机中热管的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1~10，本实施例提供了一种基于热管冷却的槽内直冷发电机，包括承载机构100，包括前端盖101、壳体102和后端盖103，前端盖101固定在壳体102的一侧，后端盖组件103固定在壳体102的另一侧，以及，

冷却机构200，冷却机构200固定在后端盖103上，包括水道压板201、盖板202、水嘴203、密封柱204、密封柱压环205和水道挡板206，水道压板201与后端盖103固定连接，盖板202固定在水道压板201远离后端盖103的一端，密封柱204、密封柱压环205和水道挡板206设置在后端盖103与水道压板201之间，水嘴203固定在后端盖103上，以及，

导热机构300，包括热管301，数个热管301沿着内定子铁芯402a圆周均匀安装，以及，

内腔机构400，包括外转子组件401、内定子组件和内定子支架403，外转子组件401位于壳体102内侧且相互之间有间隙，内定子组件同轴位于外转子组件401内侧且相互之间有间隙，内定子组件固定连接到内定子支架403的外侧，内定子支架403固定连接到后端盖103位于电机内腔中的圆柱壳体上。

具体的，后端盖103上远离内腔机构400的一侧开设有环形水道103a，环形水道103a包括内环103a-1和外环103a-2，内环103a-1和外环103a-2之间沿着圆周方向均匀的开设有数个锥形孔103d。后端盖103上还设置有进水口103b和出水口103c，进水口103b和出水口103c开设在外环103a-2的外侧。水道压板201密封安装在内环103a-1和外环103a-2远离内腔机构400的端面上，水道压板201的D型空腔供绕组接线用，盖板202与D型空腔上远离环形水道103a的端面连接，两个水嘴203设置在外环103a-2外侧，分别与进水口103b、出水口103c的两个圆孔密封连接。密封柱204为锥形且轴向方向开设有圆孔204a，密封柱204的外侧紧贴在锥形孔103d的内壁上，密封柱压环205上开设有与圆孔204a位置相对应的椭圆孔205a，椭圆孔205a沿着密封柱压环205的圆周方向均布且椭圆孔205a的长度方向的中心线都相交于密封柱压环205的中心，密封柱压环205紧压密封柱204固定连接到环形水道103a靠近内腔机构400的一侧。水道挡板206设置于环形水道103a内，与环形水道103a靠近内腔机构400的一侧固定连接。

较佳的，外转子组件401包括飞轮盘401a、外转子支架401b、外转子铁芯401c、外转子磁钢401d、磁钢压环401e和旋变件401f，飞轮盘401a的中心位置与外部发动机500连接，飞轮盘401a与外转子支架401b的一端固定连接，外转子铁芯401c设置在外转子支架401b内侧，外转子磁钢401d设置在外转子铁芯401c内侧，磁钢压环401e与外转子支架401b的另一端固定连接，且紧压外转子磁钢401d，旋变件401f设置在飞轮盘401a中心位置的外凸短轴上。内定子组件包括内定子铁芯402a和线圈绕组402b，内定子铁芯402a固定在内定子支架403上，线圈绕组402b缠绕在内定子铁芯402a上。热管301包括蒸发段301a、绝热段301b和冷凝段301c，热管301的一端为蒸发段301a，另一端为冷凝段301c，两段中间为绝热段301b，蒸发段301a设置于内定子铁芯402a的齿槽对称中心面处，与齿槽内缠绕在相邻齿部的绕组紧密贴合。蒸发段301a为一段扁平的管体，蒸发段301a外侧的两个平行面关于齿槽的中心面对称设置，蒸发段301a的长度方向与内定子铁芯402a的轴向平行设置，蒸发段301a穿过内定子铁芯402a一侧的端部绕组到达另一侧的端部绕组，蒸发段301a位于相邻齿部绕组的中间面内且紧贴绕组，冷凝段301c和绝热段301b为一段圆形的管体。

优选的，蒸发段301a位于齿槽中心面上，在中心面上可以放置数个热管301，热管301的个数根据齿槽的大小和热管301的大小来决定。蒸发段301a在齿槽内具体位置：相邻定子齿绕组的中间，穿过一侧的端部绕组到另一侧的端部绕组；蒸发段301a的具体吸热范围：齿槽底部至顶部；一侧端部绕组至另一侧端部绕组之间，位于相邻定子齿绕组的中间。蒸发段301a为扁平状的目的：一是增大与绕组的接触面积，充分吸热蒸发；二是增加与绕组的贴合度，便于与绕组紧密贴合；三是减少绕组之间的间距，增加空间利用率。

绝热段301b和冷凝段301c为圆形的目的：增加贴合度，有利于热管301与密封柱204之间的密封效果。导热机构300是由数个沿着定子铁芯的周向均布的热管组成。因为热量主要集中在定子部位：定子槽内或者槽中间以及端部绕组，所以导热机构300可以快速高效的将主要热源的热量从蒸发段带至冷凝段，从根本上最直接的解决了定子部位大量热量堆积的问题。

密封柱204与水道锥形孔103d、热管圆形冷凝段301c的相互作用，即密封柱压环205紧压密封柱204，锥形密封柱204外侧紧贴水道锥形孔103d，圆孔204a紧压热管圆形冷凝段301c，这样可以避免漏水风险。

实施例2

参照图1~10，本实施例提供了一种基于热管冷却的槽内直冷发电机，包括前端盖101、壳体102、后端盖103以及内腔机构400。前端盖101，前端盖101设置在壳体102的一侧；壳体102，壳体102设置在前端盖101和后端盖103之间；后端盖103，后端盖103上设置有冷却机构200；内腔机构400，内腔机构400包括外转子组件401、内定子组件和内定子支架403，内定子组件上设置有导热机构300；导热机构300的冷凝段301c设置在冷却机构200的内部，共同作用形成导热冷却系统。

进一步地，冷却机构200包括水道压板201、盖板202、水嘴203、密封柱204、密封柱压环205和水道挡板206。后端盖103上远离内腔机构400的一侧开设有环形水道103a，环形水道103a的内环103a-1和外环103a-2之间沿着周向方向均匀的开设有数个锥形孔103d，外环103a-2的外侧开设有两个圆孔：进水口103b和出水口103c；水道压板201密封安装在内环103a-1和外环103a-2远离内腔机构400的端面上，水道压板201的D型空腔供绕组接线用；盖板202与D型空腔上远离环形水道103a的端面连接；两个水嘴203设置在外环103a-2外侧，分别与进水口103b、出水口103c的两个圆孔密封连接；密封柱204的外形为锥形且轴向方向开设有两个圆孔204a（或者数个），密封柱204的外侧紧贴设置在锥形孔103d的内壁上；密封柱压环205上开设有与密封柱204的圆孔204a位置相对应的椭圆孔205a，椭圆孔205a沿着密封柱压环205的周向方向均布且椭圆孔205a长度方向的中心线都相交于密封柱压环205的中心，密封柱压环205紧压密封柱204可拆卸的固定连接到环形水道103a靠近内腔机构400的一侧；水道挡板206设置于环形水道103a内，固定连接到环形水道103a靠近内腔机构400的一侧，用于分隔水道内位于进水口103b和出水口103c之间的通道，形成循环水道。工作状态下，外部循环水在泵吸作用下从进水口103b泵入一定温度的冷却水，冷却水流经环形水道103a，最后从出水口103c泵出。

密封柱204与水道锥形孔103d、热管圆形冷凝段301c的相互作用，即密封柱压环205紧压密封柱204，锥形密封柱204外侧紧贴水道锥形孔103d，圆孔204a紧压热管圆形冷凝段301c，这样可以避免漏水风险。密封柱204上开设圆孔204a的数量是依据热管301的数量来定的。

后端盖103上设置有冷却机构200，冷却机构200包括水道压板201、水嘴203、密封柱204、密封柱压环205和水道挡板206。冷却机构200所形成的空腔通道用于工作时泵入循环水进行冷却散热。

进一步地，内腔机构400包括外转子组件401、内定子组件和内定子支架403。外转子组件401位于壳体102内侧且相互之间有间隙；内定子组件同轴位于外转子组件401内侧且相互之间有间隙；内定子组件固定连接到内定子支架403的外侧；内定子支架403固定连接到后端盖103位于电机内腔中的圆柱壳体上。

外转子组件401包括飞轮盘401a、外转子支架401b、外转子铁芯401c、外转子磁钢401d、磁钢压环401e和旋变件401f。飞轮盘401a的中心位置与外部发动机500连接，飞轮盘401a的外圈固定连接到外转子支架401b的一端；外转子支架401b内侧设置有外转子铁芯401c；外转子铁芯401c的内侧设置有外转子磁钢401d；磁钢压环401e固定到外转子支架401b的另一端且紧压外转子磁钢401d；旋变件401f设置在飞轮盘401a中心位置的外凸短轴上。

内定子组件包括内定子铁芯402a、线圈绕组402b和导热机构300配合。内定子铁芯402a固定到内定子支架403上，线圈绕组402b缠绕在内定子铁芯402a上，导热机构300的蒸发段301a设置于内定子铁芯402a的齿槽对称中心面处，与齿槽内缠绕在相邻齿部的绕组紧密贴合。

导热机构300包括数个沿着内定子铁芯周向均布的热管301，此热管301为自制热管，所用材料不限。热管301包括管壳、吸液芯和相变介质。吸液芯布满整个长度方向且紧贴管壳的管壁上，管壳中心位置为空腔，相变介质充满整个吸液芯。热管的一端为蒸发段301a（加热段），另一端为冷凝段301c（冷却段），两段中间为绝热段301b。当热管的蒸发段301a受热时，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301c，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301a。如此循环不已，从而将大量的热量高效地从加热段传到冷却段。本发明中采用的热管301的外形进行了特殊处理。蒸发段301a为一段扁平的管壳，管壳外侧的两个平行面关于齿槽的中心面对称设置，管壳的长度方向与内定子铁芯402a的轴向平行设置，管壳穿过内定子铁芯402a一侧的端部绕组到达另一侧的端部绕组，整个蒸发段301a位于相邻齿部绕组的中间面内且紧贴绕组；冷凝段301c和绝热段301b为一段圆形的管壳。每个齿槽可以并排放置两个（或者数个）热管301，热管301个数依据齿槽的大小和热管301的大小来决定。冷凝段301c穿过密封柱204上的孔安插到冷却机构200的水道中；绝热段301b置于端部绕组和密封柱之间，有助于蒸汽流通和冷凝液毛细作用。蒸发段301a为扁平状的目的：一是增大与绕组的接触面积，充分吸热蒸发；二是增加与绕组的贴合度，便于与绕组紧密贴合；三是减少绕组之间的间距，增加空间利用率。导热机构300的蒸发段301a贯穿整个槽内或者槽中间，其吸热范围：齿槽底部至顶部；一侧端部绕组至另一侧端部绕组之间，位于相邻定子齿绕组的中间。

进一步地，冷却系统包括导热机构300和冷却机构200。导热机构300的蒸发段301a吸收整个槽内或者槽中间直接产生的热量，相变介质蒸发形成蒸汽，蒸汽在气压的作用下从中心通道流向热管的冷凝段301c，冷却机构200中的循环水对冷凝段301c进行对流换热作用，使得蒸汽在冷凝段301c凝结成液体，液体在吸液芯毛细力的作用下流到蒸发段301a，如此循环不已。

实施例3

参照图1~10，本实施例提供了一种基于热管冷却的槽内直冷发电机，随着现代技术的快速发展和需求变化，永磁同步发电机的发展趋势将呈现高功率密度、高效率、高转矩密度等特点。高功率密度意味着体积更小、结构更紧凑，那么相同的热量要通过体积更小的结构进行散热将更加困难，那么发热量增加就必须解决冷却问题。

永磁同步发电机的发热是因电机运行过程的各种损耗所引起的。永磁同步发电机的损耗主要有：定子铜耗、定子和转子铁芯损耗、转子风阻损耗和轴承摩擦损耗、杂散损耗。定子铜耗为定子绕组电阻产生的损耗，定子铜耗约占总损耗的65%；电机的铁耗主要集中在定子侧，定子侧铁耗约占总铁耗的95%以上，大量的损耗存在于定子部分。所以，永磁同步发电机的定子部分是电机发热最严重的部位。为了保证电机长时间高效稳定的运行，必须将电机温度控制在一个合理的范围内。常用的冷却方式主要有自然冷却、强制风冷和强制水冷，其中，强制水冷的冷却效果最佳。强制水冷一般将循环水通入电机机壳的水道中，通过对流换热的方式带走电机产生的部分热量，从而实现电机冷却的效果。因为电机的定子绕组、铁芯与机壳、端盖都不直接接触，其周围有气隙存在，而空气的传热系数很低，热阻很大，散热困难，而从导热相对容易的定子支架传热到机壳或者端盖，但材料之间的导热系数有限，最终会形成机壳温度不高而电机内部，尤其定子侧的温度很高的现象，所以单纯的强制水冷并没有从主要热源处进行直接冷却而是间接冷却，传导散热能力有限，电机内部容易产生热量堆积。采用常规的冷却方式，定子侧的槽内或者槽中间导体散热热阻最大，易形成局部高温。随着电机要求的提高，冷却问题凸显出来。现在常用的漆包线一般温度限制在180℃以下，永磁体退磁温度在80℃到180℃之间，不同品种永磁体规定值不同。这就决定了只能通过更高效的散热来满足电机的高要求。

热管技术从1963诞生至今，已经被广泛应用在宇航、军工、散热器制造等行业。热管充分利用了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，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。典型的热管由管壳、吸液芯和相变介质组成，将管内抽成1.3（10^-1～10^-4）Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。热管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的蒸发段受热时，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。如此循环不已，从而将大量的热量从加热段传到冷却段。现有技术中，将热管技术应用到电机冷却散热的案例主要分为基于热管的强迫风冷和基于热管的强迫水冷。基于热管的强迫风冷冷却效果不错，但是因风冷要求所导致的电机结构体积偏大，不利于小型化；同时，热管的布置位置并不理想，基本都是置于机壳或铁芯轭部上，并没有直接置于热量比较集中的铁芯槽内或槽中间将主要热源产生的热量直接带走，所以冷却效果不是太显著。基于热管的强迫水冷冷却效果更好，目前采用的是用热管将电机机壳和独立的水冷循环系统进行连接，其热管的位置也不在主要热源处而在机壳上，而且将强迫水冷系统和电机主体进行分离，这样的设置虽然冷却效果相比强迫风冷好，但是传导散热不是最直接和最有效的；同时将强迫水冷系统和电机主体分离不符合目前电机设计高度集成化、一体化的发展趋势，增加不必要的设计和安装空间。

因此，有必要提出一种基于热管冷却的槽内直冷发电机，用于直接冷却电机内部产生主要热源的定子槽内或者槽中间，从而达到解决电机最根本的冷却散热问题。

工作原理：外部发动机500旋转带动外转子组件401旋转，外转子组件401的永磁体产生的磁场不断切割内定子组件的线圈绕组402b，从而产生电动势，电动势在线圈绕组402b闭合状态下形成回路电流。发电机发电过程中，绕组因电阻而产生热量从而形成铜损耗，铁芯因涡流而产生热量从而形成铁芯损耗，故热量一般主要集中在内定子铁芯的齿槽内或者槽中间以及端部绕组位置。导热组件的蒸发段301a贯穿于整个槽内且位于两侧端部绕组之间，所以可以最大限度的保证传导热量的范围，在热管301作用下源源不断的将主要热源的热量传递到冷凝段301c。冷却机构200 在泵吸作用下从进水口泵入一定温度的冷却水，然后冷却水流经循环水道内周向方向均布设置的冷凝段301c进行对流换热作用，从而带走热量，最后从出水口103c泵出带有热量的水，带至外部进行冷却，冷却后的水又从进水口103b泵入。如此循环不已。因为冷却系统冷却的部位是发热最为严重的内定子部位，所以降温效果最为明显，也最为直接。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的（例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值（例如，温度、压力等）、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等）。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征（即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征）。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于热管冷却的槽内直冷发电机，其特征在于：包括，

承载机构（100），包括前端盖（101）、壳体（102）和后端盖（103），所述前端盖（101）固定在壳体（102）的一侧，所述后端盖（103）固定在壳体（102）的另一侧；

所述后端盖（103）上远离内腔机构（400）的一侧开设有环形水道（103a），所述环形水道（103a）包括内环（103a-1）和外环（103a-2），所述内环（103a-1）和外环（103a-2）之间沿着圆周方向均匀的开设有数个锥形孔（103d）；以及，

冷却机构（200），所述冷却机构（200）固定在后端盖（103）上，包括水道压板（201）、盖板（202）、水嘴（203）、密封柱（204）、密封柱压环（205）和水道挡板（206），所述水道压板（201）与后端盖（103）固定连接，所述盖板（202）固定在水道压板（201）远离后端盖（103）的一端，所述密封柱（204）、密封柱压环（205）和水道挡板（206）设置在后端盖（103）与水道压板（201）之间，所述水嘴（203）固定在后端盖（103）上；

所述水道压板（201）密封安装在内环（103a-1）和外环（103a-2）远离内腔机构（400）的端面上，水道压板（201）的D型空腔供绕组接线用；

所述盖板（202）与D型空腔上远离环形水道（103a）的端面连接；

两个所述水嘴（203）设置在外环（103a-2）外侧，分别与进水口（103b）、出水口（103c）连接；

所述密封柱（204）为锥形且轴向方向开设有圆孔（204a），所述密封柱（204）的外侧紧贴在锥形孔（103d）的内壁上；

所述密封柱压环（205）上开设有与所述圆孔（204a）位置相对应的椭圆孔（205a），所述椭圆孔（205a）沿着密封柱压环（205）的圆周方向均布且椭圆孔（205a）的长度方向的中心线都相交于密封柱压环（205）的中心，密封柱压环（205）紧压密封柱（204）固定连接到环形水道（103a）靠近内腔机构（400）的一侧；

所述水道挡板（206）设置于环形水道（103a）内，与环形水道（103a）靠近内腔机构（400）的一侧固定连接；以及，

导热机构（300），包括热管（301），数个所述热管（301）沿着内定子铁芯（402a）圆周均匀安装；

所述热管（301）包括蒸发段（301a）、绝热段（301b）和冷凝段（301c），所述热管（301）的一端为蒸发段（301a），另一端为冷凝段（301c），两段中间为绝热段（301b）；

所述蒸发段（301a）设置于内定子铁芯（402a）的齿槽对称中心面处，与齿槽内缠绕在相邻齿部的绕组紧密贴合；

所述蒸发段（301a）为一段扁平的管体，所述蒸发段（301a）外侧的两个平行面关于齿槽的中心面对称设置，所述蒸发段（301a）的长度方向与内定子铁芯（402a）的轴向平行设置，所述蒸发段（301a）穿过内定子铁芯（402a）一侧的端部绕组到达另一侧的端部绕组，所述蒸发段（301a）位于相邻齿部绕组的中间面内且紧贴绕组；

所述冷凝段（301c）和绝热段（301b）为一段圆形的管体；以及，

内腔机构（400），包括外转子组件（401）、内定子组件（402）和内定子支架（403），所述外转子组件（401）位于壳体（102）内侧且相互之间有间隙，所述内定子组件（402）同轴位于外转子组件（401）内侧且相互之间有间隙，所述内定子组件（402）固定连接到内定子支架（403）的外侧，所述内定子支架（403）固定连接到后端盖（103）位于电机内腔中的圆柱形的壳体上；

所述内定子组件（402）包括内定子铁芯（402a）和线圈绕组（402b），所述内定子铁芯（402a）固定在内定子支架（403）上，所述线圈绕组（402b）缠绕在内定子铁芯（402a）上。

2.根据权利要求1所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机，其特征在于：所述后端盖（103）上还设置有进水口（103b）和出水口（103c），所述进水口（103b）和出水口（103c）开设在外环（103a-2）的外侧。

3.根据权利要求1或2所述的基于热管冷却的槽内直冷发电机，其特征在于：所述外转子组件（401）包括飞轮盘（401a）、外转子支架（401b）、外转子铁芯（401c）、外转子磁钢（401d）、磁钢压环（401e）和旋变件（401f），所述飞轮盘（401a）的中心位置与外部发动机（500）连接，所述飞轮盘（401a）与外转子支架（401b）的一端固定连接；

所述外转子铁芯（401c）设置在外转子支架（401b）内侧；

所述外转子磁钢（401d）设置在外转子铁芯（401c）内侧；

所述磁钢压环（401e）与外转子支架（401b）的另一端固定连接，且紧压外转子磁钢（401d）；

所述旋变件（401f）设置在飞轮盘（401a）中心位置的外凸短轴上。

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