CN116191707A - 一种油冷散热结构 - Google Patents

一种油冷散热结构 Download PDF

Info

Publication number
CN116191707A
CN116191707A CN202211650199.3A CN202211650199A CN116191707A CN 116191707 A CN116191707 A CN 116191707A CN 202211650199 A CN202211650199 A CN 202211650199A CN 116191707 A CN116191707 A CN 116191707A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cooling
oil
motor
stator
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211650199.3A
Other languages
English (en)
Inventor
李国辉
帅志斌
李勇
盖江涛
赵欣哲
李耀恒
贺帅
郑阳俊
薛亚茹
张颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China North Vehicle Research Institute
Original Assignee
China North Vehicle Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China North Vehicle Research Institute filed Critical China North Vehicle Research Institute
Priority to CN202211650199.3A priority Critical patent/CN116191707A/zh
Publication of CN116191707A publication Critical patent/CN116191707A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/38—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation around winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/10—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with arrangements for protection from ingress, e.g. water or fingers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

本发明属于高功率密度旋转电机冷却技术领域，具体涉及一种油冷散热结构，所述油冷散热结构包括：开放式端环结构、端板结构、冷却管路；所述油冷散热结构利用开放式端环和电机外壳及端盖形成端部环状空间，通过密封环及机械尺寸保证端部环状空间密封效果，避免出现冷却油泄露。利用端部环状空间和中间冷却管路结构，确保定子绕组和定子铁芯完全浸泡在冷却油中，利用冷却油直接冷却定子铁芯和绕组，减少中间导热环节，大幅提升了散热效果。另外可调节冷却液流量与热负载匹配，热量越多，冷却流量越大，热量越小，冷却油流量越小。

Description

一种油冷散热结构
技术领域
本发明属于高功率密度旋转电机冷却技术领域，具体涉及一种油冷散热结构，特别是涉及高功率密度开口槽旋转电机定子油冷系统及转子风冷系统，对提高高功率密度旋转电机的散热效率，降低电机内部温升具有较优的效果。
背景技术
目前，旋转电机在交通、运输、国防等领域得到越来越广泛的应用，随着负载端对旋转电机功率等级和空间体积的需求越来越高，旋转电机的功率密度不断提升，热流密度不断增大，高功率密度旋转电机的散热需求不断增加。电机运行于负载工况时，电机运行产生的损耗主要包括定子铁耗、绕组铜耗、机械损耗和杂散损耗。定子绕组中的铜耗为电机损耗的主要来源，且由于槽内主绝缘热阻较大，因此定子绕组发热严重，运行温升最高。
现有高功率密度旋转电机冷却方式主要有风冷、水冷及油冷等方式。功率密度较低的电机大多采用风冷散热方式；高功率密度旋转电机热流密度大，设计热负荷大，多采用水冷和油冷散热方式。针对油冷散热方式，主要包括直接油冷和间接油冷，直接油冷是通过冷却油与绕组和铁芯直接接触进行散热，直接油冷又包括浸油冷却和喷油冷却。间接油冷是通过流动油与热源的热交换，将电机内部的热量带走，间接油冷的油路多位于定子铁芯或电机转轴中，无法直接冷却热源，绕组中的热量需要经过槽内主绝缘、定子铁芯才能传递至冷却油中，传递路径长，热阻增大，导致散热效率低。基于现有油冷散热方式，优化油路设计，有效提升油冷的散热效果，降低旋转电机绕组部分的运行温升。
旋转电机主要包括定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、电机外壳、端盖及转轴等部件。定子铁芯上开有定子槽，定子绕组位于定子槽内。定子铁芯槽型主要有开口槽和闭口槽，开口槽的槽口为开放形状，定子铁芯内圆表面无法形成完整光滑的圆柱内表面；闭口槽的槽口为闭合状态，定子铁芯内圆表面形成完整光滑的圆柱内表面。由于绝缘需求，定子槽中装有槽内主绝缘，槽内主绝缘热阻较大，绝缘材料为热的不良导体，不利于槽内热量向外流动。电机定子内径和转子外径之间存在气隙，气隙空间极小。电机运行时，转子处于高速旋转状态，气隙空间内空气流动状态为湍流，且由于槽开口的影响，空气在槽开口处形成局部湍流，使得气隙内空气流动状态更加复杂多变，造成电机转子风摩损耗增加。电机定子铁芯安装于电机外壳上，电机两侧端盖和电机外壳形成电机内部密闭空间。
旋转电机对功率密度要求越来越高，油冷电机成为目前的研究热点。油冷绝缘性能好。且冷却油的凝点比水低，低温下不易凝结，沸点比水高，高温下不易沸腾。
发明专利CN112821604A提供一种油冷扁线电机散热结构及电机，散热结构靠近定子绕组的一侧设有喷油口，喷油口至少有两组，多组喷油口沿着定子绕组的轴向设置；在多组喷油口中，至少一组喷油口与定子绕组的端部位置相对应，至少一组喷油口与定子绕组的靠近定子铁芯的端部的位置相对应，使得冷却介质喷淋至定子绕组的端部和靠近定子铁芯的端部的位置处，使得冷却介质沿着从定子绕组的端部至定子铁芯的方向和从定子绕组靠近定子铁芯端部的位置向定子绕组端部的方向流动，并流经定子绕组内层。该发明是在定子绕组的形状和冷却介质的重力的影响下，冷却介质从随机流淌到定向流淌，增大冷却介质与定子绕组的接触面积，提高电机的散热性能。
通过喷油口将冷却油喷淋至定子绕组处，无法准确冷却油流量，无法准确控制散热效果，无法做到冷却油流量与热量匹配。另外，由于喷淋口的角度相对固定，无法保证冷却油喷淋到温度最高处，无法确保最优冷却效果。
发明专利CN112769294A提供一种油冷扁线电机散热结构及电机，包括槽楔，槽楔插接于定子铁芯的槽的槽口，槽楔包括槽楔本体和扰流部，扰流部设于槽楔本体的一侧面上；扰流部的数量为多个，多个扰流部均设于槽楔本体的同一侧面，且多个扰流部沿着槽楔本体的长度方向设置，冷却介质喷射于槽楔本体上并沿着槽楔本体表面流动，流动的冷却介质被扰流部分割成多个流层，并在扰流部后面形成小面积涡流以使得冷却介质保持湍流状态流动。本发明的有益效果是增加扰流部，对在槽内的两个线圈之间流动的冷却介质进行扰流，冷却介质流经扰流部后，在扰流部后出现小面积涡流，槽内冷却介质流淌变为湍流状态，提高冷却介质与线圈间的对流换热能力，提高电机散热性能。
当槽楔内部流体流速较高时，流体流动状态为湍流，流动状态紊乱，对槽内绕组造成冲击，由于湍流存在，造成实际流量大于需求流量，造成冷却油流量浪费。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何为解决高功率密度开口槽旋转电机定子油冷散热和转子风冷散热问题而提出一种冷却结构，要求不仅能提升定子油冷散热效果，降低电机绕组温升，且能改善定子和转子之间气隙内的空气流动状态，降低转子表面温升。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种油冷散热结构，所述油冷散热结构所适用的电机的定子铁芯2为圆柱形结构，定子铁芯2上均匀分布有多个定子槽1，定子槽型为开口槽，开口槽型使得定子铁芯内圆表面为非完整光滑的圆柱表面；
部分绕组位于定子槽1内，部分绕组裸露于定子铁芯2两端外；裸露于定子铁芯2两端的绕组为端部绕组3，定子槽1内设有主绝缘材料4，最内部为槽内绕组5，槽内绕组5和主绝缘材料4均位于定子槽1内部；
所述油冷散热结构包括：开放式端环结构6、端板结构7、冷却管路8；
其中，所述开放式端环结构6设置为圆筒体，其外表面上设有两个相互平行的沿径向朝外侧延伸而出的环状的所述端板结构7；所述两个端板结构7相互平行，且为在圆筒体外表面上，沿径向朝外侧延伸而出的环状结构；
所述冷却管路8为中空结构，冷却管路8的数量和定子槽1的数量保持一致，冷却管路8的管路形状和定子槽1的开口槽形状一致，在两个端板结构7之间，多个冷却管路8通过两个端板结构7连接到一起，形成环形的完整结构；
在所述开放式端环结构6内部，设有内表面螺旋状凸起9，凸起沿内表面轴向螺旋缠绕；在轴向上，所述开放式端环结构6的内径分为三部分；其中两个端板结构7之间部分为中间部分，其内径定义为R2；处于中间部分两侧的两部分定义为两端部分，所述两端部分的内径相同，定义为R1；设置为：R1小于R2；由此使得开放式端环结构6两端部分的筒厚大于中间部分的筒厚；
所述开放式端环结构6、端板结构7和电机端盖10及机壳11形成环状密闭空间12，电机的端部绕组3完全处于环状密闭空间12中，电机两侧的环状密闭空间12通过中间的冷却管路8形成联通空间，电机的槽内绕组5位于冷却管路8中，端部绕组3位于环状密闭空间12中，因此电机绕组完全处在环状密闭空间12中；
所述电机端盖10上设有进油口14，用于连接进油管路，所述电机端盖10上还设有出油口15，用于连接出油管路；其中，进油口14位于电机上部，出油口15位于电机下部，便于冷却油流动。
其中，所述两个端板结构7采用绝缘材料制成，两个端板结构7既可作为电机的定子铁芯2两侧的绝缘板，同时也可起到连接作用，用于连接多个冷却管路8。
其中，所述冷却管路8采用绝缘材料制作而成，管路厚度和电机槽内主绝缘材料4的厚度保持一致，可用作定子槽1内的绝缘部件。
其中，所述冷却管路8的结构设置为保证电机定子铁芯2的定子槽1被填满。
其中，所述油冷散热结构安装完成后覆盖在定子铁芯2内表面，所述油冷散热结构的内圆柱面设有所述内表面螺旋状凸起9，与转子外表面共同形成螺旋风道；
电机气隙空间较小，开放式端环结构6两端部分的最小内径设置为小于中部两个端板结构7之间位于电机气隙中部分的最小内经，由此确保筒状的油冷散热结构安装完成后不与转子干涉。
其中，两侧的开放式端环结构6起到承接冷却油的作用，两侧开放式端环结构厚度大，确保其强度足够，端部的环状密闭空间12充满冷却油后可安全运行；同时所述油冷散热结构可将电机定子空间和转子空间完全隔绝，互不影响。
其中，电机运行时，冷却油从进油口14流入两侧环状密闭空间12，冷却油充满环状密闭空间12和中间的冷却管路8，最后从机壳底部出油口15流出；电机的槽内绕组5和端部绕组3完全浸泡在冷却油中，通过冷却油的流动换热带走绕组产生的热量，冷却油直接冷却热源，减小了中间导热环节，降低了热阻，大幅提升散热效果。
其中，随着电机损耗的变化，可调节冷却油的流量，电机负载增大，绕组电流增大，绕组部分发热严重，增大冷却油流量，可有效降低定子绕组的温升，电机负载降低时，减小冷却油的流量，既可以保证冷却效果，同时又可以节约冷却油的用量，从而做到冷却油流量与热负载匹配。
其中，当电机运行于负载工况时，电机转子高速旋转，转子表面空气流动状态紊乱，不利于转子表面散热，同时由于定子铁芯2的定子槽1开口的影响，槽开口处形成空气局部湍流，进一步增大转子表面风摩损耗；
所述油冷散热结构覆盖在定子铁芯2内表面，定子槽1开口被覆盖，油冷散热结构内表面形成螺旋式的风，当电机转子高速旋转时，电机一侧端部流入气隙的空气，沿着气隙螺旋管路通道，流向另一侧，螺旋通道起到引流的作用，确保空气流动的单向性，改善气隙内部空气流动状态。空气从气隙流出后，可与端环实现热量交换，将热量传递给端环的冷却油。
其中，当电机转速较低时，电机转子与螺旋管道的相对速度小，空气轴向流速慢，气隙内空气与转子表面摩擦力小；当电机转速增加时，电机转子与螺旋管道的相对速度增大，空气轴向流速变大，转子表面损耗增加；空气流速与转子风摩损耗可自动匹配，达到冷却转子表面的目的。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明的冷却结构安装完成后，利用开放式端环和电机外壳及端盖形成端部环状空间，通过密封环及机械尺寸保证端部环状空间密封效果，避免出现冷却油泄露。利用端部环状空间和中间冷却管路结构，确保定子绕组和定子铁芯完全浸泡在冷却油中，利用冷却油直接冷却定子铁芯和绕组，减少中间导热环节，大幅提升了散热效果。另外可调节冷却液流量与热负载匹配，热量越多，冷却流量越大，热量越小，冷却油流量越小。
中间冷却管路采用绝缘材料制作而成，冷却管路既充当冷却油流通管路的作用，同时又作为槽内绕组主绝缘，具有多种作用。中间冷却管路形状与定子铁芯槽型匹配，形状不仅有方形，还包括其他定子铁芯槽型的形状等。中间冷却管路的数量与定子槽数量保持一致，从而确保对所有槽内绕组都可进行冷却。中间冷却管路形状与槽型保持一致，确保安装可行性。中间冷却管路通过端板连接在一起，端板采用绝缘材料制成，端板既充当连接作用，同时作为电机定子铁芯的端板。
中间冷却管路安装完成后将定子铁芯槽开口填充满，同时内表面形成完整光滑圆柱面，避免转子高速旋转带来的空气湍流，中间冷却管路在定子铁芯内表面形成光滑圆柱面并有螺旋通路，为气隙内部空气流动提供了方向，提升了散热效果，有利于降低转子表面温升，同时气隙内部的空气轴向流动速度也做到了与转子转速匹配，有利于转子表面散热。
附图说明
图1a及图1b为定子铁芯结构图。
图2为定子开口槽示意图。
图3a及图3b为定子装配图。
图4为散热结构示意图。
图5为冷却管路局部图。
图6为冷却结构筒状结构图。
图7为电机总装结构截面图。
图8为冷却管路与定子装配示意图。
图9为冷却管路与定子装配示意图。
图10为装配体界截面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
针对高功率密度旋转电机的散热需求，基于定子油冷和转子风冷散热，本发明提出一种油冷散热结构，其将电机绕组浸泡在油路中，有效提升散热效果，同时优化气隙内部空气流动状态，降低转子表面温升。
为解决上述技术问题，本发明提供一种油冷散热结构，所述油冷散热结构所适用的电机的定子铁芯2为圆柱形结构，定子铁芯2上均匀分布有多个定子槽1，定子槽型为开口槽，开口槽型使得定子铁芯内圆表面为非完整光滑的圆柱表面；
部分绕组位于定子槽1内，部分绕组裸露于定子铁芯2两端外；裸露于定子铁芯2两端的绕组为端部绕组3，定子槽1内设有主绝缘材料4，最内部为槽内绕组5，槽内绕组5和主绝缘材料4均位于定子槽1内部；
所述油冷散热结构包括：开放式端环结构6、端板结构7、冷却管路8；
其中，所述开放式端环结构6设置为圆筒体，其外表面上设有两个相互平行的沿径向朝外侧延伸而出的环状的所述端板结构7；所述两个端板结构7相互平行，且为在圆筒体外表面上，沿径向朝外侧延伸而出的环状结构；
所述冷却管路8为中空结构，冷却管路8的数量和定子槽1的数量保持一致，冷却管路8的管路形状和定子槽1的开口槽形状一致，在两个端板结构7之间，多个冷却管路8通过两个端板结构7连接到一起，形成环形的完整结构；
在所述开放式端环结构6内部，设有内表面螺旋状凸起9，凸起沿内表面轴向螺旋缠绕；在轴向上，所述开放式端环结构6的内径分为三部分；其中两个端板结构7之间部分为中间部分，其内径定义为R2；处于中间部分两侧的两部分定义为两端部分，所述两端部分的内径相同，定义为R1；设置为：R1小于R2；由此使得开放式端环结构6两端部分的筒厚大于中间部分的筒厚；
所述开放式端环结构6、端板结构7和电机端盖10及机壳11形成环状密闭空间12，电机的端部绕组3完全处于环状密闭空间12中，电机两侧的环状密闭空间12通过中间的冷却管路8形成联通空间，电机的槽内绕组5位于冷却管路8中，端部绕组3位于环状密闭空间12中，因此电机绕组完全处在环状密闭空间12中；
所述电机端盖10上设有进油口14，用于连接进油管路，所述电机端盖10上还设有出油口15，用于连接出油管路；其中，进油口14位于电机上部，出油口15位于电机下部，便于冷却油流动。
其中，所述两个端板结构7采用绝缘材料制成，两个端板结构7既可作为电机的定子铁芯2两侧的绝缘板，同时也可起到连接作用，用于连接多个冷却管路8。
其中，所述冷却管路8采用绝缘材料制作而成，管路厚度和电机槽内主绝缘材料4的厚度保持一致，可用作定子槽1内的绝缘部件。
其中，所述冷却管路8的结构设置为保证电机定子铁芯2的定子槽1被填满。
其中，所述油冷散热结构安装完成后覆盖在定子铁芯2内表面，所述油冷散热结构的内圆柱面设有所述内表面螺旋状凸起9，与转子外表面共同形成螺旋风道；
电机气隙空间较小，开放式端环结构6两端部分的最小内径设置为小于中部两个端板结构7之间位于电机气隙中部分的最小内经，由此确保筒状的油冷散热结构安装完成后不与转子干涉。
其中，两侧的开放式端环结构6起到承接冷却油的作用，两侧开放式端环结构厚度大，确保其强度足够，端部的环状密闭空间12充满冷却油后可安全运行；同时所述油冷散热结构可将电机定子空间和转子空间完全隔绝，互不影响。
其中，电机运行时，冷却油从进油口14流入两侧环状密闭空间12，冷却油充满环状密闭空间12和中间的冷却管路8，最后从机壳底部出油口15流出；电机的槽内绕组5和端部绕组3完全浸泡在冷却油中，通过冷却油的流动换热带走绕组产生的热量，冷却油直接冷却热源，减小了中间导热环节，降低了热阻，大幅提升散热效果。
其中，随着电机损耗的变化，可调节冷却油的流量，电机负载增大，绕组电流增大，绕组部分发热严重，增大冷却油流量，可有效降低定子绕组的温升，电机负载降低时，减小冷却油的流量，既可以保证冷却效果，同时又可以节约冷却油的用量，从而做到冷却油流量与热负载匹配。
其中，当电机运行于负载工况时，电机转子高速旋转，转子表面空气流动状态紊乱，不利于转子表面散热，同时由于定子铁芯2的定子槽1开口的影响，槽开口处形成空气局部湍流，进一步增大转子表面风摩损耗；
所述油冷散热结构覆盖在定子铁芯2内表面，定子槽1开口被覆盖，油冷散热结构内表面形成螺旋式的风，当电机转子高速旋转时，电机一侧端部流入气隙的空气，沿着气隙螺旋管路通道，流向另一侧，螺旋通道起到引流的作用，确保空气流动的单向性，改善气隙内部空气流动状态。空气从气隙流出后，可与端环实现热量交换，将热量传递给端环的冷却油。
其中，当电机转速较低时，电机转子与螺旋管道的相对速度小，空气轴向流速慢，气隙内空气与转子表面摩擦力小；当电机转速增加时，电机转子与螺旋管道的相对速度增大，空气轴向流速变大，转子表面损耗增加；空气流速与转子风摩损耗可自动匹配，达到冷却转子表面的目的。
实施例1
本实施例提供一种油冷散热结构，所述油冷散热结构所适用的电机的定子铁芯2为圆柱形结构，轴向视图如图1b所示，定子铁芯2上均匀分布有多个定子槽1，定子槽型为开口槽，开口槽型使得定子铁芯内圆表面为非完整光滑的圆柱表面；图2为定子槽放大图。定子装配结构如图3a及图3b所示，包括定子铁芯2和绕组，部分绕组位于定子槽1内，部分绕组裸露于定子铁芯两端外，裸露于定子铁芯2两端的绕组为端部绕组3，定子槽1内有主绝缘材料4，最内部为槽内绕组5，槽内绕组5和主绝缘材料4均位于定子槽1内部；
如图4所示，所述油冷散热结构包括：开放式端环结构6、端板结构7、冷却管路8；
其中，所述开放式端环结构6设置为圆筒体，其外表面上设有两个相互平行的沿径向延伸而出的所述端板结构7；所述两个端板结构7采用绝缘材料制成，两个端板结构7既可作为电机的定子铁芯2两侧的绝缘板，同时也可起到连接作用，用于连接多个冷却管路8；
所述冷却管路8为中空结构，冷却管路8的数量和定子槽1的数量保持一致，冷却管路8的管路形状和定子槽1的开口槽形状一致，多个冷却管路8通过两个端板结构7连接到一起，形成环形的完整结构，冷却管路8局部放大图如图5所示。所述冷却管路8采用绝缘材料制作而成，管路厚度和电机槽内主绝缘材料4的厚度保持一致，可用作定子槽1内的绝缘部件；
在所述开放式端环结构6内部，设有内表面螺旋状凸起9，凸起沿内表面轴向螺旋缠绕；冷却结构截面如图6所示，轴向上，开放式端环结构两端部分的内径设置为小于两个端板结构7之间部分的内径，即R1小于R2。
所述油冷散热结构安装完成后，总装结构如图7所示。
所述开放式端环结构6、端板结构7和电机端盖10及机壳11形成环状密闭空间12，电机的端部绕组3完全处于环状密闭空间12中，电机两侧的环状密闭空间12通过中间的冷却管路8形成联通空间，电机的槽内绕组5位于冷却管路8中，端部绕组3位于环状密闭空间12中，因此电机绕组完全处在环状密闭空间12中；
所述冷却管路8的结构设置为保证电机定子铁芯2的定子槽1被填满，如图8所示的13；如图9所示，电机端盖10上设有进油口14，用于连接进油管路，还设有出油口15，用于连接出油管路，进油口14位于电机上部，出油口15位于电机下部，便于冷却油流动；
所述油冷散热结构安装完成后覆盖在定子铁芯2内表面，所述油冷散热结构的内圆柱面设有内表面螺旋状凸起9，与转子外表面共同形成螺旋风道；电机气隙空间较小，开放式端环结构6两侧部分的最小内径小于中部两个端板结构7之间位于电机气隙中部分的最小内经，即图6中的R1小于R2，由此确保筒状的油冷散热结构安装完成后不与转子干涉；
两侧的开放式端环结构6起到承接冷却油的作用，两侧开放式端环结构厚度大，确保其强度足够，端部的环状密闭空间12充满冷却油后可安全运行；同时所述油冷散热结构可将电机定子空间和转子空间完全隔绝，互不影响；
电机运行时，冷却油从进油口14流入两侧环状密闭空间12，冷却油充满环状密闭空间12和中间管路8，最后从机壳底部出油口15流出；定子的槽内绕组5和端部绕组3完全浸泡在冷却油中，通过冷却油的流动换热带走绕组产生的热量，冷却油直接冷却热源，减小了中间导热环节，降低了热阻，大幅提升散热效果；
随着电机损耗的变化，可调节冷却油的流量，电机负载增大，绕组电流增大，绕组部分发热严重，增大冷却油流量，可有效降低定子绕组的温升，电机负载降低时，减小冷却油的流量，既可以保证冷却效果，同时又可以节约冷却油的用量，从而做到冷却油流量与热负载匹配。
当电机运行于负载工况时，电机转子高速旋转，转子表面空气流动状态紊乱，不利于转子表面散热，同时由于定子铁芯2的定子槽1开口的影响，槽开口处形成空气局部湍流，进一步增大转子表面风摩损耗；
所述油冷散热结构覆盖在定子铁芯2内表面，定子槽1开口被覆盖，油冷散热结构内表面形成螺旋式的风，当电机转子高速旋转时，电机一侧端部流入气隙的空气，沿着气隙螺旋管路通道，流向另一侧，螺旋通道起到引流的作用，确保空气流动的单向性，改善气隙内部空气流动状态。空气从气隙流出后，可与端环实现热量交换，将热量传递给端环的冷却油。
当电机转速较低时，电机转子与螺旋管道的相对速度小，空气轴向流速慢，气隙内空气与转子表面摩擦力小；当电机转速增加时，电机转子与螺旋管道的相对速度增大，空气轴向流速变大，转子表面损耗增加；空气流速与转子风摩损耗可自动匹配，达到冷却转子表面的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油冷散热结构，其特征在于，所述油冷散热结构所适用的电机的定子铁芯(2)为圆柱形结构，定子铁芯(2)上均匀分布有多个定子槽(1)，定子槽型为开口槽，开口槽型使得定子铁芯内圆表面为非完整光滑的圆柱表面；
部分绕组位于定子槽(1)内，部分绕组裸露于定子铁芯(2)两端外；裸露于定子铁芯(2)两端的绕组为端部绕组(3)，定子槽(1)内设有主绝缘材料(4)，最内部为槽内绕组(5)，槽内绕组(5)和主绝缘材料(4)均位于定子槽(1)内部；
所述油冷散热结构包括：开放式端环结构(6)、端板结构(7)、冷却管路(8)；
其中，所述开放式端环结构(6)设置为圆筒体，其外表面上设有两个相互平行的沿径向朝外侧延伸而出的环状的所述端板结构(7)；所述两个端板结构(7)相互平行，且为在圆筒体外表面上，沿径向朝外侧延伸而出的环状结构；
所述冷却管路(8)为中空结构，冷却管路(8)的数量和定子槽(1)的数量保持一致，冷却管路(8)的管路形状和定子槽(1)的开口槽形状一致，在两个端板结构(7)之间，多个冷却管路(8)通过两个端板结构(7)连接到一起，形成环形的完整结构；
在所述开放式端环结构(6)内部，设有内表面螺旋状凸起(9)，凸起沿内表面轴向螺旋缠绕；在轴向上，所述开放式端环结构(6)的内径分为三部分；其中两个端板结构(7)之间部分为中间部分，其内径定义为R2；处于中间部分两侧的两部分定义为两端部分，所述两端部分的内径相同，定义为R1；设置为：R1小于R2；由此使得开放式端环结构(6)两端部分的筒厚大于中间部分的筒厚；
所述开放式端环结构(6)、端板结构(7)和电机端盖(10)及机壳(11)形成环状密闭空间(12)，电机的端部绕组(3)完全处于环状密闭空间(12)中，电机两侧的环状密闭空间(12)通过中间的冷却管路(8)形成联通空间，电机的槽内绕组(5)位于冷却管路(8)中，端部绕组(3)位于环状密闭空间(12)中，因此电机绕组完全处在环状密闭空间(12)中；
所述电机端盖(10)上设有进油口(14)，用于连接进油管路，所述电机端盖(10)上还设有出油口(15)，用于连接出油管路；其中，进油口(14)位于电机上部，出油口(15)位于电机下部，便于冷却油流动。
2.如权利要求1所述的油冷散热结构，其特征在于，所述两个端板结构(7)采用绝缘材料制成，两个端板结构(7)既可作为电机的定子铁芯(2)两侧的绝缘板，同时也可起到连接作用，用于连接多个冷却管路(8)。
3.如权利要求1所述的油冷散热结构，其特征在于，所述冷却管路(8)采用绝缘材料制作而成，管路厚度和电机槽内主绝缘材料(4)的厚度保持一致，可用作定子槽(1)内的绝缘部件。
4.如权利要求1所述的油冷散热结构，其特征在于，所述冷却管路(8)的结构设置为保证电机定子铁芯(2)的定子槽(1)被填满。
5.如权利要求1所述的油冷散热结构，其特征在于，所述油冷散热结构安装完成后覆盖在定子铁芯(2)内表面，所述油冷散热结构的内圆柱面设有所述内表面螺旋状凸起(9)，与转子外表面共同形成螺旋风道；
电机气隙空间较小，开放式端环结构(6)两端部分的最小内径设置为小于中部两个端板结构(7)之间位于电机气隙中部分的最小内经，由此确保筒状的油冷散热结构安装完成后不与转子干涉。
6.如权利要求5所述的油冷散热结构，其特征在于，两侧的开放式端环结构(6)起到承接冷却油的作用，两侧开放式端环结构厚度大，确保其强度足够，端部的环状密闭空间(12)充满冷却油后可安全运行；同时所述油冷散热结构可将电机定子空间和转子空间完全隔绝，互不影响。
7.如权利要求6所述的油冷散热结构，其特征在于，电机运行时，冷却油从进油口(14)流入两侧环状密闭空间(12)，冷却油充满环状密闭空间(12)和中间的冷却管路(8)，最后从机壳底部出油口(15)流出；电机的槽内绕组(5)和端部绕组(3)完全浸泡在冷却油中，通过冷却油的流动换热带走绕组产生的热量，冷却油直接冷却热源，减小了中间导热环节，降低了热阻，大幅提升散热效果。
8.如权利要求7所述的油冷散热结构，其特征在于，随着电机损耗的变化，可调节冷却油的流量，电机负载增大，绕组电流增大，绕组部分发热严重，增大冷却油流量，可有效降低定子绕组的温升，电机负载降低时，减小冷却油的流量，既可以保证冷却效果，同时又可以节约冷却油的用量，从而做到冷却油流量与热负载匹配。
9.如权利要求8所述的油冷散热结构，其特征在于，当电机运行于负载工况时，电机转子高速旋转，转子表面空气流动状态紊乱，不利于转子表面散热，同时由于定子铁芯(2)的定子槽(1)开口的影响，槽开口处形成空气局部湍流，进一步增大转子表面风摩损耗；
所述油冷散热结构覆盖在定子铁芯(2)内表面，定子槽(1)开口被覆盖，油冷散热结构内表面形成螺旋式的风，当电机转子高速旋转时，电机一侧端部流入气隙的空气，沿着气隙螺旋管路通道，流向另一侧，螺旋通道起到引流的作用，确保空气流动的单向性，改善气隙内部空气流动状态。空气从气隙流出后，可与端环实现热量交换，将热量传递给端环的冷却油。
10.如权利要求9所述的油冷散热结构，其特征在于，当电机转速较低时，电机转子与螺旋管道的相对速度小，空气轴向流速慢，气隙内空气与转子表面摩擦力小；当电机转速增加时，电机转子与螺旋管道的相对速度增大，空气轴向流速变大，转子表面损耗增加；空气流速与转子风摩损耗可自动匹配，达到冷却转子表面的目的。
CN202211650199.3A 2022-12-21 2022-12-21 一种油冷散热结构 Pending CN116191707A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211650199.3A CN116191707A (zh) 2022-12-21 2022-12-21 一种油冷散热结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211650199.3A CN116191707A (zh) 2022-12-21 2022-12-21 一种油冷散热结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116191707A true CN116191707A (zh) 2023-05-30

Family

ID=86445238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211650199.3A Pending CN116191707A (zh) 2022-12-21 2022-12-21 一种油冷散热结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116191707A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116566123A (zh) * 2023-07-10 2023-08-08 福建华大电机有限公司 一种油冷永磁变频电机
CN117997048A (zh) * 2024-04-03 2024-05-07 江苏泰隆高新传动设备有限公司 一种高效油冷节能变频电机

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116566123A (zh) * 2023-07-10 2023-08-08 福建华大电机有限公司 一种油冷永磁变频电机
CN116566123B (zh) * 2023-07-10 2023-09-19 福建华大电机有限公司 一种油冷永磁变频电机
CN117997048A (zh) * 2024-04-03 2024-05-07 江苏泰隆高新传动设备有限公司 一种高效油冷节能变频电机
CN117997048B (zh) * 2024-04-03 2024-05-31 江苏泰隆高新传动设备有限公司 一种高效油冷节能变频电机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116191707A (zh) 一种油冷散热结构
CN109787405B (zh) 一种基于混合冷却技术的高效磁通壁垒电机
WO2018153001A1 (zh) 电机冷却结构、动力电机及电驱动系统
US10148154B2 (en) Rotary electric generator stator, rotary electric generator comprising said stator and wind turbine incorporating said rotary electric generator
CN101814797A (zh) 高速永磁电机定子冷却系统
CN102624121A (zh) 一种电机绕组端部冷却结构
CN108631515A (zh) 一种高功率密度内转子冷却液自循环电机
CN110571981A (zh) 一种基于高导热材料增强永磁电机冷却的系统及其工作方法
CN110233545B (zh) 一种多定子电机冷却散热装置
CN110011457B (zh) 热管与铁芯集成一体化的电机定子结构
CN103618394A (zh) 一种采用热管绕组的盘式电机定子
CN216902474U (zh) 带对流冷却装置的油浸式变压器
CN214543927U (zh) 新能源汽车电机绕组端部冷却装置
CN115632520A (zh) 一种相变材料与油冷组合式循环冷却结构
CN209805607U (zh) 一种多定子电机冷却散热装置
CN112491181B (zh) 一种内转子电机冷却结构
CN114337015A (zh) 一种具有定子浸油冷却结构的高功率密度电机
CN112727807A (zh) 冷却结构及空压机
CN112865395A (zh) 用于高功率密度汽车电机的冷却系统
CN112467948A (zh) 双转子复合电机
CN216819653U (zh) 复合冷却式飞轮储能系统电机
CN214661079U (zh) 冷却结构及空压机
CN220754513U (zh) 油冷异步电机
CN215933332U (zh) 干式变压器
CN115001215B (zh) 一种轴向永磁同步电机转子甩油冷却系统及其冷却方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination