CN209448600U - 一种扁线电机槽内油冷结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扁线电机槽内油冷结构，可以通过槽内冷却油路通油直接冷却定子绕组，所述槽内冷却油路由扁线间的间隙、扁线与隔离套筒的间隙以及扁线与定子齿槽内壁的间隙形成。电机定子上具有卡口结构分隔定子槽内绕组以形成扁线间的流道，所述流道形状规则，也具有较小的阻力损失。此方法散热效果好，优于圆线绕组的直接油冷效果，或扁线电机现有的端部导热胶的方案，可以大幅提高扁线电机的额定转矩和额定功率，提高峰值转矩、峰值功率及其维持时间，从而提高电机的功率密度、转矩密度和综合性能。

Description

一种扁线电机槽内油冷结构

技术领域

本实用新型属于电机与电力传动领域，涉及一种电机的油冷结构,尤其涉及一种扁线电机的直接油冷定子结构。

背景技术

众所周知，安装在汽车上的电动机或者发电机包括转子和具有定子绕组的定子。其中电动机通过在定子绕组中产生电流以驱动转子旋转，发电机通过转子旋转产生的流过定子绕组的电流得以发电，当电流在定子绕组中产生电流时，定子绕组会发热。

目前，随着新能源汽车等行业的发展，对电机性能的需求越来越高，体现在电机的尺寸要求越来越严格的同时功率和转矩要求却越来越大，即要求电机的功率密度和转矩密度大幅提升。目前限制电机功率密度和转矩密度的主要因素是电机的散热能力：当散热能力不足时，电机的定子绕组温升会较高，引起绝缘层破损，永磁体退磁等问题，从而影响电机的持续工作能力、或在峰值工况点的维持时间。

现有技术中电机的冷却方式包括风冷、水冷、油冷及含有任意两种冷却方式的复合冷却等。其中，风冷方式的冷却性能较差，无法应用于高转矩高转速电机中；水冷方式一般在机壳中含有水道以通水，但由于从定子绕组到冷却液之间的散热路径太长而造成散热速率不高；油冷方式将定转子都浸入冷却油中，尽管散热能力变强，但因搅油损失消耗的功率增加，使得总体效率不高。

因此，美国实用新型专利(专利公开号：US2005/0151429A1)提出了一种新型冷却方式：将定转子隔离后再直接冷却定子绕组。该专利主要针对圆线绕组电机，在定子槽口插入一密闭隔离介质，使得定子和转子隔离开，在定子内侧形成密闭的轴向通道，在通道中通入冷却油即可直接冷却定子绕组，快速带走热量。

但是，上述专利只是对于圆线绕组之间的间隙通油，且具有冷却油通入的面积受限、沿程阻力大等缺点。另外，该专利没有针对扁线电机的方案。

采用发卡绕组的扁线电机，因其可以有效利用电机齿槽内的空间而槽满率高于普通绕组电机，因而在减小电机体积、提升电机的功率密度和转矩密度上有很大优势，具有良好的应用前景。但现有技术的扁线电机的槽内直接油冷多是端部导胶固化并通过导热胶传热，还有进一步提高散热能力的空间。

针对上述问题，本实用新型提出了一种对扁线电机的通过定子绕组直接冷却的方法，可以通过直接冷却定子绕组可以较快带走热量，绕组之间也可以通油，冷却油通入的面积更大，沿程阻力也相对小，比圆线绕组电机的直接油冷效果好，比扁线电机现有的端部导热胶的方案好，便于扁线电机进一步推广应用。

发明内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种扁线电机槽内油冷结构，所述扁线电机包括机壳、定子部分和转子部分，所述定子部分包括定子芯，所述定子芯内壁一侧沿周向均布有若干定子齿槽，槽内插入定子槽内绕组，所述定子槽内绕组的端部按照一定顺序采用焊接方式连接起来，形成定子端部绕组，所述定子槽内绕组与定子端部绕组为扁线形式，其截面为矩形，所述转子部分包括旋转轴和围绕所述旋转轴旋转的转子，所述油冷结构包括槽内冷却油路，所述槽内冷却油路包括进油口和出油口，从而使冷却油从所述进油口进入电机，流经所述槽内冷却油路，通过所述出油口流出电机。

进一步地，所述油冷结构还包括隔离套筒，用于将转子部分和定子部分隔离开，保证冷却油只能沿定子芯内的轴向流动。

进一步地，槽内冷却油路通过扁线间的间隙、扁线与隔离套筒的间隙以及扁线与定子齿槽内壁的间隙而形成。

进一步地，冷却油流经所述槽内冷却油路而直接冷却所述定子槽内绕组和定子端部绕组。

进一步地，用做槽内冷却油路的间隙设置在定子齿槽的径向最外侧或定子齿槽的径向最内侧或槽内其他位置。

优选地，用作槽内冷却油路的间隙可以为多个。

优选地，所述定子齿槽上具有卡口结构。

优选地，所述卡口结构将所述定子槽内绕组分隔开，形成流道以确保冷却油沿轴向流动。

优选地，所述卡口结构对所述定子槽内绕组起到了定位的作用，防止其受到振动的影响。

优选地，所述卡口结构为弧状截面或菱状截面或其他合理形状的截面。本实用新型的扁线电机槽内油冷结构具有以下优点和有益效果：

1)冷却油与定子和绕组直接接触，直接冷却定子和绕组，其中定子端部绕组也可以得到直接冷却，散热效果好，且冷却更加均匀，可以有效提高电机的功率密度与转矩密度；

2)通过设置槽内冷却油路，实现针对扁线电机的定子与绕组的直接冷却，槽内冷却油路主要依靠扁线绕组间的流道，其形状规则，阻力损失更少；

3)扁线绕组间冷却油道的实现仅需改变定子冲片的形状，对现有电机结构改动较小，定子冲片上的卡口结构还可以起到约束绕组位置的作用。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型的一种扁线电机槽内油冷结构的电机结构示意图；

图2A-2F是图1的一种扁线电机槽内油冷结构的电机的定子槽的不同实施例的结构示意图；

图3是本实用新型的一种扁线电机槽内油冷结构的扁线电机截面图；

附图中的附图标记为：

101-定子齿槽，102-卡口结构；

800-机壳，801-定子芯，802-旋转轴，803-出油口，805-定子端部绕组， 806-定子槽内绕组，807-转子，808-隔离套筒，809-进油口，811-槽内冷却油路。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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”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相连，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实用新型中的具体含义。

本实用新型的一个宽泛实施例中，提出一种针对扁线电机的定子绕组直接冷却的油冷结构，所述油冷结构主要应用于安装在汽车上的电机，所述电机包括转子部分和定子部分，所述转子部分包括水平方向延伸的旋转轴和可围绕所述旋转轴旋转的转子，定子部分包括定子芯，定子芯内壁一侧沿周向均布有若干定子齿槽，槽内插入定子槽内绕组，定子槽内绕组的端部按照一定顺序采用焊接方式连接起来，形成定子端部绕组，定子槽内绕组与定子端部绕组为扁线形式，其截面为矩形。

所述油冷结构包括槽内冷却油路，所述油路平行于所述旋转轴(该通道的形状和密封机制，接下来会详细介绍)，所述油冷结构还包括出油口和进油口，从而使得冷却油可以通过外部的泵从所述进油口进入电机，流经所述槽内冷却油路，进而通过所述出油口流出电机。

所述油冷结构中，所述槽内冷却油路通过扁线间的间隙、扁线与隔离套筒的间隙以及扁线与定子齿槽内壁的间隙而形成。冷却油流经所述槽内冷却油路而直接冷却所述定子槽内绕组和定子端部绕组，从而可以增强冷却效果。

应当意识到，所述扁线间的间隙是通过定子上的卡口结构形成的，所述卡口结构可以将定子槽内绕组分隔开，形成流道确保冷却油可以沿轴向流动，所述流道形状规则，也具有较小的阻力损失，是上述三种间隙中最主要的冷却油路；同时，卡口结构对定子槽内绕组起到了定位的作用，防止其受到振动等因素的影响；可以理解的是，所述卡口结构和扁线间间隙的存在，略微降低了电机的槽满率，但是由于扁线电机本身的槽满率较普通绕组的电机高很多，即便扁线间的间隙使得电机的槽满率略有降低，仍可以高于普通绕组的电机，本实用新型的冷却方案，以牺牲一定的槽满率为代价，换来了冷却效果的大幅提升，可以大幅提高电机的额定转矩和额定功率，提高电机的峰值转矩、峰值功率及峰值输出的维持时间，提高电机的功率密度、转矩密度和综合性能。

另外，本实用新型相对于采用水套间接冷却的传统方案，具有更加均匀的冷却效果，可以理解的是，在传统的水套方案中，定子端部绕组外往往没有水套结构，端部热量也要经由定子传导到水套，定子端部绕组散热不良，另外，定子径向内侧的绕组产生的热量，要经由定子径向内侧、即定子齿端传导到定子径向外侧，再经由水套中的冷却水传走，而本实用新型的方案中，定子端部绕组可以直接泡在冷却油中，且靠近径向内侧和外侧的绕组热量均可以直接经由冷却油带走，从而实现了更加均匀的冷却。

本实用新型还设置有隔离套筒，其将转子部分和定子部分隔离开，避免了冷却油流入电机气隙接触到转子，带来过大的搅油损失。

下面参考图1-3详细描述实用新型的优选实施例。

在下文中，相同的附图标记表示附图中相同或相应的部件，并且它们的表示和功能也相同。因此，将不再酌情重复其详细描述。

如图1所示，本实用新型的一种扁线电机槽内油冷结构所述电机主要包括机壳800、定子部分和转子部分等。

所述定子部分主要包括定子芯801，定子芯801内壁一侧沿周向均布有若干定子齿槽101，槽内插入定子槽内绕组806，定子槽内绕组806的端部按照一定顺序采用焊接方式连接起来，形成定子端部绕组805，定子槽内绕组806与定子端部绕组805为扁线形式，其截面为矩形；

所述定子部分外侧紧邻着内盖板和外盖板，所述内盖板和外盖板共同形成进油口809和出油口803，其中进油口809位于电机下部，出油口803 位于电机上部；

优选地，本实用新型的出油口803设置在上部而进油口809设置在下部，因此冷却油先填充下部，然后填充上部，可以有效避免气泡的引入，进而避免绕组的生锈和劣化，即有效避免由于气泡阻止冷却液体和定子绕组的直接接触而导致的冷却性能的降低；

应当意识到，上述进油口和进油口的设置方式仅是示例，不能理解为对本实用新型的任何限制；

所述定子槽内绕组806和定子端部绕组805均浸泡在冷却油中，通过冷却油作为介质，在冷却油与绕组(定子槽内绕组806和定子端部绕组805) 之间发生热交换；然后冷却油带走绕组(定子槽内绕组806和定子端部绕组 805)产生的热量，从而冷却绕组(定子槽内绕组806和定子端部绕组805) 和定子铁芯801。

所述转子部分主要包括永磁体、旋转轴802、转子807等。

本实施例中，电机在冷却油和绕组(定子槽内绕组806和定子端部绕组 805)之间进行热交换，以降低所述定子部分的温度。温度升高的原因如下：绕组(定子槽内绕组806和定子端部绕组805)内通过电流时产生热量，绕组温度升高，定子芯801自身也会产生热量，且被绕组传递热量，所以温度升高，

如图1所示，本实用新型的冷却结构的冷却流程为：冷却油从位于电机下部的进油口809进入，沿外盖板与内盖板形成的油道进入位于定子端部绕组805端部的油库，从而充分浸润定子端部绕组805，然后通过压力差进入槽内冷却油路811，直接冷却定子槽内绕组806，较快地带走热量，随后再进入另一端的定子端部绕组805端部的油库，最后从位于电机上部的出油口 803离开电机。

进一步地，为了防止冷却油在齿槽开口处泄漏出去而沿径向流向转子部分，利用隔离套筒808将定子部分与转子部分隔离，从而保证冷却油只能沿轴向流动。

应当意识到，电机外油路与滤清器、油泵、散热器形成回路，油泵提供循环油的压力，滤清器起过滤冷却油的作用，散热器为冷却油与外部交换热量，及时降低冷却油的温度。

如图2A至2F所示，描述了电机的槽101的多种模型。如图所示，在定子部分设置有大量的槽101；

如图2A-2F，槽101内包含有定子槽内绕组806，另外每个槽101均会被隔离套筒808密封，以阻止冷却油泄漏到转子部分；

优选地，如图2A所示，在第3扁线和第4扁线间形成槽内冷却油路811；应当意识到，用做槽内冷却油路811的间隙可以提供在槽101的任何位置，例如，优选地，图2B设置在槽101的最外侧，如图2C设置在槽101的最内侧。

另外，用做槽内冷却油路811的间隙只需具有卡口结构102，从而使扁线固定而不会随冷却油的浸泡而晃动。

安装在车上的电机会有较大的振动问题，卡口结构102也会防止扁线振动过大破坏表面绝缘，因此根据电机设计要求(考虑定子内的磁场分布、定子齿的振动或者工艺要求)可以将间隙的形状设计为任何形式，例如，优选地如图2D为弧状截面、如图2E为菱状截面；

采用弧形截面或菱形截面具有如下好处：在通油截面积相同的情况下，槽通道的面积更大，使得与冷却油接触的面积更大，从而有利于更充分地冷却。

用作槽内冷却油路811的间隙可以有多个的，例如有1个，2个，3个甚至更多，例如图2F，间隙为2个。

本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

Claims (10)

1.一种扁线电机槽内油冷结构，所述扁线电机包括定子部分和转子部分，其特征在于，

所述定子部分包括定子芯(801)，所述定子芯(801)内壁一侧沿周向均布有若干定子齿槽(101)，槽内插入定子槽内绕组(806)，所述定子槽内绕组(806)的端部按照一定顺序采用焊接方式连接起来，形成定子端部绕组(805)，所述定子槽内绕组(806)与定子端部绕组(805)为扁线形式，其截面为矩形，

所述转子部分包括旋转轴(802)和围绕所述旋转轴旋转的转子(807)；

所述油冷结构包括槽内冷却油路(811)，所述槽内冷却油路(811)包括进油口(809)和出油口(803)，从而使冷却油从所述进油口(809)进入电机，流经所述槽内冷却油路(811)，通过所述出油口(803)流出电机。

2.根据权利要求1所述的油冷结构，其特征在于，所述油冷结构还包括隔离套筒(808)，用于将转子部分和定子部分隔离开，保证定子芯(801)内的冷却油只能沿轴向流动。

3.根据权利要求2所述的油冷结构，其特征在于，所述槽内冷却油路(811)通过扁线间的间隙、扁线与隔离套筒(808)的间隙以及扁线与定子齿槽(101)内壁的间隙而形成。

4.根据权利要求1所述的油冷结构，其特征在于，冷却油流经所述槽内冷却油路(811)而直接冷却所述定子槽内绕组(806)和定子端部绕组(805)。

5.根据权利要求3所述的油冷结构，其特征在于，所述用做槽内冷却油路(811)的间隙设置在定子齿槽(101)的径向最外侧或定子齿槽(101)的径向最内侧或槽内任意其他位置。

6.根据权利要求5所述的油冷结构，其特征在于，用作槽内冷却油路(811)的间隙可以为多个。

7.根据权利要求5所述的油冷结构，其特征在于，所述定子齿槽(101)上具有卡口结构(102)。

8.根据权利要求7所述的油冷结构，其特征在于，所述卡口结构(102)将所述定子槽内绕组(806)分隔开，形成流道以确保冷却油沿轴向流动。

9.根据权利要求8所述的油冷结构，其特征在于，所述卡口结构(102)对所述定子槽内绕组(806)起到了定位的作用，防止其受到振动的影响。

10.根据权利要求7-9任一项所述的油冷结构，其特征在于，所述卡口结构(102)为弧状截面或菱状截面。