CN219535739U - 定子组件及电机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种定子组件及电机，该定子组件包括：铁芯，铁芯的周侧具有若干容纳槽；绕组组件，绕组组件嵌设于容纳槽中，绕组组件内部设有第一通道；冷却液，冷却液存储于第一通道中；汇流环组件，汇流环组件与绕组组件的一端连接以将交流电信号输入绕组组件，汇流环组件内部设有第二通道，第二通道与所述第一通道连通；其中，冷却液用于通过循环流动带走汇流环组件和绕组组件通电后产生的热量。通过上述的方式，可以极大地提高定子组件的冷却效率和效果，进而提高电机的功率密度。

Description

定子组件及电机

技术领域

本申请涉及电机冷却技术领域，具体是涉及定子组件及电机。

背景技术

高功率密度电机广泛应用于电动汽车、航空启发电机等对电机体积和重量有严格要求的场合。这类电机由于具有较高的电磁负荷，单位体积的损耗很大，但是散热面积却相对减少，因此散热比较困难，常采用水冷或者油冷的冷却方式对电机进行冷却，以防止电机绕组和磁钢等重要部件温升过高，从而减少电机寿命，影响电机运行的安全性与经济性。

相比于水冷方式，油冷方式中冷却油可以与电机发热部件表面直接接触，通过喷射或浇淋的方式，冷却油可以直接带走发热部件的热量，特别是可以有效冷却电机端部绕组，因此在高功率密度电机中油冷方式得到了比较广泛的使用。目前的油冷电机冷却结构为：采用喷油环上的喷油孔将ATF油喷淋到定子两端的绕组上，以将绕组的热量带走。但这种冷却结构只能有效冷却定子两端的绕组，却不能有效冷却定子容纳槽中的绕组。

实用新型内容

为解决现有技术的上述问题，本申请提供一种定子组件及电机，能够解决油冷电机定子容纳槽中的绕组无法有效冷却的问题。

本申请提供一种定子组件，所述定子组件应用于电机，包括：铁芯，所述铁芯的周侧具有若干容纳槽；绕组组件，所述绕组组件嵌设于所述容纳槽中，所述绕组组件内部设有第一通道；冷却液，所述冷却液存储于所述第一通道中；汇流环组件，所述汇流环组件与所述绕组组件的一端连接以将交流电信号输入所述绕组组件，所述汇流环组件内部设有第二通道，所述第二通道与所述第一通道连通；其中，所述冷却液用于通过循环流动带走所述汇流环组件和所述绕组组件通电后产生的热量。

在一实施例中，所述绕组组件包括：中空导电管结构件，所述中空导电管结构件设置于所述容纳槽中，所述中空导电管结构件的内壁形成所述第一通道；及绝缘导热胶层，所述绝缘导热胶层覆裹于所述中空导电管结构件的外壁并且填充于所述中空导电管结构件与所述容纳槽之间的间隙。

在一实施例中，所述中空导电管结构件包括若干中空导电直管，所述中空导电直管的壁厚为1.4-1.6mm，所述中空导电直管的材质为铜。

在一实施例中，所述绝缘导热胶层为环氧树脂灌封胶，所述冷却液为ATF油。

在一实施例中，所述绝缘导热胶层包括纳米二氧化硅颗粒，所述绝缘导热胶层的最小厚度在0.5-0.6mm之间。

在一实施例中，所述绕组组件包括第一绕组、第二绕组及第三绕组，所述第一绕组、所述第二绕组和所述第三绕组分别均匀周布于所述容纳槽，且所述第一绕组、所述第二绕组和所述第三绕组占用所述容纳槽的数量相等。

在一实施例中，所述汇流环组件包括第一汇流环、第二汇流环及第三汇流环，所述第一汇流环与所述第一绕组的一端连接，所述第二汇流环与所述第二绕组的一端连接，所述第三汇流环与所述第三绕组的一端连接。

在一实施例中，所述汇流环组件包括中空导电管，所述中空导电管的内壁形成所述第二通道。

在一实施例中，所述中空导电管的材质为铜。

在一实施例中，所述定子组件还包括机座，所述铁芯固定于所述机座；其中，所述绕组组件通入交流电信号后产生的部分热量传导至所述铁芯，进而传导至所述机座，由所述机座散发到外界空气中。

本申请还提供了一种电机，所述电机包括：转子组件；及定子组件，所述定子组件用于给所述转子组件提供支撑，其中，所述定子组件为上述的定子组件；其中，所述定子组件通交流电后产生旋转磁场作用于所述转子组件，使得所述转子组件产生感应电流并在电磁力的作用下旋转、输出转矩。

本申请实施例的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的定子组件包括：铁芯，所述铁芯的内周侧具有若干容纳槽；绕组组件，所述绕组组件嵌设于所述容纳槽中，所述绕组组件内部设有第一通道；冷却液，所述冷却液存储于所述第一通道中；汇流环组件，所述汇流环组件与所述绕组组件的一端连通以将交流电信号输入所述绕组组件，所述汇流环组件内部设有第二通道，所述第二通道与所述第一通道连通；其中，所述冷却液用于通过循环流动带走所述汇流环组件和所述绕组组件通电后产生的热量。通过上述的方式，所述绕组组件和所述汇流环组件通过所述冷却液带走热量能够实现内部直接冷却，且所述绕组组件通过接触传导热量至所述铁芯还能够实现外部冷却，极大地提高所述定子组件的冷却效率和冷却效果，进而提高电机的功率密度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的定子组件一实施例的结构示意图；

图2是图1的汇流环组件的B方向的向视图；

图3是本申请提供的定子组件另一实施例的结构示意图；

图4是本申请提供的定子组件又一实施例的结构示意图；

图5是本申请提供的定子组件再一实施例的结构示意图；

图6是图5的定子组件的A处的局部放大示意图；

图7是本申请提供的电机一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而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。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请提供的定子组件包括：铁芯，所述铁芯的内周侧具有若干容纳槽；绕组组件，所述绕组组件嵌设于所述容纳槽中，所述绕组组件内部设有第一通道；冷却液，所述冷却液存储于所述第一通道中；汇流环组件，所述汇流环组件与所述绕组组件的一端连通以将交流电信号输入所述绕组组件，所述汇流环组件内部设有第二通道，所述第二通道与所述第一通道连通；其中，所述冷却液用于通过循环流动带走所述汇流环组件和所述绕组组件通电后产生的热量。通过上述的方式，所述绕组组件和所述汇流环组件通过所述冷却液带走热量能够实现内部直接冷却，且所述绕组组件通过接触传导热量至所述铁芯还能够实现外部冷却，极大地提高所述定子组件的冷却效率和冷却效果，进而提高电机的功率密度。

请结合参阅图1至图6，图1是本申请提供的定子组件一实施例的结构示意图，图2是图1的汇流环组件的B方向的向视图，图3是本申请提供的定子组件另一实施例的结构示意图，图4是本申请提供的定子组件又一实施例的结构示意图，图5是本申请提供的定子组件再一实施例的结构示意图，图6是图5的定子组件的A处的局部放大示意图。

定子组件100是电机中的固定部分。定子组件100用于将电能转换为电磁能、产生旋转磁场并给电机提供机械支撑。定子组件100可包括但不限于铁芯110、绕组组件120、汇流环组件130及冷却液140。铁芯110用于嵌设绕组组件120。具体地，嵌设铁芯110的内周侧具有若干容纳槽111。绕组组件120嵌设于容纳槽111中。绕组组件120用于产生旋转磁场，将电能转换为磁场能。汇流环组件130用于将外界的交流电信号输入绕组组件120。具体地，汇流环组件130与绕组组件120的一端连通以将交流电信号输入绕组组件120。绕组组件120通入交流电信号后产生旋转磁场，使得转子组件在磁力矩的作用下发生旋转、输出转矩。同时，绕组组件120通入交流电信号后也会产生大量的热量。如果这些热量得不到及时的消散将会严重影响电机的工作性能和安全性能。因此，出于安全的考虑，电机的功率密度将极大受制于定子组件的冷却、散热性能。

冷却液140用于带走绕组组件120和汇流环组件130通电后产生的热量，起到冷却定子组件100的作用。具体地，绕组组件120内部设有第一通道121。汇流环组件130内部设有第二通道131。第二通道131与第一通道121连通。冷却液140通过循环流动可以带走汇流环组件130和绕组组件120通电后产生的热量，使得汇流环组件130和绕组组件120实现内部的直接冷却，从而提高定子组件100的冷却效率和效果，进而提高电机的功率密度。

可选地，冷却液140为ATF油。ATF油不但起到散热的作用，还起到绝缘的作用。

可选地，铁芯110可以由厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时铁芯110中产生的涡流损耗和磁滞损耗。

现有技术中，绕组组件通常利用喷油环上的喷油孔将ATF油喷淋到铁芯两端线包上，将绕组组件的热量带走。但这种冷却方式或结构对喷油环的安装位置，喷油孔的大小和角度，喷油的压力要求极其精确，导致制造工艺性差，且只能对铁芯两端线包处进行冷却，却无法对容纳槽中的绕组组件部分进行有效冷却。而本申请提供的定子组件100通过直接对绕组组件120的内部冷却，极大地提高冷却效率和效果；且省去了喷油环和喷油孔，结构简单、生产难度和成本低。

可以理解地，现有技术中的冷却路径为：绕组组件-漆膜-ATF油，漆膜和ATF油之间存在界面热阻导致传热不良，一般可降低15℃温升；本申请中的冷却路径为：绕组组件-ATF油/铁芯，不存在界面热阻，散热块，一般可降低30℃温升。

进一步地，绕组组件120包括第一绕组122、第二绕组123及第三绕组124。第一绕组122、第二绕组123和第三绕组124分别均匀周布于容纳槽111，且第一绕组122、第二绕组123和第三绕组124占用容纳槽111的数量相等，使得绕组组件120通入交流电信号后产生旋转磁场。

进一步地，第一绕组122、第二绕组123和第三绕组124均包括中空导电管结构件1201及绝缘导热胶层1202。中空导电管结构件1201用于传导交流电信号并形成电磁场，且用于存储冷却液140并配合冷却液140从内部直接冷却绕组组件120。绝缘导热胶层1202用于对中空导电管结构件1201自身及中空导电管结构件1201与铁芯110之间进行绝缘化处理，并将中空导电管结构件1201产生的部分热量传导至铁芯110。具体地，中空导电管结构件1201设置于容纳槽111中。中空导电管结构件1201的内壁形成第一通道121，以存储冷却液140。第一通道121配合冷却液140的循环流动可以实现对绕组组件120内部的直接冷却，从而提高绕组组件120和定子组件100的冷却效率和效果，进而提高电机的功率密度。绝缘导热胶层1202覆裹于中空导电管结构件1201的外壁，以对中空导电管结构件1201自身及中空导电管结构件1201和铁芯110之间进行绝缘化处理。绝缘导热胶层1202还填充于中空导电管结构件1201与容纳槽111之间的间隙，以将中空导电管结构件1201通入交流电信号后产生的部分热量传导至铁芯110。

现有技术中，定子组件中绕组组件与铁芯之间的绝缘化处理需要用到绝缘纸、漆包扁线及绝缘漆，材料成本及工艺成本远高于本申请中的绝缘导热胶层1202。例如，现有技术中800V油冷电机中铁芯外径尺寸为210mm的定子组件，需要耐水解漆膜铜扁线约4.5公斤，漆300克，绝缘纸约100克，涂覆材料约100克。而本申请提供的定子组件只需高导热灌封树脂(绝缘导热胶层)约2公斤(含浪费)。在铁芯的容纳槽的槽满率一定的前提下，本申请提供的定子组件单台绝缘成本可降低约200元。

进一步地，定子组件100还包括机座(图未示)。铁芯110固定于机座。其中，绕组组件120通入交流电信号后产生的部分热量传导至铁芯110，进而传导至机座，由机座散发到外界空气中。

可选地，机座的外表面可以设计成散热片状。散热片状可以增加机座的散热面积，从而提高散热或者冷却的效率。

在本实施例中，中空导电管结构件1201包括若干中空导电直管a。中空导电管结构件1201由若干中空导电直管a焊接得到，以降低中空导电管结构件1201制造的难度及成本。具体地，可以将若干中空导电直管a焊接成“弓”字型结构或者多个“弓”字型串接的结构，形成所需的中空导电管结构件1201。在其他实施例中，中空导电管结构件1201也可以由一根长中空导电直管弯曲折叠得到，在这里不做具体限定。

可选地，中空导电直管a的材质为铜。铜有着良好的导电和导热性能，而且价格相对有着同等导电和导热性能的其他材料更低。

进一步地，中空导电直管a的壁厚应选择合适的厚度，以兼顾中空导电直管a的有效导流面积和冷却效果。可以理解地，中空导电直管a相对相同外径的实心管的横截面积降低了，但根据导电管的趋肤效应，通电后绝大部分的电子通过导电管的外表面输送，因此，只要选择合适的壁厚就不会降低中空导电直管a的有效导流面积。同时，中空导电直管a的壁厚也不能太大，避免影响冷却效果。在中空导电直管a的外径一定的前提下，壁厚越大，中空导电直管a的内径越小，中空导电直管a所能存储的冷却液140越少，且中空导电直管a与冷却液140接触的面积也会降低。

在本实施例中，中空导电直管a的壁厚为1.4-1.6mm，以适用额定转速为15000r/min、铁芯110的外径尺寸为230mm或以上的8极电机。具体地，中空导电直管a的壁厚可以为1.43mm、1.45mm、1.47mm、1.5mm、1.52mm、1.55mm及1.57mm等。

可选地，绝缘导热胶层1202可以为环氧树脂灌封胶。环氧树脂灌封胶具有良好的耐热、导热及绝缘性能。具体地，环氧树脂灌封胶的耐温等级可达200℃级，导热系数约1.2W/mK，击穿强度大于25KV/mm。

在本实施例中，绝缘导热胶层1202包括纳米二氧化硅颗粒(图未示)，以提高绝缘导热胶层1202的耐电晕性能。

进一步地，绝缘导热胶层1202的厚度应选择合适的厚度，以兼顾绝缘导热胶层1202的抗击穿性能和导热性能。可以理解地，绝缘导热胶层1202的厚度会影响其抗击穿性能和导热性能。绝缘导热胶层1202的厚度越大，其抗击穿性能越好。但绝缘导热胶层1202的厚度越大，其导热性能会降低。

在本实施例中，绝缘导热胶层1202的最小厚度在0.5-0.6mm之间，以满足800V的电气要求，同时满足良好的导热要求。

进一步地，汇流环组件130包括第一汇流环132、第二汇流环133及第三汇流环134。第一汇流环132与第一绕组122的一端连接，以将U相交流电信号输入第一绕组122。第二汇流环133与第二绕组123的一端连接，以将V相交流电信号输入第二绕组123。第三汇流环134与第三绕组124的一端连接，以将W相交流电信号输入第三绕组124。其中，U相交流电信号、V相交流电信号及W相交流电信号构成对称的三相交流电信号。

进一步地，第一汇流环132、第二汇流环133和/或第三汇流环134包括中空导电管b。中空导电管b的内壁形成第二通道131。

可选地，中空导电管b的材质为铜。铜有着良好的导电和导热性能，而且价格相对有着同等导电和导热性能的其他材料更低。

本申请提供的定子组件100包括：铁芯110，铁芯110的内周侧具有若干容纳槽111；绕组组件120，绕组组件120嵌设于容纳槽111中，绕组组件120内部设有第一通道121；冷却液140，冷却液140存储于第一通道121中；汇流环组件130，汇流环组件130与绕组组件120的一端连通以将交流电信号输入绕组组件120，汇流环组件130内部设有第二通道131，第二通道131与第一通道121连通；其中，冷却液140用于通过循环流动带走汇流环组件130和绕组组件120通电后产生的热量。通过上述的方式，绕组组件120和汇流环组件130通过冷却液140带走热量能够实现内部直接冷却，且绕组组件120通过接触传导热量至铁芯110还能够实现外部冷却，极大地提高定子组件100的冷却效率和冷却效果，进而提高电机的功率密度。

请参阅图7，图7是本申请提供的电机一实施例的结构示意图。电机1000是用于将电能转换为机械能，对外输出转矩做功的电气设备。电机1000可包括但不限于定子组件100及转子组件200。定子组件100用于给转子组件200提供支撑。定子组件100通交流电后产生旋转磁场作用于转子组件200，使得转子组件200产生感应电流并在电磁力的作用下旋转、输出转矩。具体地，转子组件200是电机1000的旋转部分。转子组件200用于将电磁能转换为机械能并输出转矩。转子组件200可包括但不限于转轴、转子铁芯及转子绕组。转轴固定于转子铁芯，起转子组件200旋转的支撑作用。转轴具有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。转子铁芯是主磁路的主要部分，同时用于嵌放转子绕组。转子铁芯的外周开设有放置槽，放置槽用于嵌放转子绕组。转子铁芯可以由厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时转子铁芯中产生的涡流损耗和磁滞损耗。转子绕组用于产生感应电流/电动势和电磁转矩，是电机进行能量变换的关键部件。转子绕组由若干线圈按一定规律连接而成。线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成。不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在放置槽中。线圈与转子铁芯之间以及上、下两层线圈边之间须进行绝缘处理。为防止离心力将线圈边甩出放置槽外，槽口需要用槽楔固定。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。

在其他实施例中，转子组件200可包括但不限于转子铁芯、转子绕组及冷却液。转子铁芯的周侧具有若干放置槽。转子绕组嵌设于放置槽中。转子绕组内部设有冷却通道。冷却液存储于冷却通道中。其中，冷却液通过循环流动能够带走转子绕组产生的热量。其中，冷却液是ATF油。转子铁芯的实现参见上述实施例中的转子铁芯。转子绕组的实现参见上述实施例中绕组组件120。通过这样的方式，转子绕组可以实现内部直接冷却，从而极大提高转子组件200的冷却效率和效果。

本申请提供的电机1000包括冷却效率极高的定子组件100和转子组件200，因此，电机1000可以实现更高的功率密度。同时，由于定子组件100的结构相对传统的定子组件更加简单，因此，电机1000的制造成本也相应降低。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种定子组件，应用于电机，其特征在于，所述定子组件包括：

铁芯，所述铁芯的内周侧具有若干容纳槽；

绕组组件，所述绕组组件嵌设于所述容纳槽中，所述绕组组件内部设有第一通道；

冷却液，所述冷却液存储于所述第一通道中；

汇流环组件，所述汇流环组件与所述绕组组件的一端连接以将交流电信号输入所述绕组组件，所述汇流环组件内部设有第二通道，所述第二通道与所述第一通道连通；

其中，所述冷却液用于通过循环流动带走所述汇流环组件和所述绕组组件通电后产生的热量。

2.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述绕组组件包括：

中空导电管结构件，所述中空导电管结构件设置于所述容纳槽中，所述中空导电管结构件的内壁形成所述第一通道；及

绝缘导热胶层，所述绝缘导热胶层覆裹于所述中空导电管结构件的外壁并且填充于所述中空导电管结构件与所述容纳槽之间的间隙。

3.根据权利要求2所述的定子组件，其特征在于，所述中空导电管结构件包括若干中空导电直管，所述中空导电直管的壁厚为1.4-1.6mm，所述中空导电直管的材质为铜。

4.根据权利要求2所述的定子组件，其特征在于，所述绝缘导热胶层为环氧树脂灌封胶，所述冷却液为ATF油。

5.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述绕组组件包括第一绕组、第二绕组及第三绕组，所述第一绕组、所述第二绕组和所述第三绕组分别均匀周布于所述容纳槽，且所述第一绕组、所述第二绕组和所述第三绕组占用所述容纳槽的数量相等。

6.根据权利要求5所述的定子组件，其特征在于，所述汇流环组件包括第一汇流环、第二汇流环及第三汇流环，所述第一汇流环与所述第一绕组的一端连接，所述第二汇流环与所述第二绕组的一端连接，所述第三汇流环与所述第三绕组的一端连接。

7.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述汇流环组件包括中空导电管，所述中空导电管的内壁形成所述第二通道。

8.根据权利要求7所述的定子组件，其特征在于，所述中空导电管的材质为铜。

9.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述定子组件还包括机座，所述铁芯固定于所述机座；

其中，所述绕组组件通入交流电信号后产生的部分热量传导至所述铁芯，进而传导至所述机座，由所述机座散发到外界空气中。

10.一种电机，其特征在于，包括：

转子组件；及

定子组件，所述定子组件用于给所述转子组件提供支撑，其中，所述定子组件为如权利要求1-9任一项所述的定子组件；

其中，所述定子组件通交流电后产生旋转磁场作用于所述转子组件，使得所述转子组件产生感应电流并在电磁力的作用下旋转、输出转矩。