本發(fā)明屬于電機(jī)冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)及具有該結(jié)構(gòu)的無機(jī)殼電機(jī)。

背景技術(shù)：

高功率密度電機(jī)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、航空啟發(fā)電機(jī)等對(duì)電機(jī)體積和重量有嚴(yán)格要求的場合。這類電機(jī)由于具有較高的電磁負(fù)荷，單位體積的損耗很大，但是散熱面積卻相對(duì)減少，因此散熱比較困難，常采用水冷或者油冷的冷卻方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻，以防止電機(jī)繞組和磁鋼等重要部件溫升過高，從而減少電機(jī)壽命，影響電機(jī)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

集中繞組電機(jī)，例如分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)，其一個(gè)繞組線圈纏繞在單個(gè)定子齒上，相對(duì)于分布繞組電機(jī)，具有繞組結(jié)構(gòu)簡單，繞線方便，繞組端部較短等特點(diǎn)，因此，具有很廣泛的應(yīng)用前景，特別是對(duì)電機(jī)尺寸有嚴(yán)格要求的場合，其研究價(jià)值和應(yīng)用前景會(huì)更大。然而，集中繞組電機(jī)定子槽比較大，并且槽數(shù)比較少，這會(huì)導(dǎo)致槽中心到定子鐵心的熱阻比較大，繞組中產(chǎn)生的熱量很難散失到布置在電機(jī)外殼中的冷卻介質(zhì)中，這將使得電機(jī)繞組特別是繞組中心具有較高的溫升。這種散熱上的局限性使得集中繞組電機(jī)的熱負(fù)荷不能取得太高，從而限制了其功率密度和應(yīng)用范圍。為了進(jìn)一步提高集中繞組電機(jī)的功率密度，拓寬其高功率密度場合的應(yīng)用范圍，其定子繞組的冷卻問題亟待解決。

傳統(tǒng)電機(jī)往往使用機(jī)殼對(duì)電機(jī)定子進(jìn)行固定、保護(hù)及冷卻，但是機(jī)殼的使用增大了整個(gè)電機(jī)的體積，減小了電機(jī)的功率密度，并且由于機(jī)殼與鐵心往往采用過盈配合的方式，這將增大鐵心中的機(jī)械應(yīng)力，有研究表明，鐵心中的應(yīng)力將會(huì)增大電機(jī)的鐵耗，降低電機(jī)的效率和出力。因此，無機(jī)殼電機(jī)在功率密度和效率上具有很大的優(yōu)勢，也得到了工業(yè)界的廣泛關(guān)注和研究。

此外電機(jī)往往采用硅鋼片軸向疊壓的方式形成定子鐵心來減少鐵耗，疊片之間的間隙將會(huì)使軸向的熱阻增大，軸向傳熱困難，這會(huì)引起定子鐵心軸向中間部位的溫升往往過高，特別是對(duì)于鐵心軸向長度比較長的電機(jī)，這種效果更為明顯，因此有必要對(duì)電機(jī)鐵心采取軸向分段的形式，對(duì)鐵心內(nèi)部進(jìn)行冷卻。如圖1所示，在定子鐵心外部采用圓環(huán)形水套對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻，在機(jī)殼中設(shè)置直槽或螺旋水道，定子中繞組產(chǎn)生的熱量先通過熱傳導(dǎo)方式傳到定子齒和軛部，然后由鐵心傳到水套中由水帶走。

但是，采用圓環(huán)形機(jī)殼中設(shè)置水道的形式冷卻電機(jī)，其繞組熱源相對(duì)于水套冷源較遠(yuǎn)，需要通過鐵心齒部和軛部的傳導(dǎo)作用，這種結(jié)構(gòu)，繞組中心溫度和鐵心齒部溫度都可能較高，因此冷卻效果有限，特別是對(duì)于超高功率密度的電機(jī)，繞組熱量很難散失到冷卻介質(zhì)中。此外，由于采用了水冷機(jī)殼，電機(jī)有效部分材料，如硅鋼片的體積將會(huì)受到限制，且定子鐵心中會(huì)由于和機(jī)殼的過盈配合而產(chǎn)生應(yīng)力，從而增加鐵耗，功率輸出受到限制。

為了克服上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了采用槽內(nèi)水管對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻的技術(shù)方案。如圖2所示，水管一般布置在槽口或者兩個(gè)繞組線圈邊之間，槽內(nèi)水管的材料一般為導(dǎo)熱性能較好的不銹鋼或者銅。這種冷卻方式冷卻水與繞組熱源損耗更近，因此具有很好的冷卻效果。

采用槽內(nèi)水管冷卻，雖然具有很好的冷卻效果，但是在實(shí)際應(yīng)用中并不廣泛，因?yàn)榫哂幸韵氯秉c(diǎn)：

(1)水管材料為具有高導(dǎo)電率的銅或者不銹鋼，在槽漏磁的作用下，特別是槽口布置處的水管，其水管壁中可能會(huì)產(chǎn)生比較大的渦流損耗，降低了電機(jī)的效率。

(2)槽內(nèi)水管占據(jù)了一定的槽面積，所能放置繞組導(dǎo)線的面積減小了，因此降低了電機(jī)槽滿率，相同電流下，電機(jī)銅耗增大，這個(gè)在一定程度上抵消了槽內(nèi)水管所能帶來的冷卻效果。

(3)這種冷卻方式，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，特別是端部水管的連接工藝復(fù)雜。此外，水管連接處還有密封泄漏的問題。

(4)此外，由于采用了機(jī)殼，電機(jī)有效部分材料，如硅鋼片的體積將會(huì)受到限制，且定子鐵心中會(huì)由于和機(jī)殼的過盈配合而產(chǎn)生應(yīng)力，從而增加鐵耗，功率輸出受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)及具有該結(jié)構(gòu)的無機(jī)殼電機(jī)，這種冷卻結(jié)構(gòu)不僅可以對(duì)電機(jī)定子齒和繞組進(jìn)行很好的冷卻，還可以省去電機(jī)機(jī)殼，減小了電機(jī)體積和重量，進(jìn)一步提高了電機(jī)的功率密度。本發(fā)明解決了集中繞組電機(jī)繞組及定子齒冷卻困難的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，該冷卻結(jié)構(gòu)包括：

冷卻板，所述冷卻板包括設(shè)置在內(nèi)壁上向內(nèi)凸起的齒部以及連接所述齒部的冷卻介質(zhì)流道，所述齒部沿周向間隔布置，相鄰齒部之間為槽部，所述齒部內(nèi)設(shè)有擋板，所述擋板的兩側(cè)與所述齒部的兩側(cè)間隔一定距離，從而形成齒部流道并與連接齒部的冷卻介質(zhì)流道連通，使得冷卻介質(zhì)可沿所述齒部流道及冷卻介質(zhì)流道在冷卻板中流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)定子的冷卻；

散熱齒，其包括散熱齒根部和散熱齒齒部，散熱齒根部與所述槽部的槽頂連接，散熱齒齒部用于插入定子槽的中心，用于將所述電機(jī)繞組產(chǎn)生的熱量傳遞給冷卻板，并通過所述冷卻介質(zhì)傳遞出去，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述電機(jī)的定子和繞組的冷卻。

進(jìn)一步地，所述冷卻板的齒部結(jié)構(gòu)形狀與所述電機(jī)的定子齒結(jié)構(gòu)形狀匹配，使得所述冷卻板齒部正好與定子齒部貼合，而冷卻板齒部之間形成的冷卻板槽則與定子槽對(duì)應(yīng)，從而使得所述冷卻板安裝于所述定子之間。

進(jìn)一步地，所述冷卻板外周設(shè)有螺栓孔，以便于與所述定子疊片裝配。

進(jìn)一步地，所述冷卻板采用不導(dǎo)磁鋁合金或黃銅材料。

進(jìn)一步地，所述散熱齒齒部軸向開有多條裂縫，用于減少由于定子槽內(nèi)漏磁場而產(chǎn)生的渦流損耗。

進(jìn)一步地，所述散熱齒根部與所述冷卻板的槽頂部卡接或焊接。

按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，體統(tǒng)一種具有所述的冷卻結(jié)構(gòu)的分?jǐn)?shù)槽集中繞組無機(jī)殼永磁電機(jī)，其包括多個(gè)定子鐵心疊片、以及同心套設(shè)在所述定子鐵心疊片形成的環(huán)形空間內(nèi)的轉(zhuǎn)子，其特征在于：

該電機(jī)定子鐵心軸向分為了四段，每兩段定子鐵心疊片之間插入一塊所述冷卻板，所述每個(gè)槽部均設(shè)置所述散熱齒。

進(jìn)一步地，在電機(jī)端部分別布置有一冷卻板，使端部繞組和冷卻板齒部良好接觸。

進(jìn)一步地，該電機(jī)的端部繞組和端部冷卻板使用導(dǎo)熱膠或者環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行封裝，以提高散熱效率。

進(jìn)一步地，所述定子鐵心疊片與冷卻板通過螺栓拉緊連接，用以減少定子鐵心疊片之間及疊片與冷卻板之間的接觸熱阻，提高散熱效率。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明的提出的針對(duì)集中繞組電機(jī)散熱的冷卻板，能夠?qū)⒗鋮s介質(zhì)引入到電機(jī)齒部及繞組周圍，減小了熱源與冷源的距離，增大了接觸面積，因此具有很好的冷卻效果，可以大大提升電機(jī)的效率和功率密度。

(2)提出的散熱齒結(jié)構(gòu)卡接或焊接在冷卻板槽頂部，可以進(jìn)一步的增大繞組的散熱面積，將定子槽中心的熱量有效傳導(dǎo)到定子鐵心和冷卻板，因此可以顯著降低繞組的溫升，解決了集中繞組因?yàn)椴鄞蠖蹆?nèi)中心溫升過高的問題。

(3)在電機(jī)端部也可以布置冷卻板，使冷卻板正好纏繞在冷卻板齒部，因此可以有效降低端部繞組的溫升，同時(shí)可以使用導(dǎo)熱膠或者環(huán)氧樹脂等導(dǎo)熱性能好的材料對(duì)端部繞組和端部冷卻板進(jìn)行封裝，以取得更好的冷卻效果。

(4)由于電機(jī)鐵心軸向?qū)嵝阅懿?，散熱困難，軸向中部溫升可能過高。定子鐵心軸向可以分為多段，對(duì)于電機(jī)軸向長度比較長的電機(jī)，可以有效降低疊片軸向中部的溫升。

(5)所提出的冷卻板與定子鐵心疊片和電機(jī)端蓋可以通過螺栓軸向連接并且固定，因此可以省去機(jī)殼，有效降低了電機(jī)的體積和重量以及定子鐵心的損耗，從而提高了電機(jī)的功率密度。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種采用普通水套冷卻的開關(guān)磁阻電機(jī)；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的一種采用槽內(nèi)水管冷卻的開關(guān)磁阻電機(jī)；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)冷卻板結(jié)構(gòu)水流方向示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的一種電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻板與鐵心疊片裝配圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的一種電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)的散熱齒結(jié)構(gòu)；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的一種電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻板與散熱齒裝配圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的一種電機(jī)冷卻板冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻板與鐵心疊片裝配圖。

所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-機(jī)殼、2-流道、3-流道入口、4-流道出口、5-定子鐵心、6-轉(zhuǎn)子鐵心、7-槽內(nèi)水管、8-冷卻板、9-冷卻板齒部、10-擋板、11-螺栓孔、12-散熱齒、13-散熱齒根部、14-散熱齒齒部、15-散熱齒裂縫、16-繞組、17-轉(zhuǎn)軸、18-磁鋼。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)冷卻板結(jié)構(gòu)水流方向示意圖。如圖3所示，該冷卻板內(nèi)部布置一條沿圓周方向布置的冷卻介質(zhì)流道，在冷卻板齒部，通過擋板的作用，將冷卻介質(zhì)引入冷卻板齒部的水道內(nèi)，冷卻板外周有螺栓孔，以便于與鐵心疊片轉(zhuǎn)配。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的一種電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻板與鐵心疊片裝配圖。如圖4所示，冷卻板夾在兩塊定子鐵心疊片之間，冷卻板齒部正好與定子鐵心齒部貼合，而冷卻板齒部之間形成的冷卻板槽則與定子鐵心槽對(duì)應(yīng)，因此定子鐵心疊片和繞組與冷卻介質(zhì)距離更近，接觸面積更大，其產(chǎn)生的熱量可以直接通過熱傳導(dǎo)由冷卻板中的冷卻介質(zhì)帶走。為了減少渦流損耗和增強(qiáng)散熱效果，該冷卻板采用導(dǎo)熱性較好的不導(dǎo)磁鋁合金。

為了進(jìn)一步增大熱源與冷源的接觸面積，降低集中繞組槽中心的溫度，本發(fā)明同時(shí)提出一種插入定子槽中心的T形散熱齒結(jié)構(gòu)。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的一種電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)的散熱齒結(jié)構(gòu)。如圖5所示，該散熱齒由散熱齒根部和齒部構(gòu)成，在散熱齒齒部軸向開有多條裂縫以減少由于定子槽內(nèi)漏磁場而產(chǎn)生的渦流損耗。散熱齒根部則與冷卻板槽頂部卡接或焊接，如圖6所示。電機(jī)槽內(nèi)繞組中心產(chǎn)生的熱量可以通過散熱齒齒部和根部到達(dá)鐵心疊片和冷卻板，最終由冷卻板中的冷卻介質(zhì)帶走。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的一種電機(jī)冷卻板冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻板與鐵心疊片裝配圖。如圖7所示，采用本冷卻結(jié)構(gòu)的一種分?jǐn)?shù)槽集中繞組無機(jī)殼永磁電機(jī)，該電機(jī)定子鐵心軸向分為了4段，每兩段鐵心疊片之間插入一塊冷卻板。為了解決電機(jī)端部溫升過高的問題，在電機(jī)端部也分別布置了兩塊冷卻板，使端部繞組和冷卻板齒部良好接觸。該電機(jī)的端部繞組和端部冷卻板還可以使用導(dǎo)熱膠或者環(huán)氧樹脂等導(dǎo)熱性好的材料進(jìn)行封裝以提高散熱效率。5塊冷卻板的水流進(jìn)出口可以通過串并聯(lián)的方式進(jìn)行連接。同時(shí)在定子槽中心插入散熱齒，使散熱齒根部與冷卻板槽頂部卡接。定子鐵心疊片與冷卻板通過螺栓拉緊連接，以減少鐵心疊片之間及疊片與冷卻板之間的接觸熱阻，提高散熱效率。電機(jī)的端蓋可以通過該螺栓進(jìn)行裝配和固定，以保證整個(gè)電機(jī)結(jié)構(gòu)的緊湊性，因此整個(gè)電機(jī)可以省去機(jī)殼，體積和重量得以降低。

本發(fā)明提出的一種定子水冷板冷卻結(jié)構(gòu)及具有該結(jié)構(gòu)的無機(jī)殼電機(jī)，包括一種夾在鐵心疊片之間的水冷板及插入槽中心的散熱齒，這種冷卻結(jié)構(gòu)不僅可以對(duì)電機(jī)定子齒和繞組進(jìn)行很好的冷卻，還可以省去電機(jī)機(jī)殼，減小了電機(jī)體積和重量，進(jìn)一步提高了電機(jī)的功率密度。本發(fā)明解決了集中繞組電機(jī)繞組及定子齒冷卻困難的問題。

本發(fā)明提出的電機(jī)水冷板及散熱齒冷卻結(jié)構(gòu)直接與電機(jī)發(fā)熱最嚴(yán)重的定子齒部和槽內(nèi)繞組直接接觸，增大了熱源與冷源的接觸面積，因此可以有效降低鐵心齒部和繞組的溫升，特別是槽內(nèi)繞組中心處的溫升，具有很好的散熱效果。所提出的水冷板與電機(jī)鐵心疊片和電機(jī)端蓋通過螺栓連接固定，整個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊可靠，省去了電機(jī)機(jī)殼，因此減小了電機(jī)的體積和重量，有效提高了了電機(jī)的功率密度。所提出的針對(duì)集中繞組電機(jī)冷卻的水冷板及散熱齒冷卻結(jié)構(gòu)，解決了集中繞組電機(jī)定子齒部和繞組中心溫升過高的問題，將會(huì)有效促進(jìn)這類電機(jī)在工業(yè)界，特別是對(duì)電機(jī)效率和功率密度要求很高的電動(dòng)汽車和航空等領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。