一种电机定子冷却系统及电机的制作方法

1.本发明涉及电机冷却技术领域，具体而言，涉及一种电机定子冷却系统及电机。


背景技术：

2.电机在长时间运行一段时间后会发热，这可能会导致绕组绝缘性受到损坏，需要对电机采取冷却使其工作在安全的温度范围之内。然而现有技术中通常采用在电机的一端或外侧设置风扇，通过风扇的转动以驱动气流进入电机内，以实现对电机的绕组进行散热降温，但是定子绕组的端部不能得到充分降温，导致电机的整体冷却效果较差，从而影响定子绕组和电机的正常运行及使用寿命。


技术实现要素：

3.本发明解决的问题是如何有效地降低电机的定子绕组的工作温度。
4.为解决上述问题，本发明提供一种电机定子冷却系统，包括定子套、定子铁芯和定子绕组，所述定子套包括第一密封腔体，所述第一密封腔体与所述定子铁芯连接且包覆在所述定子绕组的外部，所述第一密封腔体的内部适于设置冷却介质，所述第一密封腔体设有用于所述冷却介质流动且依次连通的进液结构、第一冷却通道和出液结构。
5.可选地，所述第一密封腔体包括中密封部和两个端密封部，两个所述端密封部相对设置于所述中密封部的两端，所述定子绕组包括绕组主体和设置于所述绕组主体两端的两个端部绕组且分别与所述端密封部连通，所述中密封部包覆于所述绕组主体的外部，两个所述端密封部分别包覆于两个所述端部绕组的外部。
6.可选地，所述定子套还包括第一支撑结构和两个第二支撑结构，所述第一支撑结构设置于所述定子铁芯的内壁，所述中密封部包覆于所述绕组主体和所述第一支撑结构的外部，两个所述第二支撑结构分别设置于所述定子铁芯的相对两端，所述端密封部包覆于所述端部绕组和所述第二支撑结构的外部，所述第一支撑结构与所述绕组主体之间以及所述第二支撑结构与所述端部绕组之间形成所述第一冷却通道。
7.可选地，所述第一支撑结构朝向所述绕组主体的一侧壁上以及所述第二支撑结构朝向所述端部绕组的一侧壁上分别设有用于改变所述冷却介质流速的第一湍流结构。
8.可选地，所述定子铁芯的内壁设有用于改变所述冷却介质流速的第二湍流结构。
9.可选地，所述定子套还包括与所述第一密封腔体连通的第二密封腔体，所述第二密封腔体包覆在所述定子铁芯的外部，所述第二密封腔体为内部中空的圆筒结构，所述圆筒结构的周向侧壁的内部预设第二冷却通道，且所述进液结构和所述出液结构分别与所述第二冷却通道连通。
10.可选地，所述定子套还包括第三支撑结构，所述第三支撑结构设置于所述定子铁芯的外壁，且所述第三支撑结构与所述定子铁芯之间预设所述第二冷却通道。
11.可选地，所述第一密封腔体和所述第二密封腔体采用绝缘、高强度、耐腐蚀的复合材料制成。
12.与现有技术相比，本发明通过将第一密封腔体包覆在电机的定子绕组的外部且与定子铁芯连接，冷却介质从进液结构进入，并在第一密封腔体的第一冷却通道内流动，以将定子绕组浸在冷却介质中，最后从出液结构流出，从而利用第一密封腔体内的冷却介质实现对对定子绕组的冷却，相较于现有的定子绕组采用外置风扇吹风的散热降温方式而言，本发明将定子绕组整体浸在冷却介质中，可使定子绕组得到充分的降温冷却，提高对定子绕组的冷却降温效果，以保证定子绕组和电机正常运行及使用寿命。
13.本发明还提供一种电机，包括转子总成、两个端盖以及如上所述的电机定子冷却系统，所述电机定子冷却系统中的定子铁芯套设于所述转子总成外，两个所述端盖分别设置于所述电机定子冷却系统中定子套的相对两端，所述电机的有益效果同所述电机定子冷却系统的有益效果，在此不再赘述。
14.可选地，所述电机还包括密封圈，所述密封圈设置于所述定子套和所述端盖之间处。
附图说明
15.图1为本发明实施例中电机定子冷却系统的结构示意图之一；
16.图2为本发明实施例中电机定子冷却系统的结构示意图之二；
17.图3为本发明实施例中电机定子冷却系统的结构示意图之三；
18.图4为本发明实施例中电机定子冷却系统的局部结构示意图；
19.图5为本发明实施例中定子铁芯的结构示意图；
20.图6为本发明实施例中电机的结构示意图；
21.图7为本发明实施例中电机的局部结构示意图。
22.附图标记说明：
[0023]1‑
定子铁芯；2
‑
定子绕组；31
‑
第一密封腔体；311
‑
进液结构；312
‑
出液结构；313
‑
中密封部；314
‑
端密封部；32
‑
第一支撑结构；33
‑
第二支撑结构；34
‑
第一湍流结构；35
‑
第二湍流结构；36
‑
第二密封腔体；37
‑
第三支撑结构；4
‑
端盖；5
‑
转子总成；51
‑
转子轴；52
‑
转子铁芯。
具体实施方式
[0024]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0025]
需要说明的是，本文提供的坐标系xz中，x轴正向代表的左方，x轴的反向代表右方，z轴的正向代表上方，z轴的反向代表下方。同时，要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0026]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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发明中的
具体含义。
[0027]
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示实施方式中。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实施方式。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实施方式以合适的方式结合。
[0028]
为解决上述技术问题，结合图1所示，本发明实施例提供一种电机定子冷却系统，包括定子套、定子铁芯1和定子绕组2，所述定子套包括第一密封腔体31，所述第一密封腔体31与所述定子铁芯1连接且包覆在所述定子绕组2的外部，所述第一密封腔体31的内部适于设置冷却介质，所述第一密封腔体31设有用于所述冷却介质流动且依次连通的进液结构311、第一冷却通道和出液结构312。
[0029]
需要说明的是，电机定子冷却系统适用于电动机或发电机，定子铁芯1是电机磁路的一部分，是定子绕组2的安装和固定部件，且定子铁芯1通常由扇形冲片、通风槽片、定子筋等部件组成，且定子铁芯1为内部中空且两端开口的圆筒结构，通常在定子铁芯1的内壁上开设多个平行排列的槽道，便于定子绕组2缠绕于槽道内以安装于定子铁芯1上，其中，定子绕组是电机的电路组成部件。冷却介质包括但不限于绝缘液体，如绝缘油，只要能够起到对定子绕组2进行冷却降温的绝缘液体均适用于本技术方案，在此不再限定。
[0030]
结合图1所示，第一密封腔体31密封包覆于定子绕组2外，在第一密封腔体31上间隔开设进液结构311和出液结构312，且在第一密封腔体31的内部预设分别与进液结构311和出液结构312连通的第一冷却通道，可将冷却介质从进液结构311灌入并在第一冷却通道内流动，此时由于定子绕组2浸在第一密封腔体31内的冷却介质中，冷却介质从出液结构312流出，从而保证冷却介质始终处于流动状态，以有效地将定子绕组2工作时产生的热量带走，起到对定子绕组2的充分冷却降温作用。图1中两个箭头分别为进液结构311和出液结构312的冷却介质的流动方向。
[0031]
在本实施例中，通过将第一密封腔体31包覆在电机的定子绕组2的外部且与定子铁芯1连接，冷却介质从进液结构311进入，并在第一密封腔体31的第一冷却通道内流动，以将定子绕组2浸在冷却介质中，最后从出液结构312流出，从而利用第一密封腔体31内的冷却介质实现对对定子绕组2的冷却，相较于现有的定子绕组2采用外置风扇吹风的散热降温方式而言，本实施例将定子绕组2整体浸在冷却介质中，可使定子绕组2得到充分的降温冷却，提高对定子绕组2的冷却降温效果，以保证定子绕组2和电机正常运行及使用寿命。
[0032]
在本发明的一个实施例中，所述第一密封腔体31包括中密封部313和两个端密封部314，两个所述端密封部314相对设置于所述中密封部313的两端且分别与所述端密封部314连通，所述定子绕组2包括绕组主体和设置于所述绕组主体两端的两个端部绕组，所述中密封部313包覆于所述绕组主体的外部，两个所述端密封部314分别包覆于两个所述端部绕组的外部。
[0033]
需要说明的是，结合图2所示，定子绕组2缠绕在定子铁芯1上，其中，处于定子铁芯1内壁凹槽上缠绕的定子绕组2的部分结构定义为绕组主体，处于定子铁芯1的相对两端的定子绕组2部分结构定义为端部绕组，第一密封腔体31包括中密封部313和两个端密封部314，由于绕组主体和端部绕组均为环形结构，故用于包覆密封绕组主体的中密封部313以
及包覆密封端部绕组的端密封部314也为环形结构，且两个端密封部314分别和中密封部313连通，进液结构311和出液结构312可分别设置于两个端密封部314上。其中，中密封部313与定子铁芯1的内壁连接，以实现中密封部313的安装，端密封部314包覆于端部绕组的外部且与定子铁芯1的端部连接，实现端密封部314的平稳安装。其中，端密封部314可为内部中空的第一圆筒结构，且第一圆筒结构的尺寸与端部绕组的尺寸相匹配，且第一圆筒结构侧壁的内部设有第一空腔，端部绕组处于第一空腔内，且冷却介质适于在第一空腔内流动，以实现对端部绕组的冷却降温。中密封部313也可为内部中空的第二圆筒结构，且第二圆筒结构侧壁的内部设有第二空腔，定子绕组2的绕组主体处于第二空腔内，且冷却介质适于在第二空腔内流动，以实现对绕组主体的冷却降温。
[0034]
在对定子绕组2进行冷却降温时，冷却介质可从图2中右侧的进液结构311进入右侧的端密封部314内，此时右侧的端部绕组浸在右侧端密封部314的冷却介质中，实现对右侧端部绕组的冷却降温，冷却介质继续向左流动，接着冷却介质进入中密封部313内，此时绕组主体浸在中密封部313的冷却介质中，实现对绕组主体的冷却降温作业，随后冷却介质继续向左流动并进入左侧的端密封部314内，此时左侧的端部绕组浸在左侧的端密封部314的冷却介质中，实现左侧的端部绕组的冷却降温，最后冷却介质从出液结构312处排出第一密封腔体31外，还可通过循环装置再次进入进液结构311，即利用冷却介质在两个端密封部314和中密封部313的内部循环流动，实现对定子绕组2中两个端部绕组和绕组主体的冷却降温，保证对定子绕组2的冷却降温效果。
[0035]
在本发明的一个实施例中，所述定子套还包括第一支撑结构32和两个第二支撑结构33，所述第一支撑结构32设置于所述定子铁芯1的内壁，所述中密封部313包覆于所述绕组主体和所述第一支撑结构32的外部，两个所述第二支撑结构33分别设置于所述定子铁芯1的相对两端，所述端密封部314包覆于所述端部绕组和所述第二支撑结构33的外部，所述第一支撑结构32与所述绕组主体之间以及所述第二支撑结构33与所述端部绕组之间预设所述第一冷却通道。
[0036]
需要说明的是，结合图3所示，将第一支撑结构32安装于定子铁芯1的内壁，从而便于中密封部313通过第一支撑结构32安装于定子铁芯1的内壁上，且当中密封部313包覆在第一支撑结构32上，所述绕组主体和所述第一支撑结构32均处于中密封部313的内部，此时绕组主体整个浸泡在中密封部313的冷却介质中，起到对绕组主体的冷却降温效果。第一支撑结构32可以为卷筒架结构，也可以为呈环形排列的多个中支撑板，只要能够便于中密封部313包覆于所述绕组主体的外部的其他环形支撑结构均适用于本技术方案，在此不做限定。且当第一支撑结构32安装于定子铁芯1的内壁时，第一支撑结构32与绕组主体之间预设作为第一冷却通道的间隔，从而便于冷却介质从第一支撑结构32与绕组主体之间的第一冷却通道内流过，以对绕组主体进行冷却降温。
[0037]
通过将两个第二支撑结构33分别安装于定子铁芯1的相对两端，从而便于端密封部314通过第二支撑结构33安装于定子铁芯1的端部，且当端密封部314包覆在第二支撑结构33上，所述端部绕组和所述第二支撑结构33均处于端密封部314的内部，此时各端部绕组分别浸泡在各端密封部314的冷却介质中，起到对端部绕组的冷却降温效果。第二支撑结构33可以为圆筒结构，且圆筒结构的一端与定子铁芯1的端部连接，也可以为呈环形排列的多个端支撑板，即端支撑板与定子铁芯1的端部连接，只要能够便于端密封部314包覆于所述
端部绕组的外部的其他环形支撑结构均适用于本技术方案，在此不做限定。且当第二支撑结构33安装于定子铁芯1的端部时，第二支撑结构33与端部绕组之间预设作为第一冷却通道的间隔，从而便于冷却介质从第二支撑结构33与端部绕组之间的第一冷却通道内流过，以对端部绕组进行冷却降温。
[0038]
在本发明的一个实施例中，结合图4所示，所述第一支撑结构32朝向所述绕组主体的一侧壁上以及所述第二支撑结构33朝向所述端部绕组的一侧壁上分别设有用于改变所述冷却介质流速的第一湍流结构34。
[0039]
需要说明的是，通过在第一支撑结构32朝向绕组主体的一侧壁上以及第二支撑结构33朝向端部绕组的一侧壁上设有第一湍流结构34，此时第一支撑结构32与定子铁芯1内壁之间以及第二支撑结构33与端部绕组之间因具有第一湍流结构34而使第一冷却通道变窄，以最大程度提高电机内部冷却介质在第一冷却通道内流动的流速及湍流度，进而提升对定子绕组2和定子铁芯1的冷却能力。
[0040]
在本实施例中，第一湍流结构34可以为多个凸起结构，其多个凸起结构离散间隔设置，冷却介质在第一支撑结构32与定子铁芯1之间以及第二支撑结构33与端部绕组之间的第一冷却通道内流动，基于上述多个凸起结构离散间隔设置，形成了流体力学中可增加流通的介质边界层的湍流度的离散粗糙元的结构，故而在电机定子冷却系统对冷却介质施加的压力及其他条件不变的情况下，本实施例中多个离散间隔设置的凸起结构可以有效提高冷却介质在第一冷却通道内的流动速度及湍流度，进而提高了电机的冷却能力，以及增加了电机的功率密度。
[0041]
在本发明的一个实施例中，所述定子铁芯1的内壁设有用于改变所述冷却介质流速的第二湍流结构35。
[0042]
需要说明的是，结合图5所示，此时定子铁芯1的内壁设置第二湍流结构35，从而可以最大程度提高电机内部冷却介质在第一冷却通道内处于第二湍流结构35位置处流动的流速及湍流度，进而提升对定子绕组2和定子铁芯1的冷却能力。
[0043]
在本实施例中，第二湍流结构35包括多个槽道，且多个槽道呈环形间隔排列分布于定子铁芯1的内壁，每个槽道均与定子铁芯1的中心轴线方向平行，每个槽道设置呈两端为宽部，两个宽部之间为窄部的结构，而且通过将槽道的两端向窄部延伸方向上，设置成槽道的截面面积逐渐变小的结构形式，即槽道内第一冷却通道的流动通道从两端向窄部逐渐变窄，当冷却介质在第一冷却通道内从一端向另一端流动时，首先经过通道逐渐变窄的情况，此时通过槽道的内壁对冷却介质挤压作用力下，冷却介质的流速会逐渐增大，当冷却介质流经槽道的窄部后，通道又逐渐变宽，经过逐渐变窄的通道的作用力后得到释放，冷却介质的流速会进一步加大。故而在电机定子冷却系统对冷却介质施加的压力及其他条件不变的情况下，本实施例中槽道的结构形式可以有效提高冷却介质在槽道内的流动速度及湍流度，进而提高了电机的冷却能力，以及增加了电机的功率密度。同时定子绕组2也可缠绕在定子铁芯1内壁上的各槽道上，即在定子铁芯1的内壁内部设置多个槽道的第二湍流结构35，可以对定子绕组2和定子铁芯1进行有效冷却，以进一步地提高电机的冷却能力。
[0044]
在本发明的一个实施例中，所述定子套还包括与所述第一密封腔体31连通的第二密封腔体36，所述第二密封腔体36包覆在所述定子铁芯1的外部，所述第二密封腔体36为内部中空的圆筒结构，所述圆筒结构的周向侧壁的内部预设第二冷却通道，且所述进液结构
311和所述出液结构312分别与所述第二冷却通道连通。
[0045]
需要说明的是，结合图6所示，通过将第二密封腔体36包覆在所述定子铁芯1的外部，所述第二密封腔体36设置为内部中空的圆筒结构，从而便于利用圆筒结构套设在定子铁芯1的外部，所述圆筒结构的周向侧壁的内部预设第二冷却通道，且所述进液结构311和所述出液结构312分别与所述第二冷却通道连通，在冷却介质从进液结构311进入定子套内部之后，以定子铁芯1为界限，此时冷却介质产生分流，一部分冷却介质进入包覆在所述定子绕组2的外部的第一密封腔体31的内部，且在第一冷却通道内流动，以实现对定子绕组2中两个端部绕组、绕组主体以及定子铁芯1内部的冷却降温，另一部分冷却介质进入包覆在所述定子铁芯1的外部的第二密封腔体36的内部，且在第二冷却通道内流动，以实现对定子铁芯1外部的冷却降温，最终冷却介质从出液结构312排出，从而实现对定子铁芯1和定子绕组2的冷却降温。
[0046]
在本发明的一个实施例中，结合图7所示，所述定子套还包括第三支撑结构37，所述第三支撑结构37设置于所述定子铁芯1的外壁，所述第三支撑结构37与所述定子铁芯1之间预设第二冷却通道。
[0047]
需要说明的是，通过在定子铁芯1的外壁设置第三支撑结构37，从而便于第二密封腔体36通过第三支撑结构37安装于定子铁芯1的外壁，且当第二密封腔体36包覆在第三支撑结构37上，所述定子铁芯1处于第二密封腔体36的内部，此时定子铁芯1整个浸泡在第二密封腔体36的冷却介质中，起到对定子铁芯1的冷却降温效果。第三支撑结构37可以为呈环形排列的多个中支撑件，每个中支撑件包括支撑杆和支腿，支腿设置在定子铁芯1的外壁上，支腿的另一端与支撑杆连接，此时支撑杆与定子铁芯1的外壁之间预设间隔以作为第二冷却通道，只要能够便于第二密封腔体36包覆于所述定子铁芯1的外部的各种支撑结构均适用于本技术方案，在此不做限定。
[0048]
在本发明的一个实施例中，所述第一密封腔体31和所述第二密封腔体36采用绝缘、高强度、耐腐蚀的复合材料制成。
[0049]
需要说明的是，所述复合材料可采用碳纤维，提高在高、低温下的强度和韧性，能够在不同温度条件下工作，保证电机运行时散热的能力，避免因电机温度过高导致烧毁电机的定子绕组2，提高电机定子冷却系统整体的使用寿命。
[0050]
本发明另一实施例提供一种电机，包括转子总成5、两个端盖4以及如上述实施例所述的电机定子冷却系统，所述电机定子冷却系统中的定子铁芯1套设于所述转子总成5外，两个所述端盖4分别设置于所述电机定子冷却系统中定子套的相对两端。
[0051]
需要说明的是，结合图6所示，两个端盖4分别设置于定子套的相对两端，且转子总成5的一端穿设于一所述端盖4，从而不仅将定子铁芯1、定子绕组2以及转子总成5封装在电机的内部，防止外界灰尘进入，而且利用端盖4，还可起到对转子总成5的支撑作用。端盖4可与定子套中的第一密封腔体31或第二密封腔体36的外壁过盈配合，如端盖4与第一密封腔体31或第二密封腔体36可采用密封方式连接。
[0052]
在本实施例中，转子总成5包括转子轴51和转子铁芯52，转子铁芯52嵌设于定子铁芯1的内部，且转子铁芯52与定子铁芯1之间预设气隙，转子轴51嵌设于转子铁芯52的内部。
[0053]
在本发明的一个实施例中，电机还包括密封圈，所述密封圈设置于所述定子套和所述端盖4之间处。
[0054]
需要说明的是，通过将密封圈设置于定子套与端盖4之间的连接处，可以保证定子套与端盖4的密封性，防止外界灰尘进入电机的内部，只要能够密封定子套和端盖4的连接处的密封圈结构均适用于本技术方案，在此不再限定。
[0055]
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。