电机定子冷却结构和电机的制作方法

1.本技术涉及电机技术领域，具体涉及一种电机定子冷却结构和电机。


背景技术：

2.随着国家大力推进产业升级，电机领域会持续向高速化、小型化发展。随之而来的电机功率密度、损耗密度等均不断上升，电机绕组尤其是端部绕组的发热量将进一步上升。
3.采用背绕式绕线形式可以有效降低电机绕组端部尤其是出线端的大小，端部电阻随之变小其发热量便可降低。但是，相同匝数条件下背绕式绕组所需要的绝缘填充介质空间更大，为了确保电机磁场分布不过度饱和以及相同电流下的输出转矩不变，电机定子铁芯尺寸将变大。
4.对于采用背绕式绕组的高速永磁电机，绕组端部被多层绝缘包裹住，更不利于绕组和铁芯的散热，增加了端部绕组绝缘老化导致发生绝缘击穿的可能性。


技术实现要素：

5.因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种电机定子冷却结构和电机，能够对电机定子的端部绕组形成有效冷却，避免绕组局部温度过高，提高电机输出功率。
6.为了解决上述问题，本技术提供一种电机定子冷却结构，包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯上设置有绕组线槽，定子绕组绕设在绕组线槽内，定子绕组与定子铁芯的至少一个端面之间设置有挡环，挡环内置有冷却通道。
7.优选地，挡环包括第一接口和第二接口，第一接口和第二接口与冷却通道连通，冷却介质从第一接口进入冷却通道，并从第二接口流出。
8.优选地，第一接口和第二接口位于挡环的同一直径的两端；或，挡环为c形，第一接口位于挡环的c形结构的第一端，第二接口位于挡环的c形结构的第二端。
9.优选地，挡环的冷却通道内设置有隔板，隔板的两侧隔开，第一接口设置在隔板的第一侧，第二接口设置在隔板的第二侧。
10.优选地，绕组线槽内设置有冷却骨架，冷却骨架具有冷却通道，冷却骨架能够通过冷却通道对定子绕组进行冷却。
11.优选地，绕组线槽包括绕组内槽和绕组外槽，冷却骨架设置在绕组内槽和/或绕组外槽内。
12.优选地，冷却骨架包括热管和外管连接段，热管位于绕组线槽内，外管连接段连接在相邻的两个热管之间。
13.优选地，热管通过外管连接段串联，挡环还包括第三接口和第四接口，冷却骨架的第一端与第三接口连接，冷却骨架的第二端与第四接口连接。
14.优选地，定子铁芯的两端分别设置有挡环，热管通过外管连接段串联，冷却骨架的第一端与其中一个挡环的第二接口连接，冷却骨架的第二端与另外一个挡环的第二接口连接。
15.优选地，定子铁芯的两端分别设置有挡环，冷却骨架包括热管，多个热管并联设置，各热管的第一端与其中一个挡环的冷却流道连通，热管的第二端与另外一个挡环的冷却流道连通。
16.优选地，定子铁芯的两端分别设置有挡环，热管通过外管连接段串联，冷却骨架的第一端与其中一个挡环的第二接口连接，冷却骨架的第二端与另外一个挡环的第二接口连接，其中一个挡环的第一接口连接有外接热管，外接热管设置在绕组线槽内；或，定子铁芯的两端分别设置有挡环，热管通过外管连接段串联，冷却骨架的第一端与其中一个挡环的第二接口连接，冷却骨架的第二端与另外一个挡环的第二接口连接，各挡环的第一接口分别连接有外接热管，外接热管设置在绕组线槽内。
17.优选地，挡环为热管结构，挡环包括环体和冷凝段，环体位于定子绕组和定子铁芯之间，冷凝端连接在环体上，并沿着远离定子铁芯的方向轴向伸出。
18.优选地，第一接口和第二接口位于定子绕组的两个相邻的绕组线圈之间。
19.优选地，冷却骨架有多个冷却段拼接而成；或，冷却骨架为一体成型。
20.优选地，挡环采用导热绝缘材料制成。
21.根据本技术的另一方面，提供了一种电机，包括电机定子冷却结构，该电机定子冷却结构为上述的电机定子冷却结构。
22.本技术提供的电机定子冷却结构，包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯上设置有绕组线槽，定子绕组绕设在绕组线槽内，定子绕组与定子铁芯的至少一个端面之间设置有挡环，挡环内置有冷却通道。该电机定子冷却结构在定子绕组和定子铁芯之间设置挡环，并且在挡环内设置冷却通道，能够利用挡环对定子绕组的端部绕组进行有效冷却，提高端部绕组的冷却效果和冷却效率，避免绕组局部温度过高，提高电机输出功率，同时还可以利用挡环对端部绕组和定子铁芯之间进行隔离，提高端部绕组与定子铁芯之间的绝缘等级，保护电机的平稳运行。
附图说明
23.图1为本技术一个实施例的电机定子冷却结构的立体结构图；
24.图2为本技术一个实施例的电机定子冷却结构的一个端面结构图；
25.图3为本技术一个实施例的电机定子冷却结构的另一个端面结构图；
26.图4为本技术一个实施例的电机定子冷却结构的冷却骨架立体结构图；
27.图5为本技术一个实施例的电机定子冷却结构的结构示意图；
28.图6为本技术一个实施例的电机定子冷却结构的定子铁芯结构示意图；
29.图7为本技术一个实施例的电机定子冷却结构的端环结构示意图；
30.图8为本技术一个实施例的电机定子冷却结构的端环的局部放大结构图；
31.图9为本技术一个实施例的电机定子冷却结构的端环的剖视结构图；
32.图10为本技术一个实施例的电机定子冷却结构的热管的立体结构图。
33.附图标记表示为：
34.1、定子铁芯；2、定子绕组；3、挡环；4、第一接口；5、第二接口；6、绕组内槽；7、绕组外槽；8、热管；9、外管连接段；10、外接热管。
具体实施方式
35.结合参见图1至图10所示，根据本技术的实施例，电机定子冷却结构包括定子铁芯1和定子绕组2，定子铁芯1上设置有绕组线槽，定子绕组2绕设在绕组线槽内，定子绕组2与定子铁芯1的至少一个端面之间设置有挡环3，挡环3内置有冷却通道。
36.该电机定子冷却结构在定子绕组2和定子铁芯1之间设置挡环3，并且在挡环3内设置冷却通道，能够利用挡环3对定子绕组2的端部绕组进行有效冷却，提高端部绕组的冷却效果和冷却效率，避免绕组局部温度过高，提高电机输出功率，同时还可以利用挡环3对端部绕组和定子铁芯1之间进行隔离，提高端部绕组与定子铁芯1之间的绝缘等级，保护电机的平稳运行。此外，挡环3还能够由来压紧定子铁芯1的冲片，使得定子铁芯1的整体结构性更强。
37.结合定子铁芯1的内外径尺寸、内外槽尺寸、铁芯冲片叠高和叠压冲片数量，能够合理设计挡环3的几何形状、内径尺寸、外径尺寸和厚度，在本实施例中，挡环3的形状为环形，安装位置为定子铁芯1的两端，能够贴近定子铁芯1并与定子铁芯1充分接触，可以通过螺钉将挡环3固定在定子铁芯1上，并使得挡环3压紧冲片。
38.在一个实施例中，挡环3包括第一接口4和第二接口5，第一接口4和第二接口5与冷却通道连通，冷却介质从第一接口4进入冷却通道，并从第二接口5流出。在本实施例中，挡环3可以通过第一接口4和第二接口5与外界的冷却介质管路实现连接，冷却介质能够经第一接口4进入到挡环3的冷却通道，在流经冷却通道的过程中对端部绕组进行冷却，然后经第二接口5从冷却通道流出，形成冷却循环，对端部绕组进行持续有效的冷却。
39.在一个图中未示出的实施例中，第一接口4和第二接口5位于挡环3的同一直径的两端，能够最大化第一接口4与第二接口5之间的距离，使得冷却介质的进口和出口之间的距离最远，使得冷却介质能够充分流经挡环3的冷却通道，对各个部位的端部绕组均进行有效冷却。
40.在一个图中未示出的实施例中，挡环3为c形，第一接口4位于挡环3的c形结构的第一端，第二接口5位于挡环3的c形结构的第二端。在本实施例中，将挡环3设计为c形，能够使得挡环3的内部通道成为断开的通道，如此一来，将第一接口4设置在挡环3的一端，将第二接口5设置在挡环3的另一端，就能够确保冷却介质进入到挡环3内后，经过最大的流动行程后从挡环3内流出，从而保证冷却介质与端部绕组之间的换热冷却效果。为了保证冷却介质具有最大流程，挡环3的两个端部应该尽可能地接近，第一接口4和第二接口5也应该尽可能地设置在端部位置。
41.在一个图中未示出的实施例中，挡环3的冷却通道内设置有隔板，隔板的两侧隔开，第一接口4设置在隔板的第一侧，第二接口5设置在隔板的第二侧。在本实施例中，通过在挡环3的冷却通道内设置隔板的方式，也能够将冷却通道隔断，从而实现冷却介质在冷却通道内具有最大流程的目的，提高冷却介质对端部绕组的冷却效果。
42.在一个实施例中，绕组线槽内设置有冷却骨架，冷却骨架具有冷却通道，冷却骨架能够通过冷却通道对定子绕组2进行冷却。在本实施例中，通过设置冷却骨架，能够从绕组线槽内对定子绕组2以及定子铁芯1进行冷却散热，有效降低定子铁芯1和定子绕组2的温度。
43.本实施例中的冷却骨架可以和挡环3采用同一套冷却系统，也可以与挡环3采用不
同的冷却系统，两者分属于不同的冷却流路。
44.在一个实施例中，冷却介质进口和出口可以设置在冷却骨架上，也可以设置在挡环3上，或者进口和出口中的一个设置在冷却骨架上，另一个设置在挡环3上。
45.在一个实施例中，绕组线槽包括绕组内槽6和绕组外槽7，冷却骨架设置在绕组内槽6和/或绕组外槽7内。
46.冷却骨架可以只设置在绕组内槽6内，也可以只设置在绕组外槽7内，还可以同时在绕组内槽6和绕组外槽7内设置，均可以对定子铁芯1和定子绕组2起到有效的冷却降温效果。
47.在一个实施例中，冷却骨架包括热管8和外管连接段9，热管8位于绕组线槽内，外管连接段9连接在相邻的两个热管8之间。在本实施例中，相邻的热管8之间可以依次通过外管连接段9连接，形成串联结构，从而减少冷却骨架的管接头数量，简化冷却结构，降低生产难度。
48.在一个实施例中，热管8通过外管连接段9串联，挡环3还包括第三接口和第四接口，冷却骨架的第一端与第三接口连接，冷却骨架的第二端与第四接口连接。在本实施例中，单一的挡环3与冷却骨架进行连接，形成一套冷却系统，其中挡环3的第一接口4和第二接口5作为冷却介质的进出管口，第三接口和第四接口分别与冷却骨架的两端进行连接，使得冷却骨架能够接入挡环3内，与挡环3形成冷却流路，冷却介质经第一接口进入到挡环3后，一部分流经挡环3的冷却通道对端部绕组进行冷却，另一部分从第三接口进入到冷却骨架，并在流经冷却骨架的冷却通道的过程中，同时对定子绕组2和定子铁芯1进行冷却，冷却骨架内的冷却介质从第四接口流出至挡环3内，与挡环3内的冷却介质汇合之后，从第二接口5流出挡环3，形成冷却循环。
49.在一个实施例中，定子铁芯1的两端分别设置有挡环3，热管8通过外管连接段9串联，冷却骨架的第一端与其中一个挡环3的第二接口5连接，冷却骨架的第二端与另外一个挡环3的第二接口5连接。在本实施例中，冷却介质经一个挡环3的第一接口4进入挡环3内，然后从该挡环3的第二接口5进入到冷却骨架的第一端，在流经冷却骨架后，经冷却骨架的第二端和另一个挡环3的第二接口5进入到领一个挡环3内，最后从另一个挡环3的第一接口4流出，形成串联的冷却流路。
50.在一个实施例中，定子铁芯1的两端分别设置有挡环3，冷却骨架包括热管8，多个热管8并联设置，各热管8的第一端与其中一个挡环3的冷却流道连通，热管8的第二端与另外一个挡环3的冷却流道连通。在本实施例中，挡环3只需要保留一个第一接口4，第二接口5可以密封，冷却介质经一个挡环3的第一接口4进入挡环3内，然后在挡环3的冷却通道内分散，同时经并联设置的多个热管8流入到另一个挡环3内，然后经另一个挡环3的第一接口4流出。
51.在一个实施例中，定子铁芯1的两端分别设置有挡环3，热管8通过外管连接段9串联，冷却骨架的第一端与其中一个挡环3的第二接口5连接，冷却骨架的第二端与另外一个挡环3的第二接口5连接，其中一个挡环3的第一接口4连接有外接热管10，外接热管10设置在绕组线槽内。在本实施例中，冷却介质从一个挡环3的第一接口4进入到挡环3内，然后从第二接口5处流动至冷却骨架内，之后经另一个挡环3的第二接口5进入到另一个挡环3内，并从另一个挡环3的第一接口4进入到外接热管10内，然后通过外接热管10流出。
52.定子铁芯1的两端分别设置有挡环3，热管8通过外管连接段9串联，冷却骨架的第一端与其中一个挡环3的第二接口5连接，冷却骨架的第二端与另外一个挡环3的第二接口5连接，各挡环3的第一接口4分别连接有外接热管10，外接热管10设置在绕组线槽内。在本实施例中，冷却介质从一个外接热管10经一个挡环3的第一接口4进入到挡环3内，然后从第二接口5处流动至冷却骨架内，之后经另一个挡环3的第二接口5进入到另一个挡环3内，并从另一个挡环3的第一接口4进入到外接热管10内，然后通过另一个外接热管10流出。
53.在一个实施例中，挡环3为热管结构，挡环3包括环体和冷凝段，环体位于定子绕组2和定子铁芯1之间，冷凝端连接在环体上，并沿着远离定子铁芯1的方向轴向伸出。在本实施例中，挡环3为封闭是结构，冷却介质在挡环3内流动，吸收端部绕组的热量，然后蒸发并流动至冷凝段，在冷凝段冷凝放热之后，冷凝成液体，然后又流回至环体，继续进行蒸发，从而能够快速高效地对端部绕组进行散热。该种结构无需外部管路，可以利用冷却介质的循环流动以及热管的特性实现散热，结构简单，整体结构更加简洁。
54.在一个实施例中，第一接口4和第二接口5位于定子绕组2的两个相邻的绕组线圈之间，能够避免第一接口4和第二接口5与定子绕组2相干涉，造成不必要的麻烦，保证冷却结构设置的可靠性和稳定性。
55.在一个实施例中，冷却骨架有多个冷却段拼接而成。例如，当采用14槽冷却骨架时，可以采用7个两槽骨架或者2个七槽骨架代替，通用性更强。
56.在本实施例中，当冷却骨架设置在绕组外槽7内时，绕组外槽7需要空出两个外槽，其余的外槽均设置冷却骨架，空出的两个外槽用于放置两个外接热管10。
57.在一个实施例中，冷却骨架为一体成型。
58.在一个实施例中，挡环3采用导热绝缘材料制成。挡环3优先采用绝缘性能强、导热能力强的材料，绝缘性能强有助于提高端部绕组与定子铁芯1之间的电阻值，有效防止端部绕组与定子铁芯1之间发生击穿，导热性能强又能够高效传递热量，降低电机整体运行温度。挡环3中开环形的冷却通道，方便流通冷却介质。挡环3例如可以采用氧化铝陶瓷制成，也可以采用其他既具有导热性能，又具有绝缘性能的材料制成。
59.本技术实施例的电机定子冷却结构，既可以用于压缩机机组，又可以独立用于电机；冷却介质可选择冷媒、压缩空气、油等不会引起电机系统各组件生锈的介质；挡环材料选择绝缘性能强和导热性能好的材料。
60.根据本技术的实施例，电机包括电机定子冷却结构，该电机定子冷却结构为上述的电机定子冷却结构。
61.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
62.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。