定子及包括其的电机的制作方法

本发明涉及一种定子及包括其的电机。

背景技术：

电机运行过程中由于欧姆电阻和铁磁滞在定子绕组和铁芯上产生热量，需要通过冷却装置将这些热量散去，否则电机可能会产生多种模式的失效。过高的电机温度将会加速定子绕组绝缘的老化，最终造成绝缘损毁、电机无法正常工作。根据经验，定子绕组温升每提升10℃，绝缘寿命将会缩短一半。另一方面，定子绕组温度升高将会导致定子绕组电阻变大、电机产热成平方关系增长，造成电机效率下降。因此，将电机温升控制在限值内并尽可能的降低电机温升对于电机的正常运行和高效运行都具有及其重要的意义。对于永磁电机，定子绕组产生的热量会通过气隙传递至永磁体从而提升永磁体温度，过高的温度将导致永磁体发生不可逆的退磁，进一步造成电机功率下降、不平衡等一系列问题。只有将定子绕组产生的热量通过合理方法及时散去并降低定子绕组温度，才能有效避免由于高温产生的永磁体不可逆退磁。

现有小型电机几乎都采用空气冷却电机。小型电机产热量小，但是产热量与散热面积的比值大，所以空冷虽然冷却效率低，但是往往足够满足冷却需求。这种情况下，采用空气冷却的方式能够充分发挥其易实现、可靠性强、基本免维护等特点。然而，对于大型电机而言空冷的可行性往往较低，这是由空冷效率低、空冷设备体积大、整体成本高等因素造成的。因此，许多大型电机冷却采用液体冷却。电机液冷存在多种形式和多种布局，例如冷却液管路位于机壳内的水套冷、冷却液管路位于定子铁芯轭部的水套冷、定子绕组导线内部通冷却液的水内冷等。不同的液冷方式冷却效率相差甚远，因此，液冷设计的一个挑战在于采用合适的液冷方式以及合理的冷却布置，提高冷却效率。另一方面，液冷管路和设备往往受到电机空间约束，成为造成液冷成本较高的一个主要原因。所以，在不影响可靠性的前提下，通过合理的利用电机内部空间，将液冷管路和设备进行合理布置，是增强液冷可行性的一种途径。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电机定子的液冷装置由于空间布局而导致的可行性较低以及成本较高的缺陷，提供一种定子及包括其的电机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种定子，包括定子铁芯、定子绕组，所述定子铁芯由多个齿槽状的硅钢片堆叠而成，所述定子铁芯包括多个定子齿和多个定子槽，两所述定子绕组分别缠绕在沿所述定子的周向方向相邻的两所述定子齿上，任一所述定子槽内承载沿所述定子的周向方向相邻的两所述定子绕组的各一部分，至少一个所述定子槽内的两所述定子绕组之间设有第一空隙，其特点在于，所述定子还包括液冷装置，所述液冷装置包括液冷管，所述液冷管包括冷却段、进液段和出液段，所述冷却段与所述进液段连接并连通，所述冷却段与所述出液段连接并连通，所述冷却段的至少一部分设于所述第一空隙内。

在本方案中，定子采用双层集中式定子绕组结构，将液冷管的冷却段置于定子槽且贴近定子绕组，冷却段与定子绕组之间通过摩擦力固定。冷却液在液冷管内流动，对定子铁芯和定子绕组起到冷却作用。冷却段的位置设置一方面充分利用定子绕组间的空间，降低了电机空间对液冷管的约束，从而降低生产成本，提高液冷装置布局的可行性；另一方面增大了冷却段与定子绕组间的接触面积，提高了电机的液冷效率。

较佳地，所述冷却段至少设于沿所述定子的周向方向相邻的两所述第一空隙内，所述液冷管还包括连接两相邻的所述第一空隙内的所述冷却段的连接段。

在本方案中，至少两相邻的第一空隙内的冷却段连接，可以减少冷却回路中进液段和出液段等接头的数量，减少设置在进液段入口和出液段出口处的绝缘装置的数量和焊接次数，从而降低成本、减少故障点、增加液冷可靠性。

较佳地，所述进液段和所述出液段平行于所述定子的径向方向，所述进液段的一部分和所述出液段的一部分设于所述第一空隙内。

在本方案中，进液段和出液段平行于定子径向，从而进液段和出液段的位置设置能够利用定子的内部空间，降低电机空间的约束，提高液冷装置布局的可行性。

较佳地，所述定子铁芯包括至少一排由所述硅钢片不连续堆叠而形成的径向通道，所述径向通道内设有支撑结构。

在本方案中，径向通道用于使进液段和出液段能够沿定子径向穿过定子铁芯，从而部分液冷装备可以设置定子内部空间，通过充分利用定子内部空间，以降低电机空间的约束，提高液冷装置布局的可行性。

较佳地，所述径向通道的数量为一个。

在本方案中，径向通道数量越多，定子沿其轴向方向的长度越长，也越占用电机内部空间，所以要尽量减少径向通道的数量，以减少定子在电机中所占的空间。

较佳地，所述支撑结构包括支撑槽板，沿所述定子的轴向方向，所述支撑槽板的两端分别与所述径向通道的两端的硅钢片连接，所述支撑槽板包括支撑底板和支撑筋，所述支撑筋设于所述支撑底板上。

较佳地，沿所述定子的轴向方向，所述支撑筋的高度大于所述进液段的高度和所述出液段的高度，所述进液段和所述出液段穿设于所述径向通道，用于将所述液冷装置的一部分设于所述定子的内部区域。

在本方案中，支撑筋的高度需要满足进液段或出液段能够沿定子径向穿过径向通道。

较佳地，所述液冷管的截面形状为四边形，所述液冷管的至少两个面与所述定子绕组或所述定子铁芯接合。

在本方案中，液冷管设为四边形的截面可以增大液冷管与定子绕组的接触面积，从而提高液冷效率。

较佳地，所述冷却段包括多根平行于所述定子的轴向方向的管道。

在本方案中，冷却段中的冷却液主要流动方向平行于定子轴向。

较佳地，所述冷却段为盘管结构，所述冷却段的弯折处设于所述冷却段沿所述定子的轴向方向的两端。

在本方案中，冷却液在盘管中的流动路程大于冷却液在单根直管中的流动路程，便于冷却液充分吸收定子铁芯和定子绕组产生的热量，提高液冷效率。

较佳地，所述定子槽的底部设有槽底垫块，所述槽底垫块用于填充所述液冷管与所述定子槽的底部之间的第二空隙。

在本方案中，槽底垫块填充了液冷管与定子槽的底部之间的区域，使液冷管固定的稳定性提高。

较佳地，所述冷却段为多条并联直管结构。

在本方案中，冷却液能同时在多根直管中流动，加快冷却速度，提高冷却效率。

较佳地，所述液冷管中的冷却液为绝缘液体，且所述液冷管中的冷却液的电导率在25℃时小于5.0μs/cm。

在本方案中，冷却液的电导率较小，不容易堵塞液冷管，能够增加液冷管的使用寿命。

较佳地，沿所述定子的周向方向，所述定子绕组与所述液冷管之间设有隔离垫条；沿所述定子的径向方向，所述隔离垫条的长度等于所述定子绕组的长度。

在本方案中，隔离垫条用于减少液冷管与定子绕组间的磨损情况。

较佳地，所述进液段设有进液口，所述出液段设有出液口，所述液冷装置还包括引水组件和汇流组件，所述进液段与所述出液段分别通过所述进液口和所述出液口实现与所述引水组件和所述汇流组件连通。

较佳地，所述引水组件和所述汇流组件设于所述定子铁芯的内部区域。

在本方案中，引水组件和汇流组件充分利用定子内部空间，降低了电机的空间约束。

较佳地，所述引水组件包括第一引水管和第二引水管，所述第一引水管的一端与所述进液口连接并连通，所述第二引水管的一端与所述出液口连接并连通。

在本方案中，第一引水管用于将冷却液引入液冷管，冷却液经液冷管流动后，由出液口流入第二引水管。

较佳地，所述第一引水管和所述第二引水管均设有绝缘装置。

在本方案中，绝缘装置提高了液冷装置的安全性。

较佳地，所述汇流组件包括第一汇流管和第二汇流管，所述第一汇流管与所述第一引水管的另一端连接并连通，所述第二汇流管与所述第二引水管的另一端连接并连通。

在本方案中，第一汇流管中的冷却液通过第一引水管进入液冷管，在液冷管内流动，以冷却定子铁芯和定子绕组。冷却液逐渐变热，最后由液冷管的出液口经第二引水管进入第二汇流管。

一种电机，其特点在于，所述电机包括上述的定子。

本发明的积极进步效果在于：本发明将液冷管的冷却段置于定子槽且贴近定子绕组，冷却段与定子绕组之间通过摩擦力固定。冷却液在液冷管内流动，对定子铁芯和定子绕组起到冷却作用。冷却段的位置设置一方面充分利用定子绕组间的空间，降低了电机空间对液冷管的约束，从而降低生产成本，提高液冷装置布局的可行性；另一方面增大了冷却段与定子绕组间的接触面积，提高了电机的液冷效率。进出液段穿设径向通道，使得部分冷却装置能够设置在定子的内部，充分利用定子的内部空间，降低电机空间的约束，提高液冷装置布局的可行性。多个第一空隙内的冷却段连接，可以减少冷却回路中进液段和出液段等接头的数量，减少设置在进液段入口和出液段出口处的绝缘装置的数量和焊接次数，从而降低成本、减少故障点、增加液冷可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例1的电机定子的立体结构示意图。

图2为本发明实施例1的电机定子的另一位置状态的立体结构示意图。

图3为本发明实施例1的定子铁芯与液冷管的立体结构示意图。

图4为本发明实施例1的定子径向截面的结构示意图。

图5为本发明实施例2的定子铁芯与液冷管的立体结构示意图。

附图标记说明：

10定子铁芯

101定子齿

102定子槽

103径向通道

104支撑槽板

1041支撑底板

1042支撑筋

20定子绕组

30槽楔

40液冷管

401冷却段

402进液段

4021进液口

403出液段

4031出液口

404连接段

50引水组件

501第一引水管

502第二引水管

503绝缘装置

60汇流组件

601第一汇流管

602第二汇流管

70第一空隙

80第二空隙

90隔离垫条

100槽底垫块

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本发明涉及一种电机中的定子，如图1-4所示，定子包括定子铁芯10、定子绕组20、槽楔30和液冷装置。定子铁芯10由多个齿槽状的硅钢片堆叠而成，定子铁芯10包括多个定子齿101和多个定子槽102，两定子绕组20分别缠绕在沿定子的周向方向相邻的两定子齿101上，任一定子槽102内承载沿定子的周向方向相邻的两定子绕组20的各一部分，一个定子槽102内的两定子绕组20之间设有第一空隙70。由于不同电机的内部结构不同，所以不是任一定子槽102内的两定子绕组20之间都设有第一空隙70，需至少保证有一个定子槽102内的两定子绕组20之间设有第一空隙70。

液冷装置包括液冷管40，液冷管40包括冷却段401、进液段402和出液段403。液冷管40需由耐压性及耐腐蚀性好的金属制成，例如不锈钢、铜，冷却段401设于第一空隙70内，冷却段401与进液段402连接并连通，且冷却段401与出液段403也连接并连通。沿定子的轴向方向，冷却段401的高度大于定子铁芯10的高度；沿定子的径向方向，冷却段401的长度等于定子绕组20的长度。冷却段401沿定子轴向的两端均略超出定子铁芯10，以使定子铁芯10和定子绕组20的各部分都能均匀冷却，也增大了液冷管40与定子绕组20的接触面积，提高了液冷效率。在其他可替代的实施方式中，冷却段401的尺寸不局限于上述要求，可根据实际需求进行调整，需保证冷却段401的至少一部分设于第一空隙70内。槽楔30设于定子槽102的顶部并与定子齿101的顶部接合，用于固定定子绕组20和液冷管40，进一步提高液冷管40固定的稳定性，且使定子绕组20和液冷管40在能够稳定工作的同时，还不影响其他电机内的部件。

定子采用双层集中式定子绕组20结构，将液冷管40的冷却段401设于定子槽102且贴近定子绕组20，液冷管40与定子绕组20之间过盈配合，依靠摩擦力实现液冷管40与定子绕组20之间的固定。冷却液在液冷管40内流动，对定子铁芯10和定子绕组20起到冷却作用。冷却段401的位置设置一方面充分利用定子绕组20间的空间，降低了电机空间对液冷管40的约束，从而降低生产成本，提高液冷装置布局的可行性；另一方面增大了冷却段401与定子绕组20间的接触面积，提高了电机的液冷效率。

沿定子的周向方向相邻的两第一空隙70内的冷却段401通过连接段404连接并连通，两连通的冷却段401一体成型，连接段404为弧形管结构，方便冷却液流动。连接段404设于冷却段401沿定子的径向方向的最外侧，且设于沿定子的轴向方向冷却段401高于定子铁芯10的部分，以形成完整的且便于冷却液流动的管路。两相邻的第一空隙70内的冷却段401连接且一体成型，可以减少冷却回路中进液段402和出液段403等接头的数量，减少设置在进液段402入口和出液段403出口处的绝缘装置503的数量和焊接次数，从而降低成本、减少故障点、增加液冷可靠性。

在其他可替代的实施方式中，不局限于沿定子的周向方向相邻的两第一空隙70中的冷却段401连接并连通，每个第一空隙70中的冷却段401可单独设置进液段402和出液段403，也可多个沿定子周向相邻的冷却段401连接并连通。两连通的液冷管40不局限于一体成型，也可由多段液冷管40拼接而成，需注意拼接的可靠性，保证置于管内的冷却液不会泄露。连接段404的设置位置和形状也不局限于上述要求，可根据实际液冷装置的布局，设置在不同位置，在保证电机液冷效率的同时，也需要便于安装维护、减少电机内部拥挤的情况。

进液段402和出液段403平行于定子的径向方向，进液段402的一部分和出液段403的一部分设于第一空隙70内。定子铁芯10包括一排由硅钢片不连续堆叠而形成的径向通道103，用于使进液段402和出液段403能够沿定子径向穿过定子铁芯10，径向通道103内设有支撑结构。支撑结构包括支撑槽板104，沿定子的轴向方向，支撑槽板104的两端分别与径向通道103的两端的硅钢片连接，支撑槽板104包括支撑底板1041和支撑筋1042，支撑筋1042设于支撑底板1041上。进液段402和出液段403穿设径向通道103，从而能将液冷装置的一部分设于定子的内部区域，降低电机空间的约束，提高液冷装置布局的可行性。为便于穿设，沿定子轴向方向，径向通道103的高度要等于或略大于进液段402和出液段403的高度，径向通道103的高度不宜过高，以避免定子轴向长度过长而占用更多电机空间，造成电机内部拥挤。在其他可替代的实施方式中，径向通道103不局限于一排，可设置多排径向通道103，但为减少定子轴向长度，减少定子的占用空间，应尽量减少径向通道103的数量。

液冷管40的截面形状为矩形，液冷管40的至少两个面与定子绕组20或定子铁芯10接合，从而可以增大液冷管40与定子绕组20的接触面积，从而提高液冷效率。在其他可替代的实施方式中，液冷的截面形状可采用其他四边形形状或非四边形形状，在保证电机液冷效率的同时，还需要便于安装。

冷却段401包括多根平行于定子的轴向方向的管道，冷却段401中的冷却液主要流动方向平行于定子轴向。冷却段401采用具有偶数折程数的盘管结构，冷却段401的弯折处设于冷却段401沿定子的轴向方向的两端，从而保证进液段402和出液段403均能穿过径向通道103。冷却液在盘管中的流动路程大于冷却液在单根直管中的流动路程，便于冷却液充分吸收定子铁芯10和定子绕组20产生的热量，提高液冷效率。其他可替代的实施方式中，冷却段401也可采用直管结构，需保证足够的液冷效率及便于安装、合理布局。

进液段402和出液段403平行于定子的径向方向设置且垂直于冷却液在液冷管40中的主要流向方向，所以沿定子径向方向，定子槽102的底部与液冷管40之间存在第二空隙80。为保证液冷管40固定的稳定，定子槽102的底部设有槽底垫块100，用于填充液冷管40与定子槽102的底部之间的第二空隙80，使液冷管40固定的稳定性提高。

液冷管40中的冷却液为绝缘液体，且液冷管40中的冷却液的电导率在25℃时小于5.0μs/cm。冷却液的电导率较小，不容易堵塞液冷管40，能够增加液冷管40的使用寿命。

为了减少冷却段401与定子绕组20间的磨损情况，沿定子的周向方向上，定子绕组20与冷却段401之间设有隔离垫条90，隔离垫条90沿定子径向的长度等于定子绕组20沿定子径向的长度，隔离垫条90在保证减少冷却段401与定子绕组20间的磨损的前提下，其厚度应该取较小值，例如1mm，以减小冷却段401与定子绕组20之间的热阻。因冷却段401与定子绕组20之间过盈配合，所以组装定子时，定子绕组20缠绕定子铁芯10后先安装隔离垫片，再安装液冷管40，三者互相靠摩擦力固定。

进液段402设有进液口4021，出液段403设有出液口4031，液冷装置还包括引水组件50和汇流组件60，进液段402与出液段403分别通过进液口4021和出液口4031实现与引水组件50和汇流组件60连通。引水组件50和汇流组件60设于定子铁芯10的内部区域。引水组件50和汇流组件60充分利用定子内部空间，降低了电机的空间约束。

引水组件50包括第一引水管501和第二引水管502，第一引水管501的一端与进液口4021连接并连通，第二引水管502的一端与出液口4031连接并连通。第一引水管501和第二引水管502均设有绝缘装置503，绝缘装置503提高了液冷装置的安全性，防止使用过程中出现的漏电等现象。汇流组件60包括第一汇流管601和第二汇流管602，第一汇流管601与第一引水管501的另一端连接并连通，第二汇流管602与第二引水管502的另一端连接并连通。对于本领域而言，本领域技术人员可采用现有技术中公知的连接方式，例如焊接、卡箍，从而实现引水组件50与液冷管40的连接及引水组件50与汇流组件60的连接。本实施例中的绝缘装置503的结构及其与第一引水管501和第二引水管502的连接方式均为本领域现有技术，在此不做赘述。

当液冷管40与定子铁芯10、定子绕组20和槽楔30之间完全组装固定之后，对组装之后的定子进行浸漆处理，从而保证液冷管40能够与定子铁芯10和定子绕组20充分接触，提高液冷效率。本实施例中浸漆的操作为现有技术，在此不做赘述。

本实施例采用内定子、外转子的电机结构，因此定子内部空间较为宽阔，可以放置引水组件50和汇流组件60等除液冷管40外的其他液冷装置的组件，避免将这些组件安装在电机端板等电机内部的其他区域上，不仅减少了电机的拥挤情况，同时还降低了液冷装置的安装难度，减少生产成本。

冷却液从第一汇流管601流向第一引水管501，再由第一引水管501从进液段402的进液口4021引入冷却段401，冷却液在冷却段401内流动，使定子铁芯10和定子绕组20温度降低，冷却液温度逐渐升高，由出液段403的出液口4031流向第二引水管502，再由第二引水管502引入第二汇流管602，从而完成一次冷却，重复上述冷却过程，不断地冷却定子铁芯10和定子绕组20，以保持定子铁芯10和定子绕组20的温度不会过高，从而影响定子的使用寿命。冷却液采用绝缘液体，流速一般不超过3m/s，能够保证定子铁芯10和定子绕组20得到有效的降温，当流速为1m/s时，冷却效果更佳。冷却液在冷却段401内的主要流动方向平行于定子轴向，因为定子的轴向长度大于定子槽102的径向长度，冷却管又采用盘管结构，冷却液沿定子轴向流动能够减少盘管的折程数，从而减少冷却液流动过程中的损耗。

实施例2

本实施例的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于，冷却段401的结构不同。

如图所示，冷却段401采用多条并联直管结构，冷却液由进液段402进入冷却段401后，同时向定子铁芯10的两端流动，冷却液能同时在多根直管中流动，加快冷却速度，提高冷却效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。