热管与铁芯集成一体化的电机定子结构的制作方法

本发明属于电机技术领域，特别是涉及热管与铁芯集成一体化的电机定子结构。

背景技术：

随着永磁体材料、软磁材料、电力电子器件等技术的进步，电机系统的功率密度和转矩密度越来越高，在新能源汽车驱动系统、高铁牵引系统、无人机推进系统和舰船推进系统中，高功率密度高转矩密度电机系统的应用越来越广泛。一方面，电机输出转矩的增加，离不开电机绕组中电流的增加。另一方面，相同体积或重量情况下，想要提高电机的输出功率，可以通过提高电机的转速来实现。这两种技术途径都会增加电机本体的损耗，导致电机发热。如果不能快速及时的把损耗热量散出去，会导致电机绕组温度过高，损坏电机定子漆包线绕组的绝缘层，降低电机的使用寿命甚至直接烧毁电机。因此，高散热能力的结构对电机系统的安全可靠运行时非常重要的。

通常，高功率密度或高转矩密度电机系统采用水冷(液冷)的散热方式。这样的冷却方式需要在电机壳体中设计特殊的冷却液流道，并且需要配置水冷机(或供液装置)，这样整体系统结构更加复杂，并且支出和维护成本更高。在一些对体积质量要求比较严苛，无法采用水冷机，而且温度较低的环境中，采用水冷方式的电机无法应用。因此，出现了利用热管进行导热散热的电机。例如zl200580031558.5中，热管被插入到定子铁芯的磁极中，热管采用圆柱形结构，热交换器在铁芯内部，这样的结构适用于外转子内定子的电机结构。zl201310331307.5中，热管被布置在定子铁芯外径与定子壳体接触部分，转子铁芯内径与转轴接触部分，轴承外径与端盖轴承室接触部分。201210098925.5中提出了在定子堆中插入扁平热管的结构。

综上所述，现有技术提出的采用热管进行电机本体散热的结构中，热管大多被设置在定子或转子铁芯中。而电机定子的主要热源和薄弱环节都是定子绕组，因此，这样的散热结构效果并不理想。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明提出热管与铁芯集成一体化的电机定子结构，为一种适用于低温环境的高功率密度或高转矩密度电机的定子散热结构。可以提高电机本体的散热能力，降低绕组温升，进而提高电机系统的效率和长期运行可靠性。

本发明通过以下技术方案实现：热管与铁芯集成一体化的电机定子结构，包括绕组组件和铁芯叠片组件，所述铁芯叠片组件至少由一段定子铁芯堆叠而成，所述绕组组件绕制在所述铁芯叠片内，

所述电机定子结构还包括热管散热器组件和肋片，所述热管散热器组件为环状，其截面形状与定子铁芯叠片一致，安装在每个定子铁芯的上下两端，所述热管散热器组件的内环为热管的吸热端，所述绕组组件还绕制在所述吸热端上，所述热管散热器组件的外周面上设置有多个l形导热管道，所述多个l形导热管道与所述吸热端一一对应设置，且每个l形导热管道向轴向弯折，所述肋片安装在所述每个l形导热管道的末端。

进一步的，所述铁芯叠片组件与所述热管散热器组件同轴。

进一步的，所述铁芯叠片组件包括第一定子铁芯和第二定子铁芯，所述热管散热器组件包括第一热管散热器、第二热管散热器和第三热管散热器，所述第一热管散热器、第一定子铁芯、第二热管散热器、第二定子铁芯和第三热管散热器纵向依次堆叠且固定连接组成定子铁芯组件。

进一步的，所述第一热管散热器、第二热管散热器和第三热管散热器的轴向横截面形状、尺寸与所述每片定子铁芯的轴向横截面形状、尺寸一致,所述第一热管散热器、第二热管散热器和第三热管散热器的吸热端横截面也可以尺寸略小。

进一步的，所述铁芯叠片组件采用硅钢片、非晶合金或软磁材料1j22。

进一步的，所述热管散热器组件与所述多个l形导热管道连通。

进一步的，所述热管散热器组件内灌封有用于导热的气液两相工质。

进一步的，所述两相工质为水或氨气液两相工质。

进一步的，所述多个l形导热管道末端封闭。

进一步的，所述第二热管散热器上的多个l形导热管道与所述第一热管散热器和第三热管散热器上的多个l形导热管道交错设置。

进一步的，所述绕组组件由漆包线绕制在所述铁芯叠片和所述多个吸热端上。

进一步的，至少有一个吸热端处于所述绕组组件的端部位置。

本发明的有益效果在于：

(1)电机定子采用热管导热散热，不需要附加液冷装置，系统结构简单、体积小、重量轻，可以提高电机系统的功率密度和转矩密度；

(2)不会有产生液路管道结冰堵塞的问题，适合在低温、低气压环境使用；

(3)热管吸热端直接与铁芯和绕组接触，导热效率高，直接冷却热源，散热效率高。

附图说明

图1为本发明提出的热管与铁芯集成一体化的电机定子结构的整体结构示意图；

图2为图1中热管组件的结构示意图；

图3为图1中热管组件的轴向视图；

图4为图1的横截面示意图；

图5为肋片的结构示意图，其中：图5(a)为肋片为长条形时的结构示意图；图5(b)为肋片为扇形时的结构示意图；图5(c)为肋片为圆形时的结构示意图；

图6为本发明采用单段铁芯叠片组件时的结构示意图。

其中，1为绕组组件，2为铁芯叠片组件，2-1为第一定子铁芯，2-2为第二定子铁芯，3为热管散热器组件，3-1为第一热管散热器，3-2为第二热管散热器，3-3为第三热管散热器，4为肋片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-图4所示，本发明提出了热管与铁芯集成一体化的电机定子结构的一实施例，包括绕组组件1和铁芯叠片组件2，铁芯叠片组件2至少由一片定子铁芯堆叠而成，绕组组件1绕制在铁芯叠片2内，

电机定子结构还包括热管散热器组件3和肋片4，热管散热器组件3为环状，安装在每个定子铁芯的上下两端，且热管散热器组件3的内环为热管的吸热端，绕组组件1还绕制在多个吸热端上，热管散热器组件3的外周面上设置有多个l形导热管道，多个l形导热管道与多个吸热端一一对应设置，且每个l形导热管道向轴向弯折，肋片4安装在每个l形导热管道的末端。

参照图1所示，在本部分优选实施例中，铁芯叠片组件2与热管散热器组件3同轴。

参照图1-图4所示，在本部分优选实施例中，铁芯叠片组件2包括第一定子铁芯2-1和第二定子铁芯2-2，热管散热器组件3包括第一热管散热器3-1、第二热管散热器3-2和第三热管散热器3-3，第一热管散热器3-1、第一定子铁芯2-1、第二热管散热器3-2、第二定子铁芯2-2和第三热管散热器3-3纵向依次堆叠且固定连接组成定子铁芯组件。

具体的，在本实施例中，铁芯叠片组件2由两片定子铁芯构成，因此，第二热管散热器3-2的吸热端嵌入到两片定子铁芯间，与绕组组件1和定子铁芯相接触，第一热管散热器3-1和第三热管散热器3-3的吸热端分别通过第一定子铁芯2-1的上端与第二定子铁芯2-2的下端向铁芯叠片组件2的轴线方向延伸并与绕组组件1和定子铁芯相接触，电机工作过程中绕组组件1和两个定子铁芯发出的热量会由热管散热器组件3迅速导出至肋片4上散出，在本实施例中，l形导热管道是与多个吸热段连接的，肋片4与散热段组合形成了l形。如图5所示，肋片4可以为长条形、扇形、圆形或倾斜扇形(本形状图中未示出)，肋片4采用热的良导体制成，如铝或铜等，肋片4能够增大散热面积，快速散出热量进而降低电机定子温度。使用这种定子结构的电机，可以快速高效的散出电机高转矩高功率输出情况下的损耗热量，降低电机工作温度，提高电机功率密度和效率。

参照图1所示，在本部分优选实施例中，所述第一热管散热器3-1、第二热管散热器3-2和第三热管散热器3-3的吸热端轴向截面的形状、尺寸与所述每片定子铁芯的轴向横截面的形状、尺寸一致。

在本部分优选实施例中，所述第一热管散热器3-1、第二热管散热器3-2和第三热管散热器3-3的吸热端轴向截面形状与所述每片定子铁芯的轴向横截面形状一致，第一热管散热器3-1、第二热管散热器3-2和第三热管散热器3-3的吸热端轴向截面尺寸略小于所述每片定子铁芯的轴向横截面尺寸。

在本部分优选实施例中，铁芯叠片组件2采用铁芯叠片组件2采用硅钢片、非晶合金或软磁材料1j22。

具体的，铁芯叠片2可采用硅钢片或软磁合金制作。

参照图1-图3所示，在本部分优选实施例中，热管散热器组件3与多个l形导热管道连通。

在本部分优选实施例中，热管散热器组件3内灌封有用于传导热量的的气液两相工质。

在本部分优选实施例中，两相工质为水或氨气液两相工质。

具体的，热管散热器组件3和l形导热管道内部灌封有两相工质，本实施例采用水、氨气液两相工质，在其他实施例中，也可以采用其他两相工质。基于相变原理，当热管散热器组件3直接吸收电机工作过程中由于绕组组件1的铜损耗和铁芯叠片组件2的铁损耗产生的热量时，其内部两相工质吸热由液态转化为气态，通过l形导热管道，迅速将热量导出至肋片4将热量散出。

参照图1所示，在本部分优选实施例中，多个l形导热管道末端封闭，热管内部液态工质吸收热量气化，利用相变原理，热量被传导至在l形导热管末端，经过肋片4散出后，气态工质转化为液态回流至吸热端，循环往复工作。

具体的，在多个l形导热管道末端设置开口，是为了将汽化的两相工质散出，其一为快速散出热量，其二为了防止两相工质汽化后多个l形导热管道和热管散热器组件3内压力过大。

参照图1所示，在本部分优选实施例中，第二热管散热器3-2上的多个l形导热管道与第一热管散热器3-1和第三热管散热器3-3上的多个l形导热管道交错设置。

具体的，多个l形导热管道聚于一处会导致局部外部环境过热，内外温度差距较小而影响热交换的速度，因此，在本实施例中，需要将相邻的l形导热管道间隔一定的距离，尽量使得所有l形导热管道沿周向均匀分布，从而更好地达到散热效果。

参照图1和图4所示，在本部分优选实施例中，绕组组件1由漆包线绕制在铁芯叠片2和多个吸热端上。

参照图1所示，在本部分优选实施例中，至少有一个吸热端处于绕组组件1的端部位置。

本发明还提出了另一个实施例，本实施例是一种铁芯叠片组件2不分段的情况，参照图6所示，电机定子为立式安装结构，包括绕组组件1，铁芯叠片组件2，热管散热器组件3和肋片4，热管散热器组件3包括第一热管散热器3-1和第二热管散热器3-2，此实施例的定子还包括电机定子槽绝缘等常规结构。绕组组件1采用漆包铜线绕制在铁芯叠片组件2、第一热管散热器3-1和第二热管散热器3-2上，制作形成电机定子结构。铁芯叠片组件2采用硅钢片、软磁合金或其他软磁材料堆叠而成。在铁芯叠片组件2的一端安装有第一热管散热器3-1，在铁芯叠片组件2的另一端安装有第二热管散热器3-2。热管散热器组件3及其横截面形状如图2和图3所示。第一热管散热器3-1和第二热管散热器3-2的形状和结构相同。热管散热器组件3的吸热端嵌入到绕组组件1和定子铁芯叠片组件2内，经过浸漆或灌封等工艺措施，与绕组组件1和铁芯叠片组件2相接触，如图4所示。其他组成和工作原理与前述实施例相同。