电机端部绕组冷却结构、电机冷却系统和电机的制作方法

1.本技术涉及电机冷却技术领域，具体涉及一种电机端部绕组冷却结构、电机冷却系统和电机。


背景技术：

2.大功率高速永磁电机体积小，体积功率密度大，必须对电机发热部位进行有效冷却。现有高速电机定子冷却方式一般为机壳水冷,对定子铁芯及绕组直线段进行冷却，端部绕组通过风冷或绕组灌封进行冷却。
3.现有技术中公开了一种基于相变热管的电机端部绕组冷却结构，在端部绕组外侧安装相变热管，相变热管的冷凝段位于电机风冷通道内，相变热管的蒸发段位于端部绕组内。电机发热将热量传递到热管内液体受热从而发生液汽变化而蒸发，蒸发后的气体沿预设的通道流向冷凝段，该处的温度较低，促使蒸汽冷凝，压力下降，形成内部自然循环。电机发热时将对电机的主要发热部件端部绕组进行高效冷却。
4.该种冷却结构会增加电机轴向长度，而且热管的固定会增加冷却结构的复杂度，导致整体结构更加复杂。


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端部绕组冷却结构、电机冷却系统和电机，能够避免增加电机轴向长度，同时简化冷却结构。
6.为了解决上述问题，本技术提供一种电机端部绕组冷却结构，包括冷却管路，冷却管路包括内冷却液管和外冷却液管，内冷却液管呈螺旋形，外冷却液管呈螺旋形，内冷却液管套设在端部绕组的内周侧，外冷却液管套设在端部绕组的外周侧。
7.优选地，内冷却液管具有第一冷却液进口和第一冷却液出口，外冷却液管具有第二冷却液进口和第二冷却液出口。
8.优选地，内冷却液管和外冷却液管在端部绕组位于轴向外侧的一端串联。
9.优选地，第一冷却液出口和第二冷却液进口连接；或，第二冷却液出口和第一冷却液进口连接。
10.优选地，冷却管路还包括液管转接头，内冷却液管和外冷却液管通过液管转接头连接。
11.优选地，冷却管路还包括液管转接头和内外管连接段，内外管连接段包括内圈连接段和外圈连接段，内冷却液管通过液管转接头和内圈连接段连接，外圈连接段通过液管转接头和外冷却液管连接。
12.优选地，液管转接头包括第一接口和第二接口，第一接口和第二接口连通，第一接口和第二接口的开口朝向相同。
13.优选地，冷却管路包括管路进口和管路出口，管路进口和管路出口位于端部绕组的同一端。
14.优选地，管路进口和管路出口均位于端部绕组的外周侧。
15.优选地，内冷却液管和外冷却液管均为两个，其中一个外冷却液管的第二冷却液出口与其中一个内冷却液管的第一冷却液进口串联，其中一个内冷却液管的第一冷却液出口与另一个内冷却液管的第一冷却液进口串联，另一个内冷却液管的第一冷却液出口与另一个外冷却液管的第二冷却液进口串联。
16.优选地，两个内冷却液管并排设置，两个外冷却液管并排设置。
17.优选地，两个内冷却液管形成双管螺旋结构，两个外冷却液管形成双管螺旋结构。
18.优选地，内外管连接段位于端部绕组的轴向外侧。
19.优选地，冷却管路通过灌封胶填充固定。
20.优选地，灌封胶采用导热材料制成。
21.优选地，冷却管路采用金属材料制成。
22.根据本技术的一个方面，提供了一种电机冷却系统，包括电机端部绕组冷却结构，该电机端部绕组冷却结构为上述的电机端部绕组冷却结构。
23.优选地，冷却管路包括管路进口和管路出口时，管路进口和管路出口均连接有与外部冷却液来源连接的外接管路。
24.优选地，电机冷却系统还包括电机定子和机壳，机壳套设在电机定子外，机壳内设置有壳内流道，机壳上设置有主进口和主出口，冷却液经主进口进入壳内流道，并经主出口流出壳内流道。
25.优选地，冷却管路包括管路进口和管路出口时，电机冷却系统还包括进液引流管和出液引流管，壳内流道靠近主进口的一端设置有分流口，壳内流道靠近主进口的一端设置有回流口，进液引流管包括第一引流口和供液口，第一引流口与分流口连通，供液口与管路进口连通，出液引流管包括第二引流口和回液口，第二引流口与回流口连通，回液口与管路出口连通。
26.根据本技术的一个方面，提供了一种电机，其特征在于，包括上述的电机端部绕组冷却结构或上述的电机冷却系统。
27.本技术提供的电机端部绕组冷却结构，包括冷却管路，冷却管路包括内冷却液管和外冷却液管，内冷却液管呈螺旋形，外冷却液管呈螺旋形，内冷却液管套设在端部绕组的内周侧，外冷却液管套设在端部绕组的外周侧。该电机端部绕组冷却结构在端部绕组的内外周均设置了冷却管路，能够从端部绕组的内外两侧同时对端部绕组进行冷却，提高了端部绕组的冷却效果，由于冷却管路的内冷却液管和外冷却液管均呈连续的螺旋形设置，因此保证了冷却管路结构的连续性，由于内冷却液管套设在端部绕组的内周侧，外冷却液管套设在端部绕组的外周侧，因此充分利用了端部绕组的内外侧空间，无需增加电机轴向长度，可以缩短电机主轴长度，提高主轴性能，同时管路结构简单，因此更加易于实现，可以简化冷却结构。
附图说明
28.图1为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的冷却管路示意图；
29.图2为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的冷却管路主视图；
30.图3为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的冷却管路侧视图；
31.图4为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的冷却管路立体图；
32.图5为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的外冷却液管的立体图；
33.图6为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的外冷却液管的主视图；
34.图7为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的外冷却液管的侧视图；
35.图8为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的液管转接头的立体图；
36.图9为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的内外管连接段的结构图；
37.图10为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的内冷却液管的立体图；
38.图11为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的内冷却液管的主视图；
39.图12为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的内冷却液管的侧视图；
40.图13为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的冷却管路立体结构图；
41.图14为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的冷却管路立体结构图；
42.图15为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的冷却管路侧视结构图；
43.图16为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的冷却管路主视结构图；
44.图17为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的进液引流管的结构图；
45.图18为本技术一个实施例的电机端部绕组冷却结构的出液引流管的结构图；
46.图19为本技术一个实施例的电机冷却系统流路图；
47.图20为本技术一个实施例的电机冷却系统流路图；
48.图21为本技术一个实施例的电机冷却系统流路立体图；
49.图22为本技术一个实施例的电机冷却系统流路立体图；
50.图23为本技术一个实施例的电机剖视结构图；
51.图24为本技术一个实施例的电机剖视结构图。
52.附图标记表示为：
53.1、内冷却液管；2、外冷却液管；3、端部绕组；4、第一冷却液进口；5、第一冷却液出口；6、第二冷却液进口；7、第二冷却液出口；8、液管转接头；9、内外管连接段；10、第一接口；11、第二接口；12、灌封胶；13、外接管路；14、电机定子；15、机壳；16、壳内流道；17、进液引流管；18、出液引流管；19、分流口；20、回流口；21、第一引流口；22、供液口；23、第二引流口；24、回液口；25、定子铁芯。
具体实施方式
54.结合参见图1至图24所示，根据本技术的实施例，电机端部绕组冷却结构包括冷却管路，冷却管路包括内冷却液管1和外冷却液管2，内冷却液管1呈螺旋形，外冷却液管2呈螺旋形，内冷却液管1套设在端部绕组3的内周侧，外冷却液管2套设在端部绕组3的外周侧。
55.该电机端部绕组在端部绕组3的内外周均设置了冷却管路，能够从端部绕组3的内外两侧同时对端部绕组3进行冷却，提高了端部绕组3的冷却效果，由于冷却管路的内冷却液管1和外冷却液管2均呈连续的螺旋形设置，因此保证了冷却管路结构的连续性，由于内冷却液管1套设在端部绕组3的内周侧，外冷却液管2套设在端部绕组3的外周侧，因此充分利用了端部绕组3的内外侧空间，无需增加电机轴向长度，可以缩短电机主轴长度，提高主轴性能，同时管路结构简单，因此更加易于实现，可以简化冷却结构。
56.在一个实施例中，内冷却液管1具有第一冷却液进口4和第一冷却液出口5，外冷却
液管2具有第二冷却液进口6和第二冷却液出口7。在本实施例中，内冷却液管1和外冷却液管2均具有冷却液进口和冷却液出口，内冷却液管1和外冷却液管2可以相互独立，形成单独的冷却流路，也可以串联在一起，形成一个具有内排管和外排管的冷却管组。
57.在一个实施例中，内冷却液管1和外冷却液管2在端部绕组3位于轴向外侧的一端串联。在本实施例中，由于内冷却液管1位于端部绕组3的内周侧，外冷却液管2位于端部绕组3的外周侧，因此如果将内冷却液管1和外冷却液管2串联在一起，端部绕组3会成为内外管串联的阻碍，需要将内外管串联的位置设置在没有端部绕组3的位置，也即设置在端部绕组3的轴向外侧，如此既可以方便实现内冷却液管1和外冷却液管2的串联，又能够利用内冷却液管1和外冷却液管2在端部绕组3的端部进行串联所形成的管路对端部绕组3的端部进行冷却，可以实现端部绕组3的更加全面有效的冷却。
58.在一个实施例中，第一冷却液出口5和第二冷却液进口6连接，使得内冷却液管1和外冷却液管2串联在一起，此种情况下，第一冷却液进口4作为冷却管路的管路进口，第二冷却液出口7作为冷却管路的管路出口。
59.在一个实施例中，第二冷却液出口7和第一冷却液进口4连接，使得内冷却液管1和外冷却液管2串联在一起，此种情况下，第二冷却液进口6作为冷却管路的管路进口，第一冷却液出口5作为冷却管路的管路出口。
60.在一个实施例中，冷却管路还包括液管转接头8，内冷却液管1和外冷却液管2通过液管转接头8连接。在本实施例中，由于内冷却液管1和外冷却液管2的螺旋方向相同，因此在两者串联位置处，管口朝向相同，因此两者之间很难直接连接在一起，此时通过设置液管转接头8，就能够很方便地将两者连接在一起，降低内冷却液管1和外冷却液管2的连接难度。
61.在一个实施例中，冷却管路还包括液管转接头8和内外管连接段9，内外管连接段9包括内圈连接段和外圈连接段，内冷却液管1通过液管转接头8和内圈连接段连接，外圈连接段通过液管转接头8和外冷却液管2连接。在本实施例中，由于内冷却液管1和外冷却液管2所形成的螺旋结构的直径不同，因此两者之间存在直径差，在端部位置无法直接进行连接，如果对两者的端部结构进行改造，就会导致成本加高，且不容易实现，通过增加液管转接头8和内外管连接段9，可以利用液管转接头8实现相邻管路之间的连接，利用内外管连接段9的内圈连接段和外圈连接段的直径不同来实现不同径的管段连接。
62.外冷却液管2径向上依端部绕组3外形布置，同时保证与端部绕组3之间有一定间隙，轴向上大致形状为螺旋状延伸，整体外形轮廓一般为圆柱形或类圆锥形。内冷却液管1径向上依端部绕组3外形布置同时保证与端部绕组3之间有一定间隙，轴向上大致形状为螺旋状延伸，整体外形轮廓一般为圆柱形或类圆锥形。
63.在一个实施例中，外冷却液管2和液管转接头8为共母线等螺距螺旋水道，内外管连接段9为阿基米德螺旋流道，各个流道的截面相同且均为圆形。
64.在一个实施例中，液管转接头8包括第一接口10和第二接口11，第一接口10和第二接口11连通，第一接口10和第二接口11的开口朝向相同，因此能够与内冷却液管1和外冷却液管2在串联位置处的结构相适配，从而方便地将两者串联在一起。
65.在一个实施例中，内冷却液管1和外冷却液管2也可以一体成型在一起。
66.在一个实施例中，冷却管路包括管路进口和管路出口，管路进口和管路出口位于
端部绕组3的同一端。在本实施例中，由于内冷却液管1和外冷却液管2串联，因此其连接端位于同一端，相应地，用于与外部液体来源进行连接的管路进口和管路出口也位于同一端，结构设计更加方便，也更加方便进行连接。
67.在一个实施例中，管路进口和管路出口均位于端部绕组3的外周侧。由于内冷却液管1位于端部绕组3的内周侧，因此如果利用内冷却液管1的其中一个端口作为管路进口或者管路出口，由于端部绕组3的阻挡，就会导致内冷却液管1的端口较难或者无法与外部液体来源进行连接，而将管路进口和管路出口均设置在端部绕组3的外周侧，就能够避免端部绕组3对于管路连接的阻挡，降低连接难度。
68.在一个实施例中，内冷却液管1和外冷却液管2均为两个，其中一个外冷却液管2的第二冷却液出口7与其中一个内冷却液管1的第一冷却液进口4串联，其中一个内冷却液管1的第一冷却液出口5与另一个内冷却液管1的第一冷却液进口4串联，另一个内冷却液管1的第一冷却液出口5与另一个外冷却液管2的第二冷却液进口6串联。
69.在本实施例中，在端部绕组3的外周侧设置有两个外冷却液管2，内周侧设置有两个内冷却液管1，其中一个外冷却液管2和一个内冷却液管1可以通过串联液管转接头8和内外管连接段9串联成一个冷却管组，另外一个外冷却液管2和另外一个内冷却液管1可以通过串联液管转接头8和内外管连接段9串联成另一个冷却管组，两个冷却管组之间串联，形成一个电机端部绕组冷却结构。
70.在一个实施例中，两个内冷却液管1并排设置，两个外冷却液管2并排设置。
71.两个内冷却液管1形成双管螺旋结构，两个外冷却液管2形成双管螺旋结构。双管螺旋结构是如图13和14所示的结构，即两个外冷却液管2由两个管路并排设置之后螺旋形成，两个内冷却液管1由两个管路并排设置之后螺旋形成。
72.在本实施例中，两个冷却管组并列设置，并通过液管转接头8连接组成冷却循环管路，其中液管转接头8连接两个冷却管组的内层两个管口。本实施例的循环管路为双路双循环结构，即冷却水经管路进口后经过端部绕组3两次循环后从管路出口流出，流通路径依次为绕组外侧
‑
绕组端面
‑
绕组内侧
‑
绕组内侧
‑
绕组端面
‑
绕组外侧。两个外冷却液管2中，位于端部绕组3轴向内侧的两个管口，任意一口可作为冷却液的入口，另一口作为冷却液出口。在本实施例中，其中一个外冷却液管2的第二冷却液进口6位于端部绕组3的轴向内侧，并作为管路进口，另一个外冷却液管2的第二冷却液出口7位于端部绕组3的轴向内侧，并作为管路出口。优选地，组成冷却循环管路的冷却管组之间间隙设置为均匀的，液管转接头8例如为u型管。
73.在一个实施例中，内外管连接段9位于端部绕组3的轴向外侧，且位于端部绕组3的端面处，能够对端部绕组3的端部进行有效冷却。
74.在一个实施例中，冷却管路通过灌封胶12填充固定，能够对冷却管路进行有效固定，同时保证冷却管路与端部绕组3之间的热传递效果。
75.作为优选，灌封胶12采用导热材料制成，从而能够保证端部绕组3与冷却管路之间的绝缘与热传递，提高端部绕组3的散热效果。上述的灌封胶12例如采用环氧树脂进行灌封成型，可以对冷却管路以及端部绕组3进行包裹，起到有效的固定及导热效果。
76.在一个实施例中，冷却管路采用金属材料制成。优选地，金属材料为铜。当冷却管路采用金属材料，且采用双管螺旋结构时，双管的螺旋方向相同，此时两条冷却管组置于端
部磁场中将产生沿螺旋延伸方向的电流，两条冷却管组产生电流的方向相同，通过将冷却管组的尾端相连而非首尾相连，这样端部磁场在两条并列的冷却管组内缩形成的冷却管涡流正好相互抵消，可以降低冷却管组本身的发热量。
77.本技术实施例的电机端部绕组冷却结构的工作原理如下：
78.端部绕组3的冷却管路的管路进口通入冷却液体，冷却液体通过冷却管路流经端部绕组3的外周侧、端面、内周侧后再通过液管转接头8及另一支冷却管组再依次回流到端部绕组3内周侧、端面、外周侧返回到管路出口，通过该设计形成一个冷却循环，对端部绕组3进行冷却。为保证端部绕组3与冷却管路之间绝缘，采用高导热系数的灌封胶12填充端部绕组3与机壳15之间的间隙，起到固定冷却管路并增强冷却管路与端部绕组3之间热传递，提高散热效率的作用。在一个实施例中，本技术实施例中的冷却液体为水。
79.本技术针对大功率电机端部绕组发热大的问题，设计了端部绕组3的高效冷却结构，将冷却管布置在端部绕组的内侧、外侧及端侧，同时利用高导热环氧树脂胶填充间隙，对端部绕组起到有效的冷却。
80.结合参见图1至图24所示，根据本技术的实施例，电机冷却系统包括电机端部绕组冷却结构，电机端部绕组冷却结构为上述的电机端部绕组冷却结构。
81.在一个实施例中，冷却管路包括管路进口和管路出口时，管路进口和管路出口均连接有与外部冷却液来源连接的外接管路13。
82.在一个实施例中，电机冷却系统包括电机定子14，电机定子14包括定子铁芯25和定子绕组，定子绕组包括位于定子铁芯25内的直线段和位于定子铁芯25两端的端部绕组3，各端部绕组3处均设置有上述的电机端部绕组冷却结构。
83.在一个实施例中，两个电机端部绕组冷却结构相互独立，各电机端部绕组冷却结构均通过外接管路13伸出灌封胶12外，并与外部液体来源实现连通，电机端部绕组冷却结构的冷却管路的管路进口通过外接管路13与外部液体来源的输出口连通，冷却管路的管路出口通过外接管路13与外部液体来源的进口连通，实现液体的循环流动，对端部绕组3进行有效冷却。
84.在一个实施例中，电机冷却系统还包括电机定子14和机壳15，机壳15套设在电机定子14外，机壳15内设置有壳内流道16，机壳15上设置有主进口和主出口，冷却液经主进口进入壳内流道16，并经主出口流出壳内流道16。壳内流道16与端部绕组3的冷却管路之间可以相互独立，也可以进行连通，并通过壳内流道16为端部绕组3的冷却管路输送冷却液体。
85.在一个实施例中，冷却管路包括管路进口和管路出口时，电机冷却系统还包括进液引流管17和出液引流管18，壳内流道16靠近主进口的一端设置有分流口19，壳内流道16靠近主进口的一端设置有回流口20，进液引流管17包括第一引流口21和供液口22，第一引流口21与分流口19连通，供液口22与管路进口连通，出液引流管18包括第二引流口23和回液口24，第二引流口23与回流口20连通，回液口24与管路出口连通。
86.在本实施例中，电机定子的绕组直线段冷却由机壳15实现，机壳15内的壳内流道16通过主进口和主出口实现冷却液的循环流动，冷却液通过机壳15与定子铁芯25之间的热传递将定子铁芯25产生的热量带走，实现直线段的冷却。
87.本技术实施例的电机端部绕组冷却结构的工作原理如下：
88.端部绕组3的冷却管路的管路进口通入冷却液体，冷却液体通过冷却管路流经端
部绕组3的外周侧、端面、内周侧后再通过液管转接头8及另一支冷却管组再依次回流到端部绕组3内周侧、端面、外周侧返回到管路出口，通过该设计形成一个冷却循环，对端部绕组3进行冷却。为保证端部绕组3与冷却管路之间绝缘，采用高导热系数的灌封胶12填充端部绕组3与机壳15之间的间隙，起到固定冷却管路并增强冷却管路与端部绕组3之间热传递，提高散热效率的作用。
89.在本实施例中，从主进口进入到壳内流道16内的冷却液，在进入到壳内流道16内之后，一部分沿着壳内流道16流动，对定子铁芯25进行散热，一部分从分流口19经第一引流口21进入到进液引流管17内，然后从进液引流管17的两端供液口22供应至两端的端部绕组3的冷却管路内，在经冷却管路的管路进口进入之后，按照前述的冷却液流动过程流动，对端部绕组3进行冷却之后，从冷却管路的管路出口流出，经外接管路13和回液口24进入到出液引流管18内，然后经第二引流口23和回流口20进入到壳内流道16，与壳内流道16内的冷却液汇合之后，从主出口流出壳内流道16，在冷却降温之后再次进入壳内流道16进行循环制冷。
90.在一个实施例中，为了提高进液引流管17和出液引流管18的适配性，方便实现引流管的批量化生产，进液引流管17和出液引流管18的结构相同，为了与此进行适配，在本实施例中，第一端的端部绕组3的冷却管路的管路进口位于管路出口的轴向外侧，第二端的端部绕组3的冷却管路的管路进口位于管路出口的轴向内侧，其中的轴向外侧是指端部绕组3远离定子铁芯25的一侧，轴向内侧是指端部绕组3靠近定子铁芯25的一侧。
91.根据本技术的实施例，电机包括上述的电机端部绕组冷却结构或上述的电机冷却系统。
92.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。
93.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。