一种高功率密度电机定子冷却结构的制作方法

1.本实用新型涉及电机的技术领域，具体涉及一种高功率密度电机定子冷却结构。


背景技术：

2.高功率密度电机有体积小、功率密度、效率高、电机材料消耗量少、成本低等优势，越来越受到电机研发人员和生产厂家的关注。在电机将电能转换机械能时，会产生损耗导致电机温度升高，尤其是高功率密度电机，其损耗大，升温快，容易造成电机寿命降低的问题，对电机正常使用产生很大的影响。合理的设计电机冷却方式，不但能提高电机单位体积的功率密度，而且还能提高电机工作的稳定性和电机绝缘结构的寿命。
3.然而，传统电机冷却一般通过风道冷却电机外壳或者通过水道冷却电机外壳，其电机内部并没有针对性冷却，然而电机内部的定子产生的热量也大，其热量如果不能通过冷却介质转换出去，将会在电机零部件上产生很高的温度，从而影响电机的使用。
4.因此，研发新结构冷却方式，提升冷却效率，改善电机冷却效果，提高电机功率密度有重大意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种提升冷却效率，改善电机冷却效果的高功率密度电机定子冷却结构。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种高功率密度电机定子冷却结构，包括机壳，所述机壳前后两端分别设有端盖，所述端盖与机壳之间形成封闭式的冷却腔室，所述机壳内贯穿有转轴，其特征在于，所述机壳内且位于机壳沿其前后方向的中间位置设置有与转轴同中心线的定子隔油环，所述机壳内且位于定子隔油环的两侧同中心线分别设置有与转轴同中心线的定子铁芯，所述定子铁芯朝向于定子隔油环的一端与定子隔油环固定密封配合，所述定子铁芯与机壳内表面固定密封连接，所述定子铁芯的内表面上分别绕其中心线方向均匀间隔开设有多条绕组线槽a，所述绕组线槽a为通槽且沿平行于转轴中心线方向延伸，位于两个定子铁芯上的绕组线槽a分别对应设置，所述定子隔油环的内表面上对应各绕组线槽a的位置分别开设有绕组线槽b，所述绕组线槽b为通槽且沿平行于转轴中心线方向延伸，位于两个定子铁芯上的相对应的两个绕组线槽a之间设置有绕组线缆，所述绕组线缆穿过于对应的绕组线槽b且其两端分别从两个绕组线槽相背的一端伸出，所述定子隔油环的两侧侧面且位于外侧边缘的位置绕转轴中心线方向环设有进油环槽，所述进油环槽与其所在侧的定子铁芯之间形成为进油腔室，所述机壳的一侧侧面上穿设有分别与两个进油腔室连通的进油口，所述机壳上且背对进油口一侧的侧面上穿设有与冷却腔室连通的排油口，所述排油口靠近于其中一个端盖处，所述定子铁芯上穿设有多条平行于其中心线方向延伸的进油通道，所述进油通道分别与进油腔室和冷却腔室连通。
8.本方案对电机发热的主要零部件（绕组线缆即定子线圈、定子铁芯）设计冷却方
式，在定子铁芯上穿设有多条平行于其中心线方向延伸的进油通道，进油通道分别与进油腔室和冷却腔室连通，冷却油从进油口进入到进油腔室，在进油腔室分流形成多条进油通道，对定子铁芯进行冷却，同时，而两个定子铁芯位于定子隔油环的两侧，这样，在冷却油分别从两个进油口进入，各自流入相对应的进油腔室，这样能够快速对定子铁芯和绕组线缆进行冷却，冷却后，再汇集到冷却腔室内，从排油口排出；
9.本方案采用油冷却方式，冷却介质直达电机内部发热部位，即直接冷却电机定子铁芯和绕组线缆发热部位，冷却效果好，提高电机运行寿命，且对定子铁芯进行冷却，提升冷却效率。
10.进一步，多条所述进油通道包括位于所述绕组线槽a槽底外侧的油路通道ⅰ和位于相邻两个所述绕组线槽a之间的油路通道ⅱ，所述定子铁芯由多块重叠在一起的定子冲片组成，所有的定子冲片且位于所述绕组线槽a槽底外侧的位置分别开设有交错孔ⅰ，相邻两个交错孔ⅰ沿平行于转轴中心线方向的投影部分重合，所有的交错孔ⅰ依次连通以形成油路通道ⅰ，所有的定子冲片且位于相邻两个所述绕组线槽a之间的位置分别开设有交错孔ⅱ，相邻两个交错孔ⅱ沿平行于转轴中心线方向的投影部分重合，所有的交错孔ⅱ依次连通以形成油路通道ⅱ。
11.其中，交错孔ⅰ包括横向孔ⅰ和横向孔ⅱ，交错孔ⅱ包括竖向孔ⅰ和竖向孔ⅱ，这样设计，这样，使得油路通道ⅰ和油路通道ⅱ形成流道交错分布，增加流道内的紊流效果，而紊流能够将换热系数大大增强，传热效果更好。
12.进一步，所述横向孔ⅰ和横向孔ⅱ的上端内表面和下端内表面均呈波浪型。
13.这样设计，增大了换热面积，在冷却油经过油路通道ⅰ时，使得冷却油介质在横向孔ⅰ和横向孔ⅱ呈波浪型的上端内表面和下端内表面进行剧烈混合，使换热大大增强，增加热交换能力。
14.进一步，所述机壳内且分别位于两个所述定子铁芯外侧的位置设置有与所述转轴同中心线设置的定子喷油环，定子喷油环固定密封连接在所述机壳内表面上，定子喷油环朝向于所述定子铁芯的一侧侧面上凹设有与定子喷油环同中心线的喷油槽，定子喷油环朝向于所述定子铁芯的一侧侧面与其所在侧对应的所述定子铁芯的外侧面固定密封连接，喷油槽与其所在侧对应的所述定子铁芯之间形成为喷油腔，所述定子铁芯上绕其中心线方向均匀间隔穿设有沿平行于其中心线方向延伸的连通孔，连通孔形成油路通道ⅲ，油路通道ⅲ的两端分别与喷油腔和进油腔室连通，定子喷油环的内侧面上绕其中心线方向均匀间隔穿设有多个沿所述转轴径向方向延伸且与喷油腔连通的喷油孔。
15.本方案在定子油路冷却模式中设计的油路通道ⅲ，通过进油口将冷却油引入至油路通道ⅲ内，通过油路通道ⅲ的出油端将冷却油引入喷油腔，在外部压力的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔喷射到绕组线缆末端位置，对绕组线缆末端位置进行冷却，而后，再汇集到冷却腔室内，经排油口排出。
16.进一步，所述定子隔油环的两侧侧面上且分别对应各所述油路通道ⅱ的位置开设有分别与所述油路通道ⅱ与进油腔室连通的导油槽，所述油路通道ⅱ沿所述转轴中心线方向的投影位于导油槽沿所述转轴中心线方向的投影内。
17.本方案中的定子隔油环具有三个作用，第一个作用为定子隔油环设置在定子铁芯中间位置，定子隔油环的侧面与定子铁芯相贴合，起到封闭冷却油的作用，避免冷却油泄
漏；第二个作用为定子隔油环将定子铁芯分为两个独立部分，因此，形成定子铁芯左右两侧的油路通道ⅰ、油路通道ⅱ和油路通道ⅲ，使得冷却油能够同时向两侧的油路通道ⅰ、油路通道ⅱ和油路通道ⅲ流动，缩短冷却时间，提高冷却效率；第三个作用为定子隔油环引流作用，定子隔油环的导油槽将冷却油引入油路通道ⅱ内。
18.进一步，所述绕组线槽a的内表面设有槽绝缘。槽绝缘的作用是加强定子绕组与定子铁芯之间的绝缘。
19.相比现有技术，本实用新型具有如下优点：
20.1、本方案采用定子油路冷却方式，分为油路通道ⅰ、油路通道ⅱ、油路通道ⅲ，并通过定子隔油环将油路通道ⅰ、油路通道ⅱ、油路通道ⅲ一分为二，定子隔油环的两侧分别对应机壳上设置的两个进油口，定子隔油环中的进油腔室对应油路通道ⅰ和油路通道ⅲ，而定子隔油环上设置的导油槽对应油路通道ⅱ；
21.这样，冷却油经过两个进油口分别进入定子隔油环两侧的进油腔室和导油槽内，分别进入油路通道ⅰ、油路通道ⅱ、油路通道ⅲ，而油路通道ⅰ、油路通道ⅱ靠近发热最严重的绕组线缆部位和定子铁芯上涡流损耗较大的部位，冷却油通过油路通道ⅰ、油路通道ⅱ会带走绕组线缆和定子铁芯上的热量，对定子整体进行冷却；油路通道ⅲ进入到定子喷油环的喷油腔内，在外部压力的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔喷射到绕组线缆末端位置，对绕组线缆末端位置进行冷却；本方案通过油路通道ⅰ、油路通道ⅱ、油路通道ⅲ三条冷却通道对定子铁芯的不同位置针对性的冷却，提高定子冷却的效率；
22.2、本方案通过冷却油介质直达电机发热的零部件（绕组线缆、定子冲片），整体结构紧凑，性能稳定，成本低；冷却效果好，能达到高功率密度；提高电机运行寿命；电机采用全密封结构，噪声小。
附图说明
23.图1为本实用新型高功率密度电机定子冷却结构的结构示意图；
24.图2为图1中a-a的剖视图；
25.图3为本实用新型高功率密度电机定子冷却结构中油路通道ⅰ的结构示意图；
26.图4为本实用新型高功率密度电机定子冷却结构中油路通道ⅱ的结构示意图；
27.图5为本实用新型高功率密度电机定子冷却结构中定子冲片ⅰ的结构示意图；
28.图6为图5中b处的局部放大图；
29.图7为本实用新型高功率密度电机定子冷却结构中定子冲片ⅱ的结构示意图；
30.图8为图7中c处的局部放大图；
31.图9为本实用新型高功率密度电机定子冷却结构中定子隔油环的结构示意图。
32.图中：端盖1、机壳2、定子喷油环3、定子冲片ⅰ4、定子冲片ⅱ5、定子隔油环6、槽绝缘7、绕组线缆8、转轴12、横向孔ⅰ17、竖向孔ⅰ18、横向孔ⅱ19、竖向孔ⅱ20、进油环槽21、进油口26、排油口27、喷油孔28、连通孔29。
具体实施方式
33.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
34.本实施例：参见图1至图9，一种高功率密度电机定子冷却结构，包括机壳2，机壳2
前后两端分别设有端盖1，端盖1与机壳2之间形成封闭式的冷却腔室，机壳2内贯穿有转轴12，其特征在于，机壳2内且位于机壳2沿其前后方向的中间位置设置有与转轴12同中心线的定子隔油环6，机壳2内且位于定子隔油环6的两侧同中心线分别设置有与转轴12同中心线的定子铁芯，定子铁芯朝向于定子隔油环6的一端与定子隔油环6固定密封配合，定子铁芯与机壳2内表面固定密封连接，定子铁芯的内表面上分别绕其中心线方向均匀间隔开设有多条绕组线槽a，绕组线槽a为通槽且沿平行于转轴12中心线方向延伸，位于两个定子铁芯上的绕组线槽a分别对应设置，定子隔油环6的内表面上对应各绕组线槽a的位置分别开设有绕组线槽b，绕组线槽b为通槽且沿平行于转轴12中心线方向延伸，位于两个定子铁芯上的相对应的两个绕组线槽a之间设置有绕组线缆8，绕组线缆8穿过于对应的绕组线槽b且其两端分别从两个绕组线槽相背的一端伸出，定子隔油环6的两侧侧面且位于外侧边缘的位置绕转轴12中心线方向环设有进油环槽21，进油环槽21与其所在侧的定子铁芯之间形成为进油腔室，机壳2的一侧侧面上穿设有分别与两个进油腔室连通的进油口26，机壳2上且背对进油口26一侧的侧面上穿设有与冷却腔室连通的排油口27，排油口27靠近于其中一个端盖1处，定子铁芯上穿设有多条平行于其中心线方向延伸的进油通道，进油通道分别与进油腔室和冷却腔室连通。
35.本方案对电机发热的主要零部件(绕组线缆8即定子线圈、定子铁芯)设计冷却方式，在定子铁芯上穿设有多条平行于其中心线方向延伸的进油通道，进油通道分别与进油腔室和冷却腔室连通，冷却油从进油口26进入到进油腔室，在进油腔室分流形成多条进油通道，对定子铁芯进行冷却，同时，而两个定子铁芯位于定子隔油环6的两侧，这样，在冷却油分别从两个进油口26进入，各自流入相对应的进油腔室，这样能够快速对定子铁芯和绕组线缆8进行冷却，冷却后，再汇集到冷却腔室内，从排油口27排出；
36.本方案采用油冷却方式，冷却介质直达电机内部发热部位，即直接冷却电机定子铁芯和绕组线缆8发热部位，冷却效果好，提高电机运行寿命，且对定子铁芯进行冷却，提升冷却效率。
37.作为优选，多条进油通道包括位于绕组线槽a槽底外侧的油路通道ⅰ和位于相邻两个绕组线槽a之间的油路通道ⅱ，定子铁芯由多块重叠在一起的定子冲片组成，定子冲片包括定子冲片ⅰ4和定子冲片ⅱ5，所有的定子冲片且位于绕组线槽a槽底外侧的位置分别开设有交错孔ⅰ，相邻两个交错孔ⅰ沿平行于转轴12中心线方向的投影部分重合，所有的交错孔ⅰ依次连通以形成油路通道ⅰ，所有的定子冲片且位于相邻两个绕组线槽a之间的位置分别开设有交错孔ⅱ，相邻两个交错孔ⅱ沿平行于转轴12中心线方向的投影部分重合，所有的交错孔ⅱ依次连通以形成油路通道ⅱ。
38.其中，交错孔ⅰ包括横向孔ⅰ17和横向孔ⅱ19，交错孔ⅱ包括竖向孔ⅰ18和竖向孔ⅱ20，这样设计，这样，使得油路通道ⅰ和油路通道ⅱ形成流道交错分布，增加流道内的紊流效果，而紊流能够将换热系数大大增强，传热效果更好。
39.作为优选，横向孔ⅰ17和横向孔ⅱ19的上端内表面和下端内表面均呈波浪型。
40.这样设计，增大了换热面积，在冷却油经过油路通道ⅰ时，使得冷却油介质在横向孔ⅰ17和横向孔ⅱ19呈波浪型的上端内表面和下端内表面进行剧烈混合，使换热大大增强，增加热交换能力。
41.作为优选，机壳2内且分别位于两个定子铁芯外侧的位置设置有与转轴12同中心
线设置的定子喷油环3，定子喷油环3固定密封连接在机壳2内表面上，定子喷油环3朝向于定子铁芯的一侧侧面上凹设有与定子喷油环3同中心线的喷油槽，定子喷油环3朝向于定子铁芯的一侧侧面与其所在侧对应的定子铁芯的外侧面固定密封连接，喷油槽与其所在侧对应的定子铁芯之间形成为喷油腔，定子铁芯上绕其中心线方向均匀间隔穿设有沿平行于其中心线方向延伸的连通孔29，连通孔29形成油路通道ⅲ，油路通道ⅲ的两端分别与喷油腔和进油腔室连通，定子喷油环3的内侧面上绕其中心线方向均匀间隔穿设有多个沿转轴12径向方向延伸且与喷油腔连通的喷油孔28。
42.本方案在定子油路冷却模式中设计的油路通道ⅲ，通过进油口26将冷却油引入至油路通道ⅲ内，通过油路通道ⅲ的出油端将冷却油引入喷油腔，在外部压力的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔28喷射到绕组线缆8末端位置，对绕组线缆8末端位置进行冷却，而后，再汇集到冷却腔室内，经排油口27排出。
43.作为优选，定子隔油环6的两侧侧面上且分别对应各油路通道ⅱ的位置开设有分别与油路通道ⅱ与进油腔室连通的导油槽22，油路通道ⅱ沿转轴12中心线方向的投影位于导油槽22沿转轴12中心线方向的投影内。
44.本方案中的定子隔油环6具有三个作用，第一个作用为定子隔油环6设置在定子铁芯中间位置，定子隔油环6的侧面与定子铁芯相贴合，起到封闭冷却油的作用，避免冷却油泄漏；第二个作用为定子隔油环6将定子铁芯分为两个独立部分，因此，形成定子铁芯左右两侧的油路通道ⅰ、油路通道ⅱ和油路通道ⅲ，使得冷却油能够同时向两侧的油路通道ⅰ、油路通道ⅱ和油路通道ⅲ流动，缩短冷却时间，提高冷却效率；第三个作用为定子隔油环6引流作用，定子隔油环6的导油槽22将冷却油引入油路通道ⅱ内。
45.作为优选，绕组线槽a的内表面设有槽绝缘7。槽绝缘7的作用是加强定子绕组与定子铁芯之间的绝缘。
46.1、本方案采用定子油路冷却方式，分为油路通道ⅰ、油路通道ⅱ、油路通道ⅲ，并通过定子隔油环6将油路通道ⅰ、油路通道ⅱ、油路通道ⅲ一分为二，定子隔油环6的两侧分别对应机壳2上设置的两个进油口26，定子隔油环6中的进油腔室对应油路通道ⅰ和油路通道ⅲ，而定子隔油环6上设置的导油槽22对应油路通道ⅱ；
47.这样，冷却油经过两个进油口26分别进入定子隔油环6两侧的进油腔室和导油槽22内，分别进入油路通道ⅰ、油路通道ⅱ、油路通道ⅲ，而油路通道ⅰ、油路通道ⅱ靠近发热最严重的绕组线缆8部位和定子铁芯上涡流损耗较大的部位，冷却油通过油路通道ⅰ、油路通道ⅱ会带走绕组线缆8和定子铁芯上的热量，对定子整体进行冷却；油路通道ⅲ进入到定子喷油环3的喷油腔内，在外部压力的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔28喷射到绕组线缆8末端位置，对绕组线缆8末端位置进行冷却；本方案通过油路通道ⅰ、油路通道ⅱ、油路通道ⅲ三条冷却通道对定子铁芯的不同位置针对性的冷却，提高定子冷却的效率；
48.2、本方案通过冷却油介质直达电机发热的零部件(绕组线缆8、定子冲片)，整体结构紧凑，性能稳定，成本低；冷却效果好，能达到高功率密度；提高电机运行寿命；电机采用全密封结构，噪声小。
49.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。