一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构的制作方法

1.本发明属于电机冷却技术领域，涉及一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构。


背景技术：

2.对于给定的定子槽内绝缘极限，热极限会制约电机的转矩输出能力进一步提高。传统的散热系统采用装设风扇的强迫风冷方式对电机进行降温，不需要设计专用的冷却系统，设计成本较低，但是较低的散热效率不足以满足现在电机对于高转矩输出能力的追求。因此，现在的高转矩输出能力电机大都采用液冷的热管理方案，在机壳内部或者定子铁心轭部集成冷却管，并在冷却管内通入高导热流体来带走电机损耗产生的热量，但是冷却介质距离最大热源定子绕组较远，增加了散热路径的热阻，同时绕组端部无有效的热路将其热量传递出去，导致电机最热点位于绕组端部。
3.为了降低电机导热路径的热阻，且解决端部绕组散热比较困难的问题，冷却油与热源直接接触的油冷散热方式被应用到高转矩输出能力的电机中，但是油的粘度较大，增加了转子旋转时的能量损失，同时需要对油介质进行严格过滤，以避免油中的杂质对电机绝缘层的破坏，且对电机密封要求也很高，增加了冷却系统设计成本。


技术实现要素：

4.本发明就是针对现有技术存在的缺陷，针对上述现有的电机热管理方案效率较低、端部绕组散热困难、产生较大的额外能量损失及设计成本较高等问题，本发明的目的就在于提供一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构，在降低冷却系统设计成本及减少额外功率损失的基础上更大程度地降低冷却介质与热源之间的热阻，且解决端部绕组散热困难的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，由定子铁心、铜绕组、冷却导管、伴侣式混合绕组、转子铁心、永磁体、转轴构成；其特征在于，每匝伴侣式混合绕组由两根铜绕组和两根冷却导管构成，并在定子槽中呈对角线分布，伴侣式的缠绕在定子齿部。
6.伴侣式混合绕组首先从定子齿部的右侧底槽开始平行绕制到左侧槽，绕制第一圈伴侣式混合绕组后，伴侣式混合绕组在定子铁心端部错位一定的高度（铜导体高度）后向下进行第二圈伴侣式混合绕组的绕制。待第一层伴侣式混合绕组缠绕结束后，在定子槽斜肩处开始平行绕制第二层伴侣式混合绕组，绕制第一圈伴侣式混合绕组后，此时还是在定子铁心端部错位相同的高度并向上绕制第二圈伴侣式混合绕组，直到第二层伴侣式混合绕组缠绕结束。
7.进一步地，所述伴侣式混合绕组中的铜导体和冷却导管都采用扁形形状，可以使定子槽中和端部的每根铜绕组多个外表面都与冷却导管无缝接触，可以较大程度带走绕组铜耗产生的热量。
8.进一步地，所述伴侣式混合绕组中的冷却导管采用304不锈钢材质的软管，容易弯
曲塑性变形成和铜绕组相同的缠绕形状，便于冷却导管和铜绕组伴侣式的紧贴缠绕。
9.更进一步地，冷却导管采用的304不锈钢材质拥有金属材料特有的较好热传递性能，有利于提高伴侣式直接液体冷却系统的热管理效率；同时相比铜和铝来说较小的电化学活性可以减少交变磁场对其的影响，从而减少电机额外的功率损失。
10.进一步地，所述处于每个定子槽最外层的伴侣式混合绕组有多个表面与槽内壁接触，可以带走由于定子铁耗产生的热量。
11.进一步地，伴侣式混合绕组2实际的缠绕圈数和层数根据铜绕组及冷却导管的尺寸大小和匝数来决定。
12.更进一步地，每匝伴侣式混合绕组中铜导体和冷却导管采用相同的尺寸，且尺寸大小根据电磁设计的需要和槽满率进行设计。
13.进一步地，伴侣式混合绕组的在定子槽中的下线方式和纯铜绕组相同，不需要额外的在机壳或者定子铁心轭部切割水道，较少了冷却系统的工艺加工成本。
14.与现有技术相比本发明有益效果。
15.本发明通过铜绕组和冷却导管直接接触，更大程度地降低了冷却介质与最大热源定子绕组之间的热阻，相同条件下增强了由于损耗产生的热量向外界传导的速率，同时也解决了端部绕组散热困难的问题，提高了电机的热管理能力，为提高电机的转矩输出能力增加了热安全系数。
附图说明
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
17.图1是本发明整体结构示意图。
18.图2是伴侣式混合绕组中铜绕组和冷却导管的分布示意图。
19.图3是伴侣式混合绕组的并行缠绕示意图。
20.图中，1定子铁心；2伴侣式混合绕组；3永磁体；4转子铁心；5转轴；6冷却导管；7铜绕组；8定子槽斜肩；9定子齿部；10第一圈伴侣式混合绕组；11第二圈伴侣式混合绕组；12第三圈伴侣式混合绕组；13第一层伴侣式混合绕组；14第二层伴侣式混合绕组。
具体实施方式
21.如图1-3所示，本发明由由定子铁心1、伴侣式混合绕组2、铜绕组7、冷却导管6、转子铁心4、永磁体3、转轴5组成构成；每匝伴侣式混合绕组2由两根铜绕组7和两根冷却导管6构成。
22.铜绕组7进行浸漆绝缘处理后再和冷却导管6并行缠绕组成伴侣式混合绕组2，然后伴侣式混合绕组2才嵌入定子铁心1冲制的槽内。
23.具体的，在定子齿上1切割燕尾槽，定子齿1之间采用单齿拼接，益于伴侣式混合绕组2的制作与缠绕。
24.具体的，伴侣式混合绕组2在定子槽缠绕过程中每隔一段距离用自锁式尼龙绑扎带进行固定，防止铜绕组7与冷却导管6在定子端部错位绕制时互相脱离。
25.由于本发明通过定子绕组和冷却导管直接接触，更大程度地降低了冷却介质与最
大热源定子绕组之间的热阻，相同条件下增强了由于损耗产生的热量向外界传导的速率，同时也解决了端部绕组散热困难的问题，提高了电机的热管理能力，为提高电机的转矩能力增加了热安全系数。
26.此外，本发明中的冷却导管采用的304不锈钢材质不仅拥有较好热传递性能，同时相比铜和铝来说较小的电化学活性可以减少交变磁场对其的影响，减少了电机额外的功率损失。
27.此外，本发明不需要额外的在机壳或者定子铁心轭部切割水道，较少了冷却系统的加工工艺成本。本发明的推广应用，将大幅度提高电机的散热能力，并彻底解决电机端部绕组散热困难的问题，在提高电机热安全系数的基础上降低了冷却系统设计成本，有利于在实际工程中的应用。
28.可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构，由铜绕组、冷却导管、伴侣式混合绕组、定子铁心、转子铁心、永磁体、转轴构成；其特征在于，每匝伴侣式混合绕组由两根铜绕组和两根冷却导管构成，并在定子槽中呈对角线分布，伴侣式的缠绕在定子齿部。2.根据权利要求1所述的一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构，其特征在于：伴侣式混合绕组首先从定子齿部的右侧底槽开始平行绕制到左侧槽，绕制一圈后，伴侣式混合绕组在定子铁心端部错位一定的高度后向下进行第二圈的绕制；待第一层伴侣式混合绕组缠绕结束后，在定子槽斜肩处开始平行绕制第二层伴侣式混合绕组，绕制一圈后，此时还是在定子铁心端部错位相同的高度并向上绕制第二圈，直到第二层缠绕结束。3.根据权利要求2所述的一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构，其特征在于：伴侣式混合绕组实际的缠绕圈数和层数根据铜绕组及冷却导管的尺寸大小和匝数来决定。4.根据权利要求3所述的一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构，其特征在于：伴侣式混合绕组中的铜绕组和冷却导管采用相同的尺寸，且尺寸大小根据电磁设计的需要和槽满率进行设计。5.根据权利要求1所述的一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构，其特征在于：伴侣式混合绕组中的铜绕组和冷却导管都采用扁形形状，可以使定子槽中和端部的每根铜绕组多个外表面都与冷却导管无缝接触。6.根据权利要求1所述的一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构，其特征在于：定子槽最外层的伴侣式混合绕组有一个表面与定子槽内壁接触，可以带走由于定子铁耗产生的热量。7.根据权利要求1所述的一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构，其特征在于：冷却导管采用304不锈钢材质的软管。8.根据权利要求1所述的一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构，其特征在于：铜绕组进行浸漆绝缘处理后再和冷却导管并行缠绕组成伴侣式混合绕组，然后伴侣式混合绕组才嵌入定子铁心冲制的槽内。9.根据权利要求8所述的一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构，其特征在于：伴侣式混合绕组在定子槽缠绕过程中每隔一段距离用自锁式尼龙绑扎带进行固定，防止铜绕组与冷却导管在定子端部错位绕制时互相脱离。

技术总结
本发明属于电机冷却技术领域，涉及一种永磁电机用伴侣式直接液体冷却结构。本发明在电机定子槽中布置冷却导管和铜绕组，每匝集中式的混合绕组由两根铜绕组和两根冷却导管构成，并在定子槽中呈对角线分布，伴侣般并行缠绕在定子齿部。伴侣式混合绕组从定子齿部的右侧底槽开始平行绕制到左侧槽，绕制一圈后，伴侣式混合绕组在定子铁心端部错位一定的高度后向下进行第二圈的绕制。待第一层伴侣式混合绕组缠绕结束后，在定子槽斜肩处开始平行绕制第二层伴侣式混合绕组，绕制一圈后，在定子铁心端部错位相同的高度并向上绕制第二圈，直到第二层缠绕结束。本发明不仅可以增强损耗产生的热量向外界传导的速率，而且可以解决端部绕组散热困难的问题。热困难的问题。热困难的问题。


技术研发人员：侯强 安跃军 安辉 陆艳君 杨双 邓文宇 李明 刘长林 陈晓东 孙宝玉 齐丽君 关恩禄 李立红 袁静 唐志英
受保护的技术使用者：沈阳中北真空设备有限公司
技术研发日：2022.05.30
技术公布日：2022/7/22