[发明专利]一种电机冷却结构及具有该结构的无机壳电机

说明书

本发明公开了一种电机冷却结构，其包括：冷却板，所述冷却板包括内壁设有向内凸起的齿部以及连接所述齿部的冷却介质流道，所述齿部内设有挡板，从而形成齿部流道并与连接齿部的冷却介质流道连通，使得冷却介质可沿所述流道在冷却板中流动，实现对定子的冷却；散热齿，其包括散热齿根部和散热齿齿部，用于将所述电机绕组产生的热量传递给冷却板，并通过所述冷却介质传递出去，实现对所述电机的定子和绕组的冷却。本发明还公开了一种具有所述的冷却结构的分数槽集中绕组无机壳永磁电机。本发明的冷却结构不仅可以对电机定子齿和绕组进行很好的冷却，还可以省去电机机壳，减小了电机体积和重量，进一步提高了电机的功率密度。

技术领域

本发明属于电机冷却技术领域，具体涉及一种电机冷却结构及具有该结构的无机壳电机。

背景技术

高功率密度电机广泛应用于电动汽车、航空启发电机等对电机体积和重量有严格要求的场合。这类电机由于具有较高的电磁负荷，单位体积的损耗很大，但是散热面积却相对减少，因此散热比较困难，常采用水冷或者油冷的冷却方式对电机进行冷却，以防止电机绕组和磁钢等重要部件温升过高，从而减少电机寿命，影响电机运行的安全性与经济性。

集中绕组电机，例如分数槽集中绕组永磁电机和开关磁阻电机，其一个绕组线圈缠绕在单个定子齿上，相对于分布绕组电机，具有绕组结构简单，绕线方便，绕组端部较短等特点，因此，具有很广泛的应用前景，特别是对电机尺寸有严格要求的场合，其研究价值和应用前景会更大。然而，集中绕组电机定子槽比较大，并且槽数比较少，这会导致槽中心到定子铁心的热阻比较大，绕组中产生的热量很难散失到布置在电机外壳中的冷却介质中，这将使得电机绕组特别是绕组中心具有较高的温升。这种散热上的局限性使得集中绕组电机的热负荷不能取得太高，从而限制了其功率密度和应用范围。为了进一步提高集中绕组电机的功率密度，拓宽其高功率密度场合的应用范围，其定子绕组的冷却问题亟待解决。

传统电机往往使用机壳对电机定子进行固定、保护及冷却，但是机壳的使用增大了整个电机的体积，减小了电机的功率密度，并且由于机壳与铁心往往采用过盈配合的方式，这将增大铁心中的机械应力，有研究表明，铁心中的应力将会增大电机的铁耗，降低电机的效率和出力。因此，无机壳电机在功率密度和效率上具有很大的优势，也得到了工业界的广泛关注和研究。

此外电机往往采用硅钢片轴向叠压的方式形成定子铁心来减少铁耗，叠片之间的间隙将会使轴向的热阻增大，轴向传热困难，这会引起定子铁心轴向中间部位的温升往往过高，特别是对于铁心轴向长度比较长的电机，这种效果更为明显，因此有必要对电机铁心采取轴向分段的形式，对铁心内部进行冷却。如图1所示，在定子铁心外部采用圆环形水套对电机进行冷却，在机壳中设置直槽或螺旋水道，定子中绕组产生的热量先通过热传导方式传到定子齿和轭部，然后由铁心传到水套中由水带走。

但是，采用圆环形机壳中设置水道的形式冷却电机，其绕组热源相对于水套冷源较远，需要通过铁心齿部和轭部的传导作用，这种结构，绕组中心温度和铁心齿部温度都可能较高，因此冷却效果有限，特别是对于超高功率密度的电机，绕组热量很难散失到冷却介质中。此外，由于采用了水冷机壳，电机有效部分材料，如硅钢片的体积将会受到限制，且定子铁心中会由于和机壳的过盈配合而产生应力，从而增加铁耗，功率输出受到限制。

为了克服上述问题，现有技术中出现了采用槽内水管对电机进行冷却的技术方案。如图2所示，水管一般布置在槽口或者两个绕组线圈边之间，槽内水管的材料一般为导热性能较好的不锈钢或者铜。这种冷却方式冷却水与绕组热源损耗更近，因此具有很好的冷却效果。

采用槽内水管冷却，虽然具有很好的冷却效果，但是在实际应用中并不广泛，因为具有以下缺点：

(1)水管材料为具有高导电率的铜或者不锈钢，在槽漏磁的作用下，特别是槽口布置处的水管，其水管壁中可能会产生比较大的涡流损耗，降低了电机的效率。