[发明专利]一种具有冷却结构的轴向磁通电机定子及轴向磁通电机

说明书

本发明公开了一种具有冷却结构的轴向磁通电机定子及轴向磁通电机，属于电机冷却技术领域，包括：第一支撑结构，其圆筒状底板外表面两端对称设置有呈辐射状径向分布的支撑柱，底板和支撑柱之间形成多个定子槽；缠绕有变截面积导体制成的定子线圈的定子铁心嵌放在定子槽中；密封套，其紧密包裹于第一定子支撑结构的外围，以形成冷却流道；第二定子支撑结构，其与第一定子支撑结构装配后，在其周向外表面形成环形的进口分液腔和出口集液腔，且两个环形腔分别通过第一支撑结构底板上的冷却介质进孔和冷却介质出孔与冷却流道连通；第二定子支撑结构内侧还设置有绝缘冷却介质导入管和绝缘冷却介质导出管。本发明能够对电机定子线圈进行高效直接冷却。

技术领域

本发明属于电机冷却技术领域，更具体地，涉及一种具有冷却结构的轴向磁通电机定子及轴向磁通电机。

背景技术

轴向磁通永磁电机以其结构扁平紧凑、功率(转矩)密度高等优点引起了国内外学者广泛的关注与研究，作为一种很有潜力的高功率(转矩)密度电机拓扑，轴向磁通电机在航空航天、舰船推进、电动汽车等重量和空间受限的场合领域具有很好的应用前景。

在轴向磁通电机中，单定子双转子无轭电枢分离型(YASA型，Yokeless andSegmented Armature)轴向磁通电机由于省去了定子轭部，定子铁耗小，以及电枢绕组线圈可使用模块化绕制等原因而获得了很大的关注，相关研究成果较多，并且由于具有较大的功率密度优势和很好的市场应用前景，有些研究机构直接成立相关公司，将创新性研究成果进行产品转化推广，在全球高端电机市场上赢得了较好的口碑。例如牛津大学与英国YASA公司，比利时根特大学和MagnaX公司。但是，轴向磁通电机由于其结构紧凑而造成冷却困难，尤其是YASA结构电机，其定子无轭，绕组热流通道减少，从而导致电机绕组散热困难，因此需要设计高效的绕组冷却方式降低绕组温升以提升电机的热性能，从而提高电机功率和转矩。

在申请公布号为CN109904948A的专利申请文件中，公开的轴向磁通电机采用绕组水冷，在定子铁心内缘与定子铁心之间环绕有冷却水管，冷却水管包括与定子铁心等数量、设在定子铁心之间呈π形的第一部分和设在定子铁心内缘与两侧相邻的第一部分联通的第二、第三部分，所述冷却水管的相邻的π形第一部分的两端分别通过第二、第三部分间接地联通为水管，如图1所示。冷却水管由铝制成，定子绕组铜线外设有绝缘层，使其内部基本没有电流通过，从而实现电机强力冷却且没有漏水隐患，且可以减少电机径向尺寸。此外，转子增加了充磁磁铁，使得转子损耗降低。但是，该方案存在以下问题：(1)板状冷却水管分为多段，每一段尺寸都很小，加工制造难度大；(2)使用板状冷却水管分隔固定分块定，定子易产生轴向位移；(3)水管口径较小，限制了管内流量，造成冷却效果有限。

在申请公布号为CN110165836A的专利申请文件中，公开的轴向磁通电机采用条带状铝板水道，水道内部设有多排中孔，条带状铝板水道内放置有铁心绕组线包，如图2所示，水道紧贴绕组表面以最大化吸收热量，并进行灌封胶传递绕组热量，且水道工艺可根据需要冷却部位的形状来成型，以达到空间最小化、散热效果最有效率，降低电机热负荷从而提升电机性能。但是，该方案存在以下问题：(1)条带状水道环绕绕组，会增加电机径向尺寸；(2)水道内部及安装块连接处易漏水，从而对电机造成影响。

总的来说，现有的具有冷却结构的YASA轴向磁通电机，普遍存在冷却效果有限的问题。此外YASA结构由于电枢线圈分离，定子线圈的安装和固定困难，是YASA结构电机设计的难点之一。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种具有冷却结构的轴向磁通电机定子及轴向磁通电机，旨在解决现有的具有冷却结构的YASA轴向磁通电机中存在的冷却效果有限的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有冷却结构的轴向磁通电机定子，包括：第一定子支撑结构、第二定子支撑结构、定子铁心、定子线圈和密封套；