一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统的制作方法

1.本发明涉及电机定子水冷技术领域，尤其是涉及一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统。


背景技术：

2.电机是实现机械能与电能转化的关键设备，在工业生产过程中发挥着无可替代的重要作用，被广泛应用于工业自动化，新能源汽车，机器人等领域。随着科学技术的不断发展和革新，电机也逐渐在向高能量密度化、高功率密化以及高速高频高容量化发展，可随着电机容量的不断增大与工作功率的不断提升，电机内部各工作部件温升过高，而电机散热效率的严重不足会导致内部绝缘材料耐高温失效以及材料不可逆退磁等问题，从而影响了电机的工作效率和使用寿命，更是对电机的安全运行造成了不可逆的危害。为了保持电机能够长时间的处于最佳工作状态，电机的散热性能便是决定性的综合考量因素之一。
3.现有的电机散热技术多是采用尾部风冷散热方式和液体散热系统。风冷散热技术的散热效率低，特别是对于电机持续工作的情况下，其散热效果并不理想。此外，风冷具有很大的噪声，并不适合于对于噪声有严格要求的场合。因此，简单的风冷无法满足电机的冷却要求。液冷散热系统相对于风冷的冷却效果更好，虽然间接水冷具有较高的对流传热能力，但只能在特定的范围内进行局部降温，如中国专利文献中，专利号为cn 202310371585.7于2023年5月12日公开的一种强化型同步散热定子结构，包括定子铁心、位于定子铁心凹槽内的槽内绕组、位于定子铁心两端的端部绕组及位于定子铁心外周的冷却水道，定子铁心两端沿圆周方向设有多个工质可在重力作用下自然回流的重力式微热管阵列，重力式微热管阵列的蒸发段与端部绕组相连，通过冷却水道完成定子铁心外周的冷却，通过重力式微热管阵列完成定子铁心端部绕组的冷却。现有技术的不足之处在于：绕组和层压板中产生的热量远离水冷管道，这些热部位的温升问题难以解决，而电机内部热量的积累会导致其工作效率的下降以及存在安全隐患的问题。为了提高定子内部的散热能力，专利号cn202310156359.7于2023年5月9日公开了一种定子铁芯、定子组件和电机，所述定子铁芯形成有进液口、出液口和冷却流道，所述进液口和所述出液口均与所述冷却流道连通。然而因为定子铁心为层板堆叠结构，对于在每块定子铁心上加工出冷却流道诸如此类改进定子铁芯的方式加工成本过于高昂。
4.因此，设计一种成本增加少的适用于电机定子内外侧的双重水冷系统就显得很有必要了。


技术实现要素：

5.本发明为了克服现有技术中的上述不足，提供了一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，冷却效果好，并且改进成本较低。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
7.一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，设置在电机定子上，电机定子包
括铁芯，铁芯侧壁上设有散热槽，双重水冷散热系统包括在散热槽上嵌设的水冷管道，水冷管道与散热槽贴合；铁芯径向设有若干个间隔的水冷盖，水冷盖中设有冷却流道，水冷盖之间连通有“盖-盖”连接管道；水冷管道和水冷盖之间设有“管-盖”连接管道；水冷管道上设有连通外部水泵的入水口，水冷盖的冷却流道上连通有出水口。
8.本技术制造工艺比较方便，并且水冷盖和水冷管道均为外置件，定子铁芯本技术只需要堆叠成型的状态中切割出相应的孔槽即可，改动少，对定子铁芯的加工工艺难度小，因此制造成本较低；水冷散热系统可以增加冷却管道与电机的接触面积，并且若干个水冷盖与电机内部以及端部充分接触，水冷液与电机进行热传递，带走电机运行时产生的热量，能实现电机的快速冷却；能够冷却一般方案中几乎不能冷却的端绕组和转子，由于电机定子层的整体温度降低，也可以间接冷却电机整体。
9.作为优选，冷却管道沿水冷盖的内周边沿连续设置。水冷盖的内周配合铁芯的内周设置，因为线圈绕组设置在铁芯内周上，因此将冷却管道设置在水冷盖的内周边沿能够可靠完成绕组的散热。
10.作为优选，散热槽为设置在铁芯外侧的梨形槽，水冷管道包括沿铁芯母线设置的轴向流道，相邻轴向流道之间串联。梨形槽方便水冷管道在铁芯上的固定设置，为了保证水冷管道的设置可靠性，可增加槽楔已进行固定。
11.作为优选，水冷盖包括顶端盖、尾端盖和位于铁芯的芯层中部的中间冷盖，水冷管道连通顶端盖或尾端盖，出水口连通尾端盖或顶端盖。三个水冷盖实现对定子铁芯的可靠冷却。
12.作为优选，尾端盖和顶端盖的外周形状为圆柱形，“管-盖”连接管道呈贴合尾端盖或顶端盖的圆弧形设置，相邻轴向流道之间串联的管道设置在尾端盖或顶端盖的侧面。提高串联管道和“管-盖”连接管道与定子铁芯装配的集成性。
13.作为优选，中间冷盖的外周形状为正八棱柱性；中间冷盖通过“盖-盖”连接管道分别连接顶端盖和尾端盖，“盖-盖”连接管道平行电机定子的轴线设置。“盖-盖”连接管道不仅可以作为水冷液的流道，还可以实现相邻水冷盖直接的连接和支撑，提高双重水冷系统的整体性。
14.作为优选，水冷盖内周设有与定子铁芯齿部对应的水冷齿，水冷齿上串联有u形的冷却通道。水冷液通过弯曲的冷却通道配合至定子齿，进一步提高了冷却效率。
15.作为优选，尾端盖的冷却流道上连通有出水口，出水口与入水口相邻设置。出水口与入水口位置接近，方便与电机定子配合的电机壳体上水路的设置。
16.本发明的有益效果是：1、制造工艺比较方便，水冷盖和水冷管道均为外置件，定子铁芯本技术只需要堆叠成型的状态中切割出相应的孔槽即可，改动少，对定子铁芯的加工工艺难度小，因此制造成本较低；2、散热效率高，水冷散热系统可以增加冷却管道与电机的接触面积，并且若干个水冷盖与电机内部以及端部充分接触，水冷液与电机进行热传递，带走电机运行时产生的热量，能实现电机的快速冷却；3、能够冷却一般方案中几乎不能冷却的端绕组和转子，由于电机定子层的整体温度降低，也可以间接冷却电机整体。
附图说明
17.图1是本发明的结构示意图。
18.图2是本发明中水冷管道相对水冷盖的位置示意俯视图。
19.图3是本发明中间冷盖及其内部冷却流道分布的结构示意图。
20.图4是本发明中顶端盖的结构示意图。
21.图5是传统电机应用时的温度场示意图。
22.图6是运用双重水冷散热系统的电机应用时的温度场示意图。
23.图中：铁芯1水冷管道2轴向流道201水冷盖3水冷齿301冷却通道302冷却流道303顶端盖31尾端盖32中间冷盖33连接孔331“盖-盖”连接管道4“管-盖”连接管道5入水口6出水口7。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的描述。
25.实施例1如图1到图4所示，一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，设置在电机定子上，电机定子包括铁芯1，铁芯1侧壁上设有散热槽，双重水冷散热系统包括在散热槽上嵌设的水冷管道2，水冷管道2部分与散热槽贴合，使得铁芯1外周能保持圆周形状，方便铁芯1和定子壳体之间的装配。定子铁芯1包括定子轭部、齿部和根部，定子铁芯1通过硅钢片堆叠成型，定子铁芯1的齿部缠绕有线圈绕组。
26.铁芯1径向设有若干个间隔的水冷盖3，水冷盖3包括顶端盖31、尾端盖32和位于铁芯1的芯层中部的中间冷盖33，水冷盖3中设有冷却流道303，水冷盖3之间连通有“盖-盖”连接管道4；水冷管道2和水冷盖3之间设有“管-盖”连接管道5；水冷管道2上设有连通外部水泵的入水口6，水冷盖3的冷却流道303上连通有出水口7。入水口6位于尾端盖32所在的铁芯1一端，与入水口6相邻设置，方便电机壳体上水路的设置。冷却管道沿水冷盖3的内周边沿连续设置，水冷盖3的内周边沿与铁心的边沿重合。散热槽为设置在铁芯1外侧的梨形槽，水冷管道2包括沿铁芯1母线设置的轴向流道201，相邻轴向流道201之间串联。水冷管道2连通顶端盖31，出水口7连通尾端盖32。尾端盖32和顶端盖31的外周形状为圆柱形，“管-盖”连接管道5呈贴合尾端盖32或顶端盖31的圆弧形设置。相邻轴向流道201之间串联的管道设置在尾端盖32或顶端盖31的侧面。轴向流道201与散热槽贴合设置。中间冷盖33的外周形状为正八棱柱性；中间冷盖33位于水冷管道2包覆的空腔内，中间冷盖33的每个角上均设有连接孔331，通过连接孔331配合螺钉能够实现中间冷盖33和铁芯1的层压板之间的固接，从而保证中间冷盖33设置的稳定性。中间冷盖33通过“盖-盖”连接管道4分别连接顶端盖31和尾端盖32，“盖-盖”连接管道4平行电机定子的轴线设置。顶端盖31和尾端盖32固定在定子壳体的盖板上，在盖板和定子盖板连接的过程中，自动完成顶端盖31和尾端盖32在铁芯1上的固接。水冷盖3内周设有与定子铁芯1齿部对应的水冷齿301，水冷齿301上串联有u形的冷却通道302，该冷却通道302是冷却流道303的一部分，冷却流道303的各个拐角处圆滑过渡。定子上的线圈绕组环绕过尾端盖32和顶端盖31。
27.本技术的具体工作过程如下：通过外部水泵向伸出机壳的定子外侧水冷管道2的入水口6通入冷却水，冷却水沿着水冷管道2蜿蜒流通，绕定子外侧一周后通过“管—盖”连接管道流进“三盖一体”式机壳水冷通道。首先，水冷液流经顶端盖31，对电机定子中绕组产生的热量先通过热传导方式传到定子齿部和轭部，然后由铁心将热量传到水冷中由水冷液
带走。顶端盖31中流入的水冷液通过冷却流道303流向定子轭部、齿部、根部以及槽部，对电机各发热部位进行冷却，然后冷却水通过“盖-盖”连接管道4进入多边形的中间冷盖33完成对电机的进一步散热工作，水冷液沿冷却流道303流动，紧接着通过“盖-盖”连接管道4流经尾端盖32，与电机内部以及端部充分接触进行热传递，带走电机运行时产生的热量，由此实现了电机的冷却。最后冷却水经由出水口7流出电机外，完成一次水冷却循环。
28.本发明设计的一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，旨在解决现有电机工作在大功率、大容量以及高频高速情况下各部分温升过高而引起的定子绕组耐温极限失效和材料不可逆退磁等问题，并进一步提升电机的工作效率、使用寿命以及运行时的安全性，通过采用上述技术方案，冷却效果好，水冷系统合理使用，节约了能耗，提高了水冷系统的使用寿命和电机的工作性能。为验证该双重水冷散热系统的性能，对一台功率为150kw并且转速为30000r/min的12槽8极高速永磁同步电机进行仿真实验，仿真结果表明，在额定条件下，与传统电机相比，使用该双重水冷散热系统的电机，其定子绕组的最大温度可降低至少20
°
c。电机温度场对比如图5和图6所示。
29.与传统水冷方案相比，本技术将进水口与出水口7设在电机的一端，结构简单，制造工艺比较方便，并且水冷盖3和水冷管道2均为外置件，定子铁芯1本技术只需要堆叠成型的状态中切割出相应的孔槽即可，改动少，对定子铁芯1的加工工艺难度小，因此应用成本较低。水冷散热系统可以增加冷却管道与电机的接触面积，并且三个水冷盖3与电机内部以及端部充分接触，水冷液与电机进行热传递，带走电机运行时产生的热量，能实现电机的快速冷却。水冷管道2和冷却流道303均存在蜿蜒弯头结构，可以减少流动水阻，能够使冷却路径到达发热部位，使得热源和水冷管道2之间的热交换紧密接触成为可能，从而大大的提高了电机散热效率；能够冷却一般方案中几乎不能冷却的端绕组和转子，由于电机定子层的整体温度降低，也可以被间接冷却。综上，使用本技术的水冷管道2散热系统可以显着降低从热源到水冷却剂的热阻，提高系统散热能力，使电机即使工作在大功率、大容量以及高频高速情况下也不会因为高温烧毁，有效延长了电机的使用寿命，并且水冷系统优化了电机散热性能，也大大提高了电机的工作效率和安全可靠性。

技术特征：
1.一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，其特征是，设置在电机定子上，电机定子包括铁芯，铁芯侧壁上设有散热槽，双重水冷散热系统包括在散热槽上嵌设的水冷管道，水冷管道与散热槽贴合；铁芯径向设有若干个间隔的水冷盖，水冷盖中设有冷却流道，水冷盖之间连通有“盖-盖”连接管道；水冷管道和水冷盖之间设有“管-盖”连接管道；水冷管道上设有连通外部水泵的入水口，水冷盖的冷却流道上连通有出水口。2.根据权利要求1所述的一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，其特征是，所述冷却管道沿水冷盖的内周边沿连续设置。3.根据权利要求1所述的一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，其特征是，所述散热槽为设置在铁芯外侧的梨形槽，水冷管道包括沿铁芯母线设置的轴向流道，相邻轴向流道之间串联。4.根据权利要求3所述的一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，其特征是，所述水冷盖包括顶端盖、尾端盖和位于铁芯的芯层中部的中间冷盖，水冷管道连通顶端盖或尾端盖，出水口连通尾端盖或顶端盖。5.根据权利要求4所述的一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，其特征是，所述尾端盖和顶端盖的外周形状为圆柱形，“管-盖”连接管道呈贴合尾端盖或顶端盖的圆弧形设置，相邻轴向流道之间串联的管道设置在尾端盖或顶端盖的侧面。6.根据权利要求4或5所述的一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，其特征是，所述中间冷盖的外周形状为正八棱柱性；中间冷盖通过“盖-盖”连接管道分别连接顶端盖和尾端盖，“盖-盖”连接管道平行电机定子的轴线设置。7.根据权利要求1或2所述的一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，其特征是，所述水冷盖内周设有与定子铁芯齿部对应的水冷齿，水冷齿上串联有u形的冷却通道。8.根据权利要求1所述的一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，其特征是，所述尾端盖的冷却流道上连通有出水口，出水口与入水口相邻设置。

技术总结
本发明公开了一种用于电机定子内外侧的双重水冷散热系统，设置在电机定子上，电机定子包括铁芯，铁芯侧壁上设有散热槽，双重水冷散热系统包括在散热槽上嵌设的水冷管道，水冷管道与散热槽贴合；铁芯径向设有若干个间隔的水冷盖，水冷盖中设有冷却流道，水冷盖之间连通有“盖-盖”连接管道；水冷管道和水冷盖之间设有“管-盖”连接管道；水冷管道上设有连通外部水泵的入水口，水冷盖的冷却流道上连通有出水口。本发明的好处是冷却效果好，水冷系统合理使用，节约了能耗，提高了水冷系统的使用寿命和电机的工作性能，并且改进成本较低。并且改进成本较低。并且改进成本较低。


技术研发人员：武新章 潘建臣 张冬冬 郭平辉 刘彦 乙加伟
受保护的技术使用者：浙江超精电机科技有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/9/23