高效水冷电机定子制造技术

本发明专利技术公开了一种高效水冷电机定子，包括定子铁芯，还包括与定子铁心同轴布置的集水总管，定子铁心的内表面上且沿圆周方向均匀开设有n个安装槽，每个安装槽沿轴向方向贯穿定子铁心；每个安装槽内安装有一个定子绕组和一个槽内水冷单元，定子绕组位于安装槽顶部，槽内水冷单元位于安装槽底部，每个槽内水冷单元与集水总管相连形成冷却循环水路。采用水冷式散热方式，槽内水冷单元直接布置于定子铁心的安装槽槽底，缩短了电机定子热源的导热路径，尤其是大大降低了定子绕组与冷却水之间的传热热阻，使定子水冷系统的散热效率得到了明显提高。

【技术实现步骤摘要】
高效水冷电机定子
本专利技术属于电机
，具体涉及一种高效水冷电机定子。
技术介绍
电机定子的常见冷却方式包括空冷、油冷和水冷三类，其中水冷相对空冷的散热效率更高，同时工程实现难度明显低于油冷，因此在高性能电机领域得到了较为广泛的应用。传统电机定子水冷系统一般布置在铁芯外的机座水套内，冷却水距离定子绕组等主要热源距离较远，热传导路径较长，散热效率偏低。而为提升功率密度等性能指标，新型高性能电机势必采用较高的磁负荷与电负荷，电机定子的损耗密度与热负荷也随之升高。尤其是定子绕组发热量大而且集中，传统水套冷却方式难以快速导出定子绕组所产生的热量，这会导致定子绕组温度过高，不仅会影响电机运行性能，严重时甚至会破坏电机绝缘系统，大大缩短电机的使用寿命。仅从定子换热角度考虑，冷却水距离定子绕组等热源越近则冷却效果越好。但定子水冷管路一般由导热导电性均较好的金属材料制成，水冷管路若安装在定子内部，水管自身构成的导体回路就纳入了定子主磁场范围，若设计不当，主磁场会在水管内部感应出较大的涡流电流，这不仅影响定子本身电磁性能，同时也会在水管上产生明显的附加损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种能满足电磁功能的同时能提高散热效率高效水冷电机定子。为实现上述目的，本专利技术所设计的高效水冷电机定子，包括定子铁芯，还包括与定子铁心同轴布置的集水总管，定子铁心的内表面上且沿圆周方向均匀开设有n个安装槽，每个安装槽沿轴向方向贯穿定子铁心；每个安装槽内安装有一个定子绕组和一个槽内水冷单元，定子绕组位于安装槽顶部，槽内水冷单元位于安装槽底部，每个槽内水冷单元与集水总管相连形成冷却循环水路。进一步地，每个所述槽内水冷单元包含两根平行布置的水管，两个水管的端部通过弯头连通，槽内水冷单元的出水口通过弯管与集水总管的回水管相连，槽内水冷单元的进水口通过弯管与集水总管的进水管相连。进一步地，每个所述槽内水冷单元包含两根平行布置的水管，两个水管的端部通过弯头连通，若干槽内水冷单元串联成为一组，每组分别有一个进水口和一个出水口，进水口通过弯管与集水总管的进水管相连，出水口通过弯管与集水总管的回水管相连。进一步地，每个所述槽内水冷单元的外部均设置有绝缘层。进一步地，所述水管截面的形状和尺寸与安装槽底部形状相匹配。进一步地，每组内串联槽内水冷单元的个数根据定子冷却水总流量与流速来确定。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术采用水冷式散热方式，槽内水冷单元直接布置于定子铁心的安装槽槽底，缩短了电机定子热源的导热路径，尤其是大大降低了定子绕组与冷却水之间的传热热阻，使定子水冷系统的散热效率得到了明显提高；2)槽内水冷单元的管路采用低附加损耗设计，在为定子绕组提供高效散热的同时，水冷管路本身不引入明显的附加损耗，进一步提高了该类高效水冷电机定子的散热性能与实用性。3)定子铁心内部直接集成水冷管路，槽内水冷单元安装于定子铁心安装槽槽底，槽内水冷单元、集水总管等与定子其他结构不存在干涉，所需安装空间较小，集成化程度高，便于加工制造。附图说明图1为本专利技术高效水冷电机定子结构示意图；图2为图1中定子铁心内部结构示意图；图3为图1中集水总管与槽内水冷单元安装示意图；图4为图3中集水总管结构示意图；图5为图3中槽内水冷单元结构示意图。其中：定子铁芯1、定子绕组2、槽内水冷单元3、集水总管4、安装槽5、进水管6、回水管7、水管8、弯管9。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1、2所示高效水冷电机定子，包括定子铁芯1及与定子铁心1同轴布置的集水总管4，定子铁心1的内表面上且沿圆周方向均匀开设有n个安装槽5，每个安装槽5沿轴向方向(即定子铁心宽度方向)贯穿定子铁心1；每个安装槽5内安装有一个定子绕组2和一个槽内水冷单元3，定子绕组2位于安装槽5顶部(即如图1所示的方向位于内侧)，槽内水冷单元位于安装槽5底部(即如图1所示的方向位于外侧)。结合图3、图4、图5所示，集水总管4包括进水管6和回水管7，每个槽内水冷单元3包含两根平行布置的水管8，两个水管8的端部通过弯头连通，槽内水冷单元3的出水口通过弯管9与回水管7相连，槽内水冷单元3的进水口通过弯管9与进水管6相连。或者，若干槽内水冷单元3串联形成一组，每组分别有一个进水口和一个出水口，进水口通过弯管与进水管相连，出水口通过弯管与回水管相连；每组内串联槽内水冷单元的个数根据定子冷却水总流量与流速来确定。本实施例中，水管采用导热性与耐腐蚀性较好的金属材料制成，每个槽内水冷单元3的外部均设置有绝缘层，以保证水管与定子铁芯1和定子绕组2绝缘。水管截面的形状和尺寸与安装槽底部形状相匹配。另外，槽内水冷单元3的两根水管可采用相互独立的安装方式，即每一单元内的两个水管独立加工成型，并分别放置于安装槽底部相邻的位置，水管端部的弯头应通过焊接等方式进行固定和密封。或者两根水管也可采用一体式结构，即两根水管由单个金属件直接加工成型，为保证一体水管与安装槽底部相匹配，槽内水冷单元可通过高精度3D打印进行一次成型。槽内水冷单元布置于安装槽底部，直接与定子绕组、定子铁芯进行接触换热，提高水了冷系统的散热效率，满足高功率密度、高热负荷电机的散热需求。各槽内水冷单元与集水总管相连，形成完整的定子的冷却循环水路，水管仅在电机轴向的一侧与集水总管相连，另一侧相互不连通，其次水管外部设置有绝缘层，保证水管与定子铁芯、定子绕组之间的绝缘；单个槽内水冷单元中两根水管所构成的导体回路为一进一出，该回路与定子主磁通不发生交链，水管中不会出现主磁通产生的感应电流，因此不存在主磁通产生的附加损耗；另一方面，槽内水冷单元的水管布置于安装槽底部，槽底部附近漏磁通远小于槽上部，水管不受槽上部较强的槽漏磁通影响，因此水管中也不存在漏磁通产生的附加损耗，因此槽内水冷单元具有低附加损耗的特点，该结构有效保证了本专利技术的可行性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效水冷电机定子，包括定子铁芯(1)，其特征在于：还包括与定子铁心(1)同轴布置的集水总管(4)，定子铁心(1)的内表面上且沿圆周方向均匀开设有n个安装槽(5)，每个安装槽(5)沿轴向方向贯穿定子铁心(1)；每个安装槽(5)内安装有一个定子绕组(2)和一个槽内水冷单元(3)，定子绕组(2)位于安装槽(5)顶部，槽内水冷单元位于安装槽(5)底部，每个槽内水冷单元(3)与集水总管(4)相连形成冷却循环水路。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效水冷电机定子，包括定子铁芯(1)，其特征在于：还包括与定子铁心(1)同轴布置的集水总管(4)，定子铁心(1)的内表面上且沿圆周方向均匀开设有n个安装槽(5)，每个安装槽(5)沿轴向方向贯穿定子铁心(1)；每个安装槽(5)内安装有一个定子绕组(2)和一个槽内水冷单元(3)，定子绕组(2)位于安装槽(5)顶部，槽内水冷单元位于安装槽(5)底部，每个槽内水冷单元(3)与集水总管(4)相连形成冷却循环水路。


2.根据权利要求1所述高效水冷电机定子，其特征在于：每个所述槽内水冷单元(3)包含两根平行布置的水管(8)，两个水管(8)的端部通过弯头连通，槽内水冷单元(3)的出水口通过弯管(9)与集水总管(4)的回水管(7)相连，槽内水冷单元(3)的进水口通过弯管(9)与集水总管(4)的进水管(6)相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：余中军，孟繁庆，程思为，付佳，刘斌，陈祖涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42