一种具有冷却结构的轴向磁通电机定子及轴向磁通电机转让专利
申请号 : CN202010746828.7
文献号 : CN111864933B
文献日 : 2021-08-31
发明人 : 范兴纲 , 李大伟 , 曲荣海 , 谭辉
申请人 : 华中科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种具有冷却结构的轴向磁通电机定子,其特征在于,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;
所述第一定子支撑结构包括圆筒状的底板,所述底板上设置有冷却介质进孔和冷却介质出孔,所述底板外表面两端对称设置有多个呈辐射状径向分布的支撑柱,所述底板和所述多个支撑柱之间形成多个定子槽;所述定子铁心设置有多个,所述定子线圈缠绕在所述定子铁心之上,各缠绕有定子线圈的定子铁心嵌放在所述定子槽中;
所述密封套紧密包裹于所述第一定子支撑结构的外围,由定子线圈之间以及定子线圈与所述密封套之间的间隙形成冷却流道;
所述第二定子支撑结构为圆筒结构,其外径等于所述第一定子支撑结构的内径,其两端高于其周向外表面,且其周向外表面上设置有周向挡板;所述第二定子支撑结构与所述第一定子支撑结构装配后,在所述第二定子支撑结构的周向外表面形成两个环形腔,分别为进口分液腔和出口集液腔,且所述进口分液腔和所述出口集液腔分别通过所述冷却介质进孔和所述冷却介质出孔与所述冷却流道连通;所述第二定子支撑结构内侧还设置有与所述进口分液腔连通的绝缘冷却介质导入管和与所述出口集液腔连通的绝缘冷却介质导出管;
所述定子线圈采用矩形截面的导体绕制而成;缠绕于同一个定子铁心上的多匝定子线圈的导体具有多个不同的截面积,使得各匝线圈向所述冷却流道内部交错凸起。
2.如权利要求1所述的具有冷却结构的轴向磁通电机定子,其特征在于,所述第二定子支撑结构周向外表面上的周向挡板为蛇型挡板,且所述周向挡板设置于所述第二定子支撑结构外表面的正中间。
3.如权利要求2所述的具有冷却结构的轴向磁通电机定子,其特征在于,所述第一定子支撑结构的底板上设置的冷却介质进孔和冷却介质出孔均位于所述底板正中的原周上,且冷却介质进孔和冷却介质出孔交替排列。
4.如权利要求3所述的具有冷却结构的轴向磁通电机定子,其特征在于,所述冷却介质进孔和所述冷却介质出孔均为矩形孔。
5.如权利要求1所述的具有冷却结构的轴向磁通电机定子,其特征在于,所述第二定子支撑结构的筒壁上,设置有轴向通孔。
6.如权利要求1所述的具有冷却结构的轴向磁通电机定子,其特征在于,所述第一定子支撑结构采用复合材料进行3D打印加工而成。
7.一种单定子双转子无轭电枢分离型轴向磁通电机,包括同轴依次设置的前转子、定子和后转子;所述定子与所述前转子和所述后转子之间分别形成空气气隙,所述前转子与所述后转子由前、后两个轴承进行支撑,且所述前转子和所述后转子采用机壳进行连接;其特征在于,所述定子为权利要求1‑6任一项所述的具有冷却结构的轴向磁通电机定子。
说明书 :
一种具有冷却结构的轴向磁通电机定子及轴向磁通电机
技术领域
背景技术
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。
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。
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。
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。
的难点之一。
发明内容
效果有限的技术问题。
形成多个定子槽;定子铁心设置有多个,定子线圈缠绕在定子铁心之上,各缠绕有定子线圈
的定子铁心嵌放在定子槽中;
结构装配后,在第二定子支撑结构的周向外表面形成两个环形腔,分别为进口分液腔和出
口集液腔,且进口分液腔和出口集液腔分别通过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与进口分液腔连通的绝缘冷却介质导入管和与出口
集液腔连通的绝缘冷却介质导出管。
中,并利用密封套紧密包裹于第一定子支撑结构的外围,由定子线圈之间以及定子线圈与
密封套之间的间隙形成冷却流道,所形成的冷却流道具体包括缠绕于不同定子铁心的定子
线圈之间形成的径向冷却流道,和定子线圈与密封套之间形成的周向冷却流道,从而通入
绝缘冷却介质后,冷却介质可以在定子线圈之间和定子线圈外部周向流动,与定子线圈充
分接触,对电机定子线圈进行高效直接冷却。
流电阻的作用,从而有效降低电机损耗和线圈温升。
结构中的电磁涡流损耗。
气隙,前转子与后转子由前、后两个轴承进行支撑,且前转子和后转子采用机壳进行连接;
其中,定子为本发明提供的具有冷却结构的轴向磁通电机定子。
提高了电机整体的性能。
中,并利用密封套紧密包裹于第一定子支撑结构的外围,由定子线圈之间以及定子线圈与
密封套之间的间隙形成冷却流道,从而通入绝缘冷却介质后,冷却介质可以在定子线圈之
间和定子线圈外部周向流动,与定子线圈充分接触,对电机定子线圈进行高效直接冷却。
部交错凸起,能够增大与冷却介质的接触面积,并且具有减小直流电阻的作用,从而有效降
低电机损耗和线圈温升。
根据实际强度要求采用高强度复合材料进行3D打印加工,在满足电机定子的强度要求的同
时,减低支撑件中的电磁涡流损耗。
附图说明
液腔,124为绝缘冷却介质导入管,125为绝缘冷却介质导出管,13为定子铁心,14为定子线
圈,15为密封套,16为固定螺钉,17为定子压条,2为前转子,21为前转子盘,22为前转子铁
心,23为前转子磁钢,24为前轴承,25为磁钢压板,3为后转子,31为后转子盘,32为后转子铁
心,33为后转子磁钢,34为后轴承,4为机壳。
具体实施方式
不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要
彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
的支撑柱112,底板111和多个支撑柱112之间形成多个定子槽;定子铁心13设置有多个,定
子线圈14缠绕在定子铁心13之上,各缠绕有定子线圈14的定子铁心13嵌放在定子槽中;
构12与第一定子支撑结构11装配后,在第二定子支撑结构12的周向外表面形成两个环形
腔,分别为进口分液腔122和出口集液腔123,且进口分液腔122和出口集液腔123分别通过
冷却介质进孔113和冷却介质出孔114与冷却流道连通;第二定子支撑结构12内侧还设置有
与进口分液腔122连通的绝缘冷却介质导入管124和与出口集液腔123连通的绝缘冷却介质
导出管125;
铁心13嵌放在定子槽中,并利用密封套15紧密包裹于第一定子支撑结构11的外围,由定子
线圈14之间以及定子线圈14与密封套15之间的间隙形成冷却流道,所形成的冷却流道具体
包括缠绕于不同定子铁心13的定子线圈14之间形成的径向冷却流道,和定子线圈14与密封
套15之间形成的周向冷却流道;绝缘冷却介质经绝缘冷却介质导入管124流入进口分液腔
122后,经冷却介质进孔113进行分配,通过径向冷却流道和周向冷却流道在在定子线圈14
之间和定子线圈14外部周向流动,然后经冷却介质出孔流入出口集液腔进行收集,最终经
绝缘冷却介质导出管125流出。绝缘冷却介质在定子内部的流动情况如图5所示,绝缘冷却
介质在流动的过程中,与定子线圈14充分接触,对电机定子线圈进行高效直接冷却。
中间;
的圆周上交替排列,这些设置方式有利于提高绝缘冷却介质流动的均匀性,实现对定子线
圈14的均匀散热。
心13固定压紧,定子线圈14装配简单,并且易于将定子线圈固定。
电机定子的强度要求的同时,减低支撑结构中的电磁涡流损耗。
体具有多个不同的截面积,使得各匝线圈向冷却流道内部交错凸起;本实施例通过采用导
体截面积变化的变截面导体线圈,其导体截面积不同,每一匝线圈向冷却流道内部交错凸
起,能够增大与冷却介质的接触面积,并且具有减小直流电阻的作用,从而有效降低电机损
耗和线圈温升。
锯齿形、波浪形等其他易于加工的形状;冷却介质进孔113和冷却介质出孔114除了矩形和
圆形外,也可以为其他便于绝缘冷却介质通过的形状,冷却介质进孔113和冷却介质出孔
114也可以具有不同的形状。更多的实例,在此将不作一一列举。
转子与后转子由前、后两个轴承(24,34)进行支撑,便于进行旋转运动,且前转子2和后转子
3采用机壳4进行连接,以降低两个转子盘的偏心和变形;其中,定子1为上述任一实施例提
供的具有冷却结构的轴向磁通电机定子;
23则安装贴合在转子铁心22上,并且利用磁钢压板25固定;
在本发明的保护范围之内。