一种永磁电机复合定子水冷结构

技术领域

本发明属于永磁电机冷却技术领域，具体涉及一种永磁电机复合定子水冷结构。

背景技术

电机液冷主要包括水冷和油冷，液冷的冷却效果明显强于风冷，而且解决了风冷带来的噪声问题，但局限于在目前的冷却技术大多数只能在机壳上设置冷却通道，难以带走电机内部的热量，针对这一问题国内外学者已经展开了大量研究。目前永磁同步电机的液冷方式大都采用传统的机壳冷却，通过冷却机壳间接地降低电机内部温升，这种结构难以产生很好的降温效果，阻挡了电机轻量化发展和高功率密度发展。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种永磁电机复合定子水冷结构，能够解决现有的电机冷却结构难以产生很好的降温效果，阻挡了电机轻量化发展和高功率密度的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种永磁电机复合定子水冷结构，包括电机本体结构和定子水冷结构，电机本体结构包括定子铁心和机壳，机壳上设置有冷却通道；

定子铁心设置在机壳的内部，且定子铁心与机壳相连接，定子水冷结构与定子铁心相连接，定子水冷结构与冷却通道相连通，以使定子水冷结构冷却位于机壳内部的定子铁心。

可选的，定子水冷结构包括第一水冷装置、第二水冷装置、第一进水口、第一出水口、第二进水口和第二出水口；

第一水冷装置和第二水冷装置均设置在定子铁心的轴向两侧，且与电机本体结构相接触，第一进水口和第一出水口设置在第一水冷装置上，第二进水口和第二出水口设置在第二水冷装置上，第一进水口和第二进水口均与冷却通道相连通，第一出水口、第二出水口和冷却通道均与外界水箱相连通。

可选的，冷却通道包括第一环形水槽、第一并联水槽、第二并联水槽和机壳进水口；

第一环形水槽设置在机壳的外表面，且沿着机壳外表面周向方向缠绕设置，第一并联水槽设置在第一环形水槽的一侧，且第一并联水槽分别与第一环形水槽和第一进水口相连通，第二并联水槽设置在第一环形水槽的另一侧，且第二并联水槽分别与第一环形水槽和第二进水口相连通，机壳进水口设置在机壳外表面，且机壳进水口与第一环形水槽相连通，机壳进水口与外界水箱相连通。

可选的，电机本体结构还包括电枢绕组、转子铁心、护套、多个永磁体、转轴；

转子铁心与转轴轴向连接，转子铁心上连接多个永磁体，转子铁心的外表面设置护套，护套与多个永磁体相连接，电枢绕组缠绕在定子铁心上。

可选的，第一水冷装置和第二水冷装置设置在定子铁心的两侧，且第一水冷装置和第二水冷装置均与电枢绕组的端部相接触。

可选的，第一水冷装置和第二水冷装置的内部均设置有第二环形水槽，第二环形水槽的形状与定子铁心的形状一致。

有益效果

本发明的实施例中所提供的一种永磁电机复合定子水冷结构，本发明永磁电机定子水冷结构与机壳水冷并联的复合冷却结构，是在机壳第一环形水槽的两侧开有并联的通道，通道分别与第一水冷装置和第二水冷装置相连，第一水冷装置和第二水冷装置中水道呈环形连接，充分与整个第一水冷装置和第二水冷装置接触，两侧第一水冷装置和第二水冷装置直接与端部绕组和定子铁心接触，大大降低了定子绕组与定子铁心的温升，间接地冷却了永磁体部位。且采用单进口双出口的复合水冷装置，与外部冷却水箱连接结构简易，有利于各种工况下电机的使用。同时定子水冷结构采用高强度铝合金，与定子齿槽高度配合，且内部水道呈环状分布，充分增加了与定子铁心之间的散热。

附图说明

图1为本发明实施例的电机整体轴向切面示意图；

图2为本发明实施例的电机定子水冷却盘截面示意图；

图3为本发明实施例的定子铁心以及水冷装置三维结构示意图；

图4为本发明实施例的机壳第一环形水槽三维示意图；

图5为本发明实施例的电机内部流体分布图；

图6为本发明实施例的电机转子三维结构示意图。

附图标记表示为：

1、定子铁心；2、电枢绕组；3、转子铁心；4、护套；5、永磁体；6、转轴；7、机壳；8、第一水冷装置；9、第二水冷装置；10、第一进水口；11、第二进水口；12、第一出水口；13、第二出水口；14、第一并联水槽；15、第二并联水槽；16、机壳进水口。

具体实施方式

结合参见图1至图6所示，根据本发明的实施例，一种永磁电机复合定子水冷结构，包括包括电机本体结构和定子水冷结构，请参照图1，电机本体结构包括定子铁心1、电枢绕组2、转子铁心3、护套4、永磁体5、转轴6、机壳7，如图6所示，转子铁心2采用的是实心转子于转轴6轴向连接，请参照图6，转子铁心2上固定着四块永磁体5，表贴永磁体5上安装有钛合金护套4，定子铁心1的梨形槽中缠绕上电枢绕组2，定子铁心1固定于机壳7的内部。定子水冷结构与定子铁心1相连接，定子水冷结构与冷却通道相连通，以使定子水冷结构冷却位于机壳7内部的定子铁心1。通过定子水冷结构和机壳7上的冷却通道相连通，不仅对定子铁心1的两侧进行冷却，同时通过冷却通道加大对机壳7的整体降温，进而加大对定子铁心1降温的面积。

定子水冷结构如图3和图5所示，定子水冷结构包括第一水冷装置8、第二水冷装置9、第一进水口10、第一出水口12、第二进水口11和第二出水口13；第一水冷装置8和第二水冷装置9均设置在定子铁心1的轴向两侧，且与电机本体结构相接触，第一进水口10和第一出水口12设置在第一水冷装置8上，第二进水口11和第二出水口13设置在第二水冷装置9上，第一进水口10和第二进水口11均与冷却通道相连通，第一出水口12、第二出水口13和冷却通道均与外界水箱相连通。

进一步的，第一水冷装置8和第二水冷装置9直接固定在定子铁心1的两侧，且第一水冷装置8和第二水冷装置9均是采用高强度铝合金，使其对原电机电磁性能的影响可以忽略不计。

进一步的，请参照图2，第一水冷装置8和第二水冷装置9的内部构造为第二环形水槽，其中第二环形水槽的环路与定子铁心1的形状贴合，便于对定子铁心1进行冷却。

进一步的，第一水冷装置8、第二水冷装置9均与机壳7的外表面上开有第一环形水槽相连通，第一环形水槽为方形水流通道。

进一步的，第一水冷装置8和第二水冷装置9均通过螺栓固定于在定子铁心1的轴向两侧，内部水槽水流呈环形绕着电机定子铁心1形状，如图2所示。

进一步的，第一水冷装置8和第二水冷装置9均直接与定子铁心1两侧和电枢绕组2端部接触。

进一步的，第一水冷装置8通过第一进水口10与第一环形水槽相连通，第一出水口10与外部水箱直接连接。

进一步的，请参照图4，第二水冷装置9与第一水冷装置8原理相同，如图4所示，第二水冷装置9通过第二进水口11与第一环形水槽相连通，机壳7中部开有周向缠绕排布的第一环形水槽，第一环形水槽设置有机壳进水口16，机壳进水口16和外部水箱连接，第一出水口12和第二出水口13均穿过机壳7与外部水箱相连接。

进一步的，机壳进水口16与第一出水口12以及第二出水口13可以设置在同一条直线上，也可以不在同一条直线上，具体根据入水口与出水口的位置进行设置。

进一步的，第一进水口10和第一出水口12相互靠近设置在第一水冷装置8上，第二进水口11和第二出水口13相互靠近设置在第二水冷装置9上。第一进水口10和第一出水口12是由于第二环形水槽从一端进水，然后从第二环形水槽的末端出水，进而需要相互靠近设置，进而可以提高冷却效果，增大冷却的面积。同理第二进水口11和第二出水口13原理是一样的。

冷却通道包括第一环形水槽、第一并联水槽14、第二并联水槽15和机壳进水口16；

第一环形水槽设置在机壳7的外表面，且沿着机壳7外表面周向方向缠绕设置，第一并联水槽14设置在第一环形水槽的一侧，且第一并联水槽14分别与第一环形水槽和第一进水口10相连通，第二并联水槽15设置在第一环形水槽的另一侧，且第二并联水槽15分别与第一环形水槽和第二进水口11相连通，机壳进水口16设置在机壳7外表面，且机壳进水口16与第一环形水槽相连通，机壳进水口16与外界水箱相连通。通过第一环形水槽沿着机壳7周向缠绕设置，即加大了对机壳7的冷却面积，进而加大对定子铁心1的冷却面积。同时通过第一并联水槽14和第一进水口10相连通，以及第二并联水槽15和第二进水口11相连通，加大对冷却水的循环，提高冷却效果。

进一步的，请参照图5，第一环形槽的形状为方形，即均匀且相互连通的设置在机壳7的外表面，第一并联水槽14位于机壳7的一侧，第二并联水槽15位于机壳7的另一侧，不仅确保加工简单，避免了多进水口导致的加工困难，优化了结构。同时确保第一并联水槽14与第一进水口10相连通，第二并联水槽15与第二进水口11相连通。

进一步的，机壳7中部安装有周向排布的第一环形水槽，且设置有机壳进水口16，机壳进水口16与外部水箱出口直接相连接，水流通道较宽间接作用于定子铁心1，拥有传统水冷系统的优势。

进一步的，采用单进口双出口的复合水冷装置，与外部冷却水箱连接结构简易，有利于各种工况下电机的使用。

进一步的，第一环形水槽宽度的限制取决于各个电机定子铁心1齿部宽度，本发明中实施例中第一环形槽尺寸宽度为2.5mm，相比于1mm宽度，可以使得电机最高温升降低了3.7％，最高压力下降了53％。

进一步的，第一并联水槽14、第二并联水槽15的尺寸为宽4mm，长12mm的矩形水槽，同样可以使得电机最高温升降低了3.7％，最高压力下降了53％。

本发明的一种永磁电机复合定子水冷结构，冷却水从机壳入水口16进入电机机壳7上的第一环形水槽中，机壳7上的第一环形水槽为圆周形水道，且并联第一并联水槽14和第二并联水槽15,，然后冷却水分别进入第一并联水槽14与第二并联水槽15中，进一步分别流入两个定子水冷装置中，即第一水冷装置8和第二水冷装置9，分别通过第一进水口10与第二进水口11进入，然后最后通过第一出水口12与第二出水口13流出。定子铁心1和电枢绕组2产生的热量可以通过第一水冷装置8和第二水冷装置9直接冷却，而机壳7上的第一环形水槽也能通过冷却机壳7间接冷却定子铁心1部分，而转子部分通过气隙与定子铁心1传导热量，冷却定子的同时也能降低转子部分温升，第一水冷装置8和第二水冷装置9与机壳7中的第一环形水槽相连接，有利于水冷箱的连接与工艺制作。

本发明采用了电机定子两侧加水冷装置直接与定子铁心1与端部绕组接触，并且两侧进口与机壳7上的第一环形水槽连接，采用机壳7水冷并联定子水冷的方案大大提高了电机的冷却效率，为进一步提高永磁电机的冷却性能提供了方案。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。