定子组件、骨架及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种定子组件、骨架及电机。

背景技术

伴随电机设计能力及制造技术的提升，电机的功率不断增大，这将导致电机运行时具有较高的负荷，发热量也会同时增加。目前常用的散热方式有风冷、油冷、水冷、自然冷等。其中，应用热管散热的方式中，通常是将热管的热端伸入电机内部，靠近绕组或定子铁芯，热管的冷端插入机壳或端盖中。

而如何提高热管与热源的接触条件，提升热量由热源传递给热管的效率，降低绕组端部温升，提升电机的散热能力、可靠性等是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种定子组件、骨架及电机，旨在解决现有热管散热方式中热管与热源的接触条件差，影响散热效果的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种定子组件，所述定子组件包括定子铁芯，插入所述定子铁芯内部的骨架，以及绕设于所述骨架上的绕组，其特征在于，所述定子组件还包括热管，所述热管的热端设置于所述骨架上与所述绕组的端部换热接触，所述热管的冷端设置于所述定子铁芯的外侧并用于与电机的机壳换热接触。

在一个具体的实施例中，所述热管包括第一换热段，所述骨架沿所述定子铁芯的轴向突出设置有骨架肩部，所述骨架肩部设有限位槽，所述第一换热段插入所述限位槽内。

在一个具体的实施例中，所述限位槽包括槽底壁和围设于槽底壁边缘的侧壁，所述侧壁与所述绕组相对设置；所述侧壁上设置有限位凸起，所述第一换热段限位于所述限位凸起与所述槽底壁之间，所述第一换热段背离所述侧壁的一侧面与所述绕组换热接触。

在一个具体的实施例中，所述第一换热段背离所述侧壁的一侧面为第一换热面，所述第一换热面为平面。

在一个具体的实施例中，所述侧壁上开设有与所述限位槽连接的过孔，所述第一换热段的一端连接一跨接段，所述跨接段穿过所述过孔。

在一个具体的实施例中，所述跨接段的一端连接一第二换热段，所述第二换热段与所述定子铁芯的端部换热接触。

在一个具体的实施例中，所述第二换热段与所述定子铁芯的接触面为第二换热面，所述第二换热面为平面。

在一个具体的实施例中，所述定子铁芯的外侧开设有多个沿其轴向延伸的插槽，所述热管的冷端限位于所述插槽内。

在一个具体的实施例中，所述定子铁芯包括多个定子齿，多个所述插槽与多个所述定子齿位置对应且位于所述定子齿的齿顶部。

在一个具体的实施例中，所述热管的冷端包括多个沿定子铁芯的周向首尾相连的第三换热面，所述第三换热面为平面。

在一个具体的实施例中，所述绕组的两个端部均对应设置有热管，同一所述插槽的两端分别容纳两个所述热管的冷端。

在一个具体的实施例中，两个所述骨架沿所述定子铁芯的轴向两端分布。

本发明还提出了一种骨架，所述骨架应用于上述的定子组件。

在一个具体的实施例中，述骨架沿所述定子铁芯的轴向突出设置有骨架肩部，所述骨架肩部设有限位槽，所述热管的第一换热段插入所述限位槽内。

在一个具体的实施例中，所述限位槽包括槽底壁和围设于槽底壁边缘的侧壁，所述侧壁与所述绕组相对设置；所述侧壁上设置有限位凸起，所述限位凸起与所述槽底壁之间限位所述第一换热段。

本发明还提出了一种电机，所述电机包括机壳、转子和上述的定子组件，所述定子组件套设于所述转子的外周，所述机壳罩设于所述定子组件的外周。

在一个具体的实施例中，所述机壳的内壁开设有与所述插槽对应的容置槽。

在一个具体的实施例中，所述定子铁芯的两端灌注导热绝缘胶以形成灌胶固定层。

本发明技术方案中，定子组件应用于电机，电机通电运行时，绕组将通电工作产生热量，热量集中的区域为绕组的两端部。本申请通过将热管的热端与定子组件的高温部位(绕组的两端部)接触，将绕组通电工作产生的热量快速转移至机壳向外散热，避免电机内部工作环境温度过高，保证电机可靠工作、延长工作寿命。本发明中利用骨架自身结构与热管连接，保证热管位置的稳定性，即保证热管热端与绕组端部贴合的可靠性，从而保证散热效果，且通过骨架自身结构将热管与定子组件的高温部位接触，提高了散热能力。本发明采用的热管与电机的整体式布置方式，改善了热源与热管的接触条件，提升了热量由热源传递给热管的效率，降低绕组端部温升，提升电机的散热能力、且提高了电机的散热效率，也减小了加工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例中定子组件的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中热管的冷端插接处的放大示意图；

图3为本发明第一实施例中定子组件的侧部结构示意图；

图4为本发明一实施例中骨架的结构示意图；

图5为本发明第二实施例中定子组件的局部结构示意图；

图6为本发明第二实施例中热管的冷端插接处的放大示意图；

图7为本发明实施例中电机的结构示意图；

图8为本发明实施例中定子组件与转子的装配示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

伴随电机设计能力及制造技术的提升，电机的功率不断增大，这将导致电机运行时具有较高的负荷，发热量也会同时增加。随着电机的小型化、高功率密度化，结构布局紧凑，电机的散热越来越具有挑战性，要保证电机可靠工作及延长工作寿命，提高电机的散热冷却能力也成了电机发展过程中所要解决的重要问题之一。

现有的电机散热方式有风冷、油冷、水冷、自然冷等方式，其中，利用热管技术进行散热通常是将热管的热端伸入电机内部，靠近绕组或定子铁芯，热管的冷端插入机壳或端盖中。

而如何提高热管与热源的接触条件，提升热量由热源传递给热管的效率，降低绕组端部温升，提升电机的散热能力、可靠性等是亟需解决的技术问题。

本发明提出一种定子组件、骨架及电机。

如图1至图3所示，本发明第一实施例中，定子组件100包括定子铁芯1、骨架2、绕组3和热管5，骨架2插入定子铁芯1的内部，绕组3绕设于骨架2上，热管5的热端51设置于骨架2上且与绕组3的端部换热接触，热管5的冷端52设置于定子铁芯1的外侧并用于与电机200的机壳4换热接触。

本实施例中，定子组件100应用于如图7所示的电机200，电机200通电运行时，绕组3将通电工作产生热量，热量集中的区域为绕组3的两端部。本申请通过将热管5的热端51与定子组件100的高温部位接触(绕组3的两端部)，将绕组3通电工作产生的热量快速转移至机壳4向外散热，避免电机200内部工作环境温度过高，保证电机200可靠工作、延长工作寿命。并且本实施例中利用骨架2自身结构与热管5连接，通过将热管5的热端固定在骨架上保证热管5位置的稳定性，即保证热管5热端51与绕组3端部贴合的可靠性，从而保证散热效果。

本实施例中，定子铁芯1的整体趋于圆形，定子铁芯11的内侧沿周向可以具有多个定子齿，定子齿与骨架2插接配合，绕组3(线圈)绕设于骨架2上，骨架2起到固定绕组3的作用同时用于绕组3与铁芯之间的绝缘。定子齿的具体形状及尺寸可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

本实施例中，骨架2包括两个相互拼接的骨架单体，骨架单体插接于定子齿沿定子铁芯1轴向的相对两端，插槽11与定子齿位置对应且位于定子铁芯1的齿顶部。即骨架2有两个骨架单体拼接形成，拼接完成的骨架2固定在定子齿上，并且完全包覆定子齿，绕组3绕设于骨架2上时，绕组3与定子齿之间被骨架2阻隔，保证绕组3与定子铁芯1之间绝缘。

本实施例中，热管5内填充有相变介质，绕组3通电工作产生的热量经由热端51的外壳传导至相变介质，相变介质吸热气化到达冷端52，气态的相变介质与机壳4的内壁传递热量。热量传递后，相变介质液化回到热端51，再次循环。

热管5可采用现有技术，本申请不再对热管5进行详细描述。本申请的保护重点不在于热管5的散热原理，而在于热管5在电机200散热中的应用。

在一实施例中，热管5包括第一换热段53，骨架2沿定子铁芯1的轴向突出设置有骨架肩部，骨架肩部设有限位槽21，第一换热段53插入限位槽21内。热管5靠近热端51的节段形成第一换热段53，通过在骨架肩部开槽来容纳并限位第一换热段53，防止第一换热段53发生位移，从而保证热管5与绕组3紧密接触。

上述实施例一示例中，限位槽21包括槽底壁和围设于槽底壁边缘的侧壁，侧壁与绕组3相对设置；侧壁上设置有限位凸起22，第一换热段53限位于限位凸起22与槽底壁之间，第一换热段53背离侧壁的一侧与绕组3换热接触。具体地，槽底壁为与定子铁芯1的端面平行的面，侧壁并非完全封闭，而是在朝向绕组3的一侧形成开口，第一换热段53的的沿定子铁芯径向的两侧被限位槽21的侧壁和绕组3限位，第一换热段53的沿定子铁芯的周向的两端部被限位槽21的两端壁面限位，第一换热段53的沿定子铁芯轴向的两侧则由限位凸起22与限位槽21的底壁配合限位，由此能够对热管5进行预固定和定位，避免后续加工(例如灌胶)、搬运过程中热管5发生移动。且热管5的热端通过骨架2与绕组3直接换热接触，提高了散热效率。

为了进一步提高换热效果，第一换热段53背离侧壁的一侧面为第一换热面，第一换热面为平面。相较于传统的热管5，平面的第一换热面能够增大热管5与高温部位(绕组的端部)的接触面积，有利于高温部位将热量快速传递给热管5。

在一实施例中，侧壁上开设有与限位槽21连接的过孔23，第一换热段53的一端连接一跨接段54，跨接段54穿过过孔23。本实施例中，热管5可以直接穿过过孔23向定子铁芯1的外侧延伸，而不使用连续的弯折结构使热管5延伸至离开限位槽21并跨越支架。因此，开设与限位槽21连通的过孔23能够减少热管5的弯折次数，避免热管5弯折次数过多对热管5的导热性能造成影响。

与此同时，在安装热管5时，过孔23还能起到确定热管5安装位置的作用。

跨接段54的一端连接一第二换热段55，第二换热段55与定子铁芯1的端部换热接触。定子组件100的高温部位通常包括绕组3的端部和定子铁芯1的端部，本实施例中，第一换热段53与绕组3的端部接触换热，第二换热段55与定子铁芯1的端部接触换热，即利用一个热管5同时与两个高温部位进行换热，从而提高换热效率，简化定子组件100的散热结构。

具体地，由于绕组3的端部和定子铁芯1的端部通常不在同一平面，通过设置跨接段54连接第一换热段53和第二换热段55。

为了进一步增强散热效果，第二换热段55与定子铁芯1的接触面为第二换热面，第二换热面为平面。相较于传统的热管5，平面的第二换热面能够增大热管5与高温部位(定子铁芯的端部)的接触面积，有利于高温部位将热量快速传递给热管5。

综上所述，热管5包括依次连接的第一换热段53、跨接段54、第二换热段55和冷端52，在一些实施例中，热管5的热端51可以根据功能进行区分，也即热管5的热端51包括第一换热段53、跨接段54和第二换热段55三个部分。在其他的实施例中，软管5的热端51可以定义为第一换热段53远离跨接段54的端部为热端51。热端51的划分方式仅为方便对热管5各节段进行区分，对热管5功能的实现不造成影响。

本实施例中以热管5的热端51包括第一换热段53、跨接段54和第二换热段55三个部分为例进行说明。热管5的跨接段54穿过过孔23并向定子铁芯1的端部延伸，使得整个热管5仅在第一换热段53、跨接段54、第二换热段55和冷端52中相邻两段的连接处需要弯折，即整个热管5仅有三处弯折，避免热管5弯折次数过多对热管5的导热性能造成影响。

在一示例中，热管5的热端51进行压扁处理，压扁后的热管5在结构上下面是平面，左右两侧面是圆弧状，且平面结构的面积大于圆弧状面积，布置的时候选用平面结构的一侧与绕组3、定子铁芯1上的高温部位接触形成第一换热面和第二换热面，由此增大接触面积，提高换热效率。以上仅为示例说明，并不对申请中热管5的形状构成限定。

需要说明书的，本申请对热管5的加工形式不做限定，只需保证加工完成后，热管5的第一换热面和第二换热面为平面结构。

举例来说，请再次参见图4，骨架2包括外框24(也即上面所述的骨架肩部)、内框25以及连接内框25和外框24的连接件26，连接件26居中设置且连接面的截面积小于外框24的截面积，也小于内框25的截面积。从而外框24与内框25之间形成绕连接件26的环形容置空间，绕组3绕制在连接件26，也即绕组3绕设于环形容置空间内。限位槽21开设于外框24的内壁，使第一换热段53卡入限位槽21内时能够与绕组3直接接触。

需要说明的是，限位凸起22为设置于限位槽21侧壁上的微结构，并且热管5自身具备一定的弹性，在将热管5向后插入定子铁芯1外侧的过程中，热管5发生一定的弹性形变从而卡入限位凸起22与限位槽21的底壁之间。

其中，限位凸起22的形状可以为半球状、弧形等平滑结构，避免限位凸起22具有锋利的棱边对热管5表面造成损伤。

在一示例中，热管5的冷端52包括多个沿定子铁芯的周向依次首尾连接的第三换热面，第三换热面为平面，即热管5冷端52形成多边形结构，从而增大热管5冷端52的换热面积。具体地，热管5的冷端52的截面可以为三角形、正方形、长方形、五边形等。本申请对热管5冷端52的具体形状不做限定。

在一实施例中，请结合参见图1和图3，定子铁芯1的外侧壁开设有沿其轴向延伸的插槽11，热管5的冷端52限位于插槽11内。本实施例通过在定子铁芯1上开设插槽11，使热管5的热端51靠近高温部位布置、冷端52插入插槽11内的同时保持与机壳4内壁的接触，即热管5的热端51与电机200的高温部位接触，本实施例中的散热方式可以无需在机壳4上开槽，不增加机壳4的加工成本，并尽量减少因布置热管5对机壳4的机械强度的影响。

在一实施例中，定子铁芯1包括定子齿，骨架2包括两个相互拼接的骨架单体，骨架单体插接于定子齿沿定子铁芯1轴向的相对两端，插槽11与定子齿位置对应且位于定子铁芯1的齿顶部。将定子铁芯1沿其周向分为多个弧段，则弧段每个弧段对应设置一定子齿，每个定子齿固定一骨架2(由两个骨架单体拼接形成)，每个骨架2上绕制一个绕组3，则弧段、骨架2、绕组3一一对应设置，插槽11位于弧段的弧顶中心位置，即定子铁芯1上开槽正对骨架2的中轴线设置，也即定子铁芯1上开槽对应于绕组3的中轴位置，绕组3通电时，该处磁密相对较小，因而在此处开槽对电机200的电磁性能影响相对较小。

上述实施例中，定子铁芯1可以采用多层硅钢片叠压式机构，定子铁芯1也可以采用一体式结构；定子铁芯1还可以采用模块化的多个节段的拼接式结构，本申请对定子铁芯1的形成方式不做限定。

在一实施例中，请再次参见图3，绕组3的两端均对应设置有热管5，插槽11用于容纳两个热管5的冷端52。可以理解地，绕组3趋于对称布置，绕组3的两端均形成高温部位，则需要对应设置热管5分别与绕组3的两端对应接触，并且一个插槽11能够容纳两个热管5可以减小定子铁芯1上的开槽数量，从而降低对定子铁芯1的强度及结构造成的影响。

本实施例中，位于同一个插槽11内的两个冷端52可以沿定子铁芯1的周向相邻设置。本实施例中，位于同一个插槽11内的两个冷端52可以沿定子铁芯1的轴向相邻设置。

在进行热管5的安装时，两个热管5分别从绕组3的两端插入插槽11内，热管5插入插槽11的过程中，热管5能够卡入过孔23，热端51能够滑入限位槽21内，也就是说，开设与限位槽21连通的热管5还能便于热管5的安装。

另外，如图4所示，本发明还提供了一种骨架2，骨架2应用于如上的定子组件100，骨架2包括用于绕线的绕线槽，骨架2用于分设于定子铁芯1两端并插入定子铁芯1槽内与定子铁芯1相连接；骨架2还用于与热管5连接以使热管5的热端51与绕组3端部换热接触。本实施例通过对骨架2结构进行重新设计，使其能够与热端51配合固定，从而在进行灌胶前对热管5进行预定位，避免热管5发生位移。

上述实施例一示例中，本示例可以在骨架2上开设限位槽21用于限位热管5；进一步地，本申请可以在限位槽21的侧壁上设置限位凸起22，使限位凸起22与限位槽21的槽底壁配合限位热管5；更进一步地，骨架2上开可以开设与限位槽21连通的过孔23，热管5可以直接穿过过孔23，从而减少热管5的折弯次数。本申请中热管5的详细结构可以参照之前的描述，在此不再详细描述。本实施例中的折弯结构，增大热管热端与热源的接触面积及减少因折弯对热管对导热能力的影响。

另外，请参见图7，本发明还提供了一种电机200，所述电机200包括机壳4、转子201和如上所述的定子组件100，所述定子组件100套设于所述转子201的外周，机壳4的内壁为弧面且与定子铁芯1的外壁配合，所述机壳4罩设于所述定子组件100的外周。由于该电机200包括如上述所述的定子组件100，因此该电机200具备上述定子组件100的所有有益效果，在此不一一赘述。

本发明第一实施例中，请结合参见图1至图3，定子铁芯1的外侧面开设有沿定子铁芯1的轴向延伸的插槽11；骨架2与定子铁芯1连接且位于定子铁芯1的内侧；绕组3绕设于骨架2上；机壳4罩设于定子铁芯1的外周；热管5的热端51与绕组3端部换热接触，热管5的冷端52插入插槽11内且与机壳4换热接触。

本实施例通过在定子铁芯1上开设插槽11，使热管5的热端51靠近绕组3的端部布置、冷端52插入插槽11内的同时保持与机壳4内壁的接触，即热管5的热端51与电机200的高温部位接触，本实施例中的散热方式可以无需在机壳4上开槽，不增加机壳4的加工成本，并尽量减少因布置热管5对机壳4的机械强度的影响。

热管5插入插槽11中后，可以向插槽11中灌注导热介质，即便热管5的冷端52在插装过程中与机壳4之间由于装配误差存在间隙，也能通过导热介质快速将热管5的热量传导至机壳4向外散热。

可以理解地，灌胶位置并不限于插槽11，也可以在热管5与骨架2的连接处灌胶，起到固定热管5的作用，保证热管5与绕组3接触的可靠性，并且增大接触面积，提高换热效率。

导热介质可以采用导热硅胶；导热硅胶具有优异的导热性，通过导热硅胶可提高壳体与热管5之间热传递效率；并且导热硅胶能够将热管5与机壳4之间的缝隙填充，起到减震的作用，保证热管5的位置稳定性。

当然，导热介质也可以采用其他材质，本申请对此不做限定。

本申请上述热管5散热方案还能与风冷、油冷、水冷等散热方案进行结合。例如，在一些实施例，在机壳4的外壁设置冷却管路并将冷却管路接入冷却循环回路，从而辅助机壳4快速向外散热，提高机壳4与冷端52之间的温差以进一步提高换热效率。在另一些实施例中，通过散热风扇辅助机壳4快速向外散热，提高机壳4与冷端52之间的温差以进一步提高换热效率。

本发明第二实施例中，请结合参见图5和图6，定子铁芯1的外侧面开设有沿定子铁芯1的轴向延伸的插槽11，机壳4开设有与插槽11相对设置有容置槽41；骨架2与定子铁芯1连接且位于定子铁芯1的内侧；绕组3绕设于骨架2上；机壳4罩设于定子铁芯1的外周；热管5的热端51与绕组3端部换热接触，热管5的冷端52插入插槽11与容置槽41之间且与机壳4换热接触。

第二实施例与第一实施例的区别仅在于机壳4上开设有与插槽11相对的容置槽41。上述实施例通过在定子铁芯1上开设插槽11，使热管5的热端51靠近绕组3的端部布置、冷端52插入插槽11内的同时保持与机壳4内壁的接触，即热管5的热端51与电机200的高温部位接触，将绕组3通电工作产生的热量快速转移至机壳4向外散热，避免电机200内部工作环境温度过高，保证电机200可靠工作、延长工作寿命。本实施例中机壳4上可减小开槽面积，减少机壳4的加工成本，并尽量减少因布置热管5对机壳4的机械强度的影响。

上述实施例一示例中，容置槽41的槽宽小于插槽11的槽宽，因此，热管5的冷端52的摆动被容置槽41限位，避免热管5插入过程中对定子铁芯1的强度及结构造成影响。

在一实施例中，请参见图8，定子铁芯1的两端灌注导热绝缘胶以形成灌胶固定层61。灌胶固定层61填充于骨架2、绕组3、定子铁芯1和机壳4之间的间隙处，起到将整个定子组件100整合为一个整体的作用，保证热管5与绕组3接触的可靠性，并且增大接触面积，提高换热效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。