[發明專利]高效水冷電機定子

在審

• 申請號: 202110261154.6
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN112953051A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 余中軍;孟繁慶;程思為;付佳;劉斌;陳祖濤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H02K1/20
• 分類號: H02K1/20
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝;張繼巍

本發明公開了一種高效水冷電機定子，包括定子鐵芯，還包括與定子鐵心同軸布置的集水總管，定子鐵心的內表面上且沿圓周方向均勻開設有n個安裝槽，每個安裝槽沿軸向方向貫穿定子鐵心；每個安裝槽內安裝有一個定子繞組和一個槽內水冷單元，定子繞組位于安裝槽頂部，槽內水冷單元位于安裝槽底部，每個槽內水冷單元與集水總管相連形成冷卻循環水路。采用水冷式散熱方式，槽內水冷單元直接布置于定子鐵心的安裝槽槽底，縮短了電機定子熱源的導熱路徑，尤其是大大降低了定子繞組與冷卻水之間的傳熱熱阻，使定子水冷系統的散熱效率得到了明顯提高。

技術領域

本發明屬于電機技術領域，具體涉及一種高效水冷電機定子。

背景技術

電機定子的常見冷卻方式包括空冷、油冷和水冷三類，其中水冷相對空冷的散熱效率更高，同時工程實現難度明顯低于油冷，因此在高性能電機領域得到了較為廣泛的應用。傳統電機定子水冷系統一般布置在鐵芯外的機座水套內，冷卻水距離定子繞組等主要熱源距離較遠，熱傳導路徑較長，散熱效率偏低。而為提升功率密度等性能指標，新型高性能電機勢必采用較高的磁負荷與電負荷，電機定子的損耗密度與熱負荷也隨之升高。尤其是定子繞組發熱量大而且集中，傳統水套冷卻方式難以快速導出定子繞組所產生的熱量，這會導致定子繞組溫度過高，不僅會影響電機運行性能，嚴重時甚至會破壞電機絕緣系統，大大縮短電機的使用壽命。

僅從定子換熱角度考慮，冷卻水距離定子繞組等熱源越近則冷卻效果越好。但定子水冷管路一般由導熱導電性均較好的金屬材料制成，水冷管路若安裝在定子內部，水管自身構成的導體回路就納入了定子主磁場范圍，若設計不當，主磁場會在水管內部感應出較大的渦流電流，這不僅影響定子本身電磁性能，同時也會在水管上產生明顯的附加損耗。

發明內容

本發明的目的就是針對上述技術的不足，提供一種能滿足電磁功能的同時能提高散熱效率高效水冷電機定子。

為實現上述目的，本發明所設計的高效水冷電機定子，包括定子鐵芯，還包括與定子鐵心同軸布置的集水總管，定子鐵心的內表面上且沿圓周方向均勻開設有n個安裝槽，每個安裝槽沿軸向方向貫穿定子鐵心；每個安裝槽內安裝有一個定子繞組和一個槽內水冷單元，定子繞組位于安裝槽頂部，槽內水冷單元位于安裝槽底部，每個槽內水冷單元與集水總管相連形成冷卻循環水路。

進一步地，每個所述槽內水冷單元包含兩根平行布置的水管，兩個水管的端部通過彎頭連通，槽內水冷單元的出水口通過彎管與集水總管的回水管相連，槽內水冷單元的進水口通過彎管與集水總管的進水管相連。

進一步地，每個所述槽內水冷單元包含兩根平行布置的水管，兩個水管的端部通過彎頭連通，若干槽內水冷單元串聯成為一組，每組分別有一個進水口和一個出水口，進水口通過彎管與集水總管的進水管相連，出水口通過彎管與集水總管的回水管相連。

進一步地，每個所述槽內水冷單元的外部均設置有絕緣層。

進一步地，所述水管截面的形狀和尺寸與安裝槽底部形狀相匹配。

進一步地，每組內串聯槽內水冷單元的個數根據定子冷卻水總流量與流速來確定。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1)本發明采用水冷式散熱方式，槽內水冷單元直接布置于定子鐵心的安裝槽槽底，縮短了電機定子熱源的導熱路徑，尤其是大大降低了定子繞組與冷卻水之間的傳熱熱阻，使定子水冷系統的散熱效率得到了明顯提高；

2)槽內水冷單元的管路采用低附加損耗設計，在為定子繞組提供高效散熱的同時，水冷管路本身不引入明顯的附加損耗，進一步提高了該類高效水冷電機定子的散熱性能與實用性。

3)定子鐵心內部直接集成水冷管路，槽內水冷單元安裝于定子鐵心安裝槽槽底，槽內水冷單元、集水總管等與定子其他結構不存在干涉，所需安裝空間較小，集成化程度高，便于加工制造。

附圖說明