本發(fā)明屬于電機冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電機的定子冷卻結(jié)構(gòu)以及具有該冷卻結(jié)構(gòu)的定子模塊化開關(guān)磁阻電機。

背景技術(shù)：

開關(guān)磁阻電機具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容錯性能好、啟動轉(zhuǎn)矩大及調(diào)速范圍廣等優(yōu)點，而且其轉(zhuǎn)子只有硅鋼片，適合高速運行，主要熱量集中在定子上，便于冷卻，在電動汽車和電動工具等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

定子模塊化開關(guān)磁阻電機是一種新型開關(guān)磁阻電機，其除了具有傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機的優(yōu)點，還具有其他傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機所不具備的優(yōu)勢。由于定子鐵心采用分塊化設(shè)計，因此具有繞線簡單、便于安裝及拆卸維修、容錯性高等特點。其定子鐵心一般設(shè)計成單個分塊的U型及E型結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)上的隔離及物理上的解耦，因此相對于普通電機具有更強的容錯能力，當(dāng)單個鐵心模塊上的繞組發(fā)生故障時，可僅更換和維修故障模塊，因此節(jié)省了后期運行維護(hù)成本。另外其磁路在鐵心塊中具有單向性，因此可以降低鐵耗，提高電機效率。由于這些優(yōu)點，這種新型電機引起了廣大學(xué)者的研究興趣，在航空啟動發(fā)電機、電動汽車、醫(yī)用腎透析儀等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

但是，開關(guān)磁阻電機(包括定子模塊化開關(guān)磁阻電機)相比于永磁電機，由于其轉(zhuǎn)矩脈動和振動噪聲大，效率和功率密度低，其廣泛應(yīng)用還受到一定限制，特別是對于對電機空間重量要求很高的場合，如航空啟動發(fā)電機和電動汽車電機等，提升開關(guān)磁阻電機的功率密度顯得極為重要。這就需要采取高效的冷卻結(jié)構(gòu)或者冷卻方式來提升電機的熱性能，從而提高其電密和熱負(fù)荷，達(dá)到提升轉(zhuǎn)矩和功率的目的。

電機的繞組往往是電機發(fā)熱最為嚴(yán)重的部位，特別是對于開關(guān)磁阻電機，繞組銅耗所占的比例更大，降低繞組溫升將會有效提升電機的壽命、效率及功率等級。目前，由于空間和重量的限制，高功率密度定子模塊化開關(guān)磁阻電機一般在定子鐵心外部采用圓環(huán)形水套對電機進(jìn)行冷卻，如圖1所示，在機殼中設(shè)置直槽或螺旋水道，定子中繞組產(chǎn)生的熱量先通過熱傳導(dǎo)方式傳到定子齒和軛部，然后由鐵心傳到水套中由水帶走。另外，在模塊化定子之間設(shè)置結(jié)構(gòu)填充物，來固定夾緊定子鐵心。

但是，上述采用圓環(huán)形機殼中設(shè)置水道的形式冷卻電機，其繞組熱源相對于水套冷源較遠(yuǎn)，需要通過鐵心齒部和軛部的傳導(dǎo)作用，這種結(jié)構(gòu)，繞組中心溫度和鐵心齒部溫度都可能較高，因此冷卻效果有限，特別是對于超高功率密度的電機，繞組熱量很難散失到冷卻介質(zhì)中。并且，其中的定子模塊之間的結(jié)構(gòu)填充物與定子模塊的安裝配合工藝復(fù)雜。

為克服上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了采用槽內(nèi)水管對電機進(jìn)行冷卻的技術(shù)方案。如圖2所示，該方案中水管布置在槽口或者兩個繞組線圈邊之間，槽內(nèi)水管的材料一般為導(dǎo)熱性能較好的不銹鋼或者銅。這種冷卻方式冷卻水與繞組熱源損耗更近，因此具有很好的冷卻效果。

盡管該方案采用槽內(nèi)水管冷卻具有很好的冷卻效果，但是在實際應(yīng)用中并不廣泛，因為具有以下缺點：(1)水管材料為具有高導(dǎo)電率的銅或者不銹鋼，在槽漏磁的作用下，特別是槽口布置處的水管，其水管壁中可能會產(chǎn)生比較大的渦流損耗，降低了電機的效率。(2)槽內(nèi)水管占據(jù)了一定的槽面積，所能放置繞組導(dǎo)線的面積減小了，因此降低了電機槽滿率，相同電流下，電機銅耗增大，這個在一定程度上抵消了槽內(nèi)水管所能帶來的冷卻效果。(3)這種冷卻方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，特別是端部水管的連接工藝復(fù)雜，此外，水管連接還有密封泄漏的問題。(4)依然存在定子模塊之間的結(jié)構(gòu)填充物與定子模塊的安裝配合工藝復(fù)雜的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種電機定子冷卻結(jié)構(gòu)以及具有該冷卻結(jié)構(gòu)的電機，通過優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得其不僅可以對繞組進(jìn)行很好的冷卻，解決目前電機繞組冷卻效果差的問題，而且其同時便于定子模塊的安裝，使得電機的模塊化定子安裝及固定簡單可靠，而且具有減震降噪的功能。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供一種電機冷卻結(jié)構(gòu)，用于冷卻介質(zhì)在其內(nèi)流動以實現(xiàn)對具有模塊化定子的電機的繞組的冷卻，其特征在于，該冷卻結(jié)構(gòu)包括：

電機環(huán)形殼體內(nèi)壁上向內(nèi)凸起形成的多個水套齒以及設(shè)置在電機殼體內(nèi)各水套齒之間的以將各水套齒連通的冷卻介質(zhì)流道，其中，

各水套齒沿周向間隔布置且各水套齒之間用于嵌入所述模塊化定子，該模塊化定子兩端的定子齒與對應(yīng)的水套齒側(cè)面抵接，軛部在與電機殼體內(nèi)壁接觸的表面開有條形凹槽，使之與電機殼體內(nèi)壁之間形成有空隙，繞組線圈纏繞在各定子兩齒之間的齒槽上且繞組線圈的一邊在定子槽內(nèi)，另一邊在所述空隙內(nèi)；

所述水套齒內(nèi)部為空腔，電機殼體內(nèi)位于各水套齒兩側(cè)的所述冷卻介質(zhì)流道通過該空腔連通，且所述空腔內(nèi)設(shè)置有從電機殼體突出并伸入空腔中的水道擋板，該水道擋板頂部和兩側(cè)面分別與所述空腔內(nèi)壁頂部和空腔兩側(cè)內(nèi)壁面均對應(yīng)間隔一定距離，從而形成沿空腔內(nèi)壁的流道并與水套齒兩側(cè)的冷卻介質(zhì)流道相通，使得冷卻介質(zhì)可沿所述冷卻介質(zhì)流道及各水套齒內(nèi)的流道在電機殼體內(nèi)流動，實現(xiàn)對繞組和定子鐵心的冷卻。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述水套齒側(cè)面與模塊化定子的側(cè)面匹配，從而使得所述模塊化定子可方便安裝于其中。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述冷卻介質(zhì)流道在軸向上為并列排布的多條間隙，各條之間通過隔離筋隔離。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述嵌套在水套齒之間的定子在軸向上通過壓條壓緊固定在殼體上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述水道擋板沿殼體軸向上的側(cè)面上設(shè)置有安裝孔，對應(yīng)水套齒在相應(yīng)位置上也設(shè)置有孔，所述壓條通過該安裝孔與所述水道擋板固定。

按照本發(fā)明的另一方面，提供一種具有模塊化定子的電機，其包括環(huán)狀殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)壁上的呈環(huán)形布置的多個模塊化定子、以及同心套設(shè)在所述模塊化定子形成的環(huán)形空間內(nèi)的轉(zhuǎn)子，其中，

所述殼體內(nèi)壁周向上具有多個向內(nèi)凸起形成的水套齒，殼體內(nèi)的各水套齒之間開設(shè)有用以將各水套齒連通的冷卻介質(zhì)流道，

所述模塊化定子嵌入設(shè)置在各水套齒之間，模塊化定子兩端的定子齒與對應(yīng)的水套齒側(cè)面抵接，軛部在與電機殼體內(nèi)壁接觸的表面開有條形凹槽，使之與電機殼體內(nèi)壁之間形成有空隙，繞組線圈纏繞在定子兩齒之間的齒槽上且繞組線圈的一邊在定子槽內(nèi)，另一邊在所述空隙內(nèi)；

所述水套齒內(nèi)部為空腔，水套齒兩側(cè)的所述冷卻介質(zhì)流道通過該空腔連通，且所述空腔內(nèi)設(shè)置有從電機殼體突處并伸入空腔中的水道擋板，該水道擋板頂部和兩側(cè)面分別與所述空腔內(nèi)壁頂部和空腔兩側(cè)內(nèi)壁面均對應(yīng)間隔一定距離，從而形成沿空腔內(nèi)壁的流道并分別與水套齒兩側(cè)的冷卻介質(zhì)流道相通，使得冷卻介質(zhì)可沿所述冷卻介質(zhì)流道及各水套齒內(nèi)的流道在電機殼體內(nèi)流動，從而實現(xiàn)對繞組和定子鐵心的冷卻。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述水套齒側(cè)面與模塊化定子的側(cè)面匹配，從而使得所述模塊化定子可方便安裝于其中。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述冷卻介質(zhì)流道在軸向上為并列排布的多條間隙，各條之間通過隔離筋隔離。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述嵌套在水套齒之間的定子在軸向上通過壓條壓緊固定在殼體上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述水道擋板沿殼體軸向上的側(cè)面上設(shè)置有安裝孔，對應(yīng)水套齒在相應(yīng)位置上也設(shè)置有孔，所述壓條通過該安裝孔與所述水道擋板固定。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述具有模塊化定子的電機為開關(guān)磁阻電機。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明的冷卻結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑺氲诫姍C齒部周圍，并且繞組的上層邊與水套接觸緊密，保證了鐵心、繞組等熱源與冷卻介質(zhì)的良好接觸，熱源到冷卻介質(zhì)的距離小，熱阻小，并且具有很大的接觸面積，因此具有很好的冷卻效果，可以有效降低電機繞組和齒部的溫升，大大提升電機的功率密度；

(2)本發(fā)明的冷卻結(jié)構(gòu)中設(shè)置的水道隔離筋、分離板結(jié)構(gòu)可以使水流能夠按照冷卻需要進(jìn)行流動，并且保證了水套整體的機械強度；

(3)本發(fā)明的冷卻結(jié)構(gòu)中的水套齒設(shè)置使得鐵心模塊可以直接插入到殼體上，并且與水套齒配合良好，解決了鐵心模塊定位固定的問題，簡化了鐵心模塊的安裝工藝，降低了成本；

(4)本發(fā)明的冷卻結(jié)構(gòu)中的鐵心壓條在兩端壓緊鐵心，可以避免鐵心齒部由于軛部焊接而引起的變形，緊固了整體機械結(jié)構(gòu)，具有潛在的減震降噪的效果。

(5)本發(fā)明的冷卻結(jié)構(gòu)鐵心端部使用鐵心壓條壓緊，緊固了電機整體機械結(jié)構(gòu)，減少了鐵心齒部變形，可以達(dá)到減震降噪的目的。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種定子模塊化開關(guān)磁阻電機的冷卻結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的另一種定子模塊化開關(guān)磁阻電機的冷卻結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的定子模塊化開關(guān)磁阻電機及其冷卻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例的定子模塊化開關(guān)磁阻電機的冷卻結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例的定子模塊化開關(guān)磁阻電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例的定子模塊化開關(guān)磁阻電機中的定子壓條結(jié)構(gòu)示意圖；

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-冷卻水套，2-模塊化定子鐵心齒部，3-模塊化定子鐵心軛部，4-水套入口，5-水套出口，6-轉(zhuǎn)子鐵心，7-環(huán)形繞組線圈上層邊，8-環(huán)形繞組線圈下層邊，9-普通水套，10-普通繞組線圈，11-結(jié)構(gòu)填充物，12-機殼，13-槽內(nèi)水管，14-鐵心壓條，15-環(huán)形繞組，16-冷水匯集腔，17-熱水匯集腔，18-水道隔離筋，19-水道支路，20-水道擋板，21-水套齒，22-六角螺栓，23-彈簧墊片，24-平墊片，25-壓臺，26-壓指，27-弧形結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖3和4所示，本發(fā)明實施例的一種定子模塊化開關(guān)磁阻電機的冷卻結(jié)構(gòu)，如圖3所示，本實施例中優(yōu)選電機包括6個分離的定子鐵心模塊，但本發(fā)明中并不限于此，實際上定子鐵心模塊的數(shù)量可以根據(jù)實際電機的性能要求及實際情況進(jìn)行具體選擇，例如可以為1、2、3、4……或其他數(shù)量。

如圖3和4所示，電機冷卻水套(1)內(nèi)壁上沿周向間隔布置多個水套齒21，由于環(huán)形內(nèi)壁結(jié)構(gòu)，各水套齒21也圍成環(huán)形，水套齒21數(shù)量與定子鐵心數(shù)量保持一致，各水套齒21之間形成的空間用于定子鐵心的嵌入安裝。

每個鐵心模塊其兩端為模塊化定子鐵心齒部2，水套齒21的外輪廓在周向上的兩側(cè)面與模塊化定子鐵心齒部2的側(cè)面輪廓匹配，模塊化定子兩端的模塊化定子鐵心齒部2與對應(yīng)的水套齒21側(cè)面抵接卡緊。

模塊化定子鐵心軛部3在與電機冷卻水套1內(nèi)壁接觸的表面開有條形凹槽，使之與電機冷卻水套1內(nèi)壁之間形成有空隙。每個鐵心模塊上面環(huán)繞一個繞組線圈，具體地，線圈繞組定子兩齒之間的齒槽內(nèi)，其中環(huán)形繞組線圈下層邊8在定子槽內(nèi)，環(huán)形繞組線圈上層邊7在模塊化定子鐵心軛部3形成的槽內(nèi)，并且緊靠冷卻水套1，可以有效的將繞組中產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到冷卻介質(zhì)中，降低了繞組的溫升。

電機機殼內(nèi)的各水套齒21之間的弧形區(qū)域內(nèi)設(shè)置有冷卻介質(zhì)流道，如圖4所示，其優(yōu)選是沿殼體軸向上并列設(shè)置的多條，各條之間通過水道隔離筋18隔離。各水套齒21內(nèi)部均為空腔，水套齒21兩側(cè)的冷卻介質(zhì)流道不直接導(dǎo)通而是通過該空腔連通。且各空腔內(nèi)均設(shè)置有從電機冷卻水套1凸出并伸入水套齒21空腔中的水道擋板20，該水道擋板20頂部與空腔內(nèi)壁頂部間隔一定距離，同時水道擋板20沿殼體周向上的兩側(cè)面也分別與相對的空腔內(nèi)壁面間隔一定距離，從而水套齒21內(nèi)部形成沿空腔內(nèi)壁的流道。且該流道分別與水套齒21兩側(cè)的冷卻介質(zhì)流道相通。

當(dāng)然，本發(fā)明中的水道布置并不限于此，內(nèi)部水道的布置可以采取其他方式，例如各支路水道19也可以根據(jù)水壓限制及水速要求，采用串聯(lián)或并聯(lián)的方法，形成其他水路布置，不僅限于此發(fā)明實施例所述的所有水道支路19采用并聯(lián)的方式。

冷卻介質(zhì)可沿冷卻介質(zhì)流道及各水套齒21內(nèi)的流道在電機冷卻水套1內(nèi)流動，進(jìn)而從進(jìn)口進(jìn)入的溫度較低的冷卻介質(zhì)通過在冷卻介質(zhì)流道及各水套齒內(nèi)的流道連成一個繞殼體筒壁周向的流道流動，并從介質(zhì)出口流出，即可對電機繞組和鐵心進(jìn)行冷卻。

本發(fā)明中的冷卻介質(zhì)不僅可以使用水作為冷卻介質(zhì)，還可以使用油，或者水與乙醇等混合溶液作為冷卻介質(zhì)。

如圖4所示，一個實施例中，水流由水道入口4進(jìn)入冷卻水套1后進(jìn)入冷水匯集腔16，然后由水道隔離筋分成多個水道支路19，環(huán)繞一周之后進(jìn)入熱水匯集腔17，最后由水道出口5流出冷卻水套1，其中水道隔離筋18能夠加強冷卻水套1的機械強度，特別是水套齒21部的機械響度。此外，冷卻水套1將冷卻與支撐固定功能集于一體，由于冷卻水套1的特殊結(jié)構(gòu)，使得鐵心的安裝更加容易，只需要整體插入水套齒21之間的縫隙即可完成鐵心的安裝，因此簡化了鐵心模塊的安裝工藝。

本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子可以為普通磁阻電機的轉(zhuǎn)子鐵心6結(jié)構(gòu)，簡單牢靠，適合于高速運行。

本發(fā)明實施例所提出的電機冷卻結(jié)構(gòu)(或水套)與一般環(huán)形的普通水套結(jié)構(gòu)不同，其針對模塊化磁阻電機特殊的定子結(jié)構(gòu)，合理的布置了冷卻水套1中的水路，將冷卻水引入到模塊化定子鐵心之間，形成了多個水套齒21結(jié)構(gòu)，使冷源與熱源的接觸面積更大，距離更近，熱阻小，因此具有更好的冷卻效果。

本發(fā)明一個實施例的模塊化開關(guān)磁阻電機及其冷卻水套1的三維圖如圖5所示，定子模塊可以通過鐵心壓條14軸向壓緊并且固定在水套齒21之間，以緊固整體結(jié)構(gòu)，避免鐵心齒部2由于軛部3焊接而引起的變形，達(dá)到潛在的降低開關(guān)磁阻電機機械振動和噪聲的目的。

鐵心壓條14及其緊固裝置如圖6所示，壓條14由壓臺15及兩端的壓指26構(gòu)成，壓臺25與壓指26由弧形結(jié)構(gòu)27連接，以增強壓條的彈性。壓臺25和壓指26的底部之間有一定距離(例如1mm)，以增強壓指的壓緊效果。緊固裝置由六角螺栓22，彈簧墊片23和平墊片24構(gòu)成。整個鐵心壓條14通過螺栓22固定到水道擋板20上。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。