[发明专利]内水冷背绕式绕组高速永磁电机定子

说明书

本发明公开了一种内水冷背绕式绕组高速永磁电机定子，包括定子机座、水套、定子铁芯以及缠绕在定子铁芯和水套上的背绕式绕组，所述水套安装在定子铁芯的外表面，内部设置有冷却液通道，两端连接有冷却液的入、出口管道，所述机座安装在水套的外表面。本发明解决了背绕组电机采用传统机壳水套冷却时，由于定子铁芯外圈开槽导致定子铁芯与机壳间接触热阻大、接触面积变小而带来的水冷效果下降问题，并且，由于本发明的冷却液位于热源内部，故冷却液各壁面均具有较高的散热功率，可有效降低电机温升，提高功率密度。

技术领域

本发明属于高速电机技术领域，具体涉及一种内水冷背绕式绕组高速永磁电机定子。

背景技术

高速永磁电机由于结构简单、功率密度大、效率及功率因数高、动态响应快等优势，受到了高速工业应用领域的广泛青睐。

为了降低铁耗，高速电机的极数通常设计为2、4，当采用常规叠绕组时，绕组圆周方向跨距很大，导致绕组端部较长，电机轴向长度大、转子动力学问题突出。为此，背绕式绕组近些年逐渐受到了高速电机领域的普遍重视，它像一个环一样缠绕在定子铁芯上，绕组端部可以做的很短，电机结构轴向非常紧凑。

高速永磁电机的体积小、损耗密度高，导致损耗发热问题非常严重。并且，背绕式绕组电机还增加了定子铁芯外侧的铜耗，进一步加剧了发热问题，给冷却带来了极大挑战。由于定子铁芯外圈开槽，会严重影响定子铁芯外表面的圆度和光滑度，使其与机壳间的接触间隙大幅增加，填充在接触间隙中空气导热性很差，极大阻碍了热源通过机壳水套向外部散出热量。并且，定子铁芯外圈开槽也会导致与机壳水套的接触面积大幅减小，进一步削弱水冷效果。因此，背绕式绕组电机不宜采用传统机壳水套冷却系统。目前，用于背绕式绕组高速永磁电机的冷却方式主要为风冷和油冷，风冷系统通过增加定子内、外圈槽的面积作为通风道，使电机体积大大增加，并且风冷效果有限，系统噪声严重。而油冷系统需要对定子部分进行封闭来构建油冷通道，增加了隔油环等部件的使用，加工难度较大，并且隔油环会使气隙等效长度增加，导致主磁路的磁阻变大，降低了永磁体的励磁效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内水冷背绕式绕组高速永磁电机定子。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种内水冷背绕式绕组高速永磁电机定子，包括定子机座、水套、定子铁芯以及绕组，所述水套安装在定子铁芯的外表面，所述绕组缠绕在水套和定子铁芯上，所述定子机座安装在水套和绕组的外侧，所述定子铁芯的内表面加工有齿槽，所述水套的外表面加工有齿槽，槽数与所述定子铁芯的槽数相同，水套安装在定子铁芯的外表面，且水套的外圈槽与定子铁芯的内圈槽中心线共线。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)相比于定子内、外圈槽内通风风冷系统，内水冷的冷却效果更好，电机体积小，噪声低；而相比定子封闭的油冷却系统，一方面，省去了隔油环等部件的使用，降低了电机的结构复杂性，另一方面，可减小气隙长度，有助于提高永磁体的励磁效果；(2)内水冷可有效避免由于定子铁芯外表面开槽引起的与机壳间接触热阻大、接触面积小，进而导致采用常规机壳水套冷却系统时的水冷效果下降问题。同时，内水冷结构的冷却液是在热源内部进行循环冷却，带走定子铁芯和绕组等的热量，即冷却液的所有壁面都邻近热源(热源的温度通常较高，与冷却液有较大温差，散热量与温差成正比)，故冷却液的各个壁面均能带走的较高热量。而常规机壳水套冷却结构，只有与热源接触的壁面上散热功率较高。因此，本发明具有更好的冷却效果，有助于降低电机的温升，提高功率密度；(3)电机的冷却系统设计简单而新颖，本质上，只是将传统冷却水套由机壳转移到背绕式绕组的内部，并未过多的增加制造难度。

附图说明

为了更加清晰的说明本发明，以下对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单说明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明内水冷背绕式绕组高速永磁电机定子的三维结构示意图。