CN107210653A - 具有液体冷却式齿的电机定子 - Google Patents

Abstract

一种用于使电机定子的齿冷却的系统。定子包括定子芯，该定子芯可以由多个叠片形成。每个叠片具有多个背铁孔口、多个齿稍孔口和多个长形孔口。当叠片被组装以形成定子芯时，背铁孔口对准以形成背铁引入槽道和背铁引出槽道，并且齿稍孔口对准以形成齿稍冷却槽道。长形孔口为L形状并且将背铁引入槽道及背铁引出槽道连接至齿稍槽道。例如，冷却流体可以在轴向上流过背铁引入槽道，方位角地且径向向内地经由长形孔口流动至齿稍，在轴向上沿着齿稍槽道流动，并且经由另一长形孔口流至背铁引出槽道。

Description

具有液体冷却式齿的电机定子

技术领域

根据本发明实施方式的一个或更多个方面涉及电机，并且更特别地涉及用于使电机定子冷却的系统。

背景技术

持续功率质量比(比功率)是电动马达——尤其是用于为电动车辆和混合动力车辆供电的电动马达——的重要度量。随着这个参数的增大，马达的质量能够在保持给定的性能水平的同时减小。这提供了直接和间接的经济利益。由于功率等于扭矩乘以转速(rpm)，高比功率则可以通过高轴转速和每单位质量的高扭矩(高比扭矩)的组合来实现。由于电频率和磁芯频率可以与轴转速成比例、并且由于磁损耗可以大约随着这些频率的平方而增加，则芯损耗可以随着速度增大而快速地增加。同样地，由于绕组损耗可以大约与扭矩的平方成比例，则这种损耗分量可能随着扭矩增大而快速地增加。因此，高比功率机器的操作可以通过针对芯和绕组两者的有效散热来促进。

绕组温度可能超过芯温度，并且升高的绕组温度可以导致绕组损耗增加。因此，可以定义一种度量，该度量包括绕组热点温度以及定子内的总损耗。这个度量为定子热阻，其定义为定子绕组的最热部分与冷却介质(例如，引入冷却剂)之间的温度差除以总的定子散热量。随着定子热阻降低，整个机器的持续功率容量可能增大并且因此持续额定功率可能增大。因此，低的定子热阻可能有助于实现高比功率。

在现有技术的液体冷却式定子中，活动的(active)芯可以容纳在液体冷却式壳体内，并且绕组可以经由槽衬里和电工漆与芯电绝缘。绕组内产生的热可能受限地流过一系列元件比如电工漆和槽衬里，其中，每个元件在到达流动在壳体内的冷却剂之前均增加热阻。电工漆和槽衬里两者均可以提供明显的热阻。热由芯齿接收，并且热径向地流过背铁并一直流到壳体上。

对于大直径机器而言，齿的热阻及背铁的热阻两者均可能是显著的。芯与壳体之间的接触面可以呈现又一个电阻元件，如壳体自身的材料可以呈现的。额外的电阻元件与从壳体的内表面到冷却剂的热传递相关。这些热阻元件的组合可能限制马达的性能。定子的温度、特别是定子齿稍的温度也可能影响转子，其中，转子可以通过传导、对流和辐射热传递与定子进行热交换。

因而，存在对于改进的用于冷却电动马达的定子的系统的需要。

发明内容

根据本发明的实施方式提供了一种具有轴线的电机定子，该电机定子包括具有多个层的定子芯，层中的每一层具有背铁部分和多个齿，多个层中的第一层的多个齿中的齿具有形成流体槽道的第一部分的第一孔口。

在一个实施方式中，与第一层相邻的层具有与第一孔口叠置的孔口。

在一个实施方式中，该流体槽道的第一部分在齿内径向地延伸。

在一个实施方式中，该流体槽道的第一部分在轴向方向上的尺寸等于多个层中的一层的厚度。

在一个实施方式中，该流体槽道的第一部分具有沿相对于轴线具有径向分量的方向的第一部段和沿相对于轴线具有方位角分量的方向的第二部段。

在一个实施方式中，定子芯具有总体积，并且定子芯具有包括流体槽道及具有总流体接触面积的多个流体槽道，并且总体积除以总流体接触面积小于一英寸。

在一个实施方式中，第一层具有第二孔口，第二孔口具有第一孔口的镜像形状。

在一个实施方式中，多个层中的第二层的形状与多个层中的第一层的形状相同。

在一个实施方式中，层中的每一层的背铁部分具有多个第二孔口，并且第二孔口叠置在相邻的层上以形成多个大致轴向的流体通道。

在一个实施方式中，第一孔口与第二孔口中的一个第二孔口叠置。

在一个实施方式中，定子包括导流器，该导流器构造成将流体流导引到多个大致轴向的流体通道的部分组中，或者构造成从多个大致轴向的流体通道的部分组接纳流体流。

在一个实施方式中，导流器是位于定子芯的一个端部处的层。

在一个实施方式中，流体槽道包括：第一轴向部段，该第一轴向部段穿过多个层中的第一部分组的背铁部分；第一方位角部段，该第一方位角部段位于第一层的背铁部分中；第一径向部段，该第一径向部段是流体槽道的第一部分；第二轴向部段，该第二轴向部段延伸穿过多个层中的第二部分组中的每一层的相应的齿；第二径向部段，该第二径向部段位于多个层中的第二层的齿内；第二方位角部段，该第二方位角部段位于第二层的背铁部分中；以及第三轴向部段，该第三轴向部段穿过多个层中的第三部分组的背铁部分。

在一个实施方式中，多个层是多个叠片。

在一个实施方式中，多个层是边缘卷绕式条带的多个匝。

在一个实施方式中，多个层是面卷绕式条带的多个匝。

在一个实施方式中，多个齿中的齿在条带的第一端部处比在条带的第二端部处窄，并且其中，位于条带的第一端部处的相邻的齿之间的槽的宽度与位于条带的第二端部处的相邻的齿之间的槽的宽度相同。

在一个实施方式中，多个层中的每一层的多个齿中的每个齿从背铁部分径向地向内延伸。

在一个实施方式中，多个层中的每一层的多个齿中的每个齿从背铁部分径向地向外延伸。

在一个实施方式中，该电机包括：定子绕组；以及具有导热系数大于约0.4W/m/℃的电绝缘树脂，其中，树脂以小于约10％的空隙率(void fraction)填充定子芯与定子绕组之间的空间、和/或多个层中的一对相邻的层之间的间隙。

在一个实施方式中，该电机包括位于多个层中的相邻的两个层之间的间隙中的密封化合物。

在一个实施方式中，多个层中的每一层具有位于相应的齿的齿稍中的多个孔口中的孔口，其中，多个孔口包括第一孔口，并且其中，多个孔口中的孔口叠置以形成流体槽道的第二部分，流体槽道的第二部分包括流体槽道的第一部分并且流体槽道的第二部分为大致轴向的。

在一个实施方式中，多个层中的所有层是相同的，并且多个层中的每一层相对于相邻层错开(clock)一个齿距。

根据本发明的实施方式提供了一种电机，该电机包括：具有旋转轴线的转子；以及具有轴线的定子，定子的轴线是转子的旋转轴线，定子具有：具有多个层的定子芯，每一层具有背铁部分和多个齿，多个层中的第一层的多个齿中的齿具有形成流体槽道的第一部分的第一孔口。

根据本发明的实施方式提供了一种电机，该电机包括：转子；定子，该定子具有带有多个齿的定子芯；槽道装置，该槽道装置用于引导流体通过定子芯的齿；以及泵送装置，该泵送装置用于将流体供给至槽道装置。

附图说明

将参照说明书、权利要求书和附图来理解和了解本发明的这些和其它特征及优点，在附图中：

图1A是根据本发明实施方式的电机的剖视图；

图1B是根据本发明实施方式的电机的另一剖视图；

图2A是根据本发明实施方式的定子叠片的平面图；

图2B是根据本发明实施方式的另一定子叠片的平面图；

图3是根据本发明实施方式的定子叠片堆叠的分解立体图；

图4A是根据本发明实施方式的定子叠片堆叠的一部分的分解立体图；

图4B是根据本发明实施方式的在叠片堆叠内的流图型的一部分的立体图；

图5A是根据本发明实施方式的在卷绕之前的条带的一部分的平面图；

图5B是根据本发明实施方式的在卷绕之前的条带的三个部分的平面图；

图6是根据本发明实施方式的由边缘卷绕式条带形成的定子芯的分解图；

图7是根据本发明实施方式的由面卷绕式条带形成的定子芯的分解图；

图8是根据本发明实施方式的由面卷绕式条带形成的定子芯连同歧管结构一起的分解图；

图9是根据本发明实施方式的由面卷绕式条带形成的定子芯连同歧管结构和端匝冷却元件的分解图；

图2A至图2B和图5A至图5B是分别针对相应的实施方式按比例绘制的。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述意在作为对根据本发明提供的具有横向液体冷却式齿的电机定子的示例性实施方式的描述，而非意在表示本发明所可以构造或使用的仅有的形式。该描述结合示出的实施方式阐述了本发明的特征。然而，应当理解的是，可以通过也意在包含在本发明的精神和范围内的不同实施方式来实现相同或等同的功能和结构。如本文其他地方所标记的，相同的元件标记意在表示相同的元件或特征。

本发明的一些实施方式消除或减少了热阻，使得整个绕组至冷却剂的热阻明显地减少，从而实现了持续比功率的明显增大。更特别地，在一些实施方式中，冷却剂被引到定子芯的齿内，使得热传递路径的长度保持在非常小的值，并且使得冷却剂的压头损失也保持在相对较低的值。

参照图1A，在一个实施方式中，定子由磁性定子芯102、绕组104、引入歧管106和引出歧管108构成。进而，定子芯102由堆叠的内部叠片110和端部叠片112构成。背铁(backiron)孔口130(位于定子芯的背铁中)叠置以形成背铁槽道132。图1A的截面是沿定子芯102的上部中的绕组槽且沿在定子芯102的下部中对置的绕组槽截取的。

图1B是沿定子芯102的上部中的齿120的中央且沿在定子芯102的下部中对置的齿的中央截取的截面。在图1B中，截面中可见多个长形孔口122，多个长形孔口122中的每个长形孔口在一个叠片的位置处径向地延伸到定子齿中。此外，不包括长形孔口122中的一个长形孔口的径向部分的每个齿包含齿稍孔口126；当内部叠片110堆叠时，齿稍孔口126对准以形成轴向齿稍槽道128。如本文所使用的，用于旋转马达的定子的“轴线”是与这种定子一起使用的转子将具有的旋转轴线，并且“轴线”方向平行于该轴线。图1A和图1B的实施方式示出了使转子位于定子内部的马达；在另一些实施方式中，定子可以替代地位于转子内部。

定子中的槽道可以作为流体槽道；冷却流体可以循环通过该槽道以使定子冷却。可以在冷却入口144处向马达供给(例如，从冷却流体泵)冷却流体或“冷却剂”，并且冷却流体或“冷却剂”可以通过冷却出口146返回(例如，经由热交换器到冷却流体贮存器)。相同的冷却流体还可以经由可以与如图所示的定子冷却回路平行的冷却回路来冷却转子，该冷却回路可以通过连接至如图所示的转子的轴的旋转式流体联接件而连接至转子中的冷却槽道。马达可以例如通过两个端盖148和密封套筒150来密封，其中，两个端盖148和密封套筒150中的每一者可以密封抵靠在引入歧管106和/或引出歧管108上。

在一些应用中，马达的功能元件可以是相关联的元件的部件，并且相关联的元件可以是马达的功能元件的部件。例如，在马达联接至齿轮箱并驱动齿轮箱的情况下，小齿轮可以是转子轴的一体部分，而对应的轴承是齿轮箱的一部分。以类似的方式，可能的情况是，流体联接件中的一个流体联接件或两个流体联接件、或者一个定子歧管或两个定子歧管均为外部元件比如齿轮箱、逆变器或串联机器的部件。在一个实施方式中，电机是具有永磁体转子的永磁机，并且定子包括本文描述的一些特征或全部特征。在一个实施方式中，作为电机的一部分或联接至电机的齿轮箱包括或支承引入歧管106或引出歧管108、端盖、轴承和/或流体联接件。

每个歧管106、108包括腔134，该腔134与背铁槽道132的相应的部分组连通。腔134可以包含热传递元件136，该热传递元件136增强歧管材料件与冷却剂之间的热传递。这些元件可以是或者可以包括例如翅片、肋状物或包括流体槽道的堆叠的叠片。每个歧管106、108使用垫圈、O形圈或密封剂对定子芯102的相应面进行密封。在一个实施方式中，两个歧管通过两个或更多个系杆(未示出)被牵拉在一起。歧管还可以为绕组端匝提供冷却。在歧管腔包含具有与冷却流体相接触的大面积的多层冷却元件的情况下，明显更好的冷却是可能的。

图2A示出了一个实施方式中的内部叠片110的设计。每个内部叠片110包含叠片槽114，当内部叠片110堆叠时，叠片槽114对准以形成绕组槽道，该绕组槽道又接纳绕组104。同样地，当内部叠片110堆叠时，叠片齿118对准以形成齿120。每个第n个叠片齿118(在图2A的实施方式中n＝4的情况下)包括延伸到内部叠片110的背铁部分124中的长形孔口122。当堆叠时，沿着槽中心线位于背铁部分124内的背铁孔口130对准以形成轴向背铁槽道132。这些背铁槽道132中的一半背铁槽道——由每隔一个背铁槽道132(并且在本文中被称为“奇数”的背铁槽道)构成——可以操作为引入槽道并直接连接至引入歧管106；剩余的背铁槽道132可以操作为引出槽道并直接连接至引出歧管108。在内部叠片110中的任何内部叠片中，长形孔口122中的一半长形孔口——由每隔一个长形孔口122(并且在本文中称为“偶数”的齿的长形孔口)构成——定形状且定位成使得当内部叠片110堆叠时与偶数背铁槽道132(背铁引出槽道)形成相邻接的路径。同样地，奇数长形孔口122定形状且定位成使得当内部叠片110堆叠时与奇数背铁槽道132(背铁引入槽道)形成相邻接的路径。

在图2A的实施方式中，背铁孔口130的数量加上长形孔口的数量等于齿的数量，并且所有的齿得以冷却。在另一些实施方式中，可以冷却少于全部的齿，例如每隔一个齿、或者每隔两个齿可以冷却。在这种实施方式中，背铁孔口130的数量加上长形孔口的数量可以是齿的数量的整数分数，例如，孔口——为背铁孔口或为长形孔口——可以多至齿的1/2、1/3或1/4。

参照图2B，每个端部叠片112还可以包括背铁部分124和多个齿118以及多个背铁孔口130，其中，每个端部叠片112中的背铁孔口130的数量多达内部叠片110中的背铁孔口的数量和长形孔口的数量的总数的一半。位于定子的引入端部处的端部叠片112(本文称为引入端部叠片112)可以对准，使得引入端部叠片112的背铁孔口130与背铁引入槽道对准。类似地，位于定子的引出端部处的端部叠片112(本文称为引出端部叠片112)可以对准，使得引出端部叠片112的背铁孔口130与背铁引出槽道对准。内部叠片110中的每个内部叠片和端部叠片112中的每个端部叠片可以包括位于叠片的外边缘上的参考标记127。

在一个实施方式中，每个背铁孔口130(图2A至图2B)为0.10”×0.10”的正方形，并且每个参考标记127(图2A至图2B)为直径0.050”的半圆。

图3示出了在一个实施方式中多个内部叠片110堆叠在两个端部叠片112之间。奇数长形孔口122和偶数长形孔口122均与齿稍槽道128相邻接(图4B)，该齿稍槽道128由叠置的齿稍孔口126形成。在一个实施方式中，所有的内部叠片110是相同的。对于这种情况而言，如图3所示，堆叠可以使得第j+1个叠片相对于第j个叠片顺时针(或逆时针)旋转一个齿距。端部叠片112用作引入导流器和引出导流器。如本文所使用的，“导流器”是下述结构，该结构允许流体流入或流出具有这种槽道的结构中的轴向背铁槽道、或具有这种槽道的结构(例如，位于轴向间隙式定子芯中，下面进一步详细讨论)中的径向背铁槽道之中的一些但不是全部。在图3的实施方式中，例如，引入端部叠片允许流体从引入歧管106仅流入到背铁引入槽道中，并且引出端部叠片允许流体仅从背铁引出槽道流入到引出歧管108。在一些实施方式中，定子的所有叠片均是相同的并且具有如图2A中所示的内部叠片的构型。在这些实施方式中，导流器例如可以是在歧管槽道中具有内部突起的歧管，内部突起在一些孔口处(例如，在所有的齿稍孔口126处、在所有的长形孔口122处以及在背铁孔口130的部分组处)抵靠端部叠片的表面延伸(或延伸至端部叠片的孔口中)从而阻塞一些孔口，使得流体能够流入或流出包括孔口数量为多达叠片的背铁孔口130和长形孔口122的总数的一半的仅一组背铁孔口。

特别地，在定子芯102的引入端部处，第一端部叠片112(引入端部叠片)允许冷却流体进入奇数背铁槽道132(背铁引入槽道)，同时阻止流动至偶数槽道或从偶数槽道流出。同样地，在定子芯102的引出端部处，第二端部叠片112(引出端部叠片)允许冷却剂从偶数背铁槽道132(背铁引出槽道)离开，同时阻止流动至奇数槽道或从奇数槽道流出。在一个实施方式中，这些端部叠片——第一端部叠片112和第二端部叠片112两者是相同的。第二端部叠片112相对于第一端部叠片112顺时针(或逆时针)旋转一个齿距。引入歧管106用于将已接纳的冷却剂流分配至奇数背铁槽道132。同样地，引出歧管108收集从偶数背铁槽道132接纳的冷却剂。在图3中，内部叠片110中的每个内部叠片示出为沿着定子的长度相对于前一叠片逆时针旋转了一个齿。在另一些实施方式中，连续的叠片的方位改变可以大于一个齿，和/或可以是顺时针而不是逆时针。在一些实施方式中，内部叠片中的一些内部叠片可能相对于相邻内部叠片不被旋转。例如，k个叠片(其中，k是大于1的正整数)的组可以彼此对准(即，相对彼此不旋转)，并且k的相邻组可以相对彼此旋转一个齿或更多个齿。例如，在k为2的情况下，成对的内部叠片对准，使得每个长形孔口122与该对叠片中的另一叠片的对应的长形孔口122对准，并且两个长形孔口形成径向齿冷却槽道，该径向齿冷却槽道的轴向宽度为叠片厚度的两倍。

在一些实施方式中，所有的内部叠片110在制造公差内均相同。在这些实施方式中，在已组装的定子芯的外表面上的内部叠片110的参考标记形成螺旋线，每个叠片上的参考标记沿着定子芯的长度相对于前一叠片顺时针或逆时针前进了例如一个齿距。这可以使得能够通过视觉检查来验证叠片是否已正确地组装，这是因为：例如，相对于其邻近的叠片以错误的量错开的任何单个叠片将具有相对于由剩余叠片在它们适当地对准的情况下所形成的螺旋线偏置的参考标记。在另一些实施方式中，除了参考标记之外，内部叠片110可以具有对准凹口，并且对准凹口在每个连续叠片上可以定位在周部上相对于长形孔口122的图型的不同点处。端部叠片112也可以具有对准凹口。内部叠片110上的对准凹口与端部叠片112上的对准凹口可以安置成使得：当内部叠片110和端部叠片112正确地组装为定子芯的一部分时，所有的对准凹口均在轴向上对准。在该实施方式中，内部叠片110和端部叠片112可以通过对应的内部轴向脊部安装在壳体或组装固定装置中，以在叠片结合在一起时和/或在定子绕组104放置到位时实现并维持正确的方位角对准。

图3的实施方式建立了大量平行的冷却剂路径，其中，冷却剂路径中的每个冷却剂路径开始于从轴向引入槽道接纳冷却剂，然后通过径向指向的齿槽道，随后是通过齿稍槽道的短的轴向路径，并且然后通过第二径向齿槽道至相邻的背铁引出槽道。在一个实施方式中，为了实现绕组与芯之间的低热阻，常规的槽衬里可以由施加到芯槽的导热粉末覆层来替代，并且导热性封装树脂比如导热性环氧树脂可以在压力下成型在包括端匝的绕组的所有部件内。该组合可以在芯与绕组的所有部件之间提供紧密的热耦合；活动的绕组元件以及端匝两者均可以被冷却，使得在绕组的任何部分不超过临界温度限制的情况下可以保持非常高的电流密度。在一些实施方式中，内部叠片110和端部叠片112结合在一起并用粘合剂或密封化合物来密封，粘合剂或密封化合物在叠片组装之前施加到叠片的表面、或者可以在定子芯组装之后施加到定子芯并渗透到叠片间间隙中并且凝结，从而防止冷却流体通过叠片间间隙从定子芯中泄漏出来。在一些实施方式中，除了粘合剂或密封剂之外、或代替粘合剂或密封化合物，上文提到的粉末覆层或封装树脂可以密封定子芯。扫气泵152(图1A和图1B)可以用于使从定子芯或转子芯逸出的任何冷却流体再循环。在一些实施方式中，冷却流体是低粘度油比如自动变速器油(ATF)或变压器油。在一些实施方式中，可以以这种方式实现冷却剂与芯之间的低热阻抗；此外，由于提供了芯齿的冷却，齿的热阻可以从整个热回路中明显地消除。

在三相机器中，齿的数量及槽的数量可以是六的倍数。小型机器可能只有六个齿，而大型机器可能具有60个齿或更多个齿。随着齿的数量的增加，由于增加的接触面积和减少的热流长度，可以改善绕组与芯之间的热传递并且可以减少电流谐波。在一个实施方式中，存在N_t个齿(N_t为正整数)，并且内部叠片110的每个内部叠片的背铁中的孔口的总数或者延伸到内部叠片110的每个内部叠片的背铁中的孔口的总数(即，背铁孔口130和长形孔口122的总数)也是N_t；这些孔口中的一半孔口用于形成背铁引入槽道，而另一半孔口用于形成背铁引出槽道。在内部叠片110中的每个内部叠片中，每第n个齿包含用作冷却剂槽道的长形孔口122。在此，n是介于2与N_t/2之间、将N_t等分的正整数。在内部叠片110中的每个内部叠片中，长形孔口122中的一半长形孔口从奇数背铁槽道132接纳冷却剂并将冷却剂径向向内(针对具有面朝内的齿的径向间隙式定子而言)携带至齿稍槽道128(图4B)。然后，冷却剂轴向地流过该齿稍槽道并且经过与n个叠片厚度相等的距离，随后径向向外流过偶数长形孔口122，一直流动至偶数背铁槽道132，并且最终沿轴向流动至引出歧管。

在具有N_t个齿和总共N_L个内部叠片110的实施方式中，径向齿冷却槽道(各自由长形孔口122形成)的近似数量为N_L*N_t/n。与这些槽道相关联的总壁面积可能是重要的。例如，在每个长形孔口具有相关联的壁面积为0.5平方英寸、N_L＝600、N_t＝48和n＝6的一个实施方式中，总流体接触表面为近似0.5*600*48/6＝2400平方英寸或接近17平方英尺。定子芯体积与总流体接触表面的比可以小于1英寸。与冷却剂流相关联的区段也相对较大，从而使得压头损失与流速的比相对较低。如上文示例所证明的，热流距离可能较短，其中，齿元件内的最大热流长度可以约为0.10”。齿稍孔口可以相对较窄，使得磁区段以最低限度减少。齿稍孔口的截面可以制成为由径向齿冷却槽道呈现的区段的两倍，并且因此，由于齿稍槽道导致的压头损失可能相对较小。由于n减小以提供更多的长形孔口，则可以改进热传递，同时可以减小磁性区段。这样能够选择n以满足期望的权衡标准。

在一些实施方式中，类似的内部叠片和端部叠片的组被堆叠以形成用于“内部引出式”马达的定子芯，在“内部引出式”马达中，齿和槽面向径向向外。在另一些实施方式中，用于线性机器的定子芯通过堆叠合适的类似叠片而形成。

通过堆叠图2A的叠片和图2B的叠片形成的定子芯可以包含在引入歧管与引出歧管之间的多个平行的流体路径，图4A中示出了一个流体路径。示出的流体路径包括：穿过第一端部叠片112中的背铁孔口130的第一轴向部分410，随后是依循内部叠片110中的第一长形孔口122的第一L形部分415，随后是穿过多个齿稍孔口126的第二轴向部分420，随后是位于第二长形孔口122中的第二L形部分425，随后是穿过形成背铁引出槽道的多个叠置的背铁孔口130的第三轴向部分430。在图4B中以立体图示出了多个这样的流体路径，示出了包括背铁引入槽道和背铁引出槽道的两个背铁槽道132、齿稍槽道128以及由相应的长形孔口122形成的六个L形槽道。流体通过背铁引入槽道流入，然后经由相应的长形孔口122的三个平行的路径中的任一个路径流动至齿稍槽道128。在齿稍槽道128内，流体流动至连接到背铁引出槽道的最接近的长形孔口122，经由由该长形孔口122形成的槽道流动至背铁引出槽道，并且通过背铁引出槽道排出。为了清楚起见，图4B仅示出了相对较少数量的槽道和流体路径；如上文所说明的，在一些实施方式中，定子芯可以包括明显更多数量的槽道和流体路径。

在一些实施方式中，替代形成为叠片的堆叠，定子芯形成为边缘卷绕式条带。如本文所使用的，“边缘卷绕式”条带的形状为SLINKY^TM，或者在活塞环的一个匝上，边缘卷绕式条带是具有长度、宽度和厚度的条带，其中，长度大于宽度，并且宽度大于厚度，该条带被卷绕成螺旋形，其中，条带在每个点处的弯曲平行于宽度方向。参照图5A，条带在卷绕之前可以具有沿着其长度的一部分示出的形状，其中，当条带卷绕时，齿叠置以形成定子芯齿。图6是由边缘卷绕式条带形成的定子芯的分解图，其中，连续的匝(或“层”)被轴向地拉开以使内部匝的孔口可见。如本文所使用的，“层”指卷绕式条带的匝或层叠结构的叠片。例如，图6的卷绕式条带组装的操作类似于图3和图4A中示出的堆叠的叠片的组装。条带在条带的两个端部中的每个端部处具有部分(图5A中未示出)(例如，在类似于图2A至图3所示实施方式的实施方式中，48个齿长的部分)，所述部分形成卷绕式条带的第一匝和最后匝612并且用作进入或离开偶数背铁槽道或奇数背铁槽道132的导流器，其中，背铁槽道132中的每个背铁槽道通过使条带中的背铁孔口130叠置而形成。条带的这两个部分中的每一部分可以缺少齿稍孔口126和长形孔口122，并且可以具有相比条带的剩余部分间隔两倍远的背铁孔口130(即，背铁孔口130间隔了两倍齿距)。

条带的剩余部分可以具有齿孔口，并且可以形成卷绕式条带的内部匝610。条带的背铁部分可以具有凹口或槽(例如，如图5A所示的位于条带的底部边缘上的槽，所述槽可以在卷绕时变成条带的外边缘)，以便于卷绕(即，减少条带在卷绕时必须被拉伸或被压缩的程度)。在高极数马达中，背铁可以足够窄使得可以在没有这种凹口的情况下容易地弯曲，并且可以在没有这种凹口的情况下制造条带(如图5A所示)。在另一实施方式中，图5A的条带可以形成为边缘卷绕式条带，其中，齿径向向外指向；这样的条带可以用作用于其中定子位于转子内部的“内部引出式”的径向间隙式马达的定子芯。在一个实施方式中，图5A的条带的凹口和孔口在条带被卷绕时形成(例如，通过与用于卷绕条带的机器相邻的合适冲头或一组冲头形成)，使得条带的特征部的冲压可以与匝的卷绕同步，以保持连续的匝的特征部之间的对准。

在另一实施方式中，图5B中示出的条带可以形成为图7中示出的面卷绕式结构，例如，该面卷绕式结构可以是轴向间隙式电机的定子芯。为了清楚起见，图7中省略了一些虚线。如本文所使用的，“面卷绕式”条带是具有电工胶带形状的结构，该结构是具有长度、宽度和厚度的条带，其中，长度大于宽度，宽度大于厚度，该条带被卷绕成螺旋形状，其中，该条带在每个点处的弯曲平行于厚度方向。在该实施方式中，齿的间距可以随着条带的长度增大(如图5B所示)，使得当条带被卷绕时，随着部分卷绕的条带的直径增加，每个匝上的齿数保持恒定。该结构中的流体流可以类似于图4A和图4B中示出的流，其中，示例性流体路径开始于围绕结构的外部延伸的引入歧管并且给送到径向背铁引入槽道，径向背铁引入槽道包括径向背铁槽道组中的每隔一个径向背铁槽道。从每个背铁引入槽道，一个或更多个长形孔口122中的每个长形孔口122允许流体方位角地离开背铁引入槽道而流动且轴向地流动至相应的齿稍。然后，流体径向向内流过一个或更多个齿稍孔口126，并且经由连接到相邻的径向背铁引出槽道的另一长形孔口122轴向地流回到背铁，流至定子芯的内径内部的歧管。在一些实施方式中，绕组槽的宽度沿着带的长度是恒定的，而齿的宽度(并且如上文提到的齿距)增加。在一些实施方式中，孔口的尺寸沿着条带的长度是恒定的；在另一些实施方式中，(i)背铁孔口、(ii)齿稍孔口和(iii)长形孔口中的一者或更多者的一个尺寸或更多个尺寸沿着条带的长度变化(例如，孔口可以随着齿变得越宽而更宽)。

参照图8，在一个实施方式中，使用歧管结构816将流体供给至轴向间隙式定子芯并使流体从轴向间隙式定子芯返回，其中，歧管结构816在歧管结构的外表面上具有引入端口824和引出端口826两者(替代在歧管结构的内表面上具有端口中的一个端口)。歧管结构816可以包括由两个分隔件822分开的第一半圆形外部流体槽道818和第二半圆形外部流体槽道820。第一外部流体槽道818由引入端口824给送并作为引入歧管的流体槽道，并且第二外部流体槽道820由引出端口826排出并作为引出歧管的流体槽道。然后，定子芯802操作为两个半环形半部：连接至引入端口824的第一半环形半部以及连接至引出端口826的第二半环形半部。通常地，冷却剂流在第一半环形半部内是径向向内的，使得冷却剂流从第一半圆形外部流体槽道818向内流过定子芯的第一半环形半部并流至内部流体槽道832(形成在歧管结构816的内径处)中。在内部流体槽道832中，流体从第一半环形半部方位角地流动至第二半环形半部。然后，冷却剂通常在第二半环形半部内在径向上向外流动，从而从内部流体槽道832向外经由定子芯的第二半环形半部流动至第二外部流体槽道820，并然后流至引出端口826。定子芯的第一半环形半部中的一个示例性流体路径可以包括径向部分，其中，流体沿着该径向部分流过引入导流器(定子芯的最外匝)并流过多匝卷绕条带的背铁孔口130(叠置以形成背铁引入槽道的背铁孔口130)，然后经由第一长形孔口122在轴向上流动至定子齿的端部，然后在径向上向内(或向外，参见图4B)流过一个或更多个定子齿稍孔口126，然后经由第二长形孔口122流动至背铁并进入背铁引出槽道(通过使多匝卷绕条带中的背铁孔口130叠置而形成)中，然后在径向上向内经由背铁引出槽道流动至内部流体槽道832。在另一实施方式中，歧管结构可能缺少间隔件822，并且(替代在歧管结构的外表面上具有引入端口824和引出端口826两者)歧管结构可以具有例如位于歧管结构的外表面上的入口以及位于歧管结构的内表面上的出口。

参照图9，在一个实施方式中，卷绕条带端匝冷却结构912、914用于使在轴向间隙式电机中的定子端匝冷却。外部冷却结构912具有在卷绕条带的每隔一匝中的多个窄孔口915。外部冷却结构912的连续的匝示出为在径向上拉开以使内部的匝的孔口可见。这些孔口对准以形成与一组大致径向引出槽道交替的一组大致径向引入槽道。外部冷却结构912的最外匝928和最内匝中的每一者的窄孔口多达带有窄孔口的中间匝的窄孔口的一半。外部冷却结构912的最外匝的孔口与引入槽道对准，并且外部冷却结构912的最内匝的孔口与引出槽道对准。与具有窄孔口915的中间匝交替的是具有宽孔口916的匝，每个宽孔口使在一个匝或两个相邻匝中的两个窄孔口桥接。流体经由最外匝流入引入槽道，然后从每个引入槽道沿平行的流体路径经由由长孔口形成的多个方位角槽道流动至引出槽道，并且然后在引出槽道中径向向内流动。方位角槽道可以提供相当大的表面区域，在该表面区域处，热可以从经卷绕条带的表面传递到冷却剂。

轴向间隙式电机的定子902可以具有由面卷绕式磁性条带形成的定子芯904，其中，一个面中的槽906用于定子绕组908。如图8的实施方式，定子902的背铁910可以具有背铁孔口130，并且定子芯也可以在内部匝或叠片上具有彼此叠置的齿稍孔口和长形孔口，以提供用于定子齿冷却的流体路径。定子绕组908的端匝可以封装在导热封装树脂909中，该导热封装树脂909可以提供从端匝到端匝冷却结构912、914的热流路径。在一个实施方式中，相同的封装树脂也在压力下成型于绕组槽中以填充不然则可能存在于绕组的导体与定子芯的层之间的间隙。导热封装树脂909还可以密封定子芯904，以防止冷却剂从定子芯904中的流体槽道中泄漏出来。

冷却剂可以从外部冷却结构912流到定子芯中，这是由于外部冷却结构912的最内匝的孔口与定子芯的最外匝的对应的背部槽道孔口对准所导致的，或者是由于外部冷却结构912的最内匝与定子芯的最外匝之间存在间隙所导致的。在流过定子芯之后，冷却剂流过内部冷却结构914，该内部冷却结构914的结构类似于外部冷却结构912的结构。如在图8的实施方式中，借助于在歧管结构816的外表面上具有引入端口824和引出端口826两者的歧管结构816，冷却剂可以供给到外部冷却结构912、定子芯802和内部冷却结构914的组合，以及可以从外部冷却结构912、定子芯802和内部冷却结构914的组合返回。在另一些实施方式中，图9的面卷绕式结构的实施方式可以用由柱状叠片形成的类似结构替代。

图1B的传热元件136可以是类似于外部冷却结构912的边缘卷绕式结构或层叠式结构。例如，传热元件136可以包括作为引入导流器和引出导流器的第一叠片和最后叠片以及一组交替的内部叠片，该一组内部叠片中每隔一个叠片具有窄孔口而其余叠片具有宽孔口。窄孔口可以叠置以形成交替的引入槽道和引出槽道，引入槽道由引入导流器(该引入导流器的孔口多达内部叠片的孔口的一半，引入导流器孔口与引入槽道对准)给送，并且引出导流器提供从引出槽道离开该结构的类似的流动路径。然后，借助于由宽孔口形成的多个平行的冷却通道，每个引入槽道可以连接至每个相邻的引出槽道。

在一些实施方式中，流体可以沿着与图4A和图4B中示出的路径不同的路径流动。例如，流体可以沿着定子的整个长度在每个齿中在相应的齿稍槽道中在轴向上流动；槽道可以在端部处连接至合适的引入歧管和引出歧管。在另一实施方式中，长形孔口和对应的流体流可以不同于图4A和图4B中所示的长形孔口和对应的流体流，不同之处在于，在流体沿着一个齿轴向地流动之后，流体径向向外流动至背铁，方位角地流动至第二齿，径向向内流动至齿稍，并且在返回之前经由长形孔口沿着第二齿的齿稍轴向地流动至背铁引出槽道。在另一实施方式中，流体可以在一个叠片内从背铁槽道132径向向内地流动至齿稍，并且依循例如在齿内的U形孔口返回到背铁。在一些实施方式中，孔口的形状与示出的形状不同；例如，长形孔口可以是弯曲的来替代成角度的，并且背铁孔口可以是圆形或矩形来替代方形。

尽管本文特别地描述和说明了具有横向液体冷却式齿的电机定子的示例性实施方式，但许多改型和变型对于本领域普通技术人员来说将是明显的。因此，应当理解的是，根据本发明原理构造的具有横向的液体冷却式的齿的电机定子可以以除了本文特别描述的方式之外的方式实施。本发明还通过所附权利要求及其等同方案进行限定。

Claims (25)

1.一种具有轴线的电机定子，并且所述电机定子包括：

具有多个层的定子芯，所述层中的每一层具有背铁部分和多个齿，

所述多个层中的第一层的所述多个齿的齿具有形成流体槽道的第一部分的第一孔口。

2.根据权利要求1所述的电机定子，其中，与所述第一层相邻的层具有与所述第一孔口叠置的孔口。

3.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述流体槽道的所述第一部分在所述齿内径向地延伸。

4.根据权利要求3所述的电机定子，其中，所述流体槽道的所述第一部分在轴向方向上的尺寸等于所述多个层中的一层的厚度。

5.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述流体槽道的所述第一部分具有沿相对于所述轴线具有径向分量的方向的第一部段以及沿相对于所述轴线具有方位角分量的方向的第二部段。

6.根据权利要求1所述的电机定子，其中

定子芯具有总体积，并且所述定子芯具有包括所述流体槽道及具有总流体接触面积的多个流体槽道，

其中，所述总体积除以所述总流体接触面积小于1英寸。

7.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述第一层具有第二孔口，所述第二孔口具有所述第一孔口的镜像形状。

8.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述多个层中的第二层的形状与所述多个层中的所述第一层的形状相同。

9.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述层中的每一层的所述背铁部分具有多个第二孔口，并且其中，所述第二孔口叠置在相邻的层上以形成多个大致轴向的流体通道。

10.根据权利要求9所述的电机定子，其中，所述第一孔口与所述第二孔口中的一个第二孔口叠置。

11.根据权利要求9所述的电机定子，其中，所述定子包括导流器，所述导流器构造成将流体流引导到所述多个大致轴向的流体通道的部分组中，或者构造成从所述多个大致轴向的流体通道的部分组接纳流体流。

12.根据权利要求11所述的电机定子，其中，所述导流器是位于所述定子芯的一个端部处的层。

13.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述流体槽道包括：

第一轴向部段，所述第一轴向部段穿过所述多个层中的第一部分组的所述背铁部分；

第一方位角部段，所述第一方位角部段位于所述第一层的所述背铁部分中；

第一径向部段，所述第一径向部段是所述流体槽道的所述第一部分；

第二轴向部段，所述第二轴向部段延伸穿过所述多个层中的第二部分组中的每一层的相应的齿；

第二径向部段，所述第二径向部段位于所述多个层中的第二层的齿内；

第二方位角部段，所述第二方位角部段位于所述第二层的所述背铁部分中；以及

第三轴向部段，所述第三轴向部段穿过所述多个层中的第三部分组的所述背铁部分。

14.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述多个层是多个叠片。

15.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述多个层是边缘卷绕式条带的多个匝。

16.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述多个层是面卷绕式条带的多个匝。

17.根据权利要求16所述的电机定子，其中，所述多个齿的所述齿在所述条带的第一端部处比在所述条带的第二端部处窄，并且其中，位于所述条带的所述第一端部处的相邻的齿之间的槽的宽度与位于所述条带的所述第二端部处的相邻的齿之间的槽的宽度相同。

18.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述多个层中的每一层的所述多个齿中的每个齿从所述背铁部分在径向上向内延伸。

19.根据权利要求1所述的电机定子，其中，所述多个层中的每一层的所述多个齿中的每个齿从所述背铁部分径向地向外延伸。

20.根据权利要求1所述的电机定子，还包括：

定子绕组；以及

具有导热系数大于约0.4W/m/℃的电绝缘树脂，

其中，所述树脂以小于约10％的空隙率填充所述定子芯与所述定子绕组之间的空间和/或所述多个层中的一对相邻的层之间的间隙。

21.根据权利要求1所述的电机，还包括位于所述多个层中的相邻的两个层之间的间隙中的密封化合物。

22.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多个层中的每一层具有位于相应的齿的齿稍中的多个孔口的孔口，

其中，所述多个孔口包括所述第一孔口，

并且其中，所述多个孔口中的所述孔口叠置以形成流体槽道的第二部分，所述流体槽道的所述第二部分包括所述流体槽道的所述第一部分并且所述流体槽道的所述第二部分为大致轴向的。

23.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多个层中的所有层是相同的，并且所述多个层中的每一层相对于相邻层错开一个齿距。

24.一种电机，包括：

具有旋转轴线的转子；和

具有轴线的定子，所述定子的轴线是所述转子的所述旋转轴线，所述定子具有：

具有多个层的定子芯，每一层具有背铁部分和多个齿，

所述多个层中的第一层的所述多个齿的齿具有形成流体槽道的第一部分的第一孔口。

25.一种电机，包括：

转子；

定子，所述定子具有带有多个齿的定子芯；

槽道装置，所述槽道装置用于引导流体通过所述定子芯的所述齿；以及

泵送装置，所述泵送装置用于将所述流体供给至所述槽道装置。