CN113437825B - 电机散热结构、电机、压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机散热结构、电机、压缩机，其中的电机散热结构，包括定子铁芯以及绕设于所述定子铁芯的齿部的定子绕组，所述定子绕组具有凸出于所述定子铁芯的轴向一端的第一绕组端部，所述第一绕组端部上具有散热部，所述散热部内具有第一冷却流道，所述散热部采用灌封的方式裹附于所述第一绕组端部上。根据本发明，散热部能够与所述第一绕组端部之间实现更为紧密的贴合，从而能够保证所述第一绕组端部的热量更为高效地通过所述散热部进行冷却散热，冷却效果更佳的同时，还无需单独针对所述散热部进行组装固定，简化了电机的内部结构。

Description

电机散热结构、电机、压缩机

技术领域

本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种电机散热结构、电机、压缩机。

背景技术

随着稀土材料工艺的不断优化、国家对节能环保的逐步重视，螺杆压缩机电机逐步已切换为变频永磁同步电机，其功率密度高、电机体积小、能效高等优点受到了广泛应用，但相比定频电机，其成本较高。为进一步提升电机竞争力，需进一步提升功率密度，目前制约电机的最重要的原因则是由于功率密度大导致的热负荷偏高，反应在实际应用中则是电机温升高导致的电机效率偏低、可靠性变差。因此提升电机散热能力则是未来发展的关键步骤。

目前大功率电机普遍散热方式为水冷及油冷方式，一般均在机壳内设计流道，定子绕组产生的热量通过铁芯、机壳，再通过流道中的水带走，其冷却并未直接接触与发热源，冷却效果欠佳，无法进一步提升电机热负荷，进而提升其功率密度、降低成本，从而提升其产品竞争力。

为了能够克服前述不足，现有技术中还出现了针对电机定子绕组的端部设置的冷却管路实现绕组端部的针对性冷却散热，具体采用在绕组的外周面上敷设相应的冷却管的方式实现，这种方式的冷却管与绕组之间的接触贴合度不高，导致散热冷却效果欠佳，另外冷却管的组装固定也存在困难。

发明内容

因此，本发明提供一种电机散热结构、电机、压缩机，能够克服相关技术中的定子绕组端部采用冷却管冷却的方式冷却效果差以及组装固定困难的不足。

为了解决上述问题，本发明提供一种电机散热结构，包括定子铁芯以及绕设于所述定子铁芯的齿部的定子绕组，所述定子绕组具有凸出于所述定子铁芯的轴向一端的第一绕组端部，所述第一绕组端部上具有散热部，所述散热部内具有第一冷却流道，所述散热部采用灌封的方式裹附于所述第一绕组端部上。

优选地，所述散热部的材质为高阻尼导热材料；和/或，所述第一冷却流道为环绕所述定子铁芯的轴线延伸的螺旋形。

优选地，所述高阻尼导热材料包括环氧树脂胶、高性能聚氨酯胶中的至少一种。

优选地，所述电机散热结构还包括机壳，所述机壳内具有第二冷却流道，所述第二冷却流道与所述第一冷却流道连通。

优选地，在所述机壳的轴截面上，所述第二冷却流道的断面为矩形，所述矩形具有在所述机壳的径向上的宽度L1及在所述机壳的轴向上的长度L2，所述机壳的厚度为L，L1≤50％L，1.1L1≤L2≤2L1。

优选地，所述第一冷却流道的截面为圆形，所述第一冷却流道具有第一入口，所述第一入口的直径为d1，0.4L2≤d1≤0.8L2。

优选地，所述第一冷却流道还具有第一出口，所述第一出口的直径与所述第一入口的直径相等；和/或，所述第一冷却流道在其延伸方向上的圆形直径相等。

优选地，所述第一入口、第一出口分别与所述第二冷却流道连通。

优选地，所述定子绕组还具有凸出于所述定子铁芯的轴向另一端的第二绕组端部，所述第二绕组端部上也具有所述散热部，所述散热部采用灌封的方式裹附于所述第二绕组端部上。

优选地，所述定子铁芯上构造有贯通其轴向两端的第三冷却流道，所述第三冷却流道的一端与所述第一绕组端部上裹附的散热部内的第一冷却流道连通，所述第三冷却流道的另一端与所述第二绕组端部上裹附的散热部内的第一冷却流道连通；和/或，所述第二绕组端部在所述定子铁芯的轴向上的高度与所述第一绕组端部在所述定子铁芯的轴向上的高度相等。

优选地，所述第三冷却流道具有多条，多条所述第三冷却流道沿所述定子铁芯的轴向延伸，且所述多条所述第三冷却流道沿所述定子铁芯的周向均匀间隔设置。

优选地，多条所述第三冷却流道处于所述定子铁芯的轭部。

优选地，在所述定子铁芯的任一径向面上投影，所述定子铁芯的齿部关于所述定子铁芯的径向线对称，所述第三冷却流道为圆形，所述圆形的圆心处于所述径向线上。

优选地，所述圆形的直径为d2，所述轭部的径向厚度为L5，0.125L5≤d2≤0.6L5。

优选地，L5/6≤d2≤L5/5。

优选地，所述散热部沿所述定子铁芯的轴向上的厚度为L3，所述第一绕组端部沿所述定子铁芯的轴向上的厚度为L4，L3＞L4。

优选地，1.1L4≤L3≤1.4L4。

优选地，所述散热部呈环状，所述散热部的外圆直径与所述定子铁芯的外圆直径相等，所述散热部的内圆直径大于所述定子铁芯的内圆直径。

本发明提供一种电机，包括上述的电机散热结构。

本发明提供一种压缩机，包括上述的电机。

本发明提供的一种电机散热结构、电机、压缩机，所述散热部通过灌封的方式裹附于所述第一绕组端部上，能够与所述第一绕组端部之间实现更为紧密的贴合，从而能够保证所述第一绕组端部的热量更为高效地通过所述散热部进行冷却散热，冷却效果更佳的同时，还无需单独针对所述散热部进行组装固定，简化了电机的内部结构。

附图说明

图1为本发明实施例的电机散热结构的结构示意图(电机轴截面)；

图2为图1中的散热部的结构示意图(轴截图)；

图3为图1中的机壳的立体结构示意图；

图4为图3中的机壳的内部结构示意图(部分轴截面)；

图5为图1中的定子铁芯的立体结构示意图；

图6为d2/L5与定子轭部磁密之间的相关曲线图(横坐标为d2/L5，纵坐标为轭部磁密，单位为T)；

图7为d2/L5与电机效率之间的相关曲线图(横坐标为d2/L5，纵坐标为电机效率)；

图8为d2/L5与电机温升之间的相关曲线图(横坐标为d2/L5，纵坐标为电机温升，单位为K)。

附图标记表示为：

1、定子铁芯；11、第三冷却流道；2、定子绕组；3、散热部；31、第一冷却流道；311、第一入口；312、第一出口；4、机壳；41、第二冷却流道；42、壳体入口；43、壳体出口；100、转子组件；101、端盖；102、轴承。

具体实施方式

结合参见图1至图8所示，根据本发明的实施例，提供一种电机散热结构，包括定子铁芯1以及绕设于所述定子铁芯1的齿部的定子绕组2，所述定子绕组2具有凸出于所述定子铁芯1的轴向一端的第一绕组端部，所述第一绕组端部上具有散热部3，所述散热部3内具有第一冷却流道31，所述散热部3采用灌封的方式裹附于所述第一绕组端部上，可以理解的是，所述散热部3的材质为导热材料。该技术方案中，所述散热部3通过灌封的方式裹附于所述第一绕组端部上，能够与所述第一绕组端部之间实现更为紧密的贴合，从而能够保证所述第一绕组端部的热量更为高效地通过所述散热部3进行冷却散热，冷却效果更佳的同时，还无需单独针对所述散热部3进行组装固定，简化了电机的内部结构。所述第一冷却流道31中可以通入冷却水、冷媒、冷却油等合适的冷却介质，将所述第一绕组端部传导过来的热量及时带走。

在一些实施方式中，所述散热部3的材质为高阻尼导热材料，例如环氧树脂胶、高性能聚氨酯胶中的至少一种，从而能够在实现热量快速高效传导的同时还能够所述第一绕组端部形成减振支撑，改善电机振动噪声。

所述第一冷却流道31为环绕所述定子铁芯1的轴线延伸的螺旋形，所述螺旋形的冷却水道结构能够环绕所述第一绕组端部多组，从而能够增大其散热面积，进一步提升散热效果。

在一些实施方式中，所述电机散热结构还包括机壳4，所述机壳4内具有第二冷却流道41，所述第二冷却流道41与所述第一冷却流道31连通，具体的，所述第一冷却流道31通过其具有的第一入口311、第一出口312分别与所述第二冷却流道41连通，从而使所述第一冷却流道31与所述第二冷却流道41两者形成并联管路结构，此时，在电机的外侧，可以仅通过壳体入口42、壳体出口43实现与外部冷却介质供应装置(例如水塔设备)的管路连接，也即两个冷却流道共用一个入口及一个出口，简化相应的管路结构。

在一些实施方式中，在所述机壳4的轴截面上，所述第二冷却流道41的断面形状可以为圆形或者其他的多边形的封闭图形，优选地，所述第二冷却流道41的断面为矩形，能够具有较大的散热面积，所述矩形具有在所述机壳4的径向上的宽度L1及在所述机壳4的轴向上的长度L2，所述机壳4的厚度为L，为了保证所述机壳4的机械强度，L1≤50％L，1.1L1≤L2≤2L1。最好的，所述第二冷却流道41也优选为环绕所述定子铁芯1的轴线延伸的螺旋形，在一个具体的实施方式中，螺旋形的所述第二冷却流道41的螺旋圈数为8～10圈为宜。所述矩形的四角位置具有倒圆结构，以减少冷却介质的流动阻力。

所述第一冷却流道31的截面优选为圆形，所述第一冷却流道31具有第一入口311，所述第一入口311的直径为d1，0.4L2≤d1≤0.8L2，该技术方案中，所述第一入口311的通流面积小于所述第二冷却流道41的通流面积，能够对冷却介质在所述第一冷却流道31以及第二冷却流道41中的流量的合理分配，保证冷却介质在两个流道中皆能够对相应的流经区域进行充分冷却，这一结构特征尤其适用于卧式安装的电机结构中(如图1所示)，在卧式安装的电机结构中，第一入口311的开口竖直朝上，前述的限定能够防止冷却介质在进入冷却流道时在重力作用下全部或者大部分经由所述第一入口311进入所述第一冷却流道31而导致所述第二冷却流道41内的冷却介质严重不足、对机壳4的冷却效果变差。

所述第一冷却流道31具有的第一出口312的直径优选与所述第一入口311的直径相等，一种更为优选地实施方式是，所述第一冷却流道31在其延伸方向上的圆形直径相等，也即所述第一冷却流道31为等径流道。

在一些实施方式中，所述定子绕组2还具有凸出于所述定子铁芯1的轴向另一端的第二绕组端部，所述第二绕组端部上也具有所述散热部3，所述散热部3采用灌封的方式裹附于所述第二绕组端部上，从而能够对所述第二绕组端部进行高效冷却散热。优选地，所述第二绕组端部在所述定子铁芯1的轴向上的高度与所述第一绕组端部在所述定子铁芯1的轴向上的高度相等。

在一些实施方式中，所述定子铁芯1上构造有贯通其轴向两端的第三冷却流道11，所述第三冷却流道11的一端与所述第一绕组端部上裹附的散热部3内的第一冷却流道31连通，所述第三冷却流道11的另一端与所述第二绕组端部上裹附的散热部3内的第一冷却流道31连通，该技术方案中，通过所述第三冷却流道11将所述定子铁芯1两端分别具有的所述第一冷却流道31连通，从而形成所述第一冷却流道31与第三冷却流道11形成一个冷却流道，能够对定子绕组的端部、定子铁芯1形成冷却，所述第二冷却流道41为另一平行设置的冷却流道则对机壳4形成冷却，两条冷却流道共用一个壳体入口42、壳体出口43，进一步简化结构。

在一些实施方式中，所述第三冷却流道11具有多条，多条所述第三冷却流道11沿所述定子铁芯1的轴向延伸，且所述多条所述第三冷却流道11沿所述定子铁芯1的周向均匀间隔设置，最好的，多条所述第三冷却流道11处于所述定子铁芯1的轭部。进一步地，在所述定子铁芯1的任一径向面上投影，所述定子铁芯1的齿部关于所述定子铁芯1的径向线对称，所述第三冷却流道11为圆形，所述圆形的圆心处于所述径向线上，也即保证所述第三冷却流道11设置能够正对所述齿部，而不与定子槽相对，从而能够减小在所述轭部开孔对轭部磁密产生较大的不利影响，同时这一技术方案也保证了所述第三冷却流道11的设置条数能够与定子铁芯1的齿部个数相匹配(例如第三冷却流道11设置有N条，N的取值应能被Ns(定子槽数)整除)。为了进一步优化所述第三冷却流道11的设置尺寸，以能够兼顾较高的电机效率值、较低的温升及磁密影响，申请人对d2/L5(所述圆形的直径为d2，所述轭部的径向厚度为L5)对三者的相关性进行了必要研究，当所述第三冷却流道11选择6条时，d2从0.125L5～0.6L5范围内(也即0.125L5≤d2≤0.6L5)，对电机定子轭部磁密、电机效率及温升进行对比分析结果参见图6至8所示出，可以得出当d2取值为大于0.4L5时，定子轭部磁密激增，效率降低约0.5％，并且继续增大d2对电机温升下降效果不明显，而基于经济性更好的考虑，优选L5/6≤d2≤L5/5。

在一些实施方式中，所述散热部3沿所述定子铁芯1的轴向上的厚度为L3，所述第一绕组端部沿所述定子铁芯1的轴向上的厚度为L4，L3＞L4，从而保证所述散热部3对所述第一绕组端部的完全裹附，而可以理解的，所述第二绕组端部轴向上的厚度与对应其裹附的散热部3也有此规则。进一步地，1.1L4≤L3≤1.4L4，由此能够在保证灌封形成相应的散热流道后具有足够的结构强度以及可靠性的同时降低制造成本、提高其经济性。

在一些实施方式中，所述散热部3呈环状，所述散热部3的外圆直径与所述定子铁芯1的外圆直径(D)相等，能够保证所述散热部3与所述机壳4的腔壁紧密接触连接，提升连接的可靠性，所述散热部3的内圆直径大于所述定子铁芯1的内圆直径，以防止转子组件100在装配时与所述散热部3发生碰撞损伤。

根据本发明的实施例，提供一种电机，包括上述的电机散热结构，所述定子铁芯1的内孔中穿行组装有转子组件100，所述转子组件100的转轴两端则分别通过相应的轴承102架设于所述电机的两个端盖101上。

根据本发明的实施例，提供一种压缩机，尤其是一种螺杆式压缩机，包括上述的电机。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种电机散热结构，包括定子铁芯（1）以及绕设于所述定子铁芯（1）的齿部的定子绕组（2），所述定子绕组（2）具有凸出于所述定子铁芯（1）的轴向一端的第一绕组端部，其特征在于，所述第一绕组端部上具有散热部（3），所述散热部（3）内具有第一冷却流道（31），所述散热部（3）采用灌封的方式裹附于所述第一绕组端部上；还包括机壳（4），所述机壳（4）内具有第二冷却流道（41），所述第二冷却流道（41）与所述第一冷却流道（31）连通，在所述机壳（4）的轴截面上，所述第二冷却流道（41）的断面为矩形，所述矩形具有在所述机壳（4）的轴向上的长度L2，所述第一冷却流道（31）的截面为圆形，所述第一冷却流道（31）具有第一入口（311），所述第一入口（311）的直径为d1，0.4 L2≤d1≤0.8 L2；所述矩形具有在所述机壳（4）的径向上的宽度L1，所述机壳（4）的厚度为L，L1≤50%L，1.1L1≤L2≤2L1。

2.根据权利要求1所述的电机散热结构，其特征在于，所述散热部（3）的材质为高阻尼导热材料。

3.根据权利要求2所述的电机散热结构，其特征在于，所述高阻尼导热材料包括环氧树脂胶、高性能聚氨酯胶中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的电机散热结构，其特征在于，所述第一冷却流道（31）为环绕所述定子铁芯（1）的轴线延伸的螺旋形。

5.根据权利要求1所述的电机散热结构，其特征在于，所述第一冷却流道（31）还具有第一出口（312），所述第一出口（312）的直径与所述第一入口（311）的直径相等；和/或，所述第一冷却流道（31）在其延伸方向上的圆形直径相等。

6.根据权利要求5所述的电机散热结构，其特征在于，所述第一入口（311）、第一出口（312）分别与所述第二冷却流道（41）连通。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电机散热结构，其特征在于，所述定子绕组（2）还具有凸出于所述定子铁芯（1）的轴向另一端的第二绕组端部，所述第二绕组端部上也具有所述散热部（3），所述散热部（3）采用灌封的方式裹附于所述第二绕组端部上。

8.根据权利要求7所述的电机散热结构，其特征在于，所述定子铁芯（1）上构造有贯通其轴向两端的第三冷却流道（11），所述第三冷却流道（11）的一端与所述第一绕组端部上裹附的散热部（3）内的第一冷却流道（31）连通，所述第三冷却流道（11）的另一端与所述第二绕组端部上裹附的散热部（3）内的第一冷却流道（31）连通；和/或，所述第二绕组端部在所述定子铁芯（1）的轴向上的高度与所述第一绕组端部在所述定子铁芯（1）的轴向上的高度相等。

9.根据权利要求8所述的电机散热结构，其特征在于，所述第三冷却流道（11）具有多条，多条所述第三冷却流道（11）沿所述定子铁芯（1）的轴向延伸，且所述多条所述第三冷却流道（11）沿所述定子铁芯（1）的周向均匀间隔设置。

10.根据权利要求9所述的电机散热结构，其特征在于，多条所述第三冷却流道（11）处于所述定子铁芯（1）的轭部。

11.根据权利要求10所述的电机散热结构，其特征在于，在所述定子铁芯（1）的任一径向面上投影，所述定子铁芯（1）的齿部关于所述定子铁芯（1）的径向线对称，所述第三冷却流道（11）为圆形，所述圆形的圆心处于所述径向线上。

12.根据权利要求11所述的电机散热结构，其特征在于，所述圆形的直径为d2，所述轭部的径向厚度为L5，0.125L5≤d2≤0.6L5。

13.根据权利要求12所述的电机散热结构，其特征在于， L5/6≤d2≤L5/5。

14.根据权利要求1至6中任一项所述的电机散热结构，其特征在于，所述散热部（3）沿所述定子铁芯（1）的轴向上的厚度为L3，所述第一绕组端部沿所述定子铁芯（1）的轴向上的厚度为L4，L3＞L4。

15.根据权利要求14所述的电机散热结构，其特征在于，1.1L4≤L3≤1.4L4。

16.根据权利要求1所述的电机散热结构，其特征在于，所述散热部（3）呈环状，所述散热部（3）的外圆直径与所述定子铁芯（1）的外圆直径相等，所述散热部（3）的内圆直径大于所述定子铁芯（1）的内圆直径。

17.一种电机，其特征在于，包括权利要求1至16中任一项所述的电机散热结构。

18.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求17所述的电机。

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