CN113489221A - 电机冷却结构、电机、压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机冷却结构、电机、压缩机，其中的电机冷却结构包括定子铁芯、冷却水套、外壳，所述冷却水套套装于所述定子铁芯的外周侧，所述外壳套装于所述冷却水套的外周侧，所述定子铁芯上绕设有定子绕组，还包括热管，所述热管的一端与所述定子铁芯接触连接，所述热管的另一端至少部分地与所述冷却水套接触连接。根据本发明，通过高导热的所述热管将所述定子绕组产生的热量直接导入所述冷却水套，并经由所述冷却水套中的冷却液将热量高效带走，有效降低热阻，从而大幅降低了发热量较大的定子绕组的温度，减少了定子绕组对转子组件的烘烤，减低转子温度。

Description

电机冷却结构、电机、压缩机

技术领域

本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种电机冷却结构、电机、压缩机。

背景技术

离心式空压机是新能源燃料电池汽车发动机辅助系统空气供应模块中的关键部件之一，其功能是为燃料电池系统电堆在不同工况工作时，提供满足电堆流量、压力、温度和湿度要求的空气，其性能直接影响着燃料电池的效率、动态性能、噪声等关键性能指标。

随着气体动力学、材料科学等一系列基础学科的进步和制造工艺的提高，超高速气悬浮空压机转数可达100000rpm以上。运行时，电机定子、转子及气悬浮轴承均会产生大量的热，如果这些热量不能被及时带出，长期高温工况下运行，容易导致空气轴承涂层失效、电机消磁等严重损害，甚至整机炸裂，因此超高速离心式空压机的冷却系统非常重要。

针对空压机散热的技术问题，目前常见的技术手段主要分为液体冷却和气体冷却两种。例如现有技术中公开了一种燃料电池空气压缩机用高速电机冷却机构，该结构与常见的空压机冷却结构相比，增加了风冷叶轮组件，风冷叶轮与转子同轴，安装在左侧壳体和止推轴承座之间，通过增设主动风冷散热机构，增大电机腔内的气流扰动，实现了对电机转子的降温，有利于改善整体冷却效果。

虽然上述技术方案增强了空气冷却的散热效果，但该结构存在以下三个缺点：

1、该结构使用于单级压缩机，不适用于压比更高的双级压缩机；

2、在转子上增设风冷叶轮，增加风阻，降低压缩机能效；

3、定子绕组与定子铁芯间有间隙，向冷却水套传热热阻大，大量的热量通过空气对流带走，但空气对流冷却的散热效率低，使得定子温升较高，同时，这部分热量烘烤转子，使转子温度升高。

发明内容

因此，本发明提供一种电机冷却结构、电机、压缩机，能够克服相关技术中定子绕组及定子铁芯的热量向冷却水套传递热阻大、定转子温升较高的不足。

为了解决上述问题，本发明提供一种电机冷却结构，包括定子铁芯、冷却水套、外壳，所述冷却水套套装于所述定子铁芯的外周侧，所述外壳套装于所述冷却水套的外周侧，所述定子铁芯上绕设有定子绕组，还包括热管，所述热管的一端与所述定子铁芯接触连接，所述热管的另一端至少部分地与所述冷却水套接触连接。

优选地，所述冷却水套内具有冷却流道，所述热管的所述另一端伸入所述冷却流道内。

优选地，所述定子铁芯具有多个定子齿，相邻的两个定子齿之间形成定子槽，所述定子绕组部分处于所述定子槽内，所述定子槽的槽口处设有挡板，所述热管的所述一端处于所述挡板与所述定子绕组之间。

优选地，所述挡板的端部具有凹槽，所述热管的所述一端插装于所述凹槽内。

优选地，所述热管的所述一端和/或所述另一端上涂设有导热界面材料。

优选地，所述导热界面材料包括导热硅脂、导热凝胶、导热垫片中的一种。

优选地，所述外壳上构造有冷却气引入管以及冷却气引出管，所述冷却气引入管、冷却气引出管沿着所述外壳的轴向间隔设置。

优选地，所述热管设置于所述定子铁芯靠近所述冷却气引出管的一端。

本发明还提供一种电机，包括上述的电机冷却结构。

本发明还提供一种压缩机，包括上述的电机冷却结构。

本发明提供的一种电机冷却结构、电机、压缩机，通过高导热的所述热管将所述定子绕组产生的热量直接导入所述冷却水套，并经由所述冷却水套中的冷却液将热量高效带走，有效降低热阻，从而大幅降低了发热量较大的定子绕组的温度，减少了定子绕组对转子组件的烘烤，减低转子温度。

附图说明

图1为本发明实施例的电机冷却结构的拆解结构示意图(图中未示出外壳)；

图2为图1所示的电机冷却结构的立体结构示意图；

图3为本发明实施例的电机冷却结构的另一种实现方式的立体结构示意图(图中未示出外壳)；

图4为本发明实施例的电机冷却结构的又一种实现方式的结构示意图(内部剖视，图中未示出外壳)；

图5为本发明实施例的压缩机的内部结构示意图。

附图标记表示为：

1、定子铁芯；11、定子齿；12、挡板；2、冷却水套；21、冷却流道；22、水套插槽；3、外壳；4、定子绕组；5、热管；61、冷却气引入管；62、冷却气引出管；63、冷却液引入管；64、冷却液引出管；100、转子组件；101、止推轴承；102、径向轴承；103、轴承支座。

具体实施方式

结合参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供一种电机冷却结构，包括定子铁芯1、冷却水套2、外壳3，所述冷却水套2套装于(例如过盈配合)所述定子铁芯1的外周侧，所述外壳3套装于(例如过盈配合)所述冷却水套2的外周侧，所述定子铁芯1上绕设有定子绕组4，还包括热管5，所述热管5的一端与所述定子铁芯1接触连接，所述热管5的另一端至少部分地与所述冷却水套2接触连接，可以理解的是，所述接触连接指的是所述热管的一端或者另一端直接与相配合的冷却水套2或者定子绕组4接触形成热传递。该技术方案中，通过高导热的所述热管5将所述定子绕组4产生的热量直接导入所述冷却水套2，并经由所述冷却水套2中的冷却液将热量高效带走，有效降低热阻，从而大幅降低了发热量较大的定子绕组4的温度，减少了定子绕组4对转子组件100的烘烤，减低转子温度。

所述冷却水套2内具有冷却流道21，在一些实施方式中，所述冷却流道21为朝向所述外壳3一侧开口的螺旋槽，所述热管5的所述另一端伸入所述冷却流道21内(如图4所示)，实现所述热管5与所述冷却流道21内的冷却液的直接接触，进一步降低传热热阻，提高散热效率。而可以理解的是，所述外壳3上构造有冷却液引入管63、冷却液引出管64，通过所述冷却液引入管63将外部冷却液源中的冷却液引入所述冷却流道21，冷却液在换热之后由所述冷却液引出管64引出，形成冷却液冷却循环。

所述定子铁芯1具有多个定子齿11，相邻的两个所述定子齿11之间形成定子槽，所述定子绕组4部分处于所述定子槽内，所述定子槽的槽口处设有挡板12，所述热管5的所述一端处于所述挡板12与所述定子绕组4之间。该技术方案中，利用具有绝缘隔离作用的挡板12与所述定子绕组4之间的间隙形成对所述热管5的所述一端形成夹持固定，无需对热管5的所述一端单独设计固定结构，简化结构的设计。在一些实施方式中，所述挡板12的端部具有凹槽，所述热管5的所述一端插装于所述凹槽内，可以理解的，所述凹槽形成所述热管5的所述一端的容纳夹持空间，最好的，所述凹槽具有朝向所述定子绕组4一侧的开口面，以保证所述热管5的所述一端能够直接与所述定子绕组4接触，所述凹槽可以在挡板12通过切削的方式加工成型。而所述热管5的所述另一端则可以插装于所述冷却水套2的一个端面的水套插槽22内。

在一些实施方式中，所述热管5的所述一端和/或所述另一端上涂设有导热界面材料，所述导热界面材料例如为导热硅脂、导热凝胶、导热垫片中的一种。所述导热界面材料的采用能够进一步降低传热热阻，提高冷却散热效率。

在一些实施方式中，所述外壳3上构造有冷却气引入管61以及冷却气引出管62，所述冷却气引入管61、冷却气引出管62沿着所述外壳3的轴向间隔设置。该技术方案中，在采用冷却水套2对定子铁芯1及定子绕组4进行冷却的基础上，进一步引入外部的冷却气体对内部进行冷却，能够对所述定子绕组4，尤其是对定子绕组4远离所述定子铁芯1的一侧以及转子组件100进行高效冷却，能够进一步降低温升。

在一些实施方式中，如图3所示，所述热管5可以分别被设置在所述定子铁芯1的轴向两端的位置，且在每一端处分别设置多根所述热管5，从而能够对外壳3的内部部件实现高效冷却散热。而当所述外壳3上还构造有所述冷却气引入管61以及冷却气引出管62时，所述热管5设置于所述定子铁芯1靠近所述冷却气引出管62的一端，也即所述热管5被设置在冷却气流的流通方向的下游侧，提高定子绕组4的均温性，降低外壳内空气温度，避免向附近对温度敏感的空气轴承和转子组件传热，提高轴承的使用安全性和使用寿命，避免电机失效。而采用本申请的气流散热能够对

本发明提供的电机冷却结构，通过热管5中工质在定子绕组4附近蒸发吸热，到冷却水套2附近冷凝放热，并回流至定子绕组4一侧，持续且快速的将热量传递至冷却水套2，并通过冷却液强制对流散热，代替通过通入冷却气体的传统风冷散热，大幅降低发热量高的定子绕组4的传热热阻，且传统风冷散热的冷却气路下游温度被上游器件加热，温度较高，散热能力减弱，使得定子绕组4两侧温差较大，采用本发明的冷却结构，定子绕组4的大部分热量通过热管5向冷却水套2传导，进一步减少了气路下游的高温冷却气体的散热负担，进一步降低转子和空气轴承的温度，提高电机寿命。

根据本发明的实施例，还提供一种电机，包括上述的电机冷却结构。

根据本发明的实施例，如图5所示，还提供一种压缩机，尤其是一种超高速气悬浮空压机，包括上述的电机冷却结构。具体的，所述外壳3为压缩机外壳，其轴向两端分别设有相应的轴承支座103，以形成径向轴承102的安装载体，所述外壳3内还设有转子组件100，所述转子组件100通过其轴向两端的径向轴承102支承于所述外壳3内，所述转子组件100的轴向位移还通过两个相对设置的止推轴承101形成限定。

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 (10)

1.一种电机冷却结构，其特征在于，包括定子铁芯(1)、冷却水套(2)、外壳(3)，所述冷却水套(2)套装于所述定子铁芯(1)的外周侧，所述外壳(3)套装于所述冷却水套(2)的外周侧，所述定子铁芯(1)上绕设有定子绕组(4)，还包括热管(5)，所述热管(5)的一端与所述定子铁芯(1)接触连接，所述热管(5)的另一端至少部分地与所述冷却水套(2)接触连接。

2.根据权利要求1所述的电机冷却结构，其特征在于，所述冷却水套(2)内具有冷却流道(21)，所述热管(5)的所述另一端伸入所述冷却流道(21)内。

3.根据权利要求1所述的电机冷却结构，其特征在于，所述定子铁芯(1)具有多个定子齿(11)，相邻的两个所述定子齿(11)之间形成定子槽，所述定子绕组(4)部分处于所述定子槽内，所述定子槽的槽口处设有挡板(12)，所述热管(5)的所述一端处于所述挡板(12)与所述定子绕组(4)之间。

4.根据权利要求3所述的电机冷却结构，其特征在于，所述挡板(12)的端部具有凹槽，所述热管(5)的所述一端插装于所述凹槽内。

5.根据权利要求3所述的电机冷却结构，其特征在于，所述热管(5)的所述一端和/或所述另一端上涂设有导热界面材料。

6.根据权利要求5所述的电机冷却结构，其特征在于，所述导热界面材料包括导热硅脂、导热凝胶、导热垫片中的一种。

7.根据权利要求1所述的电机冷却结构，其特征在于，所述外壳(3)上构造有冷却气引入管(61)以及冷却气引出管(62)，所述冷却气引入管(61)、冷却气引出管(62)沿着所述外壳(3)的轴向间隔设置。

8.根据权利要求7所述的电机冷却结构，其特征在于，所述热管(5)设置于所述定子铁芯(1)靠近所述冷却气引出管(62)的一端。

9.一种电机，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的电机冷却结构。

10.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的电机冷却结构。

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