[发明专利]螺旋双水流道冷却高功率密度永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明属于高功率密度永磁同步电机散热技术领域。

背景技术

由于电动汽车驱动电机的功率密度要求越来越高，永磁同步电机转子由永磁体提供磁场，无需励磁绕组励磁，因而其结构简单，相应的装配与加工费用低，便于维修。永磁同步电机无需励磁电源，故其更加节能，由于永磁同步电机没有电刷和集电环结构，因而电机高速运行时没有相应部件的摩擦，电机运行更为可靠安全，使用寿命更长。永磁同步电机永磁体能提供更强的磁场，因此其功率密度高，相同功率等级下，永磁同步电机体积更小，质量更轻，更为节能，可靠性高，使用寿命长，因此其在电动汽车领域有广泛的应用前景。

高功率密度电机运行时发热严重，热量如果不能及时散去，将使电机内部温度迅速增加。长期处于高温下会使永磁体发生不可逆性退磁，大大降低永磁同步电机的性能，同时也会减少电机的使用寿命，产生无法预知的安全隐患。现有的永磁同步电机散热主要分为风冷和水冷两种。风冷式散热结构是在电机上加装散热风扇，通过风扇产生的气流扰动对电机进行强制散热，但由于风扇产生的风量实际到达电机内部的风量较小，散热不均匀，散热效果不理想，一般适用于功率较小的电机。

中国专利文献CN105490458A于2016年4月13日公开了一种电机散热结构，其风冷式散热器采用端盖内部设置内风扇，并在端盖外部设置辅助散热风扇及导风罩，在导风罩上设置挂钩，将冰袋挂在挂钩上，增加冷却效果。该专利能起到一定的散热效果，挂上冰袋后效果更优异，但是由于电机内部间隙小，实际通过电机内部的风量较小，且冰袋内的冰迅速融化，由于电机运行时不能停止以更换冰袋，因而该结构不仅无法降温，反而会被加热，增加额外的热负担，影响电机的散热。

水冷结构散热效果相对于风冷散热结构要好，高功率电机一般采用水冷结构。现有水冷技术大多是通过将机壳分为机壳内壁和机壳外壁，在内壁和外壁形成空腔作为水流道，在机壳外壁设置进水口和出水口，专利文献CN101577454A的三相水冷永磁同步电机、专利文献CN103401346A的电动车水冷永磁同步电机冷却水流道结构等均采用了类似的水冷结构，这种结构的水流道是通过外壳内壁和外壁压装而成的，其缺点是：1、为保证较好的密封效果，需要较高的加工精度，加工成本高，而且不能确保完全密封，会造成漏水现象；2、压装而成的水流道承受的水压不能太高，对于转角过大的水道，水流经过时会产生较大的冲击力，同时造成水压损失，影响散热效果，因此不适用于功率要求很高的电机；3、由于这种结构会造成进水口温度低，出水口温度高，使得电机散热不均匀，电机各部分温差较大，容易造成电机损坏。

发明内容

针对现有永磁同步电机散热结构的不足，本发明所要解决的技术问题就是提供一种螺旋双水流道冷却高功率密度永磁同步电机，它能提高电机的散热性能，且散热均匀，增加永磁同步电机的使用寿命，减少电机故障。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括定子、转子和散热系统，所述定子主要由定子铁心、定子绕组、机壳、前端盖和后端盖组成，所述转子包含转子铁心和转轴，所述散热系统由温度传感器、DSP控制芯片、第一螺旋水流道、第二螺旋水流道和水泵构成，机壳内布设有第一螺旋水流道和与第一螺旋水流道水流反向的第二螺旋水流道，前端盖开设有第一螺旋水流道的进水口和第二螺旋水流道的出水口，后端盖上开设第二螺旋水流道的进水口和第一螺旋水流道的出水口，定子铁心的中部安装温度传感器，温度传感器采集的温度数据传输到DSP控制芯片，DSP控制芯片根据实时温度数据控制水泵加压，改变冷却水水流速度。

本发明的技术效果是：

由于螺旋形水流道结构能够增大散热面积，带走更多热量，在电机机壳内开设反向水流的两条螺旋形水流道，第一螺旋形水流道的冷却水在从电机前端流向后端的同时，第二水流道里的冷却水从电机的后端流向电机的前端，散热效果好，散热均匀，使电机整体温度均匀；

整个螺旋形水流道没有转角过大的弯道，水压损失小，能通过大水压水流；

利用温度传感器将电机的温度传输给DSP控制芯片，由DSP控制芯片根据电机实时温度控制冷却水水流速度，当电机温度过高时，流速快的水流迅速带走大量热量，使得电机散热高效，能获得优异的温度控制效果；

整个螺旋形水流道由铸造而成，工艺简单，制造成本低，能实现水流道的完全密封，杜绝了冷却液外泄带来的安全隐患。冷却水进入电机前根据场合设定合适的初始温度，在电机功率特别大的情况下采用一个初始温度较低的冷取水，让电机降温效果更加显著。冷却水经外部冷却后循环使用，节约水资源；