[发明专利]一种扁平型永磁电机端部绕组直接冷却装置及方法

说明书

本发明公开了一种扁平型永磁电机端部绕组直接冷却装置及方法。该装置包括水冷机壳、定子铁心、导热管、电枢绕组和端部导热环。方法为：首先加工好端部导热环，沿着端部导热环圆周方向设置若干个安装孔；然后通过工装在定子铁心上嵌装电枢绕组，在电枢绕组端部沿圆周方向预留与端部导热环上数量一致的插孔，插孔直径与导热管的外径匹配；接着将端部导热环安装到定子铁心和电枢绕组端部外圈上，端部导热环上的插孔与电枢绕组端部插孔对应设置，将导热管从外圆插入到端部导热环和电枢绕组端部插孔内；最后将安装组合好的定子热套置入水冷机壳内。本发明改善了电机的端部散热性能，提高了电机绕组电流密度，提升了电机功率密度。

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，特别是一种扁平型永磁电机端部绕组直接冷却装置及方法。

背景技术

相比传统异步电机和电励磁同步电机，永磁电机具有功率密度高、效率高等显著优势，在新能源电动汽车驱动与发电系统、风力发电系统等场合具有重要的应用价值和广阔的应用前景。而永磁电机的冷却散热直接决定了电机内部的绕组电流密度，提升电机的散热能力，是提高电机功率密度最直接的方法。永磁电机一般设计为内封闭系统，往往采用全封闭结构设计，其散热方式主要有机壳风冷、机壳液冷和电机内部油冷等方式。点击内部油冷方式是最为优良的一种散热方式，可以大幅提升电机功率，但是电机内部油道结构设计复杂，可靠性差，并且油冷电机的使用维护也是一个短板。目前针对高功率密度永磁电机散热的主要方式仍然是水冷方式，然而水冷永磁电机长期稳定运行的绕组电流密度一般最大不能超过10A/mm²。

在一些特殊场合应用，例如轮毂驱动、透平发电等，对电机的长径比具有严格要求，一般希望在这些场合电机的外径较大，轴向长度较小。由于水冷电机冷却机壳上设置水道，电机定子上绕组和铁心产生的热量通过定子铁心外圆与机壳内壁接触散热，因此电机呈扁平状，其定子与机壳接触面小，其散热能力也受到了一定的限制。另外，对于这种扁平型的永磁电机，绕组端部占比大，端部绕组与暴露在电机内部的空气汇总，绕组端部损耗的散热成为了主要问题，也直接限制了电机功率的提升。为了解决这个问题，发明专利CN107659018 A公开了一种加强电机端部冷却的可拆卸式热管冷却结构，安装于电机端部两侧，用于同时对端部绕组、端部空气和转子进行冷却；然而该专利中热管采用了弯曲结构，增加了结构复杂程度，且热管围绕在端部绕组外圈，接触面有限，难以充分发挥热管的散热能力。发明专利CN 109428422 A公开了一种电机绕组端部冷却装置及冷却系统，其端部设置有冷却管道，冷却管道与绕组端部直接接触，冷却介质在所述冷却管路内流动以对定子绕组端部进行冷却；同理这种冷却结构复杂，冷却管道设计加工制造困难，且散热能力有待进一步提高。专利CN 109314444 A公开的电动机冷却系统可以实现端部的油冷，但是其结构复杂。针对轮毂电机其长径比小的特点，专利CN 108270301 A公开了一种具有绕组端部冷却结构的定子结构及其电机，采用定子端部灌封密封，形成冷却回路，其实质是一种油冷方式，冷却效果较好，但是密封型和结构可靠性有待进一步验证。专利CN 108964318 A公开了一种电机定子绕组的复合灌封冷却结构，其在定子绕组端部与机壳之间设置有热管，且热管为异形结构；热管的吸热端与绕组端部外圈紧密接触，热管的冷却端与机壳内壁紧密接触，接触部位的机壳内部有冷却水道，采用绝缘导热灌封胶将从电机绕组端部至机壳内壁的空心圆柱体区域灌封，形成复合灌封冷却结构，这种结构热管结构复杂，工艺实现差，且也是在绕组端部外圈接触散热，灌封工艺成本高。

从目前现有公开的专利文献来看，电机端部绕组的冷却已经具有较大的技术进步和先进性，然而无论是利用热管还是端部灌封，抑或是端部密封油冷，其总体结构复杂，导致生产成本相对较高以及故障率相对较高，且散热能力有待进一步提高，针对扁平型永磁电机的绕组高效冷却方案还存在较大的技术缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、容易实现、散热能力强的扁平型永磁电机端部绕组冷却装置及方法，且前期加工制造难度和后期维护成本低、适用性强。