一种采用直接冷却方式的双气隙高功率密度电机的制作方法

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本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种采用直接冷却方式的双气隙高功率密度电机。


背景技术：

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作为新能源汽车的核心零部件，高功率密度驱动电机技术发展受到各国的高度重视。随着新能源汽车技术的迅速发展，对驱动电机的重量、体积、功率密度、可靠性提出了更高的要求。
[0003]
目前大部分研究单位都试图通过增大电机磁阻转矩、提高电机转速或者采用液体冷却方式来尽可能增大驱动电机的功率密度。电机输出的转矩与输入电流成正相关，同时绕组的发热量与输入电流的二次方成正相关，增大电流输入可以增大电机的输出，但是也将带来发热量的剧烈增加，而且电机高温将引起永磁体的高温退磁而造成电机内零部件的损坏。传统的电机都是先将绕组上的热量传导到定子铁心上，再通过定子铁心传导到水冷壳体，但是，由于定子铁心和水冷壳体之间的热阻较大、传热路径较长，导致热量传递受阻，引起电机内部的高温。为了降低电机内部的温度，必须减小电机的输入电流，这在很大程度上限制了电机输出功率。
[0004]
与此同时，单定子单转子的传统结构永磁同步电机，限制了功率密度进一步提高。为了提高电机的输出功率与功率密度，越来越多的双定子与双转子的电机被研究出来。目前对于双转子电机的研究主要集中在研究定子有磁轭型n-n拓扑结构和n-s拓扑结构，该两种结构电机的内外转子可以独立工作，具有转矩密度高，结构紧凑等优点，但是定子磁轭容易出现磁饱和以及磁场耦合问题，同时由于结构原因，作为电机主要的发热源，电机定子空间有限，液冷系统难以集成，故很难采用液冷方式进行冷却，使电机的功率密度很难进一步提高。


技术实现要素：

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本实用新型的目的在于提供一种采用直接冷却方式的双气隙高功率密度电机，该电机采用双转子的结构，增大了电机输出功率，同时将冷却水套直接和电机绕组接触进行散热，解决了双转子单定子电机冷却难的问题。
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为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
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一种采用直接冷却方式的双气隙高功率密度电机，包括定子总成、转子总成和冷却水套。
[0008]
所述定子总成包括若干依次设置的定子组件，相邻定子组件之间设有定子组件间隙；所述定子组件包括定子铁芯和缠绕在定子铁芯上的定子绕组。
[0009]
所述转子总成包括内转子和外转子；所述内转子、定子总成和外转子由内向外依次同轴设置。
[0010]
所述冷却水套包括圆形的水套主体和沿水套主体一侧圆周均匀分布的若干水套
分支；所述水套主体包括依次设置的进水口汇流管道和出水口汇流管道；所述水套分支包括分支壳体和开设在分支壳体内部的液冷管道；所述液冷管道的一端与进水口汇流管道相连，另一端与出水口汇流管道相连；所述水套分支和定子组件间隙一一对应设置，各水套分支分别插入各自对应的定子组件间隙中。
[0011]
进一步的，所述水套分支与其两侧的定子组件之间填充有灌封材料，所述灌封材料采用环氧树脂材料。
[0012]
进一步的，所述内转子和外转子均安装在转子连接件上；所述转子连接件包括支撑盘和设置在支撑盘中间的输出轴；所述支撑盘的外圈设有外转子连接孔，内圈设有内转子连接孔；所述支撑盘上还开设有若干减重孔。
[0013]
进一步的，所述进水口汇流管道上设有进水口和若干液冷管道进水端；所述出水口汇流管道上开设有出水口和若干液冷管道出水端；所述液冷管道进水端的当量直径等于液冷管道出水端的当量直径。
[0014]
进一步的，所述内转子和外转子均包括转子磁轭和嵌入安装在转子磁轭上的磁钢。
[0015]
进一步的，所述定子铁芯的横截面为梯形，且其一端设有绕组挡板。
[0016]
进一步的，所述冷却水套采用铝合金材料。
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和现有技术相比，本实用新型的优点为：
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(1)本实用新型将冷却水套中的水套分支和定子绕组直接相接触进行散热，同时在定子绕组和水套分支之间填充有具有高热传导系数的灌封材料(灌封材料采用环氧树脂材料)，这不仅可增大定子绕组与水套分支之间的接触面积，还可以起到固定定子铁芯和定子绕组的作用。定子绕组产生的热量直接传递给水套分支或经由灌封材料传递至水套分支，再由冷却水套内的冷却液输送出电机。与现有的水冷电机相比，本实用新型缩短了电机定子绕组与冷却水套之间的传热路径长度，有效减小了定子绕组和冷却水套之间的热阻，提高了电机散热的效率，从而进一步提高电机的扭矩密度和功率密度。
[0019]
(2)本实用新型通过内转子和外转子共同形成闭合磁路，可以等效为一台外转子电机和一台内转子电机同时工作，内外转子通过转子连接件进行连接，使内转子与外转子可以通过同一根轴进行功率输出。本实用新型的内外转子采用内嵌式结构，可以有效增加电机凸极比，提高电机的弱磁能力和磁阻转矩；同时采用了隔磁桥进行导磁，减小其漏磁。
[0020]
(3)本实用新型将液冷管道进水段与出水段的当量直径设计为相同的值，即使液冷管道进水端的当量直径等于液冷管道出水端的当量直径，这样能够保证电机的温度均匀性。
附图说明
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图1是本实用新型的结构示意图；
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图2是本实用新型的纵向剖视图；
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图3是定子总成、冷却水套与灌封材料的装配结构示意图；
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图4是定子总成、冷却水套与灌封材料的装配结构侧视图；
[0025]
图5是定子总成、冷却水套与灌封材料的位置关系示意图；
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图6是冷却水套的结构示意图一；
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图7是冷却水套的结构示意图二(水套主体的局部剖开)；
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图8是转子连接件的结构示意图一；
[0029]
图9是转子连接件的结构示意图二。
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其中：
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1、定子绕组，2、液冷管道，3、定子铁芯，4、外转子磁钢，5、内转子磁钢，6、内转子，7、外转子，8、水套主体，9、转子连接件，10、输出轴，11、外转子连接孔，12、灌封材料，13、转子磁轭，14、隔磁桥，15、进水口，16、出水口，17、进水口汇流管道，18、出水口汇流管道，19、液冷管道进水端，20、液冷管道出水端，21、水套分支，22、内转子连接孔，23、绕组挡板，24、减重孔。
具体实施方式
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下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
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如图1和图2所示的一种采用直接冷却方式的双气隙高功率密度电机，包括定子总成、转子总成和冷却水套。所述定子总成包括若干依次设置的定子组件，相邻定子组件之间设有定子组件间隙。
[0034]
所述定子组件包括定子铁芯3和缠绕在定子铁芯3上的定子绕组1。所述定子铁芯3的横截面为梯形，且其一端设有绕组挡板23，绕组挡板23对定子绕组起到限位的作用，防止定子绕组1从定子铁芯3上滑落。本实用新型中的定子总成采用无轭部结构，避免了常规双转子电机易出现的定子轭部磁路饱和和磁场耦合问题。
[0035]
所述转子总成包括内转子6和外转子7。所述内转子6、定子总成和外转子7由内向外依次同轴设置。所述内转子6和外转子7均包括转子磁轭13和嵌入安装在转子磁轭13上的磁钢。所述磁钢与转子磁轭之间设有隔磁桥14。所述内转子和外转子均安装在转子连接件上。
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如图6和图7所示，所述冷却水套包括圆形的水套主体8和沿水套主体8一侧圆周均匀分布的若干水套分支21；所述水套主体8包括依次设置的进水口汇流管道17和出水口汇流管道18；所述水套分支21包括分支壳体和开设在分支壳体内部的液冷管道2。所述液冷管道2的一端与进水口汇流管道17相连，另一端与出水口汇流管道18相连。所述水套分支21和定子组件间隙一一对应设置，各水套分支分别插入各自对应的定子组件间隙中。所述进水口汇流管道上设有进水口15和若干液冷管道进水端19；所述出水口汇流管道上开设有出水口16和若干液冷管道出水端20。所述液冷管道进水端19的当量直径等于液冷管道出水端20的当量直径。所述冷却水套采用强度较高的铝合金材料，作为整个电机的框架，对定子总成起到支撑作用。冷却液由进水口15进入到进水口汇流管道17内；在进水口汇流管道17内流淌时，通过各个液冷管道进水端19分别进入到各个水套分支21中的液冷管道2中，冷却液在液冷管道2中流动时，会与和水套分支21相接触的定子组件、灌封材料12发生热量的交换；各个水套分支21的液冷管道2中的冷却液最终由各个液冷管道出水端20汇总进入到出水口汇流管道18中，最后由出水口16排出至电机外侧。
[0037]
如图3-图5所示，所述水套分支21与其两侧的定子组件之间填充有灌封材料12，所述灌封材料采用环氧树脂材料。所述灌封材料12具有高热传导系数。水套分支21的外壁面直接与定子组件相接触，或者通过灌封材料12与定子组件相接触。
[0038]
如图8和图9所示，所述转子连接件包括支撑盘和设置在支撑盘中间的输出轴10；所述支撑盘的外圈设有外转子连接孔11，内圈设有内转子连接孔22；所述支撑盘上还开设有若干减重孔24。所述内转子6与外转子7共轴，并通过转子连接件9连接，使内转子6与外转子7的推力能够在输出轴10输出。所述输出轴10，作为整个电机的输出轴。所述内转子磁钢5与外转子磁钢4均采用一字型内嵌结构均匀嵌入转子内部，磁钢分布采用n-s结构，内转子6和外转子7共同形成闭合磁路，磁力线由n极发出，经过内转子与定子间气隙-铁芯-外转子与定子气隙-外转子磁轭-外转子与定子气隙-铁芯-内转子磁轭，回到n极。
[0039]
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。