定子采用铜管结构的直冷直驱式电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及定子采用铜管结构的直冷直驱式电机，属于电机设备技术领域。
【背景技术】
[0002]新能源汽车中，电机的性能指标对整车的动力性及续行里程产生直接的影响，而电机的功率密度又决定了性能指标的优劣。目前，整车厂对电机的功率密度不断提出更高的要求，然而在传统电机中，电机本体结构的特点使得电机系统功率密度的提升空间越来越小。因此，新型电机应从电机结构、冷却方式和电机驱动方式等方面着手，在保持电机系统效率不变或略有提高的前提下，提高功率密度、简化结构，对于新能源汽车的发展能够起到极大的推动作用。
[0003]目前的交流电动机定子线圈根据绕制的形状与嵌装布线方式不同，可分为集中式绕组和分布式绕组两类。集中式绕组的绕制和嵌装比较简单，但效率较低，运行性能也差。所以绝大部分交流电机都是应用分布式绕组。但无论是哪种绕组形式，每个磁极都是由若干线圈按照一定的规律嵌装绕线组成线圈组，通电后形成不同极性的磁极;对于传统电机而言，驱动电压的等级向着两个方向发展，而低压驱动方式更具特点，由于定子绕组匝数越多，感应电动势越高，因此很难实现在较低电压下电机高速运行，而想要使电机在低压下运行，必须对电机本体结构进行优化设计。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有新能源汽车用电机系统效率低，结构复杂，不能实现电机在低压下高速运行的问题，进而提供定子采用铜管结构的直冷直驱式电机。
[0005]本发明的技术方案:
[0006]定子米用铜管结构的直冷直驱式电机包括壳体、定子铁芯、转子铁芯、永磁体、驱动模块、驱动电源、铜管、转轴和两个水道环，所述的定子铁芯安装设置在壳体内，所述的定子铁芯为圆环形结构，定子铁芯的环体上设有若干槽孔，每个槽孔内均安装有铜管，所述两个水道环分别设置定子铁芯的两侧，铜管通过水管接头与水道环建立连接，所述的转子铁芯为圆柱形结构，转子铁芯的外圆柱面上安装有永磁体，转子铁芯设置在定子铁芯的环体内，转子铁芯上安装有转轴，所述的驱动模块和驱动电源建立连接并设置在壳体的一侧卡槽内。
[0007]优选的:所述的两个水道环上还安装有注水管，注水管的另一端穿过壳体设置在壳体的外侧。
[0008]优选的:所述的定子铁芯槽孔内的铜管的两端均凸出定子铁芯设置。
[0009]优选的:所述的水道环为环形结构，水道环的横截面呈“回”形，水道环的内端面直径大于转子铁芯的外端面直径。
[0010]本发明具有以下有益效果:本发明的定子采用铜管结构的直冷直驱式电机，定子采用铜管结构，兼做冷却“水道”、每根铜管直接独立驱动，单根铜管代替多匝线圈，用单根导体所产生的磁场来等效多匝线圈所产生的磁场，进而产生车辆所需的驱动力；同时用对通电导体直接冷却的方式代替传统水冷电机通过外壳体冷却线圈的方式，可有效降低导体因温度升高所带来的额外损耗;采用电机与电机驱动器一体化结构代替通常的电机、控制器分体结构，大幅减小系统体积，有效提高电机系统功率密度。本发明机构布局巧妙，结构简单，便于安装，易于批量化生产，易于维护，生产成本低，易于推广应用。
【附图说明】
[0011 ]图1是定子采用铜管结构的直冷直驱式电机的结构示意图；
[0012]图中1-壳体，2-定子铁芯，3-转子铁芯，4-永磁体，5-驱动模块，6_驱动电源，7_铜管，8-转轴，9-水道环，I O-水管接头，11-注水管。
【具体实施方式】
[0013]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式的定子采用铜管结构的直冷直驱式电机包括壳体1、定子铁芯2、转子铁芯3、永磁体4、驱动模块5、驱动电源6、铜管7、转轴8和两个水道环9，定子铁芯2安装设置在壳体I内，所述的定子铁芯2为圆环形结构，定子铁芯2的环体上设有若干槽孔，每个槽孔内均安装有铜管7，所述两个水道环9分别设置定子铁芯2的两侧，铜管7通过水管接头10与水道环9建立连接，所述的转子铁芯3为圆柱形结构，转子铁芯3的外圆柱面上安装有永磁体4，转子铁芯3设置在定子铁芯2的环体内，转子铁芯3上安装有转轴8，所述的驱动模块5和驱动电源6建立连接并设置在壳体I的一侧卡槽内；所述的两个水道环9上还安装有注水管11，注水管11的另一端穿过壳体I设置在壳体I的外侧;所述的定子铁芯2槽孔内的铜管7的两端均凸出定子铁芯设置;所述的水道环9为环形结构，水道环9的横截面呈“回”形，水道环9的内端面直径大于转子铁芯3的外端面直径。如此设置，这种直冷式电机定子采用铜管结构的线圈一方面产生电磁转矩另外一个做用是冷却液体的冷却“水道”，工作时，电机定子铁芯2产生磁场与转子铁芯3配合实现转动，同时通过注水管11向水道环9内注水或冷却介质，如此安装在定子铁芯2内部的铜管7内均填充满水或冷却介质，同时铜管7和安装在两端的水道环9组成一个循环系统，可以在电机转动的同时循环更换铜管7内的水或介质，实现冷却作用;驱动电源6是一种带有正负极转换的装置，工作时可以通过转换模块实现驱动电源6的正负极转换，从而实现电机的正转和反转。
[0014]传统电机的铁耗、定子绕组铜耗、转子磁钢的涡流损耗、机械损耗是电机发热的主要原因，初步统计电机铜耗约占总损耗的75 %左右，是铁耗4倍左右，采用电机壳体冷却方式并不能迅速将定子热量带走，因而造成散热困难，温升过高，容易引起永磁体过热而产生不可逆退磁。实验测得当冷却水温达到70°C时，定子温度可达到150°C左右。温度上升是铜耗增加的主要原因，对于同一定子线圈来说，温度每增加10°C，定子线圈电阻值增加2%左右，因此，若能将定子温度降至与冷却水温接近，可有效增加电机效率。经计算，若定子温度由150°C降至70°C，铜耗可降低16%，可将电机效率提高接近I个百分点。本项目采用对定子线圈直接冷却的方式，在定子线圈导体内通以冷却液，利用铜管内的冷却液降低定子温度，这种冷却方式可以显著提高冷却效率。
[0015]针对所采用的电机结构，深入研究电机启动过程的运行机理，采取有效的方法抑制启动过程中的冲击电流，充分利用冲击电流提高电机的启动转矩。其研究成果对单层绕组单只线圈独立驱动的电机启动控制具有一定的指导意义。
[0016]这种新型电机特别适合于新能源汽车，突出的优势表现为:
[0017]I)可靠性高，具有很好的容错能力，每槽单独驱动；
[0018]2)功率密度高、电机与控制器一体化结构，可将永磁同步电机调速系统功率密度提尚1 %以上；
[0019]3)结构简单，易于批量化生产，易于维护，生产成本低，易于推广应用；
[0020]4)低电压，安全可靠。
[0021]本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
【主权项】
1.定子采用铜管结构的直冷直驱式电机，包括壳体(I)、定子铁芯(2)、转子铁芯(3)、永磁体(4)、驱动模块(5)、驱动电源(6)、铜管(7)、转轴(8)和两个水道环(9)，其特征在于:所述的定子铁芯(2)安装设置在壳体(I)内，所述的定子铁芯(2)为圆环形结构，定子铁芯(2)的环体上设有若干槽孔，每个槽孔内均安装有铜管(7)，所述两个水道环(9)分别设置定子铁芯(2)的两侧，铜管(7)通过水管接头(10)与水道环(9)建立连接，所述的转子铁芯(3)为圆柱形结构，转子铁芯(3)的外圆柱面上安装有永磁体(4)，转子铁芯(3)设置在定子铁芯(2)的环体内，转子铁芯(3)上安装有转轴(8)，所述的驱动模块(5)和驱动电源(6)建立连接并设置在壳体(I)的一侧卡槽内。2.根据权利要求1所述的定子采用铜管结构的直冷直驱式电机，其特征在于:所述的两个水道环(9)上还安装有注水管(11)，注水管(11)的另一端穿过壳体(I)设置在壳体(I)的外侧。3.根据权利要求1所述的定子采用铜管结构的直冷直驱式电机，其特征在于:所述的定子铁芯(2)槽孔内的铜管(7)的两端均凸出定子铁芯设置。4.根据权利要求1所述的定子采用铜管结构的直冷直驱式电机，其特征在于:所述的水道环(9)为环形结构，水道环(9)的横截面呈“回”形，水道环(9)的内端面直径大于转子铁芯(3)的外端面直径。
【专利摘要】定子采用铜管结构的直冷直驱式电机，属于电机设备技术领域。本发明为了解决现有新能源汽车用电机系统效率低，结构复杂，不能实现电机在低压下高速运行的问题。本发明包括壳体、定子铁芯、转子铁芯、永磁体、驱动模块、驱动电源、铜管、转轴和水道环，定子铁芯安装设置在壳体内，定子铁芯的环体上设有若干槽孔，每个槽孔内均安装有铜管，两个水道环分别设置定子铁芯的两侧，铜管通过水管接头与水道环建立连接，转子铁芯的外圆柱面上安装有永磁体，转子铁芯设置在定子铁芯的环体内，转子铁芯上安装有转轴，驱动模块和驱动电源建立连接并设置在壳体的一侧卡槽内。本发明结构简单，便于安装，易于批量化生产，易于维护，生产成本低，易于推广应用。
【IPC分类】H02K1/20, H02K3/22
【公开号】CN105576863
【申请号】CN201511009802
【发明人】周凯, 王旭东, 那日沙
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月29日