专利名称：一种带散热器的高功率密度永磁同步电机的制作方法
技术领域：
本发明属于永磁同步电机结构技术领域，具体涉及永磁同步电机的散热器结构。
背景技术：
目前随着稀土永磁材料的广泛应用，凭借现代先进的加工成型和充磁工艺，永磁电机已经成为电机行业发展的主要方向。特别是永磁同步电机具有精确可控、高效、功率大、可运行速度范围宽、结构简单免维护等优点，广泛应用于伺服电机、新能源汽车起动发电一体机、驱动电机和轮毂电机等领域。永磁同步电机由于采用永磁体作为磁场源，相比电励磁电机在同样的体积下能提供更强的磁场，因此相同功率等级的永磁同步电机能做到更高的功率密度、更小的体积以及更轻的质量。但是随着功率密度的提高，永磁同步电机的电、磁损耗也在不断增加，而永磁同步电机体积却变得更小了。采用传统的自然冷却方式已经无法满足永磁同步电机的热平衡，一旦热量聚集在永磁同步电机内部，就会使永磁同步电机持续升温，对永磁同步电机造成损害。由此永磁同步电机的散热问题已经成为了阻碍永磁同步电机的发展的一个瓶颈。现有的永磁同步电机，包括定子、转子、前端盖、后端盖等。其定子由机壳、定子绕组、定子铁心等组成；其转子由永磁磁钢、转子铁心、轴等组成。其机壳、前端盖、后端盖和轴构成一个封闭的外壳，将定子铁心、定子绕组、转子铁心、磁钢等隔离在电机内部。机壳的材料为铝合金或钢。现有永磁同步电机的散热器，如公开号为CN 101873034 A的“一种具有散热结构的纯电动汽车驱动电机”专利。公开的散热器包括散热齿，带密封水套的电机外壳体，冷却水道和进、出水嘴；所述散热齿分布在电机外壳体的表面；在电机外壳体内侧压装有起密封作用的水套；冷却水道为螺旋形，分布在电机的内壳体表面，由电机外壳体内侧的水套进行密封，可拆卸式进、出水嘴安装在电机外壳体上分别于冷却水道连通作为电机的进水口和出水口。该散热器同时具有电机机壳的功能。现有永磁同步电机散热器的主要缺点是
I.现有永磁同步电机散热器的水道由内、外壳体压装而成，其接触面无法保证绝对的密封而回造成水道壁漏水，水道壁漏水则会严重影响电机散热，因此该电机只能用于低水压的散热条件，只适用于对散热能力要求较低的普通电机。不能用于高功率密度永磁同步电机的散热条件。 2.现有永磁同步电机散热器的水道为单螺旋，进、出水口分在两端，进水口温度低、出水口温度高，造成壳体温度分布不均匀，电机各部分散热效果差异大，使电机局部温度过高会对电机绕组、磁钢等造成损坏。3.现有永磁同步电机散热器的组成元件较多结构复杂，水嘴安装在外壳体侧面，对外连接安装比较占用体积；并且水嘴为独立部件增加了电机总体重量，从而导致成本增加，制造工艺复杂，不便于推广应用
发明内容
本发明的目的是针对现有永磁同步电机散热器的不足，提供一种带散热器的高功率密度永磁同步电机。具有功率密度高，散热能力强，散热水压高，导热均匀，结构简单，体积小等特点，能完全满足高功率密度永磁同步电机的散热要求。实现本发明述目的的技术方案是一种带散热器的高功率密度永磁同步电机,主要包括由定子铁心、定子绕组、机壳、前端盖、后端盖组成的定子和由转子铁心、轴等组成的转子。其特征是本发明的散热器主要由装设于所述机壳壁内的呈双螺旋形的铜管或铝合金管水道和装设于所述前端盖上的进、出水嘴构成。所述机壳为长10Omm 300mm、外径为200mm 600mm、壁厚为30mm 70mm的圆
柱形。在圆柱形机壳的壁内中部设置了两个沿逆时针方向旋转的且沿轴向相距二分之一螺距的螺旋形水道。所述的两个螺旋形水道由内径为8mm 20mm、壁厚为Imm 4mm、螺距为30mm 60mm、轴向长度超过所述定子铁心的轴向长度5mm IOmm的铜管或招合金管制成。在所述两个螺旋形水道后端的连接处焊接了一个180°的弯头，在前端分别连接一个沿轴 向引出的进、出水口，形成一个双螺旋形水道。在所述机壳的外圆周面上，并对应于所述机壳壁内的双螺旋形水道的部分设置为波纹状，用以增大散热面，提高散热效果。所述机壳的前端面上，对应于所述双螺旋形水道的进、出水口处，分别设置孔径与所述水道的内径相匹配的、孔深为IOmm 30mm的通孔。所述的两个通孔的后端分别与所述的双螺旋形水道的进、出水口连通。在所述两个通孔的前端分别通过密封圈与所述前端盖的进、出水嘴连通。在所述机壳的前后端面上，分别均匀设置了 6 14个孔深为8mm 25mm的螺纹盲孔，所述机壳的前、后端分别通过螺纹盲孔和螺栓与所述前、后端盖固接。在所述前端盖的圆周边上，并对应于所述机壳的双螺旋形水道的进、出水口处，分别设置进、出水嘴。所述进、出水嘴均为圆台形的通孔。所述前端圆台形孔的孔深为5_ 15_，孔径与外部进、出水管的外径相匹配，以便分别与外部的进、出水管连通。所述后端圆台形孔的孔深为3mm 15mm，孔径与所述机壳壁内的进、出水口的内径相匹配，用以分别与所述进、出水口连通，以便将所述机壳内的热量通过循环水带到电机外，保证电机的充分散热，提高电机的功率密度。本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果
I.本发明散热器具有高水压、高散热能力、能满足高功率密度工作条件与现有永磁同步电机相比，本发明永磁同步电机在机壳内部设置有散热水道，极大地提高了该永磁同步电机的散热能力。与现有具有散热器的电机相比，本发明永磁同步电机的水道为铜管或铝合金管焊接而成，水道内表面不存在装配形成的接口或缝隙；并且水道加工成型后，在浇注机壳时固定在其内部一体成型，不需要再进行装配。水道的钢强度更高，气密性更好，可承受更高的水压，且避免了装配接口或缝隙漏水的问题。水冷散热器的散热能力与冷却水压成正比，水道能承受的水压越高，能提供的散热能力就越高，相对于现有的具有散热结构的电机，本发明永磁同步电机拥有更高的散热性能。由于永磁同步电机的功率密度主要受电机的散热能力限制，本发明永磁同步电机提高了散热能力，则能够满足永磁同步电机更高的功率密度要求，适用于更高性能的永磁同步电机。2.本发明散热器散热均衡，降低了永磁同步电机各部分温度梯度
由于永磁同步电机主要的热源来自于定子铁心和定子绕组。定子绕组嵌绕在定子铁心上，定子铁心装配在机壳内部，散热水道设置在机壳内部定子铁心装配位置的正上方，保证了热量最快、最均匀的散出。又由于冷却水流经水道不断吸收热量，所以进水口处温度最低，出水口处温度最高。为了保证机壳各部分温度基本相同，水道采用双螺旋形式。冷却水从进水口沿螺旋形水道从机壳前端流向后端，流经180°弯头后又经螺旋形水道从机壳后端流向前端，然后经出水口流出。冷却水从机壳前端流向后端时，前端温度低后端温度高；从机壳后端流向前端时，后端温度低前端温度高。最终经过整个散热循环，机壳各部分温度基本保持一致，电机内部的热量能均匀的向外传递，降低了永磁同步电机各部分温度梯度。保证了永磁同步电机各部件在稳定、安全的温度条件下工作。3.本发明散热器结构简单，体积小，充分利用轻量化结构减轻了电机重量
本发明永磁同步电机的散热器，与现有永磁同步电机的散热器相比减少了零部件数量。本发明散热器水道设置在机壳内部，进、出水嘴设置在前端盖上，整体结构简单、可靠性高，不因为增加散热器而增加永磁同步电机的体积和重量。机壳的外表面加工以及进、出水嘴等结构都充分利用了轻量化结构减轻了电机重量。实现了高性能、轻量化的结构，实现了高功率密度永磁同步电机要求的耐压高、散热能力强、体积小、结构简单的要求。本发明永磁同步电机的散热器可广泛应用于永磁同步电机中，特别适用于高功率密度的永磁同步电 机中。
图I为本发明的电机结构示意 图2为图I中的机壳结构示意 图3为图2中的机壳结构的前端面示意 图4为图2中的水道的结构示意 图5为图4中的水道的前端面示意图。图中1出水嘴，2出水口，3转子铁心，4轴，5前端盖，6定子铁心，7定子绕组，8进水嘴，9密封圈，10进水口，11机壳，12水道，13后端盖。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，对本发明的结构形式作进一步的说明。实施例I
如图I 5所示，一种带散热器的高功率密度永磁同步电机，主要包括由定子铁心6、定子绕组7、机壳11、前端盖5、后端盖13组成的定子和由转子铁心3、轴4等组成的转子。其特征是本发明的散热器主要由装设于所述机壳11壁内的呈双螺旋形的铜管或铝合金管水道12和装设于所述前端盖5上的进、出水嘴8、I构成。所述机壳11为长134mm、外径为240mm、壁厚为42mm的圆柱形。在圆柱形机壳11的壁内中部设置了两个沿逆时针方向旋转的且沿轴向相距15mm的螺旋形水道12。所述的两个螺旋形水道12由内径为10mm、壁厚为1mm、螺距为30mm、轴向长度85mm的铜管制成。在所述两个螺旋形水道12后端的连接处焊接了一个180°的弯头，在前端分别连接了一个沿轴向引出的进、出水口 10、2，形成了一个双螺旋形水道12。在所述机壳11的外圆周面上，并对应于所述机壳11壁内的双螺旋形水道12的部分设置为波纹状。所述机壳11的前端面上，对应于所述双螺旋形水道12的进、出水口 10、2处，分别设置了孔径与所述水道12的内径相匹配的、孔深为25_的通孔。所述的两个通孔的后端分别与所述的双螺旋形水道12的进、出水口 10、2连通。在所述两个通孔的前端分别通过密封圈9与所述前端盖5的进、出水嘴8、1连通。在所述机壳11的前后端面上，分别均匀设置了 12个孔深为12_的螺纹盲孔，所述机壳11的前、后端分别通过螺纹盲孔和螺栓与所述前、后端盖5、13固接。在所述前端盖5的圆周边上，并对应于所述机壳11的双螺旋形水道12的进、出水口 10、2处，分别设置进、出水嘴8、1。所述进、出水嘴8、1均为圆台形的通孔。所述前端圆台形孔的孔深为7_、孔径与外部进、出水管的外径相匹配。所述后端圆台形孔的孔深为5mm、孔径与所述机壳11壁内的进、出水口 10、2的内径相匹配，用以分别与所述进、出水口10、2连通。实施例2
一种带散热器的高功率密度永磁同步电机，同实施例1，其中
所述机壳11长280mm、外径为540mm、壁厚为60mm。所述水道12内径为15mm、壁厚为2mm、螺距为50mm、轴向长度180mm。所述进、出水口 10、2的内径为12mm。所述机壳11的前后端面上，分别均匀设置了 14个孔深为16mm的螺纹盲孔。所述前端盖5上所述进、出水嘴8、I前端圆台形孔深为10mm、后端圆台孔深为5mm。实施例3
一种带散热器的高功率密度永磁同步电机，同实施例1，其中
所述机壳11长100mm、外径为200mm、壁厚为30mm。所述水道12内径为8mm、壁厚为1mm、螺距为30mm、轴向长度75mm。所述进、出水口 10、2的内径为6mm。所述机壳11的前后端面上，分别均匀设置了 8个孔深为9mm的螺纹盲孔。所述前端盖5上所述进、出水嘴8、I前端圆台形孔深为6mm、后端圆台孔深为4mm。
权利要求
1.一种带散热器的高功率密度永磁同步电机，主要包括由定子铁心￠)、定子绕组(7)、机壳(11)、前端盖(5)、后端盖(13)组成的定子和由转子铁心(3)、轴(4)组成的转子，其特征在于本发明的散热器主要由装设于所述机壳(11)壁内的呈双螺旋形的铜管或铝合金管水道(12)和装设于所述前端盖(5)上的进、出水嘴(8、I)构成； 所述机壳(11)为长10Omm 300mm、外径为200mm 600mm、壁厚为30mm 70mm的圆柱形，在圆柱形机壳(11)的壁内中部设置了两个逆时针方向旋转的且沿轴向相距二分之一螺距的螺旋形水道(12)，所述的两个螺旋形水道(12)由内径为8mm 20mm、壁厚为Imm 4mm、螺距为30mm 60mm、轴向长度超过所述定子铁心(6)的轴向长度5mm IOmm的铜管或铝合金管制成，在所述两个螺旋形水道(12)后端的连接处焊接了一个180°的弯头，在前端分别连接一个沿轴向引出的进、出水口(10、2)，形成一个双螺旋形水道(12)，在所述机壳(11)的外圆周面上，并对应于所述机壳(11)壁内的双螺旋形水道(12)的部分设置为波纹状，所述机壳(11)的前端面上，对应于所述双螺旋形水道(12)的进、出水口(10、 2)处，分别设置孔径与所述水道(12)的内径相匹配的、孔深为IOmm 30mm的通孔，所述的两个通孔的后端分别与所述的双螺旋形水道(12)的进、出水口(10、2)连通，在所述两个通孔的前端分别通过密封圈(9)与所述前端盖(5)的进、出水嘴(8、1)连通，在所述机壳(11)的前后端面上，分别均匀设置了 6 14个孔深为8mm 25mm的螺纹盲孔，所述机壳(11)的前、后端分别通过螺纹盲孔和螺栓与所述前、后端盖(5、13)固接； 在所述前端盖(5)的圆周边上，并对应于所述机壳(11)的双螺旋形水道(12)的进、出水口(10、2)处，分别设置进、出水嘴(8、1)，所述进、出水嘴(8、1)均为圆台形的通孔，所述前端圆台形孔的孔深为5mm 15_、孔径与外部进、出水管的外径相匹配,所述后端圆台形孔的孔深为3mm 15mm、孔径与所述机壳(11)壁内的进、出水口(10、2)的内径相匹配。
全文摘要
一种带散热器的高功率密度永磁同步电机，涉及永磁同步电机的散热器结构。所述电机包括由定子铁心、定子绕组、机壳、前端盖、后端盖组成的定子和由转子铁心、轴等组成的转子。其特征是本发明散热器主要由装设于所述机壳壁内的呈双螺旋形的铜管或铝合金管水道和装设于前端盖上的进、出水嘴构成。本发明的散热器具有耐高水压、散热能力强、散热均衡，结构简单，体积小等特点。本发明的散热器可广泛应用于永磁同步电机中，特别适用于高功率密度永磁同步电机。
文档编号H02K5/04GK102969827SQ201210440178
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者曾蔓玲, 陈东, 董少飞, 唐晓春, 胡加勇, 朱春堂 申请人:重庆红宇精密工业有限责任公司