外转子电机的冷却水道及其制造方法、外转子电机及其冷却系统与流程

本发明属于电机热控技术领域，尤其涉及外转子电机的冷却水道及其制造方法、具有该冷却水道的外转子电机及其冷却系统。

背景技术：

当前，能源短缺和污染问题是影响我国发展的重大问题，而新能源汽车是缓解这两大问题的重要工具，新能源汽车电机是影响新能源汽车性能及其发展的重要因素。为了满足高功率密度，轻量化的要求，外转子电机的研发需求日益强烈，但是随着较高的功率密度要求，外转子电机的单位体积热负荷越来越大，使得电机产生过大的温升，导致电机的性能和寿命下降。所以，电机的温控技术的研究尤为关键，水冷式散热系统具有良好的散热效果，是控制电机温升的有效技术。但是水冷式散热系统的水道确存在温升过高或者压降太大的缺点。

水冷电机的冷却水道结构主要有螺旋型和折返型两种形式。螺旋型水道结构虽然具有较小的压降损失，但其水道的进水口和出水口分布于电机的前后两端，导致电机的前后两端形成较大的温度梯度，不利于电机整体的温升控制。折返型水道结构的设置虽然比较灵活，但现有的折返型水道结构设置不够合理；不能很好地保证电机的均温性，也不便于整体水冷系统的布置；另外其水路方向所需要改变的次数较多，存在压降较大的问题，需要较多的能耗。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的第一个目的是：提供外转子电机的冷却水道、冷却系统；能有效地控制外转子电机的温升，并保证外转子电机的均温性；还提供外转子电机的冷却水道的制造方法，使外转子电机产生的热量更高效地传导给水道中的冷却介质。

本发明的另一个目的是：提供温升较小、温控所需能耗较少的外转子电机。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

外转子电机的冷却水道，其所作用的外转子电机包括定子铁芯、电机端盖、内机壳；内机壳紧密贴合安装在外转子电机的定子铁芯内侧，水道设置在内机壳中：水道为折返型，沿外转子电机的轴向层层分布，水道的两端设有轴向的进水段、出水段；进水段、出水段的端口分别为进水口、出水口；进水口、出水口设置在外转子电机的同一端；进水口、出水口所在一端的电机端盖上设置了进水嘴、出水嘴，分别与进水口、出水口相接。采用这种结构后，能有效地控制外转子电机的温升，并保证外转子电机的均温性，有利于外转子电机发挥最佳性能，方便整体冷却系统的布置。

作为一种优选，相邻层水道的宽度不相等，各层宽度呈“大小大小”的规律分布。采用这种结构后，使得冷却水在每层水道之间产生入口段效应，提高了湍流度从而提高换热效率。

作为一种优选，水道转角处为圆角过渡；圆角的半径r根据水道的宽度选取；r的选取范围为10mm≤r≤20mm。采用这种结构后，使冷却水稳定过渡，减小了压力损耗，并消除流动死区。

作为一种优选，进水口与进水嘴的相接处、出水口与出水嘴相接处的过渡皆为光滑圆弧过渡。采用这种结构后，使冷却水稳定过渡，减小了压力损耗，并消除流动死区。

作为一种优选，折返型水道的轴向层数n、水道宽度l和水道高度h根据外转子电机的定子尺寸进行调整；其中，轴向层数n的选取范围为2≤n≤5，n取整数；水道高度h的选取范围为6mm≤h≤9mm。采用这种结构后，可适应不同型号的外转子电机，采取最优轴向层数和宽度取得最佳的传热系数和压降损失。

作为一种优选，内机壳包括内机壳主体、内机壳盖；内机壳主体上分布有凸槽，内机壳主体与内机壳盖固定闭合成一个整体，内机壳主体上的凸槽将内机壳主体与内机壳盖所闭合形成的空间分割成水道。采用这种结构后，通过设计内机壳上凸槽的位置来设计水道结构，结构简单，制造方便。

作为一种优选，内机壳主体上的凸槽与内机壳主体为一体的。采用这种结构后，内机壳和构成水道的凸槽在制造时可一体成型，避免产生接触热阻，使外转子电机产生的热量更高效的传导到冷却介质，由冷却介质把热量带出。

外转子电机的冷却系统，包括水泵、冷却水箱、含有所述的外转子电机的冷却水道的内机壳；内机壳中的水道经电机端盖上的进水嘴、出水嘴与冷却水箱连接成冷却水循环流动的冷却管路；水泵作为冷却水的动力源设置在冷却管路中。采用这种结构后，在外转子电机工作时，冷却水箱的水从水道的进水口进入到内机壳中的水道中，依次流经各段水道，与内机壳强制对流换热，带走外转子电机工作中产生的热量，再经出水口流出内机壳，回到冷却水箱，形成一个循环回路；如此有效控制外转子电机的温升，有利于外转子电机发挥最佳性能。

具有上述冷却水道的外转子电机；温升较小温控所需能耗较少，性能较稳定、寿命更长。

外转子电机冷却水道的制造方法：内机壳主体与内机壳主体上的凸槽制造时一体成型，得到具有凸槽的内机壳主体；之后，内机壳主体与内机壳盖通过焊接闭合成一个内机壳整体，其中凸槽的顶部与内机壳盖焊接在一起；其中内机壳内腔由凸槽分割得到折返型水道，折返型水道的两端头不封闭，留有与外部联通的进水口、出水口。采用这种方法后，减少接触热阻，使外转子电机产生的热量更高效地传导到冷却介质。

总而言之，本发明中的外转子电机冷却水道、冷却系统具有如下优点：高传热效率、低压降损耗，能在较小的压降损耗下控制外转子电机的温升，且能保证外转子电机的均温性；外转子电机冷却水道的制造方法，可减少制造过程中产生的接触热阻，使外转子电机产生的热量更高效的传导到冷却介质；具有本发明中的冷却水道或冷却系统的外转子电机，其温升较小，性能较稳定，能适应新能源汽车的要求。

附图说明

图1为实施例中外转子电机的冷却水道的整体结构示意图。

图2为实施例中内机壳主体的主视图。

图3为实施例中内机壳的结构示意图。

图中所示：

1-内机壳主体；2-内机壳盖；3-水道；4-凸槽；5进水口；6-出水口；7-内机壳整体；l1-第一层水道的宽度；l2-第二层水道的宽度；l3-第三层水道的宽度；h-水道高度；d-凸槽宽度。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

实施例一

外转子电机的冷却水道，设置在外转子电机的内机壳中；内机壳安装在外转子电机的定子铁芯内部并与定子铁芯紧密贴合。

内机壳包括内机壳主体、内机壳盖；内机壳主体与内机壳盖的材质皆为铝合金；内机壳主体上分布有凸槽，制造时一体成型；内机壳主体与内机壳盖通过焊接闭合成一个整体；内机壳主体与内机壳盖结合所形成的空腔为水道结构，即内机壳主体上的凸槽把内机壳主体与内机壳盖所闭合的空间分割成各层水道；其中水道的两端头不封闭，留有与外部联通的进水口、出水口。水道结构为折返型，沿外转子电机的轴向层层分布；水道的两端设有轴向的进水段、出水段；进水段、出水段的端口分别为进水口、出水口；水道转角处为圆角过渡，圆角半径的大小根据水道的宽度而选取的；每相邻的两层水道宽度不相等，呈“大小大小”的规律分布。

水道结构的进水口、出水口位于电机端盖的同一端，分别与电机端盖的进水嘴、出水嘴相接，过渡方式为光滑圆弧过渡。本实施例中进水口和出水口均为于外转子电机的后端盖侧，与后端盖的进水嘴、出水嘴相接。

水道的层数n、水道宽度l和高度h根据外转子电机的定子尺寸二进行调整。本实施例的外转子电机的轴向长度为80mm，水道的层数n为3层，水道高度为8mm，第一层水道的宽度l1为25mm，第二层水道的宽度为l2为21mm，第三层水道的宽度l3为25mm，呈“大小大小”的规律分布；水道转角处的过渡圆角的半径r为20mm，相应的凸槽宽度d为6mm。

通水冷却时，冷却水的路径为：如图2所示，冷却水从进水口5流进水道，先经进水段流到第一层水道的左端头，在第一层水道的导向下向左边流动，绕内机壳的圆周一圈，到达水道第一层的右端头，折返进入第二层水道绕内机壳的圆周到达水道第二层的左端头，再折返进入第三层水道，最终在第三层水道的右端头流入水道的出水段，从出水口6流出。

上述外转子电机的冷却水道的制造方法：在内机壳主体上设计凸槽，由凸槽分割内机壳内腔得到折返型水道，内机壳主体与内机壳主体上的凸槽制造时一体成型；得到具有凸槽的内机壳主体之后，将内机壳主体与内机壳盖通过焊接闭合成一个内机壳整体，其中凸槽的顶部与内机壳盖焊接在一起；折返型水道的两端头不封闭，留有与外部联通的进水口、出水口。

实施例二

外转子电机，包括定子铁芯、电机端盖、内机壳；内机壳上设置有实施例一所述的外转子电机的冷却水道；水道的进水口、出水口所在端的电机端盖上设置了进水嘴、出水嘴，分别与进水口、出水口相接。

外转子电机冷却系统，包括水泵、冷却水箱、含有实施例一所述的外转子电机的冷却水道的内机壳；将内机壳紧密贴合安装在外转子电机的定子铁芯内侧，其出水口、进水口分别与外转子电机的后端盖上的进水嘴、出水嘴相接，并与冷却水箱联接成冷却管路；水泵设置在冷却管路中。在外转子电机工作时，水泵带动冷却水箱的水从水道的进水口进入到内机壳中的水道中，依次流经各段水道，与内机壳强制对流换热，带走外转子电机工作中产生的热量，再经出水口流出内机壳，回到冷却水箱，形成一个循环回路。冷却水在这一循环回路中，持续与内机壳换热，带走外转子电机工作中所产生的热量，达到控制外转子电机温升的目的。

其余未提及部分同实施例一。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。