一种基于热管的磁场调制型磁齿轮散热系统

1.本发明涉及磁齿轮散热技术领域，尤其涉及一种基于热管的磁场调制型磁齿轮散热系统。


背景技术：

2.磁场调制型磁齿轮以其输出转矩大、转矩密度高、无接触、无磨损、无需润滑、噪音小、过载自我保护，且相较于传统平行轴磁齿轮齿对齿啮合的平行轴拓扑结构，大幅度提高了永磁体利用率等优点，传动能力可与机械齿轮传动相媲美。但因其内含大量钕铁硼永磁体，运行过程存在较大涡流损耗，容易引起较大的温升，极大影响磁齿轮传动效率，甚至导致永磁体的失效，因此，找到一种降低磁齿轮温升的方法迫在眉睫。目前，主流散热系统有风冷、水冷、油冷、蒸发冷却等，热管作为热传导方式中效果最好的原件，开始逐步应用于电机、电池、电子元件散热，并且效果显著，基于磁场调制型磁齿轮内部结构，及永磁体材料特性，引入热管是磁齿轮最佳的散热措施。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于热管的磁场调制型磁齿轮散热系统，通过在各关键生热部件引入三维热管的方式，实现磁场调制型磁齿轮的有效热管理，提高磁齿轮散热效率，避免永磁体温度过高，进而提高磁齿轮传动效率和工作稳定性。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.本发明所提出的一种基于热管的磁场调制型磁齿轮散热系统，包括内转子散热机构、调磁环散热机构和外定子散热机构；所述调磁环散热机构同轴布置在外定子散热机构内部；所述内转子散热机构同轴布置在调磁环散热机构内部；
6.所述内转子散热机构包括内转子热管、内转子背铁、支撑体、内转子永磁体和内转子挡圈；所述内转子背铁同轴连接在支撑体的圆周外侧；所述内转子永磁体周向均布在内转子背铁的圆周外侧；所述内转子背铁圆周外侧周向均布有卡槽，所述内转子永磁体通过卡槽和磁力吸附在内转子背铁上；所述内转子挡圈固定在内转子背铁的端部外侧；所述内转子热管沿轴向设置在在各内转子永磁体之间且端部穿过内转子挡圈；
7.所述调磁环散热机构包括调磁环热管、导磁体、非导磁体、调磁环挡圈a、调磁环骨架和调磁环挡圈b；所述调磁环骨架为鼠笼结构；所述调磁环骨架同轴设置在内转子永磁体的圆周外侧；所述调磁环挡圈a和调磁环挡圈b分别固定在调磁环骨架的两端外侧；所述导磁体和非导磁体相互间隔拼接排列并周向均布的安装在调磁环骨架的侧壁内；所述调磁环热管分别轴向放置于导磁体和非导磁体之间，且两端分别穿过调磁环挡圈a和调磁环挡圈b；
8.所述外定子散热机构包括外壳散热片、外定子外壳、外定子背铁热管、外定子背铁、外定子永磁体热管、外定子背铁热管槽、外定子端盖c、外定子永磁体和外定子端盖d；所述外定子外壳卡接在外定子背铁的圆周外侧；所述外定子外壳的圆周外侧设置有外壳散热
片；所述外定子永磁体通过磁力和卡槽周向均布的吸附在外定子背铁的内壁上；所述外定子端盖c和外定子端盖d分别固定在外定子背铁的两端；所述外定子背铁上下两侧的侧壁内部轴向开有外定子背铁热管槽；所述外定子背铁热管分别安装在外定子背铁热管槽内部且其右端插入外定子端盖d；所述外定子永磁体热管沿轴向均匀布置在各外定子永磁体之间；所述外定子永磁体热管左端均向外定子背铁方向弯折，且弯折端与外定子背铁内壁接触。
9.优选的，所述内转子热管的冷凝端垂直安装有内转子散热片。
10.优选的，所述调磁环热管的冷凝端垂直安装有调磁环散热片。
11.优选的，所述内转子热管、调磁环热管、外定子背铁热管和外定子永磁体热管均为u型管。
12.优选的，所述内转子热管、调磁环热管、外定子背铁热管和外定子永磁体热管内部均设置有基于相变可吸收热量的物质。
13.优选的，所述内转子热管的长度略长于内转子永磁体的长度加上内转子挡圈的厚度。
14.优选的，所述调磁环骨架的材料为工程塑料，其整体采用真空注塑一体成形的方式加工而成，并沿轴向进行分段处理，且每两段之间设置一个加强筋。
15.优选的，所述调磁环热管的长度略长于调磁环骨架的长度加上调磁环挡圈a和调磁环挡圈b的厚度。
16.优选的，所述内转子热管、调磁环热管、外定子背铁热管和外定子永磁体热管的截面为圆形或扁圆形。
17.优选的，所述外壳散热片为铲形翅片。
18.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
19.目前，磁齿轮散热方式大多为自然风冷，在高转速下，内转子、调磁环、外转子温升尤为明显，温度分别基本维持在60-70℃、90-100℃、80-90℃，在该温度下极易引起永磁体退磁失效，降低磁齿轮工作效率。本发明通过在各关键生热部件引入三维热管，大部分热量可以进一步通过热管散出，在自然风冷的基础上，能够达到进一步降低内转子、调磁环、外转子温度的效果。
附图说明
20.图1为本发明的整体结构示意图；
21.图2为图1中内转子散热系统的结构示意图；
22.图3为图2的侧视剖面结构示意图；
23.图4为图1中调磁环散热系统的结构示意图；
24.图5为图4的侧视剖面结构示意图；
25.图6为图5中m处的放大结构示意图；
26.图7为图1中外定子散热系统的结构示意图；
27.图8为图7的侧视剖面结构图；
28.图9为外定子散热系统的正视结构示意图；
29.图10为热管的热量传递示意图。
30.其中，附图标记：1-内转子热管；2-内转子背铁；3-支撑体；4-内转子永磁体；5-内
转子挡圈；6-调磁环热管；7-导磁体；8-非导磁体；9-调磁环挡圈a；10-调磁环骨架；11-调磁环挡圈b；12-加强筋；13-外壳散热片；14-外定子外壳；15-外定子背铁热管；16-外定子背铁；17-外定子永磁体热管；18-外定子背铁热管槽；19-外定子端盖c；20-外定子永磁体；21-外定子端盖d；22-蒸发端；23-冷凝端；24-内转子散热片；25-调磁环散热片。
具体实施方式
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
33.参见附图1，给出了本发明所提出的一种基于热管的磁场调制型磁齿轮散热系统一个实施例的具体结构。所述装置包括内转子散热机构、调磁环散热机构和外定子散热机构；所述调磁环散热机构同轴布置在外定子散热机构内部；所述内转子散热机构同轴布置在调磁环散热机构内部。
34.参见附图2和3，所述内转子散热机构包括内转子热管1、内转子背铁2、支撑体3、内转子永磁体4、内转子挡圈5和内转子散热片24；所述内转子背铁2内壁通过卡槽同轴卡接固定在支撑体3的圆周外侧；所述内转子永磁体4周向均布在内转子背铁2的圆周外侧；所述内转子背铁2圆周外侧周向均布有卡槽，所述内转子永磁体4通过卡槽和磁力吸附在内转子背铁2的外圆周表面上，本实施例中，所述内转子永磁体4设置有八个；所述内转子挡圈5同轴固定在内转子背铁2的后端部；所述内转子热管1沿轴向设置在内转子永磁体4之间且端部穿过内转子挡圈5，即所述内转子热管1设置有四个，且内转子热管1为u型管，截面为圆形或扁圆形，内部设置有基于相变可以吸收热量的物质；所述内转子热管1的开口端沿轴向由左至右插入在一个内转子永磁体4的两侧之间；所述内转子热管1的开口端为冷凝端23，闭合端为蒸发端22；所述内转子热管1的长度略长于内转子永磁体4的长度加上内转子挡圈5的厚度；所述内转子热管1的冷凝端23垂直安装有内转子散热片24。
35.参见附图4至6，所述调磁环散热机构包括调磁环热管6、导磁体7、非导磁体8、调磁环挡圈a9、调磁环骨架10、调磁环挡圈b11和加强筋12；所述调磁环骨架10为鼠笼结构；所述调磁环骨架10同轴设置在内转子永磁体4的圆周外侧；所述调磁环挡圈a9和调磁环挡圈b11分别通过双头螺柱固定在调磁环骨架10的两端外侧；所述导磁体7和非导磁体8相互间隔交替拼接排列，并周向均布的安装在调磁环骨架10的侧壁内；所述调磁环热管6分别轴向放置于导磁体7和非导磁体8之间，数量为十二个，且两端分别穿过调磁环挡圈a9和调磁环挡圈b11；所述调磁环热管6为u型管，其截面为圆形或扁圆形，且内部设置有基于相变可以吸收热量的物质，调磁环热管6的开口端沿轴向由左至右插入在一个导磁体7或非导磁体8的两侧之间；所述调磁环热管6的长度略长于调磁环骨架10的长度加上调磁环挡圈a9和调磁环挡圈b11的厚度；所述调磁环热管6的开口端为冷凝端23，闭合端为蒸发端22，调磁环热管6
的冷凝端23垂直安装有调磁环散热片。
36.其中，所述调磁环骨架10的材料为工程塑料，其采用真空注塑一体成形的方式加工而成，为了防止降低调磁环骨架10的刚度，参考竹的分节结构，所述调磁环骨架10整体沿轴向分为六段，且每两段之间设置一个加强筋12。
37.参见附图7至9，所述外定子散热机构包括外壳散热片13、外定子外壳14、外定子背铁热管15、外定子背铁16、外定子永磁体热管17、外定子背铁热管槽18、外定子端盖c19、外定子永磁体20和外定子端盖d21；所述外定子外壳14通过卡槽卡接固定在外定子背铁16的圆周外侧；所述外定子外壳14的圆周外表面轴向均布有外壳散热片13，本实施例中，所述外壳散热13片为铲形翅片；所述外定子永磁体20通过磁力和卡槽周向均布的吸附在外定子背铁16的内壁上；所述外定子端盖c19和外定子端盖d21分别通过双头螺柱固定在外定子背铁16的两端；所述外定子背铁16上下两侧的侧壁内部轴向开有外定子背铁热管槽18；所述外定子背铁热管15设置有两个，分别安装在上下两侧的外定子背铁热管槽18内部；所述外定子背铁热管15为u型管，截面为圆形或扁圆形，且内部设置有基于相变可以吸收热量的物质；所述外定子背铁热管15的开口端由左至右插入在外定子背铁热管槽18中，且右端插入在外定子端盖d21中；所述外定子永磁体热管17沿轴向均匀布置在各外定子永磁体20之间；所述外定子永磁体热管17为u型管且内部设置有基于相变可以吸收热量的物质，其截面为圆形或扁圆形；所述外定子永磁体热管17的开口端由右至左插入在一个外定子永磁体20的两侧之间，其开口端为冷凝端23，闭合端为蒸发端22；所述外定子永磁体热管17的冷凝端23均向外定子背铁16方向弯折，且弯折端与外定子背铁16内壁接触。
38.本发明的运行过程如下：如图10所示，基于内转子散热机构，所述内转子永磁体4因涡流产生的热量通过内转子热管1的蒸发端22吸收，热管内含基于相变可以吸收热量的物质发生相变，将热量传递到冷凝端23，再由固定在内转子热管1冷凝端23管壁上的内转子散热片24散出，达到降温效果。
39.基于调磁环散热机构，所述导磁体7因损耗产生的热量通过调磁环热管6的蒸发端22吸收，热管内含基于相变可以吸收热量的物质发生相变，将热量传递到调磁环热管6的冷凝端23，再由固定在调磁环热管6冷凝端23管壁上的调磁环散热片25散出，达到降温效果。
40.基于外定子散热机构，所述外定子永磁体20因涡流产生的热量通过外定子永磁体热管17的蒸发端22吸收，热管内含基于相变可以吸收热量的物质发生相变，将热量传递到外定子永磁体热管17的冷凝端23，因外定子永磁体热管17的冷凝端23与外定子背铁16接触，热量传递到外定子背铁16上，所述外定子背铁热管15的蒸发端22吸收外定子永磁体热管17传递过来的热量和外定子背铁16因损耗产生的热量，热管内含基于相变可以吸收热量的物质发生相变，将热量传递到外定子背铁热管15的冷凝端23，因外定子背铁热管15的冷凝端23插入外定子端盖d21，通过外定子端盖d21和外定子外壳14上所设置外壳散热片13散出热量。
41.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。