一种散热结构、盘式电机及盘式电机的制作方法与流程

1.本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种散热结构、盘式电机及盘式电机的制作方法。


背景技术：

2.盘式电机具有高功率密度、高转矩密度、高效率和薄型的性能优势及拓扑特点，这些特点使其更适合应用于电动汽车系统、风能、水能等清洁能源系统、飞轮储能系统、机器人、工业机器设备和武器装备等要求高功率密度和空间紧凑的场合。随着经济社会的发展，近年来的性能需求也在不断提高，除了对额定转矩性能提出了很高的要求外，电机的过载能力也越来越受到重视，但随着过载倍数的提高，电机运行中产生的损耗也会迅速增大，电机将会承载很大的热负荷，威胁其的安全可靠运行，甚至会烧毁电机。同时值得注意的是，相变储能材料是一类利用相变储能材料储热特性，来储存或者是释放其中的热量，从而达到一定的调节和控制该相变储能材料周围环境的温度的材料，但是却在盘式电机散热领域应用较为有限。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种散热结构、盘式电机及盘式电机的制作方法，以解决上述现有技术存在的问题，可以有效改善电机的过载散热能力，提高电机的过载倍数与转矩密度，提供更强有力的爆发力，同时结构简单，在基本不增加占用体积的同时，能够保证高可靠性和低成本。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供了一种散热结构，包括周向散热模块和若干径向散热模块，所述周向散热模块位于定子中，各所述径向散热模块的内端均突出于定子的内侧，各所述径向散热模块的外端均突出于定子的外侧，若干所述径向散热模块沿所述周向散热模块的周向均匀设置，各所述径向散热模块的内部空间与所述周向散热模块的内部空间连通，各所述径向散热模块的内部空间与所述周向散热模块的内部空间形成的空腔用于填充相变储能材料。
6.优选地，所述周向散热模块为圆环状，所述径向散热模块为圆柱状；各所述径向散热模块的内端均突出于所述周向散热模块的内侧，各所述径向散热模块的外端均突出于所述周向散热模块的外侧。
7.优选地，还包括定子内侧散热模块和定子外侧散热模块，所述定子内侧散热模块设置在各所述径向散热模块的内侧，且所述定子内侧散热模块的内部空间与所述各所述径向散热模块的内部空间连通，所述定子外侧散热模块设置在各所述径向散热模块的外侧，且所述定子外侧散热模块的内部空间与所述各所述径向散热模块的内部空间连通，所述定子内侧散热模块的内部空间与所述定子内侧散热模块的内部空间用于填充相变储能材料。
8.优选地，所述定子内侧散热模块包括第一内侧散热组件和第二内侧散热组件，所述第一内侧散热组件的内部空间和第二内侧散热组件的内部空间连通，所述第二内侧散热
组件与若干所述径向散热模块的内端连通，所述第一内侧散热组件与定子的各绕组的端部接触，所述第二内侧散热组件的第一凸起部分别嵌于各绕组的端部中且与各绕组的端部以及定子齿接触，所述第二内侧散热组件的第一环状部与定子轭的内侧接触。
9.优选地，所述定子外侧散热模块包括第一外侧散热组件和第二外侧散热组件，所述第一外侧散热组件的内部空间和所述第二外侧散热组件的内部空间连通，所述第二外侧散热组件与若干所述径向散热模块的外端连通，所述第一外侧散热组件与定子的各绕组的端部接触，所述第二外侧散热组件的第二凸起部分别嵌于各绕组的端部中且与各绕组的端部以及定子齿接触，所述第二外侧散热组件的第二环状部与定子轭的外侧接触。
10.本发明还提供了一种盘式电机，包括转子、永磁体、定子和所述散热结构，两个所述转子对称设置在所述定子的上端和下端，各所述转子上设置有若干所述永磁体，所述定子包括定子轭、定子齿和绕组，两组所述定子齿对称设置在所述定子轭的上端和下端，各所述定子齿上设置有所述绕组，所述永磁体朝向所述定子齿设置，所述周向散热模块位于所述定子轭中，若干所述径向散热模块的内端均突出于所述定子轭的内端，若干所述径向散热模块的外端均突出于所述定子轭的外端。
11.优选地，各所述绕组的内侧端部远离所述定子齿的一侧与第一内侧散热组件接触，第二内侧散热组件的第一凸起部分别嵌于各所述绕组的内侧端部中且与各所述绕组的内侧端部以及所述定子齿接触，所述定子轭的内侧与所述第二内侧散热组件的第一环状部的外侧接触；各绕组的外侧端部远离所述定子齿的一侧与第一外侧散热组件接触，第二外侧散热组件的第二凸起部分别嵌于各绕组的外侧端部中且与各所述绕组的外侧端部以及所述定子齿接触，所述定子轭的外侧与所述第二外侧散热组件的第二环状部的内侧接触。
12.本发明还提供了一种所述盘式电机的制作方法，包括以下步骤：
13.步骤一，确定定子的形状；
14.步骤二，根据定子的定子轭的内径与外径确定周向散热模块的内径与外径；根据定子轭的轴向长度确定周向散热模块的厚度；根据定子轭的内径与外径确定径向散热模块的长度及分布方式；
15.步骤三，根据周向散热模块和径向散热模块确定定子的开孔形状；
16.步骤四，将充有相变储能材料的散热结构嵌入定子的开孔中。
17.优选地，所述步骤二中，根据定子轭的内径与绕组的内侧端部的厚度确定定子内侧散热模块的内径和外径；根据定子轭的外径与绕组的外侧端部的厚度确定定子外侧散热模块的内径和外径；
18.优选地，所述步骤三中，根据定子槽的形状与尺寸确定定子内侧散热模块与子外侧散热模块的开孔尺寸。
19.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
20.本发明一方面使用材料为在电机领域较为新颖的相变储能材料，充分发挥其相变过程中大量吸热但温度变化小的特点，另一方面设计了新颖且结构较为简单可靠的散热结构，该结构将盘式电机主要的发热部分都包含在其中，且不影响盘式电机的正常磁路，电磁性能损失小。同时本发明不会影响电机本身的电磁性能和机械强度，所以在提高过载散热的同时也不会带来性能损失和强度问题，相对简单的结构也在很大程度上保证了电机的高可靠性，节约了维修成本。
附图说明
21.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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
22.图1为本发明的散热结构立体图(实施例一)；
23.图2为本发明的散热结构俯视图(实施例一)；
24.图3为本发明的散热结构内部示意图(实施例一)；
25.图4为本发明的盘式电机立体图(实施例二)；
26.图5为本发明的盘式电机内部结构示意图(实施例二)；
27.图6为本发明的盘式电机中散热结构示意图(实施例二)；
28.图7为本发明的盘式电机的制作方法流程图(实施例三)；
29.图8为本发明的散热结构立体图(实施例四)；
30.图9为本发明的散热结构内部示意图(实施例四)；
31.图10为本发明的盘式电机立体图(实施例五)；
32.图11为本发明的盘式电机内部结构示意图(实施例五)；
33.图12为本发明的盘式电机的制作方法流程图(实施例六)；
34.其中：1-周向散热模块，2-径向散热模块，3-转子，4-永磁体，5-定子齿，6-定子轭，7-绕组，8-定子内侧散热模块，9-定子外侧散热模块，10-第一内侧散热组件，11-第二内侧散热组件，12-第一外侧散热组件，13-第二外侧散热组件。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明的目的是提供一种散热结构、盘式电机及盘式电机的制作方法，以解决上述现有技术存在的问题，可以有效改善电机的过载散热能力，提高电机的过载倍数与转矩密度，提供更强有力的爆发力，同时结构简单，在基本不增加占用体积的同时，能够保证高可靠性和低成本。
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
38.实施例一
39.如图1-图3所示：本实施例提供了一种散热结构，可用于盘式电机，加以改进可以适配多种结构形式的盘式电机，包括周向散热模块1和若干径向散热模块2，周向散热模块1和若干径向散热模块2构成一个整体，周向散热模块1位于定子的定子轭6中，各径向散热模块2的内端均突出于定子轭6的内侧，各径向散热模块2的外端均突出于定子轭6的外侧，各径向散热模块2的其余位置均位于定子轭6中，若干径向散热模块2沿周向散热模块1的周向均匀设置，各径向散热模块2的内部空间与周向散热模块1的内部空间连通，各径向散热模
块2的内部空间与周向散热模块1的内部空间形成一个整体的空腔，空腔用于填充相变储能材料，需要注意工艺上装置各部分之间不可有空隙，相变储能材料膨胀后的体积小于等于空腔的体积，以保证装置的结构完整性与使用的安全性。周向散热模块1和若干径向散热模块2用于定子内部的散热，在电机稳态工作时，相变储能材料表现为固态；当电机突然过载，定子温度快速升高时，相变储能材料变成液态，并吸收大量的热量，实现电机的冷却；当过载结束，相变储能材料散热，重新变回固态，如此循环，从而能够吸收电机产生的热量起到降低温升的作用。
40.本实施例中，周向散热模块1的外形为圆环状，径向散热模块2的外形为圆柱状；各径向散热模块2的内端均突出于周向散热模块1的内侧，各径向散热模块2的外端均突出于周向散热模块1的外侧。
41.本实施例一方面使用材料为在电机领域较为新颖的相变储能材料，充分发挥其相变过程中大量吸热但温度变化小的特点，另一方面设计了新颖且结构较为简单可靠的散热结构，该结构将盘式电机主要的发热部分都包含在其中，且不影响盘式电机的正常磁路，电磁性能损失小。同时本实施例不会影响电机本身的电磁性能和机械强度，所以在提高过载散热的同时也不会带来性能损失和强度问题，相对简单的结构也在很大程度上保证了电机的高可靠性，节约了维修成本。
42.本实施例的散热结构结构紧凑、工艺简单、易于加工，同时保证散热结构与定子紧密接触可使相变储能材料直接与热源接触，大大缩短了导热路径，可进一步提高电机过载工况下的散热能力，提升电机的过载能力，保证电机工作的可靠性，且几乎不会产生电机性能的损失。
43.实施例二
44.如图4-图6所示：本实施例提供了一种盘式电机，包括转子3、永磁体4、定子和实施例一的散热结构，两个转子3对称设置在定子的上端和下端，各转子3上设置有若干永磁体4，定子包括定子轭6、定子齿5和绕组7，两组定子齿5对称设置在定子轭6的上端和下端，各定子齿5上设置有绕组7，永磁体4朝向定子齿5设置，周向散热模块1位于定子轭6中，若干径向散热模块2的内端均突出于定子轭6的内端，若干径向散热模块2的外端均突出于定子轭6的外端。
45.转子3一方面起到固定永磁体4的作用，一方面构成磁路的一部分；永磁体4是电机中磁场产生的源头，是电机功能实现的基础；绕组7通过合理的驱动和控制可以产生旋转的磁动势，与配套的转子3作用可以产生连续稳定的转矩输出，推动转子3旋转运动，定子齿5与定子轭6采用磁导率优良的硅钢片冲压而成，为电机中的磁场提供流通路径。
46.本实施例通过周向散热模块1与径向散热模块2构成一个整体从而构成闭合的空腔，避免相变储能材料在液化过程中产生泄露，导致装置功能被破坏。当电机出现瞬时大过载工况时，相变储能材料迅速吸收绕组7端部、定子齿5、定子轭6产生的热量，并转换为液态，降低电机的温升，当电机回到额定工况时，电机温度逐渐降低，相变储能材料储存的热量通过周向散热模块1与径向散热模块2传递到电机外表面散出，重新转换为固态，如此循环。
47.实施例三
48.如图7所示：本实施例提供了一种实施例二的盘式电机的制作方法，包括以下步
骤：
49.步骤一，确定定子的形状，主要包括确定定子轭6的内径、外径以及轴向长度；
50.步骤二，根据定子形状确定散热结构的结构，主要包括：根据定子的定子轭6的内径与外径确定周向散热模块1的内径与外径；根据定子轭6的轴向长度在保证仅有限影响盘式电机定子电磁性能的基础上确定周向散热模块1的厚度；根据定子轭6的内径与外径确定径向散热模块2的长度及分布方式；
51.步骤三，根据周向散热模块1和径向散热模块2确定定子的开孔形状，主要包括根据确定的周向散热模块1和径向散热模块2的组合形状确定定子轭6中的开孔，保证定子轭6中可以嵌入散热结构，并且保证定子与散热结构可以紧密接触；
52.步骤四，将充有相变储能材料的散热结构嵌入定子的开孔中，主要包括将充有相变储能材料的散热结构嵌入完成开孔的定子中，并且保证定子与散热结构紧密接触。
53.实施例四
54.如图8-图9所示：本实施例与实施例一的区别在于：本实施例还包括定子内侧散热模块8和定子外侧散热模块9，定子内侧散热模块8设置在各径向散热模块2的内侧，且定子内侧散热模块8的内部空间与各径向散热模块2的内部空间连通，定子外侧散热模块9设置在各径向散热模块2的外侧，且定子外侧散热模块9的内部空间与各径向散热模块2的内部空间连通，定子内侧散热模块8的内部空间、周向散热模块1、各径向散热模块2和定子内侧散热模块8的内部空间形成一个整体的空腔，空腔用于填充相变储能材料，相变储能材料膨胀后的体积小于等于空腔的体积，以保证装置的结构完整性与使用的安全性，同时注意工艺上装置各部分之间不可有空隙。在电机稳态工作时，相变储能材料表现为固态；当电机突然过载，定子温度快速升高时，相变储能材料变成液态，并吸收大量的热量，实现电机的冷却；当过载结束，相变储能材料散热，重新变回固态，如此循环，从而能够吸收电机产生的热量起到降低温升的作用。
55.具体地，本实施例中，定子内侧散热模块8包括第一内侧散热组件10和第二内侧散热组件11，第一内侧散热组件10位于第二内侧散热组件11的内侧，第一内侧散热组件10的内部空间和第二内侧散热组件11的内部空间连通，第二内侧散热组件11与若干径向散热模块2的内端连通，第二内侧散热组件11包括两组第一凸起部和第一环状部，两组第一凸起部分别对称设置在第一环状部的上端和下端，第一内侧散热组件10的外侧与定子的各绕组7的内侧端部远离定子齿5的一侧接触，第二内侧散热组件11的第一凸起部分别嵌于各绕组7的内侧端部中且与各绕组7的内侧端部靠近定子齿5的一侧以及定子齿5的内侧接触，第二内侧散热组件11的第一环状部与定子轭6的内侧接触。
56.本实施例中，定子外侧散热模块9包括第一外侧散热组件12和第二外侧散热组件13，第一外侧散热组件12位于第二外侧散热组件13的外侧，第一外侧散热组件12的内部空间和第二外侧散热组件13的内部空间连通，第二外侧散热组件13与若干径向散热模块2的外端连通，第二外侧散热组件13包括两组第二凸起部和第二环状部，两组第二凸起部分别对称设置在第二环状部的上端和下端，第一外侧散热组件12的内侧与定子的各绕组7的外侧端部远离定子齿5的一侧接触，第二外侧散热组件13的第二凸起部分别嵌于各绕组7的外侧端部中且与各绕组7的外侧端部靠近定子齿5的一侧及各定子齿5的外侧接触，第二外侧散热组件13的第二环状部与定子轭6的外侧接触。
57.本实施例一方面使用材料为在电机领域较为新颖的相变储能材料，充分发挥其相变过程中大量吸热但温度变化小的特点，另一方面设计了新颖且结构较为简单可靠的散热结构，该结构将盘式电机主要得到发热部分都包含在其中，且不影响盘式电机的正常磁路，电磁性能损失小。同时本发明不会影响电机本身的电磁性能和机械强度，所以在提高过载散热的同时也不会带来性能损失和强度问题，相对简单的结构也在很大程度上保证了电机的高可靠性，节约了维修成本。
58.本实施例的散热结构结构紧凑、工艺简单，相变储能材料可直接与热源接触，大大缩短了导热路径，可进一步提高电机过载工况下的散热能力，提升电机的过载能力，保证电机工作的可靠性，且不会产生电机性能的损失。
59.实施例五
60.如图10-图11所示：本实施例与实施例二的区别在于，本实施例包括实施例四中的中定子内侧散热模块8和定子外侧散热模块9，具体地，各绕组7的内侧端部远离定子齿5的一侧与第一内侧散热组件10接触，第二内侧散热组件11的第一凸起部分别嵌于各绕组7的内侧端部中且与各绕组7的内侧端部接触，定子轭6的内侧与第二内侧散热组件11的第一环状部的外侧接触；各绕组7的外侧端部远离定子齿5的一侧与第一外侧散热组件12接触，第二外侧散热组件13的第二凸起部分别嵌于各绕组7的外侧端部中且与各绕组7的外侧端部接触，定子轭6的外侧与第二外侧散热组件13的第二环状部的内侧接触。
61.本实施例通过定子内侧散热模块8、定子外侧散热模块9、周向散热模块1与径向散热模块2构成闭合的空腔，避免相变储能材料在液化过程中产生泄露，导致装置功能被破坏。当电机出现瞬时大过载工况时，相变储能材料迅速吸收绕组7的内侧端部、绕组7的外侧端部、定子齿5、定子轭6产生的热量，并转换为液态，降低电机的温升，当电机回到额定工况时，电机温度逐渐降低，相变储能材料储存的热量通过散热结构传递到电机外表面散出，重新转换为固态，如此循环。
62.实施例六
63.如图12所示：本实施例提供了一种实施例五的盘式电机的制作方法，包括以下步骤：
64.步骤一，确定定子的形状，主要包括确定定子齿5、定子轭6的内径、外径以及轴向长度、定子槽的形状与尺寸，确定绕组7的内侧端部和绕组7的外侧端部的尺寸，主要包括确定绕组7的内侧端部和绕组7的外侧端部的厚度；
65.步骤二，根据定子形状与绕组7的内侧端部和绕组7的外侧端部的尺寸确定散热结构的结构，主要包括：根据定子的定子轭6的内径与外径确定周向散热模块1的内径与外径；根据定子轭6的轴向长度在保证仅有限影响盘式电机定子电磁性能的基础上确定周向散热模块1的厚度；根据定子轭6的内径与外径确定径向散热模块2的长度及分布方式；根据定子轭6的内径与绕组7的内侧端部的厚度确定定子内侧散热模块8的内径和外径；根据定子轭6的外径与绕组7的外侧端部的厚度确定定子外侧散热模块9的内径和外径；
66.步骤三，根据周向散热模块1和径向散热模块2确定定子的开孔形状，主要包括根据确定的周向散热模块1和径向散热模块2的组合形状确定定子轭6中的开孔，保证定子轭6中可以嵌入散热结构，并且保证定子与散热结构可以紧密接触；根据定子槽的形状与尺寸确定定子内侧散热模块8与子外侧散热模块的开孔尺寸。
67.步骤四，将充有相变储能材料的散热结构嵌入定子的开孔中，主要包括将充有相变储能材料的散热结构嵌入完成开孔的定子中，并且保证定子与散热结构紧密接触。
68.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。