一种基于重力式微热管阵列的散热定子结构

本发明涉及永磁电机领域，尤其涉及一种基于重力式微热管阵列的散热定子结构。

背景技术：

1、近年来，高能永磁材料和电力电子技术方面取得的发展，极大地推广了永磁电机在航空航天、电动工具、新能源设备、医药装备和电动汽车等领域的应用。

2、与直流电机、电励磁同步电机和感应电机这些传统电机相比，永磁电机具有结构简单、抗过载能力强、高效率和高功率因数等优点。而永磁电机高功率密度、轻量化设计的发展趋势，带来了电机内部发热量急剧增加、有效散热空间严重不足等问题。电机内部温升过高不仅会缩短电机内部绝缘材料的寿命，而且会降低电机的运行效率，进一步引起发热量增加，造成电机温度继续上升，形成恶性循环，甚至导致永磁体出现不可逆退磁或者电机烧毁，严重影响电机寿命和电机运行的安全性。因此，电机内部散热问题对电机的技术指标、经济指标及全方位的质量指标均起到至关重要的作用，也成为电机系统进一步向高功率密度方向发展的瓶颈。合理设计永磁电机的散热装置，优化电机温度分布，是确保其长期安全可靠运行的必要条件。

3、根据冷却介质的不同，电机内部常采用的冷却方式可分为空气冷却和液体冷却。液体冷却效果明显、冷却效率高，但需要提供冷却循环装置，导致系统结构复杂且成本较高。空气冷却是利用空气自然对流或者强制对流的方式，对电机进行冷却，由于其结构简单，成本较低，故在工业上具有广泛的应用。但现有的空气冷却方案仍存在许多亟待解决的问题：空气作为传热介质，其热容低且热响应速度慢，无法大量消纳热量；空气对流换热系数小，换热效率低，使得空气散热结构需要设计更大的换热面积，导致系统体积庞大。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种构造简单，成本低，散热效率高，不会产生额外损耗和能量消耗的基于重力式微热管阵列的散热定子结构。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于重力式微热管阵列的散热定子结构，包括定子铁心，所述定子铁心上设有定子槽，所述定子槽中设有电枢绕组，所述定子铁心外周设有机壳，所述机壳一端设有轴伸端端盖，另一端设有非轴伸端端盖，基于重力式微热管阵列的散热定子结构还包括导热环和多个工质可在重力作用下自然回流的重力式微热管阵列，所述导热环设于所述定子铁心靠近所述非轴伸端端盖的一侧，所述电枢绕组的非轴伸端延伸至所述导热环中，多个所述重力式微热管阵列沿所述定子铁心的圆周方向布置，所述重力式微热管阵列的蒸发段穿过所述非轴伸端端盖后延伸至所述导热环中。

4、作为上述技术方案的进一步改进：所述定子槽与所述电枢绕组之间具有间隙，所述导热环延伸至所述定子槽与所述电枢绕组之间的间隙中。

5、作为上述技术方案的进一步改进：所述导热环由热固性材料封灌而成。

6、作为上述技术方案的进一步改进：所述重力式微热管阵列内部具有多个并联的通道，所述通道内填充有气-液相变工质。

7、作为上述技术方案的进一步改进：所述通道侧壁上设有微米级多凸起结构。

8、作为上述技术方案的进一步改进：所述重力式微热管阵列为平板型结构并且冷凝段向上弯折，所述冷凝段与竖直方向的夹角小于90°。

9、作为上述技术方案的进一步改进：所述重力式微热管阵列的冷凝段设有多孔散热翅片。

10、作为上述技术方案的进一步改进：所述多孔散热翅片为锯齿形、泡沫形或晶格形。

11、作为上述技术方案的进一步改进：所述冷凝段与所述多孔散热翅片之间通过导热胶粘接。

12、作为上述技术方案的进一步改进：所述定子铁心与所述机壳过盈配合，所述电枢绕组为分布式双层短距绕组结构。

13、与现有技术相比，本发明的优点在于：

14、1）散热性好：重力式微热管阵列导热性能好，表观热导率可达200000 w/(m•k)，导热能力远高于常用的金属材料并大于芯式热管，且具有良好的均温性和热响应速度。此外，该散热定子结构通过热固性填充材料增加了与电机内部热源的接触面积，利于热量高效传导。多孔散热翅片的多孔结构大幅增大了比表面积，利于电机高效散热。采用空气冷却方式，不会产生额外损耗和能量消耗，在不影响电机性能的情况下提高了电机的功率密度，进一步提升电机的能效。

15、2）构造简单、易于加工安装：热管板材结构为并联的多通道金属板，容易实现对微热管阵列结构的调整。材料成本较低，可以根据电机结构和散热需求对微热管阵列灵活选型，易于推广。电机内部的热固性材料封灌工艺属于行业内常见工艺，容易实现散热定子结构的加工。

16、3）安全性高：区别于芯式热管散热结构，多通道结构的重力式微热管阵列稳定性高，不易出现堵塞等故障。阵列中各通道可实现独立运行，单通道故障对整体导热性能影响较小。散热结构位于定子铁心外部，对电机内部磁场无影响，不会影响电机性能及容错安全运行能力。

技术特征：

1.一种基于重力式微热管阵列的散热定子结构，包括定子铁心（1），所述定子铁心（1）上设有定子槽（11），所述定子槽（11）中设有电枢绕组（2），所述定子铁心（1）外周设有机壳（3），所述机壳（3）一端设有轴伸端端盖（31），另一端设有非轴伸端端盖（32），其特征在于：基于重力式微热管阵列的散热定子结构还包括导热环（4）和多个工质可在重力作用下自然回流的重力式微热管阵列（5），所述导热环（4）设于所述定子铁心（1）靠近所述非轴伸端端盖（32）的一侧，所述电枢绕组（2）的非轴伸端延伸至所述导热环（4）中，多个所述重力式微热管阵列（5）沿所述定子铁心（1）的圆周方向布置，所述重力式微热管阵列（5）的蒸发段穿过所述非轴伸端端盖（32）后延伸至所述导热环（4）中。

2.根据权利要求1所述的基于重力式微热管阵列的散热定子结构，其特征在于：所述定子槽（11）与所述电枢绕组（2）之间具有间隙，所述导热环（4）延伸至所述定子槽（11）与所述电枢绕组（2）之间的间隙中。

3.根据权利要求2所述的基于重力式微热管阵列的散热定子结构，其特征在于：所述导热环（4）由热固性材料封灌而成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于重力式微热管阵列的散热定子结构，其特征在于：所述重力式微热管阵列（5）内部具有多个并联的通道，所述通道内填充有气-液相变工质。

5.根据权利要求4所述的基于重力式微热管阵列的散热定子结构，其特征在于：所述通道侧壁上设有微米级多凸起结构。

6.根据权利要求4所述的基于重力式微热管阵列的散热定子结构，其特征在于：所述重力式微热管阵列（5）为平板型结构并且冷凝段向上弯折，所述冷凝段与竖直方向的夹角小于90°。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的基于重力式微热管阵列的散热定子结构，其特征在于：所述重力式微热管阵列（5）的冷凝段设有多孔散热翅片（6）。

8.根据权利要求7所述的基于重力式微热管阵列的散热定子结构，其特征在于：所述多孔散热翅片（6）为锯齿形、泡沫形或晶格形。

9.根据权利要求7所述的基于重力式微热管阵列的散热定子结构，其特征在于：所述冷凝段与所述多孔散热翅片（6）之间通过导热胶粘接。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的基于重力式微热管阵列的散热定子结构，其特征在于：所述定子铁心（1）与所述机壳（3）过盈配合，所述电枢绕组（2）为分布式双层短距绕组结构。

技术总结
本发明公开了一种基于重力式微热管阵列的散热定子结构，包括定子铁心，所述定子铁心上设有定子槽，所述定子槽中设有电枢绕组，所述定子铁心外周设有机壳，所述机壳一端设有轴伸端端盖，另一端设有非轴伸端端盖，基于重力式微热管阵列的散热定子结构还包括导热环和多个工质可在重力作用下自然回流的重力式微热管阵列，所述导热环设于所述定子铁心靠近所述非轴伸端端盖的一侧，所述电枢绕组的非轴伸端延伸至所述导热环中，多个所述重力式微热管阵列沿所述定子铁心的圆周方向布置，所述重力式微热管阵列的蒸发段穿过所述非轴伸端端盖后延伸至所述导热环中。本发明具有构造简单，成本低，散热效率高，不会产生额外损耗和能量消耗等优点。

技术研发人员：张冀,黄晟,马伯,王坤,黄晓辉
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12