一种拥有双循环空水换热器的轴向磁通轮毂电机系统

本发明属于纯电/混合动力汽车轮毂电机、航空电推，具体涉及一种拥有双循环空水换热器的轴向磁通轮毂电机系统。

背景技术：

1、在新能源汽车轮毂电机领域，常应用径向磁通的外转子永磁同步电机，采用定子水冷方案，因整个电机置于轮毂内部，转子的磁钢的“热孤岛”效应，靠自身散热效果较差，尤其在高电流、大负载工况，易引发磁钢的局部甚至永久退磁，造成电流显著增大加剧退磁，影响了新能源汽车的续航里程。

2、传统的轴向磁通电机，常采用单一的水冷或油冷方案，忽视了转子散热。中国发明专利cn105576919b(一体化冷却散热结构的盘式电机)介绍的盘式电机采用双定子/单转子结构，两侧端盖水道与机壳内水道进行组合一体化设计，提高了电机系统的对流换热能力。因转子未设计风扇，机壳内空气流动缓慢，与机壳的热交换效果较差。

3、中国专利申请cn115733325 a(一种带轴流风机内置式转子且定子油冷的轴向磁通电机)介绍的轴向磁通电机采用双定子/单转子、磁钢内置式转子且集成轴流风机、定子封闭浸油循环的混合冷却方案，将定子、转子以及轴承的热量快速扩散到外界空气，提高了换热效率，实现了电机功率密度、扭矩密度的提高，有利于实现弱磁调速。机壳、驱动端端盖、非驱动端端盖设计有通风孔，实现与周围空气的对流换热。但该方案属于开放式设计，风机需要与外界空气进行热交换，适合低防护等级场合，无法满足高防护等级ip68的要求。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种拥有双循环空水换热器的轴向磁通轮毂电机系统，轮毂内集成轴向磁通轮毂电机、单级行星减速器和盘式刹车。所述单级行星减速器布置在盘式刹车和集成有空水换热器的轴向磁通轮毂电机的中间。本发明一是实现电机、行星减速器和盘式刹车的深度集成；二是提高电机的换热效率、降低损耗、采用全封闭设计，提高防护等级，满足ip68防护等级要求。

2、为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

3、一种拥有双循环空水换热器的轴向磁通轮毂电机系统，包括集成有空水换热器的轴向磁通轮毂电机、轮毂、单级行星减速器、盘式刹车；所述轮毂内设置集成有空水换热器的轴向磁通轮毂电机、单级行星减速器和盘式刹车，所述单级行星减速器布置在盘式刹车和集成有空水换热器的轴向磁通轮毂电机的中间；所述集成有空水换热器的轴向磁通轮毂电机采用单定子/双转子拓扑，转子具有表贴的径向分段磁钢和外圆周设计的轴流风机；中间机壳内圆周拥有回旋流道的水套；所述轴流风机包括非驱动端转子的第一轴流风机和驱动端转子的第二轴流风机；中间机壳的两侧分别设置第一空水换热器和第二空水换热器，第一空水换热器由第一铜管流道、第一翅片、第一轴流风机构成，第二空水换热器由第二铜管流道、第二翅片、第二轴流风机构成。

4、进一步地，中间机壳的回旋流道与第一空水换热器和第二空水换热器连通成一体构成水冷的外循环通道；第一、第二轴流风机经过第一、第二空水换热器，分成第一、第二风路支路贯穿定子绕组内外端部，构成风冷的内循环通道。水冷的外循环通道和风冷的内循环通道通过空水换热器进行热交换。

5、进一步地，转子由驱动端转子和非驱动端转子构成，且非驱动端转子和驱动端转子的外圆周分别集成有第一轴流风机和第二轴流风机，第一轴流风机和第二轴向风机产生轴向同方向的风。内循环风路在电机内部分成第一风路支路和第二风路支路。

6、进一步地，第一风路支路的流程为：第一轴流风机的风→第一空水换热器→定子绕组外端部通道→第二轴流风机的风→第一气隙→驱动端转子通风孔→定子绕组内端部通道→第四气隙；

7、进一步地，第二风路支路的流程为：第一轴流风机的风→第一空水换热器→定子绕组外端部通道→第二气隙→定子绕组内端部通道→第三气隙。

8、进一步地，所述驱动端端盖内部安装有单级行星减速器，单级行星减速器的太阳轮与集成空水换热器的轴向磁通轮毂电机的输出轴同轴连接，单级行星减速器的行星架与盘式刹车的法兰连接，轮毂通过螺钉固定到单级行星减速器的行星架。

9、本发明的有益效果：

10、水冷的外循环通道和风冷内循环通道构成双通道冷却系统，双通道的热量交换通过空水换热器实现。风冷内循环通道分成的两个风路支路，通过四个气隙、定子绕组内外端部、磁钢表面、转子背铁表面和定子铁心表面，将磁钢、转子背铁、定子铁心产生的热量通过风冷内循环通道和空水换热器，传递到水冷外循环通道；水冷的外循环通道中的中间机壳包含水套以及水套上的翅片，该翅片插入到定子绕组的槽内位置，将定子绕组槽内的部分产生的热量通过水冷外循环通道带走。本发明的的全域水冷方案解决了定子和转子内部散热难题，电机产生的热量被水冷的外循环通道和风冷内循环通道带走。内外双双循环方案提高了换热效率，提升了电机的功率密度和扭矩密度，满足了ip68高防护等级要求。

技术特征：

1.一种拥有双循环空水换热器的轴向磁通轮毂电机系统，其特征在于：包括集成有空水换热器的轴向磁通轮毂电机、轮毂、单级行星减速器、盘式刹车；所述轮毂内设置集成有空水换热器的轴向磁通轮毂电机、单级行星减速器和盘式刹车，所述单级行星减速器布置在盘式刹车和集成有空水换热器的轴向磁通轮毂电机的中间；所述集成有空水换热器的轴向磁通轮毂电机采用单定子/双转子拓扑，转子具有表贴的径向分段磁钢和外圆周设计的轴流风机；中间机壳内圆周设有回旋流道的水套；所述轴流风机包括非驱动端转子的第一轴流风机和驱动端转子的第二轴流风机；中间机壳的两侧分别设置第一空水换热器和第二空水换热器，第一空水换热器由第一铜管流道、第一翅片、第一轴流风机构成，第二空水换热器由第二铜管流道、第二翅片、第二轴流风机构成。

2.根据权利要求1所述的一种拥有双循环空水换热器的轴向磁通轮毂电机系统，其特征在于：中间机壳的回旋流道与第一空水换热器和第二空水换热器连通成一体构成水冷的外循环通道；第一轴流风机、第二轴流风机产生的风，分别吹过第一空水换热和第二空水换热器，分成第一风路支路和第二风路支路，贯穿定子绕组内外端部，构成风冷的内循环通道；水冷的外循环通道和风冷的内循环通道通过第一空水换热器、第二空水换热器进行热交换。

3.根据权利要求2所述的一种拥有双循环空水换热器的轴向磁通轮毂电机系统，其特征在于：所述非驱动端转子和驱动端转子的外圆周分别集成第一轴流风机和第二轴流风机，第一轴流风机和第二轴向风机产生同方向的风；风冷的内循环风路在电机内部分成第一风路支路和第二风路支路；

4.根据权利要求1所述的一种拥有双循环空水换热器的轴向磁通轮毂电机系统，其特征在于：所述驱动端端盖内部安装有单级行星减速器，单级行星减速器的太阳轮与集成空水换热器的轴向磁通轮毂电机的输出轴同轴连接，单级行星减速器的行星架与盘式刹车的法兰连接，轮毂通过螺钉固定到单级行星减速器的行星架。

技术总结
本发明提出一种拥有双循环空水换热器的轴向磁通轮毂电机系统，属于轮毂电机领域。轮毂内集成轴向磁通轮毂电机、单级行星减速器和盘式刹车。该轮毂电机采用单定子/双转子拓扑；转子拥有表贴径向分段磁钢和外圆周设计的轴流风机；中间机壳内圆周拥有回旋流道的水套；中间机壳的两侧各设计一套空水换热器，空水换热器由第一流道、径向翅片、第一轴流风机构成。中间机壳的回旋流道与两侧的空水换热器连通成一体构成水冷的外循环通道；轴流风机经过空水换热器，分成两个风路支路贯穿定子绕组内外端部，构成风冷内循环通道。水冷的外循环通道和风冷的内循环通道通过空水换热器进行热交换。本发明解决了定转子内部散热难题，满足IP68等级要求，提高了换热效率。

技术研发人员：陈起旭,王群京,李国丽,邓文哲,刘霄,孙泽辉,钱喆,李维吕
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16