CN106505759A - 基于铁芯‑相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件 - Google Patents

基于铁芯‑相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件 Download PDF

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袁伟
吴宇璇
闫志国
陆龙生
李宗涛
万珍平
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Abstract

本发明公开了基于铁芯‑相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，包括机壳、相变热管、定子铁芯与定子绕组。所述机壳包括壳体以及相变热管装配通道，所述相变热管装配通道呈圆周型等距分布于机壳壳体两端，所述相变热管冷凝段装配于机壳壳体的装配通道中，蒸发段与定子铁芯装配到一起。所述相变热管与装配通道连接一端通过焊接、胀接或胶接工艺相配合。所述定子铁芯上开有与相变热管形状相对应的冷凝段装配通道。本发明克服现有电机定子铁芯导热能力有限不能及时将热量导出，造成定子绕组局部温度过高，温差梯度过大，从而影响电机整体温控性能及电机寿命的问题，具有结构简单、安装方便、适用范围广、成本低廉的优点。

Description

基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件
技术领域
本发明涉及新能源汽车的关键零部件技术领域，具体涉及一种利用相变热管将车用电机主要发热部件定子铁芯和定子绕组产生的热量均匀传导至整个机壳中进行自然空冷、强制风冷或强制水冷的车用电机定子组件。
背景技术
电机工作时会产生大量的热，特别是大功率电机，发热量很大需要及时排出。而对防水防尘等级要求较高的电机，由于电机密封性的提高导致电机内部的热量只能通过机壳表面进行交换，使得电机内部温升更加严重。电机定子绕组产生的铜损以及定子冲片产生的铁损智能通过热传导的方式经由定子铁芯传至机壳表面，再经对流换热将热量带走。热量传输路径繁琐，导致电机内部定子绕组局部高温，而影响电机的使用安全性和使用寿命。因此，温度控制对电机工作的效率、稳定性和可靠性至关重要。
目前新能源汽车驱动电机的冷却方式主要有：自然对流风冷、强制对流风冷和水冷系统。其中，对于风冷系统，由于接触部位面积仅占风冷机壳内壁面面积的三分之一至二分之一，其余面积则得不到有效利用，从而造成风冷机壳局部部位温度过高，温差梯度过大。目前主流的电机冷却方式种类较多，一种常见的冷却方式是定子水冷，但现有的水冷电机还存在一些不足，主要体现在尤其是现有定子水冷的结构中，定子覆水面积过小，导致冷却效果较差，而且转子和轴承也得不到充分的冷却。尤其对高转速电机而言，在体积有限的情况下，现有的电机水冷技术直接应用于其上是不适应的，因此进一步对电机的冷却系统加以改进，以提高其散热能力是很有必要的，该问题亟待解决。
针对目前这种情况，该发明公开了一种基于定子铁芯-相变热管低热阻装配技术的高导热车用电机定子组件，通过在机壳与定子铁芯之间装配相变热管，促进热量从定子绕组局部高温位置经定子铁芯向机壳低温位置的迅速扩散，起到快速导出热量的作用，从而增强电机的整体换热效率，改善驱动电机的温控性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的散热问题，提出一种均热效果佳、散热效果好、结构简单、使用寿命长、安装方便和成本低廉的新基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件。
本发明至少通过以下技术方案之一实现。
基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，其包括机壳、相变热管、定子铁芯与定子绕组；定子铁芯与定子绕组位于机壳中，所述机壳包括机壳壳体以及相变热管装配通道；所述相变热管装配通道为盲孔结构，呈圆周形等距分布于机壳壳体与定子铁芯两端。
进一步优化地，所述相变热管装配通道的横截面为圆形、矩形、扁平形以或弧形。
进一步优化地，所述热管装配通道数量为一条以上。
进一步优化地，所述相变热管包括冷凝段和蒸发段，冷凝段装配于机壳壳体的相变热管装配通道中，蒸发段与定子铁芯的相变热管装配通道装配到一起。
进一步优化地，所述相变热管与相变热管装配通道通过焊接、胀接或胶接工艺相配合。
进一步优化地，所述相变热管为铜热管或铝热管。
进一步优化地，所述相变热管为烧结式吸液芯型热管、微沟槽型热管或混合型热管。
进一步优化地，所述相变热管为圆柱形热管、弧形热管或矩形热管。
进一步优化地， 所述相变热管内的吸液芯或沟槽结构横截面可为环形、金字塔形、锯齿形以及梯形等多种形状。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明采用相变热管作为导热、均热部件，将其安装于机壳装配通道中，可以将原本集中于定子绕组和定子铁芯的大量热量迅速传播、扩散至整个机壳，从而消除局部温度过热问题，实现驱动电机内部热量分布的快速重组，为驱动电机达到更为优秀的温控性能提供可能。
2.本发明的传热部件——相变热管采用焊接、胀接或胶接工艺与位于机壳处的装配通道配合，可将接触热阻控制在一个较低的水平，有效提升驱动电机的温控性能。
3.本发明通过改善驱动电机的温控性能，可促使电机电磁性能往更高功率密度方向设计，同时可以进一步减少定子铁芯硅钢片和定子绕组铜线圈材料的使用，实现电机组件轻量化以及低成本化的目的。
4.本发明结构、工艺简单，安装方便，成本低廉，可适用于市面上所有的车用永磁同步电机改装。
附图说明
图1是本发明实例中基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件的立体剖视图。
图2是图1中关键位置的局部放大示意图。
图3是图1中去除机壳和定子绕组的装配关系示意图。
图4是图1中定子铁芯的立体剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的具体实施方式作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
如图1所示，在一个实施例中，基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，包括机壳1、相变热管2、定子铁芯3与定子绕组4。
机壳1由铝材A6061采用重力铸造工艺加工成型，包括机壳壳体11以及相变热管装配通道12。
机壳壳体11两端面各加工有6个M8螺纹孔111，以实现与法兰端盖的连接。
如图1~图4，热管装配通道13呈圆周型等距分布于机壳壳体与定子铁芯两端，共计有第一热管装配通道12的数量16条、第二热管装配通道31的数量16条，该实施例中，热管装配通道的横截面形状设计为扁平状。
如图2所示，本实例的相变热管2为铝材微沟槽式扁平热管，外形为扁平状。
如图4所示，定子铁芯包括相变热管装配通道31和铁芯32。相变热管装配通道31为通孔状。
相变热管2通过低温焊接工艺与热管装配通道12和热管装配通道31实现紧密配合。
仅作为一种实例，基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件具体成型及装配过程如下：A6061铝型材通过重力铸造成型得到机壳1，置于加工中心上进行M8螺纹孔111钻削加工、热管装配通道12铣削加工，接着对其进行精加工去除毛刺毛边后实施水流冲洗工序，去除机壳1上的铝屑和冷却液，此后将该机壳1置于烘箱中进行烘烤去除水份并冷却至室温；将定子铁芯3放入加工中心进行相变热管装配通道31的加工，接着去除毛刺毛边并实施冲洗工艺后进行绕线工艺；将机壳1置于高频感应加热机中加热使铝型材受热膨胀，趁热将已经完成绕线工艺的定子铁芯组件热套于机壳1中，自然冷却以实现定子铁芯组件与机壳1的紧密配合；对相变热管2表面进行平整磨光处理，并均匀涂抹一薄层低温锡膏至相变热管2蒸发段和冷凝段表面；将相变热管2蒸发段和冷凝段分别匀速嵌入机壳和定子铁芯的热管装配通道12和热管装配通道31中，必要时借助直管施压工具；将嵌入相变热管2的机壳1整体放入高温烘箱中，设定温度及保温时间至低温锡膏的焊接工艺需求即可，进行相变热管2的焊接固定；最后，对焊接完毕的该种基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件进行清洁处理，得到最终产品。
运行时，安装于机壳1与定子铁芯3之间的相变热管2可以将原本集中于定子绕组4和定子铁芯3的大量热量迅速传播、扩散至整个机壳1，从而消除局部温度过热问题，大幅度减小电机的温差梯度，实现热量分布重组，实现驱动电机更为优秀的温控性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，其特征在于包括机壳、相变热管、定子铁芯与定子绕组；定子铁芯与定子绕组位于机壳中，所述机壳包括机壳壳体以及相变热管装配通道；所述相变热管装配通道为盲孔结构，呈圆周形等距分布于机壳壳体与定子铁芯两端。
2.根据权利要求1所述的基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，其特征在于所述相变热管装配通道的横截面为圆形、矩形、扁平形以或弧形。
3.根据权利要求1所述的基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，其特征在于，所述热管装配通道数量为一条以上。
4.根据权利要求1所述的基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，其特征在于，所述相变热管包括冷凝段和蒸发段，冷凝段装配于机壳壳体的相变热管装配通道中，蒸发段与定子铁芯的相变热管装配通道装配到一起。
5.根据权利要求1所述的基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，其特征在于，所述相变热管与相变热管装配通道通过焊接、胀接或胶接工艺相配合。
6.根据权利要求1所述的基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，其特征在于，所述相变热管为铜热管或铝热管。
7.根据权利要求1所述的基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，其特征在于，所述相变热管为烧结式吸液芯型热管、微沟槽型热管或混合型热管。
8.根据权利要求1所述的基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，其特征在于，所述相变热管为圆柱形热管、弧形热管或矩形热管。
9.根据权利要求1所述的基于铁芯-相变热管低热阻装配技术的车用电机定子组件，其特征在于，所述相变热管内的吸液芯或沟槽结构横截面为环形、金字塔形、锯齿形或梯形。
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