CN106533034B - 相变散热风冷电机外壳、其制造方法以及应用其的风冷电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相变散热风冷电机外壳、其制造方法以及应用其的风冷电机，所述相变散热风冷电机外壳包括环形壳体，环形壳体外部沿周向凸出有若干间隔排列的散热翅片，其还包括上端板和下端板，环形壳体内周向分布有若干真空相变散热通道，真空相变散热通道从环形壳体的上端面延伸到下端面，真空相变散热通道两端由上端板、下端板密封，真空相变散热通道内设有相变工质，真空相变散热通道内壁设有多孔吸液层，多孔吸液层表面设有若干吸液孔。本发明所述相变散热风冷电机外壳，结构简单，散热效果好，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；更可促使电机电磁性能往更高功率密度方向设计，实现电机组件轻量化的目的。

Description

相变散热风冷电机外壳、其制造方法以及应用其的风冷电机
技术领域：
本发明涉及一种相变散热风冷电机外壳、其制造方法以及应用其的风冷电机。
背景技术：
目前，世界各国都在大力发展新能源汽车，我国更是将其列入到七大战略性新兴产业之中。但目前来看，作为其驱动系统核心的车用电机及其控制系统目前尚缺乏大规模的产业化验证，部分核心零部件的高效热管理关键技术仍掌握于国外厂商手中，尤其是高性能、大功率密度的车用电机一直迟迟未能出现在中国自主研究市场上。究其原因，电机热管理技术起到了很大程度上的限制作用。它直接影响电机效率、可靠性和使用寿命。
目前新能源汽车驱动电机的温升控制主要依靠水冷系统或者强制风冷系统。其中，对于强制风冷系统，由于驱动电机主要发热部件为定子绕组和定子铁芯，而其二者的传热途径主要依靠定子铁芯与风冷机壳的接触部位进行，因此，通常情况下，受到安装位置、出线方式以及材料成本等的限制，上述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，温差梯度过大的现象，使得风冷机壳两端的散热翅片组无法得到良好的利用，进而影响驱动电机整机的温控性能。
发明内容：
本发明的目的是提供一种相变散热风冷电机外壳、其制造方法以及应用其的风冷电机，能解决风冷电机的散热机壳局部温度过高，温差梯度过大，散热慢的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
本发明的一个目的是提供一种相变散热风冷电机外壳，包括环形壳体，所述环形壳体外部沿周向凸出有若干间隔排列的散热翅片，其特征在于：还包括上端板和下端板，所述环形壳体内周向分布有若干真空相变散热通道，所述真空相变散热通道从所述环形壳体的上端面延伸到下端面，所述真空相变散热通道两端由所述上端板、所述下端板密封，所述真空相变散热通道内设有相变工质，所述真空相变散热通道内壁设有多孔吸液层，所述多孔吸液层表面设有若干吸液孔。
上述所述真空相变散热通道轴向设置。
上述所述真空相变散热通道均匀分布在所述环形壳体内。
上述所述真空相变散热通道的横截面为圆形、弧形、矩形或梯形。
上述所述真空相变散热通道的两个端口设有沉头凹槽，所述上端板和所述下端板安装在所述沉头凹槽内，上端板和下端板包括顶壁和侧壁，所述侧壁贴设在所述沉头凹槽的槽壁上。
上述所述沉头凹槽槽壁的轴向倾斜角为5°—20°。
上述所述多孔吸液层的厚度为0.5—1.5mm，所述吸液孔的孔隙率为50％—75％。
上述所述相变工质为去离子水或丙酮，所述相变工质的液态灌注量为所述真空相变散热通道总容积的25％—75％。
上述所述真空相变散热通道的密封真空度小于或等于100帕。
上述所述散热翅片外侧面设有若干散热加强筋。
上述所述散热加强筋的横截面为V形、弧形、锯齿形、矩形或梯形。
上述所述多孔吸液层表面设有凹槽。
上述所述凹槽的横截面为V形、弧形、锯齿形、矩形或梯形。
上述所述环形壳体、所述散热翅片和所述真空相变散热通道由铜材一体化挤压成型加工成型，所述多孔吸液层为铜粉于所述真空相变散热通道内烧结制成。
本发明的另一目的是提供一种相变散热风冷电机外壳的制造方法，其特征在于，包括：
用拉伸工艺制造所述环形壳体，所述环形壳体外部沿周向凸出有若干所述散热翅片，环形壳体内周向分布有若干所述真空相变散热通道，所述真空相变散热通道从所述环形壳体的所述上端面延伸到所述下端面；
将所述下端板安装在所述真空相变散热通道的下端口上并焊接密封所述下端板；
在所述真空相变散热通道内烧结所述多孔吸液层；
将所述上端板安装在所述真空相变散热通道的上端口上并焊接密封所述上端板，所述上端板上凸出有抽真空圆管与所述真空相变散热通道连通；
通过所述抽真空圆管向所述真空相变散热通道灌入液态的相变材料；
通过所述抽真空圆管对所述真空相变散热通道进行抽真空处理；
夹断所述抽真空圆管并对夹断处进行焊接密封处理。
上述所述在所述真空相变散热通道内烧结所述多孔吸液层的步骤，具体包括：
向所述真空相变散热通道中插入与所述真空相变散热通道横截面呈互补结构的石墨芯棒；
向所述真空相变散热通道与石墨芯棒的缝隙中填充金属粉末；
将所述环形壳体放置于高温炉中进行指定温度序列的金属粉末烧结工艺，形成所述多孔吸液层；
烧结完成后将所述环形壳体冷却至室温并取出石墨芯棒。
上述所述环形壳体由铜材制成，烧结所述多孔吸液层所用的金属粉末为粒径100—400网目的紫铜粉末。
本发明的再一个目的是提供一种风冷电机，包括外壳组件、定子组件、转子组件和转轴，所述转子组件安装在所述转轴上，所述定子组件嵌套安装在所述外壳组件里面，所述转子组件套设于所述定子组件里面，其中所述定子组件包括定子铁芯以及绕设于所述定子铁芯上的线圈绕组，其特征在于：所述外壳组件包括外壳壳体、上端盖和下端盖，所述外壳壳体为上述所述的相变散热风冷电机外壳。
本发明与现有技术相比，具有如下效果：
1)本发明结合了多孔吸液层的毛细作用以及液体工质在真空环境下的相变性质，赋予所述环形壳体内所述真空相变散热通道极其高效的传热能力，其导热系数是已知金属的上万倍，可以将原本集中于定子铁芯和环形壳体接触部位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，大幅度减小机壳的温差梯度，进而促使更多的热量从定子绕组和定子铁芯部位传导至散热翅片组进行散热，能够实现驱动电机内部热量分布的快速重组，散热快，环形壳体的局部温度过高的问题得到彻底解决，温度梯度小，热分布均匀；
2)所述真空相变散热通道从所述环形壳体的上端面延伸到下端面，可将原本集中于环形壳体中部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，大幅度减小机壳的温差梯度，进而促使更多的热量从环形壳体内腔传导至散热翅片进行散热，实现驱动电机更为优秀的温控性能；
3)所述真空相变散热通道轴向设置，加工方便；
4)所述环形壳体、所述散热翅片和所述真空相变散热通道由铜材一体化挤压成型加工成型，所述多孔吸液层为铜粉于所述真空相变散热通道内烧结制成，免除了相变热管的使用及装配，大大减小了热量散失路径中的接触热阻；
5)所述散热翅片外侧面设有若干散热加强筋，散热加强筋增大了对流散热的接触面积，有效提升驱动电机的温控性能；
6)所述相变散热风冷电机外壳的制造方法，方法简单，加工方便；
7)所述风冷电机，使用了相变散热风冷电机外壳，使线圈绕组和定子铁芯的热量能迅速传导至散热翅片进行散热，改善驱动电机的温控性能，提高了电机的运行稳定性。
附图说明：
图1是本发明实施例一提供的相变散热风冷电机外壳的立体图；
图2是本发明实施例一提供的相变散热风冷电机外壳的另一角度立体图；
图3是本发明实施例一提供的相变散热风冷电机外壳的爆炸图；
图4是本发明实施例一提供的相变散热风冷电机外壳的的剖视图；
图5是图4的A处放大图；
图6是图4的B处放大图；
图7是本发明实施例一提供的相变散热风冷电机外壳的环形壳体的俯视图；
图8是图7的C处放大图；
图9是所述真空相变散热通道的另一种形状的结构示意图；
图10是本发明实施例三提供的风冷电机的剖视图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例一：
如图1至图8所示，本实施例提供的是一种相变散热风冷电机外壳，包括环形壳体10，所述环形壳体10外部沿周向凸出有若干间隔排列的散热翅片11，其特征在于：还包括上端板2和下端板3，所述环形壳体10内周向分布有若干真空相变散热通道14，所述真空相变散热通道14从所述环形壳体10的上端面12延伸到下端面13，所述真空相变散热通道14两端由所述上端板2、所述下端板3密封，所述真空相变散热通道14内设有相变工质，所述真空相变散热通道14内壁设有多孔吸液层141，所述多孔吸液层141表面设有若干吸液孔。
本发明结合了多孔吸液层的毛细作用以及液体工质在真空环境下的相变性质，赋予所述环形壳体内所述真空相变散热通道极其高效的传热能力，其导热系数是已知金属的上万倍，能够实现驱动电机内部热量分布的快速重组，散热快，环形壳体的局部温度过高的问题得到彻底解决，温度梯度小，热分布均匀。所述真空相变散热通道从所述环形壳体的上端面延伸到下端面，可将原本集中于环形壳体中部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，大幅度减小机壳的温差梯度，进而促使更多的热量从环形壳体内腔传导至散热翅片进行散热，实现驱动电机更为优秀的温控性能。
上述所述真空相变散热通道14轴向设置，加工方便。
上述所述真空相变散热通道14均匀分布在所述环形壳体10内。
上述所述真空相变散热通道14的两个端口设有沉头凹槽142，所述上端板2和所述下端板3安装在所述沉头凹槽142内，上端板2和下端板3包括顶壁22和侧壁23，所述侧壁23贴设在所述沉头凹槽142的槽壁上。
上述所述沉头凹槽142槽壁的轴向倾斜角为5°—20°。
上述上端板2的顶壁22上还设有抽真空圆管21，抽真空圆管21顶部密封。
上述所述多孔吸液层141的厚度为0.5—1.5mm，所述吸液孔的孔隙率为50％—75％。
上述所述相变工质为去离子水或丙酮，所述相变工质的液态灌注量为所述真空相变散热通道14总容积的25％—75％。
上述所述真空相变散热通道14的密封真空度小于或等于100帕。
上述所述多孔吸液层141表面还设有凹槽143。
上述所述散热翅片11外侧面设有若干散热加强筋111。散热加强筋增大了对流散热的接触面积，有效提升驱动电机的温控性能。
上述所述散热翅片11外侧面也可通过喷砂处理来强化传热效果。所述环形壳体10的上端面12和下端面13还加工有若干螺纹孔，以实现与电机上端盖、下端盖的螺栓连接。
上述所述环形壳体10、所述散热翅片11和所述真空相变散热通道14由铜材一体化挤压成型加工成型，所述多孔吸液层141为铜粉于所述真空相变散热通道14内烧结制成。免除了相变热管的使用及装配，大大减小了热量散失路径中的接触热阻。
本实施例中，所述环形壳体1内均匀分布有48条真空相变散热通道14，真空相变散热通道14的横截面为圆形，所述散热加强筋111的横截面为V形。所述多孔吸液层141的厚度为1mm，所述吸液孔的孔隙率为60％。
所述真空相变散热通道14内灌注的液态相变工质为去离子水，48条真空相变散热通道14的灌注量共计50ml，密封真空度为10—20帕。
如图9所示，上述所述真空相变散热通道14的横截面也可为弧形、矩形或梯形。
上述所述多孔吸液层141表面还设有凹槽143。
上述所述凹槽143的横截面为V形、弧形、锯齿形、矩形或梯形。
上述所述散热加强筋111的横截面为V形、弧形、锯齿形、矩形或梯形。
本实施例提供的相变散热风冷电机外壳，结构简单，散热效果好，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；更可促使电机电磁性能往更高功率密度方向设计，实现电机组件轻量化以及低成本化的目的。
实施例二：
本实施例提供的是一种相变散热风冷电机外壳的制造方法，包括：
步骤1：用拉伸工艺制造所述环形壳体10，所述环形壳体10外部沿周向凸出有若干所述散热翅片11，环形壳体10内周向分布有若干所述真空相变散热通道14，所述真空相变散热通道14从所述环形壳体10的所述上端面12延伸到所述下端面13；
步骤2：将所述下端板3安装在所述真空相变散热通道14的下端口上并焊接密封所述下端板3；
步骤3：在所述真空相变散热通道14内烧结所述多孔吸液层141；
步骤4：将所述上端板2安装在所述真空相变散热通道14的上端口上并焊接密封所述上端板2，所述上端板2上凸出有抽真空圆管21与所述真空相变散热通道14连通，所述抽真空圆管21长10—50mm；
步骤5：通过所述抽真空圆管21向所述真空相变散热通道14灌入液态的相变材料；
步骤6：通过所述抽真空圆管21对所述真空相变散热通道14进行抽真空处理；
步骤7：夹断所述抽真空圆管21并对夹断处进行焊接密封处理。
上述所述在所述步骤3：真空相变散热通道14内烧结所述多孔吸液层141的步骤，具体包括：
步骤3.1向所述真空相变散热通道14中插入与所述真空相变散热通道14横截面呈互补结构的石墨芯棒；
步骤3.2向所述真空相变散热通道14与石墨芯棒的缝隙中填充金属粉末；
步骤3.3将所述环形壳体10放置于高温炉中进行指定温度序列的金属粉末烧结工艺，形成所述多孔吸液层141；
步骤3.4烧结完成后将所述环形壳体10冷却至室温并取出石墨芯棒。
上述所述环形壳体10由铜材制成，烧结所述多孔吸液层141所用的金属粉末为粒径100—400网目的紫铜粉末。
上述所述步骤1：用拉伸工艺制造所述环形壳体10，所述环形壳体10外部沿周向凸出有若干所述散热翅片11，环形壳体10内周向分布有若干所述真空相变散热通道14，所述真空相变散热通道14从所述环形壳体10的所述上端面12延伸到所述下端面13后，还包括：
步骤1.1：所述环形壳体10成型后对其进行精加工去除毛刺毛边后实施水流冲洗工序，去除散热翅片11上以及真空相变散热通道14内的铝屑和冷却液；
步骤1.2：将所述环形壳体10置于烘箱中进行烘烤去除水份并冷却至室温。
上述步骤2中所述焊接焊接密封所述下端板3、以及所述步骤4中所述焊接密封所述上端板2，所述焊接密封可采用高温钎焊、低温锡焊等多种焊接工艺。
上述步骤7：夹断所述抽真空圆管21并对夹断处进行焊接密封处理，具体为：采用液压装置夹断抽真空圆管21，进行机械力密封，然后通过氩弧焊对抽真空圆管21夹断处进行焊接密封操作。
本实施例中，所述步骤3中，烧结所述多孔吸液层141所用的金属粉末的粒径100—150网目的紫铜粉末，48条真空相变散热通道14的灌注量共计50ml，密封真空度为10—20帕。
本实施例所述的相变散热风冷电机外壳的制造方法，方法简单，加工方便。
实施例三：
如图10所示，本实施例提供的是一种风冷电机，包括外壳组件、定子组件4、转子组件5和转轴6，所述转子组件5安装在所述转轴6上，所述定子组件4嵌套安装在所述外壳组件里面，所述转子组件5套设于所述定子组件4里面，其中所述定子组件4包括定子铁芯41以及绕设于所述定子铁芯41上的线圈绕组42，其特征在于：所述外壳组件包括外壳壳体1、上端盖71和下端盖72，所述外壳壳体1为上述所述的相变散热风冷电机外壳。
本实施例所述风冷电机，使用了相变散热风冷电机外壳，使线圈绕组42和定子铁芯41的热量能迅速通过所述真空相变散热通道14传导至散热翅片11进行散热，改善驱动电机的温控性能，提高了电机的运行稳定性。
以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种相变散热风冷电机外壳，包括环形壳体(10)，所述环形壳体(10)外部沿周向凸出有若干间隔排列的散热翅片(11)，其特征在于：还包括上端板(2)和下端板(3)，所述环形壳体(10)内周向分布有若干真空相变散热通道(14)，所述真空相变散热通道(14)从所述环形壳体(10)的上端面(12)延伸到下端面(13)，所述真空相变散热通道(14)两端由所述上端板(2)、所述下端板(3)密封，所述真空相变散热通道(14)内设有相变工质，所述真空相变散热通道(14)内壁设有多孔吸液层(141)，所述多孔吸液层(141)表面设有若干吸液孔。
2.根据权利要求1所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述真空相变散热通道(14)轴向设置。
3.根据权利要求2所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述真空相变散热通道(14)均匀分布在所述环形壳体(10)内。
4.根据权利要求1所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述真空相变散热通道(14)的横截面为圆形、弧形、矩形或梯形。
5.根据权利要求4所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述真空相变散热通道(14)的两个端口设有沉头凹槽(142)，所述上端板(2)和所述下端板(3)安装在所述沉头凹槽(142)内，上端板(2)和下端板(3)包括顶壁(22)和侧壁(23)，所述侧壁(23)贴设在所述沉头凹槽(142)的槽壁上。
6.根据权利要求5所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述沉头凹槽(142)槽壁的轴向倾斜角为5°—20°。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述多孔吸液层(141)的厚度为0.5—1.5mm，所述吸液孔的孔隙率为50％—75％。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述相变工质为去离子水或丙酮，所述相变工质的液态灌注量为所述真空相变散热通道(14)总容积的25％—75％。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述真空相变散热通道(14)的密封真空度小于或等于100帕。
10.根据权利要求1至6中任意一项所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述散热翅片(11)外侧面设有若干散热加强筋(111)。
11.根据权利要求10所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述散热加强筋(111)的横截面为V形、弧形、锯齿形、矩形或梯形。
12.根据权利要求1至6中任意一项所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述多孔吸液层(141)表面设有凹槽(143)。
13.根据权利要求12所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述凹槽(143)的横截面为V形、弧形、锯齿形、矩形或梯形。
14.根据权利要求1至6中任意一项所述的相变散热风冷电机外壳，其特征在于：所述环形壳体(10)、所述散热翅片(11)和所述真空相变散热通道(14)由铜材一体化挤压成型加工成型，所述多孔吸液层(141)为铜粉于所述真空相变散热通道(14)内烧结制成。
15.一种相变散热风冷电机外壳的制造方法，其特征在于，包括：
用拉伸工艺制造环形壳体(10)，环形壳体(10)外部沿周向凸出有若干散热翅片(11)，环形壳体(10)内周向分布有若干真空相变散热通道(14)，真空相变散热通道(14)从环形壳体(10)的上端面(12)延伸到下端面(13)；
将下端板(3)安装在真空相变散热通道(14)的下端口上并焊接密封下端板(3)；
在真空相变散热通道(14)内烧结多孔吸液层(141)；
将上端板(2)安装在真空相变散热通道(14)的上端口上并焊接密封上端板(2)，所述上端板(2)上凸出有抽真空圆管(21)与真空相变散热通道(14)连通；
通过抽真空圆管(21)向所述真空相变散热通道(14)灌入液态的相变材料；
通过所述抽真空圆管(21)对所述真空相变散热通道(14)进行抽真空处理；
夹断所述抽真空圆管(21)并对夹断处进行焊接密封处理。
16.根据权利要求15所述的相变散热风冷电机外壳的制造方法，其特征在于，所述在所述真空相变散热通道(14)内烧结所述多孔吸液层(141)的步骤，具体包括：
向所述真空相变散热通道(14)中插入与所述真空相变散热通道(14)横截面呈互补结构的石墨芯棒；
向所述真空相变散热通道(14)与石墨芯棒的缝隙中填充金属粉末；
将所述环形壳体(10)放置于高温炉中进行指定温度序列的金属粉末烧结工艺，形成所述多孔吸液层(141)；
烧结完成后将所述环形壳体(10)冷却至室温并取出石墨芯棒。
17.根据权利要求16所述的相变散热风冷电机外壳的制造方法，其特征在于：所述环形壳体(10)由铜材制成，烧结所述多孔吸液层(141)所用的金属粉末为粒径100—400网目的紫铜粉末。
18.一种风冷电机，包括外壳组件、定子组件(4)、转子组件(5)和转轴(6)，所述转子组件(5)安装在所述转轴(6)上，所述定子组件(4)嵌套安装在所述外壳组件里面，所述转子组件(5)套设于所述定子组件(4)里面，其中所述定子组件(4)包括定子铁芯(41)以及绕设于所述定子铁芯(41)上的线圈绕组(42)，其特征在于：所述外壳组件包括外壳壳体(1)、上端盖(71)和下端盖(72)，所述外壳壳体(1)为权利要求1至14任一项所述的相变散热风冷电机外壳。
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