CN115733308A

CN115733308A - 电机及其水冷散热装置

Info

Publication number: CN115733308A
Application number: CN202110983123.1A
Authority: CN
Inventors: 吴绍朋; 周锦阳; 张鑫淼; 高强
Original assignee: Harbin Institute of Technology; Delta Electronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Harbin Institute of Technology; Delta Electronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2023-03-03

Abstract

本发明提供一种电机及其水冷散热装置。电机包括电机轴、转子、定子、绕组以及控制器。电机还包括如水冷散热装置。水冷散热装置包括：进水口；第一水冷结构，其具有沿第一方向布置的第一水道，所述第一水道的进水端与所述进水口连通；第二水冷结构，其具有沿第二方向布置的第二水道，所述第二方向与所述第一方向之间具有第一夹角，所述第二水道的进水端与所述第一水道的出水端连通；出水口，与所述第二水道的出水端连通。本发明利用水冷散热装置的第一、第二水冷结构可以分别提供电机的第一方向和第二方向上的散热，且通过第二水冷结构可以对电机的绕组的端部进行散热，提高了散热效率。

Description

电机及其水冷散热装置

技术领域

本发明涉及散热技术领域，特别是涉及一种电机及其水冷散热装置。

背景技术

传统电机的散热方式主要是在机壳中设计水路，利用冷却水的流动性对电机进行散热，避免温升过高影响其性能，从而提高电机的工作效率。当前水路的形状主要有螺旋形和Z形，这两种水路在散热性能和加工成本上各有千秋，但都只实现了电机机身的散热(即轴向上的散热)，而没有解决电机绕组的端部的散热(即周向上的散热)的问题。换言之，现有电机的冷却水路的散热位置单一。

同时，电机与控制器的集成化正在成为行业近年来研究的热点，集成化设计使得控制器和电机能够共用一套冷却系统，因此如何设计有效的散热水路，并进行合理装配，使其能够同时满足电机绕组的端部(即周向)、轴向和控制器上的功率器件的散热需求，成为技术突破的关键。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种电机及其水冷散热装置，可以有效解决现有技术的一或多个缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供一种水冷散热装置，其包括：进水口；第一水冷结构，其具有沿第一方向布置的第一水道，所述第一水道的进水端与所述进水口连通；第二水冷结构，其具有沿第二方向布置的第二水道，所述第二方向与所述第一方向之间具有第一夹角，所述第二水道的进水端与所述第一水道的出水端连通；出水口，与所述第二水道的出水端连通。

在本发明的一实施例中，所述第一水冷结构包括第一散热机壳，所述第一水道环绕设置于所述第一散热机壳内；所述第二水冷结构包括第二散热机壳，所述第二水道呈多层弯折设置于所述第二散热机壳内。

在本发明的一实施例中，所述第一水道包括连续的Z形水道。

在本发明的一实施例中，所述第一水道还包括出水水道，所述第二水道的出水端与所述出水口通过所述出水水道连通。

在本发明的一实施例中，所述进水口和所述出水口彼此相邻且邻近于所述第一散热机壳的末端设置，所述第二散热机壳邻近于所述第一散热机壳的首端设置。

在本发明的一实施例中，所述第一散热机壳的内壁上设置有一对第一凹槽，分别对应贯通于所述第一水道的所述出水端和所述出水水道的进水端；所述第二散热机壳上对应设置有一对第二凹槽，分别对应贯通于所述第二水道的所述进水端和所述出水端；其中，所述一对第二凹槽与所述一对第一凹槽是嵌入式地焊接连通。

在本发明的一实施例中，所述第二散热机壳的第一侧与电机的绕组的第一端部导热连接；及/或，所述第二散热机壳的第二侧与电机的控制器的基板导热连接；及/或，所述第一散热机壳的内壁与电机的定子的周部导热连接。

在本发明的一实施例中，所述水冷散热装置还包括：导热胶层，粘接于所述控制器的基板与所述第二散热机壳的所述第二侧之间。

在本发明的一实施例中，所述导热胶层的材质包括导热硅脂；及/或，所述控制器的基板及所述导热胶层为圆形片状结构；及/或，所述第二水道呈多层圆弧形弯折设置。

在本发明的一实施例中，所述水冷散热装置还包括：连接件，固定连接所述控制器的基板与所述第二散热机壳。

在本发明的一实施例中，所述第一散热机壳和所述第二散热机壳均为金属机壳。

在本发明的一实施例中，所述第一方向为轴向，所述第二方向为周向，所述第一夹角为90°。

为了实现上述目的，本发明另外还提供一种电机，包括电机轴、转子、定子、绕组以及控制器，其中，所述电机还包括如上所述的水冷散热装置。

在本发明的另一实施例中，所述转子、所述定子、所述绕组通过所述电机轴安装并位于所述第二散热机壳的第一侧，且所述定子的周部与所述第一散热机壳的内壁导热连接，所述绕组的第一端部与所述第二散热机壳的第一侧导热连接；所述控制器的基板通过所述电机轴安装并位于所述第二散热机壳的第二侧，且所述控制器的基板的内侧端部通过导热胶层与所述第二散热机壳的第二侧导热连接。

在本发明的另一实施例中，所述控制器的基板的外侧端部上设置有功率器件。

本发明利用水冷散热装置的第一、第二水冷结构可以分别提供电机的第一方向(例如轴向)和第二方向(例如周向)上的散热，且通过第二水冷结构可以对电机的绕组的端部进行散热，提高了散热效率。

本发明的水冷散热装置可以实现控制器与电机集成在一起时的集成电机系统共用一套水冷结构，对以往难散热且温度较高的电机的绕组的端部进行散热，允许电机通入更大的电流，从而有效缩短了轴向长度，大大降低装置体积与质量，提高了功率密度和可靠性。

另外，本发明的水冷散热装置在对水道形状的选择上，将轴向的第一水道设计为连续的Z形，方便加工的同时保证了良好的散热性能；将周向的第二水道设计成多层圆弧形，在适应机壳的形状的同时保证了最大的散热面积。

最后，本发明还通过导热胶层和连接件将控制器的基板与第二散热机壳导热连接在一起，使第二散热机壳能够高效地带走控制器的基板和电机的绕组的端部产生的热量，极大增强了散热效果。

本发明的水冷散热装置的冷却效果良好，加工成本低，具有很高的性价比，便于推广应用。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1为本发明一较佳实施例提供的电机的分解结构示意图；

图2A为图1中的第一散热机壳的立体结构示意图，其中示出了进水口和出水口的位置；

图2B为图1中的第一散热机壳的透视图，其中示出了设置于所述第一散热机壳中的第一水道的结构；

图2C为图1中的第一散热机壳的从另一方向看的立体结构示意图，其中示出了一对第一凹槽的位置；

图3为图1中的第二散热机壳的剖面示意图，其中示出了设置于所述第二散热机壳中的第二水道的结构；

图4为本发明的水冷散热装置的第一水道和第二水道连通后的示意图；

图5为图1所示的电机组装后的上半部分的纵向剖面示意图；

图6为图1中的控制器的基板与第二散热机壳连接的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。实施方式中可能使用相对性的用语，例如“上”或“下”以描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”侧的组件将会成为在“下”侧的组件。此外，权利要求书中的术语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

如图1～图6所示，本发明提供一种电机100，其例如可包括电机轴10、转子20、定子40、绕组30以及控制器70。在本发明中，所述电机100还包括有水冷散热装置50，用于为所述电机提供不同方向(例如轴向和周向，但本发明不以此为限)上的多个位置的散热。

结合参考图2A～图4所示，在本发明的一些实施例中，所述水冷散热装置50例如可包括依次连通的进水口513、第一水冷结构51、第二水冷结构52和出水口514。其中，所述第一水冷结构51具有沿第一方向布置的第一水道512，所述第一水道512的进水端5121与所述进水口513连通。所述第二水冷结构52具有沿第二方向布置的第二水道522，所述第二方向与所述第一方向之间具有第一夹角，所述第二水道522的进水端5221与所述第一水道512的出水端5122连通。所述出水口514与所述第二水道522的出水端5222连通。如此，冷却水可从所述进水口513注入，并流经所述第一水道512和所述第二水道522，最后从所述出水口514流出，从而形成一个循环的散热通道，可以对第一方向和第二方向上的多个位置进行散热。

在本发明的一实施例中，较佳地，如图4所示，所述第一方向例如为可轴向I，所述第二方向例如可为周向R，且所述第一夹角为90°。当然，可以理解的是，在其他实施例中，所述第一夹角也可以为角度范围0～90°中的其它角度，这些并不作为对本发明的限制。

在本发明的一些实施例中，如图2A～2C所示，所述第一水冷结构51例如可进一步包括第一散热机壳511(如图2B所示)。其中，所述第一散热机壳511例如可呈圆筒状，所述第一水道512例如是环绕设置于所述第一散热机壳511内。较佳地，结合参考图4，所述第一水道512例如可包括连续的Z形水道，其是呈环形分布且基本环绕一圈。

在其他一些实施例中，结合参考图2B和图4，所述第一水道512还可进一步包括出水水道515。其中，所述第二水道522的出水端5222是与所述出水口514通过所述出水水道515连通，也即，所述第二水道522的出水端5222是连通所述出水水道515的进水端5151，所述出水水道515的出水端5152连通所述出水口514。并且，所述进水口513和所述出水口514可以彼此相邻且邻近于所述第一散热机壳511的末端设置，用于与外部的循环供水装置相连。而所述第二散热机壳521是邻近于所述第一散热机壳511的首端设置。较佳地，所述进水口513与所述出水口514可设计成方形，其内壁宽度与所述第一水道512的宽度一致，其厚度例如可取2～5mm(但本发明不以此为限)，以保证结构强度。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，结合参考图1，所述第二水冷结构52例如可进一步包括第二散热机壳521。其中，所述第二散热机壳521例如可呈圆形片状结构，所述第二水道522例如是呈多层弯折设置于所述第二散热机壳521内。较佳地，所述第二水道522可呈多层圆弧形弯折设置，例如，所述第二水道522可弯折形成位于外层的第一圆弧部分522a、位于中间层的第二圆弧部分522b、以及位于内层的第三圆弧部分522c，如此的布置可以增大散热面积，提高第二水冷结构52的散热能力。当然，可以理解的是，在其他一些实施例中，所述第二水道522也可以根据需要设计成其他层数，例如五层或六层等更多的层数，或者也可以为更少的层数。并且，弯折的形状也不局限于圆弧形，也可以为其它形状，这些并不作为对本发明的限制。

为保证水冷散热装置的热传导能力，所述第一散热机壳511和所述第二散热机壳521可为金属机壳，如选用铜、铁、铝等金属材质，但本发明不以此为限，其他适合的材质也可用于制作散热机壳。

在本发明的一些实施例中，如图2C和图3所示，结合参考图2B和图4，较佳地，本发明可在所述第一散热机壳511的内壁上设置有一对第一凹槽516和517，其分别对应贯通于所述第一水道512的所述出水端5122和所述出水水道515的进水端5151。在所述第二散热机壳52的外缘上对应设置有一对第二凹槽526和527，其分别对应贯通于所述第二水道522的所述进水端5221和所述出水端5222。并且，所述一对第二凹槽516和517与所述一对第一凹槽526和527是嵌入式地焊接连通，从而实现所述第一水道512和所述第二水道522的连通。为了防止漏水，在焊接连接处还可以进一步加上橡胶套。

在本发明的一些实施例中，如图5～图6所示，结合参考图1，所述转子20、所述定子40、所述绕组30可通过所述电机轴10安装并位于所述第二散热机壳521的第一侧。所述定子49的周部可与所述第一散热机壳511的内壁导热连接。所述绕组30的第一端部31可与所述第二散热机壳521的第一侧导热连接。而所述控制器70的基板71可通过所述电机轴10安装并位于所述第二散热机壳521的第二侧，且所述控制器70的基板71的内侧端部可通过导热胶层60与所述第二散热机壳521的第二侧导热连接。通过所述导热胶层60粘接于所述控制器70的基板71与所述第二散热机壳521的第二侧之间，可将二者粘在一起不留空隙，从而可保证所述基板71上的热量顺利传递到所述第二散热机壳521上。在本发明中，所述导热胶层60的材质例如可包括导热硅脂，但本发明不以此为限。

较佳地，所述水冷散热装置50还可包括连接件80，用于固定连接所述控制器70的基板71与所述第二散热机壳521。更具体地，结合参考图1、图3和图6，所述第二散热机壳521上设有多个第一安装孔529，其可按照内部第二水道522的布置轨迹灵活排布，从而不影响第二水道522的回路。而所述控制器70的基板71上可对应设置第二安装孔79，其中第一安装孔529与第二安装孔79的位置一一对应，二者通过连接件80连接，从而可实现所述控制器70的基板71和所述第二散热机壳521的机械固定。

较佳地，所述控制器70的基板71及所述导热胶层60例如可为圆形片状结构，从而便于封装。并且，所述控制器70的基板71的外侧端部上可安装有功率器件72，如图1所示，可用于实现对电机的控制策略。

本发明通过导热胶层60和连接件80将所述控制器70的基板71与所述第二水冷结构52拼接在一起，使第二水冷结构52可高效地带走基板71和绕组30的第一端部31产生的热量，极大增强了散热效果。

下面将进一步结合图2B、图3以及图4，详细说明本发明的水冷散热装置的散热过程。其中，循环供水装置提供的冷却水可从进水口513流入第一水道512(如沿图2B中的流向F1)，在第一水道512中流动接近完整一周后从第一散热机壳511的首端流入第二水道522(如沿图2B中的流向F2和图3中的流向F3)，冷却后再次回到第一散热机壳511的末端从出水口514流出(如沿图3中的流向F4和图2B中的流向F5)，从而形成一个循环的冷却通道，并可以持续不断地带走热量。其中，本发明通过第一水冷结构51实现了电机的轴向散热，通过第二水冷结构52实现了电机的周向散热。

并且，本发明通过第二散热机壳521的一侧与电机的绕组30的第一端部31相连，另一侧与控制器70的基板71相连，可同时吸收基板71(功率器件72发出并通过热传导方式传递给基板71)和绕组30的第一端部31传递的热量，提高了散热效率和整个电机的功率密度。本发明的水冷散热装置50可以实现控制器与电机集成在一起时的集成电机系统共用一套水冷结构，对以往难散热且温度较高的电机的绕组的端部进行散热，允许电机通入更大的电流，从而有效缩短了轴向长度，大大降低装置体积与质量，提高了功率密度和可靠性。

另外，本发明的水冷散热装置在对水道形状的选择上，将轴向的第一水道设计为连续的Z形，方便加工的同时保证了良好的散热性能；将周向的第二水道设计成多层圆弧形，在适应机壳的形状的同时保证了最大的散热面积，从而提高了第二水冷结构52的散热能力。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims

1.一种水冷散热装置，其特征在于，包括：

进水口；

第一水冷结构，其具有沿第一方向布置的第一水道，所述第一水道的进水端与所述进水口连通；

第二水冷结构，其具有沿第二方向布置的第二水道，所述第二方向与所述第一方向之间具有第一夹角，所述第二水道的进水端与所述第一水道的出水端连通；

出水口，与所述第二水道的出水端连通。

2.根据权利要求1所述的水冷散热装置，其特征在于，

所述第一水冷结构包括第一散热机壳，所述第一水道环绕设置于所述第一散热机壳内；

所述第二水冷结构包括第二散热机壳，所述第二水道呈多层弯折设置于所述第二散热机壳内。

3.根据权利要求2所述的水冷散热装置，其特征在于，所述第一水道包括连续的Z形水道。

4.根据权利要求3所述的水冷散热装置，其特征在于，所述第一水道还包括出水水道，所述第二水道的出水端与所述出水口通过所述出水水道连通。

5.根据权利要求4所述的水冷散热装置，其特征在于，所述进水口和所述出水口彼此相邻且邻近于所述第一散热机壳的末端设置，所述第二散热机壳邻近于所述第一散热机壳的首端设置。

6.根据权利要求5所述的水冷散热装置，其特征在于，所述第一散热机壳的内壁上设置有一对第一凹槽，分别对应贯通于所述第一水道的所述出水端和所述出水水道的进水端；所述第二散热机壳上对应设置有一对第二凹槽，分别对应贯通于所述第二水道的所述进水端和所述出水端；其中，所述一对第二凹槽与所述一对第一凹槽是嵌入式地焊接连通。

7.根据权利要求2所述的水冷散热装置，其特征在于，所述第二散热机壳的第一侧与电机的绕组的第一端部导热连接；及/或，所述第二散热机壳的第二侧与电机的控制器的基板导热连接；及/或，所述第一散热机壳的内壁与电机的定子的周部导热连接。

8.根据权利要求7所述的水冷散热装置，其特征在于，还包括：

导热胶层，粘接于所述控制器的基板与所述第二散热机壳的所述第二侧之间。

9.根据权利要求8所述的水冷散热装置，其特征在于，所述导热胶层的材质包括导热硅脂；及/或，所述控制器的基板及所述导热胶层为圆形片状结构；及/或，所述第二水道呈多层圆弧形弯折设置。

10.根据权利要求7所述的水冷散热装置，其特征在于，还包括：

连接件，固定连接所述控制器的基板与所述第二散热机壳。

11.根据权利要求2所述的水冷散热装置，其特征在于，所述第一散热机壳和所述第二散热机壳均为金属机壳。

12.根据权利要求2所述的水冷散热装置，其特征在于，所述第一方向为轴向，所述第二方向为周向，所述第一夹角为90°。

13.一种电机，包括电机轴、转子、定子、绕组以及控制器，其特征在于，所述电机还包括如权利要求2～12所述的水冷散热装置。

14.根据权利要求13所述的电机，其特征在于，所述转子、所述定子、所述绕组通过所述电机轴安装并位于所述第二散热机壳的第一侧，且所述定子的周部与所述第一散热机壳的内壁导热连接，所述绕组的第一端部与所述第二散热机壳的第一侧导热连接；所述控制器的基板通过所述电机轴安装并位于所述第二散热机壳的第二侧，且所述控制器的基板的内侧端部通过导热胶层与所述第二散热机壳的第二侧导热连接。

15.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述控制器的基板的外侧端部上设置有功率器件。