CN206775327U - 一种电动车用自然冷却散热电机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电动车用自然冷却散热电机，定子绕组包括设于定子铁芯安装槽内的内置部和两端伸出定子铁芯外的延伸部，定子绕组的延伸部外套设有与机壳壳体同轴的导热筒，导热筒内壁与定子绕组的延伸部之间设有绝缘层，导热筒外壁与机壳壳体内壁贴合。定子绕组的延伸部铜损耗发出的热量直接由导热筒传导给机壳散发出去，解决了电机绕组端部铜损热量的近距离传导通路的问题，电机温升降低，解决了电车用驱动电机在去掉风叶强制风冷或水冷的条件下，电机运行温升仍然可满足设计要求的问题，简化了电机的生产工艺和部件，与现有电机相比较，电机成本可降低，电机体积减少，具有广泛的应用前景。

Description

一种电动车用自然冷却散热电机
技术领域
本实用新型涉及电机领域，尤其涉及一种电动车用自然冷却散热电机。
背景技术
安装在电动车上的驱动电机的功率在10kw以下，散热方式一般是在后端盖的转轴伸出端安装一个风叶进行强制风冷。而10kw以上的大多数是采用水冷的方式。
采用强制风冷的方式对电机的成本增加不是太多，但对电机运行的噪音增加了很多；其次，因风叶转动需要消耗能量，所以强制风冷还会降低电机的运行效率；再者，因风罩占据了电机总体积的较大份额，因此强制风冷会大幅度增加电机的体积。
采用水冷方式对电机散热效果固然较佳，但是电机水冷机壳生产工艺复杂，制造成本很高，一般情况下，水冷机壳的制造成本是风冷机壳的3～4倍，装在电动车上，还要增加一套水冷系统，包含水箱、水泵、水泵驱动电机、水管和散热器等多个部件，所以采用水冷方式会大幅度增加电机的制造成本和电动车的系统成本。因此，对于只需要10kw以下的驱动电机电动车无法采用水冷方式对电机散热。
所以，电动车驱动电机的散热方式是一个复杂的技术问题，如何找到一个在没有强制风冷或水冷情况下的散热效果仍然能满足电机的温升要求的技术方案，是本领域技术人员急需解决的问题之一。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提高电动车驱动电机的散热性，提供一种能够在自然条件下冷却，使之满足电机温升要求的一种电动车用自然冷却散热电机。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：
一种电动车用自然冷却散热电机，包括呈中空筒状的机壳壳体、设于机壳壳体内的定子铁芯、定子绕组、对机壳壳体两端进行密封的端盖以及设于机壳壳体外壁上的散热筋片，其特征在于：所述定子绕组包括设于定子铁芯安装槽内的内置部和两端伸出定子铁芯外的延伸部，所述定子绕组的延伸部外套设有与机壳壳体同轴的导热筒，所述导热筒内壁与定子绕组的延伸部之间设有绝缘层，所述导热筒外壁与机壳壳体内壁贴合。
进一步的技术方案在于：所述散热筋片沿机壳壳体轴线方向设置，并以机壳壳体轴线为中心呈放射状结构，所述散热筋片的纵截面呈“T”字形，包括横向的加强部和竖向的散热部，所述散热筋片在机壳壳体上每隔6—6.5mm弧长设置有一个，相邻两散热筋片横向的加强部之间设有散热间隙。
进一步的技术方案在于：所述散热筋片竖向的散热部厚度为1—1.5mm。
进一步的技术方案在于：所述散热筋片竖向的散热部厚度为1.2mm。
进一步的技术方案在于：所述散热筋片的高度为10—15mm。
进一步的技术方案在于：所述散热筋片的高度为12mm。
进一步的技术方案在于：所述导热筒的材质为铝。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
导热筒的外缘紧贴机壳壳体，内缘通过绝缘层与绕组紧紧相连，这样，定子绕组的延伸部铜损耗发出的热量直接由导热筒传导给机壳散发出去，解决了电机绕组端部铜损热量的近距离传导通路的问题，电机温升降低，解决了电车用驱动电机在去掉风叶强制风冷或水冷的条件下，电机运行温升仍然可满足设计要求的问题，简化了电机的生产工艺和部件，与现有电机相比较，电机成本可降低，电机体积减少，具有广泛的应用前景。而且，电机去掉了风叶，电机噪音可降低，提高了电机性能，电机更安静，同时电机的综合效率可提高，电机更节能。
并且，散热筋片的设计具有超薄、密集和“T”字形结构的特点，散热筋片的散热面积大幅度提高，使用强度增强。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型散热筋片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
电机发热的原因主要有三，铜损耗、铁损耗和机械损耗，占总损耗的百分比分别为55—65％、25—35％和5—10％，可以看出铜损耗是电机发热的主要原因，如何将电机绕组的铜损耗发出的热量顺利导出到机壳壳体1的散热筋片2上，是解决电机温升的关键所在。
对于电机装配的结构，以一台20kw的无刷直流电机为例，机壳的内径为200mm，定子铁芯的长度为100mm，绕组在定子铁芯上。而对于绕组各部位的分配情况，不难看出，对于一个槽，绕组在铁芯内部的长度是100mm，前端部伸出的长度是40mm，后端部伸出的长度是50mm，绕组端部跨槽的长度是61mm，半个线圈的总长度是261mm，其中，在铁芯内部的长度是100mm，占总长度的38.3％，在铁芯外部的长度是160.8mm，占总长度的61.6％。这就意味着绕组铜损耗发出的热量只有38.3％在铁芯内部，而主要的铜损耗发出的热量在铁芯外部，占61.6％。
对于电机发出的热量导出情况，机壳铝的导热系数是237，铁芯矽钢片的导热系数是50，绕组铜线的导热系数铜是380，空气在静止时的导热系数是0.5，导热系数越高，表示热量传导的能力越强。但是，密封的电机内部绕组端部的空气会因为转子的转动而产生一定的扰动，假定绕组端部空气因扰动产生的对流运动速度能达到0.2m/s，则空气除导热系数外，还有一个换热系数，数值约为6，两者相加，总导热的系数是6.5。端部绕组的铜线与机壳隔着一层10mm厚的空气，通过这层空气将绕组端部的热量传导给机壳的只有很少的一部分，得出的结论是，电机运行时铜损耗、铁损耗、机械损耗发出的总热量绝大部分要通过定子铁芯传导给机壳，再通过机壳上的筋片散发出去。
综上所述，电机绕组端部的铜损耗发出的热量约占总热量的37％，经过计算，绕组端部通过空气向机壳导出的热量只有5％，还有32％的热量要通过铜线自身传导给铁芯，再通过铁芯传导给机壳散发出去，导热效率低。
如图1和图2所示，一种电动车用自然冷却散热电机，包括呈中空筒状的机壳壳体1、设于机壳壳体1内的定子铁芯、定子绕组3、对机壳壳体1两端进行密封的端盖以及设于机壳壳体1外壁上的散热筋片2，所述定子绕组3包括设于定子铁芯安装槽内的内置部和两端伸出定子铁芯外的延伸部6，所述定子绕组3的延伸部6外套设有与机壳壳体1同轴的导热筒4，所述导热筒4内壁与定子绕组3的延伸部6之间设有绝缘层5，所述导热筒4外壁与机壳壳体1内壁贴合。
导热筒4的外缘紧贴机壳壳体1，内缘通过绝缘层5与绕组紧紧相连，这样，定子绕组3的延伸部6(即绕组端部)铜损耗发出的热量就不必通过定子铁芯传导了，而直接由导热筒4传导给机壳散发出去，这样以来，解决了电机绕组端部铜损热量的近距离传导通路的问题，电机温升自然就降低了。其中绝缘层5可为绝缘纸，导热系数是0.5，其作用是将定子绕组3的延伸部6与导热筒4绝缘，由于绝缘纸很薄，对热传导的影响有限。
本实用新型解决了大功率驱动电机在去掉风叶强制风冷或水冷的条件下，电机运行温升仍然可满足设计要求的问题，简化了电机的生产工艺和部件，与现有的强制风冷电机相比较，电机成本可降低5—8％,电机体积可减少30％，与水冷式电机相比，电机成本可降低20％，装在电动车上，动力系统成本可降低30％，具有广泛的应用前景。而且，电机去掉了风叶，电机噪音可降低4—6分贝，提高了电机性能，电机更安静，同时电机的综合效率可提高1—1.5％，电机更节能。
其中，散热筋片2沿机壳壳体1轴线方向设置，并以机壳壳体1轴线为中心呈放射状结构，所述散热筋片2的纵截面呈“T”字形，包括横向的加强部和竖向的散热部，所述散热筋片2在机壳壳体1上每隔6—6.5mm弧长设置有一个，相邻两散热筋片2横向的加强部之间设有散热间隙。
与常规电机比较，散热筋片2具有超薄、密集和“T”字形结构的特点。散热筋片2的散热面积可大幅度提高，筋片数量较之前增加60—70％，大大提高了电机机壳的散热效果，从散热效果看，比具有“1”字形散热筋片的电机在同等条件下散出热量多55％左右，电机运行温升低12—15°，解决了10kw以下的电动车驱动电机必须采用风叶强制风冷散热的问题，电机去掉风叶，减少了电机的体积，降低了成本，具有很好的实用价值；使用本结构的电机机壳的电机运行时的噪音大大降低，提高了电机的性能，使电动车在行驶过程中变得更安静，提高骑行者的使用舒适度；由于去掉了电机风叶，节省了风叶运行所需要的电能，提高了电机的运行效率；“T”字形的散热筋片2横向的加强部提高了散热筋片2的强度，在使用过程中碰撞变形量较小。
为保证散热筋片2的强度，以及两散热筋片2之间的散热间隙，使散热筋片2能够具有密集性，所以散热筋片2竖向的散热部厚度为1—1.5mm，散热筋片2的高度为10—15mm。优选值为散热筋片2竖向的散热部厚度为1.2mm，散热筋片2的高度为12mm。“T”字形的散热筋片的散热间隙结构较常规的“1”字形散热筋片间隙形成相对闭合的空间，使风螺旋进入，加快了风速流通，提高了散热效率。
导热筒4的材质为铝，导热系数更高。
以上仅是本实用新型的较佳实施例，任何人根据本实用新型的内容对本实用新型作出的些许的简单修改、变形及等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种电动车用自然冷却散热电机，包括呈中空筒状的机壳壳体(1)、设于机壳壳体(1)内的定子铁芯、定子绕组(3)、对机壳壳体(1)两端进行密封的端盖以及设于机壳壳体(1)外壁上的散热筋片(2)，其特征在于：所述定子绕组(3)包括设于定子铁芯安装槽内的内置部和两端伸出定子铁芯外的延伸部(6)，所述定子绕组(3)的延伸部(6)外套设有与机壳壳体(1)同轴的导热筒(4)，所述导热筒(4)内壁与定子绕组(3)的延伸部(6)之间设有绝缘层(5)，所述导热筒(4)外壁与机壳壳体(1)内壁贴合。
2.根据权利要求1所述的一种电动车用自然冷却散热电机，其特征在于：所述散热筋片(2)沿机壳壳体(1)轴线方向设置，并以机壳壳体(1)轴线为中心呈放射状结构，所述散热筋片(2)的纵截面呈“T”字形，包括横向的加强部和竖向的散热部，所述散热筋片(2)在机壳壳体(1)上每隔6—6.5mm弧长设置有一个，相邻两散热筋片(2)横向的加强部之间设有散热间隙。
3.根据权利要求2所述的一种电动车用自然冷却散热电机，其特征在于：所述散热筋片(2)竖向的散热部厚度为1—1.5mm。
4.根据权利要求3所述的一种电动车用自然冷却散热电机，其特征在于：所述散热筋片(2)竖向的散热部厚度为1.2mm。
5.根据权利要求2所述的一种电动车用自然冷却散热电机，其特征在于：所述散热筋片(2)的高度为10—15mm。
6.根据权利要求5所述的一种电动车用自然冷却散热电机，其特征在于：所述散热筋片(2)的高度为12mm。
7.根据权利要求1所述的一种电动车用自然冷却散热电机，其特征在于：所述导热筒(4)的材质为铝。
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