一种永磁电机液冷冷却结构及永磁电机的制作方法

本发明涉及永磁电机液冷冷却结构，更具体地，涉及一种用于新能源汽车的能够有效冷却永磁电机定转子以及轴承的液冷冷却结构及采用该冷却结构的永磁电机。

背景技术：

目前，新能源汽车整车轻量化是一个重要发展方向。对于作为部件的新能源永磁电机其小型轻量化势在必行。随着对新能源永磁电机要求的不断提高，促进新能源永磁电机不断小型化、高效、高速方向发展，这使得新能源永磁电机工况愈加严峻，电机单位体积承受的负载能力将变大，单位体积产生热量大增使得冷却条件更加恶劣。新能源永磁电机的散热效果直接制约了电机功率密度的提升、整体性能以及使用寿命性。现有的永磁电机一般采用机壳内部带冷却水道、机壳外部有散热筋自然空气冷却。这些冷却方式可较好降低电机中低负荷时电机的温度，但无法将电机在高负荷或高转速工况产生的热量充分带走，由此影响永磁电机功率密度、性能潜力以及使用寿命。

为有效降低电机内部温度，控制电机轴承温升，是本发明亟待解决的技术问题。通过改善散热效果，可以显著提高电机的功率密度、整体性能以及使用寿命。

目前，采用液冷冷却的新能源永磁电机多在电机的壳体内部设置有液冷冷却结构，这种结构主要有两种形式，分别为折流式冷却结构和螺旋式冷却结构。这种冷却结构的工作原理是：冷却液通过冷却水管从电机机壳的进水口流入机壳内部水道，流经机壳内部水道的冷却液从机壳吸收定子铁心传递到机壳的热量后，再从机壳出水口流出，带走热量，如此循环冷却电机。由于电机冷却结构的特点，电机定子绕组端部以及转子、轴承的温度相对于定子铁心温度更高，而目前的电机冷却结构无法对以上部分形成有效散热，这直接限制了电机的功率密度、整体性能以及使用寿命的提升。

技术实现要素：

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

本发明的目的在于解决新能源永磁电机存在的电机内部温度高，轴承温升高的技术问题，提供一种新能源永磁电机冷却结构，特别涉及一种能够有效冷却绕组以及轴承的冷却结构，旨在降低电机内部温度，控制轴承温升，提高电机的功率密度、整体性能以及使用寿命。

根据本发明的一个方面，提供了一种永磁电机液冷冷却结构，其中所述冷却结构包括：

设置在永磁电机的机壳(6)中的机壳水道，以及

设置在所述永磁电机的前端盖(4)中的前端盖水道和设置在所述永磁电机的后端盖(10)中的后端盖水道中的任意一者或两者。

根据本发明的进一步实施例，所述机壳水道中设置有冷却液进口、冷却液出口、机壳水道前端进口(202)、机壳水道前端出口(201)、机壳水道后端进口(203)、以及机壳水道后端出口(204)；

所述前端盖水道设置有前端盖冷却液进口以及前端盖冷却液出口；并且

所述后端盖水道设置有后端盖冷却液进口以及后端盖冷却液出口。

根据本发明的进一步实施例，所述机壳水道与所述前端盖水道和所述后端盖水道通过多条软管连接。

根据本发明的进一步实施例，所述多条软管包括用于连接所述前端盖冷却液进口与所述机壳水道前端出口(201)的第一软管(1)、用于连接所述前端盖冷却液出口与所述机壳水道前端进口(202)的第二软管(5)、用于连接所述后端盖冷却液出口与所述机壳水道后端进口(203)的第三软管(9)、以及用于连接所述后端盖冷却液进口与所述机壳水道后端出口(204)的第四软管(12)。

根据本发明的进一步实施例，所述多条软管中的至少一条被绕制在所述永磁电机的定子(7)的至少一个绕组端部用于对所述绕组端部进行冷却。

根据本发明的进一步实施例，所述第一软管(1)、第二软管(5)、第三软管(9)、以及第四软管(12)中的至少一个被沿所述绕组端部的圆周方向均匀绑扎在所述绕组端部上。

根据本发明的进一步实施例，所述机壳水道采用折叠式水道结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种永磁电机液冷冷却结构，其中所述冷却结构包括：

设置在永磁电机的机壳(6)中的机壳水道，所述机壳水道中设置有冷却液进口、冷却液出口、机壳水道出口、以及机壳水道进口；以及

连接在所述机壳水道出口与所述机壳水道进口之间的软管，所述软管被绕制在所述永磁电机的定子(7)的至少一个绕组端部，使得当所述机壳水道中的冷却液经由所述机壳水道出口与所述机壳水道进口流过所述软管时对所述绕组端部进行冷却。

根据本发明的进一步实施例，所述软管被沿所述绕组端部的圆周方向均匀绑扎在所述绕组端部上。

根据本发明的又一方面，提供了一种新能源汽车用永磁电机，其中采用了如以上各实施例中所描述的冷却结构。

以上描述了本发明的永磁电机液冷冷却结构，与现有技术相比，本发明至少具备以下的优点：

(1)本发明电机前端盖、机壳、以及后端盖均为液冷，通过弹性软管连接成循环水道，弹性软管紧贴绕组端部对其直接冷却，可以提高电机内部的冷却效果，有效降低电机端部绕组、永磁体、滚动轴承、转子铁芯、轴产生的热量，提高电机的安全性能以及使用寿命。

(2)本发明在后端盖设有冷却水道，利用冷却液对后轴承进行循环冷却，既可以控制后轴承温升，还可以降低转子的工作温度，有效防止永磁体退磁。

(3)本发明在前端盖设有冷却水道，利用冷却液对前轴承进行循环冷却，既可以控制前轴承温升，还可以降低转子的工作温度，有效防止永磁体退磁。

(4)本发明可以在相同的新能源汽车平台下，将电机设计的更加紧凑，占用更小的空间；同时直接降低电机的材料成本，减少硅钢片、永磁体、线圈等的用量。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。

图1是根据本发明的一个实施例的永磁电机冷却结构示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的永磁电机冷却结构中的冷却水道展开示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。

图1根据本发明的一个实施例的永磁电机冷却结构示意图。如图1中所示，永磁电机可包括机壳6、前端盖4、后端盖10、定子7、转子8、前轴承3、后轴承11、转轴2等部件。作为一个示例，本发明在前端盖4、机壳6、以及后端盖10中均设置有冷却水道，以下分别称为前端盖水道、机壳水道、以及后端盖水道。前端盖水道和后端盖水道分别通过软管与机壳水道连接。

在图1所示出的非限制性示例中，机壳水道中设置有连通机壳外部的冷却液进口和冷却液出口。在一个示例中，冷却液进口和冷却液出口可分别设置在机壳6的相对侧，例如机壳的顶部与底部。根据本发明的一个示例，机壳水道在靠近前端盖侧可设置有机壳水道前端出口1和机壳水道前端进口2，并且在靠近后端盖侧可设置有机壳水道后端进口3和机壳水道后端出口4。前端盖水道具有前端盖冷却液进口与前端盖冷却液出口，其中前端盖冷却液进口通过第一软管1连接到机壳水道前端出口1，前端盖冷却液出口通过第二软管5连接到机壳水道前端进口2。类似地，后端盖水道具有后端盖冷却液进口与后端盖冷却液出口，其中后端盖冷却液出口通过第三软管9连接到机壳水道后端进口3，后端盖冷却液进口通过第四软管12连接到机壳水道后端出口4。在一个可选实施例中，第一软管1、第二软管2、第三软管9以及第4软管12可分别在电机绕组的各个端部的圆周方向绕制几圈(例如3圈)，并用绑扎绳按照圆周方向均匀的将冷却软管绑扎在电机绕组端部，随后再连接机壳水道与前后端盖，从而可对绕组端部进行有效冷却。对应于这一目的，机壳水道的前后端进出水口以及前后端盖的进出水口的位置可相应地设置在靠近绕组端部处。本领域技术人员也可以理解，虽然本发明给出的示例中对每一个绕组端部进行绕制，但也可以根据实际需要仅绕制部分绕组端部。换言之，并不限制必须每一根软管都被绕制并绑扎到绕组端部用于冷却，也不限制每一个绕组端部都必须被冷却(例如，出于实际冷却需求及节省成本的考虑)。

通过上述连接，形成了本发明的冷却结构的完整冷却水道，图2示出了该冷却水道的展开示意图(箭头指示冷却液流向)。以下结合图1和图2来说明本发明的冷却结构的冷却原理及过程。

电机工作时，冷却液从机壳6上的冷却液进口流入。在压力作用下，冷却液从机壳6的机壳后水道后端出口204流入弹性第四软管12。由于第四软管12被绕制绑扎在绕组端部，从而可带走绕组端部热量。随后，冷却液经由后端盖冷却液进口流入后端盖10的冷却水道，从而对后轴承11进行冷却。

从后端盖冷却液出口流出的冷却液流经第三软管9并带走绕组端部热量，再从机壳水道后端进口203返回进入到机壳水道。如图2所示，本发明的机壳水道采用折叠式水道。本领域技术人员能够理解，机壳水道也可采用其他结构，例如螺旋式水道或其他合适的水道结构。通过机壳水道，冷却液将定子铁心产生的热量带走。

随后，冷却液从机壳水道前端出口201流出，经过第一软管1带走绕组端部热量，再经由前端盖冷却液进口流入前端盖水道，从而对前轴承3进行冷却，将前轴承3产生的热量带走。从前端盖冷却液出口流出的冷却液经由第二软管5带走绕组端部热量，再从机壳水道前端进口202返回进入机壳水道，最后经机壳冷却液出口流出，完成水道循环。本领域技术人员可以理解，虽然在图2中，所示出的水道循环依次为冷却液进口→机壳水道→后端盖水道→机壳水道→前端盖水道→机壳水道→冷却液出口，但也可以采用其他合适的水道循环设计，例如冷却液可先流经前端盖水道，再流经后端盖水道，只需要水道循环能够流经机壳水道、前端盖水道和后端盖水道中的每一个以达到对各部分进行冷却的目的即可。

以上描述了本发明的永磁电机冷却水道的结构，与现有方案不同，本发明的电机的前端盖、机壳、后端盖均有冷却水道，机壳水道可冷却定子铁心，前后端盖液冷可直接冷却轴承，进而降低转子温度，而绑扎固定在绕组端部的软管可直接冷却电机定子绕组端部，通过这些水道，共同降低转轴、转子、永磁体等部件的工作温度，这可以有效防止出现永磁体退磁现象。这种冷却结构的使用，一方面能够降低电机内部的最高温度，避免电机因定子绕组过早的达到系统保护温度，因而电机在高功率工况下或者高速工况下运行的时间得以延长，电机的潜能能够进一步的发掘。另一方面，这种冷却结构的使用，能够降低电机的平均工作温度，控制轴承温升，提高电机的功率密度、整体性能以及使用寿命。

然而，本领域技术人员可以理解，虽然在以上描述的示例中，前端盖、机壳、后端盖均设置了液冷冷却水道，并且连接不同水道的软管被用于对绕组端部进行冷却，但前端盖水道、后端盖水道以及软管绕制绕组端部并不一定需要同时设置，可以根据实际需要设置其中的一个或多个，例如冷却水道可仅包括机壳水道和前端盖水道或后端盖水道中的一个，软管可以绕制绕组端部也可以不绕制。此外，即使不具备前端盖水道和后端盖水道，仅仅在传统的机壳水道的基础上添加用于冷却绕组端部的软管也是可以的。例如，在机壳水道上可设置有机壳水道出口及机壳水道进口用于连接软管，使得软管构成冷却水道的一部分，使得当冷却液经由绑扎在绕组端部的软管时对绕组端部进行冷却。以上的实施方式及其任意组合相对于传统的仅仅在机壳上设置冷却水道都具有额外的冷却效果。

此外，本领域技术人员也可以理解，虽然以上的具体实施方式中假定该永磁电机被用于新能源汽车中，但本发明的永磁电机及其中的冷却结构也适用于任何其他场合中所使用的永磁电机。

以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或组件的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。