一种轴向磁通切换型永磁电机的混合式冷却系统

本发明涉及电机冷却，特别涉及一种轴向磁通切换型永磁电机的混合式冷却系统。

背景技术：

1、轴向磁通切换型永磁电机具有轴向尺寸小、效率和功率密度高以及结构简单等优点，适用于风力发电、电动汽车、航空航天等对尺寸、重量和可靠性都有着严苛要求的场合。但是该电机定子侧具有永磁体、集中式电枢绕组和定子铁心等部件，结构十分紧凑，运行时永磁体产生涡流损耗，定子铁心产生铁耗，集中式电枢绕组产生铜耗均集中在定子侧。紧凑的定子结构和高损耗密度会使电机存在散热困难的问题，可能导致永磁体的高温失磁，绕组绝缘老化，这成为制约其应用的主要原因。

2、对于目前的技术，轴向磁通切换型永磁电机转子铁心产生的热量通过气隙散热，槽内定子绕组产生的热量通过槽内空气到定子铁心再到机壳，外径和内径绕组端部产生的热量通过端部绕组周围的空气传递到机壳，永磁体产生的热量经过定子铁心再到机壳散热。自然风冷依靠转子旋转带动内部气隙，形成对流换热，但由于电机内部空气的导热系数较低，热传递能力较弱，所以这种依靠自通风效应的散热效率有限，只适用于小功率、转子温升不大的电机。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对背景技术中存在的不足，提供一种轴向磁通切换型永磁电机的混合式冷却系统，通过“导热片+灌封胶+液冷”混合冷却方式实现对永磁体、定子铁心、定子集中式电枢绕组的冷却，解决定子侧热源集中，散热困难的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用下列技术方案：

3、一种轴向磁通切换型永磁电机的混合式冷却系统，包括定子机壳和具有凸极结构的两个定子、一个转子以及高导热性灌封胶；电机定子机壳内设有螺旋型冷却通道；电机定子包括“u”型定子铁心、永磁体、集中式电枢绕组，永磁体与定子铁心沿圆周同轴交替放置，永磁体沿圆周方向充磁，相邻永磁体充磁方向相反，两定子相对应位置永磁体充磁方向相反，每组永磁体分n段放置，单个线圈绕于相邻定子铁心齿和内嵌的永磁体形成的齿上；转子由转子盘和转子铁心构成，定子与转子具有相同的轴心，定子与转子之间有一定的气隙；分段永磁体内嵌高导热性导热片，导热片侧面紧密贴合永磁体，底部嵌入定子机壳，将永磁体产生的热量通过导热片传递到定子机壳，由螺旋型冷却通道中的冷却介质带走；定子铁心紧密贴合定子机壳；定子端部与定子机壳间的空腔处有高导热性灌封胶，且高导热性灌封胶内有环绕式冷却通道，使冷却介质在高导热性灌封胶内流动带走绕组产生的热量。

4、进一步的，嵌入的两块“u”型定子铁心之间的永磁体是分段的，采用径向等间隙分离的n块永磁体，各块永磁体之间留有相同大小间隙，即每一组n块永磁体有(n-1)个这样的间隙；每个间隙嵌放导热片，导热片两侧紧密贴合永磁体，底部嵌入定子机壳，形成一条永磁体到定子机壳的传热通道。

5、进一步的，定子机壳侧面与嵌入永磁体间隙的导热片紧密贴合，定子机壳内侧与定子内外径空腔处灌封的高导热性灌封胶紧密接触，在定子机壳内部开设螺旋型冷却通道，通过冷却介质的流动带走由导热片与高导热性灌封胶传递过来的热量。

6、进一步的，高导热性灌封胶填满集中式电枢绕组与定子机壳之间的空腔，且高导热性灌封胶内开设环绕式冷却通道，呈圆环形围绕集中式电枢绕组。

7、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

8、1.永磁体采用径向等间隙分段形式放置，在段间插入导热片，使永磁体产生的热量通过导热片传入机壳，实现永磁体冷却。

9、2.定子机壳内开设螺旋型冷却通道，定子铁心，永磁体底部、与永磁体侧面紧密接触的导热片底部均紧密贴合定子机壳，定子铁心铁耗与永磁体涡流损耗产生的热量传入机壳，通过机壳内冷却通道冷却介质的流动带走热量。

10、3.机壳内侧与定子端部间的空腔内注入高导热性灌封胶，高导热性灌封胶可以快速传导与其接触的集中式电枢绕组、定子铁心产生的热量，高导热性灌封胶内预先开设环绕式冷却通道，冷却介质在冷却通道中流动带走高导热性灌封胶吸收的热量。

11、4.该冷却系统适用于永磁体和电枢绕组都位于定子侧的轴向磁通切换型永磁电机，由于转子上既没有永磁体也没有绕组，结构简单坚固；与永磁体在转子上的电机相比，该冷却系统能够提升永磁体的散热效果。

技术特征：

1.一种轴向磁通切换型永磁电机的混合式冷却系统，其特征在于：包括定子机壳(1)和具有凸极结构的两个定子、一个转子以及高导热性灌封胶(6)；电机定子机壳(1)内设有螺旋型冷却通道(13)；电机定子包括“u”型定子铁心(5)、永磁体(3)、集中式电枢绕组(4)，永磁体(3)与定子铁心(5)沿圆周同轴交替放置，永磁体(3)沿圆周方向充磁，相邻永磁体(3)充磁方向相反，两定子相对应位置永磁体(3)充磁方向相反，每组永磁体(3)分n段放置，单个线圈绕于相邻定子铁心和内嵌的永磁体(3)形成的齿上；转子由转子盘(8)和转子铁心(7)构成，定子与转子具有相同的轴心，定子与转子之间有一定的气隙；分段永磁体(3)内嵌高导热性的导热片(2)，导热片(2)侧面紧密贴合永磁体(3)，底部嵌入定子机壳(1)，将永磁体(3)产生的热量通过导热片(2)传递到定子机壳(1)，由螺旋型冷却通道(13)中的冷却介质带走；定子铁心(5)紧密贴合定子机壳(1)；定子端部与定子机壳(1)间的空腔处有高导热性灌封胶(6)，且高导热性灌封胶(6)内有环绕式冷却通道(14)，使冷却介质在高导热性灌封胶(6)内流动带走绕组产生的热量。

2.根据权利要求1所述的一种轴向磁通切换型永磁电机的混合式冷却系统，其特征在于：嵌入的两块“u”型定子铁心(5)之间的永磁体(3)是分段的，采用径向等间隙分离的n块永磁体，各块永磁体(3)之间留有相同大小间隙，即每一组n块永磁体有(n-1)个这样的间隙；每个间隙嵌放导热片(2)，导热片(2)两侧紧密贴合永磁体(3)，底部嵌入定子机壳(1)，形成一条永磁体(3)到定子机壳(1)的传热通道。

3.根据权利要求1所述的一种轴向磁通切换型永磁电机的混合式冷却系统，其特征在于：定子机壳(1)侧面与嵌入永磁体(3)间隙的导热片(2)紧密贴合，定子机壳(1)内侧与定子内外径空腔处灌封的高导热性灌封胶(6)紧密接触，在定子机壳(1)内部开设螺旋型冷却通道(13)，通过冷却介质的流动带走由导热片(2)与高导热性灌封胶(6)传递过来的热量。

4.根据权利要求1所述的一种轴向磁通切换型永磁电机的混合式冷却系统，其特征在于：高导热性灌封胶(6)填满集中式电枢绕组(4)与定子机壳(1)之间的空腔，且高导热性灌封胶(6)内开设环绕式冷却通道(14)，呈圆环形围绕集中式电枢绕组(4)。

技术总结
本发明公开了一种轴向磁通切换型永磁电机的混合式冷却系统，涉及电机冷却技术领域。包括定子机壳和机壳内具有凸极结构的定子、转子和高导热性灌封胶，电机定子包括“U”型定子铁心、永磁体、集中式电枢绕组，永磁体与定子铁心沿圆周同轴交替放置，在定子端部与定子机壳之间的空腔内填满高导热性灌封胶，定子机壳与高导热性灌封胶内开设冷却通道，永磁体分段，段间放置导热片，导热片底部嵌入定子机壳，带走定子侧铁耗、涡流损耗、铜耗等损耗产生的热量。环绕式冷却通道与集中式电枢绕组的直接接触换热可以提高电机的冷却效率。本发明通过“导热片+灌封胶+液冷”的混合冷却方式解决了轴向磁通切换型永磁电机定子侧散热困难的技术问题。

技术研发人员：李念,李健辉,郝湘钧,徐妲,万援,李强,郭健
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13