一种永磁电机的散热鳍片和永磁电机

本发明涉及电机散热，尤其涉及一种永磁电机的散热鳍片和永磁电机。

背景技术：

1、随着新能源交通工具的发展普及并趋于成熟，人们追求永磁电机的更高功率密度和更强过载能力，这对永磁电机的散热能力和过载解热能力提出了新的挑战。目前高功率密度的永磁电机主要通过定子外壳循环液道冷却和转子轴心通油的端部油冷，由于永磁电机生产完成后转子焊接成为一体，在电机运转时导致转子中段的散热能力要弱于端部，进而导致转子受热不均匀和散热不佳，严重时会使转子局部热膨胀动平衡丧失和永磁体高温退磁。

2、热管是一种基于相变和对流的快速热传递结构，通过管内的冷媒在蒸发段受热蒸发相变，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力或其他力的作用下，液体回流到蒸发段，完成一次传热循环。热管的导热能力超过目前已知的任何金属。在热管的冷凝区通常采用换热器或散热鳍片组结构进行热量传递，现有的用于电机转子散热的散热鳍片没有进行专用化和功能性的设计，尤其是对于电机壳内的封闭气体和冷却油的两相流体系统进行路径优化。

3、也就是说，现有的散热鳍片的结构设置不合理，导致其散热效果较差。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种永磁电机的散热鳍片和永磁电机，以解决现有技术中的散热鳍片的结构设置不合理导致其散热效果较差的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种永磁电机的散热鳍片，包括：鳍片主体；安装孔，鳍片主体的轴向端面上设有安装孔；多个散热孔洞，鳍片主体的轴向端面上设有多个散热孔洞，多个散热孔洞均位于安装孔的外周侧；多个热管孔洞，鳍片主体的轴向端面上设有多个热管孔洞，多个热管孔洞均位于安装孔的外周侧；多个热管孔洞与多个散热孔洞均间隔设置；多个散热脊片，鳍片主体的轴向端面上凸出设置有多个散热脊片，多个散热脊片位于安装孔的外周侧；各散热脊片相对于鳍片主体倾斜设置；多个散热缝洞，鳍片主体的轴向端面上设有多个散热缝洞，每个散热脊片的下方对应设有一个散热缝洞。

3、这样，本技术对散热鳍片的结构进行了优化，安装孔用于与永磁电机的转轴装配，热管孔洞用于与永磁电机的热管装配，散热脊片和散热缝洞的作用是引导冷却油穿梭于散热鳍片组中各个散热鳍片的表面。

4、进一步地，鳍片主体的轴向端面呈圆形设置，这样，便于散热鳍片的加工，同时便于与永磁电机的转轴和定子组件之间的装配和使用。散热鳍片设置为薄件，鳍片主体的厚度小于散热鳍片的半径；各散热脊片整体与鳍片主体面呈锐角斜向拉出，这样，保证冷却油和壳内空气在散热脊片引导下流动的路径不会有较大的路径曲率变化同时可以增大散热脊片的散热面积；散热脊片的厚度与鳍片主体的厚度相等，这样，便于散热脊片的加工；散热脊片整体呈流线型设置，散热缝洞整体呈流线型设置，这样，通过流线拉长了散热脊片的长度以此增加整体散热面积，同时便于空气流动和冷却油的流动。

5、进一步地，各散热脊片在鳍片主体上的投影的形状和与其对应的散热缝洞的形状相同，为了确保各散热鳍片组装成散热鳍片组时，来自相邻的散热鳍片的散热脊片上边沿能够与本散热鳍片的散热缝洞下边沿恰好拼合，以便于将两者焊接或固定为一体，这样有利于流体通道的形成，同时，便于散热脊片和散热缝洞的加工；各散热缝洞的宽度为l1，与其对应的散热脊片在鳍片主体上的投影的宽度为l2，l1≤l2；0≤l2-l1≤δl，δl为脊片厚度产生的投影误差，即各散热缝洞的宽度略小于或等于与其对应的散热脊片在鳍片主体上的投影的宽度，因为脊片具有一定的厚度，为了确保各散热鳍片组装成散热鳍片组时，相邻的散热鳍片的散热脊片下边沿能够与本散热鳍片的散热缝洞下边沿恰好拼合，以便于将两者焊接或固定为一体，这样的宽度设置留有一定的安装裕度。各散热脊片的高度相同，为了确保各散热鳍片组装成散热鳍片组时，相邻的散热鳍片的散热脊片下边沿能够与本散热鳍片的散热缝洞下边沿恰好拼合，以便于将两者焊接或固定为一体，同时，便于散热脊片的加工，以及便于将多个散热鳍片装配为散热鳍片组叠层。

6、进一步地，多个散热孔洞包括靠近鳍片主体的轴心的多个第一散热孔、以及靠近鳍片主体的外周边沿的多个第二散热孔；鳍片主体的中心设有圆形的安装孔；多个第一散热孔绕安装孔的外周侧间隔设置；多个热管孔洞绕多个第一散热孔的外周侧间隔设置；多个第二散热孔绕多个热管孔洞的外周侧间隔设置。这样，当电机旋转时，由于散热脊片形状的缘故，除了引导冷却油的流动还会起到径流和轴流风扇的作用将壳内空气从所组成的散热鳍片组的外周边沿吸入，在散热鳍片组叠层中形成冷却油和壳内空气的两相对流状态，此时靠近鳍片主体1的外周边沿的第二散热孔的设置有利于进一步提高散热效果，壳内气体靠近轴心后将从靠近轴心的多个第一散热孔轴向流出，并将永磁电机的转子组件的中心内部的一部分热量带出。

7、进一步地，多个散热脊片包括多个第一散热脊片和多个第二散热脊片；多个散热缝洞包括多个第一散热缝洞和多个第二散热缝洞；多个第一散热脊片均凸出设置在鳍片主体的轴向端面上，多个第一散热脊片绕多个第一散热孔的外周侧间隔设置；各第一散热脊片的第一端靠近第一散热孔并与第一散热孔间隔设置，各第一散热脊片的第二端延伸至热管孔洞；每个第一散热脊片下方均对应设有一个第一散热缝洞；相对应的一个第一散热脊片、一个第一散热缝洞和一个热管孔洞形成一组第一散热单元；多个第二散热脊片均凸出设置在鳍片主体的轴向端面上，相邻两个第一散热脊片之间设有一个第二散热脊片，各第二散热脊片的第一端靠近第一散热孔并与第一散热孔间隔设置，各第二散热脊片的第二端延伸至第二散热孔；每个第二散热脊片下方均对应设有一个第二散热缝洞；相对应的一个第二散热脊片、一个第二散热缝洞和一个第二散热孔形成一组第二散热单元。这样，利用第一散热脊片将第一散热孔、鳍片主体、热管孔洞连通，便于将安装在热管孔洞内的热管的热量通过散热鳍片带走。

8、进一步地，第一散热脊片的长度小于第二散热脊片的长度，这样，综合考虑热管孔洞、第一散热孔以及第二散热孔在鳍片主体上的相对位置，合理设置了第一散热脊片和第二散热脊片的长度；沿鳍片主体的轴向，第一散热脊片包括与鳍片主体连接的第一散热脊片上边沿和远离鳍片主体的第一散热脊片下边沿；沿鳍片主体的轴向端面的延伸方向，第一散热缝洞包括与第一散热脊片连接的第一散热缝洞上边沿和远离第一散热脊片的第一散热缝洞下边沿；第一散热脊片上边沿与第一散热缝洞上边沿重合，第一散热脊片下边沿与第一散热缝洞下边沿的形状相同；第一散热脊片下边沿上各点到鳍片主体所在平面的高度相等；沿鳍片主体的轴向，第二散热脊片包括与鳍片主体连接的第二散热脊片上边沿和远离鳍片主体的第二散热脊片下边沿；沿鳍片主体的轴向端面的延伸方向，第二散热缝洞包括与第二散热脊片连接的第二散热缝洞上边沿和远离第二散热脊片的第二散热缝洞下边沿；第二散热脊片上边沿与第二散热缝洞上边沿重合，第二散热脊片下边沿与第二散热缝洞下边沿的形状相同；第二散热脊片下边沿上各点到鳍片主体所在平面的高度相等。为了确保各散热鳍片组装成散热鳍片组时，相邻的散热鳍片的散热脊片上边沿能够与本散热鳍片的散热缝洞下边沿恰好拼合，以便于将两者焊接或固定为一体，同时，便于散热脊片的加工，以及便于将多个散热鳍片装配为散热鳍片组叠层。

9、进一步地，第一散热脊片相对于鳍片主体的径向倾斜设置，这样，保证冷却油和壳内空气在散热脊片引导下流动的路径不会有较大的路径曲率变化，使得流动阻力较小，同时可以增大第一散热脊片和第二散热脊片的散热面积，提升散热效果；第二散热脊片相对于鳍片主体的径向倾斜设置；述鳍片主体的轴向端面上具有位于多个第一散热孔的外周侧的参考圆，参考圆的圆心与安装孔的圆心重合；各第一散热脊片上边沿的第一端和各第二散热脊片上边沿的第一端均延伸至参考圆，并等间隔交替设置，本散热鳍片作为旋转组件，这样保证了旋转物件结构分布的均匀性，同时便于多个第一散热脊片和多个第二散热脊片在鳍片主体上的布局定位和加工。

10、进一步地，散热鳍片还包括：卡扣，安装孔的内周壁上间隔设有多个卡扣。该卡扣的装配方式主要起到限位作用，传递旋转的转矩则是次要作用，传递转矩的主要来源一是穿入的热管，二是散热鳍片组的末端与转子铁心贴附的散热鳍片。

11、可选地，考虑到工作环境存在较大的热温差变化，存在较大的热膨胀问题，安装时散热鳍片通过卡扣与转轴轻度过盈配合或过渡配合。

12、进一步地，散热脊片的曲面形状采用如下方法确定：使用b样条曲面的上下边沿对散热脊片的上下边沿曲线进行拟合，通常为有差拟合。

13、基于曲面上下边沿的最短垂直距离建立初始散热脊片曲面。依照g2连续的特性对曲面进行一次优化，从曲面上下边沿向曲面内调节控制点位置以满足散热脊片下边沿与相邻散热鳍片的散热缝洞下边沿拼合处g2连续，散热脊片上边沿与本散热鳍片的散热缝洞上边沿重合处g2连续，局部限制时至少g1连续(波前推进法)。

14、通过优化算法对曲面进行二次优化，以降低曲面的整体曲率、平均曲率，提高光顺性，扩大g2连续性范围。本专利采用改进的遗传算法形成如下优化函数：曲面整体平均曲率：

15、其中，kr为曲面高斯曲率，a为脊片的面积，ω为所在面的积分区域；

16、整体曲率公式：

17、ktotal＝∫ωkrda

18、其中，kr为曲面高斯曲率，a为脊片的面积，ω为所在面的积分区域；

19、拉普拉斯光顺性指标：

20、其中，pi,j为b样条曲面的控制点，u和v分别为形成曲面两个方向上的节点向量，二阶偏导数和是对曲面局部变化的测量；这些偏导数通过对基函数的二阶导数来获得，不是对固定坐标的直接求导；这个指标衡量的是控制点在曲面上的拉普拉斯值的平方和；

21、g2连续惩罚项：

22、其中，表示控制点pi,j的二阶导数，由基函数的二阶导数获得；

23、适应度函数：ffitness＝ω1kavg+ω2ktotal+ω3slaplacian+λ1klocal+λ2pg2

24、其中，pg2是曲面g2连续惩罚项，klocal是局部曲率的惩罚项，kavg是曲面整体平均曲率，slaplacian是曲面拉普拉斯光顺性指标，ktotal曲面整体曲率，ω1、ω2、ω3、λ1、λ2是权重系数。

25、优选的，得到一组最优解和曲面图形后，根据需要，确定是否变更节点向量并再次优化曲面以获得多组最优解。

26、本发明还提供了一种永磁电机，永磁电机包括：转轴；转子铁心，转子铁心套装在转轴上，转子铁心上设有多个装配孔；多个热管，多个热管一一对应地安装在多个装配孔中；散热鳍片组叠层，散热鳍片组叠层包括多个散热鳍片，散热鳍片为上述的散热鳍片；两组散热鳍片组叠层套装在转轴上并分别位于转子铁心的轴向两端；多个热管一一对应地安装在散热鳍片的多个热管孔洞中；定子组件，定子组件套装在转子铁心和散热鳍片组叠层的外周侧。这样，将结构优化后的散热鳍片应用在永磁电机中，由散热鳍片组装而成的散热鳍片组形成连接各叠层的流体通道，当电机旋转时，冷却油和壳内空气将在通道里按一定的路径规律流动，即由散热鳍片组装而成的散热鳍片组叠层，将形成叠层的两相流体平板通道，在向心力作用下，冷却油可沿散热脊片和散热缝洞流动穿梭于各散热鳍片的面上，散热鳍片组旋转产生向轴心的空气径流和轴流将与向外流动的冷却油趋向于形成对流，从而极大的提高气液对流强度并迫使冷却油贴壁流动增加换热效率和传热效率，降低永磁电机的温度，从而有利于提升散热鳍片的散热效果。

27、本技术在上述各方面提供的实现方式的基础上，还可以进行进一步组合以提供更多实现方式。