CN101951070A - 电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，包括转子铁心、磁钢和热管，磁钢安设在转子铁心中，热管具有内腔，内腔中具有相变材料，热管安设在转子铁心中且热管的外壁与转子铁心紧密接触，内腔相对于转子铁心的轴线倾斜设置，较佳地，热管相对于转子铁心的轴线平行设置，内腔相对于热管的外壁沿热管长度方向倾斜设置，热管的数目大于等于2，两热管的内腔成八字形设置，磁钢的上部和下部均设置有热管，转子铁心具有通槽，热管安设在通槽中，还涉及冷却方法，本发明的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构提高了电机散热性、稳定性和可靠性，最终提高了整车性能，且结构简单，适于大规模推广应用。

Description

电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构及其冷却方法

技术领域

本发明涉及电动汽车驱动***技术领域，特别涉及电动汽车电驱***驱动电机技术领域，具体是一种电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构及其冷却方法。

背景技术

随着环保问题被社会越来越多的关注，燃油汽车被新能源汽车代替也成为大势所趋，纯电动汽车随即得到了前所未有的发展机遇。受电池能源供给的制约，电动汽车需要具有体积小、重量轻等特点。驱动电机作为电动汽车主要动力源，其性能直接影响整车性能，所以驱动电机必须具有结构简单，体积小，质量轻，损耗小，效率高等特点，永磁电机很好的综合了这些特点。而体积小势必影响到电机的散热，高温却会带来导致磁钢退磁的风险。退磁导致永磁体磁性能的损失分可逆和不可逆两部分，不管是哪种损失将造成电机效率下降，稳定性下降，甚至停转。磁钢做为永磁电机极为重要的组成部分，其性能与稳定性直接影响到电机及整车的性能，随着第三代稀土永磁材料钕铁硼的出现，其较高的磁能积、矫顽力，丰富的原材料和便宜的价格使其得以迅速广泛应用，但其也有一些缺点：居里温度和工作温度低，温度高于150摄氏度时其磁性能的不可逆损失将超过5％。虽然可以在永磁体合金中添加镝等金属元素来降低这些缺点的影响，但磁体的成本将更高。

热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，但从未在永磁电动机转子上使用。

因此，期望结合热管技术提供一种电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，以提高驱动电机散热性，最终提高整车性能。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构及其冷却方法，该电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构提高了电机散热性、稳定性和可靠性，最终提高了整车性能，且结构简单，适于大规模推广应用。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，包括转子铁心和磁钢，所述磁钢安设在所述转子铁心中，其特征在于，所述电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构还包括热管，所述热管具有内腔，所述内腔中具有相变材料，所述热管安设在所述转子铁心中且所述热管的外壁与所述转子铁心紧密接触，所述内腔相对于所述转子铁心的轴线倾斜设置。

较佳地，所述热管相对于所述的转子铁心的轴线平行设置，所述内腔相对于所述热管的外壁沿所述热管长度方向倾斜设置。

更佳地，所述内腔相对于所述的热管的外壁沿所述热管长度方向成1.5°倾斜设置。

较佳地，所述热管的数目大于等于2，两所述热管的所述内腔成八字形设置。

较佳地，所述磁钢的上部和下部均设置有所述热管。

较佳地，所述转子铁心具有通槽，所述热管安设在所述通槽中，且所述热管的外壁与所述通槽的槽壁紧密接触。

在本发明的第二方面，提供了一种电动汽车永磁电机用磁钢冷却方法，其特点是，采用上述的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，并包括以下步骤：

(1)所述转子铁心高速旋转产生离心力，所述相变材料在所述离心力作用下贴着所述热管的靠近所述轴线的内壁沿远离所述轴线方向运动并从所述的靠近所述轴线的内壁吸收热量；

(2)所述相变材料达到其相变温度后发生相变，导致体积膨胀和密度变小，从而所述相变材料上升接触所述热管的远离所述轴线的内壁，然后所述相变材料贴着所述的远离所述轴线的内壁沿靠近所述轴线方向运动并向所述的远离所述轴线的内壁释放出热量；

(3)当所述相变材料达到其相变温度以下时再次发生相变，导致体积收缩和密度变大，从而所述相变材料下降接触所述热管的靠近所述轴线的内壁，然后进行步骤(1)。

本发明的有益效果在于：本发明通过在转子铁心中安装内腔拥有一定倾斜角度的热管，热管内装入合适的相变材料，热管的外壁与转子铁心紧密接触，从而利用转子铁心转动的离心力，通过相变材料的相变，将热量从热管的靠近转子铁心轴线的内壁释放至热管的远离转子铁心轴线的内壁，从而将转子铁心内部、磁钢周围的热量导出的目的，从而可以避免高温退磁的发生，提高了电机散热性、稳定性和可靠性，最终提高了整车性能，且结构简单，适于大规模推广应用。

附图说明

图1是本发明的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构的一具体实施例的局部剖视示意图。

图2是图1所示的具体实施例的工作原理示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。

请参见图1-2所示，本发明的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，包括磁钢1、热管2和转子铁心3，所述磁钢1安设在所述转子铁心3中，所述热管2具有内腔(未标出)，所述内腔中具有相变材料4，所述热管2安设在所述转子铁心3中且所述热管2的外壁与所述转子铁心3紧密接触以达到良好的热传导，所述内腔相对于所述转子铁心3的轴线5倾斜设置。

所述热管2可以具有任何合适的形状，只要安装在转子铁心3后，内腔相对于转子铁心3的轴线5倾斜设置。例如，热管2可以是管壁均匀的热管，安装时相对于转子铁心3的轴线5倾斜设置，较佳地，所述热管2相对于所述的转子铁心3的轴线5平行设置，所述内腔相对于所述热管2的外壁沿所述热管2的长度方向倾斜设置。即热管2是具有倾斜式内腔的热管。请参见图1和图2所示，在本发明的具体实施例中，所述内腔相对于所述的热管2的外壁沿所述热管2的长度方向成1.5°倾斜设置。从而热管2的一部分管壁沿其长度方向逐渐变厚，相对的另一部分管壁沿其长度方向逐渐变薄。

所述热管2的数目根据电机需要确定。较佳地，所述热管2的数目大于等于2，两所述热管2的所述内腔成八字形设置。请参见图1和图2所示，在本发明的具体实施例中，所述热管2的数目大于2，两所述热管2的所述内腔成八字形设置。即所述内腔在转子铁心3中由外向内呈扩张式倾斜。

为了达到较好的散热效果。请参见图1和图2所示，在本发明的具体实施例中，所述磁钢1的上部和下部均设置有所述热管2。

请参见图1和图2所示，在本发明的具体实施例中，所述转子铁心3具有通槽31，所述热管2安设在所述通槽31中，且所述热管2的外壁与所述通槽31的槽壁紧密接触。

所述相变材料4可以是任何合适的相变材料，请参见图1和图2所示，在本发明的具体实施例中，所述相变材料4采用中国专利申请CN200510078244.2所述相变材料，由水、酒精、甘油、盐水按该专利申请的实施例2所述的比例组成，热管工作温度为100-300摄氏度，完全在电机的工作温度范围内，可发挥导热效应。

请参见图2所示，采用上述的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构进行冷却时，所述转子铁心3高速旋转产生离心力，所述相变材料4在所述离心力作用下贴着所述热管2的靠近所述轴线5的内壁沿远离所述轴线5方向运动(即沿着图2中下部箭头所示方向从位置①移动至位置②)并从所述的靠近所述轴线5的内壁吸收热量；所述相变材料4达到其相变温度后发生相变，由液态相变为气态，导致体积膨胀和密度变小，从而所述相变材料4上升接触所述热管2的远离所述轴线5的内壁，然后所述相变材料4贴着所述的远离所述轴线5的内壁沿靠近所述轴线5方向(即沿着图2中上部箭头所示方向从位置②移动至位置①)运动并向所述的远离所述轴线5的内壁释放出热量；当所述相变材料4达到其相变温度以下时再次发生相变，由气态相变为液态，导致体积收缩和密度变大，从而所述相变材料4下降接触所述热管2的靠近所述轴线5的内壁，然后重复上述过程，以此形成循环，来达到将转子铁心3内部、磁钢1周围的热量导出的目的，从而可以避免高温退磁的发生。

因此，本发明通过采用加装合适相变材料4的倾斜式热管，装入转子铁心3中已切割好的通槽31内，从而利用驱动电机高速旋转产生的离心力，相变材料4从位置①移动至位置②，接触热管2靠近转子铁心3轴线5的内壁，吸收热量发生形态改变，由于密度差和体积增大，相变材料4再从位置②移动至位置①，接触热管2远离转子铁心3轴线5的内壁，放出热量再次改变形态，以此循环，以达到将磁钢1周围热量导出转子铁心3而散热的目的。

综上，本发明的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构提高了电机散热性、稳定性和可靠性，最终提高了整车性能，且结构简单，适于大规模推广应用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，包括转子铁心和磁钢，所述磁钢安设在所述转子铁心中，其特征在于，所述电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构还包括热管，所述热管具有内腔，所述内腔中具有相变材料，所述热管安设在所述转子铁心中且所述热管的外壁与所述转子铁心紧密接触，所述内腔相对于所述转子铁心的轴线倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，其特征在于，所述热管相对于所述的转子铁心的轴线平行设置，所述内腔相对于所述热管的外壁沿所述热管长度方向倾斜设置。

3.根据权利要求2所述的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，其特征在于，所述内腔相对于所述的热管的外壁沿所述热管长度方向成1.5°倾斜设置。

4.根据权利要求1所述的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，其特征在于，所述热管的数目大于等于2，两所述热管的所述内腔成八字形设置。

5.根据权利要求1所述的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，其特征在于，所述磁钢的上部和下部均设置有所述热管。

6.根据权利要求1所述的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，其特征在于，所述转子铁心具有通槽，所述热管安设在所述通槽中，且所述热管的外壁与所述通槽的槽壁紧密接触。

7.一种电动汽车永磁电机用磁钢冷却方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，并包括以下步骤：

(1)所述转子铁心高速旋转产生离心力，所述相变材料在所述离心力作用下贴着所述热管的靠近所述轴线的内壁沿远离所述轴线方向运动并从所述的靠近所述轴线的内壁吸收热量；

(2)所述相变材料达到其相变温度后发生相变，导致体积膨胀和密度变小，从而所述相变材料上升接触所述热管的远离所述轴线的内壁，然后所述相变材料贴着所述的远离所述轴线的内壁沿靠近所述轴线方向运动并向所述的远离所述轴线的内壁释放出热量；

(3)当所述相变材料达到其相变温度以下时再次发生相变，导致体积收缩和密度变大，从而所述相变材料下降接触所述热管的靠近所述轴线的内壁，然后进行步骤(1)。

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