CN112564422A - 一种永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轮毂电机技术领域，具体涉及一种永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构，包括外转子永磁同步轮毂电机，外转子水路冷却管，防水轴承及轴流叶轮；所述外转子水路冷却管两端焊接在防水轴承内圈与轴流叶轮轴表面之间，通过端盖与电机永磁体四周和转子铁心内壁紧贴。轮毂电机转动时带动外转子水路冷却管和轴流叶轮转动，冷却水经轴流叶轮进入外转子水路冷却管对永磁体冷却。本发明的转子采用水内冷，永磁体温升低，避免永磁体因温度过高发生磁性能下降和不可逆退磁，电机运行可靠。永磁体采用轴向分段结构，每块间布置“Ω”形冷却水管，可使水路充分接触永磁体和转子内壁，增加散热；永磁体分段结构可以显著降低永磁体涡流损耗，减少生热。

Description

一种永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构
技术领域
本发明涉及轮毂电机技术领域，具体涉及一种永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构。
背景技术
由于能源紧张和环境污染，节能环保的新能源汽车成为汽车行业发展的趋势。轮毂电机由于与功率电子器件结合，具有集成度高，传动效率高，底盘结构简化，布局灵活，四轮独立控制，节省汽车空间等众多优点。但是由于轮毂电机驱动***将轮毂电机，减速机构，制动器都集成在车轮内，导致在车轮狭小的空间内空气流通不畅，散热困难。同时轮毂电机内部空间较小损耗密度较大且要求密封性较高，电机运行过程中内部热量难以排出，将会导致电机过热，永磁体温度升高，磁性能下降，甚至还会造成永磁体不可逆退磁，严重影响电机的安全稳定运行，因此设计高效的永磁体冷却结构对延长轮毂电机使用寿命，提高整车性能具有重要意义。
发明内容
本发明的目的提供一种永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构，可以有效降低转子永磁体和转子铁心温度，避免永磁体因温度过高发生磁性能下降和不可逆退磁，使永磁体工作在安全高效的范围内。
本发明的技术方案如下：一种永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构，包括外转子永磁同步轮毂电机101，外转子水路冷却管102，防水轴承103及轴流叶轮106；所述外转子水路冷却管102焊接在防水轴承内圈103与轴流叶轮106轴的外表面之间，通过轮毂电机101内部，与永磁体105四周和转子铁心104内壁紧贴。从左端看外转子轮毂电机101顺时针转动时带动外转子水路冷却管102和轴流叶轮106转动，冷却水经过轴流叶轮106在其推力作用下进入外转子水路冷却管102对永磁体105冷却。
其进一步的技术方案为：所述外转子永磁同步轮毂电机101包括机壳201、轴向分段转子永磁体202、转子铁心203、右端盖204、定子绕组216、气隙205、定子铁心206、定子支撑筒207、静支撑轴208、轴承209；静支撑轴208左右两端设置左右轴承209；轴向分段转子永磁体202紧贴在转子铁心203内圆；转子铁心203安装在机壳201内圆，端盖204通过螺柱链接机壳201，端盖204与轴承209外圈连接；定子支撑筒207与静支撑轴208连接；定子铁心206安装在定子支撑筒207的外圆通过气隙205与转子铁心203配合；所述外转子水路冷却管102包括八支冷却水进水管213，八支冷却水出水管210和轴向分段永磁体冷却网216。左端盖沿周向均匀等距开有八个倾斜通孔217，供冷却水进水管213进入，与其对称的右端也是如此；八支冷却进水管213穿过倾斜通孔217沿左端盖内壁向上再与轴向分段永磁体冷却网216连接，永磁体冷却网216的八支冷却出水管210通过右端盖倾斜通孔引出；所述防水轴承103包括轴承外圈214和轴承内圈218。防水轴承外圈214为静止的进水筒，防水轴承外圈211为静止的出水筒。防水轴承内圈218和防水轴承内圈212都是可以转动的；所述轴流叶轮106，包括轮轴219和叶片220，与其对称的右端也是如此。轮轴219底部通过轴承221与静支撑轴208同心连接，轮轴219通过外部支架222与左端盖连接，左端盖带动轮轴和叶片220转动，与其对称的右端也是如此。八个旋转的冷却水进水管213焊接在轮轴219表面和防水轴承内圈218，与其对称的右端也是如此。金属挡片223焊接在防水轴承内圈218和管道外壁以保证密封性，与其对称的右端也是如此。
以及，其进一步的技术方案为：所述轴向分段永磁体冷却网216是由八个“Ω”形冷却水管301紧贴电机转子铁心302内壁，将分段的转子永磁体303四周包裹在冷却网络当中；所述轴向分段转子永磁体202是沿转子铁心401内圈周向分布的八个永磁体402都进行轴向分段，每一个永磁体402分成轴向等距等大小三块永磁体403、永磁体404和永磁体405，所有永磁体之间都布置有冷却水管；所述冷却水进水管213与冷却出水管210均开有斜口。同时水管斜口501方向与叶片502倾斜方向相同。叶片倾斜方向502与水管斜口501平行且与轮轴503的导水锥504方向呈锐角。
本发明的有益效果是。
1.本发明的转子铁心和永磁体采用水内冷，转子和永磁体的温升低，避免永磁体因温度过高发生磁性能下降和不可逆退磁，可以使永磁体工作在安全高效范围内，从而使电机故障率低，运行可靠。
2.本发明转子永磁体采用轴向分段结构，每块之间有布置有“Ω”形冷却水管，不仅可以使水路可以充分接触永磁体，增加散热。同时增大了永磁体之间的等效电阻，可以显著降低永磁体涡流损耗，减少生热。
本发明制造和装配过程简单，可维护性高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中永磁同步轮毂电机的外转子水冷具体冷却结构图。
图3是轴向分段永磁体冷却网在转子铁心上的展开图。
图4是转子铁心和轴向分段永磁体的内部结构图。
图5是两轴流叶轮和冷却管在图2的A处截断的正视图(左)和B处截断的正视图(右)。
图6是端盖的轴测图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，一种永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构，包括外转子永磁同步轮毂电机101，外转子水路冷却管102，防水轴承103及轴流叶轮106；所述外转子水路冷却管102焊接在防水轴承内圈103与轴流叶轮106轴的外表面之间，通过轮毂电机101内部，与永磁体105四周和转子铁心104内壁紧贴。从左端看外转子轮毂电机101顺时针转动时带动外转子水路冷却管102和轴流叶轮106转动，冷却水经过轴流叶轮106在其推力作用下进入外转子水路冷却管102对永磁体105冷却。外转子水路冷却管102与转子铁心104同轴旋转，额定转速800rpm，最大转速为1400rpm，转速低，水路旋转半径小，冷却水受离心力小，同时轮毂电机101带动轴流叶轮106顺时针转动，对冷却水具有轴向推力作用，可以保证冷却水在冷却水路中正常流动。
如图2所示，所述外转子永磁同步轮毂电机101包括机壳201、轴向分段转子永磁体202、转子铁心203、右端盖204、定子绕组216、气隙205、定子铁心206、定子支撑筒207、静支撑轴208、轴承209；静支撑轴208左右两端设置左右轴承209；轴向分段转子永磁体202紧贴在转子铁心203内圆；转子铁心203安装在机壳201内圆，端盖204通过螺柱链接机壳201，端盖204与轴承209外圈连接；定子支撑筒207与静支撑轴208连接；定子铁心206安装在定子支撑筒207的外圆通过气隙205与转子铁心203配合；所述外转子水路冷却管102包括八支冷却水进水管213，八支冷却水出水管210和轴向分段永磁体冷却网216。左端盖沿周向均匀等距开有八个倾斜通孔217，供冷却水进水管213进入，与其对称的右端也是如此；八支冷却进水管213穿过倾斜通孔217沿左端盖内壁向上再与轴向分段永磁体冷却网216连接，永磁体冷却网216的八支冷却出水管210通过右端盖倾斜通孔引出；所述防水轴承103包括轴承外圈214和轴承内圈218。防水轴承外圈214为静止的进水筒，防水轴承外圈211为静止的出水筒。防水轴承内圈218和防水轴承内圈212都是可以转动的；所述轴流叶轮106，包括轮轴219和叶片220，与其对称的右端也是如此。轮轴219底部通过轴承221与静支撑轴208同心连接，轮轴219通过外部支架222与左端盖连接，左端盖带动轮轴和叶片220转动，与其对称的右端也是如此。八个旋转的冷却水进水管213焊接在轮轴219表面和防水轴承内圈218，与其对称的右端也是如此。金属挡片223焊接在防水轴承内圈218和管道外壁以保证密封性，与其对称的右端也是如此。
如图3所示，轴向分段永磁体冷却网216是由八个“Ω”形冷却水管301紧贴电机转子铁心302内壁，将分段的转子永磁体303四周包裹在冷却网络当中。
如图4所示，轴向分段转子永磁体202是沿转子铁心401内圈周向分布的八个永磁体402都进行轴向分段，每一个永磁体402分成轴向等距等大小三块永磁体403、永磁体404和永磁体405，所有永磁体之间都布置有冷却水管，可以使永磁体与冷却水管充分接触，减少温升。
如图5所示，冷却水进水管(213)与冷却出水管(210)均开有斜口。同时水管斜口(501)方向与叶片(502)倾斜方向相同。叶片(502)倾斜方向与水管斜口(501)平行且与轮轴(503)的导水锥(504)方向呈锐角。从左端看顺时针转动的叶片和水管斜口的推力作用下可以使冷却水在冷却管道中单向流动。
本发明的工作原理如图2所示。
轮毂电机从左侧看顺时针转动时，冷却水在外部循环设备驱动下从防水轴承外圈214作为进水筒进水，冷却水经过轮轴219和叶片220，并在其推力作用下进入八支冷却进水管213穿过倾斜通孔217沿左端盖内壁向上再与轴向分段永磁体冷却网216连接。冷却水经过迂回的冷却网216进入八支冷却出水管210通过右端盖倾斜通孔，引出到防水轴承内圈212经过轴流叶轮流入防水轴承外圈211出水筒与外部循环设备连接，完成水内冷外转子永磁同步轮毂电机的水循环冷却。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化。均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构，其特征在于：包括外转子永磁同步轮毂电机(101)，外转子水路冷却管(102)，防水轴承(103)及轴流叶轮(106)；所述外转子水路冷却管(102)两端焊接在防水轴承内圈(103)与轴流叶轮(106)轴的外表面之间，通过轮毂电机(101)内部，与永磁体(105)四周和转子铁心(104)内壁紧贴；外转子轮毂电机(101)转动时带动外转子水路冷却管(102)和轴流叶轮(106)转动，冷却水经过轴流叶轮(106) 在其推力作用下进入外转子水路冷却管(102)对永磁体(105)冷却。
2.根据权利要求1所述永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构，其特征在于：所述外转子永磁同步轮毂电机(101)包括机壳(201)、轴向分段转子永磁体(202)、转子铁心(203)、右端盖(204)、定子绕组(216)、气隙(205)、定子铁心(206)、定子支撑筒(207)、静支撑轴(208)、轴承(209)；静支撑轴(208)左右两端设置轴承(209)；轴向分段转子永磁体(202)紧贴在转子铁心(203)内圆；转子铁心(203)安装在机壳(201)内圆，端盖(204)通过螺柱链接机壳(201)，端盖(204)与轴承(209)外圈连接；定子支撑筒(207)与静支撑轴(208)连接；定子铁心(206)安装在定子支撑筒(207)的外圆通过气隙(205)与转子铁心(203)配合；所述外转子水路冷却管(102)包括八支冷却水进水管(213)，八支冷却水出水管(210)和轴向分段永磁体冷却网(216)；左端盖沿周向均匀等距开有八个倾斜通孔(217)，供冷却水进水管(213)进入，与其对称的右端也是如此；八支冷却进水管(213)穿过倾斜通孔(217)沿左端盖内壁向上再与轴向分段永磁体冷却网(216)连接，永磁体冷却网(216)的八支冷却出水管(210)通过右端盖倾斜通孔引出；所述防水轴承(103)包括轴承外圈(214)和轴承内圈(218)；防水轴承外圈(214)为静止的进水筒，防水轴承外圈(211)为静止的出水筒；防水轴承内圈(218)和防水轴承内圈(212)都是可以转动的；所述轴流叶轮(106)，包括轮轴(219)和叶片(220)，与其对称的右端也是如此；轮轴(219)底部通过轴承(221)与静支撑轴(208)同心连接，轮轴(219)通过外部支架(222)与左端盖连接，左端盖带动轮轴(219)和叶片(220)转动，与其对称的右端也是如此；八个旋转的冷却水进水管(213)焊接在轮轴(219)表面和防水轴承内圈(218)，与其对称的右端也是如此；金属挡片(223)焊接在防水轴承内圈(218)和管道外壁以保证密封性，与其对称的右端也是如此。
3.根据权利要求2所述永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构，其特征在于：轴向分段永磁体冷却网(216)是由八个“Ω”形冷却水管(301)紧贴电机转子铁心(302)内壁，将分段的转子永磁体(303)四周包裹在冷却网络当中。
4.根据权利要求2所述永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构，其特征在于：轴向分段转子永磁体(202)是沿转子铁心(401)内圈周向分布的八个永磁体(402)都进行轴向分段，每一个永磁体(402)分成轴向等距等大小三块永磁体1(403)、永磁体2(404)和永磁体3(405)，所有永磁体之间都布置有冷却水管。
5.根据权利要求2所述永磁同步轮毂电机的外转子水冷冷却结构，其特征在于：冷却水进水管(213)与冷却出水管(210)均开有斜口；同时水管斜口(501)方向与叶片(502)倾斜方向相同，叶片(502)倾斜方向与水管斜口(501)平行且与轮轴(503)的导水锥(504)方向呈锐角。
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