本發(fā)明涉及一種軸向磁通輪轂電機。

背景技術(shù)：

目前的電動汽車大多采用集中式驅(qū)動方式，其動力傳遞一般需經(jīng)過變速箱、差速器、傳動軸和萬向節(jié)等機械裝置傳遞至驅(qū)動輪，傳動鏈長，效率較低。而作為分布式驅(qū)動特征的動力系統(tǒng)，將輪轂電機直接安裝在驅(qū)動輪內(nèi)，具有傳動鏈短、傳動高效、結(jié)構(gòu)緊湊等突出優(yōu)點，受到國內(nèi)外科研機構(gòu)和主流車廠的廣泛關(guān)注和研究。

然而受輪轂內(nèi)空間限制，以及整車對輪轂電機轉(zhuǎn)矩和重量的需求，輪轂電機尺寸要求緊湊，轉(zhuǎn)矩密度指標高。軸向磁通輪轂電機具有軸向尺寸緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點，適合用于輪轂驅(qū)動的分布式驅(qū)動式電動汽車和其他對空間約束嚴格的直接驅(qū)動應(yīng)用場合。國內(nèi)民用的輪轂電機驅(qū)動電動汽車處于技術(shù)研究階段，而采用輪轂電機驅(qū)動的混合動力汽車技術(shù)已成為新一代車輛動力驅(qū)動技術(shù)的重要發(fā)展方向。

專利CN200980147427.1提出了一種用于帶有液體冷卻系統(tǒng)的軸向磁通電機的定子區(qū)段，定子鐵芯為環(huán)形芯體，具有沿著基準軸線，該芯體沿著它的環(huán)形中心線帶有多個電導(dǎo)體線圈，所述電導(dǎo)體線圈彼此間隔并且均圍繞芯體，在相鄰兩個導(dǎo)電體線圈之間的間隔處安置有冷卻區(qū)段，多個冷卻區(qū)段并聯(lián)形成液體冷卻系統(tǒng)。雖然該專利能改善軸向電機繞組冷卻條件，但冷卻系統(tǒng)與繞組同軸纏繞在環(huán)形鐵芯上，冷卻區(qū)段加工復(fù)雜，冷卻區(qū)段不僅占用了繞組可用面積，也增加了等效氣隙，削弱了永磁磁場的強度，間接地降低了軸向磁通輪轂電機的轉(zhuǎn)矩密度。

專利CN201510098576.0公開了一種液體冷卻軸向磁通電機及定子內(nèi)絕緣表面的形成方法。該專利將密封蓋安裝在電機殼的開口側(cè)后形成一個封閉的密封腔，所述密封腔內(nèi)有固定安裝在電機殼內(nèi)端面上的定子，所述密封腔的外側(cè)設(shè)置有安裝在密封蓋外端面的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子的安裝位置正對定子，所述密封腔的外圓周面上安裝冷卻液進出口，所述電機殼的定子安裝面上開有內(nèi)外相通的溝槽。雖然該專利能通過在密封腔內(nèi)通入冷卻液體直接冷卻電機繞組和鐵芯，改善電機散熱條件，但是該專利中密封腔位于定子與轉(zhuǎn)子之間，在軸向氣隙中，增加了等效氣隙，削弱了永磁磁場，間接降低了軸向磁通輪轂電機的轉(zhuǎn)矩密度。此外密封腔的密封也會帶來額外的工藝難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的軸向電機繞組散熱不佳，現(xiàn)有繞組冷卻系統(tǒng)增加電機軸向等效氣隙，限制了電機轉(zhuǎn)矩密度的缺點，提出一種繞組強化散熱的軸向磁通輪轂電機。本發(fā)明可以進一步提升軸向磁通輪轂電機轉(zhuǎn)矩密度指標。

本發(fā)明利用超導(dǎo)平板熱管導(dǎo)熱率約為一般金屬萬倍的優(yōu)良傳熱特性，結(jié)合中間定子兩邊轉(zhuǎn)子的軸向磁通三明治拓撲，實現(xiàn)定子繞組的強化散熱，達到改善定子繞組傳熱通路，提高轉(zhuǎn)矩密度的目的。

本發(fā)明的軸向磁通輪轂電機具有典型的中間定子兩邊轉(zhuǎn)子的三明治結(jié)構(gòu)。該電機由機殼、定子、轉(zhuǎn)子、超導(dǎo)平板熱管、定子支架和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成。在軸向方向，定子夾在兩個轉(zhuǎn)子之間。轉(zhuǎn)子固定在機殼上，機殼與轉(zhuǎn)軸相連，轉(zhuǎn)子、機殼和轉(zhuǎn)軸三者一同旋轉(zhuǎn)。定子和超導(dǎo)平板熱管固定在定子支架上。

所述的定子由定子支架，Q個定子齒單元和n×Q個超導(dǎo)平板熱管組成，Q為定子槽數(shù)，為電機相數(shù)m的整數(shù)倍，n為正整數(shù)。Q個定子齒單元在圓周方向均布。每個定子齒單元由一個定子齒鐵芯和一個纏繞在定子齒鐵芯上的繞組構(gòu)成。每兩個相鄰定子齒單元之間安置有超導(dǎo)平板熱管，超導(dǎo)平板熱管的一端與定子齒單元的繞組緊密接觸，超導(dǎo)平板熱管的另一端與定子支架內(nèi)的冷卻流道接觸。定子支架內(nèi)部在沿軸向方向分布有冷卻流道，冷卻流道和定子兩者在軸向方向的投影重疊。

所述的定子齒鐵芯采用軟磁材料構(gòu)成，可采用硅鋼片疊壓而成或采用軟磁復(fù)合粉末壓制而成。所述的定子齒鐵芯采用硅鋼片疊壓制造時，硅鋼片疊壓方向與電機軸向方向垂直，硅鋼片平行于軸向方向。

所述的超導(dǎo)平板熱管具有熱管高傳熱的優(yōu)點，其形狀為扁平平板型。所述的超導(dǎo)平板熱管依靠其內(nèi)部介質(zhì)在一個低壓甚至接近真空的封閉空間中循環(huán)相變而傳遞熱量，其工作原理是：當熱量自高溫?zé)嵩磦魅霟峁軙r，處于熱管加熱段內(nèi)的介質(zhì)隨即被激活，吸熱汽化變成蒸汽，蒸汽瞬間流向熱管另一端，到達另一端時遇冷放出潛熱后凝結(jié)成液體，冷凝液體經(jīng)傳輸段回流到汽化段，循環(huán)相變而實現(xiàn)熱量傳遞。超導(dǎo)熱管的超強導(dǎo)熱系數(shù)是一般金屬的萬倍左右。

本發(fā)明具有以下的優(yōu)點：

本發(fā)明中電機相鄰兩個定子齒單元之間安置超導(dǎo)平板熱管，能有效的將定子繞組溫度傳遞至定子支架的冷卻流道中，極大地改善了繞組散熱條件。

本發(fā)明的超導(dǎo)平板熱管在改善繞組散熱條件的同時，不占用軸向氣隙空間，避免增加軸向等效氣隙長度。

本發(fā)明中采用超導(dǎo)平板熱管，利用超導(dǎo)平板熱管約為一般金屬萬倍導(dǎo)熱系數(shù)的特性，將繞組熱量高效迅速地傳遞至定子冷卻流道，實現(xiàn)繞組強化散熱。此外超導(dǎo)平板熱管密度低，能有效避免電機質(zhì)量的明顯增加。

本發(fā)明的電機基于傳統(tǒng)中間定子兩邊轉(zhuǎn)子的三明治軸向電機工藝，裝配技術(shù)成熟度高。

附圖說明

圖1a本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)圖，圖中：1機殼，2轉(zhuǎn)子，3定子，4超導(dǎo)平板熱管，5定子支架，6轉(zhuǎn)軸；

圖1b本發(fā)明實施例1的主要部件爆炸圖；

圖2a本發(fā)明實施例1的定子齒單元示意圖；

圖2b本發(fā)明實施例1的定子齒鐵芯示意圖；

圖3本發(fā)明實施例1的定子與超導(dǎo)平板熱管和定子支架的裝配關(guān)系；

圖4本發(fā)明實施例1的超導(dǎo)平板熱管示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。

本發(fā)明繞組強化散熱的軸向磁通電機包括機殼1、轉(zhuǎn)子2、定子3、超導(dǎo)平板熱管4、定子支架5和轉(zhuǎn)軸6，如圖1a所示。在電機在軸向方向上采用中間定子兩邊轉(zhuǎn)子的三明治結(jié)構(gòu)，電機裝配工藝沿用成熟的軸向電機工藝。在軸向方向，定子3夾在兩個轉(zhuǎn)子2之間。機殼1、轉(zhuǎn)子2、定子3、超導(dǎo)平板熱管4和定子支架5的爆炸圖如圖1b所示。機殼1由兩個端蓋101和一個殼體102組成，轉(zhuǎn)子2由環(huán)形導(dǎo)磁鐵芯201和磁鋼202組成。轉(zhuǎn)子2固定在機殼1上，機殼1與轉(zhuǎn)軸6相連，轉(zhuǎn)子2、機殼1與轉(zhuǎn)軸6三者一同旋轉(zhuǎn)。定子3和超導(dǎo)平板熱管4固定在定子支架5上。

定子3由Q個定子齒單元301構(gòu)成，Q為定子槽數(shù)，為電機相數(shù)m的整數(shù)倍。定子齒單元301在圓周方向上環(huán)形排布，如圖2所示。每個定子齒單元包含一個定子齒鐵芯3011和纏繞在定子齒上的繞組3012。定子齒采用常見硅鋼片制成，多片定子齒鐵芯硅鋼片疊壓制成定子齒鐵芯。定子齒硅鋼片疊壓方向與軸向垂直，定子齒硅鋼片與軸向方向平行。

由Q個定子齒單元301在圓周方向環(huán)形均布構(gòu)成定子3。定子3環(huán)形的內(nèi)圈與定子支架5接觸，定子支架5內(nèi)部沿軸向方向分布有冷卻流道501，冷卻流道501和定子3兩者在軸向方向的投影存在重疊。如圖1、圖3所示。相鄰兩個定子齒單元301之間安置超導(dǎo)平板熱管4，所述的超導(dǎo)平板熱管4為扁平平板型。超導(dǎo)平板熱管4的一端夾在相鄰的兩個定子齒單元301之間，與定子齒單元的繞組3012緊密接觸，超導(dǎo)平板熱管4的另一端與定子支架內(nèi)的冷卻流道501緊密接觸。超導(dǎo)平板熱管有n×Q個，Q為定子槽數(shù)，n為整數(shù)。定子3、超導(dǎo)平板熱管4和定子支架5裝配完成后，可采用絕緣灌封材料將三者整體灌封進行加固。

所采用的超導(dǎo)平板熱管4如圖4所示，具有熱管高傳熱的優(yōu)點，形狀為扁平平板型，能與定子繞組充分接觸。超導(dǎo)平板熱管內(nèi)部一個低壓甚至接近真空的封閉空間401，封閉空間401中有導(dǎo)熱介質(zhì)，利用該導(dǎo)熱介質(zhì)的受熱汽化，遇冷液化的特點，實現(xiàn)高效迅速換熱，可達到遠高于一般金屬的超高導(dǎo)熱率。