一种基于复合传热器件的电机散热结构及其制造方法与流程

1.本发明涉及电机散热技术领域，具体涉及一种基于复合传热器件的电机散热结构及其制造方法。


背景技术：

2.新能源汽车行业对于电机的选择要求极高，与其他类型的电机相比较，在相同质量与体积下永磁同步电机最大优点就是具有较高的功率密度与转矩密度，能够为新能源汽车提供最大的动力输出与加速度。因此永磁同步电机成为新能源汽车电机的首选。但是永磁同步电机也存在缺点，转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下，会产生磁性衰退的现象，使得电机容易发生损坏。因此，散热是制约永磁同步电机极限功率的重要因素。
3.目前，液冷和风冷是主流的电机散热技术，其原理是电机铜线绕组通过绝缘层和定子铁芯等将热量传至机壳，再由空气或液态工质将热量耗散。
4.现有的风冷和液冷仅能实现定子铁芯包裹部分的绕组散热，暴露在铁芯外部铜线绕组是电机内发热最严重的部分，通常需要浸没在固化导热胶内，绕组则需要先将热量传递至该导热胶，再经过导热胶传递至液冷机壳。由于灌封导热胶填充于电机内容易产生缝隙，热导效率下降，该散热路径无法对铁芯外部绕组进行高效散热，且该部分铜线温度已成为衡量电机是否达到保护温度的重要指标。
5.因此，如何降低悬伸部分绕组温度以及提高电机定子铁芯的散热效率对于实现电机高效散热与功率提升具有重要意义。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于复合传热器件的电机散热结构及其制造方法,显著改善悬伸绕组的散热效率，提升电机使用功率。
7.本公开实施方式的第一方面提供了一种基于复合传热器件的电机散热结构，包括液冷外壳、定子铁芯以及铜线绕组，还包括嵌入式热管以及相变导热件，所述定子铁芯安装于液冷外壳内，所述定子铁芯的第一表面和第二表面上均设置有若干个盲孔，所述嵌入式热管过盈安装于所述盲孔内，且所述嵌入式热管一端伸出所述盲孔并抵接所述铜线绕组，所述铜线绕组悬伸设置于定子铁芯端部，所述相变导热件环绕于铜线绕组外表面，且相变导热件分别贴合铜线绕组以及液冷外壳设置。
8.在本公开的一种实施方式中,所述盲孔紧靠所述定子铁芯外圆侧设置，且所述盲孔的深度为所述定子铁芯第一表面与第二表面间距大小的10％-30％。
9.在本公开的一种实施方式中,所述盲孔的直径为所述定子铁芯外圆侧与内圆侧间距大小的20％-33％，且所述盲孔的圆周同所述铜线绕组的最大外接圆相切。
10.在本公开的一种实施方式中,所述嵌入式热管的长度为所述盲孔长度和所述铜线绕组长度总和的90％-110％，且所述嵌入式热管的直径为所述盲孔直径的95％-100％。
11.在本公开的一种实施方式中,所述相变导热件包括第一端部、第二端部以及连接
所述第一端部和第二端部的连接部，所述第一端部紧贴所述液冷外壳的内表面设置，所述第二端部紧贴所述铜线绕组外表面设置。
12.在本公开的一种实施方式中，所述相变导热件的所述第一端部到所述定子铁芯圆心的距离与所述铜线绕组外接圆的半径相等，所述第二端部到所述定子铁芯圆心的距离与所述液冷外壳内接圆的半径相等。
13.根据本公开实施方式的第二方面，提供一种基于复合传热器件的电机散热结构制造方法，包括如下步骤：
14.步骤1：获取电机内铜线绕组与液冷机壳的几何参数；
15.步骤2：根据步骤1中获取的几何参数，分别定制化设计嵌入式热管、盲孔以及相变导热件的定制参数和布置参数；
16.步骤3：根据几何参数和布置参数对热管进行预处理，再通过加工模具对嵌入式热管、盲孔以及相变导热件进行加工处理，分别获得相互适配的嵌入式热管和盲孔以及波纹状相变导热件；
17.步骤4：根据布置参数将嵌入式热管安装至盲孔内，并加热至150℃-300℃通过热膨胀后再冷却，以使嵌入式热管同盲孔过盈配合；
18.步骤5：根据定制参数和布置参数，将波纹状相变导热件安装于液冷外壳和铜线绕组之间。
19.在本公开的一种实施方式中,所述几何参数包括铜线绕组的截面形状、截面直径、厚度以及铜线绕组与液冷机壳间的间距。
20.在本公开的一种实施方式中，所述嵌入式热管的定制参数包括长度和直径，所述盲孔的定制参数包括孔径和深度，所述相变导热件的定制参数包括弯折角度、厚度、截面尺寸以及截面形状。
21.在本公开的一种实施方式中，所述嵌入式热管的布置参数包括嵌入式热管的布置数量、布置位置，所述盲孔的布置参数包括盲孔的布置数量、布置位置以及布置尺寸，所述相变导热件的布置参数包括相变导热件的布置数量、布置位置以及布置角度。
22.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
23.(1)本发明通过获取电机内铜线绕组与液冷机壳的几何参数，设计制造一种贴合铜线绕组和液冷外壳的波纹状相变导热件，再在定子铁芯上开设盲孔，在盲孔内嵌入嵌入式热管并贴合铜线绕组，以此形成三条导热路径，第一条导热路径中铜线绕组通过相变导热件将产生的欧姆热传递至液冷外壳，第二条导热路径中铜线绕组通过嵌入式热管将产生的欧姆热传递至定子铁芯，再通过贴合定子铁芯的液冷外壳散热，第三条散热路径通过定子铁芯与液冷外壳直接散热，该散热路径相比传统的电机散热结构，增加了复合传热器件与机壳和绕组的接触面积，显著提升悬伸处绕组的散热情况，降低电机绕组温度，提升电机额定使用功率，实现电机轻量化和微型化。
24.(2)本发明通过价格低廉且热导率更高的传热器件填充机壳和绕组间的空腔，有效减少导热界面材料的灌封量，降低了电机散热成本。
25.(3)本发明基于可产业化定制生产的复合传热器件对电机散热结构进行改进，实施方式简单实用，成本低廉。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例一中电机的示意图；
28.图2为本发明实施例一种相变导热件的示意图图；
29.图3为本发明实施例一中定子铁芯的示意图；
30.图4为本发明实施例一中嵌入式热管的示意图；
31.图5为图1的侧面剖视图。
32.附图标识：1、液冷外壳；2、铜线绕组；3、定子铁芯；31、盲孔；4、嵌入式热管；5-相变导热件；51-第一端部；52-第二端部；53-连接部。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.实施例一
37.参见图1至图5，本发明实施例公开了一种基于复合传热器件的电机散热结构，包括液冷外壳1、定子铁芯3以及铜线绕组2，还包括嵌入式热管4以及相变导热件5，所述定子铁芯3安装于液冷外壳1内，所述定子铁芯3的第一表面和第二表面上均设置有若干个盲孔31，所述嵌入式热管4过盈安装于所述盲孔3内，且所述嵌入式热管4一端伸出所述盲孔31并抵接所述铜线绕组2，所述铜线绕组2悬伸设置于定子铁芯3端部，所述相变导热件5环绕于铜线绕组2外表面，且相变导热件5分别贴合铜线绕组2以及液冷外壳1设置。
38.在本实施例中，所述盲孔31紧靠所述定子铁芯3外圆侧设置，且所述盲孔31的深度为所述定子铁芯3第一表面与第二表面间距大小的10％-30％。
39.在本实施例中，所述盲孔31的直径为所述定子铁芯外圆侧与内圆侧间距大小的20％-33％，且所述盲孔31的圆周同所述铜线绕组2的最大外接圆相切。
40.在本实施例中，所述嵌入式热管4的长度为所述盲孔31长度和所述铜线绕组2长度总和的90％-110％，且所述嵌入式热管4的直径为所述盲孔31直径的95％-100％。
41.如图2所示，在本实施例中，所述相变导热件5包括第一端部51、第二端部52以及连接所述第一端部51和第二端部52的连接部53，所述第一端部51紧贴所述液冷外壳1的内表面设置，所述第二端部52紧贴所述铜线绕组2外表面设置。
42.如图2所示，在本实施例中，所述相变导热件5的所述第一端部51到所述定子铁芯3圆心的距离与所述铜线绕组2外接圆的半径r1相等，所述第二端部52到所述定子铁芯3圆心的距离与所述液冷外壳1内接圆的半径r2相等。
43.本发明通过获取电机内铜线绕组与液冷机壳的几何参数，设计制造一种贴合铜线绕组和液冷外壳的波纹状相变导热件，再在定子铁芯上开设盲孔，在盲孔内嵌入嵌入式热管并贴合铜线绕组，以此形成三条导热路径，第一条导热路径中铜线绕组通过相变导热件将产生的欧姆热传递至液冷外壳，第二条导热路径中铜线绕组通过嵌入式热管将产生的欧姆热传递至定子铁芯，再通过贴合定子铁芯的液冷外壳散热，第三条散热路径通过定子铁芯与液冷外壳直接散热，该散热路径相比传统的电机散热结构，增加了复合传热器件与机壳和绕组的接触面积，显著提升悬伸处绕组的散热情况，降低电机绕组温度，提升电机额定使用功率，实现电机轻量化和微型化。本发明通过价格低廉且热导率更高的传热器件填充机壳和绕组间的空腔，有效减少导热界面材料的灌封量，降低了电机散热成本。本发明基于可产业化定制生产的复合传热器件对电机散热结构进行改进，实施方式简单实用，成本低廉。
44.实施例二
45.本发明实施例公开了一种基于复合传热器件的电机散热结构制造方法，包括如下步骤：
46.步骤1：获取电机内铜线绕组与液冷机壳的几何参数；
47.步骤2：根据步骤1中获取的几何参数，分别定制化设计嵌入式热管、盲孔以及相变导热件的定制参数和布置参数；
48.步骤3：根据几何参数和布置参数对热管进行预处理，再通过加工模具对嵌入式热管、盲孔以及相变导热件进行加工处理，分别获得相互适配的嵌入式热管和盲孔以及波纹状相变导热件；
49.步骤4：根据布置参数将嵌入式热管安装至盲孔内，并加热至150℃-300℃通过热膨胀后再冷却，以使嵌入式热管同盲孔过盈配合；
50.步骤5：根据定制参数和布置参数，将波纹状相变导热件安装于液冷外壳和铜线绕组之间。
51.在本实施例中，所述几何参数包括铜线绕组的截面形状、截面直径、厚度以及铜线绕组与液冷机壳间的间距。
52.在本实施例中，所述嵌入式热管的定制参数包括长度和直径，所述盲孔的定制参数包括孔径和深度，所述相变导热件的定制参数包括弯折角度、厚度、截面尺寸以及截面形状。
53.在本实施例中，所述嵌入式热管的布置参数包括嵌入式热管的布置数量、布置位置，所述盲孔的布置参数包括盲孔的布置数量、布置位置以及布置尺寸，所述相变导热件的
布置参数包括相变导热件的布置数量、布置位置以及布置角度。
54.本发明通过获取电机内铜线绕组与液冷机壳的几何参数，设计制造一种贴合铜线绕组和液冷外壳的波纹状相变导热件，再在定子铁芯上开设盲孔，在盲孔内嵌入嵌入式热管并贴合铜线绕组，以此形成三条导热路径，第一条导热路径中铜线绕组通过相变导热件将产生的欧姆热传递至液冷外壳，第二条导热路径中铜线绕组通过嵌入式热管将产生的欧姆热传递至定子铁芯，再通过贴合定子铁芯的液冷外壳散热，第三条散热路径通过定子铁芯与液冷外壳直接散热，该散热路径相比传统的电机散热结构，增加了复合传热器件与机壳和绕组的接触面积，显著提升悬伸处绕组的散热情况，降低电机绕组温度，提升电机额定使用功率，实现电机轻量化和微型化。本发明通过价格低廉且热导率更高的传热器件填充机壳和绕组间的空腔，有效减少导热界面材料的灌封量，降低了电机散热成本。本发明基于可产业化定制生产的复合传热器件对电机散热结构进行改进，实施方式简单实用，成本低廉。
55.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于复合传热组件的电机散热结构，包括液冷外壳、定子铁芯以及铜线绕组，其特征在于：还包括嵌入式热管以及相变导热件，所述定子铁芯安装于液冷外壳内，所述定子铁芯的第一表面和第二表面上均设置有若干个盲孔，所述嵌入式热管过盈安装于所述盲孔内，且所述嵌入式热管一端伸出所述盲孔并抵接所述铜线绕组，所述铜线绕组悬伸设置于定子铁芯端部，所述相变导热件环绕于铜线绕组外表面，且相变导热件分别贴合铜线绕组以及液冷外壳设置。2.根据权利要求1所述的基于复合传热器件的电机散热结构，其特征在于，所述盲孔紧靠所述定子铁芯外圆侧设置，且所述盲孔的深度为所述定子铁芯第一表面与第二表面间距大小的10％-30％。3.根据权利要求2所述的基于复合传热器件的电机散热结构，其特征在于，所述盲孔的直径为所述定子铁芯外圆侧与内圆侧间距大小的20％-33％，且所述盲孔的圆周同所述铜线绕组的最大外接圆相切。4.根据权利要求1所述的基于复合传热器件的电机散热结构，其特征在于，所述嵌入式热管的长度为所述盲孔长度和所述铜线绕组长度总和的90％-110％，且所述嵌入式热管的直径为所述盲孔直径的95％-100％。5.根据权利要求1所述的基于复合传热器件的电机散热结构，其特征在于，所述相变导热件包括第一端部、第二端部以及连接所述第一端部和第二端部的连接部，所述第一端部紧贴所述液冷外壳的内表面设置，所述第二端部紧贴所述铜线绕组外表面设置。6.根据权利要求5所述的基于复合传热器件的电机散热结构，其特征在于，所述相变导热件的所述第一端部到所述定子铁芯圆心的距离与所述铜线绕组外接圆的半径相等，所述第二端部到所述定子铁芯圆心的距离与所述液冷外壳内接圆的半径相等。7.一种基于复合传热器件的电机散热结构制造方法，包括如下步骤：步骤1：获取电机内铜线绕组与液冷机壳的几何参数；步骤2：根据步骤1中获取的几何参数，分别定制化设计嵌入式热管、盲孔以及相变导热件的定制参数和布置参数；步骤3：根据几何参数和布置参数对热管进行预处理，再通过加工模具对嵌入式热管、盲孔以及相变导热件进行加工处理，分别获得相互适配的嵌入式热管和盲孔以及波纹状相变导热件；步骤4：根据布置参数将嵌入式热管安装至盲孔内，并加热至150℃-300℃通过热膨胀后再冷却，以使嵌入式热管同盲孔过盈配合；步骤5：根据定制参数和布置参数，将波纹状相变导热件安装于液冷外壳和铜线绕组之间。8.根据权利要求7所述的基于复合传热器件的电机散热结构制造方法，其特征在于，所述几何参数包括铜线绕组的截面形状、截面直径、厚度以及铜线绕组与液冷机壳间的间距。9.根据权利要求7所述的基于复合传热器件的电机散热结构制造方法，其特征在于，所述嵌入式热管的定制参数包括长度和直径，所述盲孔的定制参数包括孔径和深度，所述相变导热件的定制参数包括弯折角度、厚度、截面尺寸以及截面形状。10.根据权利要求7所述的基于复合传热器件的电机散热结构制造方法，其特征在于，所述嵌入式热管的布置参数包括嵌入式热管的布置数量、布置位置，所述盲孔的布置参数
包括盲孔的布置数量、布置位置以及布置尺寸，所述相变导热件的布置参数包括相变导热件的布置数量、布置位置以及布置角度。

技术总结
本发明提出了一种基于复合传热器件的电机散热结构及其制造方法，包括液冷外壳、定子铁芯以及铜线绕组，还包括嵌入式热管以及相变导热件，所述定子铁芯安装于液冷外壳内，所述定子铁芯的第一表面和第二表面上均设置有若干个盲孔，所述嵌入式热管过盈安装于所述盲孔内，且所述嵌入式热管一端伸出所述盲孔并抵接所述铜线绕组，所述铜线绕组悬伸设置于定子铁芯端部，所述相变导热件环绕于铜线绕组外表面，且相变导热件分别贴合铜线绕组以及液冷外壳设置。本发明能够显著改善永磁同步电机内部绕组的散热情况，降低电机绕组温度，提升电机过载运行倍数，实现电机微型化和高功率密度化。化。化。


技术研发人员：尹树彬 黎洪铭 汤勇 张仕伟 黄梓斌 余小媚
受保护的技术使用者：广东畅能达科技发展有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/25