一种陶瓷油冷结构的轮毂电机

本发明涉及轮毂电机冷却结构，特别是涉及一种陶瓷油冷结构的轮毂电机。

背景技术：

1、轮毂电机的寿命主要取决于绝缘材料的寿命，电机绝缘结构的温度每增加10℃，预期寿命就会缩短一半。因此，提高绝缘结构的耐热性和导热性已成为轮毂电机亟待解决的问题之一。轮毂电机定子绕组及铁芯发热量很大，绕组及铁芯产生的热量很难通过绝缘层传递。大部分聚合物材料都不具有较好的导热性能，而陶瓷作为绝缘材料，具有绝缘层薄、耐热及导热性好等优点，因此，需要开发聚合物-陶瓷复合材料来提高电机的导热性能。

2、软磁复合材料产生的涡流损耗远低于叠层硅钢片产生的涡流损耗。软磁复合材料具有较低矫顽力和磁损耗的同时，还具有较高的饱和磁化强度、电阻率和磁导率，可在不同模具中直接压制成所需形状。为了减少涡流产生的热量损耗，可制备软磁复合材料以替代硅钢片。软磁复合材料通过在磁性材料表面增加一层绝缘介质而制备得到。目前，使用最广泛的软磁材料是fe-co系列中牌号为1j22的合金，该合金的饱和磁化强度可达2.4t，初始磁导率为1000，最大磁导率高达8000h/m，且矫顽力小于60a/m，应用前景广泛。另一类常用的纳米晶合金是以fesib非晶合金为基体，向里面加入少量的铜、钨等，通过适当温度热处理得到的纳米晶合金，获得高磁导率和高饱和磁化强度。

3、轮毂电机的最高温度位于定子槽内中间位置，热量难以发散。在电机的运行过程中，漆包线难以散热，绕组会持续升温；铁芯叠片承受电、磁、热、机械力等因素的长时间作用，叠片间绝缘受损，槽绝缘破坏，导致电机损坏。为解决定子的散热问题，可引进聚合物-陶瓷复合材料，设计定子绕组及铁芯叠片间纳米级散热结构，并采用软磁复合材料制成的箱体封装定子，油冷散热，改善轮毂电机的性能。

4、碳纳米管具有良好的传热性能，沿着长度方向的热交换性能很高，可以优化设计热传导碳纳米管-陶瓷复合材料。只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会得到很大的改善。碳纳米管还具有优越的机械性能：抗拉强度50～200gpa，相当于钢的100倍，但比重只有钢的六分之一，因而被称“超级纤维”。碳纳米管-陶瓷复合材料运用于轮毂电机转子风冷结构，具有导热性能好、重量轻、强度高的优点。

5、轮毂电机常用的冷却方式有风冷、水冷和油冷，风冷需要增加散热筋或翅片等冷却结构，散热效果不佳，水冷和油冷效果较好。油冷导热系数大、绝缘强度高，可采用黏滞系数低的变压器油为冷却介质，对电机散热。现有的油冷，直接在轮毂电机内注入了导热油，电机在运转过程中因摩擦产生热量和压力，会导致密封的油封处漏气漏油。因此，如何设计油冷结构，提高冷却效应、成为亟待解决的问题。

6、中国专利cn 220220390 u、cn 115276323 a和cn 220254265 u提供了几种不同冷却方案的电机。

7、cn 220220390 u公开了一种高密封性的液冷轮毂电机。冷却管道沿定子支架的周侧设置，冷却管道与支架一体铸造而成，冷却管道主体包括多个依次连接的环状结构及分隔结构；所述多个依次连接的环状结构一端进液口连接，另一端与分隔结构连接，出液口与分隔结构的末端连接。该液冷结构密封性好，但冷却效果有限。

8、cn 115276323 a公开了一种单轴承水冷轮毂电机，通过设置水冷机构，在轮毂外框、封盖内侧和电机外框、电机盖外侧之间形成冷却腔，通过冷却液循环泵机构，实现多个循环管、连通管中冷却液的持续循环，通过持续循环的冷却液对定子组件进行导热式散热。该水冷机构可以有效散热，但结构比较复杂。

9、cn 220254265 u公开了一种混合散热外转子轮毂电机，散热系统包括热管和液冷散热组件，液冷散热组件设在所述后端盖上，热管设在嵌线槽内，热管伸入所述液冷散热组件内；热管内部具有空腔，管芯分布在空腔的内壁上，管芯是毛细机构，且分布在金属管内壁上，工作介质是液态介质。散热系统可以直接对绕组进行散热，防止热量堆积，提高散热效率。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于，提供一种陶瓷油冷结构的轮毂电机，定子铁芯及线圈采用软磁复合材料箱体封装，软磁复合材料箱体内的定子铁芯及线圈设置陶瓷孔隙循环油冷结构，外转子上的永磁体采用碳纳米管-陶瓷复合材料孔隙风冷结构。本发明提供解决轮毂电机散热问题的技术方案，满足大功率轮毂电机的散热要求。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种陶瓷油冷结构的轮毂电机，其特征在于：包括陶瓷油冷结构的定子和碳纳米管风冷结构的外转子；所述定子和外转子构成轴向磁通闭合回路；所述定子固定在所述中心轴上，所述外转子设置在所述定子的外侧并通过轴承连接所述中心轴；其特征在于：

4、所述定子铁芯采用以下三种陶瓷油冷结构模型中的至少一种：(1)采用硅钢片定子铁芯，在硅钢片表面设置陶瓷条纹、(2)采用窄硅钢片定子铁芯，在窄硅钢片之间设置孔隙、(3)定子铁芯采用软磁复合材料-蜂窝状结构。

5、所述定子的线圈采用以下二种陶瓷油冷结构模型中的至少一种：(1)定子线圈的导体表面设置陶瓷镀膜、(2)定子线圈采用软磁复合材料蜂窝状结构；

6、所述定子铁芯、线圈整体，利用软磁复合材料箱体封装，构成定子箱体。

7、进一步地，所述定子利用软磁复合材料箱体封闭，所述定子箱体上设置循环油进口、循环油出口，所述定子箱体固定在主轴上。所述定子箱体的软磁复合材料，采用fe-co系列中牌号为1j22合金和树脂复合材料，其中树脂为绝缘包覆材料。当然，也包括采用其它的软磁复合材料或绝缘包覆材料，所述软磁复合材料箱体壁厚2mm-10cm。软磁复合材料具有较高的饱和磁化强度，可直接压制成所需定子箱体形状，软磁复合材料可提高电机性能，降低能源损耗。

8、进一步地，所述定子铁芯模型(1)中，在硅钢片表面进行陶瓷镀膜，包括采用陶瓷-树脂类复合材料镀膜，镀膜厚度为30nm-100μm，并间隔设置陶瓷条纹，所述陶瓷条纹包括直线条纹和/或曲线条纹；定子铁芯模型(2)中，设置窄硅钢片宽度为4-20mm，窄硅钢片之间留置孔隙，孔隙宽度50nm-200μm再装配成油冷结构的定子铁芯；定子铁芯的模型(3)中，定子铁芯采用软磁复合材料蜂窝状结构，设置孔隙油冷。利用陶瓷孔隙-冷却油设置分布式散热结构，可以提高绝缘和散热的效果。

9、进一步地，所述定子线圈的模型(1)中，在定子线圈的导体表面进行陶瓷镀膜，也包括采用陶瓷-树脂类复合材料镀膜，镀膜厚度为8μm-400μm；定子线圈的模型(2)中，定子线圈采用软磁复合材料蜂窝状结构，并设置油冷孔隙。轮毂电机绕组发热量最大，绝缘材料的导热系数低，线圈产生的热量很难通过绝缘层传递，将定子线圈设置为陶瓷孔隙油冷结构，可提高电机的导热性能。

10、进一步地，所述外转子包括左转子、右转子，所述左转子和所述右转子均设置在所述定子箱体的外侧，所述外转子通过轴承与所述中心轴连接；所述左转子和右转子之间通过机壳连接；所述左转子和右转子的内侧均设置有所述永磁体，所述永磁体采用碳纳米管-陶瓷复合材料风冷连接结构。

11、进一步地，所述中心轴内设有油冷及风冷通道，所述循环油进、出口连接电机外面的散热管道，所述机壳上设有排气出口。

12、进一步地，所述永磁体周边设置碳纳米管-陶瓷复合材料风冷结构，也包括设置碳纳米管-陶瓷-树脂类复合材料结构，碳纳米管直径16-100nm，复合材料风冷结构厚度5-20mm。利用碳纳米管的孔通风冷却，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会得到很大的改善。

13、进一步地，还包括车载空调，所述车载空调端口与所述中心轴的通风进口连通。通过所述通风进口向机内提供冷却气体，提高冷却效果，热空气从所述排气出口排到外部。

14、本发明的有益效果主要有五个方面：一、在硅钢片表面设置陶瓷油冷孔隙，分布散热，可提高散热效果。二、在定子线圈中的导体表面采用陶瓷镀膜结构，利用其孔隙风冷，可有效降低定子线圈温度。三、采用fe-co系列中牌号为1j22合金和树脂组成的软磁复合材料，在定子铁芯、线圈外面构筑导磁密封箱体，软磁复合材料可通过模具压制成定子形状，密封性能好。四、在外转子永磁体上设置碳纳米管-陶瓷复合材料风冷连接结构，碳纳米管-陶瓷复合材料运用于转子风冷结构，具有导热性能好、重量轻、强度高的优点。五、陶瓷油冷结构的轮毂电机，利用上述导热性能好的复合材料、采用纳米结构的冷却通道，散热快，可提高电机性能。

15、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。