[发明专利]一种内冷式定子及电机驱动系统

说明书

一种内冷式定子及电机驱动系统，包括传动部，电磁部和热控部：其中电磁部包括电机转子、定子、和控制器，其特征在于定子和控制器是密封的，内部与热控部冷却系统相通，冷却介质只能通过管道进出其中，并且直接对铁芯、线圈和功率器件吸热进行热力循环；定子和控制器既属于电磁部又属于热控部，它既要完成机电能量转换，又要作为冷却器对电磁部进行冷却。发明效果：利用制冷循环给电机电控系统降温，机电换能和热电循环均可达一级能效标准；用制冷剂在电机内部汽化吸热直接冷却线圈和铁芯，可使铁芯线圈温度接近制冷介质在该真空度下的汽化温度;降温可以降低铜线电阻率,在一定条件下甚至可产生超导材料所需的温度。

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其是电动车驱动用的、高速高效的电机。

背景技术

电动车技术的快速发展和商业化竞争，对驱动电机性能提出了越来越高的要求。对于电动车“三电技术”之一的电机，更是要求功率/扭矩高密度、高速/高效恒功率、安全可靠低成本，而要解决这些课题都与电机电控功率系统的热管理即降温或控温有关。目前用于电机散热的方式主要有自然对流、强制风冷、机壳水冷，和机内油冷。自然对流是通过机壳与环境的温差自动进行的，无需外加动力，但效率较低；强制风冷是通过风扇驱使机壳周围的空气将热量带走，需消耗少量动力，效率高于自然对流；水冷是使以水作为介质流经电机外壳的水套带走电机热量，因为水的的比热容比空气大几倍，效率是风冷的数倍；但一方面需要增加水泵、水箱、风扇灯部件，另一方面水道与热源即铁芯线圈之间隔着机壳，冷水并不直接作用于线圈和铁芯这两个发热主体，有点隔靴搔痒的感觉；油冷使用飞溅或喷淋的方式可直接冷却线圈端部，效果明显改善，电气绝缘也是油冷的好处，但油的比热容不如水大，油具有粘度，高速搅动时会损耗功率。虽然如此，直喷油冷仍不失为现有技术最好的热控方式。但是这种方式仍然不能令人满意，因为它很难对已经提出的目标： 2030年电机比功率达到5Kw/kg提供更多的支持，因此必须为高密度电机的热管理提出更好的技术方案。基于热力学原理，常用介质的汽化潜热比它的比热容大很多，显然用工质的气液相变循环的方式代替简单热辐射传导对流方式，用工质汽化吸热冷却定子代替简单的流体输运或介质传导是一个更高效的技术路线。因为没有检索到类似设计的定子和电机系统，于是提出一种利用制冷介质在定子内部汽化吸热来降低线圈和铁芯的温度的技术方案，即本专利方案。

发明内容

一种内冷式定子及电机驱动系统，包括传动部Ⅰ，电磁部Ⅱ和热控部Ⅲ；

其中传动部Ⅰ是一个机械系统，与电磁部相连实现机械力矩的传递或放大，有利于提高电机的扭矩密度；

其中电磁部Ⅱ包括电机转子、定子和控制器，其特征在于定子和控制器都是气密性的，内部与热控部相通，热控部的冷却介质只能通过管道进入定子和控制器内部，直接对铁芯、线圈和功率器件进行冷却，然后从中流出回到热控部完成循环；它实质上既属于电磁部又属于热控部，它首先是电磁换能系统，负责将电能转换成机械能，同时又是一个制冷系统的吸热器，对电磁部进行冷却；

其中热控部Ⅲ是控制电磁部运行温度的冷却系统，包括增压器、放热器、减压器和吸热器，吸热器包括电磁部的定子和控制器。