一种双模式多级高功率密度瞬时冷却电动机及其使用方法

摘要

一种双模式多级高功率密度瞬时冷却电动机及其使用方法，其瞬时冷却模式有两个，一个是局部冷却模式，一个是整体冷却模式，每个瞬间冷却模式中，又有多个冷却级别，电动机的基本结构包括电动机定子，电动机转子和瞬时冷却单元，瞬时冷却单元安装在电动机内部，这些冷却单元中含有液氮或干冰等低温物质，当电机过热时，释放瞬时冷却单元中的低温物质进行吸热，实现对电机的冷却，本发明可以根据工况自行选择合理的工作模式和冷却级别，从而对电机发热部分实现针对性冷却。

说明书

技术领域

本发明涉及动力电机技术领域，特别涉及一种双模式多级高功率密度瞬时冷却电动机及其使用方法。

背景技术

电机作为驱动单元，易于控制，功率传递线路仅仅依靠动力导线。因此，多工 作机构的设备，比如收获机械、飞机、船舶、汽车等，都有全电化的发展趋势，特 别是航空设备，全电化的发展趋势已经得到整个行业的关注，因此，开展高功率密 度电机的研制，是符合时代需求的一种有益工作。

在许多需要动力输出的场合，内燃机、电机、液压等驱动方式都可以胜任，但 与内燃机相比，电动机的噪音小，转矩输出稳定，没有尾气排放；与液压系统相比， 电机驱动的安全性与可靠性有明显优势。但电动机较低的功率密度一直限制了电动 机的进一步推广应用，为此人们一直尝试开发功率密度更高的电机。

电机功率密度无法提高的主要限制条件在于发热，增加电机功率，电机产热必 然增加，这就需要对电机进行冷却，但现有的水冷、油冷等冷却方式又会增加电机 本体的重量，降低电机的功率密度，所以从提高功率密度的角度来讲，最好的冷却 方法是自然冷却；但当电机功率密度较高时，自然冷却只能保证电机在额定工况工 作时不因过热造成故障。而在实际工作过程中，电机难免处于一些特殊工况，当某 些原因引起电动机局部温升或由于短时过载引起电动机整体温升时，自然冷却往往 无法满足电机的冷却需求，进一步会导致电机产生过热损坏。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双模式多级高功率密度瞬时冷却电动机及其使用方法，通过两种工作模式且每种工作模式都具有多种 冷却级别，使电动机无论在局部温升还是在整体温升过高的工况下，都能针对性的 采取合适的冷却模式和冷却级别，保证电机不因短时间温升而过热损坏。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种双模式多级高功率密度瞬时冷却电动机，包括电动机定子10，电动机转子 20和瞬时冷却单元30，电动机定子10与瞬时冷却单元30位于电动机转子20内部； 所述的电动机转子20包括位于外侧的电动机转子磁轭21和内侧的永磁体22，所述 的电动机定子10包括定子绕组13、定子磁轭11和定子槽12，定子槽12环绕永磁 体22等分设置，所述的瞬时冷却单元30包括定子下层瞬时冷却单元31、定子上层 瞬时冷却单元32和转子冷却单元33，定子下层瞬时冷却单元31与定子上层瞬时冷 却单元32固定在定子槽12中，转子冷却单元33固定在电动机转子磁轭21上并夹 在固定在电动机转子磁轭21上的永磁体22之间。

所述的瞬时冷却单元30上安装有微型测温装置。

所述的瞬时冷却单元30中装有冷却物质。

所述的瞬时冷却单元30采用硬质材料为壳体。

所述的转子冷却单元33环绕永磁体22四等分设置。

一种双模式多级高功率密度瞬时冷却电动机的使用方法，电动机的冷却模式分为局部冷却模式41和整体冷却模式42；

所述的局部冷却模式41包括局部一级冷却51、局部二级冷却52或局部三级冷 却53；

其中局部一级冷却51为释放对应控制区域中下层瞬时冷却单元31中的冷却物 质对电机进行降温；局部二级冷却52为释放对应控制区域中定子下层瞬时冷却单元 31和定子上层瞬时冷却单元32中的冷却物质对电机进行降温；局部三级冷却53为 释放对应控制区域中定子下层瞬时冷却单元31和定子上层瞬时冷却单元32以及所 有转子冷却单元33中的冷却物质对电机进行降温；

所述的整体冷却模式42包括整体一级冷却54、整体二级冷却55和整体三级冷 却56；

所述的整体一级冷却54为释放所有控制区域中下层瞬时冷却单元31中的冷却 物质对电机进行降温；整体二级冷却55为释放所有控制区域中定子下层瞬时冷却单 元31和定子上层瞬时冷却单元32中的冷却物质对电机进行降温；整体三级冷却56 为释放所有控制区域中定子下层瞬时冷却单元31和定子上层瞬时冷却单元32以及 所有转子冷却单元33中的冷却物质对电机进行降温。

本发明的有益效果：

本发明使电动机无论在局部温升还是在整体温升过高的工况下，都能针对性的采取合适的冷却模式和冷却级别，保证电机不因短时间温升而过热损坏。

附图说明

图1是本发明的结构截面示意图。

图2是电机一个分区所包含区域。

图3是电动机内部定转子的轴测图。

图4是电动机冷却模式和分级示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2，该电机的基本结构为电动机定子10，电动机转子20和瞬时冷却 单元30，瞬时冷却单元30包含定子下层瞬时冷却单元31、定子上层瞬时冷却单元 32、转子冷却单元33。如图3，定子下层瞬时冷却单元31固定在定子槽12中，夹 在定子绕组13与定子磁轭11之间；定子上层瞬时冷却单元32固定在定子槽12中， 夹在定子绕组13之中；转子冷却单元33固定在电动机转子磁轭21上，夹在固定在 电动机转子磁轭21上的永磁体22之间。如图4，电机还有局部冷却模式41和整体 冷却模式42两种冷却模式，局部冷却模式41有局部一级冷却51、局部二级冷却52、 局部三级冷却53等多个级别；整体冷却模式42有整体一级冷却54、整体二级冷却 55、整体三级冷却56等多个级别。

同时从控制角度，根据电机定子槽数，将电机等分为n个控制区域，本例所采 用的电机定子有24个槽，相邻的四个槽划分为一个控制区域，每个区域如图,3所示。 瞬时冷却单元30内部装有冷却物质，还安装有微型测温装置，通过微型测温装置对 电机内部温度进行监测。

当电机过热时，通过瞬时冷却单元30上微型测温装置监测到的温度信息可以确定电机发热区域、电机发热区域温度值，借此可以预测发热区域温度变化趋势，根 据这些信息，本发明所涉及一种双模式多级高功率密度瞬时冷却电动机可自行选择 适当的冷却模式和冷却级别，冷却单元30根据所选的冷却模式和冷却级别，在适当 的位置释放合理量的冷却物质来吸收电机产生的热量，从而实现对电机的瞬时强制 冷却。

当电机过热区域不超过电机总区域的一半时，电机采用局部冷却模式41，只在 过热区域释放冷却物质对电机进行降温，当电机过热区域超过电机了总区域的一半 时，采用整体冷却模式42，在电机所有区域均释放冷却物质，对电机进行整体降温。

无论是局部冷却模式41，还是整体冷却模式42，以实际工况为依据，将电机温 升曲线的平均斜率分为慢、中、快三个等级，对应电机的三个冷却级别。当电机温 升曲线斜率为“慢”时，采用局部一级冷却51或整体一级冷却54；当电机温升曲线 斜率为“中”时，采用局部二级冷却52或整体二级冷却55；当电机温升曲线斜率为 “快”时，采用局部三级冷却53或整体三级冷却56。

其中局部一级冷却51为释放对应控制区域中下层瞬时冷却单元31中的冷却物 质对电机进行降温；局部二级冷却52为释放对应控制区域中定子下层瞬时冷却单元 31和定子上层瞬时冷却单元32中的冷却物质对电机进行降温；局部三级冷却53为 释放对应控制区域中定子下层瞬时冷却单元31和定子上层瞬时冷却单元32以及所 有转子冷却单元33中的冷却物质对电机进行降温。整体一级冷却54为释放所有控 制区域中下层瞬时冷却单元31中的冷却物质对电机进行降温；整体二级冷却55为 释放所有控制区域中定子下层瞬时冷却单元31和定子上层瞬时冷却单元32中的冷 却物质对电机进行降温；整体三级冷却56为释放所有控制区域中定子下层瞬时冷却 单元31和定子上层瞬时冷却单元32以及所有转子冷却单元33中的冷却物质对电机 进行降温。