CN111371224A - 油冷电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油冷电机，包括机壳、设置于所述机壳内部的定子铁芯、定子绕组以及转子铁芯、压板；所述定子绕组上开设有供冷却油流通的孔隙，该孔隙在定子绕组的内周面上形成孔口；所述转子铁芯的轴向上的两端处各相对固定的设有挡油面，该挡油面面朝定子绕组且围绕转子铁芯的周向设置；所述孔隙在定子绕组内周面上的孔口与所述挡油面相对，且从所述电机的轴向截面上观察，所述挡油面是从转子铁芯倾斜朝定子绕组侧延伸；通过对电机转子铁芯轴线上的两端进行合理设计，以很小的代价实现冷却油同时对绕组内外侧进行降温，从而更好的控制电机发热。

Description

油冷电机

技术领域

本发明涉及电机领域，特别的，是一种汽车的油冷电机。

背景技术

目前随着新能源汽车电机的发展，对电机的功率密度提出越来越高的要求，也就是说对电机的转速和电流的提出了更高的要求；为了提高新能源汽车电机的功率密度，我们就需要新能源汽车电机的转速越高越好，质量越轻越好，电流越大越好；然而转速越高铁耗越大，电流越大铜耗越高，电机的温升会越高；随着功率密度越来越高，电机存在温升过高导致磁钢退磁的风险；因此，随着新能源汽车电机的功率密度向着越来越高的目标发展，对于电机的热管理设计提出了更高的要求。

水冷技术是目前主流的散热方式，但其无法直接冷却热源，绕组处的热量需经过槽内绝缘层、电机定子才能传递至外壳被水带走，传递路径长，散热效率低，且各部件之间的配合公差更是影响了传递路径的热阻大小；因此，散热效率更高的油冷技术成为研究热点；油冷相比水冷的优势在于，绝缘性能良好，油的沸点和凝点比水要高，使冷却液在低温下不易结冰，高温下不易沸腾；油冷分为直接油冷、间接油冷方式两种，而直接油冷又包括浸油式和喷油式两类，其中喷油式的冷却方式是将油通过油泵等装置喷到定子端部或其他发热处进行冷却，虽然其设计理念均是通过喷淋+甩油冷却，但实际的结构设计多样，电机内部细微的结构变化将在散热效果上产生明显的差异，同时对电机的转速、工作效率带来较大影响。

目前电机生产商常用的办法要么是设计复杂的转子油路，再配合转子离心力喷淋绕组内部，要么是布置油管对绕组外侧进行冷却；这些做法均需要对电机内部进行复杂的结构设计，同时需要较高的设计精度，这些做法虽然在一定程度上保证了电机的散热效果，但是在电机效率及结构设计上付出较大代价。

以通用公司的美国专利（专利号:US8169110、专利名称：用于汽车动力总成的油冷却电机发电机）为例，该技术方案通过对油冷电机的内部进行复杂的设计（诸如c通道、平衡端板弧形槽）来形成多组油路，使得冷却油流入绕组端部并接触绕组内表面；但c通道会使得冷却油大量积存，增加电机运转负担，影响电机效率；设置在转子铁芯上的平衡端板虽然能够把油送入下侧，但也存在冷却油、阻碍油液流动的问题；综合来看，这种设计方案结构复杂，对电机的运转效率产生较大负担。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种油冷电机，通过对电机转子铁芯轴线上的两端进行合理设计，以很小的代价实现冷却油同时对绕组内外侧进行降温，从而更好的控制电机发热。

一种油冷电机，包括机壳、设置于所述机壳内部的定子铁芯、定子绕组以及转子铁芯、压板；所述定子绕组上开设有供冷却油流通的孔隙，该孔隙在定子绕组的内周面上形成孔口；其特征在于：所述转子铁芯的轴向上的两端处各相对固定设有挡油面，该挡油面面朝定子绕组且围绕转子铁芯的周向设置；所述孔隙在定子绕组内周面上的孔口与所述挡油面相对，且从所述电机的轴向截面上观察，所述挡油面是从转子铁芯倾斜朝定子绕组侧延伸；以此，工作状态下所述孔隙在定子绕组内周面上的孔口流入的冷却油，能够经挡油面反射后冲刷定子绕组的内周面。

作为优选，所述挡油面的延伸面与定子绕组内周面的延伸面相交，以此实现挡油面的延伸面包络整个定子绕组的端部；以保证冷却油沿挡油板向外飞出时能够接触绕组内侧表面的全部，从而提高降温效果。

作为优选，所述压板固定设置在所述转子铁芯的轴向上的两端，所述压板的外缘上翻折形成有一圈挡油板，该挡油板的外周板面作为所述挡油面；该优选方案中挡油板与转子铁芯相对固定，随转子铁芯同步旋转；挡油面设置在压板上，实现挡油面与转子铁芯间接的相对固定。

本发明的有关内容解释如下：

“转子铁芯的轴向上的两端处各相对固定的设有挡油面”：其中相对固定既可以包括挡油面直接设置在转子铁芯轴向上的两端，挡油面与转子铁芯是直接的相对固定；也可以是转子铁芯轴向上的两端与挡油面之间存在其他部件，该部件与转子铁芯、挡油面同步运转，此时挡油面与转子铁芯是间接的相对固定。

作为优选，所述挡油面在电机轴向截面上的投影为一直线段；该形状的挡油面设计简单，方便加工生产，有效降低加工、组装难度，同时能够保证甩油效果。

作为进一步优选，所述挡油面的延伸面与定子绕组内周面的延伸面相交的面夹角为a，角度a的夹角范围在0-30°之间。

作为优选，所述挡油面在电机轴向截面上的投影呈凹陷的曲线，该曲线的凹陷方向朝向转子铁芯的轴线；

作为进一步优选，所述曲线为圆弧、椭圆弧、抛物线弧的一种；

作为优选，所述转子铁芯的轴向上的两端处还设有拢流凸部，该拢流凸部位于挡油面的外围，在电机的轴向截面上观察，所述拢流凸部的长度短于挡油面的长度；当冷却油因离心力向外甩动时，所述拢流凸部能够对冷却油阻挡、扰流，使得冷却油从离心力的方向偏转，最终集中甩向绕组内表面，从而提高对绕组的降温效果。

作为进一步优选， 所述扰流凸部朝挡油面的表面与挡油面相平行。

本发明的有益效果是：本发明通过对转子铁芯的轴向上的两端进行巧妙的设计，形成独特的挡油结构，从喷油环出来的冷却油，在重力的作用下沿着绕组外表面流向绕组的所述孔隙处，然后顺流而下至所述挡油板处暂存；随转子铁芯同步旋转的压板在高速旋转时产生较大的离心力，该离心力将暂存在挡油面处的冷却油再次甩向绕组的内周面，从而更好的冷却电机；该发明对冷却电机的内部改造很小，有效降低加工、改造成本，同时不会过多的影响油冷电机的工作效率，以很小的代价实现了绕组内外侧同时冷却降温。

附图说明

图1为本发明一个实施例的立体结构示意图。

图2为本发明一个实施例中沿电机轴向的截面结构示意图。

图3为本发明一个实施例中压板的立体结构示意图。

图4为本发明一个实施例中压板沿电机轴向的截面结构示意图。

图5为本发明一个实施例中定子绕组、定子铁芯的立体结构示意图。

图6为本发明一个实施例中一种挡油面在电机轴向截面的结构示意图。

图7为本发明一个实施例中另一种挡油面在电机轴向截面的结构示意图。

图8为本发明一个实施例中冷却油的流动路径示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及有益效果更清楚明白，以下通过实施例及说明书附图对本发明进行进一步解释、说明；涉及的具体实施例仅用于解释，并不用于限定本发明的保护范围。

针对现有油冷电机油路设计复杂、加工制造装配难度大的技术问题，本发明提供一种油冷电机，如图1-5所示，在本发明的一个实施例中，该油冷电机包括机壳1、设置于所述机壳1内部的定子铁芯2、定子绕组6、转子铁芯3、压板7及喷油环4，所述定子铁芯2套设在转子铁芯3的外部，在所述转子铁芯3的中心轴上设有驱动转轴5；

所述定子绕组6从定子铁芯2的两端露出；在所述定子绕组6上开设有线槽，在所述定子绕组6上还绕置有定子线圈；所述转子铁芯包括同轴叠放的磁钢片；所述喷油环4与置于所述机壳1外部的油泵连通，从喷油环喷出的冷却油流向定子绕组6从定子铁芯2露出的端部的外周面；在所述定子绕组6上开设有便于冷却油流通的孔隙61，所述孔隙61在定子绕组6的周向上等距均布；在本实施例中，所述孔隙是沿转子铁芯径向延伸的通道，孔隙在定子绕组的内周面上形成孔口，在定子绕组外周面上的孔口与所述喷油环相匹配；

在所述转子铁芯3的轴向上的两端处各相对固定的设有挡油面81，该挡油面81面朝定子绕组6且围绕转子铁芯3的周向设置；所述孔隙61在定子绕组6内周面上的孔口与所述挡油面81相对，且从所述电机的轴向截面上观察，所述挡油面81是从转子铁芯3倾斜朝定子绕组侧延伸；以此，工作状态下所述孔隙61在定子绕组6内周面上的孔口流入的冷却油，能够经挡油面81反射后冲刷定子绕组6的内周面；冷却油的流动路径可以如图8中粗虚线所示。

本发明的有关内容解释如下：

关于“转子铁芯3的轴向上的两端处各相对固定的设有挡油面81”的解释：其中“相对固定”既可以包括挡油面81直接设置在转子铁芯3轴向上的两端，此时挡油面81与转子铁芯3是直接的“相对固定”；也可以是转子铁芯3轴向上的两端与挡油面81之间存在其他部件，比如压板结构；该部件与转子铁芯3、挡油面81同步运转，此时挡油面81与转子铁芯3是间接的“相对固定”；无论直接的相对固定还是相对固定，均应在本案所述“转子铁芯3的轴向上的两端处各相对固定的设有挡油面81”的保护范围内。

以间接的“相对固定”为例，在本发明的一个实施例中，所述压板7固定设置在所述转子铁芯3的轴向上的两端；所述压板7套设在所述驱动转5上且随转子铁芯3同步旋转；所述压板7成环板形，压板7的内边缘朝向驱动转轴5，所述压板7的外边缘朝向所述定子绕组6；所述压板7的外边缘向一侧翻折形成一圈挡油板8，从电机的轴向截面上观察，所述挡油板8与压板7的板面形成折角，该折角区域能够方便冷却油暂存；所述孔隙61的轴向延长线穿过所述挡油板8；所述挡油板8上的外周板面朝向所述孔隙61的面称为挡油面81，所述挡油面81朝所述定子绕组6的内侧表面倾斜；在本实施例中，所述挡油面81的延伸面与定子绕组6内周面向外延伸的延伸面相交，实现挡油面81的延伸面包络定子绕组6的外端，如图6或7中虚线所示。

在本实施例中，所述压板7翻折形成独特的挡油结构，从喷油环4出来的冷却油，在重力的作用下沿着定子绕组6外表面流向定子绕组6的所述孔隙61处，然后顺流而下至所述挡油面81处暂存；随转子铁芯3同步旋转的挡油面81在高速旋转时产生较大的离心力，该离心力将暂存在挡油板8处的冷却油甩出，在本实施例中，冷却油沿挡油面81向外飞出时能够覆盖定子绕组6内侧表面的全部，使得定子绕组6的内外表面同时冷却，从而更好的冷却电机；该实施例中只需设计独特的挡油面81，在本实施例中则是调整压板7外边缘的形状，对冷却电机的内部改造很小，能够有效降低加工、改造成本，同时不会过多的影响油冷电机的工作效率，以很小的代价实现了定子绕组6内外侧同时冷却降温。

如图6所示，在本发明的一个实施例中，所述挡油面81在电机轴向截面上的投影为一直线段，挡油面为平直面环绕成圈；挡油面81的延伸面与定子绕组6内侧表面延伸面相交的面夹角为a，角度a的夹角范围在0-30°之间；投影呈直线型的挡油板8在加工时简单方便，且便于冷却油的二次甩出；同时夹角a的角度范围较小，进一步降低挡油板8加工时的弯折程度，降低加工难度。

在油冷电机工作时，为保证冷却效果，油泵需要提供充足的油量供给，此时从喷油环喷出的油量较大，于是在挡油板处暂存的冷却油变多；当冷却油过多时，会影响转子铁芯的转速，从而降低油冷电机的工作效率；为此，在本发明的一个实施例中，所述转子铁芯3的轴向上的两端处还设有拢流凸部9，该拢流凸部9位于挡油面81的外围，即拢流凸部9与所述挡油面81相对，且所述拢流凸部9与挡油面81平行；在电机的轴向截面上观察，所述拢流凸部9的长度短于挡油面81的长度；当冷却油因离心力向外甩动时，所述拢流凸部9能够对冷却油阻挡、扰流，使得冷却油从离心力的方向偏转；特别是在油量较大时，拢流凸部9既能够防止冷却油过度积存在挡油板8处，又能够使冷却油更集中得甩向定子绕组6内表面，从而提高对定子绕组6的降温效果。

此外，所述挡油面81在电机轴向截面上的投影为凹陷的曲线，即向内凹陷的挡油面81环绕成圈；该曲线的凹陷方向朝向转子铁芯3的轴线，如图7所示；所述曲线为圆弧、椭圆弧、抛物线弧的一种；冷却油通过成弧形的挡油面81飞出，能够使冷却油更集中的喷淋到定子绕组6的内侧表面；同时，弧形的挡油面81能够降低冷却油流下时速度的衰减程度，从而使得冷却油更流畅的再次甩出，有效提高冷却油的流动速度，从而提高冷却效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。

Claims (10)

1.一种油冷电机，包括机壳、设置于所述机壳内部的定子铁芯、定子绕组以及转子铁芯、压板；所述定子绕组上开设有供冷却油流通的孔隙，该孔隙在定子绕组的内周面上形成孔口；其特征在于：所述转子铁芯的轴向上的两端处各相对固定设有挡油面，该挡油面面朝定子绕组且围绕转子铁芯的周向设置；所述孔隙在定子绕组内周面上的孔口与所述挡油面相对，且从所述电机的轴向截面上观察，所述挡油面是从转子铁芯倾斜朝定子绕组侧延伸；以此，工作状态下所述孔隙在定子绕组内周面上的孔口流入的冷却油，能够经挡油面反射后冲刷定子绕组的内周面。

2.根据权利要求1所述的油冷电机，其特征在于：所述挡油面的延伸面与定子绕组内周面的延伸面相交，以此实现挡油面的延伸面包络整个定子绕组的端部。

3.根据权利要求1所述的油冷电机，其特征在于：所述压板固定设置在所述转子铁芯的轴向上的两端，所述压板的外缘上翻折形成有一圈挡油板，该挡油板的外周板面作为所述挡油面。

4.根据权利要求1所述的油冷电机，其特征在于：所述孔隙是沿转子铁芯径向延伸的通道，该孔隙在定子绕组外周面上的孔口与一个喷油环相匹配。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的油冷电机，其特征在于：所述挡油面在电机轴向截面上的投影为一直线段。

6.根据权利要求5所述的油冷电机，其特征在于：所述转子铁芯的轴向上的两端处还设有拢流凸部，该拢流凸部位于挡油面的外围，在电机的轴向截面上观察，所述拢流凸部的长度短于挡油面的长度。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的油冷电机，其特征在于：所述挡油面在电机轴向截面上的投影为凹陷的曲线。

8.根据权利要求7所述的油冷电机，其特征在于：所述转子铁芯的轴向上的两端处还设有拢流凸部，该拢流凸部位于挡油面的外围，在电机的轴向截面上观察，所述拢流凸部的长度短于挡油面的长度。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的油冷电机，其特征在于：所述转子铁芯的轴向上的两端处还设有拢流凸部，该拢流凸部位于挡油面的外围，在电机的轴向截面上观察，所述拢流凸部的长度短于挡油面的长度。

10.根据权利要求9所述的油冷电机，其特征在于：所述扰流凸部朝挡油面的表面与挡油面相平行。

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