CN103532307A - 一种永磁同步牵引电机及其油冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，该油冷却装置包括开设在壳体和端盖上的冷却通道，冷却通道通过进油口与外部供油管道连通，并通过第一出油口与外部回油管道连通，壳体和/或端盖上开设有喷油口，喷油口连通冷却通道和永磁同步牵引电机的内腔，壳体上还开设有第二出油口，所述内腔通过该第二出油口与外部回油管道连通，导出内腔中的冷却油。这样，上述油冷却装置不仅能够实现壳体和端盖的直接冷却，同时，能够通过从喷油口进入内腔的冷却油，实现对壳体内部结构的直接、有效冷却，从而提高了油冷却装置的冷却效率，改善了油冷却装置的工作性能。本发明还公开了一种包括上述油冷却装置的永磁同步牵引电机。

Description

一种永磁同步牵引电机及其油冷却装置

技术领域

本发明涉及电机冷却装置技术领域，特别是涉及一种用于永磁同步牵引电机的油冷却装置。本发明还涉及一种包括上述油冷却装置的永磁同步牵引电机。

背景技术

近年来，永磁同步牵引电机因功率密度大、综合运用效率高，广泛应用于电动汽车领域。为了防止异物进入电机内部，永磁同步牵引电机一般设计为全封闭结构，而电机在运转过程中必然会产生热量，电机内部元件长期处于高温环境中会降低使用寿命，因此，油冷却装置就成为永磁同步牵引电机的重要组成部分，油冷却装置的优劣决定了永磁同步牵引电机的体积大小、工作性能和使用寿命。

永磁同步牵引电机的外部封闭结构包括壳体、传动端端盖和非传动端端盖，在传统的油冷却装置中，在壳体、传动端端盖和非传动端端盖上分别开设相连通的油冷通道，并在外部封闭结构上开设进油口和出油口。在油冷却装置工作时，外界冷却油通过进油口进入冷却通道，流经壳体、传动端端盖和非传动端端盖，通过油冷却吸热的方式对电机的外壁封闭结构进行冷却，而后，经过热交换的冷却油通过出油口流出。

但是，在传统的油冷却装置中，油冷却的冷却通道仅开设在外部密封结构上，仅能够直接冷却壳体和端盖，对于壳体内部的定子、转子等真正需要冷却的元件来讲，只能够依靠定子铁心和电机内部的空气传递热量，而无法直接通过油冷却装置进行有效冷却，局限了油冷却装置的冷却范围，降低了电机整体的冷却性能。

因此，如何提高油冷却装置的性能，使其能够实现电机内部元件的直接、有效冷却，缩小电机体积，就成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于永磁同步牵引电机及其油冷却装置，其能够对电机内部元件实现直接、有效地冷却，具有较好的冷却性能。本发明的另一目的是提供一种包括上述油冷却装置的永磁同步牵引电机。

本发明所提供的一种用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，包括开设在所述永磁同步牵引电机的壳体和端盖上的冷却通道，所述冷却通道通过进油口与外部供油管道连通，并通过第一出油口与外部回油管道连通；所述壳体和/或端盖上开设有喷油口，所述喷油口连通所述冷却通道和所述永磁同步牵引电机的内腔，所述壳体的底部开设有第二出油口，所述内腔通过所述第二出油口与所述外部回油管道连通。

优选地，所述冷却通道包括开设在所述壳体上的第一冷却通道和开设在所述端盖上的第二冷却通道；所述喷油口包括开设于所述壳体的第一喷油口和开设于所述端盖的第二喷油口，所述第一喷油口连通所述第一冷却通道和所述内腔，所述第二喷油口连通所述第二冷却通道和所述内腔。

优选地，所述第一喷油口朝向所述永磁同步牵引电机的定子绕组的端部开设。

优选地，所述第一喷油口有多个，各所述第一喷油口在壳体两端的上半部均布。

优选地，所述第二喷油口具有两组，一组所述第二喷油口朝向所述定子绕组的端部开设，另一组所述第二喷油口朝向所述永磁同步牵引电机的转子铁心的冷却油收集装置开设。

优选地，所述转子铁心上开设有轴向通孔，所述轴向通孔的一端开设所述冷却油收集装置，另一端开设有扩散孔，所述冷却油收集装置中的冷却油沿所述轴向通孔流向所述扩散孔。

优选地，所述冷却油收集装置和扩散孔在所述转子铁心的端板上的同一圆周上开设，交错分布。

优选地，所述永磁同步牵引电机的端盖内壁上开设有导油孔，所述端盖内壁上积聚的冷却油经由所述导油孔进入轴承的轴承室。

优选地，所述壳体的底部设置有集油槽和顶部设置有平衡槽，所述集油槽与所述第二出油口连通，所述平衡槽连通所述壳体内部两端的内腔。

本发明还提供一种永磁同步牵引电机，包括壳体、端盖、设置于所述壳体内的定子、转子，以及油冷却装置，所述油冷却装置为如上所述的油冷却装置。

本发明所提供的冷却装置用于永磁同步牵引电机，该冷却装置包括开设在壳体和端盖上的冷却通道，冷却通道通过进油口与外部供油管道连通，并通过第一出油口与外部回油管道连通，壳体和/或端盖上开设有喷油口，喷油口连通冷却通道和永磁同步牵引电机的内腔，壳体上还开设有第二出油口，所述内腔通过该第二出油口与外部回油管道连通。

在冷却过程中，外部供油管道中的冷却油通过进油口进入冷却通道，并在冷却通道内与壳体和端盖进行热交换，实现壳体和端盖的冷却，而后携带热量的冷却油通过第一出油口流出冷却通道；同时，由于冷却通道与永磁同步牵引电机的内腔连通，一部分冷却油通过喷油口喷入电机的内腔，冷却油与内腔内的元件热交换，实现电机内部元件的直接冷却，而后携带热量的冷却油在自重的作用下汇集在内腔的底部，并通过外壳底部设置的第二出油口流出冷却通道。

这样，上述冷却装置不仅能够实现壳体和端盖的直接冷却，同时，能够通过从喷油口进入内腔的冷却油，实现对壳体内部结构的直接、有效冷却，从而提高了冷却装置的冷却效率，改善了冷却装置的工作性能。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的冷却装置，其第一喷油口朝向电机的定子绕组的端部开设；这样，由第一喷油口喷射出的低温冷却油直接覆盖两端的定子绕组的端部，并与高温的定子绕组进行热交换，以便更好地实现定子绕组的冷却，提高了定子绕组的冷却效果。

附图说明

图1为本发明所提供的冷却装置一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于永磁同步牵引电机及其油冷却装置，其能够对电机内部元件实现直接、有效地冷却，具有较好的冷却性能。本发明的另一核心是提供一种包括上述油冷却装置的高功率密度永磁同步牵引电机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供的油冷却装置一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的油冷却装置用于永磁同步牵引电机，该永磁同步牵引电机是一种由壳体1、端盖2（包括传动端端盖和非传动端端盖）形成的全封闭结构永磁同步电机，具有封闭结构能够防止异物进入电机内部，使电机适用于恶劣的环境条件。该油冷却装置包括开设在壳体1和端盖2上的冷却通道，冷却通道通过开设在壳体1上的进油口3与外部供油管道连通，并通过开设在壳体1上的第一出油口4与外部回油管道连通，进油口3与第一出油口4位于壳体1上，进油口3处可以设置有油泵，增加进入冷却通道中的冷却油的压力；壳体1和/或端盖2上开设有喷油口，喷油口连通冷却通道和永磁同步牵引电机的内腔5，壳体1上还开设有第二出油口6，所述内腔5通过该第二出油口6与外部回油管道连通，第二出油口6设于壳体1的底部。

上述喷油口的直径应较小，具有较高压力的冷却油通过喷油口时会产生喷射，以实现冷却油与电机内部元件的大面积接触；为保证冷却效果，喷油口可以设置多个，这些喷油口可以均布于壳体1和端盖2上，也可以非均匀设置于壳体1和/或端盖2上。喷油口的口径和数量应根据实际使用情况确定，在此不再赘述。

在两端盖2的内侧可以布置有内筋21，以便增加端盖2的吸热能力，更多地吸收内腔5中的热量，同时加强端盖2强度；在非传动端端盖的外侧还可以布置有外筋22，以便在增强端盖2强度的同时，增加端盖2对外的散热能力，提高散热效率。

在冷却过程中，外部供油管道中的冷却油通过进油口3进入冷却通道，并在冷却通道内与壳体1和端盖2进行热交换，实现壳体1和端盖2的冷却，而后携带热量的冷却油通过第一出油口4流出冷却通道；同时，由于冷却通道与永磁同步牵引电机的内腔5连通，一部分低温冷却油通过喷油口喷入电机的内腔5，冷却油与内腔5内的元件热交换，实现电机内部元件的直接冷却，而后携带热量的冷却油在自重的作用下汇集在内腔5的底部，并通过外壳底部设置的第二出油口6流出冷却通道。

这样，上述油冷却装置不仅能够实现壳体1和端盖2的直接冷却，同时，能够通过从喷油口进入内腔5的冷却油，实现对壳体1内部结构的直接、有效冷却，从而提高了油冷却装置的冷却效率，改善了油冷却装置的工作性能。

优选地，上述喷油口既设置在壳体1上也设置在两端盖2上。具体地，冷却通道包括开设在壳体1上的第一冷却通道71和开设在端盖2上的第二冷却通道72；喷油口包括开设于壳体1的第一喷油口81和开设于端盖2的第二喷油口82，第一喷油口81连通第一冷却通道71和内腔5，第二喷油口82连通第二冷却通道72和内腔5；在壳体1和两端盖2上均设置冷却通道，从而提高了壳体1和端盖2的冷却效率；同时，设置分别连通两冷却通道的多个喷油口，根据喷油口的位置调整，对壳体1内的不同元件同时实现直接冷却，进一步提高了冷却效率。

通常地，上述第一冷却通道71和第二冷却通道72是相互连通的，通过设置在壳体1上的进油口3实现进油，依次流经两冷却通道后，冷却油经出油口4排出冷却通道；从理论上来讲，第一冷却通道71和第二冷却通道72也不局限于相互连通的形式，两者也可以分别独立地开设在壳体1和端盖2上，分别设置各自独立的进油口3和出油口4，形成各自独立的冷却循环路径。

第一冷却通道71可以沿壳体1的轴向开设，其轴线可以为直线，也可以为折线或者曲线，第一冷却通道71的具体结构形式应根据实际使用情况确定，在此不再赘述；相应地，第二冷却通道72分别沿径向开设在两端的端盖2上，其轴线也可以为直线、折线或者曲线等。

上述第一喷油口81朝向定子绕组9的端部开设；这样，由第一喷油口81喷射出的低温冷却油直接覆盖两端的定子绕组9的端部，并与高温的定子绕组9进行热交换，以便更好地实现定子绕组9的冷却，提高了定子绕组9的冷却效果。

本发明所提供的第一喷油口81具有多个，各第一喷油口81在壳体1两端的上半部均布，以保证定子绕组9的有效冷却，并提高冷却均匀性。具体地，在壳体1的上半部的两端可以分别布置有十六个第一喷油口81。显然地，该第一喷油口81的数量也不局限于十六个，只要能够实现定子绕组9端部冷却油的全面覆盖，且不影响电机其他部分的正常工作，该第一喷油口81的数量可以根据实际的冷却要求自由设置。

上述第二喷油口82具有两组，其中，一组第二喷油口82朝向定子绕组9的端部开设，用于与第一喷油口81配合进一步冷却定子绕组9，另一组第二喷油口82朝向转子铁心10的冷却油收集装置14开设，通过冷却油收集装置14收集的冷却油流入转子铁心10的轴向通孔102，以便冷却转子铁心10。

每组第二喷油口82均可以包括多个喷油口，具体地，对应定子绕组9端部的第二喷油口82可以设置有十八个，这些第二喷油口82相对于定子绕组9端部均匀布置；对应冷却油收集装置14的第二喷油口82可以有十八个，这些第二喷油口82相对于冷却油收集装置14均匀布置。

针对于转子铁心10的冷却结构具体为，转子铁心10上开设有轴向通孔102，轴向通孔102的一端开设冷却油收集装置14，另一端开设有冷却油扩散孔103，第二喷油口82喷出的冷却油进入冷却油收集装置14，并沿轴向通孔102流向扩散孔103，在扩散孔103处随着转子的转动飞散，冷却油在经过轴向通孔102时与转子铁心10进行热交换，实现转子铁心10的散热。

在转子铁心10的两侧分别设置端板101，冷却油收集装置14和扩散孔103在转子铁心10的端板101的同一圆周上均匀开设，交错分布，保证冷却油从转子铁心10一端的冷却油收集装置14进入，通过轴向通孔102，并从转子铁心10另一端的扩散孔103流出。

需要指出的是，本发明所提供的喷油口的流量采用高流速和总量控制原则，所有喷油口共分流进油口3的总流量的20%左右，喷射速度按第二组第二喷油口82喷出的冷却油60%能够到达转子铁心10的端板101的喷射速度设置，其余喷油口喷射速度按所述第二组第二喷油口喷射速度的80%设置。从理论上来讲，也不局限于上述具体比例值，只要能够实现油冷却装置的正常冷却，各流量比例可根据实际使用情况自由选择。

上述油冷却装置还包括导油孔12，该导油孔12开设在端盖2内壁上，端盖2内壁上积聚的冷却油经由所述导油孔12进入轴承11的轴承室，以实现轴承11的润滑和冷却。

壳体1的底部设置有集油槽13、顶部设置有平衡槽15，集油槽13与第二出油口6连通，内腔中的冷却油在集油槽13内汇集，并通过第二出油口6导出腔体；平衡槽15连通所述壳体1内部两端的内腔5，以便平衡内腔5两端压力，保证内腔5中的油压平衡。

下面以上述具体实施方式为例，简述本发明所提供的油冷却装置的工作过程。

使用上述油冷却装置的永磁同步牵引电机的冷却分为壳体冷却和内部体冷，具体地：

壳体冷却过程为：进油口3导入的低温冷却油进入壳体1的第一冷却通道71和两端端盖2中的第二冷却通道72；电机运行时产生的损耗发热，大部分通过铁心直接传递给壳体1，其余的通过空气传递热量给两端盖2；冷却油在第一冷却通道71和第二冷却通道72中流动，从而吸收四周壁面传递过来的热量，对壳体1和两端端盖2进行直接冷却，吸热后的冷却油由第一出油口4流出。

内部冷却过程为：由第一喷油口81和第一组第二喷油口82喷射出的低温冷却油直接覆盖定子绕组9两端的端部，进行热交换；由第二组第二喷油口82喷射出的低温冷却油直接喷射到转子铁心10的端板101上，小部分冷却油被收集装置14收集，沿转子铁心10上开设的轴向通孔102流动，在另一侧端板101上开设的扩散孔103中流出，大部分冷却油与端板101接触，和扩散孔103中流出的冷却油一同随着转子的旋转而飞溅，冷却油在转子中流动和接触过程中，与转子零部件直接进行热交换，冷却转子；飞溅后积聚在两端的端盖2内侧的冷却油，和端盖2内壁面及内筋进行热交换，部分冷却油由导油孔12进入轴承室，冷却并润滑轴承11；喷射出的冷却油最终在内腔5底部的集油槽13中聚集，经第二出油口6导出电机。

需要指出的是，文中所述“第一、第二”等序数词是为了区分相同名称的不同结构，仅是为了描述方便，不表示某种顺序，更不应理解为任何限定。

除了上述油冷却装置，本发明还提供一种包括上述油冷却装置的永磁同步牵引电机，该永磁同步牵引电机的其他各部分结构请参考现有技术，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种永磁同步牵引电机及其油冷却装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，包括开设在所述永磁同步牵引电机的壳体（1）和端盖（2）上的冷却通道，所述冷却通道通过进油口（3）与外部供油管道连通，并通过第一出油口（4）与外部回油管道连通；其特征在于，所述壳体（1）和/或端盖（2）上开设有喷油口，所述喷油口连通所述冷却通道和所述永磁同步牵引电机的内腔（5），所述壳体（1）的底部开设有第二出油口（6），所述内腔（5）通过所述第二出油口（6）与所述外部回油管道连通。

2.根据权利要求1所述的用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，其特征在于，所述冷却通道包括开设在所述壳体（1）上的第一冷却通道（71）和开设在所述端盖（2）上的第二冷却通道（72）；所述喷油口包括开设于所述壳体（1）的第一喷油口（81）和开设于所述端盖（2）的第二喷油口（82），所述第一喷油口（81）连通所述第一冷却通道（71）和所述内腔（5），所述第二喷油口（82）连通所述第二冷却通道（72）和所述内腔（5）。

3.根据权利要求2所述的用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，其特征在于，所述第一喷油口（81）朝向所述永磁同步牵引电机的定子绕组（9）的端部开设。

4.根据权利要求3所述的用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，其特征在于，所述第一喷油口（81）有多个，各所述第一喷油口（81）在壳体（1）两端的上半部均布。

5.根据权利要求2所述的用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，其特征在于，所述第二喷油口（82）具有两组，一组所述第二喷油口（82）朝向所述定子绕组（9）的端部开设，另一组所述第二喷油口（82）朝向所述永磁同步牵引电机的转子铁心（10）的冷却油收集装置（14）开设。

6.根据权利要求5所述的用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，其特征在于，所述转子铁心（10）上开设有轴向通孔（102），所述轴向通孔（102）的一端开设所述冷却油收集装置（14），另一端开设有扩散孔（103），所述冷却油收集装置（14）中的冷却油沿所述轴向通孔（102）流向所述扩散孔（103）。

7.根据权利要求6所述的用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，其特征在于，所述冷却油收集装置（14）和扩散孔（103）在所述转子铁心（10）的端板（101）上的同一圆周上开设，交错分布。

8.根据权利要求5所述的用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，其特征在于，所述永磁同步牵引电机的端盖（2）内壁上开设有导油孔（12），所述端盖（2）内壁上积聚的冷却油经由所述导油孔（12）进入轴承（11）的轴承室。

9.根据权利要求1至8任一项所述的用于永磁同步牵引电机的油冷却装置，其特征在于，所述壳体（1）的底部设置有集油槽（13）且其顶部设置有平衡槽（15），所述集油槽（13）与所述第二出油口（6）连通，所述平衡槽（15）连通所述壳体（1）内部两端的内腔（5）。

10.一种永磁同步牵引电机，包括壳体（1）、端盖（2）、设置于所述壳体（1）内的定子、转子，以及油冷却装置，其特征在于，所述油冷却装置为如权利要求1至9任一项所述的油冷却装置。

Images