CN106787450A - 轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构，包括：电机外壳；安装在电机外壳内侧的定子线圈；以及安装在电机外壳内侧且可绕定子线圈旋转的转子；电机外壳与定子线圈之间安装有水冷套，定子线圈和转子之间设置有导油腔，导油腔的上端和下端通过导油管分别连接到第一换向阀和第二换向阀的油路出口，第一换向阀和第二换向阀的油路进口通过导油管连接到储油盒；第一换向阀和第二换向阀之间通过油泵连接。本发明还提供了一种轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却方法，可以根据电机运行工况智能动态调节，可以满足电机工作全工况的散热需求，而且避免了散热过程中导热油对转子运行产生较大的阻碍。

Description

轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构及冷却方法

技术领域

本发明属于电机冷却技术领域，具体涉及一种轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构及冷却方法。

背景技术

随着新能源电动汽车和混动技术的发展，紧凑高效的轮毂电机驱动方式渐渐受到青睐，对汽车极致动力性能的追求导致轮毂电机功率越来越高，因此电机产生的废热相应的提高(总功率的3％-5％)，如果这些废热不能及时有效散入环境，会造成电机内部热量聚集而产生高温，轮毂电机内部的温度过高会造成线圈绝缘性遭到破坏、永磁体不可逆退磁等后果，这将大大降低轮毂电机的寿命，影响汽车的安全性，所以轮毂电机内部温度必须控制在所允许的范围内。由于轮毂电机直接装配在车轮上，受装配空间限制，其体积并不能随心所欲增加，而且轮毂外壳两侧需要装配制成结构和车轮，单纯依靠外壳表面散热将热量散出的量非常有限，因此轮毂电机的散热需求越来越凸显出来。

现在对于20KW以上的高功率轮毂电机，普遍采用了强制水冷散热方式，以求获得较优优异的散热性能，参照图1所示，一般水冷套布置在轮毂电机圆周外壳与定子01之间，受电机结构限制，定子01与水冷套接触面积有限，定子其它部分悬空，如果在不与定子01接触的外壳上布置水冷套，依靠空气将定子01线圈产热传导到这部分水冷套上进行散热，由于空气导热系数较低，其散热效果有限，投入大收益有限，得不偿失，因此有人提出了在电机导油腔内部加入少量导热油，依靠转子02转动将油抛甩到定子与壳壁水冷套上进行散热，用油代替空气作为内部传热媒介，能有效减小内部热阻，提高水冷套换热效率。但是这种方式，考虑到油对转子转动阻力，加入过多会影响电机效率，只能加入少量导热油，依靠转子的转动将油抛甩到电机定子和外壳上进行散热，这对于方式对于正常运行的电机散热效果较好，而轮毂电机在爬坡转速低速运转或是堵转工况下，发热量是正常运转工况下的3倍左右，这时候转子转速慢或不转动，导热油沉积在电机导油腔底部，其导热油散热作用就非常有限了。

发明内容

为解决现有散热方式的弊端，保证轮毂电机各种运行工况下的散热需求，本发明提出一种轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构及冷却方法，可以根据电机运行工况自动动态调节，可以满足电机工作全工况的散热需求，而且避免了散热过程中导热油对转子运行产生较大的阻碍。

为实现上述技术方案，本发明提供了一种轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构，包括：电机外壳；安装在电机外壳内侧的定子线圈；以及安装在电机外壳内侧且可绕定子线圈旋转的转子；其特征在于：所述电机外壳与定子线圈之间安装有水冷套，所述定子线圈和转子之间设置有导油腔，所述导油腔的上端通过导油管连接到第一换向阀的油路出口，所述第一换向阀的油路进口通过导油管连接到储油盒；所述导油腔的下端通过导油管连接到第二换向阀的油路出口，所述第二换向阀的油路进口通过导油管连接到储油盒，所述第一换向阀和第二换向阀之间通过油泵连接。

在上述技术方案中，导油腔、第一换向阀、储油盒、第二换向阀以及油泵之间形成一个导热油的通路，可以控制针对电机的不同工况进行调节，当电机由静止启动、堵转或缓慢爬坡时，发热量巨大，此时油泵启动，油泵从储油盒中抽油并泵送至电机导油腔内，导热油将导油腔充满后，油泵持续动作，使导油腔内的导热油循环流动，实现对流换热，将定子线圈和转子的发热量传导至水冷套中进行散热，如此一来，可以将定子线圈和转子发出的巨大热量通过对流换热从水冷套中快速散发，从而解决了轮毂电机启动时或者在爬坡转速低速运转或是堵转工况下，发热量是正常运转工况下的3倍左右，而转子转速慢或不转动，导热油沉积在电机导油腔底部，导致导热油散热作用非常有限的缺陷。当电机缓慢加速至稳定运行过程中，油泵将电机导油腔内满载的导热油抽出至储油盒，保证导热油的容量在导油腔三分之一左右后，油泵停止工作，依靠转子带动导油腔内导热油对流，将定子线圈和转子的发热量传导至水冷套进行换热，如此一来就可以减少高速运转过程中，满载导热油对转子的运行产生很大阻力的缺陷。

优选的，所述第一换向阀上设置有a位导通口和b位导通口，所述第二换向阀上设置有c位导通口和d位导通口。通过第一换向阀上的a位导通口、b位导通口以及第二换向阀上的c位导通口、d位导通口之间的配合，可以实现导热油从导油腔内的导入和导出，并可以精确控制导热油的流向和流量。

优选的，所述转子上设置有速度检测器，所述导油腔内安装有液位检测器，所述速度检测器和液位检测器分别与油泵、第一换向阀和第二换向阀连接。通过速度检测器和液位检测器与油泵、第一换向阀、第二换向阀之间的配合可以实现导热油流向和流量的智能控制。

本发明还提供了一种基于上述轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构的冷却方法，具体包括如下步骤：

S1、当电机由静止启动、堵转或缓慢爬坡时，速度检测器检测到转子运行速度低于设定值，油泵启动，第二换向阀的c位导通口和第一换向阀的b位导通口导通，第一换向阀的a位导通口和第二换向阀的d位导通口关闭，油泵从储油盒中抽油，泵入电机导油腔内，当液位检测器检测到导热油充满导油腔后，第二换向阀的c位导通口闭合以及d位导通口导通，这时第一换向阀的b位导通口和第二换向阀的d位导通口导通，第一换向阀的a位导通口和第二换向阀的c位导通口关闭，油泵从电机导油腔内先将导热油抽出至储油盒进行降温，然后再泵入导油腔，使导油腔内的导热油循环流动，实现对流换热，将定子线圈和转子的发热量传导至水冷套中进行散热；

S2、当电机缓慢加速至稳定运行过程中，速度检测器检测到转子运行速度等于或者高于设定值，第一换向阀的b位导通口闭合，第一换向阀的a位导通口导通，这时第一换向阀的a位导通口和第二换向阀的d位导通口导通，第一换向阀的b位导通口和第二换向阀的c位导通口关闭，油泵从电机导油腔内将导热油抽出，泵入储油盒，液位检测器检测使得电机导油腔内的导热油液面逐渐下降至腔体高度的1/3后油泵关闭，依靠转子带动腔内导热油对流，将定子线圈和转子的发热量传导至水冷套进行换热。

本发明提供的一种轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构及冷却方法的有益效果在于：

(1)本轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构通过油泵、储油盒、第一换向阀、第二换向阀等附加装置，可调整不同工况下轮毂电机导油腔内部的充油量，在启动、低转速或堵转的情况下，使电机导油腔内注满导热油，并在油泵的工作用下在导油腔内部进行强制对流，与水冷套进行换热，对电机进行冷却；当转子转速慢慢增速到正常转速工况下，电机导油腔内部导热油被慢慢抽出，仅留下少量油，在转子抛甩作用下进行散热，以减少高速运转下导热油对转子转动的阻力，从而实现根据电机运行工况进行动态调节，满足对电机在全工况散热的需求；

(2)本轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却方法中，油泵可以根据轮毂电机运行工况，动态、智能调节电机导油腔内的导热油量，始终保持腔体内导热油处于运动对流换热状态，实现对电机内部进行换热，对堵转工况温升有很好的抑制作用，同时当电机高速转动时，将电机导油腔内导热油降至散热需要的最低油量，从而减少导热油对电机工作效率的影响。

(3)本轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却方法，克服了定量浸油冷却方案无法对慢速爬坡和堵转工况下进行有效散热的缺点，能够根据电机不同运行工况下的发热特点，全工况下满足电机的散热需求，彻底解决轮毂电机的散热问题，同时避免了严重损害轮毂电机的工作效率。

附图说明

图1为传统轮毂电机的剖视图。

图2为本发明的结构示意图。

图中：1、油泵；2、储油盒；31、第一换向阀；32、第二换向阀；4、转子；5、定子线圈；6、水冷套；7、电机外壳；8、导油腔；9、导油管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例1：一种轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构。

参照图2所示，一种轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构，包括：电机外壳7；安装在电机外壳7内侧的定子线圈5；以及安装在电机外壳7内侧且可绕定子线圈5旋转的转子4；所述电机外壳7与定子线圈5之间安装有水冷套6，所述定子线圈5和转子4之间设置有导油腔8，所述导油腔8的上端通过导油管9连接到第一换向阀31的油路出口，所述第一换向阀31的油路进口通过导油管9连接到储油盒2；所述导油腔8的下端通过导油管9连接到第二换向阀32的油路出口，所述第二换向阀32的油路进口通过导油管9连接到储油盒2，所述第一换向阀31和第二换向阀32之间通过油泵1连接。

本发明的工作原理是：导油腔8、第一换向阀31、储油盒2、第二换向阀32以及油泵1之间形成一个导热油的通路，可以控制针对电机的不同工况进行调节，当电机由静止启动、堵转或缓慢爬坡时，发热量巨大，此时油泵1启动，油泵1从储油盒2中抽油并泵送至电机导油腔8内，导热油将导油腔8充满后，油泵持续动作，使导油腔8内的导热油循环流动，实现对流换热，将定子线圈5和转子4的发热量传导至水冷套6中进行散热，如此一来，可以将定子线圈5和转子4发出的巨大热量通过对流换热从水冷套6中快速散发，从而解决了轮毂电机启动时或者在爬坡转速低速运转或是堵转工况下，发热量是正常运转工况下的3倍左右，而转子4转速慢或不转动，导热油沉积在电机导油腔8底部，导致导热油散热作用非常有限的缺陷。当电机缓慢加速至稳定运行过程中，油泵1将电机导油腔8内满载的导热油抽出至储油盒2，保证导热油的容量在导油腔8体积的三分之一左右后，油泵1停止工作，依靠转子4带动导油腔8内导热油对流，将定子线圈5和转子4的发热量传导至水冷套6进行换热，如此一来既可以保证定子线圈5和转子4的散热效率，又可以减少高速运转过程中，满载导热油对转子4的高速旋转产生很大的阻力的缺陷。

参照图2所示，所述第一换向阀31上设置有a位导通口和b位导通口，所述第二换向阀32上设置有c位导通口和d位导通口。通过第一换向阀31上的a位导通口、b位导通口以及第二换向阀32上的c位导通口、d位导通口之间的配合，可以实现导热油从导油腔8内的导入和导出，并可以精确控制导热油的流向和流量。

参照图2所示，所述转子4上设置有速度检测器，所述导油腔8内安装有液位检测器，所述速度检测器和液位检测器分别与油泵1、第一换向阀31和第二换向阀32连接。通过速度检测器和液位检测器与油1泵、第一换向阀31、第二换向阀32之间的配合可以实现导热油流向和流量的智能控制。

具体而言，本实施例中，当电机由静止启动、堵转或缓慢爬坡时，速度检测器检测到转子4运行速度低于设定值，油泵1启动，第二换向阀32的c位导通口和第一换向阀31的b位导通口导通，第一换向阀31的a位导通口和第二换向阀32的d位导通口关闭，油泵1从储油盒2中抽油，泵入电机导油腔8内，当液位检测器检测到导热油充满导油腔8后，第二换向阀32的c位导通口闭合以及d位导通口导通，这时第一换向阀31的b位导通口和第二换向阀32的d位导通口导通，第一换向阀31的a位导通口和第二换向阀32的c位导通口关闭，油泵1从电机导油腔8内先将导热油抽出至储油盒2进行降温，然后再泵入导油腔8，使导油腔8内的导热油循环流动，实现对流换热，将定子线圈5和转子4的发热量传导至水冷套6中进行散热。当电机缓慢加速至稳定运行过程中，速度检测器检测到转子4运行速度等于或者高于设定值，第一换向阀31的b位导通口闭合，第一换向阀31的a位导通口导通，这时第一换向阀31的a位导通口和第二换向阀32的d位导通口导通，第一换向阀31的b位导通口和第二换向阀32的c位导通口关闭，油泵1从电机导油腔8内将导热油抽出，泵入储油盒2，液位检测器检测使得电机导油腔8内的导热油液面逐渐下降至腔体高度的1/3后油泵1关闭，依靠转子4带动腔内导热油对流，将定子线圈5和转子4的发热量传导至水冷套6进行换热。

实施例2：一种轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却方法。

本发明还提供了一种基于实施例1中轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构的冷却方法，具体包括如下步骤：

S1、当电机由静止启动、堵转或缓慢爬坡时，速度检测器检测到转子4运行速度低于设定值，油泵1启动，第二换向阀32的c位导通口和第一换向阀31的b位导通口导通，第一换向阀31的a位导通口和第二换向阀32的d位导通口关闭，油泵1从储油盒2中抽油，泵入电机导油腔8内，当液位检测器检测到导热油充满导油腔8后，第二换向阀32的c位导通口闭合以及d位导通口导通，这时第一换向阀31的b位导通口和第二换向阀32的d位导通口导通，第一换向阀31的a位导通口和第二换向阀32的c位导通口关闭，油泵1从电机导油腔8内先将导热油抽出至储油盒2进行降温，然后再泵入导油腔8，使导油腔8内的导热油循环流动，实现对流换热，将定子线圈5和转子4的发热量传导至水冷套6中进行散热；

S2、当电机缓慢加速至稳定运行过程中，速度检测器检测到转子4运行速度等于或者高于设定值，第一换向阀31的b位导通口闭合，第一换向阀31的a位导通口导通，这时第一换向阀31的a位导通口和第二换向阀32的d位导通口导通，第一换向阀31的b位导通口和第二换向阀32的c位导通口关闭，油泵1从电机导油腔8内将导热油抽出，泵入储油盒2，液位检测器检测使得电机导油腔8内的导热油液面逐渐下降至腔体高度的1/3后油泵1关闭，依靠转子4带动腔内导热油对流，将定子线圈5和转子4的发热量传导至水冷套6进行换热。

通过上述冷却方法，油泵1可以根据轮毂电机运行工况，动态、智能调节电机导油腔8内的导热油量，始终保持腔体内导热油处于运动对流换热状态，实现对电机内部进行换热，对堵转工况温升有很好的抑制作用，同时当电机高速转动时，将电机导油腔8内导热油降至散热需要的最低油量，从而减少导热油对电机工作效率的影响。同时本冷却方法克服了定量浸油冷却方案无法对慢速爬坡和堵转工况下进行有效散热的缺点，能够根据电机不同运行工况下的发热特点，全工况下满足电机的散热需求，彻底解决轮毂电机的散热问题，同时避免了严重损害轮毂电机的工作效率。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构，包括：电机外壳；安装在电机外壳内侧的定子线圈；以及安装在电机外壳内侧且可绕定子线圈旋转的转子；其特征在于：所述电机外壳与定子线圈之间安装有水冷套，所述定子线圈和转子之间设置有导油腔，所述导油腔的上端通过导油管连接到第一换向阀的油路出口，所述第一换向阀的油路进口通过导油管连接到储油盒；所述导油腔的下端通过导油管连接到第二换向阀的油路出口，所述第二换向阀的油路进口通过导油管连接到储油盒，所述第一换向阀和第二换向阀之间通过油泵连接。

2.如权利要求1所述的轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构，其特征在于：所述第一换向阀上设置有a位导通口和b位导通口，所述第二换向阀上设置有c位导通口和d位导通口。

3.如权利要求1所述的轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构，其特征在于：所述转子上设置有速度检测器，所述导油腔内安装有液位检测器，所述速度检测器和液位检测器分别与油泵、第一换向阀和第二换向阀连接。

4.一种基于权利要求3所述的轮毂电机腔内动态可调油量浸油冷却结构的冷却方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、当电机由静止启动、堵转或缓慢爬坡时，速度检测器检测到转子运行速度低于设定值，油泵启动，第二换向阀的c位导通口和第一换向阀的b位导通口导通，第一换向阀的a位导通口和第二换向阀的d位导通口关闭，油泵从储油盒中抽油，泵入电机导油腔内，当液位检测器检测到导热油充满导油腔后，第二换向阀的c位导通口闭合以及d位导通口导通，这时第一换向阀的b位导通口和第二换向阀的d位导通口导通，第一换向阀的a位导通口和第二换向阀的c位导通口关闭，油泵从电机导油腔内先将导热油抽出至储油盒进行降温，然后再泵入导油腔，使导油腔内的导热油循环流动，实现对流换热，将定子线圈和转子的发热量传导至水冷套中进行散热；

S2、当电机缓慢加速至稳定运行过程中，速度检测器检测到转子运行速度等于或者高于设定值，第一换向阀的b位导通口闭合，第一换向阀的a位导通口导通，这时第一换向阀的a位导通口和第二换向阀的d位导通口导通，第一换向阀的b位导通口和第二换向阀的c位导通口关闭，油泵从电机导油腔内将导热油抽出，泵入储油盒，液位检测器检测使得电机导油腔内的导热油液面逐渐下降至腔体高度的1/3后油泵关闭，依靠转子带动腔内导热油对流，将定子线圈和转子的发热量传导至水冷套进行换热。