CN109713843B - 一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构，包含轴承座、第一主轴承、第二主轴承、第一副轴承和第二副轴承。第一主轴承、第二主轴承均包含内圈、外圈、保持架、两个卡簧和密封圈；第一主轴承和第二主轴承采用滚珠轴承；第一主轴承、第二主轴承分别设置在轴承座的两侧；轴承座的两侧分别和第一主轴承、第二主轴承的内圈粘接；第一副轴承、第二副轴承均采用滚针轴承，分别设置在两侧。第一主轴承、第二主轴承之间形成供冷却液体流通的腔体，轴承座上设有供冷却液体流入流出的通孔。本发明采用了上述技术方案，使得电机的冷却装置结构大大简化，冷却效率得到提升，延长了电机的使用寿命。

Description

一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构。

背景技术

在当今混合动力汽车中，增程式电动汽车的发展如火如荼。增程式电动汽车的电机一般采用外转子永磁同步电机，其冷却方式采用水冷，在定子中加工螺旋水道。水冷的缺点主要是冷却不均匀，只对定子前端的冷却具有明显效果。同时采用水冷为了与增程式电动汽车发动机连接，结构比较复杂，水路流通的阻力增大。为此我们考虑到，可以与发动机共用一套油冷系统。发动机的曲轴有机油冷却液流通，可以通过一种电机油冷轴承，使得曲轴与电机定子的冷却油道连同。同时，电机定子的每一个叶片都可以开设冷却油道，油冷的冷却效果比水冷更加均匀。采用轴承作为电机冷却系统的一环，其密封效果是重要考虑的因素。普通轴承的防水防油性能比较差，或者没有考虑到此性能，不能达到完全密封，容易使冷却液外溢，影响电机的使用效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种用于电机油冷的轴承结构。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构，包含轴承座、第一主轴承、第二主轴承、第一副轴承和第二副轴承；

所述第一主轴承、第二主轴承均包含内圈、外圈、保持架和两个卡簧，其中，内圈的外壁、外圈的内壁上设有相配合的滚道，滚道内设有若干滚珠；所述保持架设置在内圈、外圈之间，其上设有和滚道内滚珠一一对应的兜孔，用于和滚道内的滚珠相配合；所述两个卡簧均通过过盈配合设置在内圈、外圈之间，且两个卡簧分别和所述保持架的两侧相抵；

所述轴承座呈圆环状，所述第一主轴承、第二主轴承分别设置在所述轴承座的两侧，轴承座两侧分别和所述第一主轴承的内圈、第二主轴承的内圈粘接；

所述第一副轴承、第二副轴承均采用滚针轴承；第一副轴承的内圈和第一主轴承内圈远离轴承座的一侧粘接，第一副轴承的外圈和第一主轴承外圈远离轴承座的一侧粘接；第二副轴承的内圈和第二主轴承内圈远离轴承座的一侧粘接，第二副轴承的外圈和第二主轴承外圈远离轴承座的一侧粘接；

所述第一主轴承的外圈、第二主轴承的外圈均和外转子永磁同步电机的定子固连，且第一主轴承、第二主轴承之间形成供冷却液体流通的腔体，所述轴承座上设有供冷却液体流入流出的通孔；

所述第一副轴承的内圈、第一主轴承的内圈、轴承座、第二主轴承的内圈、和第二副轴承的内圈同轴设置，均通过花键设置在外转子永磁同步电机的转轴上。

作为本发明一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构进一步的优化方案，所述轴承座两侧设有和其同轴且固连的第一限位圆环、第二限位圆环；

所述第一主轴承的内圈靠近轴承座的一侧设有和所述第一限位圆环相配合的第一限位凹槽，所述第二主轴承的内圈靠近轴承座的一侧设有和所述第二限位圆环相配合的第二限位凹槽；

所述第一限位圆环伸入所述第一限位凹槽中、第二限位圆环伸入所述第二限位凹槽中。

作为本发明一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构进一步的优化方案，所述第一主轴承、第二主轴承在远离轴承座一侧的内圈、外圈之间均设有密封圈，以防止冷却液体外溢。

作为本发明一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构进一步的优化方案，所述密封圈采用PTEE材质制成。

作为本发明一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构进一步的优化方案，所述第一主轴承、第二主轴承滚道内的滚珠均采用高碳铬轴承钢GCr15材质制成。

作为本发明一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构进一步的优化方案，所述第一副轴承、第二副轴承内圈外壁的最小直径大于所述密封圈的直径，以进一步防止冷却液体外溢。

作为本发明一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构进一步的优化方案，所述第一主轴承还包含第一连接环和第三限位圆环，所述第一连接环的内壁和所述第一主轴承靠近轴承座一侧的外圈的外壁固连，第一连接环的外壁和所述第三限位圆环的内壁固连，使得第三限位圆环和第一主轴承的外圈之间形成开口朝向第一副轴承的凹槽；所述第三限位圆环用于和电机定子相配合以防止第一主轴承的外圈径向移动；

所述第二主轴承还包含第二连接环和第四限位圆环，所述第二连接环的内壁和所述第二主轴承靠近轴承座一侧的外圈的外壁固连，第二连接环的外壁和所述第四限位圆环的内壁固连，使得第四限位圆环和第二主轴承的外圈之间形成开口朝向第二副轴承的凹槽；所述第四限位圆环用于和电机定子相配合以防止第二主轴承的外圈径向移动。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

与现有的外转子永磁同步电机的水冷系统比，由于采用了这种电机油冷轴承，解决了电机转动和不动部分之间冷却液体的交换问题，由此在电机的定子、定子叶片中能够设计出多种冷却管道和本发明的电机油冷轴承相配合，使得电机的冷却更加均匀，延长了电机的使用寿命。与电机转轴直接相连接的油道，简化了电机冷却系统的结构，使电机能够更加适应紧凑而又狭小的安装空间。

为了解决电机油冷轴承冷却液外溢的情况，本发明设计了三个油液外漏预防装置。第一个装置主轴承保持架两侧的卡簧。卡簧一方面固定了保持架与滚珠，另一方面每一个主轴承都有两个卡簧可以起到阻挡冷却液外溢的发生。第二个装置是在卡簧外侧，主轴承内圈与主轴承外圈之间，装有密封圈，密封圈进一步阻挡从卡簧中外溢出的冷却液。第三个装置是副轴承，副轴承整体采用滚针轴承结构，且滚针整体高度高于密封圈，阻挡从密封圈外溢出的冷却液。三种结构组合使用，保证了轴承密封防水防油的性能，使得电机冷却系统平稳运行。

附图说明

图1为本发明电机油冷轴承结构示意图；

图2为本发明电机油冷轴承轴测图；

图3为本发明电机油冷轴承剖切图；

图4为本发明副轴承内圈，外圈，滚针配合处局部放大图；

图5（a）、图5（b）分别为本发明电机油冷系统冷却液的上流通图、下流通图。

图中，1-第一主轴承的内圈，2-第一限位圆环，3-轴承座，4-第一副轴承的内圈，5-第一主轴承的密封圈，6-第一主轴承中的卡簧，7-第一副轴承的滚针，8-第一副轴承的外圈，9-第一主轴承的滚珠，10-第三限位圆环，11-第一主轴承的外圈，12-第一主轴承的保持架，13-轴承座的通孔，14-第二主轴承的卡簧，15-第二主轴承的滚珠，16-第四限位圆环，17-第二主轴承的外圈，18-第二副轴承的外圈，19-第二副轴承的滚针，20-第二主轴承的保持架，21-第二主轴承的密封圈，22-第二副轴承的内圈，23-第二限位圆环，24-第二主轴承的内圈，25-电机冷却液出口，26-电机冷却液入口，27-电机转轴，28-第一定子顶盖，29-定子体，30-第二定子顶盖，31-定子体叶片冷却油道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1，图2，图3所示，本发明公开了一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构，包含轴承座、第一主轴承、第二主轴承、第一副轴承和第二副轴承；

第一主轴承、第二主轴承均包含内圈、外圈、保持架和两个卡簧，其中，内圈的外壁、外圈的内壁上设有相配合的滚道，滚道内设有若干滚珠；保持架设置在内圈、外圈之间，其上设有和滚道内滚珠一一对应的兜孔，用于和滚道内的滚珠相配合；两个卡簧均通过过盈配合设置在内圈、外圈之间，且两个卡簧分别和保持架的两侧相抵；

轴承座呈圆环状，第一主轴承、第二主轴承分别设置在轴承座的两侧，轴承座两侧分别和第一主轴承的内圈、第二主轴承的内圈粘接；

第一副轴承、第二副轴承均采用滚针轴承；第一副轴承的内圈和第一主轴承内圈远离轴承座的一侧粘接，第一副轴承的外圈和第一主轴承外圈远离轴承座的一侧粘接；第二副轴承的内圈和第二主轴承内圈远离轴承座的一侧粘接，第二副轴承的外圈和第二主轴承外圈远离轴承座的一侧粘接；

第一主轴承的外圈、第二主轴承的外圈均和外转子永磁同步电机的定子固连，且第一主轴承、第二主轴承之间形成供冷却液体流通的腔体，轴承座上设有供冷却液体流入流出的通孔；

第一副轴承的内圈、第一主轴承的内圈、轴承座、第二主轴承的内圈、和第二副轴承的内圈同轴设置，均通过花键设置在外转子永磁同步电机的转轴上。

轴承座两侧设有和其同轴且固连的第一限位圆环、第二限位圆环；

第一主轴承的内圈靠近轴承座的一侧设有和第一限位圆环相配合的第一限位凹槽，第二主轴承的内圈靠近轴承座的一侧设有和第二限位圆环相配合的第二限位凹槽；

第一限位圆环伸入第一限位凹槽中、第二限位圆环伸入第二限位凹槽中。

第一主轴承、第二主轴承在远离轴承座一侧的内圈、外圈之间均设有密封圈，以防止冷却液体外溢，密封圈采用PTEE材质制成。

第一副轴承、第二副轴承内圈外壁的最小直径大于密封圈的直径，以进一步防止冷却液体外溢。

第一主轴承还包含第一连接环和第三限位圆环，第一连接环的内壁和第一主轴承靠近轴承座一侧的外圈的外壁固连，第一连接环的外壁和第三限位圆环的内壁固连，使得第三限位圆环和第一主轴承的外圈之间形成开口朝向第一副轴承的凹槽；第三限位圆环用于和电机定子相配合以防止第一主轴承的外圈径向移动；

第二主轴承还包含第二连接环和第四限位圆环，第二连接环的内壁和第二主轴承靠近轴承座一侧的外圈的外壁固连，第二连接环的外壁和第四限位圆环的内壁固连，使得第四限位圆环和第二主轴承的外圈之间形成开口朝向第二副轴承的凹槽；第四限位圆环用于和电机定子相配合以防止第二主轴承的外圈径向移动。

主轴承内圈与主轴承外圈均加工有滚珠滚道，加工精度为P6级，可以实现滚珠在内圈与外圈之间平稳高效的运动。主轴承滚珠采用高碳铬轴承钢GCr15材质，这种材料具有较强的耐油，耐高温以及耐腐蚀性。主轴承滚珠加工精度为P6级，与滚道加工精度相同。滚珠的数量为8个，直径14mm。

保持架是一个圆环，在一周中，每隔45°都加工一个直径14.5mm的通孔，每一个通孔都安装一个主轴承滚珠。在保持架的两侧还安装有卡簧，两个保持架，安装有4个卡簧。卡簧整体形状类似于M形，事先在主轴承内圈，主轴承外圈加工有凹槽，然后通过过盈配合安装在主轴承内圈与主轴承外圈之间，其前端正好顶住了保持架。卡簧一方面可以固定保持架，使其不能够横向移动，保证了滚珠能够沿着主轴承内圈与主轴承外圈的滚道运动；另一方面卡簧可以作为预防冷却液外溢的第一道保险。冷却液从电机转轴流出后经过主油道，会从滚珠间隙中流出，卡簧的过盈配合可以保证冷却液不外溢。在第一主轴承的左侧与第二主轴承的右侧还分别装配有两个密封圈。事先在主轴承内圈与主轴承外圈加工有梯形凹槽，密封圈通过过盈配合，安装在主轴承内圈与主轴承外圈之间。密封圈采用PTEE材质，该材质具有很强的耐热性与耐油性，而且摩擦系数很低，不会因为轴承安装此密封圈后因为摩擦系数大幅降低传动效率。密封圈是预防冷却液外溢的第二道保险，其可以阻挡从卡簧流出的冷却液，将其留在梯形凹槽内，同时冷却液也可以起到对主轴承的润滑作用。

副轴承是左右对称的两个滚针轴承。左副轴承为第一副轴承，包含第一副轴承的内圈，第一副轴承的外圈，第一副轴承中的滚针。右副轴承为第二副轴承，包含了第二副轴承的内圈，第二副轴承的外圈，第二副轴承中的滚针。副轴承宽度很小，是预防冷却液外溢的第三道保险，其可以阻挡从密封圈流出的极少量冷却液。副轴承内圈与主轴承内圈粘接，副轴承外圈与主轴承外圈粘接。图4为本发明副轴承内圈，副轴承外圈，滚针配合处局部放大图，可以更加直观看到其结构。副轴承内圈与副轴承外圈之间安装有细小滚针，滚针斜置，且滚针的最低处方向朝向外侧，且最低处高于密封圈的高度。这样可以有效的保证阻止冷却液外溢。滚针非常细小，本次所用滚针直径为1mm，数量为126个。

下面结合图5a本发明电机油冷系统冷却液流通图与图1本发明电机油冷轴承结构示意图，来说明本发明电机油冷轴承的装配过程：以左端电机油冷轴承为例。首先将8个直径14mm滚珠安装在第二主轴承保持架上，随后将其装配至第二主轴承内圈与第二主轴承外圈之间，然后通过事先加工好的凹槽，在第二主轴承保持架上安装两个第二主轴承的卡簧。第二主轴承密封圈通过梯形槽安装在第二主轴承的内圈与第二主轴承的外圈之间。将第二副轴承的内圈与第二主轴承的内圈粘接。在第二副轴承的外圈中安装第二副轴承中的滚针，然后将第二副轴承的外圈与第二主轴承的外圈粘接。左边对称的主轴承与副轴承安装步骤与此一样。

将第二主轴承和第二副轴承装配体通过花键连接至电机转轴，同时第二主轴承限位圆环插入定子叶片的凹槽内。在第二副轴承右边电机转轴还有轴肩，防止轴承的轴向运动。随后将轴承座通过花键连接至电机转轴，并向里推至第二主轴承内圈的凹槽内。此时再将第一主轴承和第一副轴承的装配体通过花键连接至电机转轴，同时第一主轴承内圈的凹槽插入轴承座的第一限位圆环。随后将电机定子顶盖安装至第一主轴承外圈左侧，将第一主轴承外圈的第三限位圆环插入电机定子顶盖凹槽处。左部电机油冷轴承的左方还有合金铝盘来固定轴承，防止轴承向左轴向移动，对于本发明涉及不多，所以并未画出。

图5（a）给出了一种应用本发明的电机油冷系统冷却液流通图，以此说明本发明应用在电机油冷冷却系统的工作方式，图中给出了一种定子叶片中冷却管道和本发明相配合的方式。从图3，可以看出机油(或者称为冷却液)从电机转轴内部流入，通过既定的电机转轴油道，流入左部轴承座上的主油道通孔，然后再从主油道流入电机定子叶片油道内。冷却液经过电机定子叶片后，将电机定子叶片冷却，然后流回右部轴承座上的主油道通孔，最后流回电机转轴完成冷却循环。上面只是一个电机定子叶片的冷却，而电机转轴和轴承座是360°圆周旋转的，轴承座上的通孔跟随电机的转轴做360°圆周旋转，当其转动到另一个定子叶片中时，冷却路径还是一样的，与上述方式相同。图5（b）就是当其转动到下方电机定子叶片，冷却液的流通路径。至此已清晰地阐明了本发明电机油冷轴承的工作过程。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构，其特征在于，包含轴承座、第一主轴承、第二主轴承、第一副轴承和第二副轴承；

所述第一主轴承、第二主轴承均包含内圈、外圈、保持架和两个卡簧，其中，内圈的外壁、外圈的内壁上设有相配合的滚道，滚道内设有若干滚珠；所述保持架设置在内圈、外圈之间，其上设有和滚道内滚珠一一对应的兜孔，用于和滚道内的滚珠相配合；所述两个卡簧均通过过盈配合设置在内圈、外圈之间，且两个卡簧分别和所述保持架的两侧相抵；

所述轴承座呈圆环状，所述第一主轴承、第二主轴承分别设置在所述轴承座的两侧，轴承座两侧分别和所述第一主轴承的内圈、第二主轴承的内圈粘接；

所述第一副轴承、第二副轴承均采用滚针轴承；第一副轴承的内圈和第一主轴承内圈远离轴承座的一侧粘接，第一副轴承的外圈和第一主轴承外圈远离轴承座的一侧粘接；第二副轴承的内圈和第二主轴承内圈远离轴承座的一侧粘接，第二副轴承的外圈和第二主轴承外圈远离轴承座的一侧粘接；

所述第一主轴承的外圈、第二主轴承的外圈均和外转子永磁同步电机的定子固连，且第一主轴承、第二主轴承之间形成供冷却液体流通的腔体，所述轴承座上设有供冷却液体流入流出的通孔；

所述第一副轴承的内圈、第一主轴承的内圈、轴承座、第二主轴承的内圈、和第二副轴承的内圈同轴设置，均通过花键设置在外转子永磁同步电机的转轴上。

2.根据权利要求1所述的用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构，其特征在于，所述轴承座两侧设有和其同轴且固连的第一限位圆环、第二限位圆环；

所述第一主轴承的内圈靠近轴承座的一侧设有和所述第一限位圆环相配合的第一限位凹槽，所述第二主轴承的内圈靠近轴承座的一侧设有和所述第二限位圆环相配合的第二限位凹槽；

所述第一限位圆环伸入所述第一限位凹槽中、第二限位圆环伸入所述第二限位凹槽中。

3.根据权利要求1所述的用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构，其特征在于，所述第一主轴承、第二主轴承在远离轴承座一侧的内圈、外圈之间均设有密封圈，以防止冷却液体外溢。

4.根据权利要求3所述的用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构，其特征在于，所述密封圈采用PTEE材质制成。

5.根据权利要求1所述的用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构，其特征在于，所述第一主轴承、第二主轴承滚道内的滚珠均采用高碳铬轴承钢GCr15材质制成。

6.根据权利要求3所述的用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构，其特征在于，所述第一副轴承、第二副轴承内圈外壁的最小直径大于所述密封圈的直径，以进一步防止冷却液体外溢。

7.根据权利要求1所述的用于外转子永磁同步电机油冷的轴承结构，其特征在于，所述第一主轴承还包含第一连接环和第三限位圆环，所述第一连接环的内壁和所述第一主轴承靠近轴承座一侧的外圈的外壁固连，第一连接环的外壁和所述第三限位圆环的内壁固连，使得第三限位圆环和第一主轴承的外圈之间形成开口朝向第一副轴承的凹槽；所述第三限位圆环用于和电机定子相配合以防止第一主轴承的外圈径向移动；

所述第二主轴承还包含第二连接环和第四限位圆环，所述第二连接环的内壁和所述第二主轴承靠近轴承座一侧的外圈的外壁固连，第二连接环的外壁和所述第四限位圆环的内壁固连，使得第四限位圆环和第二主轴承的外圈之间形成开口朝向第二副轴承的凹槽；所述第四限位圆环用于和电机定子相配合以防止第二主轴承的外圈径向移动。

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