CN109818456B - 一种外转子电机及冷却外转子电机的冷却喷淋系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外转子电机及冷却外转子电机的冷却喷淋系统，所述喷淋冷却系统包括冷却器、增压泵、增压雾化器、控制器和回油泵；所述冷却器、增压泵、增压雾化器和外转子电机依次相连，所述冷却器为外转子电机供应冷却油，所述增压泵用于增压液压油并使增压后的液压油进入增压雾化器中，所述增压雾化器用于雾化所述冷却油；雾化后的冷却油通过冷却油入口进入外转子电机中以冷却外转子电机。本发明可以对电机内的发热热源，包括定子轭部、定子齿部和定子绕组进行直接喷淋冷却，减少了热传递路径，降低了热阻，提高了电机的功率密度，与传统的液冷电机相比，无需冷却水套，无需环氧灌封，也避免了制造工艺引起的热阻，有利于电机的散热。

Description

一种外转子电机及冷却外转子电机的冷却喷淋系统

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种外转子电机及冷却外转子电机的冷却喷淋系统。

背景技术

目前，面临日益严重的环境问题和汽车保有量的增大，汽车的排放标准进一步提升，新能源电动汽车的研发和制造趋势不可阻挡。随着汽车轻量化和节能的要求，汽车电机要求有更高的功率密度和转矩密度。在高功率密度下，电机的发热问题更不容忽视，从而要求电机有更高的散热能力以保证电机的可靠性。目前的新能源汽车电机主要采用液冷的方式，即电机定子铁芯套在液冷机壳上，电机产生的损耗主要靠液冷机壳冷却水道内的冷却介质带走。该方法较自然冷和风冷电机散热能力有了一定的提升，但面对更高功率密度的汽车电机，喷淋冷却方法由于冷却液(汽)可以直接与发热热源接触，减少了传热路径，降低了热阻。喷淋蒸发相变散热，不仅有成倍更高的散热能力，还避免了液冷电机绕组、绝缘纸和铁芯等装配制造原因造成的额外热阻。散热能力的提升和传热热阻的降低会使电机的温升较传统的液冷电机有很大的降低，势必是新能源电机散热的一种趋势。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题在于，提出一种外转子电机及冷却外转子电机的冷却喷淋系统，提高电机的散热能力，降低传热热阻。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种外转子电机，其特征在于，包括：

机壳；包括机壳本体和支架，所述支架固定于机壳中，所述支架具有多个间隔周向设置的镂空通槽；

定子；其套固在所述支架上；

转子；所述转子套在所述定子上并处于机壳内，所述转子的内壁与定子的外壁具有间隙；

连接盘；

盖板，设置于连接盘的下方，且所述盖板与机壳固定相连并与机壳、转子围成储油室；

转轴；所述转轴穿过机壳、定子、连接盘和盖板，所述转轴与所述机壳活动相连，所述转轴与所述连接盘固连；

第一油管组件；其具有冷却油入口和多个与冷却油入口连通的喷淋口，所述第一油管组件固定在机壳上，其中，部分喷淋口伸入转子的内壁与定子的间隙中以喷淋转子的内壁和定子的外壁；另一部分喷淋口伸入支架中以喷淋定子的内壁；

第二油管组件；其设置有回油出口和多个与回油出口相连通的吸油口；所述的多个吸油口伸入所述储油室中。

优选地，所述转子设置有多个周向设置的甩油孔；所述甩油孔连通转子的内壁与定子的外壁的间隙和储油室。

优选地，所述盖板包括第一盘面和第二盘面，所述第二盘面支撑所述第一盘面并与机壳本体密封相连，所述第一盘面自中间径向向外逐渐往下倾斜；所述第二盘面自中间径向向外逐渐向下倾斜，且第二盘面的倾斜度大于第一盘面的倾斜度；所述第二盘面的中间与第二盘面的中间相连并连成一体。

优选地，所述第一盘面还设有防倒流突起，所述防倒流突出套在所述转轴上，所述转轴与所述防倒流突出之间设置有密封圈。

优选地，所述定子的外壁周向设置有多个齿部，所述齿部设置有定子绕组。

一种喷淋冷却系统，用于冷却外转子电机，其特征在于：

所述喷淋冷却系统包括冷却器、增压泵、增压雾化器、控制器和回油泵；

所述冷却器、增压泵、增压雾化器和外转子电机依次相连，所述冷却器为外转子电机供应冷却油，所述增压泵用于增压液压油并使增压后的液压油进入增压雾化器中，所述增压雾化器用于雾化所述冷却油；雾化后的冷却油通过冷却油入口进入外转子电机中以冷却外转子电机；

所述控制器控制增压雾化器的雾化压力；

所述回油泵与所述外转子电机中回油出口相连，用于抽出冷却外转子电机后的冷却油。

优选地，所述回油泵与所述冷却器相连，通过冷却器冷却冷却油后在供应给外转子电机实现循环冷却外转子电机，所述回油泵受所述控制器控制开关。

优选地，还包括设置在储油室中的液位传感器，所述液压传感器监测储油室中的冷却油，并发送液位信号给控制器，所述控制器根据液位信号控制回油泵的开关。

优选地，还包括处于增压雾化器和增压泵之间的受控制器控制开关的第一控制阀。

优选地，还包括安装在外转子电机中的温度传感器，所述温度传感器监测外转子电机的温度并发送温度信号给所述控制器，所述控制器根据温度信号第二控制阀的开关。

本发明可以对电机内的发热热源，包括定子轭部、定子齿部和定子绕组进行直接喷淋冷却，减少了热传递路径，降低了热阻，提高了电机的功率密度，与传统的液冷电机相比，无需冷却水套，无需环氧灌封，也避免了制造工艺引起的热阻，有利于电机的散热。

附图说明

图1为实施例2中喷淋冷却系统的结构框图。

图2为实施例1中外转子电机的立体结构示意图。

图3为图2去除机壳的结构示意图。

图4为图2的部分剖轴测图。

图5为实施例1中定子的结构示意图。

图6为实施例1中机壳的结构示意图。

图7为实施例1中转子的立体结构示意图。

图8为实施例1中盖板的结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

请参照图1-图8，本发明公开了一种外转子电机及冷却外转子电机的冷却喷淋系统。

实施例1

一种中外转子电机，其包括机壳100、定子200、转子300、连接盘400、盖板500、转轴600、第一油管组件700和第二油管组件800；所述转轴600穿过机壳100、定子200、连接盘400和盖板500；在本次实施例中，所述转轴600通过轴承与所述机壳100连接，所述连接盘400与所述转轴600固连，转轴600转动时，带动所述连接盘400转动，所述连接盘400带动所述转子300转动；所述定子200与所述机壳100连接，当所述转子300随所述转轴600转动时，所述定子200保持不动，具体的说，转子300在转动时，定子200和转子300都会产生热量，在本次实施例中，为了冷却定子200和转子300，通过第一油管注入冷却油来冷却定子200和转子300，更具体的说，为了让冷却效果更好，通过往第一油管中注入雾化的冷却油，通过喷淋的方式喷淋定子200和转子300，以达到冷却定子200和转子300的目的，冷却定子200和转子300后的冷却油经过第二油管组件800导出。

所述外转子电机的具体结构如下：

机壳100包括机壳本体110和支架120，所述支架120固定于机壳100中，所述支架120具有多个间隔周向设置的镂空通槽130。

定子200套固在所述支架120上；所述转子300套在所述定子200上并处于机壳100内，所述转子300的内壁与定子200的外壁具有间隙。

所述连接盘400设有多个铆接孔410；盖板500设置于连接盘400的下方，且所述盖板500与机壳100固定相连并与机壳100、转子300围成储油室400a。

所述转轴600穿过机壳100、定子200、连接盘400和盖板500，所述转轴600与所述机壳100活动相连，所述转轴600与所述连接盘400固连。

第一油管组件700具有冷却油入口710和多个与冷却油入口710连通的喷淋口720，所述第一油管组件700固定在机壳100上，其中，部分喷淋口720伸入转子300的内壁与定子200的间隙中以喷淋转子300的内壁和定子200外壁；另一部分喷淋口720伸入支架120中以喷淋定子200的内壁。

第二油管组件800设置有回油出口810和多个与回油出口810相连通的吸油口820；所述的多个吸油口820伸入所述储油室400a中。

具体的说，所述支架120大致呈圆柱形，所述定子200大致为空心的圆柱形；所述定子200套在所述支架120上并与所述支架120固定相连。

所述第一油管组件700中的部分喷淋口720伸入所述支架120中，第一油管组件700中的冷却液经喷淋口720喷出，经镂空通槽130直接冷却定子200的内壁。喷淋定子200内壁的部分喷淋口720喷出的冷却油喷到定子200内壁后，聚集在连接盘400，经转子300的中甩油孔流到储油室400a中。

所述第一油管组件700中另一部分喷淋口720伸入所述转子300的内壁与定子200的间隙中，冷却液经喷淋口720喷出，直接喷转子300的内壁和定子200的外壁。第一油管组件700中的另一部分喷淋口720伸入定子200和转子300的间隙中，可直接喷淋转子300的内壁和定子200的外壁，而喷淋后的冷却油会处于定子200和转子300之间。

而所述转子300设置有多个周向设置的甩油孔310；所述甩油孔310连通转子300的内壁与定子200的外壁的间隙和储油室400a；转子300在转动时，使得喷淋在转子300上的冷却油具有离心力，冷却油的离心力使冷却油经甩油孔310甩出，再流到储油室400a中。

所述盖板500包括第一盘面510和第二盘面520，所述第二盘面520支撑所述第一盘面510并与机壳本体110密封相连，所述第一盘面510自中间径向向外逐渐往下倾斜；所述第二盘面520自中间径向向外逐渐向下倾斜，且第二盘面520的倾斜度大于第一盘面510的倾斜度；所述第二盘面520的中间与第二盘面520的中间相连并连成一体。

具体的说，连接盘400中聚集的铆接孔410，转轴600通过铆接孔410与所述连接盘400相连。

为了防止流在第一盘面510上的冷却油倒流(从第一盘面510自下往上流)，这样可能使冷却油侵入转轴600中，所述第一盘面510还设有防倒流突起511，所述防倒流突出套在所述转轴600上，所述转轴与所述防倒流突出之间设置有密封圈，在本次实施例中，防倒流突起511处于第一盘面510上并向上延伸，所述防倒流突起511大致呈环形并套在所述转轴600上。

聚集在储油室400a中的冷却油，第二油管组件800伸入储油室400a中，通过第二油管组件800可排出储油室400a中的冷却油，具体的说，聚集在储油室400a中的冷却油，都是冷却定子200和转子300后的冷却油，在本次实施例中，当所述储油室400a中的冷却油聚集到一定量时，通过第二油管组件800将储油室400a中的冷却油排出。

所述定子200的外壁周向设置有多个齿部210，所述齿部210设置有定子绕组220，第一油管组件700中的喷淋口720可直接喷淋所述齿部210和定子绕组220。

在本次实施例中，所述外转子电机可用于驱动其中的变速箱90。

实施例2

一种喷淋冷却系统，其用于冷却外转子电机，所述喷淋冷却系统包括冷却器10、增压泵20、增压雾化器30、控制器40和回油泵50；

所述冷却器10、增压泵20、增压雾化器30和外转子电机依次相连，所述冷却器10为外转子电机供应冷却油，所述增压泵20用于增压液压油并使增压后的液压油进入增压雾化器30中，所述增压雾化器用于雾化所述冷却油；雾化后的冷却油通过冷却油入口710进入外转子电机中以冷却外转子电机；

所述控制器40控制增压雾化器30的雾化压力；

所述回油泵50与所述外转子电机中回油出口810相连，用于抽出冷却外转子电机后的冷却油。

具体的说，冷却器10用于冷却并储存冷却油，冷却油经增压泵20增压，通过增压雾化泵雾化，在注入外转子电机的第一油管组件700中，再通过喷淋口720喷出以冷却外转子电机，在本次实施例中，注入外转子电机的被雾化的冷却油直接喷淋在定子200的轭部(定子200内壁)、定子200的齿部210和定子绕组220上。

通过控制器40可控制经增压雾化器30雾化的雾化压力。

在喷淋外转子电机一段时间后，储油室400a中聚集冷却油，所述回油泵50提供动力将所述聚集在储油室400a中冷却油通过第二油管组件800排出。

所述回油泵50与所述冷却器10相连，通过冷却器10冷却冷却油后在供应给外转子电机实现循环冷却外转子电机，具体的过程是：冷却器10供应冷却油，经增压器增压，再经增压雾化器30雾化，进入第一油管组件700中并喷出，以冷却外转子电机中的转子300和定子200。

在本次实施例中，所述冷却器10和增压器之间设置有过滤器60。

喷淋外转子电机中的转子300和定子200一段时间后，喷出的冷却油会聚集在储油室400a中，当储油室400a中的冷却油的液位达到一定的高度时，回油泵50开启，抽出储油室400a中的冷却油，并将冷却油排到冷却器10中，通过冷却器10在冷却排出的冷却油，经冷却后的冷却后又可用于冷却外转子电机，这样便可以实现对外转子电机循环冷却。

另外，通过回油泵50抽取冷却油也可以排放到别处，不实行循环冷却外转子电机，例如，回油泵50可以将储油室400a中的冷却油抽到空调系统中，与空调系统进行换热，这样可以节约电能，尤其是在温度较低的冬天，通过冷却油与空调系统换热，提高空调系统产热效率。

所述回油泵50受所述控制器40控制开关，在本次实施例中，所述回油泵50受所述控制器40智能控制开关，无需手动操作。

还包括设置在储油室400a中的液位传感器，所述液压传感器监测储油室400a中的冷却油，并发送液位信号给控制器40，所述控制器40根据液位信号控制回油泵50的开关。

通过控制器40智能控制回油泵50的具体过程为：通过液位传感器实时检测储油室400a中冷却油的液位，当储油室400a中冷却液的液位达到预设值时，液位传感器发送液位信号给所述控制器40，控制器40控制所述回油泵50开启。

在本次实施例中，还包括处于增压雾化器30和增压泵20之间的受控制器40控制开关的第一控制阀70。具体的说，通过增压雾化器30反馈雾化压力给控制器40，通过控制器40控制第一控制阀70的开启和关闭，进而控制雾化压力，具体的说，当增压雾化器30反馈的雾化压力达到预设值时，通过控制器40开启或关闭第一控制阀70，实现控制雾化压力。

还包括安装在外转子电机中的温度传感器，所述温度传感器监测外转子电机的温度并发送温度信号给所述控制器40，所述控制器40根据温度信号第二控制阀80的开关。具体的说，当启动外转子电机后，外转子电机工作一段时间，定子200和转子300会发热，这样会影响外转子电机的使用寿命和工作效率，本实施例中，通过温度传感器实时监测外转子电机的关键部位的温度，并将外转子电机中关键部位的温度实时传输给控制器40，当外转子电机的关键部位的温度达到预设值时，控制器40控制第二控制阀80开启，往第一油管组件700中输送雾化的冷却油。需要说明的是，这里讲的关键部位指的是定子绕组220、定子200齿部210和定子200轭部以及转子300的内壁。

本发明中的外转子电机和喷淋冷却系统可应用在汽车上，喷淋冷却系统中的冷却油冷却外转子电机中，可通过回油泵50将储油室400a中的冷却油抽至汽车中空调系统中，通过与空调换热为汽车供热。

另外，当汽车上坡、下坡或路面不平时，仅仅依靠一个液位传感器无法准确的测量储油室400a中冷却油的量，为了更好的控制在储油室400a中的冷却油的量，在每一个吸油口820中均安装液位传感器和阀门；只有当冷却油淹没吸油口820并达到预设的液位时，才开启这个吸油口820的阀门；这样能更精确的控制储油室400a中的冷却油的量，同时防止可回油泵50抽空(当有一个或一个以上的吸液口没有被冷却油淹没，此时开启回油泵50，吸油口820与空气直接连通，即是回油泵50抽空)。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种外转子电机，其特征在于，包括：

机壳；包括机壳本体和支架，所述支架固定于机壳中，所述支架具有多个间隔周向设置的镂空通槽；

定子；其套固在所述支架上；

转子；所述转子套在所述定子上并处于机壳内，所述转子的内壁与定子的外壁具有间隙；

连接盘；

盖板，设置于连接盘的下方，且所述盖板与机壳固定相连并与机壳、转子围成储油室；

转轴；所述转轴穿过机壳、定子、连接盘和盖板，所述转轴与所述机壳活动相连，所述转轴与所述连接盘固连；

第一油管组件；其具有冷却油入口和多个与冷却油入口连通的喷淋口，所述第一油管组件固定在机壳上，其中，部分喷淋口伸入转子的内壁与定子的间隙中以喷淋转子的内壁和定子的外壁；另一部分喷淋口伸入支架中以喷淋定子的内壁；

第二油管组件；其设置有回油出口和多个与回油出口相连通的吸油口；所述的多个吸油口伸入所述储油室中；

所述转子设置有多个周向设置的甩油孔；所述甩油孔连通转子的内壁与定子的外壁的间隙和储油室；所述盖板包括第一盘面和第二盘面，所述第二盘面支撑所述第一盘面并与机壳本体密封相连，所述第一盘面自中间径向向外逐渐往下倾斜；所述第二盘面自中间径向向外逐渐向下倾斜，且第二盘面的倾斜度大于第一盘面的倾斜度；所述第二盘面的中间与第二盘面的中间相连并连成一体。

2.根据权利要求1所述的一种外转子电机，其特征在于，所述第一盘面还设有防倒流突起，所述防倒流突起套在所述转轴上，所述转轴与所述防倒流突起之间设置有密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种外转子电机，其特征在于，所述定子的外壁周向设置有多个齿部，所述齿部设置有定子绕组。

4.一种喷淋冷却系统，用于冷却如权利要求1-3任一项所述的外转子电机，其特征在于：

所述喷淋冷却系统包括冷却器、增压泵、增压雾化器、控制器和回油泵；

所述冷却器、增压泵、增压雾化器和外转子电机依次相连，所述冷却器为外转子电机供应冷却油，所述增压泵用于增压液压油并使增压后的液压油进入增压雾化器中，所述增压雾化器用于雾化所述冷却油；雾化后的冷却油通过冷却油入口进入外转子电机中以冷却外转子电机；

所述控制器控制增压雾化器的雾化压力；

所述回油泵与所述外转子电机中回油出口相连，用于抽出冷却外转子电机后的冷却油。

5.根据权利要求4所述的一种喷淋冷却系统，其特征在于，所述回油泵与所述冷却器相连，通过冷却器冷却冷却油后在供应给外转子电机实现循环冷却外转子电机，所述回油泵受所述控制器控制开关。

6.根据权利要求4所述的一种喷淋冷却系统，其特征在于，还包括设置在储油室中的液位传感器，所述液位传感器监测储油室中的冷却油，并发送液位信号给控制器，所述控制器根据液位信号控制回油泵的开关。

7. 根据权利要求4所述的一种喷淋冷却系统，其特征在于，还包括处于 增压雾化器和增压泵之间的受控制器控制开关的第一控制阀。

8.根据权利要求4所述的一种喷淋冷却系统，其特征在于，还包括安装在外转子电机中的温度传感器，所述温度传感器监测外转子电机的温度并发送温度信号给所述控制器，所述控制器根据温度信号第二控制阀的开关。