CN112311152A - 具有内部冷却机制的电机机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有内部冷却机制的电机机械装置，该装置包含沿轴向方向设置的中心轴、套设于中心轴的转子以及环绕转子设置的定子。中心轴内部具有沿着轴向方向延伸的容油通道，且中心轴的一端开设注油口，连通容油通道。通过中心轴的环状沟槽以及出油孔、转子的径向通道以及轴向通道，冷却油可由注油口被送至位于转子于轴向方向上的两端面的洒油口，达到冷却转子上永磁元件的目的。定子的线圈是突出于定子的两端面，且转子的洒油口是沿着垂直于轴向方向的方向，对应于线圈突出于定子的两端面的部分，因此可直接将冷却油洒向线圈，以直接对线圈冷却。

Description

具有内部冷却机制的电机机械装置

技术领域

本发明涉及电机机械装置的冷却，特别涉及一种具有内部冷却机制的电机机械装置。

背景技术

电机机械装置，不论是电动马达或是发电机，都需要运用绕线线圈，以承载电流。使用永磁磁铁的电机机械装置，通常是将永磁磁铁配置于转子，而线圈配置于定子，并且定子是环绕转子设置。

电动马达驱动时必须对线圈送入电流，而发电机发电过程则是线圈感应磁场变化产生电流。此时，电流将使得线圈发热，而迅速提升线圈温度。线圈温度提升后，将会使得电阻也会跟着提升，而逐渐降低电机机械装置的运作效率。

转子本身也会发生铁损，因导磁体受到变动磁场的影响，在铁芯中损耗的部份能量，损耗的能量会以热的方式散失，使得转子上的永磁磁铁温度提升。永磁磁铁温度提升之后，磁力将出现暂时性衰减。若温度持续提升，永磁磁铁将出现退磁现象，使得磁力出现永久性衰减，甚至完全失去磁性。

因此，电机机械装置必须有良好的冷却方案，以确保运作效率，同时避免永磁磁铁受到破坏，进而影响整体电机性能。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种具有内部冷却机制的电机机械装置，内部配置有冷却机构，可使冷却油直接而有效地冷却线圈以及永磁元件。

本发明提出一种具有内部冷却机制的电机机械装置，包含一中心轴、一转子以及一定子。

中心轴沿一轴向方向设置；中心轴内部具有沿着轴向方向延伸的一容油通道，且中心轴的一端开设一注油口，连通容油通道；中心轴还具有一环状沟槽以及至少一出油孔，环状沟槽环绕中心轴的一外周面设置，且出油孔连通环状沟槽以及容油通道。

转子至少包含一径向通道、一轴向通道、一洒油口以及一导流结构，转子可转动地套于中心轴；径向通道的一端对应于环状沟槽，以通过环状沟槽以及出油孔连通于容油通道；轴向通道连接于径向通道，而至少在转子于轴向方向的一端面形成洒油口；导流结构遮挡于洒油口，而形成连通洒油口且垂直于轴向方向的一折流油道。

定子至少有一定子高导磁结构以及多个线圈；定子高导磁结构环绕转子，线圈固定于定子高导磁结构；其中，线圈是突出于定子高导磁结构的至少一端面，且转子的洒油口是沿着垂直于轴向方向的方向，对应于线圈突出于定子高导磁结构的端面的部分，且折流油道是指向线圈突出于定子高导磁结构的端面的部分。

在本发明至少一实施例中，转子至少具有一转子衬套、一转子高导磁结构以及多个永磁元件；转子衬套可转动地套于中心轴，且径向通道连接转子衬套的内侧与外侧；转子高导磁结构设置于转子衬套的外侧，且轴向通道位于转子衬套与转子高导磁结构之间；永磁元件间隔地设置于转子高导磁结构中。

在本发明至少一实施例中，导流结构是一转子压板，固定于转子高导磁结构的端面，且折流油道形成于转子压板朝向转子高导磁结构的一侧面。

在本发明至少一实施例中，转子压板朝向转子高导磁结构一面设有至少一浅沟，浅沟连通转子压板的边缘，且浅沟覆盖于洒油口而形成折流油道。

在本发明至少一实施例中，转子压板为一环状结构，且转子衬套于轴向方向上突出于转子高导磁结构的端面；转子压板内侧边缘设置有至少一第一卡扣结构，转子衬套突出于转子高导磁结构的端面的部份设置有至少一第二卡扣结构，第一卡扣结构以及第二卡扣结构互相卡扣。

在本发明至少一实施例中，导流结构是一延伸部，延伸于转子衬套的一端面，且垂直于轴向方向向外延伸，并遮挡于洒油口：延伸部与转子高导磁结构的端面保持一间隔距离，形成连通于洒油口的折流油道。

在本发明至少一实施例中，折流油道的开口的方向是垂直于轴向方向而向外。

在本发明至少一实施例中，电机机械装置还包含两油封环，嵌设于中心轴的外周面，且位于环状沟槽的两侧。

在本发明至少一实施例中，电机机械装置，包含一外壳，内部设有两轴承，两轴承于轴向方向同轴设置；中心轴设置于外壳内部，且中心轴通过两轴承连接于外壳。

在本发明至少一实施例中，电机机械装置还包含一油泵，中心轴的注油口通过一注油管连接于油泵，油泵推送一冷却油进入容油通道，且外壳的底部以一回油管连接油泵，以回收冷却油至油泵。

本发明在不改变电机机械装置的元件组成以及元件配置关系的前提下，加入输送冷却油的通道，而可使得冷却油可以直接、有效地对转子上的永磁元件以及定子上的线圈进行冷却，而可避免永磁元件以及线圈的温度过高。因此，可以有效维持电机机械装置的工作效率，同时避免永磁元件以及线圈被高温破坏。

附图说明

图1是本发明第一实施例的电机机械装置的剖面示意图。

图2是本发明第一实施例中，部分元件的局部剖面示意图。

图3是本发明第一实施例中，部分元件的剖面分解示意图。

图4是本发明第一实施例中，部分元件的剖面分解示意图。

图5是图2中，区域A的放大图。

图6是本发明第一实施例中，部分元件的局部立体图。

图7是本发明第一实施例中，部分元件的局部剖面示意图，揭示冷却油流向。

图8是本发明第二实施例的电机机械装置的剖面示意图。

图9是本发明第二实施例中，部分元件的剖面分解示意图。

图10是本发明第三实施例的电机机械装置中部分元件的剖面示意图。

其中，附图标记：

100 具有内部冷却机制的电机机械装置

110 外壳 112 轴承

120 中心轴 122 容油通道

124 注油口 126 出油孔

128 环状沟槽 130 转子

132 转子衬套 132a 径向通道

133 第二卡扣结构 134 转子高导磁结构

134a 轴向通道 134b 洒油口

136 永磁元件 138 延伸部

139 折流油道 140 转子压板

142 折流油道 144 第一卡扣结构

150 定子 152 定子高导磁结构

152a 定子硅钢片 154 线圈

160 油封环 200 油泵

210 注油管 220 回油管

230 冷却器 L 轴向方向

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3以及图4所示，为本发明第一实施例所揭露的一种具有内部冷却机制的电机机械装置100。具有内部冷却机制的电机机械装置100具有一外壳110、一中心轴120、一转子130、一转子压板140以及一定子150。前述具有内部冷却机制的电机机械装置100可为一电动马达，也可以是一发电机。

如图1所示，外壳110的内部设置有两轴承112，两轴承112相对设置，且两轴承112于一轴向方向L上同轴设置。

如图1以及图2所示，中心轴120设置外壳110内部，并且中心轴120通过两轴承112连接于外壳110，而沿轴向方向L设置。中心轴120内部具有沿着轴向方向L延伸的容油通道122。此外，中心轴120的一端设置一注油口124，连通容油通道122。注油口124用于供一油泵200将冷却油注入容油通道122中。

如图2以及图5所示，中心轴120还具有一环状沟槽128以及至少一出油孔126，环状沟槽128环绕中心轴120的一外周面设置，且出油孔126连通环状沟槽128以及容油通道122。

如图1、图2、图3、图4以及图5所示，转子130至少包含一径向通道132a、一轴向通道134a、一洒油口134b以及一导流结构。转子130可转动地套于中心轴120。径向通道132a的一端位于转子130的内侧，而对应于环状沟槽128，以通过环状沟槽128以及出油孔126连通于容油通道122。轴向通道134a连接于径向通道132a，而至少在转子130于轴向方向L的一端面形成洒油口134b。导流结构遮挡于洒油口134b，而形成连通洒油口134b且垂直于轴向方向L的一折流油道139、142。径向通道132a的延伸方向与轴向方向L形成一夹角，较佳地为径向通道132a的延伸方向垂直于轴向方向L。

如图1、图2、图3、图4以及图5所示，具体而言，转子130具有一转子衬套132、一转子高导磁结构134以及多个永磁元件136。转子衬套132可转动地套于中心轴120，径向通道132a连接转子衬套132的内侧与外侧。径向通道132a的另一端延伸至转子衬套132的外侧。转子衬套132的内、外壁之间会进行挖空处理，以降低转子衬套132的重量以及转动惯量。

如图5所示，具有内部冷却机制的电机机械装置100还包含两油封环160，嵌设于中心轴120的外周面，且位于环状沟槽128的两侧，用以避免冷却油沿着轴向在中心轴120以及转子衬套132之间渗漏，并形成环绕中心轴120外周面且位于中心轴120以及转子衬套132之间的环状通道。

如图2、图3以及图4所示，转子高导磁结构134设置于转子衬套132的外侧，而环绕转子衬套132的外壁配置，并且紧密连接于转子衬套132。于一具体实施例中，转子高导磁结构134是用于作为磁铁架，以嵌埋永磁元件136于其中。转子高导磁结构134是由多个硅钢片层叠而成，用以降低因磁场所产生的涡电流。转子衬套132上可进一步延伸形成减速齿轮结构(图未示)，以连接于负载或动力源。此外，轴向通道134a位于转子衬套132与转子高导磁结构134之间，连接位于于转子衬套132的径向通道132a。在一具体实施例中，转子高导磁结构134的硅钢片内缘开设有缺口，该些缺口在多个硅钢片层叠之后，就可以构成轴向通道134a。

如图2与图3所示，永磁元件136间隔地设置于转子高导磁结构134中。同样地，在一具体实施例中，转子高导磁结构134的硅钢片开设有对应于永磁元件136的孔洞，该些孔洞在多个硅钢片层叠之后，就可以形成用于嵌埋永磁元件136的空间。

如图1、图2以及图3所示，转子130的两端面，分别形成一导流结构。导流结构遮挡于洒油口134b，而形成连通洒油口134b且垂直于轴向方向L的折流油道139、142。导流结构可以是一体成形于转子衬套132，也可以是由转子压板140所提供。

如图1、图2、图4及图6所示，转子压板140固定于转子高导磁结构134的端面，一或多个折流油道142设置于转子压板140朝向转子高导磁结构134的一侧，并连通于洒油口134b，且各折流油道142的开口位于转子压板140的边缘，且开口的方向是垂直于轴向方向L而向外。如图4以及图6所示，于一具体实施例中，转子压板140为环状结构，且转子衬套132于轴向方向L上突出于转子高导磁结构134的端面。转子压板140内侧边缘设置有一或多个第一卡扣结构144，例如一凸轨；转子衬套132突出于转子高导磁结构134的端面的部份设置有一或多个第二卡扣结构133，例如一导槽。第一卡扣结构144以及第二卡扣结构133可以互相卡扣，例如将凸轨滑动将入导槽中，并以转子压板140内径与转子衬套132外径进行干涉配合，而紧密结合转子压板140于转子衬套132，进而固定转子压板140于转子高导磁结构134的端面。除了凸轨与导槽的组合之外，第一卡扣结构144以及第二卡扣结构133不排除是其他卡扣结构的组合。转子压板140朝向转子高导磁结构134一面设有多个浅沟，当转子压板140固定于转子高导磁结构134的端面，浅沟是覆盖于洒油口134b，浅沟即被封闭形成折流油道142，且使得折流油道142连通于洒油口134b。此外，转子压板140也可以作为配重结构，以对中心轴的转动进行动平衡的调整，降低偏心震动振幅。

如图1、图3以及图4所示，转子衬套132的端面进一步形成垂直于轴向方向L向外延伸的延伸部138，遮挡于洒油口134b，且与转子高导磁结构134的端面保持间隔距离，形成连通于洒油口134b的折流油道139，该些折流油道139的开口的方向同样是垂直于轴向方向L而向外。

当冷却油经由洒油口134b朝轴向方向L喷出时，折流油道139、142可改变冷却油流向，而让冷却油喷出的方向改变为朝径向向外洒出。图2及图3的导流结构以及折流油道139、142可以选择一种型态实施，并且分别开设位于转子高导磁结构134的不同端面的洒油口134b。也可以是两种混合，也就是转子高导磁结构134的不同端面各自设置不同的导流结构以及折流油道139、142。

如图1、图2、图3以及图4所示，定子150具有一定子高导磁结构152以及多个线圈154。定子高导磁结构152直接或间接地固定于外壳，且环绕转子130。定子高导磁结构152是用于作为线圈架，以缠绕线圈154于其上。定子高导磁结构152同样是由多个定子硅钢片152a层叠而成，并且以塑料进行包覆绝缘，以利线圈154缠绕于其上。多个线圈154以集中绕线方式固定于定子高导磁结构152。其中，线圈154的绕线轴线，是垂直于轴向方向L。多个线圈154是间隔地设置，用以提供交替变换的磁场。

如图1、图2、图3与图7所示，于平行于轴向方向L的方向上，线圈154是突出于定子高导磁结构152的两端面。转子130的洒油口134b是沿着垂直于轴向方向L的方向，对应于线圈154突出于定子高导磁结构152的两端面的部分，并且折流油道139、142是指向线圈154突出于定子高导磁结构152的至少一端面的部分。

因此，当转子130转动时，经由洒油口134b流出的冷却油，将因为离心力直接被甩离而洒向线圈154突出于定子高导磁结构152的两端面的部分。此外，导流结构的折流油道139、142是沿着径向指向线圈154突出于定子高导磁结构152的两端面的部分，而可确保经由洒油口134b流出的冷却油，可以沿径向直接洒出而落在线圈154，以对线圈154进行冷却，避免线圈154的阻抗因为高温而提升。同时，由于冷却油是直接流经转子衬套132以及转子高导磁结构134，而可直接对转子衬套132以及转子高导磁结构134冷却，因此也可以通过转子衬套132以及转子高导磁结构134的热传导对永磁元件136进行冷却，以避免永磁元件136因为温度过高而退磁。

如图1所示，中心轴120的注油口124，是直接或是通过注油管210间接地连接于油泵200。于具有内部冷却机制的电机机械装置100运转时，油泵200经由注油口124对容油通道122注入冷却油。接着，通过出油孔126以及环状沟槽128的连接，冷却油进入径向通道132a。随着转子130转动产生的离心力，冷却油流通于径向通道132a以及轴向通道134a，而由洒油口134b流出。此时，离心力作用使得冷却油可以朝向径向向外洒出，而导流结构的折流油道139、142，则确保冷却油洒出的方向，可以尽可能的朝向径向，而直接喷洒于线圈154上，以对线圈154进行冷却，借以免因为高温，使得线圈154的电阻值大幅提升，甚至发生烧毁。

如图1所示，喷洒于线圈154的冷却油，会受重力而落下至外壳110底部。外壳110底部以回油管220连接油泵200，而构成冷却油循环回路。此外，冷却油可以并联或串联于冷却器230，以将经由回油管220回流的冷却油进行冷却。一般而言，经由出油管推送出的冷却油会维持在摄氏80度以下，先对转子130以及永磁元件136进行冷却，使得永磁元件136温度维持在摄氏120度以下，以避免永磁元件136的磁性明显衰减。接着再对线圈154进行冷却，将线圈154的温度维持在摄氏140度以下，以防止线圈154的电阻值明显上升。因此，不论具有内部冷却机制的电机机械装置100是作为电动马达或是发电机，都可以维持较好的工作效率。

请参阅图8以及图9所示，为本发明第二实施例所揭露的一种具有内部冷却机制的电机机械装置100。具有内部冷却机制的电机机械装置100具有一外壳110、一中心轴120、一转子130、一转子压板140以及一定子150。

第二实施例与第一实施例的差异在于，轴向通道134a是由径向通道132a一分为二，将径向通道132a导向转子高导磁结构134轴向的两端面都形成一洒油口134b。因此，轴向通道134a是于平行于轴向方向L，贯通转子高导磁结构134，而在转子高导磁结构134轴向的两端面都形成洒油口134b。转子压板140固定于转子高导磁结构134的一端面，转子衬套132的延伸部138与转子高导磁结构134的另一端面保持间隔距离，而在转子高导磁结构134的两端面都提供折流油道139、142，以改变冷却油流向。折流油道139、142是沿着径向指向线圈154突出于定子高导磁结构152的两端面的部分，使得让冷却油经由折流油道142喷出后，可以直接喷洒于线圈154。

请参阅图10所示，为本发明第三实施例所揭露的一种具有内部冷却机制的电机机械装置100。具有内部冷却机制的电机机械装置100具有一外壳110、一中心轴120以及多组电机总成。中心轴120沿一轴向方向设置于外壳110中。中心轴120具有多个环状沟槽128以及多个出油孔126，每一出油孔126连通一环状沟槽128与中心轴120内部的容油通道122。每一组电机总成分别包含一转子130、一转子压板140以及一定子150。每一组电机总成的转子130对应于一环状沟槽128，而可转动地套于中心轴120，使得每一组电机总成都可以在中心轴120上形成一个独立的具有内部冷却机制的电机机械装置100。前述电机总成可为电动马达或发电机的任意组合，并联配置在中心轴120上，使得具有内部冷却机制的电机机械装置100具有多重电机机械装置的功能。

本发明在不改变具有内部冷却机制的电机机械装置100的元件组成以及元件配置关系的前提下，加入输送冷却油的通道，而可使得冷却油可以直接、有效地对转子130上的永磁元件136以及定子150上的线圈154进行冷却，而可避免永磁元件136以及线圈154的温度过高。因此，可以有效维持具有内部冷却机制的电机机械装置100的工作效率，同时避免永磁元件136以及线圈154被高温破坏。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有内部冷却机制的电机机械装置，其特征在于，包含：

一中心轴，沿一轴向方向设置；该中心轴内部具有沿着该轴向方向延伸的一容油通道，且该中心轴的一端开设一注油口，连通该容油通道；该中心轴还具有一环状沟槽以及至少一出油孔，该环状沟槽环绕该中心轴的一外周面设置，且该出油孔连通该环状沟槽以及该容油通道；

一转子，至少包含一径向通道、一轴向通道、一洒油口以及一导流结构，该转子可转动地套于该中心轴，该径向通道的一端位于该转子的内侧，而对应于该环状沟槽，以通过该环状沟槽以及该出油孔连通于该容油通道；该轴向通道连接于该径向通道，而至少在该转子的一端面形成该洒油口；该导流结构遮挡于该洒油口，而形成连通该洒油口且垂直于该轴向方向的一折流油道；以及

一定子，至少具有一定子高导磁结构以及多个线圈；该定子高导磁结构环绕该转子，且该些线圈固定于该定子高导磁结构；其中，该些线圈是突出于该定子高导磁结构的两端面，该转子的该洒油口是沿着垂直于该轴向方向的方向，对应于该些线圈突出于该定子高导磁结构的至少一端面的部分，且该折流油道是指向该些线圈突出于该定子高导磁结构的该至少一端面的部分。

2.根据权利要求1所述的具有内部冷却机制的电机机械装置，其特征在于，该转子至少具有一转子衬套、一转子高导磁结构以及多个永磁元件；该转子衬套可转动地套于该中心轴，且该径向通道连接该转子衬套的内侧与外侧；该转子高导磁结构设置于该转子衬套的外侧，且该轴向通道位于该转子衬套与该转子高导磁结构之间；该些永磁元件间隔地设置于该转子高导磁结构中。

3.根据权利要求2所述的具有内部冷却机制的电机机械装置，其特征在于，该导流结构是一转子压板，固定于该转子高导磁结构的该端面，且该折流油道形成于该转子压板朝向该转子高导磁结构的一侧面。

4.根据权利要求3所述的具有内部冷却机制的电机机械装置，其特征在于，该转子压板朝向该转子高导磁结构一面设有至少一浅沟，该浅沟连通该转子压板的一边缘，且该浅沟覆盖于该洒油口而形成该折流油道。

5.根据权利要求3所述的具有内部冷却机制的电机机械装置，其特征在于，该转子压板为一环状结构，且该转子衬套于该轴向方向上突出于该转子高导磁结构的该端面；该转子压板内侧边缘设置有至少一第一卡扣结构，该转子衬套突出于该转子高导磁结构的该端面的部份设置有至少一第二卡扣结构，该第一卡扣结构以及该第二卡扣结构互相卡扣。

6.根据权利要求2所述的具有内部冷却机制的电机机械装置，其特征在于，该导流结构是一延伸部，延伸于该转子衬套的一端面，且垂直于该轴向方向向外延伸，并遮挡于该洒油口：该延伸部与该转子高导磁结构的该端面保持一间隔距离，形成连通于该洒油口的该折流油道。

7.根据权利要求3或6所述的具有内部冷却机制的电机机械装置，其特征在于，该折流油道的该开口的方向是垂直于该轴向方向而向外。

8.根据权利要求2所述的具有内部冷却机制的电机机械装置，其特征在于，还包含两油封环，嵌设于该中心轴的该外周面，且位于该环状沟槽的两侧。

9.根据权利要求1所述的具有内部冷却机制的电机机械装置，其特征在于，还包含一外壳，内部设有两轴承，该两轴承于该轴向方向同轴设置；该中心轴设置于该外壳内部，且该中心轴通过该两轴承连接于该外壳。

10.根据权利要求9所述的具有内部冷却机制的电机机械装置，其特征在于，还包含一油泵，该中心轴的该注油口通过一注油管连接于该油泵，该油泵推送一冷却油进入该容油通道，且该外壳的底部以一回油管连接该油泵，以回收该冷却油至该油泵。

Images