CN112467912A - 一种用于电机的油冷机构、油冷系统及电机 - Google Patents

Abstract

本申请总体来说涉及电机散热技术领域，具体而言，公开了一种用于电机的油冷机构、油冷系统及电机，电机包括转子轴和定子绕组，转子轴包括在轴线上依次连接的第一段、第二段和第三段，第一段和第三段的直径均小于第二段的直径，油冷机构包括开设于转子轴内的油路通道，油路通道的进油口设置在第一段和/或第三段的端面上；油路通道的出油口设置在第二段的至少一个端面上。本发明提供了通过设置油路通道，使得冷却油直接对端部的定子绕组内表面进行冷却，提高电机的散热性能，由于借助转子运转时的离心力实现对定子绕组内表面的送油冷却，所需的油量和压力不需要太大，油路系统功耗小，驱动系统效率高。

Description

一种用于电机的油冷机构、油冷系统及电机

技术领域

本申请总体来说涉及电机散热技术领域，具体而言，涉及一种用于电机的油冷机构、油冷系统及电机。

背景技术

近年来，新能源汽车驱动电机行业快速发展，随着功率密度的要求不断提高，电机有效散热面积不断缩小，伴随着电机定子发热密度也越来越高，传统的风冷、水冷已不能满足电机冷却，很多的企业开始将电机进行直接油冷。

电机的散热性能直接影响电机的使用性能和使用受命，风冷或水冷的散热效率较低，少数采用油冷散热方式的电机，将冷却油直接喷淋在定子绕组端部外表面。定子绕组端部因整形或捆绑，从定子绕组端部外表面喷淋下的冷却油无法渗透，导致靠近绕组端部内表面无冷却油，出现局部高温，容易出现烧毁线圈绝缘的问题。

发明内容

本申请的一个主要目的在于克服上述现有技术的定子绕组油冷不均匀易出现局部区域高温问题，提供一种用于电机的油冷机构、油冷系统及电机。

为实现上述发明目的，本申请采用如下技术方案：

根据本申请的一个方面，提供了一种用于电机的油冷机构，所述电机包括转子轴和定子绕组，所述转子轴包括在轴线上依次连接的第一段、第二段和第三段，所述第一段和所述第三段的直径均小于所述第二段的直径，

所述油冷机构包括开设于所述转子轴内的油路通道，所述油路通道的进油口设置在所述第一段和/或所述第三段的端面上；所述油路通道的出油口设置在所述第二段的至少一个端面上。

根据本申请的一实施方式，其中所述出油口为开设在所述第二段端部的油路凹槽，所述油路凹槽远离所述转子轴转动轴线的一侧在冷却油的出油方向上逐渐远离所述转动轴线。

根据本申请的一实施方式，其中所述油路凹槽远离所述转子轴转动轴线的一侧为圆台的侧面。

根据本申请的一实施方式，其中所述油路通道包括进油通道和出油通道，所述出油通道设置在所述第二段内，所述进油通道和所述出油口通过所述出油通道相连通。

根据本申请的一实施方式，其中所述进油通道的转动轴线与所述转子轴同轴设置。

根据本申请的一实施方式，其中所述出油通道沿所述转子轴的轴线方向延伸，所述出油通道和所述进油通道之间通过过渡通道连通。

根据本申请的一实施方式，其中所述过渡通道沿所述转子轴的径向方向延伸设置。

根据本申请的一实施方式，其中所述过渡通道沿所述转子轴的径向方向贯穿至所述转子轴的外表面。

根据本申请的一实施方式，其中所述出油通道贯穿所述第二段。

根据本申请的一实施方式，其中所述出油通道在所述转子轴的周向间隔设置有多个。

根据本申请的一实施方式，其中所述过渡通道在所述转子轴的轴线方向间隔设有多个。

根据本申请的一实施方式，其中所述第二段的外侧壁设置有限位凸起，所述限位凸起设置于所述第二段的端部，所述第二段远离所述限位凸起一端设置有限位环。

根据本申请的另一个方面，提供了一种电机，采用上述的用于电机的油冷机构。

根据本申请的另一个方面，提供了一种电机油冷系统，包括油泵、热交换器和上述的用于电机的油冷机构，所述油泵、所述热交换器和所述油冷机构通过管路串联连接。

根据本申请的一实施方式，其中所述热交换器的进油侧设置有过滤器。

由上述技术方案可知，本申请的一种用于电机的油冷机构、油冷系统及电机的优点和积极效果在于：通过油路通道的设置，冷却油通过油路通道流向定子绕组端部。同时，由于转子轴在转动作用下，冷却油会抛向定子绕组的端部，通过甩喷增加冷却油覆盖线圈的面积，冷却更加充分。另外，借助转子轴运转时的离心力实现对定子内表面的送油冷却，大大减小冷却所需的压力和油量，油路系统功耗小，驱动系统效率高。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施方式示出的一种用于电机的油冷机构、油冷系统及电机的整体结构剖视图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种用于电机的油冷机构、油冷系统及电机主要用于体现转子轴的剖视图。

图3是根据一示例性实施方式示出的一种用于电机的油冷机构、油冷系统及电机中转子轴的轴侧示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出的一种用于电机的油冷机构、油冷系统及电机中冷却油循环系统的油路系统图。

其中，附图标记说明如下：

1、定子铁芯；2、定子绕组；21、绕组前端；22、绕组后端；3、转子轴；31、第一段；32、第二段；33、第三段；4、转子铁芯；5、油路凹槽；6、进油口；7、进油通道；8、过渡通道；9、出油通道；10、限位凸起；11、限位环；12、油箱；13、吸油过滤器；14、油泵；15、回油过滤器；17、热交换器；18、高温冷却液；19、低温冷却液。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参照图1-图3，本实施例提供了一种用于电机的油冷机构，包括定子和转子，定子套设于转子外部。定子包括定子铁芯1和定子绕组2，转子包括转子轴3和转子铁芯4。定子绕组2在转子轴3轴线方向的两侧分别为绕组前端21和绕组后端22。转子轴3为变径轴，转子轴3包括在其轴线方向上依次连接的第一段31、第二段32和第三段33。第一段31和第三段33的直径均大于第二段32的直径。转子轴3内部开设有油路通道，油路通道的进油口6开设于第一段31或第三段33的端面上，油路通道的出油口开设于第二段32的端面上；定子绕组2的两端均伸出第二段32的端部设置。

工作中，将冷却油从油路通道的进油口6一侧进入到转子轴3内，冷却油从第二段32的端部喷出，喷射到定子绕组2的内表面上，从而实现对定子绕组2内表面的冷却，避免了定子绕组2冷却不均匀的问题。

进一步地，所述第二段32外侧壁设置有限位凸起10，所述限位凸起10设置于所述第二段32的端部，所述第二段32远离所述限位凸起10一侧设置有限位环11。限位凸起10呈圆环状，限位凸起10固定设置于第二段32外侧壁，限位凸起10设置于第二段32靠近绕组前端21一侧。工作中，将转子铁芯4放置于第二段32外侧壁，通过限位凸起10和限位环11抵紧转子铁芯4在第二段32轴向方向的两侧壁，方便安装的同时还可以实现对转子铁芯4的限位工作。

进一步地，第一段31和第三段33上均开设进油口6，通过第一段31和第三段33两端同时进油，增加冷却油的进油量和进油速度。此时，第一段31和第三段33的油路通道相互靠近一侧可以为连通设置也可以不连通。

进一步地，所述出油口为开设在所述第二段32端部的油路凹槽5。通过油路凹槽5的设置使得冷却油从油路通道流出后汇集到油路凹槽5内，随着转子轴3的转动，油路凹槽5内的冷却油会向外抛甩至定子绕组2的内表面上，从而实现对定子绕组2内表面的冷却。

同样地，油路凹槽5的设置可以对转子轴3起到减重的作用，有效减小电机驱动转子转动的驱动力，节约能耗。

进一步地，所述第二段32的另一端面上同样开设有油路凹槽5。通过将油路凹槽5设有两个，使得两油路凹槽5分别对绕组前端21和绕组后端22进行喷油冷却，保证定子绕组2的冷却效果。

进一步地，所述油路凹槽5远离所述转子轴3转动轴线的一侧在冷却油的出油方向上逐渐远离所述转动轴线。将油路凹槽5设置成扩口的形状，使得冷却油流到油路凹槽5内可以依靠自身重力而向下滴落，从而落到定子绕组2上，即使电机在低速转动时定子绕组2也能得到有效冷却。

同样地，为保证位于油路凹槽5内的冷却油可以通过自身重力流落到定子绕组2上，因此本申请针对油路凹槽5的具体设置形式不做特别限定，可以达到上述目的的所有设计均应在本申请的保护范围内。

优选地，所述油路凹槽5远离所述转子轴3转动轴线的一侧为圆台的侧面。这是本申请对油路凹槽5优选的设置形式。通过斜面设置，使得油路凹槽5靠近定子绕组2的侧壁为倾斜设置，且朝向定子绕组2一侧为倾斜向下结构。由此油路凹槽5可以对冷却油起到导向的作用。同样地，油路凹槽5靠近定子绕组2的侧壁还可以选用弧形面设置或者为阶梯状设置。上述设置形式，均可以达到对冷却油起到导向的作用。

由于油路凹槽5的存在，可以使得冷却油抛向定子绕组2端部所需的离心力变小，即电机在低转速运行时也能得到有效冷却。同时，冷却油顺着斜面被甩出，通过甩喷能覆盖的线圈面积更大，冷却更充分。另外，由于借助转子运转时的离心力实现对定子内表面的送油冷却，所述的油量和压力不需要太大，油路系统功耗小，驱动系统效率高。

进一步地，所述油路通道包括进油通道7和出油通道9，出油通道9设置于第二段32内，进油通道7与出油口通过出油通道9相连通。

转子轴3内部开设有进油通道7，进油通道7可以设置在第一段31和第二段32内，进油通道7也可以开设与第二段32和第三段33内，进油通道还可以开设与第一段31、第二段32和第三段33内。实际使用使可以根据需求而选择不同的进油通道7的开设形式。冷却油依次流经进油通道7和出油通道9后流出。使得冷却油在出油的时候可以依靠转子转动过程中的离心力从而向外喷甩，增加冷却面积。

同样地，如果单从转子轴3端部的径向方向开设油路通道，使得油路通道的出油口正对着定子绕组2端部的内表面。这种设置方式只能实现冷却油的直喷，而无法达到甩喷从而增大接触面的效果。

进一步地，进油通道7在其延伸方向可以为弯曲形式设置，同样也可以沿转子轴3的轴线方向延伸设置。本申请中优选进油通道7沿转子轴3的轴线方向延伸设置；在转子轴3的转动过程中可以减少进油通道7内冷却油所受的离心力的作用。

具体地，进油通道7可以与转子轴3同轴设置，同样进油通道7也可以不与转子轴3同轴设置。本申请中优选进油通道7与转子轴3同轴设置，使得进油通道7设置于转子轴3的中部位置，使得转子轴3的重心不变，保证转子轴3转动的稳定性。

进一步地，进油通道7的端部与进油口6相连通；工作人员可以通过进油口6向进油通道7内送冷却油。冷却油在转子轴3运转的离心力的作用下，冷却油进入到出油通道里并流至油路凹槽5内。

进一步地，所述出油通道包括出油通道9，所述出油通道9与所述油路凹槽5相连通，所述出油通道9沿所述转子轴3的轴线方向延伸；所述出油通道9和所述进油通道7之间连通有过渡通道8。

将出油通道9设置成沿转子轴3的轴线方向延伸设置，提高冷却油流动的稳定性，减小冷却油受转子轴3转动的离心力的影响。

具体地，油路凹槽5、进油通道7、过渡通道8和出油通道9均可以采用钻孔、切削等传统孔径的加工方式完成加工，结构简单，制造成本低。

进一步地，所述过渡通道8沿所述转子轴3的径向方向延伸设置。通过这种设置方式，提高冷却油在过渡通道8内的运动速度，使得冷却油可以借由离心力从而快速通过过渡通道8。

进一步地，所述出油通道9在所述转子轴3的周向间隔设置有多个。通过将过渡通道9设置为多个，因此与出油通道9相连通的过渡通道8同样一一对应设置多个。在转子轴3转动过程中，使得进油通道7内的周侧的冷却油均可以通过相邻的过渡通道8流出，并流入到相邻的出油通道9中随即流出，提高冷却油的流动速度，同时可以减小冷却油的流动路径。防止冷却油在转子轴3内转动时间较长，迟迟没有喷射出，从而在转动过程中使得冷却油升温，导致流到定子绕组2的冷却油无法起到冷却的效果。

进一步地，出油通道9贯穿第二段32设置，使得出油通道9的两端分别与两油路凹槽5相连通，使得过渡通道8内的冷却油在流到出油通道9后可以分别从两油路凹槽5流出，并抛甩到绕组前端21和绕组后端22上。从而保证定子绕组2的前后两端均可以有冷却油进行冷却，提高冷却效果。

同样地，出油通道9在同一延伸方向上还可以设置有两个。两个出油通道9相互背离的一侧分别与两个油路凹槽5相连通，两个出油通道9相互靠近一侧为封闭设置。同样可以对定子绕组2的端部内表面进行冷却。

进一步地，所述过渡通道8在所述转子轴3的轴线方向间隔设有多个。应当理解的是，通过将过渡通道8在转子轴3的轴线方向上设置多个，大大减小冷却油的流动路径。同时，可以提高冷却油单位时间内在进油通道7中的排出量。

本申请以过渡通道8在转子轴3的轴线方向上间隔设有两个作为示例。将过渡通道8沿转子轴3的轴向方向分为两组，每一组均包括多个在转子轴3周向方向呈间隔设置的过渡通道8，且两组过渡通道8分别位于转子轴3中心的两侧。从而使得进油通道7内的冷却油可以分别经过两组过渡通道8进行流动，从而从相邻的油路凹槽5流出，使得绕组前端21和绕组后端22均可以同时被冷却到，保证冷却油对定子绕组2冷却的均匀性。

进一步地，所述过渡通道8沿所述转子轴3的径向方向贯穿第二段32。过渡通道8的一端与进油通道7相连通，过渡通道8远离进油通道7的一侧与转子铁芯4相抵接。因第二段32和转子铁芯4在配合面处堵住了过渡通道8，冷却油可以沿着出油通道9流动。同样的，冷却油在流动的过程中还会有一小部分残留在过渡通道8与转子铁芯4相接触的地方，进一步可以对转子铁芯4起到冷却和润滑的作用。

本实施例还提供了一种电机，其包括前述的电机油冷机构，该电机的其他各部分结构请参考现有技术，在此不再赘述。

参照图1-图4，本实施例还提供了一种电机油冷系统，包括油箱12、油泵14、热交换器17和前述的电机油冷机构。油泵14、热交换器17和油冷机构通过管路串联连接。

油箱12可以设置在电机外部，用于收集从定子绕组2上滴落的冷却油。同样地，油箱12也可以为电机的壳体，定子绕组2上的冷却油受重力作用直接滴落到电机的壳体上。本发明中的油箱12为电机壳体。

冷却油在油泵14的抽吸作用下，进入到油路通道，即冷却油首先进入进油通道7中，随后流入过渡通道8、出油通道9流到油路凹槽5中，在转子转动过程中，油路凹槽5内的冷却油一部分受重力作用滴落到定子绕组2的内表面，另外一部分冷却油通过抛甩的作用力从而喷到定子绕组2的内表面，增大冷却油与定子绕组2的接触面积，实现对定子绕组2的冷却作用。

进一步地，热交换器17的进油侧设置有过滤器。过滤器包括吸油过滤器13和回油过滤器15。其中，吸油过滤器13用于过滤管路内的大颗粒杂质和异物，吸油过滤器13可以为滤网或其他可以达到粗过滤的装置。回油过滤器15则用于过滤管路中的小颗粒杂质，可对管路内的冷却油进行精过滤的效果，其中，回油过滤器15可以为油滤或其他现有技术中可以达到精过滤的装置。

通过在热交换器17的进油侧设置吸油过滤器13和回油过滤器15，使得进入到热交换器17内的冷却油可以过滤变成高清洁度的冷却油，使得油液内的杂质能够及时排出。

本申请不对吸油过滤器13和回油过滤器15的位置作具体限定，以能对进入到转子轴3内之前的冷却油起到过滤效果即可。从而可以保证转子轴3的转动不受杂质干扰。

优选地，吸油过滤器13设置于油泵14的进油侧，回油过滤器15设置于油泵14的出油侧。

工作中，滴落到定子绕组2上的冷却油受重力作用会滴落到油箱12中。冷却油在油泵14的抽吸作用下，从油箱12经过吸油过滤器13进入到管路中，再流经回油过滤器15将冷却油精细过滤后进入到热交换器17中，热交换器17将冷却油冷却降温，然后送入转子轴3内，从而实现冷却油的循环工作。

冷却油在冷却定子绕组2之后，可以在重力的作用下汇入机壳底部，进入油泵14的进口。冷却油经过系统回路上的冷却和过滤部件，避免杂质和异物进入到定子绕组2内，减小油冷过程中破坏电气绝缘的可能性。

同样地，油冷系统还包括进口和出口，低温冷却液19进入到热交换器17内，高温冷却液18流出热交换器17，从而保证冷却油在循坏过程中的低温状态，进一步保证对定子绕组2的冷却效果，提高装置工作过程中的稳定性，大大的降低了定子绕组2线圈烧毁的风险。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种用于电机的油冷机构，所述电机包括转子轴(3)和定子绕组(2)，所述转子轴(3)包括在轴线上依次连接的第一段(31)、第二段(32)和第三段(33)，所述第一段(31)和所述第三段(33)的直径均小于所述第二段(32)的直径，其特征在于，

所述油冷机构包括开设于所述转子轴(3)内的油路通道，所述油路通道的进油口(6)设置在所述第一段(31)和/或所述第三段(33)的端面上；所述油路通道的出油口设置在所述第二段(32)的至少一个端面上。

2.如权利要求1所述的用于电机的油冷机构，其特征在于，所述出油口为开设在所述第二段(32)端部的油路凹槽(5)，所述油路凹槽(5)远离所述转子轴(3)转动轴线的一侧在冷却油的出油方向上逐渐远离所述转动轴线。

3.如权利要求2所述的用于电机的油冷机构，其特征在于，所述油路凹槽(5)远离所述转子轴(3)转动轴线的一侧为圆台的侧面。

4.如权利要求2所述的用于电机的油冷机构，其特征在于，所述油路通道包括进油通道(7)和出油通道(9)，所述出油通道(9)设置在所述第二段(32)内，所述进油通道(7)和所述出油口通过所述出油通道(9)相连通。

5.如权利要求4所述的用于电机的油冷机构，其特征在于，所述进油通道(7)与所述转子轴(3)同轴设置。

6.如权利要求4所述的用于电机的油冷机构，其特征在于，所述出油通道(9)沿所述转子轴(3)的轴线方向延伸，所述出油通道(9)和所述进油通道(7)之间通过过渡通道(8)连通。

7.如权利要求6所述的用于电机的油冷机构，其特征在于，所述过渡通道(8)沿所述转子轴(3)的径向方向延伸设置。

8.如权利要求7所述的用于电机的油冷机构，其特征在于，所述过渡通道(8)沿所述转子轴(3)的径向方向贯穿至所述转子轴(3)的外表面。

9.如权利要求6所述的用于电机的油冷机构，其特征在于，所述出油通道(9)贯穿所述第二段(32)。

10.如权利要求4所述的用于电机的油冷机构，其特征在于，所述出油通道(9)在所述转子轴(3)的周向间隔设置有多个。

11.如权利要求6所述的用于电机的油冷机构，其特征在于，所述过渡通道(8)在所述转子轴(3)的轴线方向间隔设有多个。

12.一种电机，其特征在于，采用如权利要求1-11中任一项所述的用于电机的油冷机构。

13.一种电机油冷系统，其特征在于，包括油泵(14)、热交换器(17)和如权利要求1-12中任一项所述的用于电机的油冷机构，所述油泵(14)、所述热交换器(17)和所述油冷机构通过管路串联连接。

14.根据权利要求13所述的一种电机油冷系统，其特征在于，所述热交换器(17)的进油侧设置有过滤器。

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