CN113162299B - 一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机，用于实现对定子端部绕组的旋转喷淋冷却，包括电机机壳、电机机壳前后端盖、定子铁芯、定子绕组、转子、转轴，所述电机机壳上设有进油口和通向电机机壳前后端盖的机壳油道；所述电机机壳前后端盖上分别设有油道，电机机壳前后端盖上的油道均与机壳油道相联通；所述电机机壳前后端盖上均设置有旋转喷淋装置。本发明利用液体从喷油环喷嘴喷出产生驱动力，带动喷油环旋转，实现对电机端部绕组的旋转喷淋冷却，既减小了对端部绕组的冲击，又提高了冷却油分布的均匀性，进而提高了电机的均温性和功率密度。
Description
技术领域
本发明属于电机冷却降温技术领域，更具体地，涉及一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机。
背景技术
随着新能源汽车驱动电机技术的不断发展，驱动电机越来越向高转矩密度、高功率密度的方向发展，这些都与电机的散热方式紧密相关，高效的散热能力可以提高电机的持续功率和持续扭矩。从电动汽车的直观表现来看，高效的散热能力提高了电机的爬坡能力、加速能力，降低了电机的重量，实现了铁心的轻量化，或者在电机有效质量不增加的情况下增加了额定功率和峰值功率；降低了动力总成的空间体积及重量，有效提高了驱动电机的功率密度，从而降低整车重量，提高整车性能以及效率。
中科院电器研究所的李烨、范涛(Ye L.,TaoF.,Wei S.,等.Experimentalresearch on the oil cooling of the end winding of the motor[Z],2016.)利用了玻璃纤维套分离定转子，对端部绕组进行浸油冷却，降低了电机绕组的温升，但是工艺上难度大，目前电机气隙尺寸较小难以添加分离装置隔离定转子；Tanguy Davin(DavinTanguy,PelléJulien,HarmandSouad,等.Experimental study of oil cooling systems forelectric motors[J].Applied Thermal Engineering,2015.)等人采用机壳固定喷嘴，对电机进行冷却，降低了电机绕组的温升提升了电机性能，但是电机端部绕组温度分布不均匀；Dong Hyun Lim(Lim Dong-Hyun,Kim Sung-Chul.Thermal performance of oil spraycooling system for in-wheel motor in electric vehicles[J].Applied ThermalEngineering,2014,63(2):577-587.)等人通过仿真和实验相结合的方式，研究了转子中空轴甩油冷却，极大的改进了电机的温升，同时电机温度分布均匀，但是中空轴加工成本高，且冷却油喷出速度过快对电机有冲击。
2016年BAESYSTEMS公司ENGBLOM，Daniel公开一种液冷电机发明，其依靠动密封设置有可相对定子绕组运动的喷油器，目的是避免定点喷油冷却造成的线圈侵蚀及喷雾冷却后油-空气混合物对油泵性能的不良影响，同时避免腐蚀损坏电机及局部过热。2017年蔚来汽车有限公司张诗香等人公开一种油冷电机实用新型，特点是转子铁芯周向分布若干内含导条的通槽，定子外壳油道中的部分油进入导条冷却转子，部分从朝向定子绕组的喷油孔喷出冷却定子绕组，其缺点是导条内存在风压，冷却油难以进入。
目前市场上油冷电机一是采用固定喷淋冷却，设置固定的喷淋油道和喷淋孔，对电机进行喷淋冷却；二是旋转喷淋冷却，采用中空轴设计，轴上开设出口孔，利用转子的旋转将冷却油甩出绕组或铁芯上。相比于固定喷淋，旋转喷淋冷却油分布更均匀，可以避免产生局部高温点。但是转子喷淋，转子的转速很高，冷却油甩出速度快，对端部绕组的冲击大，容易造成绕组变形和绝缘层脱落导致电机失效，且中空轴加工成本高昂。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机及具有该结构的油冷电机，其通过在电机前后端盖设置旋转喷淋环和动密封装置，利用冷却油从喷淋环喷嘴喷出的反作用力驱动喷淋环旋转，实现对电机端部绕组的旋转喷淋冷却。由于喷淋环的旋转由液体驱动，可以通过控制冷却油的流量和压力从而减小对电机的冲击，实现对电机的全面冷却。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机，用于实现对定子端部绕组的旋转喷淋冷却，包括电机机壳、电机机壳前后端盖、定子铁芯、定子绕组、转子、转轴，所述电机机壳上设有进油口和通向电机机壳前后端盖的机壳油道；所述电机机壳前后端盖上分别设有油道，电机机壳前后端盖上的油道均与机壳油道相联通。所述电机机壳前后端盖上均设置有旋转喷淋装置。
优选的，所述旋转喷淋装置包括旋转喷淋环和动密封装置；
所述动密封装置设置在电机机壳前后端盖上；
所述旋转喷淋环安装在动密封装置上，所述旋转喷淋环和电机机壳前后端盖以及动密封装置构成旋转喷淋油腔，旋转喷淋油腔与电机机壳前后端盖的油道相联通。
优选的，所述旋转喷淋环包括喷嘴和喷淋环，所述喷淋环安装在动密封装置上，喷嘴沿喷淋环周向均匀分布。
优选的，冷却油从机壳的进油口进入，流经机壳油道，进入电机机壳前后端盖的油道，到达旋转喷淋油腔，然后通过旋转喷淋环的喷嘴喷出，同时驱动旋转喷淋环旋转，实现对电机端部绕组的旋转喷淋冷却。
优选的，所述电机机壳前后端盖底部分别开设有前端盖出油口和后端盖出油口，冷却油完成对端部绕组的喷淋后，从出油口流出。
优选的，所述动密封装置为滚动轴承或者滑动轴承或者橡胶硅胶密封圈。
优选的，所述喷嘴形状为圆形或者矩形或者多边形。
优选的，所述喷嘴中心轴线对准电机端部绕组内侧中间位置。
优选的，所述喷嘴面积和小于机壳油道的截面积。
优选的，电机机壳前后端盖中，每个端盖上设置有两个动密封装置。
本发明的旋转喷淋装置(结构)利用液体从喷油环喷嘴喷出产生驱动力，带动喷油环旋转，实现对电机端部绕组的旋转喷淋冷却，既减小了对端部绕组的冲击，又提高了冷却油分布的均匀性，进而提高了电机的均温性和功率密度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的液体驱动旋转喷淋结构，其通过在电机前后端盖设置旋转喷淋环和动密封装置，利用冷却油从喷淋环喷嘴喷出的反作用力驱动喷淋环旋转，实现对电机端部绕组的旋转喷淋冷却。可以通过冷却油的流量和压力，控制喷淋环的旋转速度和喷淋速度，对电机的冲击较小，冷却更可靠全面；不需要加工复杂的中空轴，降低了电机的生产成本。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明一种液体驱动旋转喷淋结构及具有该结构的油冷电机的油冷电机剖面结构示意图；
图2为本发明一种液体驱动旋转喷淋结构及具有该结构的油冷电机的液体驱动旋转喷淋环结构示意图；
图3为本发明一种液体驱动旋转喷淋结构及具有该结构的油冷电机的液体驱动旋转喷淋环剖面结构示意图；
图4为本发明一种液体驱动旋转喷淋结构及具有该结构的油冷电机旋转喷淋油腔局部放大结构示意图；
图5为图1油冷电机剖面结构的剖面结构示意图；
其中：1-电机机壳，11-进油口，12-机壳油道，2-电机前端盖，21-前端盖油道，22-前端盖出油口，3-电机后端盖，31-后端盖油道，32-后端盖出油口，4-定子铁芯，5-定子绕组，6-转子，7-转轴，8-旋转喷淋环，81-旋转喷淋油腔，82-喷嘴，9-动密封装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机包括：电机机壳1、电机机壳1前后端盖即电机前端盖2和电机后端盖3、定子铁芯4、定子绕组5、转子6、转轴7，所述定子4设在机壳1内(过盈配合，键槽定位)，前端盖2和后端盖3设在电机机壳1两端(通过止口定位，螺栓连接)，前后端盖内有轴承，转子6设在转轴7上，转轴7穿设在前后端盖轴承内；所述电机机壳前后端盖上均设置有旋转喷淋装置。
所述旋转喷淋装置包括旋转喷淋环8和动密封装置9；
所述动密封装置9设置在电机机壳前后端盖上；
所述旋转喷淋环8安装在动密封装置上，所述旋转喷淋环8和电机机壳前后端盖以及动密封装置9构成旋转喷淋油腔，旋转喷淋油腔与电机机壳前后端盖的油道相联通。
所述旋转喷淋环8包括喷嘴和喷淋环，所述喷淋环安装在动密封装置上，喷嘴沿喷淋环周向均匀分布。
所述喷嘴形状为圆形或者矩形或者多边形。
所述喷嘴中心轴线对准电机端部绕组内侧中间位置。
所述喷嘴面积和小于机壳油道的截面积。
如图1、图4所示，所述电机机壳1上开设有进油口11和和通向电机机壳前后端盖的机壳油道12，冷却油通过进油口11进入机壳油道12；
所述电机前端盖2和电机后端盖3上分别设有前端盖油路21和后端盖油路31，各端盖油路与机壳油道12相连。
冷却油从机壳的进油口进入，流经机壳油道，进入电机机壳前后端盖的油道，到达旋转喷淋油腔，然后通过旋转喷淋环8的喷嘴喷出，同时驱动旋转喷淋环8旋转，实现对电机端部绕组的旋转喷淋冷却。
所述电机机壳前后端盖上均设置有动密封装置9，每个端盖上设置有两个动密封装置9，每个动密封装置9上均设置旋转喷淋环8.
所述动密封装置9为滚动轴承、滑动轴承、橡胶密封圈的一种。
作为优选的一种实施例，可以选择滚针轴承作为动密封装置。滚针轴承机械密封性能可靠，使用寿命长，无需经常维修，且能适应于电机使用过程中高温、低温、高速以及各种强腐蚀性介质、含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求。
结合图5，所述旋转喷淋环8、电机前端盖2、电机后端盖3以及动密封装置9构成旋转喷淋油腔81，旋转喷淋油腔81与电机前端盖2和电机后端盖3的端盖油路(21、31)相联通；冷却油从机壳1进油口进入，流经机壳油道12，进入后端端盖油道31，到达旋转喷淋油腔81，然后通过旋转喷淋环8的喷嘴82喷出，同时驱动旋转喷淋环8旋转，实现对电机端部绕组的旋转喷淋冷却，可以有效冷却电机发热最严重的绕组，进而提高驱动电机的使用寿命。电机前端盖2和电机后端盖3底部分别开设有前端盖出油口22和后端盖出油口32，冷却油完成对端部绕组的喷淋后，从出油口流出。
结合图2、图3，所述旋转喷淋环8上喷嘴82数量为6个，喷嘴沿喷淋环周向均匀分布；
所述旋转喷淋环喷嘴82形状为圆形。
作为优选的实施例，喷嘴可以选择圆形，六个喷嘴的喷嘴截面积之和为机壳油道截面积的一半。
结合图1、图5，所述旋转喷淋环喷嘴8中心轴线对准电机端部绕组内侧中间位置，冷却油喷淋到端部绕组后，在电机轴向分布更均匀。
使用时用油泵把冷却油从进油口11注入机壳，进入机壳后冷却油分两路通过机壳油道12流入电机机壳前后端盖油路，通过电机机壳前后端盖上的旋转喷淋环8喷淋到电机端部绕组，同时驱动喷淋环8旋转，实现对端部绕组的全面冷却，冷却定子绕组后的油通过电机机壳前后端盖的出油口排出。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机，用于实现对定子端部绕组的旋转喷淋冷却，包括电机机壳、电机机壳前后端盖、定子铁芯、定子绕组、转子、转轴，其特征在于，所述电机机壳上设有进油口和通向电机机壳前后端盖的机壳油道；所述电机机壳前后端盖上分别设有油道，电机机壳前后端盖上的油道均与机壳油道相联通；所述电机机壳前后端盖上均设置有旋转喷淋装置；
所述旋转喷淋装置包括旋转喷淋环和动密封装置；
所述动密封装置设置在电机机壳前后端盖上；
所述旋转喷淋环安装在动密封装置上，所述旋转喷淋环和电机机壳前后端盖以及动密封装置构成旋转喷淋油腔，旋转喷淋油腔与电机机壳前后端盖的油道相联通；冷却油从机壳的进油口进入，流经机壳油道，进入电机机壳前后端盖的油道，到达旋转喷淋油腔，然后通过旋转喷淋环的喷嘴喷出，同时驱动旋转喷淋环旋转，实现对电机端部绕组的旋转喷淋冷却；所述电机机壳前后端盖底部分别开设有前端盖出油口和后端盖出油口，冷却油完成对端部绕组的喷淋后，从出油口流出；
所述旋转喷淋环包括喷嘴和喷淋环，所述喷淋环安装在动密封装置上；
所述动密封装置为滚针轴承。
2.根据权利要求1所述的一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机，其特征在于，喷嘴沿喷淋环周向均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机，其特征在于，所述喷嘴形状为圆形或者多边形。
4.根据权利要求3所述的一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机，其特征在于，所述喷嘴中心轴线对准电机端部绕组内侧中间位置。
5.根据权利要求4所述的一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机，其特征在于，所述喷嘴面积和小于机壳油道的截面积。
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种具有液体驱动旋转喷淋结构的油冷电机，其特征在于，电机机壳前后端盖中，每个端盖上设置有两个动密封装置。
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| 改进的径向及盘式结构电机冷却装置;王巍等;信息技术;20130625(第06期);第16-17页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113162299A (zh) | 2021-07-23 |
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