CN113595313A - 一种具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机 - Google Patents

一种具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，包括壳体、转轴、定子和转子，定子包括定子铁心和定子绕组，转子包括转子铁心和转子绕组，壳体内腔的两端为电机腔体，定子绕组和转子绕组均位于电机腔体内；壳体中部内径与定子铁心外径相配合，该部分壳体内侧壁开设有凹槽，凹槽与定子铁心外侧壁围成油路；壳体两端内径大于定子铁心外径，该部分壳体内侧壁与定子铁心外侧壁之间存在间隙，间隙分别与油路和电机腔体连通；壳体顶部设有进油口，底部设有出油口，进油口与油路连通，所述出油口分别与油路、间隙和电机腔体连通。本发明的油冷电机中，冷却油在油路中经间隙进入电机腔体，对定子铁心、绕组端部、转子铁心进行冷却。

Description

一种具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机
技术领域
本发明涉及一种具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，属于电机冷却技术领域。
背景技术
电机在运行时会产生损耗，这部分损耗将转化为热能引起电机温度上升，会使得电机材料氧化速度加快、绕组电阻率变大，并且严重降低绕组绝缘材料的寿命。因此高效的冷却技术是保障电机安全、可靠运行的关键技术之一。
循油冷却对电机结构变动较小、加工方便、对油路负荷要求低。但现有循油冷却电机中转子铁心和转子绕组的热量通过空气传导到定子铁心和壳体，然后再传给油路，或者通过气隙将热量传送到定子铁心齿部，然后经轭部传送到冷却油；而定子绕组端部由于热量先传到绕组有效部分，经定子铁心再传给冷却油，传热过程中路径长、导热体截面小，转子部件和定子绕组的传热都属于间接传热，传热过程中热阻较大、冷却效果不佳。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种对定子绕组端部、转子绕组与转子铁心冷却效果好的油冷电机。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，包括壳体、转轴、固定于壳体内侧中部的定子和固定于转轴上的转子，所述定子包括定子铁心和定子绕组，所述转子包括转子铁心和转子绕组，所述壳体内腔为电机腔体，所述定子绕组和转子绕组均位于电机腔体内；
所述壳体中部内径与定子铁心外径相配合，该部分壳体内侧壁开设有凹槽，凹槽与定子铁心外侧壁围成油路；壳体两端内径大于定子铁心外径，该部分壳体内侧壁与定子铁心外侧壁之间存在间隙，间隙分别与油路和电机腔体连通；所述壳体顶部设有进油口，底部设有出油口，所述进油口与油路连通，所述出油口分别与油路、间隙和电机腔体连通。
对上述技术方案的进一步设计为：所述壳体内侧设有止口，所述定子铁心一端端面抵在止口上，所述止口由若干段呈环状分布的分止口构成，相邻分止口之间形成通道，所述间隙与电机腔体之间通过通道连通。
位于环状上半部分的分止口弧度小于位于环状下半部分的分止口弧度，且位于环状上半部分的分止口数量大于位于环状下半部分的分止口数量。
所述止口与定子铁心接触的一侧端面与壳体内侧壁之间为直角拐角，止口另一侧端面与壳体内侧壁之间为圆弧拐角。
所述进油口位于壳体顶部的中心位置，所述油路对称设置于进油口两侧。
所述出油口设有两个，且沿进油口对称设置于壳体底部的两端。
所述壳体底部设有回油槽，所述回油槽与两出油口连通，回油槽底部设有回油口。
所述壳体与定子铁心相配合部分的内径与定子铁心外径过盈配合。
所述壳体内径大于定子铁心外径部分的壳体内径比定子铁心外径大0.3mm~1 mm。
所述壳体两端分别连接有法兰盘和端盖，所述转轴分别通过一轴承与法兰盘和端盖转动连接。
本发明技术方案与现有技术相比具有的有益效果为：
本发明的电机壳体存在两种尺寸的内径，其中与定子铁心接触的部位的内径与定子铁心过盈配合，保证定子铁心与壳体密切接触，使得油在油路流动时不干扰旁路油路，同时固定定子铁心；位于定子铁心两端的内径略大于定子铁心外径，使得壳体与定子铁心两端之间存在间隙，油可以从循油油路最外侧喷出，接触到定子绕组端部进行冷却；电机运行中，从循油油路最外侧喷出的油被转子部件撞击、溅射，进而实现了对转子绕组与转子铁心的冷却。
本发明中止口采用分段结构，使循油油路最外侧喷出的油能够进入电机两端的电机腔体内，使得止口侧的绕组端部也能冷却。止口背对定子铁心的端面采用圆弧拐角，提高止口机械强度的同时，还可以在电机装配时分散止口与壳体接触面间的应力。
综上，该结构不仅使原有的循油冷却效果进一步提升，增强了对于绕组端部的冷却效果，还保持了原有的止口作用、维持电机正常装配。
附图说明
图1是本发明实施例电机的轴向剖视图；
图2是本发明实施例电机的径向剖视图；
图3是壳体三维结构图；
图4是油路流体域图；
图5是止口结构示意图；
图6是壳体与定子铁心之间间隙示意图；
图7是回油槽三维结构图。
图中：1-定子铁心、2-转子铁心、3-定子绕组、4-转子绕组、5-轴承、6-法兰盘、7-壳体、8-端盖、9-转轴、10-进油口、11-止口、12-回油槽、13-回油口、14-油路、15-循油油路进口、16-循油油路喷油端、17-出油口、18-电机腔体、19-凹槽、20-间隙，71-第一壳体内径、72-第二壳体内径。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，本实施例的具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，包括壳体7、为与壳体轴部的转轴9、固定于壳体7内侧中部的定子和固定于转轴9上且位于定子内侧的转子，壳体两端分别固定有端盖8和法兰盘6，转轴9一端穿过法兰盘6进入壳体内，且分别通过轴承5与端盖8和法兰盘6转动连接。定子包括定子铁心1和固定在定子铁心1两端的定子绕组3，转子包括转子铁心2和固定在转子铁心2两端的转子绕组4。
壳体7内侧中部与定子铁心1固定连接，壳体内部形成电机腔体18，定子绕组3和转子绕组4均设置于电机腔体18内。
结合图5所示，本实施例中壳体7的内径包含两种尺寸，即第一壳体内径71和第二壳体内径72。
壳体7中部为第二壳体内径72，该部分内径的轴向位置在定子铁心1外侧壁覆盖范围内，该部分壳体内侧壁与定子铁心1外侧壁直接接触，且该部分壳体内径与定子铁心1外径过盈配合，用于电机的稳定装配。该部分壳体7的内侧壁开设有凹槽19，凹槽19与定子铁心1外侧壁之间围成油路14，如图4所示，壳体7的第二壳体内径72起到固定定子铁心1以及隔开油路14中油的作用。
壳体7两端为第一壳体内径71，该部分内径位于油路14轴向两端，该部分内径大于定子铁心1的外径，且大于定子铁心1外径0.3mm~1mm，则壳体7该部分内侧壁与定子铁心1外侧壁不接触，且该部分壳体7内侧壁与定子铁心1两端的外侧壁之间形成间隙20，如图6所示，间隙20与油路14最外端连通。
结合图2和图3所示，壳体7顶部设有进油口10，底部设有出油口17，进油口10与油路14连通，出油口17分别与油路14、间隙20和电机腔体18连通。油路14内从进油口10通入冷却油后，当油流动至油路14最外端时，由于有间隙20的存在，会使得油从间隙20中喷出。
从靠近端盖8一端的间隙20中喷出的油可以进入该端的电机腔体18；但为了在电机装配时起到定位的作用，同时克服电机运行中的轴向力，在壳体7内侧靠近法兰盘6一端设有止口11，定子铁心1一端端面抵在止口11上，该止口11会堵塞从该端间隙20中喷出的油进入该端电机腔体18，因此本实施例的止口11采用了分段式结构，由呈环状分布的若干段分止口构成，相邻分止口之间形成通道，靠近法兰盘6一端间隙20与该端电机腔体18之间通过通道连通，从间隙20中喷出的油会直接进入电机腔体18，接触到绕组端部，克服了循油冷却对绕组端部冷却不佳的缺陷。
从间隙20喷入电机腔体18的油冷却绕组端部后，受重力作用下落接触到旋转中的转子绕组4，在对转子绕组4进行冷却的同时又被转子绕组搅动并溅射，进而分布在整个电机腔体中，可以对循油冷却无法接触的发热源进行冷却。油受重力作用继续下落至出油口17。
本实施例中，止口11分段式结构分为环状上半部分和下半部分，位于环状上半部分的分止口弧度小于位于环状下半部分的分止口弧度，且位于环状上半部分的分止口数量大于位于环状下半部分的分止口数量，本实施例为实现油喷出、下落的过程，因此上半部分分止口为多段结构，每隔一定距离设有一个小段止口；由于油受重力作用下落以及转子的搅油作用，电机下半部分无需再通过间隙喷出，因此下半部分为一个大段止口，弧度较大，维持止口原有的作用。
由于止口从原有的圆环结构变成了分段式结构，接触面变小，导致所受压力变大、强度变小。鉴于定子绕组3端部较长，定子铁心1两端与法兰盘6和端盖8之间有足够的轴向距离，因此本实施例对止口11轴向长度进行延伸，保障止口与壳体有足够的机械强度；本实施例中止口11与定子铁心1接触的一侧端面与壳体7内侧壁之间为直角拐角，止口11另一侧端面与壳体7内侧壁之间为圆弧拐角，在提高止口11机械强度的同时，还可以在电机装配时分散止口11与壳体接触面间的应力。
本实施例中壳体7采用铝/铝合金材料，具有比定子铁心1更高的热膨胀系数，当电机温度继续升高时，会使得壳体7与定子铁心1的间隙20继续增大，从中喷出的油更多，进一步提高了冷却能力，从而抑制了温升。
如图3所示，本实施例中油路14由凹槽和定子铁心围成，位于壳体7的内侧，定子铁心1的外围，油路14顶部设有油路进口15，壳体7顶部的进油口10对应于油路进口15，结合图4所示，油路14最外侧为循油油路喷油端16，油从该端面喷出进入电机腔体。油路14由十段沿壳体7周向设置的半圆环形凹槽连接而成，油路14沿油路进口1所在轴向截面以及油路进口1所在径向截面对称分布。冷却油从顶部油路进口15进入油路14后经中部的两段凹槽分成两路，并流动到壳体底部底部，每一路冷却油分别向两侧继续分成两路流动回壳体顶部，四路冷却油继续沿凹槽流动至壳体底部，由于油路14没有开设专门的回油口，因此油全部从循油油路喷油端16喷出。位于油路最外端的两凹槽分别与两端的间隙20连通。
如图7所示，壳体7底部设有回油槽12，回油槽12与两出油口17连通，回油槽12底部设有回油口13；油路14、间隙20以及电机腔体18内的油经出油口17进入回油槽12，最后由泵（本实施例中未示出）从回油口13中抽走，经过气液分离、过滤、散热后再次送入进油口10，重新回到油路14中，形成循环油路。
本发明的技术方案不局限于上述实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，包括壳体、转轴、固定于壳体内侧中部的定子和固定于转轴上的转子，所述定子包括定子铁心和定子绕组，所述转子包括转子铁心和转子绕组，所述壳体内腔为电机腔体，所述定子绕组和转子绕组均位于电机腔体内；其特征在于：所述壳体中部内径与定子铁心外径相配合，该部分壳体内侧壁开设有凹槽，凹槽与定子铁心外侧壁围成油路；壳体两端内径大于定子铁心外径，该部分壳体内侧壁与定子铁心外侧壁之间存在间隙，间隙分别与油路和电机腔体连通；所述壳体顶部设有进油口，底部设有出油口，所述进油口与油路连通，所述出油口分别与油路、间隙和电机腔体连通。
2.根据权利要求1所述具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，其特征在于：所述壳体内侧设有止口，所述定子铁心一端端面抵在止口上，所述止口由呈环状分布的若干段分止口构成，相邻分止口之间形成通道，所述间隙与电机腔体之间通过通道连通。
3.根据权利要求2所述具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，其特征在于：位于环状上半部分的分止口弧度小于位于环状下半部分的分止口弧度，且位于环状上半部分的分止口数量大于位于环状下半部分的分止口数量。
4.根据权利要求3所述具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，其特征在于：所述止口与定子铁心接触的一侧端面与壳体内侧壁之间为直角拐角，止口另一侧端面与壳体内侧壁之间为圆弧拐角。
5.根据权利要求1所述具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，其特征在于：所述进油口位于壳体顶部的中心位置，所述油路对称设置于进油口两侧。
6.根据权利要求5所述具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，其特征在于：所述出油口设有两个，且沿进油口对称设置于壳体底部的两端。
7.根据权利要求6所述具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，其特征在于：所述壳体底部设有回油槽，所述回油槽与两出油口连通，回油槽底部设有回油口。
8.根据权利要求1所述具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，其特征在于：所述壳体与定子铁心相配合部分的内径与定子铁心外径过盈配合。
9.根据权利要求8所述具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，其特征在于：所述壳体内径大于定子铁心外径部分的壳体内径比定子铁心外径大0.3mm~1 mm。
10.根据权利要求1所述具有绕组端部高效冷却能力的油冷电机，其特征在于：所述壳体两端分别连接有法兰盘和端盖，所述转轴分别通过一轴承与法兰盘和端盖转动连接。
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