CN114123614A - 一种集成有冷却结构的内转子电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成有冷却结构的内转子电机，属于电机冷却技术领域，其中：后端盖上设置有进油口；定子的端部与后端盖之间设置有分油套，其上设置有分油孔；分油套与机壳形成与后端空腔和进油口均连通的分油腔；定子和转子之间设置有隔油套；隔油套与定子的槽口形成沿轴向且与前、后端空腔连通的槽口油道；前、后端盖上分别设置有环绕转轴且与前、后端空腔分别连通的前轴承油道和后轴承油道；机壳上设置有与前、后轴承油道均连通的机壳油道；后端盖上还设置有与后轴承油道连通的出油口；定子轭部进一步设置有轴向开槽，与机壳形成轭部油道。本发明能够同时实现对绕组端部、槽内绕组以及轴承的冷却，有效提高内转子电机的功率密度。

Description

一种集成有冷却结构的内转子电机

技术领域

本发明属于电机冷却技术领域，更具体地，涉及一种集成有冷却结构的内转子电机。

背景技术

高功率密度电机广泛应用于电动汽车、航空启发电机等对电机体积和重量有严格要求的场合。内转子电机结构简单，技术成熟，易实现高功率密度，内转子电机包括由内向外同轴设置的转轴、转子、定子和机壳，以及位于所述机壳前、后两端的前端盖和后端盖；所述定子的两个端部与所述前端盖和所述后端盖之间分别存在前端空腔和后端空腔，用于放置绕组端部；转子外表面表贴有磁钢，转轴两端靠近前端盖和后端的位置处分别设置有轴承，转轴前端与外部负载连接。这类高功率密度电机由于具有较高的电磁负荷，单位体积的损耗很大，产生的热量多，且电机本身散热面积小，散热困难，若只依靠自然冷却，将会造成电机温升过大，导致磁钢退磁甚至绕组烧毁等严重后果，因此电机的冷却至关重要，其严重制约了电机功率密度的提高。为解决此问题，常采用水冷或油冷对电机进行冷却。

水冷方式采用水作为冷却介质，可同时冷却电机定转子，并且冷却效果较好，但由于水可导电，只能通过间接传热方式冷却电机，且水冷方式对电机绝缘性能要求很高，极大地增加了制造难度。相比于水冷方式，油冷方式中冷却油可以与电机发热部件表面直接接触，通过喷射或浇淋的方式，冷却油可以直接带走发热部件的热量，特别是可以有效冷却电机端部绕组，对于电机内部冷却油道的设计更加灵活，降低了加工难度，因此得到了广泛的使用。

在申请公布号为CN 109713830 A的专利申请文件中，公开了一种电机冷却壳体和冷却电机，其中电机冷却壳体，包括壳体，壳体内部设有多条冷却流道和主动振动元件，多条冷却流道沿壳体的圆周方向设置，主动振动元件用于通过振动来驱动冷却流道内的冷却液,主动振动元件连接有电源线且该电源线从壳体壁向外引出，所述电源线从壳体壁向外引出的位置密封设置，如图1所示。该技术方案使用主动振动元件减弱电机换热面冷却液的边界层，增大换热面的对流换热系数，对冷却流道的主流影响小；可以在不增加电机的冷却液流量、不改变电机冷却壳体、不影响电机压损等情况下，降低电机壁面与冷却液的对流换热热阻，增强电机冷却性能、降低电机温升。但是，该技术方案存在以下三个问题：(1)主动振动元件增加了冷却结构的复杂性，加大了施工制造难度，同时增加了电机重量，减小了电机功率密度；(2)仅在机壳设置流道，只能对绕组和定子进行间接冷却，无法对轴承进行冷却，冷却效果有限，限制了电机功率密度。

在申请公布号为CN 111756133 A的专利申请文件中，公开了一种电机冷却结构、电机、汽车，其中电机冷却结构，包括电机机壳，机壳上构造有轴向油道，轴向油道与外部冷却油供应部件流路连通，且轴向油道的至少轴向一端设置有喷油件，喷油件能够将所述轴向油道中的冷却油同时引导至定子线圈的轴向端部以及电机端盖上具有的轴承室内，如图2所示。该技术方案能够对电机机壳内的定子线圈以及电机端盖轴承室中的轴承进行高效冷却，冷却结构设计及制作简单、冷却效果好。但是，该技术方案存在以下两个问题：(1)额外的喷油件增加了结构复杂性，加大了制造难度，并增加了电机重量，同时降低了电机可靠性；(2)仅能对绕组端部冷却，无法冷却槽内绕组、定子及转子，易造成绕组温升过高，限制了电机功率密度。

总体而言，现有的针对内转子电机进行冷却的技术方案中，需要增加额外的组件，增加了电机的结构复杂性；对绕组的冷却效果有限，并且不能对轴承进行冷却，而由于电机旋转产生的热量以及磁钢损耗传递的热量积累在轴承内，且轴承结构不易散热，易导致轴承过热，从而造成寿命减少甚至损坏。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种集成有冷却结构的内转子电机，其目的在于，有效解决内转子电机中绕组及轴承冷却的问题，有效提高内转子电机的功率密度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种集成有冷却结构的内转子电机，包括：由内向外同轴设置的转轴、转子、定子和机壳，以及位于机壳前、后两端的前端盖和后端盖，定子的两个端部与前、后端盖之间分别存在前端空腔和后端空腔；其中：

后端盖上设置有进油口；

定子的端部与后端盖之间设置有分油套，其上设置有分油孔；分油套与机壳形成与后端空腔和进油口均连通的分油腔；

定子和转子之间设置有隔油套；隔油套与定子的槽口形成沿轴向且与前、后端空腔均连通的槽口油道；

前、后端盖上分别设置有环绕转轴且与前、后端空腔分别连通的前轴承油道和后轴承油道；

机壳上设置有与前轴承油道和后轴承油道均连通的机壳油道；

后端盖上还设置有与后轴承油道连通的出油口。

冷却时，绝缘冷却介质从后端盖上的进油口注入分油套与机壳形成的分油腔中，经设置于分油套上的分油孔分配到绕组端部，经过分油孔，冷却介质直接流过端部绕组，带走大量热量，实现对绕组后端端部的冷却；继而经过槽口油道冷却槽内绕组，进入电机前端端部绕组空间，即前端空腔，实现对绕组前端端部的冷却；冷却介质进一步流入前端盖上的前轴承油道，可对前轴承进行冷却，之后汇总到设置于机壳上的机壳油道，经机壳油道和后端空腔流入后轴承油道，实现对后轴承的冷却；冷却介质最终经后端盖上的出油口流出。

进一步地，定子的轭部设置有轴向开槽；轴向开槽与机壳形成与前、后端空腔均连通的轭部油道。

进一步地，定子的轭部设置的轴向开槽有多个，且均匀分布于轭部的外圆周面上。

进一步地，定子的轭部设置的轴向开槽的数量与定子的槽数相等，且轴向开槽位于每个定子齿的中心线上。

进一步地，前轴承油道为设置于前端盖上且环绕转轴的镂空结构，后轴承油道为设置于后端盖上且环绕转轴的镂空结构。

进一步地，分油孔设置有多个，且均匀分布在分油套上。

进一步地，机壳一侧为凸起结构，且机壳油道设置于凸起结构内。

进一步地，转子的两端与前端盖、后端盖之间所形成的两个空腔大小不同。

进一步地，转子采用轮辐式支撑。

进一步地，转轴为空心轴。

进一步地，转子表面的表贴式磁钢由碳纤维护套防护。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明所提供的集成有冷却结构的内转子电机，其中设置有分油腔、槽口油道和轴承油道，经过分油腔和槽口油道，绝缘冷却介质能够与绕组前端端部、槽内绕组以及绕组后端端部直接接触，有效实现绕组端部和槽内绕组的冷却，解决了绕组冷却效果有限的问题；经过前、后端盖上设置的前轴承油道和后轴承油道，绝缘冷却介质可对轴承进行冷却，有效降低轴承温度，解决了电机轴承温升过高的问题。总体而言，本发明能够同时实现对绕组端部、槽内绕组以及轴承的冷却，有效提高内转子电机的功率密度。

(2)本发明所提供的集成有冷却结构的内转子电机，冷却结构高度集成于电机内部，且进、出油口在同一侧，无需外加冷却装置，即可同时冷却定子、绕组和轴承，避免了增加结构复杂性。

(3)本发明进一步设置轭部油道，使得冷却时，流过绕组后端端部的冷却介质在流入槽口油道的同时，还有一部分会流入轭部油道，实现对定子轭部的冷却；在其优选方案中，轭部油道设置有多个，且均匀分布，能够实现对定子轭部的均匀冷却。

(4)本发明中，由于转子两端与前、后端盖之间的形成的两个空腔大小不同，在电机转子的旋转作用下，会产生一定风量加强转子对流换热效果，形成内循环风，实现对转子的散热。

附图说明

图1为现有的采用水套冷却的电机结构示意图；

图2为现有的采用喷油冷却的电机结构示意图；

图3为本发明实施例提供的集成有冷却结构的内转子电机三维结构示意图；

图4为本发明实施例提供的定子油冷示意图；

图5为本发明实施例提供的转子风冷示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：

1-转轴；

2-转子；

21-磁钢；

3-定子；

31-定子轭部，32-绕组；

4-机壳；

5-前端盖；

6-后端盖；

71-进油口，72-分油套，73-隔油套，74-槽口油道，75-前轴承油道，76-后轴承油道，77-机壳油道，78-出油口，79-轭部油道。

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。

在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

为了有效解决内转子电机中绕组及轴承冷却的问题，有效提高内转子电机的功率密度，本发明提供的集成有冷却结构的内转子电机，如图3、图4和图5所示，包括：由内向外同轴设置的转轴1、转子2、定子3和机壳4，以及位于机壳前、后两端的前端盖5和后端盖6；定子3的两个端部与前端盖5、后端盖6之间分别存在前端空腔和后端空腔；转子2的表面表贴有磁钢21，定子包括定子轭部31和设置于定子槽内的绕组32；为了结构轻量化，转子2采用轮辐式支撑，转轴1采用空心轴方案，转子表贴式磁钢21采用高强度碳纤维护套防护，并施加预紧力，尽量减小护套所占据的气隙长度；

其中：

后端盖6上设置有进油口71；

定子3的端部与后端盖6之间设置有分油套72，其上设置有分油孔；分油套72与机壳4形成与后端空腔和进油口71均连通的分油腔；

定子3和转子2之间设置有隔油套73；隔油套73与定子3的槽口形成沿轴向且与前、后端空腔均连通的槽口油道74；

前端盖5和后端盖6上分别设置有环绕转轴1且与前、后端空腔分别连通的前轴承油道75和后轴承油道76；

机壳4上设置有与前轴承油道75、后轴承油道76均连通的机壳油道77；

后端盖6上还设置有与后轴承油道76连通的出油口78；

本实施例中，定子3的轭部31设置有轴向开槽；轴向开槽与机壳4形成轭部油道79；轭部油道79与前、后端空腔均连通；

冷却时，绝缘冷却介质从后端盖6上的进油口71注入分油套72与机壳4形成的分油腔中，经设置于分油套72上的分油孔分配到绕组32端部，经过分油孔，冷却介质直接流过端部绕组，带走大量热量，实现对绕组后端端部的冷却；继而经过槽口油道73冷却槽内绕组，进入电机前端端部绕组空间，实现对绕组前端端部的冷却；冷却介质进一步流入前端盖5上的前轴承油道75，可对前轴承进行冷却，之后汇总到设置于机壳4上的机壳油道77，经机壳油道77流入后轴承油道76，实现对后轴承的冷却；冷却介质最终经后端盖6上的出油口78流出；

可选地，本实施例中，所使用的绝缘冷却介质具体是冷却油；由于经过分油腔和槽口油道73，冷却油能够与绕组前端端部、槽内绕组以及绕组后端端部直接接触，有效实现绕组端部和槽内绕组的冷却，解决了绕组冷却效果有限的问题；经过前、后端盖上设置的前轴承油道75和后轴承油道76，冷却油可对轴承进行冷却，有效降低轴承温度，解决了电机轴承温升过高的问题；此外，经过分油腔和轭部油道79，流过绕组后端端部的冷却油在流入槽口油道74的同时，还有一部分会流入轭部油道79，实现对定子轭部31的冷却；

总体而言，本实施例能够同时实现对绕组端部、槽内绕组以及轴承的冷却，有效提高内转子电机的功率密度；冷却结构高度集成于电机内部，进出油口在同一侧，无需外加冷却装置，即可同时冷却定子、绕组和轴承，并对电机端盖、机壳、定子等进行部分镂空处理，保证冷却效果的同时降低了电机重量，有效提升了电机功率密度。

为了使冷却油在槽口油道74中均匀分配，作为一种优选的实施方式，本实施例中，分油孔设置有多个，且均匀分布在分油套72上。

为了在不影响电机正常工作的情况下，实现对定子轭部的均匀冷却，作为一种优选地实施方式，本实施例中，定子的轭部31设置的轴向开槽有多个，且均匀分布于轭部的外圆周面上；具体地，轴向开槽的数量与定子的槽数相等，且轴向开槽位于每个定子齿的中心线上，由此能够均匀冷却定子轭部。

可选地，本实施例中，前轴承油道75为设置于前端盖5上且环绕转轴1的镂空结构，后轴承油道76为设置于后端盖6上且环绕转轴1的镂空结构。

为了便于加工机壳油道77，作为一种优选的实施方式，本实施例中，机壳4的一侧为凸起结构，且机壳油道77设置于凸起结构内；

为了在对绕组和轴承冷却的同时，实现对转子的冷却，可选地，本实施例中，转子的两端与前端盖、后端盖之间所形成的两个空腔大小不同；如图5所示，由于转子前、后的两个空腔大小不同，在电机转子的旋转作用下，会产生一定风量加强转子对流换热效果，形成内循环风，实现对转子的散热；本实施例中，前端盖5和后端盖6上设置有散热筋，有利于转子热量的散出。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成有冷却结构的内转子电机，包括：由内向外同轴设置的转轴、转子、定子和机壳，以及位于所述机壳前、后两端的前端盖和后端盖，所述定子的两个端部与前、后端盖之间分别存在前端空腔和后端空腔；其特征在于：

所述后端盖上设置有进油口；

所述定子的端部与所述后端盖之间设置有分油套，其上设置有分油孔；所述分油套与所述机壳形成与所述后端空腔和所述进油口均连通的分油腔；

所述定子和所述转子之间设置有隔油套；所述隔油套与所述定子的槽口形成沿轴向且与前、后端空腔均连通的槽口油道；

前、后端盖上分别设置有环绕所述转轴且与前、后端空腔分别连通的前轴承油道和后轴承油道；

所述机壳上设置有与前轴承油道和后轴承油道均连通的机壳油道；

所述后端盖上还设置有与所述后轴承油道连通的出油口。

2.如权利要求1所述的集成有冷却结构的内转子电机，其特征在于，所述定子的轭部设置有轴向开槽；所述轴向开槽与所述机壳形成与前、后端空腔均连通的轭部油道。

3.如权利要求2所述的集成有冷却结构的内转子电机，其特征在于，所述定子的轭部设置的轴向开槽有多个，且均匀分布于所述轭部的外圆周面上。

4.如权利要求3所述的集成有冷却结构的内转子电机，其特征在于，所述定子的轭部设置的轴向开槽的数量与所述定子的槽数相等，且所述轴向开槽位于每个齿的中心线上。

5.如权利要求1～4任一项所述的集成有冷却结构的内转子电机，其特征在于，所述前轴承油道为设置于所述前端盖上且环绕所述转轴的镂空结构，所述后轴承油道为设置于所述后端盖上且环绕所述转轴的镂空结构。

6.如权利要求1～4任一项所述的集成有冷却结构的内转子电机，其特征在于，所述分油孔设置有多个，且均匀分布在所述分油套上。

7.如权利要求1～4任一项所述的集成有冷却结构的内转子电机，其特征在于，所述机壳一侧为凸起结构，且所述机壳油道设置于所述凸起结构内。

8.如权利要求1～4任一项所述的集成有冷却结构的内转子电机，其特征在于，所述转子的两端与前端盖、后端盖之间所形成的两个空腔大小不同。

9.如权利要求1～4任一项所述的集成有冷却结构的内转子电机，其特征在于，所述转子采用轮辐式支撑，所述转轴为空心轴。

10.如权利要求9所述的集成有冷却结构的内转子电机，其特征在于，所述转子表面的表贴式磁钢由碳纤维护套防护。

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