CN114629297A - 一种液冷电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液冷电机。具体包括：机壳，包括筒状的机壳壳体以及前端盖和后端盖；转子和定子；机壳壳体的上侧部分内开设有轴向延伸的机壳顶部导油槽，机壳壳体的上侧部分的内壁面上还开设有与所述机壳顶部导油槽连通的喷嘴，喷嘴朝向绕组端部；机壳壳体的下侧部分内开设有轴向延伸的机壳底部导油槽，机壳壳体的下侧部分的内壁面上还开设有与所述机壳底部导油槽连通的机壳底部集油口；前、后端盖中的其中一个上设有连通机壳顶部导油槽以及机壳底部导油槽的端盖油道，端盖油道上串接有电子油泵；转轴上在与绕组端部轴向对应的位置处固定安装有转子导油环。本发明的液冷电机能够使机壳内部散热更加均匀，降温效果更好。

Description

一种液冷电机

技术领域

本发明涉及一种液冷电机。

背景技术

随着新能源汽车行业的快速发展，驱动电机作为新能源汽车动力系统的心脏，其空间体积、重量等要求越来越小，对于驱动电机则要求功率密度越来越高。但现有动力总成的驱动电机大多采用机壳水冷永磁电机，其散热路径为“定子绕组——定子铁芯——机壳——冷却液”，主要依靠机壳水道里流动的冷却液来带走电机产生的热量。由于机壳水冷电机中冷却液无法与电机内发热部位（定子绕组、铁芯等）直接接触，属于间接散热方式，对于短时间大功率大扭矩运行的电机来说，电机内部的发热不能得到及时的冷却，从而造成电机绕组铁芯温度较高，严重影响了电机的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液冷电机，用以解决现有的驱动电机散热效果差，影响使用性能的问题。

本发明的液冷电机包括：

机壳，包括筒状的机壳壳体以及密封安装在机壳壳体的两端开口处的前端盖和后端盖；

转子，包括转轴，转轴通过轴承转动安装在机壳内；

定子，包括定子铁芯和绕组；

机壳壳体的上侧部分内开设有轴向延伸的机壳顶部导油槽，机壳壳体的上侧部分的内壁面上还开设有与所述机壳顶部导油槽连通的喷嘴，喷嘴朝向绕组端部，用于朝向绕组端部喷淋冷却油；

机壳壳体的下侧部分内开设有轴向延伸的机壳底部导油槽，机壳壳体的下侧部分的内壁面上还开设有与所述机壳底部导油槽连通的机壳底部集油口，以用于收集机壳内腔中的冷却油；

前、后端盖中的其中一个上设有连通机壳顶部导油槽以及机壳底部导油槽的端盖油道，端盖油道上串接有电子油泵；

转轴上在与绕组端部轴向对应的位置处固定安装有转子导油环，以将滴落到其上的冷却油倾斜甩出。

本发明的液冷电机在机壳内布置冷却油流道，冷却油流道通过机壳壳体上侧的喷嘴以及下侧的集油口与机壳内腔连通，并形成循环流动回路，能够对电机内部的定子绕组、定子铁芯等发热部件直接接触，将其热量带走，起到较高的散热降温效果，而且，转子导油环的设置使得机壳内腔中从上向下喷流的冷却油能够被斜向甩出，有助于冷却油溅射到端盖、轴承等其他内部部件上去，对冷却油进行了分散，扩大了冷却油的冷却面积，能够使机壳内部散热更加均匀，降温效果更好。

进一步的，所述转子导油环具有外锥面段，且通过外锥面的引导在旋转时将冷却油倾斜甩出。通过外锥面段来引导冷却油倾斜甩出，结构简单，便于实现，而且也比较容易保证转子的动平衡，降低电机的制造成本。

更进一步的，所述转子导油环有两个，且分别与两绕组端部轴向对应，所述转子导油环还包括处于外锥面段端部的圆柱面段，两个转子导油环的外锥面段相背设置，且外锥面段在相背方向上直径逐渐增大。这样的结构设置能够分别将滴落到转子导油环上的冷却油斜向前后端盖甩出，便于其向端盖和前后轴承处流动，以降低机壳内其他发热部件的温度。

更进一步的，两个转子导油环的相背端之间的距离小于绕组的两端面之间的距离。这样经转子导油环甩出的冷却油有一部分能够再次被甩到绕组上对绕组进行散热，而且这样设置能够使转子导油环与前后端盖之间的距离较远，以满足转子导油环能够将冷却油甩出更远的距离，使冷却油更加分散进而覆盖机壳的面积更大，散热效果更好。

作为一种优化的方案，前、后端盖上分别设有前、后轴承室以用于固定安装转动支撑转轴两端的前、后轴承，前、后轴承室的室壁上分别开设有上下贯通的冷却油道，以供冷却油从上向下流过前、后轴承，以对轴承进行冷却。这样能够便于冷却油流入轴承内，便于对轴承散热。

作为另一种优化的方案，所述喷嘴包括开设于机壳壳体内壁上的储油槽以及安装在储油槽的槽口处的喷油环，喷油环上设有若干喷油孔，储油槽的槽口朝内，槽底通过流道与机壳顶部导油槽联通。喷油槽和喷油环可以将电子油泵压过来的冷却油集中起来，并通过喷油环特定位置的喷油嘴对定子铁芯绕组进行定点集中冷却，减少冷却油受重力的影响直接坠落到电机下方，提高冷却效率。

作为另一种优化的方案，机壳底部集油口处于与绕组端部轴向对应的位置处。由于绕组上留下的冷却油量较大，将机壳底部集油口设置在该位置，能够便于冷却油方便快速流入机壳底部导油槽，提高了冷却油循环流道的效率，进而提高散热效率。

作为另一种优化的方案，开设有端盖油道的端盖上在靠近上侧外缘的位置处设有安装槽，电子油泵沉装在安装槽中。将电子油泵集成在端盖上，提高了电机的集成度，减少了电机的占用空间；而且电子油泵布置在端盖的靠近上侧外缘处，距离喷嘴更近，能够提供更大的喷淋压力，能够使冷却油更好的带走绕组上的热量。

此外，机壳内还设有用于供冷却水循环流动的水冷流道。同时采用两套冷却系统进行混合冷却，可根据电机实际工况需求选择单独水冷或者水冷+油冷，使用更加灵活方便，更有利于在低能耗的前提下更好的散热。此外，水冷电机为现有的较为成熟的液冷电机，将水冷电机与机壳内部油冷方式相结合，无需在电机外单独设置油冷系统的换热器，降低电机复杂程度。

进一步的，所述水冷流道环绕设置在机壳壳体内，且处于两喷嘴之间的位置处。该位置不仅能够尽量避开冷却油的循环流道，而且该位置热量较为集中，将水冷流道设置在该位置，能够更好的将发热较为集中的部位的热量带走，达到更好的散热效果。

附图说明

图1为本发明的液冷电机的实施例一的内部结构示意图（图中箭头方向所示为冷却油的流向）。

图中：1、端盖油道；2、机壳顶部导油槽；3、水冷流道；4、机壳壳体；5、储油槽；6、喷油环；7、后端盖；8、后轴承室冷却油道；9、后轴承；10、转轴；11、转子导油环；12、绕组端部；13、定子铁芯；14、机壳底部导油槽；15、机壳底部集油口；16、前端盖；17、前轴承；18、轴伸；19、前轴承室冷却油道；20、电子油泵。

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，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“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。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的液冷电机的具体实施例1：

如图1所示，液冷电机包括机壳和装配在机壳中的转子、定子，机壳包括机壳壳体4，机壳壳体4的轴向两端开口以形成筒状结构，液冷电机还包括前端盖16和后端盖7，前端盖16和后端盖7分别密封安装在机壳壳体4轴向两端，以在机壳内形成机壳内腔。

本实施例中，定子包括定子铁芯13和绕组，转子包括转轴10和设置在转轴10上的转子铁芯，转子铁芯在轴向上与定子铁芯13位置对应，转轴10一端穿过前端盖16，另一端位于机壳外侧，且转轴10通过前轴承17和后轴承9转动支撑在机壳上。前端盖16上设有前轴承室，前轴承室具有朝向后侧的开口，以用于固定前轴承17，后端盖7上设有后轴承室，后轴承室具有朝向前侧的开口，以用于固定后轴承9。

如图1所示，为了提高电机的散热效率，以实现为壳体内腔中零部件的降温冷却，本实施例中，在机壳壳体4上侧部分内设置有轴向延伸布置的机壳顶部导油槽2，相应的在机壳壳体4的下侧部分开设有沿轴向延伸的机壳底部导油槽14，机壳壳体4的上侧部分的内壁面上还开设有与机壳顶部导油槽2连通的喷嘴，喷嘴朝向机壳内腔，且喷嘴设置有两个，分别对应绕组轴向的两个端部，以通过喷嘴朝向绕组喷淋冷却油，实现为绕组的降温冷却。

相应的机壳壳体4下侧部分的内壁面上开设有与机壳底部导油槽14连通的机壳底部集油口15，机壳底部集油口15也设置有两个，以通过机壳底部集油口15收集机壳内腔中的冷却油，从而实现对冷却油的回收。

本实施例中，如图1所示，前端盖16上还设有连通机壳顶部导油槽2和机壳底部导油槽14的端盖油道1，端盖油道1串接有电子油泵20，通过该电子油泵20可将机壳底部导油槽14中的冷却油泵送至机壳顶部导油槽2中，从而在机壳内部形成冷却油循环流道，实现回收冷却油的循环利用。而且，经由机壳内腔流出的高温冷却油能够在前端盖处与外部环境进行一定程度的散热，可以在前端盖上设置一定数目的散热翅，进一步提高散热效率。

本实施例中，如图1所示，前端盖16上靠近上侧外缘的位置处设置有安装槽，电子油泵20密封嵌装在该安装槽内，由于电子油泵20集成在端盖上，可提高液冷电机的集成度，减少液冷电机的占用空间，而且由于电子油泵20靠近机壳顶部导油槽2设置，电子油泵20距离喷嘴更近，能够为喷嘴位置处的冷却油提供更大的喷淋压力，提高循环油路中冷却油的循环速度，从而提高液冷电机的冷却效率。

本实施例中，如图1所示，喷嘴包括设置在机壳壳体4顶部内壁上的储油槽5以及安装在储油槽槽口的喷油环6，储油槽5的槽口朝向机壳内腔，槽底通过设置在机壳壳体4顶部的流道与机壳顶部导油槽2连通，喷油环6上设置有多个喷油孔，通过多个喷油孔可使冷却油均匀喷淋在机壳内腔，增大绕组与冷却油的接触面积，提高绕组的散热效率。

本实施例中，如图1所示，转轴10上于转子铁芯两端设置有两个转子导油环11，两个转子导油环11分别与两个绕组端部12在轴向上对应布置，转子导油环11具有圆柱面段和外锥面段，圆柱面段靠近转子铁芯布置，两个转子导油环11的外锥面段相背布置，且各外锥面段在背离转子铁芯方向上的外径尺寸逐渐增大，转子铁芯的外径大于圆柱面段的外径，以使转子铁芯与对应端的转子导油环11围成环形凹部，环形凹部可承接从绕组端部12滴落的冷却油。液冷电机在工作状态下，随着转子的高速旋转，在转子导油环11的外锥面段的引导作用下，环形凹部内的冷却油被倾斜甩出，以使冷却油分散在机壳内腔中，实现为机壳内腔中其他零部件的散热冷却。

本实施例中，如图1所示，两个转子导油环11相背端的距离小于绕组两个轴向端面之间的距离，可在冷却油被转子导油环11沿外锥面段倾斜甩出后，使部分冷却油再次被甩到绕组上，以对绕组的靠近径向内侧的部分进行降温冷却，提高液冷电机中绕组的散热效率；另一部分未被甩至绕组上的冷却油被甩至前端盖16或后端盖7上，由于转子导油环11与前、后端盖之间的距离较远，可满足该部分冷却油具有较远的甩出路径，使冷却油更加分散，进而增加冷却油覆盖的机壳表面积，提高液冷电机的散热效果。

本实施例中，如图1所示，在前轴承室和后轴承室上分别开设有上下贯通的前轴承室冷却油道19和后轴承室冷却油道8，被转子导油环11甩至前、后端盖的部分冷却油可沿对应侧的冷却油道从上向下流过对应侧的轴承，实现对两个轴承的降温冷却，与两轴承实现热交换后的冷却油沿相应端盖向下流向机壳底部内壁面，并被机壳底部集油口15回收。

本实施例中，将与机壳底部导油槽14连通的两个机壳底部集油口15在轴向上分别对应两个绕组端部12设置，由于绕组上流下的冷却油量较大，这种位置设置的机壳底部集油口15能够方便绕组上的冷却油方便快速流入机壳底部导游槽14，提高机壳内冷却油的循环效率，提高机壳内绕组的散热效率。另外，如图1所示，两个机壳底部集油口15在轴向上相背设置的侧壁倾斜设置，以对沿端盖流下的冷却油具有引导作用，以方便快速收集沿端盖流下的冷却油，同样也可提高机壳内冷却油的循环效率，提高液冷电机的散热效率。

本实施例中，如图1所示，在机壳壳体4上还设置有水冷流道3，水冷流道3沿周向设置，水冷流道3位于导油槽的径向内侧，且避开冷却油的循环流道，用于对机壳壳体进行降温冷却，流经机壳壳体4顶部的水冷流道3设置在两个喷嘴之间，流经机壳壳体4底部的水冷流道3设置在两个机壳底部集油口15之间，由于定子铁芯13在机壳内部的周向上对应两个喷嘴之间和两机壳底部集油口15之间设置，导致机壳内轴向上的两喷嘴之间的区域为热量集中区，本实施例中水冷流道3的位置设置还可在很大程度上为冷却油提供散热，还可以将水冷流道3直接设置到导油槽中或者将导油槽做成多股，导油管道与水冷流道3进行交错布置，通过水冷对冷却油进行快速散热，有助于机壳内热量集中区的降温冷却，进而提高整个液冷电机的散热效率。

本实施例中液冷电机内冷却油循环流道中，冷却油能够与机壳内腔的定子绕组、定子铁芯等发热部件直接接触，将其工作过程中产生的热量带走，起到较好的散热降温效率。而且转子导油环的设置使得机壳内腔中从上向下喷淋的冷却油能够被斜向甩出，有助于冷却油溅射附着在端盖、轴承等其他内部部件上，对冷却油进行了分散，扩大了冷却油的冷却面积，使机壳内部散热更加均匀，降温效果更好。

本发明的液冷电机的具体实施例2：

其与具体实施例1的区别在于：

嵌装电子油泵的安装槽还可以设置在前端盖的靠近转轴位置处以为冷却油提供在循环流道内流动的动力，且确保喷嘴位置处冷却油的喷淋速度。

其他实施例中，安装槽还可以设置在前端盖的靠近下侧外缘位置处，或者安装槽直接设置在前端盖的下侧外缘或上侧外缘上，只要满足安装槽位于端盖油道上即可。

其他实施例中，电子油泵通过螺钉固定在安装槽中，且电子油泵密封安装在安装槽中。

其他实施例中，前端盖上不设置安装槽，电子油泵通过螺钉固定在前端盖的前端面上，前端盖上设置两个用于使端盖油道与电子油泵连通的油道。

本发明的液冷电机的具体实施例3：

其与具体实施例1的区别在于：

端盖油道设置在后端盖上，相应的安装槽也设置在后端盖上，且靠近上侧外缘的位置处。

本发明的液冷电机的具体实施例4：

其与具体实施例1的区别在于：转子导油环的外周面形成整个外锥面段，环形凹部由转子铁芯的外端面与转子导油环的外周面形成，以承接从绕组端部滴落的冷却油，并在外锥面段的引导作用下，在转子高速旋转时将冷却油倾斜甩出。

其他实施例中，转子导油环上不设置外锥面段，转子导油环的圆柱面段的远离转子铁芯的端部设置弧面段，弧面段在轴向上的外径尺寸在背离转子铁芯的方向上逐渐增加，以通过弧面段对冷却油进行导向，使冷却油倾斜甩出。

本发明的液冷电机的具体实施例5：

其与具体实施例1的区别在于：两个转子导油环的外端面之间的距离大于绕组的两轴向端面的距离，且转子导油环的外锥面段在周向上呈波浪形，以使冷却油在外锥面段的引导作用下被倾斜甩出的冷却液在径向上分散开，从而增加机壳内与冷却油的接触面积。

其他实施例中，两个转子导油环的外端面之间的距离还可以等于绕组的两个轴向端面的距离。

本发明的液冷电机的具体实施例6：

其与具体实施例1的区别在于：前后两端盖上，轴承室在轴向上的深度小于轴承的轴向长度，且轴承室上不设置上下贯通的冷却油道，沿前、后端盖向下流的冷却液经过轴承裸露出轴承室的外表面，实现为轴承的降温冷却。

其他实施例中，还可以仅在后端盖上不设置轴承室，后端盖上设置开口超前的定位槽，转轴端部支撑在定位槽中，后轴承位于定位槽外，且后轴承的后端面与后端盖的前端面贴合，冷却油流经后端盖，并与后轴承表面接触，实现后轴承的降温冷却。

本发明的液冷电机的具体实施例7：

其与具体实施例1的区别在于：喷嘴仅包括储油槽，冷却油从储油槽的槽口喷出，并喷淋在对应的绕组端部，以对绕组降温冷却。

本发明的液冷电机的具体实施例8：

其与具体实施例1的区别在于：两个喷嘴在轴向上分别位于绕组的远离定子铁芯侧，且喷嘴中喷油环的端面朝向绕组端面，从喷油环喷出的油液直接作用在绕组径向外侧和轴向端面上，以增加绕组与冷却油的接触面积。

本发明的液冷电机的具体实施例9：

其与具体实施例1的区别在于：

机壳底部集油口仅设置一个，且机壳底部集油口的侧壁倾斜布置，以在机壳底部形成内凹面，内凹面在轴向上覆盖范围较广，以满足从绕组上滴落的冷却油沿在内凹面的导向作用下进入到机壳底部导油槽中。

本发明的液冷电机的具体实施例10：

其与具体实施例1的区别在于：

机壳内不设置水冷流道，机壳外侧壁上安装换热板，且换热板与机壳内的循环油道串接，以对冷却油进行降温冷却。

其他实施例中，机壳内设置水冷流道，且水冷流道位于机壳壳体上导油槽的径向外侧，以对导油槽中的冷却油降温冷却。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种液冷电机，包括：

机壳，包括筒状的机壳壳体（4）以及密封安装在机壳壳体（4）的两端开口处的前端盖（16）和后端盖（7）；

转子，包括转轴（10），转轴（10）通过轴承转动安装在机壳内；

定子，包括定子铁芯（13）和绕组；

其特征是，

机壳壳体（4）的上侧部分内开设有轴向延伸的机壳顶部导油槽（2），机壳壳体（4）的上侧部分的内壁面上还开设有与所述机壳顶部导油槽（2）连通的喷嘴，喷嘴朝向绕组端部（12），用于朝向绕组端部（12）喷淋冷却油；

机壳壳体（4）的下侧部分内开设有轴向延伸的机壳底部导油槽（14），机壳壳体（4）的下侧部分的内壁面上还开设有与所述机壳底部导油槽（14）连通的机壳底部集油口（15），以用于收集机壳内腔中的冷却油；

前、后端盖中的其中一个上设有连通机壳顶部导油槽（2）以及机壳底部导油槽（14）的端盖油道（1），端盖油道（1）上串接有电子油泵（20）；

转轴（10）上在与绕组端部（12）轴向对应的位置处固定安装有转子导油环（11），以将滴落到其上的冷却油倾斜甩出。

2.根据权利要求1所述的液冷电机，其特征是，所述转子导油环（11）具有外锥面段，且通过外锥面的引导在旋转时将冷却油倾斜甩出。

3.根据权利要求2所述的液冷电机，其特征是，所述转子导油环（11）有两个，且分别与两绕组端部（12）轴向对应，所述转子导油环（11）还包括处于外锥面段端部的圆柱面段，两个转子导油环（11）的外锥面段相背设置，且外锥面段在相背方向上直径逐渐增大。

4.根据权利要求3所述的液冷电机，其特征是，两个转子导油环（11）的相背端之间的距离小于绕组的两端面之间的距离。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的液冷电机，其特征是，前、后端盖上分别设有前、后轴承室以用于固定安装转动支撑转轴（10）两端的前、后轴承，前、后轴承室的室壁上分别开设有上下贯通的冷却油道，以供冷却油从上向下流过前、后轴承，以对轴承进行冷却。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的液冷电机，其特征是，所述喷嘴包括开设于机壳壳体（4）内壁上的储油槽（5）以及安装在储油槽（5）的槽口处的喷油环（6），喷油环（6）上设有若干喷油孔，储油槽（5）的槽口朝内，槽底通过流道与机壳顶部导油槽（2）联通。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的液冷电机，其特征是，机壳底部集油口（15）处于与绕组端部（12）轴向对应的位置处。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的液冷电机，其特征是，开设有端盖油道（1）的端盖上在靠近上侧外缘的位置处设有安装槽，电子油泵（20）沉装在安装槽中。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的液冷电机，其特征是，机壳内还设有用于供冷却水循环流动的水冷流道（3）。

10.根据权利要求9所述的液冷电机，其特征是，所述水冷流道（3）环绕设置在机壳壳体（4）内，且处于两喷嘴之间的位置处。

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