CN115459478A - 一种高功率密度电机冷却结构及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高功率密度电机冷却结构及其冷却方法，包括机壳，所述机壳前后两端分别设有端盖，所述端盖与机壳之间形成封闭式的冷却腔室，定子隔油环的两侧侧面且位于外侧边缘的位置绕转轴中心线方向环设有进油环槽，所述进油环槽与其所在侧的定子铁芯之间形成为进油腔室，所述机壳的一侧侧面上穿设有分别与两个进油腔室连通的进油口，所述机壳上且背对进油口一侧的侧面上穿设有与冷却腔室连通的排油口，所述排油口靠近于其中一个端盖处，所述定子铁芯上穿设有多条平行于其中心线方向延伸的进油通道，所述进油通道分别与进油腔室和冷却腔室连通。提升冷却效率，改善电机冷却效果，提高电机功率密度。

Description

一种高功率密度电机冷却结构及其冷却方法

技术领域

本发明涉及电机的技术领域，具体涉及一种高功率密度电机冷却结构及其冷却方法。

背景技术

高功率密度电机有体积小、功率密度、效率高、电机材料消耗量少、成本低等优势，越来越受到电机研发人员和生产厂家的关注。在电机将电能转换机械能时，会产生损耗导致电机温度升高，尤其是高功率密度电机，其损耗大，升温快，容易造成电机寿命降低的问题，对电机正常使用产生很大的影响。合理的设计电机冷却方式，不但能提高电机单位体积的功率密度，而且还能提高电机工作的稳定性和电机绝缘结构的寿命。

然而，传统电机冷却一般通过风道冷却电机外壳或者通过水道冷却电机外壳，其电机转子上产生的损耗最大，电机转子损耗占到电机总损耗的30%左右，大量损耗如果不通过冷却介质转换出去，将会在电机零部件上产生很高的温度，高温不但对电机的绝缘寿命产生很大的影响，同时转子部件上的温度会通过转轴传递到轴承处，造成轴承温度过高，轴承润滑脂失效，缩短轴承使用寿命。而传统电机的单一冷却方式仅仅对电机的定子部分有较好的冷却，冷却效果比较差，进而影响电机的使用。

因此，研发新结构冷却方式，提升冷却效率，改善电机冷却效果，提高电机功率密度有重大意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种提升冷却效率，改善电机冷却效果的高功率密度电机冷却结构及其冷却方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高功率密度电机冷却结构，包括机壳，所述机壳前后两端分别设有端盖，所述端盖与机壳之间形成封闭式的冷却腔室，所述机壳内贯穿有转轴，其特征在于，所述机壳内且位于机壳沿其前后方向的中间位置设置有与转轴同中心线的定子隔油环，所述机壳内且位于定子隔油环的两侧同中心线分别设置有与转轴同中心线的定子铁芯，所述定子铁芯朝向于定子隔油环的一端与定子隔油环固定密封配合，所述定子铁芯与机壳内表面固定密封连接，所述定子铁芯的内表面上分别绕其中心线方向均匀间隔开设有多条绕组线槽A，所述绕组线槽A为通槽且沿平行于转轴中心线方向延伸，位于两个定子铁芯上的绕组线槽A分别对应设置，所述定子隔油环的内表面上对应各绕组线槽A的位置分别开设有绕组线槽B，所述绕组线槽B为通槽且沿平行于转轴中心线方向延伸，位于两个定子铁芯上的相对应的两个绕组线槽A之间设置有绕组线缆，所述绕组线缆穿过于对应的绕组线槽B且其两端分别从两个绕组线槽相背的一端伸出，所述定子隔油环的两侧侧面且位于外侧边缘的位置绕转轴中心线方向环设有进油环槽，所述进油环槽与其所在侧的定子铁芯之间形成为进油腔室，所述机壳的一侧侧面上穿设有分别与两个进油腔室连通的进油口，所述机壳上且背对进油口一侧的侧面上穿设有与冷却腔室连通的排油口，所述排油口靠近于其中一个端盖处，所述定子铁芯上穿设有多条平行于其中心线方向延伸的进油通道，所述进油通道分别与进油腔室和冷却腔室连通；

所述转轴上套设有与其固定密封配合的转子甩油环，所述转子甩油环位于机壳沿机壳前后方向的中间位置，所述转子甩油环的内侧面上环设有与其同中心线的环形槽，所述环形槽与转轴之间形成为甩油腔，所述转轴内设有用于容纳冷却油的密闭腔室，所述转轴的一端端部沿其中心线方向开设有与密闭腔室连通的输油口，所述转轴上对应甩油腔的位置为绕转轴中心线方向均匀间隔穿设有多个甩油孔Ⅰ，所述甩油孔Ⅰ沿转轴径向方向延伸，密闭腔室通过甩油孔Ⅰ与甩油腔连通，所述转子甩油环上绕转轴中心线方向均匀间隔穿设有多个沿平行于转轴中心线方向延伸的鼠笼穿孔A，所述转轴上且位于转子甩油环的两侧同中心线分别设置有与转轴同中心线的转子铁芯，所述转子铁芯朝向于转子甩油环的一端与转子甩油环固定连接，所述转子铁芯上分别对应各鼠笼穿孔A的位置均沿平行于转轴中心线方向穿设有鼠笼穿孔B，位于两个转子铁芯上的相对应的两个鼠笼穿孔B之间设置有鼠笼绕组线缆，所述鼠笼绕组线缆穿过于对应的鼠笼穿孔A且其两端分别从两个鼠笼穿孔B相背的一端伸出，所述鼠笼绕组线缆分别与鼠笼穿孔A的内壁和鼠笼穿孔B的内壁贴合，所述鼠笼绕组线缆上沿平行于转轴中心线方向穿设有冷却油孔，所述鼠笼绕组线缆上朝向于转子甩油环的一侧侧面上且对应转子甩油环的位置开设有沿转轴径向方向延伸且与冷却油孔连通的连接孔A，所述环形槽的槽底上对应各连接孔A的位置穿设有与连接孔A同中心线的连接孔B，所述冷却油孔通过连接孔A和连接孔B与甩油腔连通。

本方案对电机发热的主要零部件（绕组线缆即定子线圈、定子铁芯、鼠笼绕组）设计两种模式的冷却方式，两种模式同步运行，第一种模式为定子油路冷却，在定子铁芯上穿设有多条平行于其中心线方向延伸的进油通道，进油通道分别与进油腔室和冷却腔室连通，冷却油从进油口进入到进油腔室，在进油腔室分流形成多条进油通道，对定子铁芯进行冷却，同时，而两个定子铁芯位于定子隔油环的两侧，这样，在冷却油分别从两个进油口进入，各自流入相对应的进油腔室，这样能够快速对定子铁芯和绕组线缆进行冷却，冷却后，再汇集到冷却腔室内，从排油口排出；

第二种模式为转子油路冷却，通过输油口向转轴内的密闭腔室内输送冷却油，在实际工作中，在外部油压和离心力的作用下，密闭腔室内的冷却油会通过转轴的甩油孔Ⅰ进入转子甩油环的环形槽内，环形槽与转轴之间形成为甩油腔，再通过甩油腔将冷却油经连接孔A和连接孔B进入冷却油孔，对鼠笼绕组进行冷却，而冷却后的冷却油经冷却油孔汇集到冷却腔室内，再从排油口排出；

本方案采用油冷却方式，冷却介质直达电机内部发热部位，即直接冷却电机定子铁芯、绕组线缆和鼠笼绕组发热部位，冷却效果好，提高电机运行寿命，且对定子和转子同时进行冷却，提升冷却效率。

进一步，多条所述进油通道包括位于所述绕组线槽A槽底外侧的油路通道Ⅰ和位于相邻两个所述绕组线槽A之间的油路通道Ⅱ，所述定子铁芯由多块重叠在一起的定子冲片组成，所有的定子冲片且位于所述绕组线槽A槽底外侧的位置分别开设有交错孔Ⅰ，相邻两个交错孔Ⅰ沿平行于转轴中心线方向的投影部分重合，所有的交错孔Ⅰ依次连通以形成油路通道Ⅰ，所有的定子冲片且位于相邻两个所述绕组线槽A之间的位置分别开设有交错孔Ⅱ，相邻两个交错孔Ⅱ沿平行于转轴中心线方向的投影部分重合，所有的交错孔Ⅱ依次连通以形成油路通道Ⅱ。

其中，交错孔Ⅰ包括横向孔Ⅰ和横向孔Ⅱ，交错孔Ⅱ包括竖向孔Ⅰ和竖向孔Ⅱ，这样设计，这样，使得油路通道Ⅰ和油路通道Ⅱ形成流道交错分布，增加流道内的紊流效果，而紊流能够将换热系数大大增强，传热效果更好。

进一步，所述横向孔Ⅰ和横向孔Ⅱ的上端内表面和下端内表面均呈波浪型。

这样设计，增大了换热面积，在冷却油经过油路通道Ⅰ时，使得冷却油介质在横向孔Ⅰ和横向孔Ⅱ呈波浪型的上端内表面和下端内表面进行剧烈混合，使换热大大增强，增加热交换能力。

进一步，所述机壳内且分别位于两个所述定子铁芯外侧的位置设置有与所述转轴同中心线设置的定子喷油环，定子喷油环固定密封连接在所述机壳内表面上，定子喷油环朝向于所述定子铁芯的一侧侧面上凹设有与定子喷油环同中心线的喷油槽，定子喷油环朝向于所述定子铁芯的一侧侧面与其所在侧对应的所述定子铁芯的外侧面固定密封连接，喷油槽与其所在侧对应的所述定子铁芯之间形成为喷油腔，所述定子铁芯上绕其中心线方向均匀间隔穿设有沿平行于其中心线方向延伸的连通孔，连通孔形成油路通道Ⅲ，油路通道Ⅲ的两端分别与喷油腔和进油腔室连通，定子喷油环的内侧面上绕其中心线方向均匀间隔穿设有多个沿所述转轴径向方向延伸且与喷油腔连通的喷油孔。

本方案在定子油路冷却模式中设计的油路通道Ⅲ，通过进油口将冷却油引入至油路通道Ⅲ内，通过油路通道Ⅲ的出油端将冷却油引入喷油腔，在外部压力的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔喷射到绕组线缆末端位置，对绕组线缆末端位置进行冷却，而后，再汇集到冷却腔室内，经排油口排出。

进一步，所述定子隔油环的两侧侧面上且分别对应各所述油路通道Ⅱ的位置开设有分别与所述油路通道Ⅱ与进油腔室连通的导油槽，所述油路通道Ⅱ沿所述转轴中心线方向的投影位于导油槽沿所述转轴中心线方向的投影内。

本方案中的定子隔油环具有三个作用，第一个作用为定子隔油环设置在定子铁芯中间位置，定子隔油环的侧面与定子铁芯相贴合，起到封闭冷却油的作用，避免冷却油泄漏；第二个作用为定子隔油环将定子铁芯分为两个独立部分，因此，形成定子铁芯左右两侧的油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ和油路通道Ⅲ，使得冷却油能够同时向两侧的油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ和油路通道Ⅲ流动，缩短冷却时间，提高冷却效率；第三个作用为定子隔油环引流作用，定子隔油环的导油槽将冷却油引入油路通道Ⅱ内。

进一步，所述转轴且位于转子铁芯内侧的轴身上绕所述转轴中心线方向均匀间隔穿设有多个甩油孔Ⅱ，甩油孔Ⅱ沿所述转轴径向方向延伸且与所述密闭腔室连通，所述转轴的轴身且位于甩油孔Ⅱ外侧孔口位置沿平行于所述转轴中心线方向开设有引油槽，引油槽的一端与其对应的甩油孔Ⅱ连通，另一端朝向于背对所述转子甩油环方向延伸且伸出于其所在侧的转子铁芯外。

本方案中转子油路冷却模式中还有两组甩油孔Ⅱ，在外部气压和离心力的作用下，密闭腔室内的冷却油会通过转轴的甩油孔Ⅱ进入引油槽内，引油槽将冷却油引入至转子铁芯的外端，对转子铁芯的外端进行冷却，在汇集到冷却腔室内，从排油口排出；同时，冷却油从两组引油槽流出时，对转轴也起到冷却的作用，避免转轴的高热量传递到轴承上；而且部分的冷却油也会喷射到轴承上，对轴承也起到冷却的作用，避免转子铁芯的热量经过转轴传递到轴承上。

进一步，所述转轴位于所述输油口的一端设置有与所述转轴同中心线的进油管，进油管的出油端穿过于所述输油口且伸入于所述密闭腔室内，进油管与所述输油口内壁间隔设置，进油管位于其与所述输油口之间的管身上套设有能够分别与进油管和所述输油口密封配合的密封环。

本方案通过进油管将冷却油引入至密闭腔室内，同时，进油管的外表面的密封环与输油口相配合，避免冷却油泄漏。

进一步，所述甩油孔Ⅰ的尺寸大于甩油孔Ⅱ的尺寸。

本方案将甩油孔Ⅰ的尺寸设计为大于甩油孔Ⅱ的尺寸，这是由于甩油孔Ⅰ只有一组，且甩油孔Ⅰ需要将大量的冷却油引入至转子甩油环内，才能将冷却油引入至鼠笼绕组的冷却油孔内，而甩油孔Ⅱ为两组，且主要是对转轴表面冷却，其冷却油的油路路径较甩油孔Ⅰ的油路路径较近，因此，需要的冷却油较少，这样，通过甩油孔Ⅰ和甩油孔Ⅱ的尺寸的大小限定冷却油的油量。

进一步，所述鼠笼绕组线缆沿周向设有多个与连接孔对应的工艺孔，所述工艺孔的上端口穿过鼠笼绕组线缆，所述工艺孔下端口与转子甩油环的冷却油孔连通。

本方案设置工艺孔在转子油路冷却模式中不起任何作用，设置工艺孔只是在对鼠笼绕组加工冷却油孔时，对钻孔产生的废屑起到排屑的作用，避免加工时，废屑堵塞冷却油孔，同时工艺孔加工要将铸铝工艺中堵塞的冷却油孔进行疏通。

进一步，所述工艺孔外表面套设有呈环形结构的转子封油环。本方案设置转子封油环用于密封冷却油，防止冷却油泄漏。

进一步，所述绕组线槽A的内表面设有槽绝缘。槽绝缘的作用是加强定子绕组与定子铁芯之间的绝缘。

一种高功率密度电机冷却结构的冷却方法，所述冷却方法应用于高功率密度电机冷却结构，对所述电机冷却结构进行冷却方法包括：冷却油通过两个进油口分别进入进油腔室内，通过进油腔室进行分流形成三股油路通道，分别流入多条进油通道，当冷却油在进油通道流过时，会带走定子铁芯热量和绕组线槽A内绕组线缆传递的热量，对绕组线缆和定子铁芯进行冷却，冷却后，冷却油集中在冷却腔室内，并通过排油口排出；

同时，冷却油经输油口进入转轴的密闭腔室内，在外部油压和离心力的作用下，冷却油经过转轴的甩油孔Ⅰ时，流入到转子甩油环的环形槽内，环形槽与转轴之间形成为甩油腔，再通过甩油腔将冷却油经连接孔A和连接孔B进入冷却油孔，对鼠笼绕组进行冷却，而冷却后的冷却油经冷却油孔汇集到冷却腔室内，再从排油口排出。

进一步，当冷却油在油路通道Ⅰ流过时，会带走定子铁芯热量和绕组线槽A槽底外侧由绕组线缆传递的热量，对绕组线缆和定子铁芯进行冷却；当冷却油在油路通道Ⅱ流过时，会带走定子铁芯热量和两个绕组线槽A之间由绕组线缆传递的热量，对绕组线缆和定子铁芯进行冷却，当冷却油在油路通道Ⅲ流过时，油路通道Ⅲ将冷却油引入定子喷油环的喷油腔内，在外部油压的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔喷射到绕组线缆末端位置，对绕组线缆末端位置和定子铁芯进行冷却；冷却后油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ和油路通道Ⅲ的冷却油集中在冷却腔室内，并通过排油口排出。

进一步，冷却油经输油口进入转轴的密闭腔室内，在外部油压和离心力的作用下，密闭腔室内的冷却油会通过转轴的甩油孔Ⅱ进入引油槽内，引油槽将冷却油引入至转子铁芯的外端，冷却后，冷却油流入冷却腔室内，从排油口排出。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1、本方案采用两种油冷却方式，分别为定子油路冷却和转子油路冷却，其中，定子油路冷却分为油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ、油路通道Ⅲ，并通过定子隔油环将油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ、油路通道Ⅲ一分为二，定子隔油环的两侧分别对应机壳上设置的两个进油口，定子隔油环中的进油腔室对应油路通道Ⅰ和油路通道Ⅲ，而定子隔油环上设置的导油槽对应油路通道Ⅱ；

这样，冷却油经过两个进油口分别进入定子隔油环两侧的进油腔室和导油槽内，分别进入油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ、油路通道Ⅲ，而油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ靠近发热最严重的绕组线缆部位和定子铁芯上涡流损耗较大的部位，冷却油通过油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ会带走绕组线缆和定子铁芯上的热量，对定子整体进行冷却；油路通道Ⅲ进入到定子喷油环的喷油腔内，在外部压力的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔喷射到绕组线缆末端位置，对绕组线缆末端位置进行冷却；本方案通过油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ、油路通道Ⅲ三条冷却通道对定子铁芯的不同位置针对性的冷却，提高定子冷却的效率；

在定子油路冷却模式进行时，转子油路冷却模式也同时进行，让冷却油通过输油口向转轴内的密闭腔室内输送冷却油，在实际工作中，在外部气压和离心力的作用下，密闭腔室内的冷却油会通过转轴的甩油孔Ⅰ进入转子甩油环的环形槽内，环形槽与转轴之间形成为甩油腔，再通过甩油腔将冷却油经连接孔A和连接孔B进入冷却油孔，对鼠笼绕组进行冷却，而冷却后的冷却油经冷却油孔汇集到冷却腔室内，再从排油口排出；同时，密闭腔室内的冷却油会通过转轴的甩油孔Ⅱ进入引油槽内，引油槽将冷却油引入至转子铁芯的外端，避免转轴的高热量传递到轴承。

2、本方案通过冷却油介质直达电机发热的零部件（绕组线缆、定子冲片、鼠笼绕组和轴承），整体结构紧凑，性能稳定，成本低；冷却效果好，能达到高功率密度；提高电机运行寿命；电机采用全密封结构，噪声小。

附图说明

图1为本发明高功率密度电机冷却结构的结构示意图；

图2为图1中A-A的剖视图；

图3为本发明高功率密度电机冷却结构中油路通道Ⅰ的结构示意图；

图4为本发明高功率密度电机冷却结构中油路通道Ⅱ的结构示意图；

图5为本发明高功率密度电机冷却结构中定子冲片Ⅰ的结构示意图；

图6为图5中B处的局部放大图；

图7为本发明高功率密度电机冷却结构中定子冲片Ⅱ的结构示意图；

图8为图7中C处的局部放大图；

图9为本发明高功率密度电机冷却结构中定子隔油环的结构示意图；

图10为本发明高功率密度电机冷却结构中转子甩油环的结构示意图；

图11为本发明高功率密度电机冷却结构中转子甩油环与鼠笼绕组连接的结构示意图。

图中：端盖1、机壳2、定子喷油环3、定子冲片Ⅰ4、定子冲片Ⅱ5、定子隔油环6、槽绝缘7、绕组线缆8、轴承9、密封环10、进油管11、转轴12、转子铁芯13、鼠笼绕组14、转子封油环15、转子甩油环16、横向孔Ⅰ17、竖向孔Ⅰ18、横向孔Ⅱ19、竖向孔Ⅱ20、进油环槽21、导油槽22、甩油孔Ⅰ23、甩油孔Ⅱ24、引油槽25、进油口26、排油口27、喷油孔28、连通孔29、冷却油孔30、连接孔A31、环形槽32、转子槽33。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

本实施例：参见图1至图11，一种高功率密度电机冷却结构及其冷却方法，其中，一种高功率密度电机冷却结构包括机壳2，机壳2前后两端分别设有端盖1，端盖1与机壳2之间形成封闭式的冷却腔室，机壳2内贯穿有转轴12，机壳2内且位于机壳2沿其前后方向的中间位置设置有与转轴12同中心线的定子隔油环6，机壳2内且位于定子隔油环6的两侧同中心线分别设置有与转轴12同中心线的定子铁芯，定子铁芯朝向于定子隔油环6的一端与定子隔油环6固定密封配合，定子铁芯与机壳2内表面固定密封连接，定子铁芯的内表面上分别绕其中心线方向均匀间隔开设有多条绕组线槽A，绕组线槽A为通槽且沿平行于转轴12中心线方向延伸，位于两个定子铁芯上的绕组线槽A分别对应设置，定子隔油环6的内表面上对应各绕组线槽A的位置分别开设有绕组线槽B，绕组线槽B为通槽且沿平行于转轴12中心线方向延伸，位于两个定子铁芯上的相对应的两个绕组线槽A之间设置有绕组线缆8，绕组线缆8穿过于对应的绕组线槽B且其两端分别从两个绕组线槽相背的一端伸出，定子隔油环6的两侧侧面且位于外侧边缘的位置绕转轴12中心线方向环设有进油环槽21，进油环槽21与其所在侧的定子铁芯之间形成为进油腔室，机壳2的一侧侧面上穿设有分别与两个进油腔室连通的进油口26，机壳2上且背对进油口26一侧的侧面上穿设有与冷却腔室连通的排油口27，排油口27靠近于其中一个端盖1处，定子铁芯上穿设有多条平行于其中心线方向延伸的进油通道，进油通道分别与进油腔室和冷却腔室连通；

转轴12上套设有与其固定密封配合的转子甩油环16，转子甩油环16位于机壳2沿机壳2前后方向的中间位置，转子甩油环16的内侧面上环设有与其同中心线的环形槽32，环形槽32与转轴12之间形成为甩油腔，转轴12内设有用于容纳冷却油的密闭腔室，转轴12的一端端部沿其中心线方向开设有与密闭腔室连通的输油口，转轴12上对应甩油腔的位置为绕转轴12中心线方向均匀间隔穿设有多个甩油孔Ⅰ23，甩油孔Ⅰ23沿转轴12径向方向延伸，密闭腔室通过甩油孔Ⅰ23与甩油腔连通，转子甩油环16上绕转轴12中心线方向均匀间隔穿设有多个沿平行于转轴12中心线方向延伸的鼠笼穿孔A，转轴12上且位于转子甩油环16的两侧同中心线分别设置有与转轴12同中心线的转子铁芯13，转子铁芯13朝向于转子甩油环16的一端与转子甩油环16固定连接，转子铁芯13上分别对应各鼠笼穿孔A的位置均沿平行于转轴12中心线方向穿设有鼠笼穿孔B，位于两个转子铁芯13上的相对应的两个鼠笼穿孔B之间设置有鼠笼绕组线缆8，鼠笼绕组线缆8穿过于对应的鼠笼穿孔A且其两端分别从两个鼠笼穿孔B相背的一端伸出，鼠笼绕组线缆8分别与鼠笼穿孔A的内壁和鼠笼穿孔B的内壁贴合，鼠笼绕组线缆8上沿平行于转轴12中心线方向穿设有冷却油孔30，鼠笼绕组线缆8上朝向于转子甩油环16的一侧侧面上且对应转子甩油环16的位置开设有沿转轴12径向方向延伸且与冷却油孔30连通的连接孔A31，环形槽32的槽底上对应各连接孔A31的位置穿设有与连接孔A31同中心线的连接孔B，冷却油孔30通过连接孔A31和连接孔B与甩油腔连通。

本方案对电机发热的主要零部件(绕组线缆8即定子线圈、定子铁芯、鼠笼绕组14)设计两种模式的冷却方式，两种模式同步运行，第一种模式为定子油路冷却，在定子铁芯上穿设有多条平行于其中心线方向延伸的进油通道，进油通道分别与进油腔室和冷却腔室连通，冷却油从进油口26进入到进油腔室，在进油腔室分流形成多条进油通道，对定子铁芯进行冷却，同时，而两个定子铁芯位于定子隔油环6的两侧，这样，在冷却油分别从两个进油口26进入，各自流入相对应的进油腔室，这样能够快速对定子铁芯和绕组线缆8进行冷却，冷却后，再汇集到冷却腔室内，从排油口27排出；

第二种模式为转子油路冷却，通过输油口向转轴12内的密闭腔室内输送冷却油，在实际工作中，在外部油压和离心力的作用下，密闭腔室内的冷却油会通过转轴12的甩油孔Ⅰ23进入转子甩油环16的环形槽32内，环形槽32与转轴12之间形成为甩油腔，再通过甩油腔将冷却油经连接孔A31和连接孔B进入冷却油孔30，对鼠笼绕组14进行冷却，而冷却后的冷却油经冷却油孔30汇集到冷却腔室内，再从排油口27排出；

本方案采用油冷却方式，冷却介质直达电机内部发热部位，即直接冷却电机定子铁芯、绕组线缆8和鼠笼绕组14发热部位，冷却效果好，提高电机运行寿命，且对定子和转子同时进行冷却，提升冷却效率。

作为优选，多条进油通道包括位于绕组线槽A槽底外侧的油路通道Ⅰ和位于相邻两个绕组线槽A之间的油路通道Ⅱ，定子铁芯由多块重叠在一起的定子冲片组成，定子冲片包括定子冲片Ⅰ4和定子冲片Ⅱ5，所有的定子冲片且位于绕组线槽A槽底外侧的位置分别开设有交错孔Ⅰ，相邻两个交错孔Ⅰ沿平行于转轴12中心线方向的投影部分重合，所有的交错孔Ⅰ依次连通以形成油路通道Ⅰ，所有的定子冲片且位于相邻两个绕组线槽A之间的位置分别开设有交错孔Ⅱ，相邻两个交错孔Ⅱ沿平行于转轴12中心线方向的投影部分重合，所有的交错孔Ⅱ依次连通以形成油路通道Ⅱ。

其中，交错孔Ⅰ包括横向孔Ⅰ17和横向孔Ⅱ19，交错孔Ⅱ包括竖向孔Ⅰ18和竖向孔Ⅱ20，这样设计，这样，使得油路通道Ⅰ和油路通道Ⅱ形成流道交错分布，增加流道内的紊流效果，而紊流能够将换热系数大大增强，传热效果更好。

作为优选，横向孔Ⅰ17和横向孔Ⅱ19的上端内表面和下端内表面均呈波浪型。

这样设计，增大了换热面积，在冷却油经过油路通道Ⅰ时，使得冷却油介质在横向孔Ⅰ17和横向孔Ⅱ19呈波浪型的上端内表面和下端内表面进行剧烈混合，使换热大大增强，增加热交换能力。

作为优选，机壳2内且分别位于两个定子铁芯外侧的位置设置有与转轴12同中心线设置的定子喷油环3，定子喷油环3固定密封连接在机壳2内表面上，定子喷油环3朝向于定子铁芯的一侧侧面上凹设有与定子喷油环3同中心线的喷油槽，定子喷油环3朝向于定子铁芯的一侧侧面与其所在侧对应的定子铁芯的外侧面固定密封连接，喷油槽与其所在侧对应的定子铁芯之间形成为喷油腔，定子铁芯上绕其中心线方向均匀间隔穿设有沿平行于其中心线方向延伸的连通孔29，连通孔29形成油路通道Ⅲ，油路通道Ⅲ的两端分别与喷油腔和进油腔室连通，定子喷油环3的内侧面上绕其中心线方向均匀间隔穿设有多个沿转轴12径向方向延伸且与喷油腔连通的喷油孔28。

本方案在定子油路冷却模式中设计的油路通道Ⅲ，通过进油口26将冷却油引入至油路通道Ⅲ内，通过油路通道Ⅲ的出油端将冷却油引入喷油腔，在外部压力的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔28喷射到绕组线缆8末端位置，对绕组线缆8末端位置进行冷却，而后，再汇集到冷却腔室内，经排油口27排出。

作为优选，定子隔油环6的两侧侧面上且分别对应各油路通道Ⅱ的位置开设有分别与油路通道Ⅱ与进油腔室连通的导油槽22，油路通道Ⅱ沿转轴12中心线方向的投影位于导油槽22沿转轴12中心线方向的投影内。

本方案中的定子隔油环6具有三个作用，第一个作用为定子隔油环6设置在定子铁芯中间位置，定子隔油环6的侧面与定子铁芯相贴合，起到封闭冷却油的作用，避免冷却油泄漏；第二个作用为定子隔油环6将定子铁芯分为两个独立部分，因此，形成定子铁芯左右两侧的油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ和油路通道Ⅲ，使得冷却油能够同时向两侧的油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ和油路通道Ⅲ流动，缩短冷却时间，提高冷却效率；第三个作用为定子隔油环6引流作用，定子隔油环6的导油槽22将冷却油引入油路通道Ⅱ内。

作为优选，转轴12且位于转子铁芯13内侧的轴身上绕转轴12中心线方向均匀间隔穿设有多个甩油孔Ⅱ24，甩油孔Ⅱ24沿转轴12径向方向延伸且与密闭腔室连通，转轴12的轴身且位于甩油孔Ⅱ24外侧孔口位置沿平行于转轴12中心线方向开设有引油槽25，引油槽25的一端与其对应的甩油孔Ⅱ24连通，另一端朝向于背对转子甩油环16方向延伸且伸出于其所在侧的转子铁芯13外。

本方案中转子油路冷却模式中还有两组甩油孔Ⅱ24，在外部气压和离心力的作用下，密闭腔室内的冷却油会通过转轴12的甩油孔Ⅱ24进入引油槽25内，引油槽25将冷却油引入至转子铁芯13的外端，对转子铁芯13的外端进行冷却，在汇集到冷却腔室内，从排油口27排出；同时，冷却油从两组引油槽25流出时，对转轴12也起到冷却的作用，避免转轴12的高热量传递到轴承9上；而且部分的冷却油也会喷射到轴承9上，对轴承9也起到冷却的作用，避免转子铁芯13的热量经过转轴12传递到轴承9上。

作为优选，转轴12位于输油口的一端设置有与转轴12同中心线的进油管，进油管的出油端穿过于输油口且伸入于密闭腔室内，进油管与输油口内壁间隔设置，进油管位于其与输油口之间的管身上套设有能够分别与进油管和输油口密封配合的密封环10。

本方案通过进油管11将冷却油引入至密闭腔室内，同时，进油管11的外表面的密封环10与输油口相配合，避免冷却油泄漏。

作为优选，甩油孔Ⅰ23的尺寸大于甩油孔Ⅱ24的尺寸。

本方案将甩油孔Ⅰ23的尺寸设计为大于甩油孔Ⅱ24的尺寸，这是由于甩油孔Ⅰ23只有一组，且甩油孔Ⅰ23需要将大量的冷却油引入至转子甩油环16内，才能将冷却油引入至鼠笼绕组14的油孔内，而甩油孔Ⅱ24为两组，且主要是对转轴12表面冷却，其冷却油的油路路径较甩油孔Ⅰ23的油路路径较近，因此，需要的冷却油较少，这样，通过甩油孔Ⅰ23和甩油孔Ⅱ24的尺寸的大小限定冷却油的油量。

作为优选，鼠笼绕组14沿周向设有多个与连接孔A31对应的工艺孔，工艺孔的上端口穿过鼠笼绕组14，工艺孔下端口与转子甩油环16的冷却油孔连通。

本方案设置工艺孔在转子油路冷却模式中不起任何作用，设置工艺孔只是在对鼠笼绕组14加工冷却油孔时，对钻孔产生的废屑起到排屑的作用，避免加工时，废屑堵塞冷却油孔，同时工艺孔加工要将铸铝工艺中堵塞的冷却油孔进行疏通。

作为优选，工艺孔外表面套设有呈环形结构的转子封油环15。本方案设置转子封油环15用于密封冷却油，防止冷却油泄漏。

作为优选，绕组线槽A的内表面设有槽绝缘7。槽绝缘7的作用是加强定子绕组与定子铁芯之间的绝缘。

一种高功率密度电机冷却结构的冷却方法，冷却方法应用于高功率密度电机冷却结构，对电机冷却结构进行冷却方法包括：冷却油通过两个进油口26分别进入进油腔室内，通过进油腔室进行分流形成三股油路通道，分别流入多条进油通道，当冷却油在进油通道流过时，会带走定子铁芯热量和绕组线槽A内绕组线缆8传递的热量，对绕组线缆8和定子铁芯进行冷却，冷却后，冷却油集中在冷却腔室内，并通过排油口27排出；

同时，冷却油经输油口进入转轴12的密闭腔室内，在外部油压和离心力的作用下，冷却油经过转轴12的甩油孔Ⅰ23时，流入到转子甩油环16的环形槽32内，环形槽32与转轴12之间形成为甩油腔，再通过甩油腔将冷却油经连接孔A31和连接孔B进入冷却油孔30，对鼠笼绕组14进行冷却，而冷却后的冷却油经冷却油孔30汇集到冷却腔室内，再从排油口27排出。

作为优选，当冷却油在油路通道Ⅰ流过时，会带走定子铁芯热量和绕组线槽A槽底外侧由绕组线缆8传递的热量，对绕组线缆8和定子铁芯进行冷却；当冷却油在油路通道Ⅱ流过时，会带走定子铁芯热量和两个绕组线槽A之间由绕组线缆8传递的热量，对绕组线缆8和定子铁芯进行冷却，当冷却油在油路通道Ⅲ流过时，油路通道Ⅲ将冷却油引入定子喷油环3的喷油腔内，在外部油压的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔28喷射到绕组线缆8末端位置，对绕组线缆8末端位置和定子铁芯进行冷却；冷却后油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ和油路通道Ⅲ的冷却油集中在冷却腔室内，并通过排油口27排出。

作为优选，冷却油经输油口进入转轴12的密闭腔室内，在外部油压和离心力的作用下，密闭腔室内的冷却油会通过转轴12的甩油孔Ⅱ24进入引油槽25内，引油槽25将冷却油引入至转子铁芯13的外端，冷却后，冷却油流入冷却腔室内，从排油口27排出。

1、本方案采用两种油冷却方式，分别为定子油路冷却和转子油路冷却，其中，定子油路冷却分为油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ、油路通道Ⅲ，并通过定子隔油环6将油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ、油路通道Ⅲ一分为二，定子隔油环6的两侧分别对应机壳2上设置的两个进油口26，定子隔油环6中的进油腔室对应油路通道Ⅰ和油路通道Ⅲ，而定子隔油环6上设置的导油槽22对应油路通道Ⅱ；

这样，冷却油经过两个进油口26分别进入定子隔油环6两侧的进油腔室和导油槽22内，分别进入油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ、油路通道Ⅲ，而油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ靠近发热最严重的绕组线缆8部位和定子铁芯上涡流损耗较大的部位，冷却油通过油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ会带走绕组线缆8和定子铁芯上的热量，对定子整体进行冷却；油路通道Ⅲ进入到定子喷油环3的喷油腔内，在外部压力的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔28喷射到绕组线缆8末端位置，对绕组线缆8末端位置进行冷却；本方案通过油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ、油路通道Ⅲ三条冷却通道对定子铁芯的不同位置针对性的冷却，提高定子冷却的效率；

在定子油路冷却模式进行时，转子油路冷却模式也同时进行，让冷却油通过输油口向转轴12内的密闭腔室内输送冷却油，在实际工作中，在外部气压和离心力的作用下，密闭腔室内的冷却油会通过转轴12的甩油孔Ⅰ23进入转子甩油环16的环形槽32内，环形槽32与转轴12之间形成为甩油腔，再通过甩油腔将冷却油经连接孔A31和连接孔B进入冷却油孔30，对鼠笼绕组14进行冷却，而冷却后的冷却油经冷却油孔30汇集到冷却腔室内，再从排油口27排出；同时，密闭腔室内的冷却油会通过转轴12的甩油孔Ⅱ24进入引油槽25内，引油槽25将冷却油引入至转子铁芯13的外端，避免转轴12的高热量传递到轴承9。

2、本方案通过冷却油介质直达电机发热的零部件(绕组线缆8、定子冲片、鼠笼绕组14和轴承9)，整体结构紧凑，性能稳定，成本低；冷却效果好，能达到高功率密度；提高电机运行寿命；电机采用全密封结构，噪声小。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高功率密度电机冷却结构，包括机壳，所述机壳前后两端分别设有端盖，所述端盖与机壳之间形成封闭式的冷却腔室，所述机壳内贯穿有转轴，其特征在于，所述机壳内且位于机壳沿其前后方向的中间位置设置有与转轴同中心线的定子隔油环，所述机壳内且位于定子隔油环的两侧同中心线分别设置有与转轴同中心线的定子铁芯，所述定子铁芯朝向于定子隔油环的一端与定子隔油环固定密封配合，所述定子铁芯与机壳内表面固定密封连接，所述定子铁芯的内表面上分别绕其中心线方向均匀间隔开设有多条绕组线槽A，所述绕组线槽A为通槽且沿平行于转轴中心线方向延伸，位于两个定子铁芯上的绕组线槽A分别对应设置，所述定子隔油环的内表面上对应各绕组线槽A的位置分别开设有绕组线槽B，所述绕组线槽B为通槽且沿平行于转轴中心线方向延伸，位于两个定子铁芯上的相对应的两个绕组线槽A之间设置有绕组线缆，所述绕组线缆穿过于对应的绕组线槽B且其两端分别从两个绕组线槽相背的一端伸出，所述定子隔油环的两侧侧面且位于外侧边缘的位置绕转轴中心线方向环设有进油环槽，所述进油环槽与其所在侧的定子铁芯之间形成为进油腔室，所述机壳的一侧侧面上穿设有分别与两个进油腔室连通的进油口，所述机壳上且背对进油口一侧的侧面上穿设有与冷却腔室连通的排油口，所述排油口靠近于其中一个端盖处，所述定子铁芯上穿设有多条平行于其中心线方向延伸的进油通道，所述进油通道分别与进油腔室和冷却腔室连通；

所述转轴上套设有与其固定密封配合的转子甩油环，所述转子甩油环位于机壳沿机壳前后方向的中间位置，所述转子甩油环的内侧面上环设有与其同中心线的环形槽，所述环形槽与转轴之间形成为甩油腔，所述转轴内设有用于容纳冷却油的密闭腔室，所述转轴的一端端部沿其中心线方向开设有与密闭腔室连通的输油口，所述转轴上对应甩油腔的位置为绕转轴中心线方向均匀间隔穿设有多个甩油孔Ⅰ，所述甩油孔Ⅰ沿转轴径向方向延伸，密闭腔室通过甩油孔Ⅰ与甩油腔连通，所述转子甩油环上绕转轴中心线方向均匀间隔穿设有多个沿平行于转轴中心线方向延伸的鼠笼穿孔A，所述转轴上且位于转子甩油环的两侧同中心线分别设置有与转轴同中心线的转子铁芯，所述转子铁芯朝向于转子甩油环的一端与转子甩油环固定连接，所述转子铁芯上分别对应各鼠笼穿孔A的位置均沿平行于转轴中心线方向穿设有鼠笼穿孔B，位于两个转子铁芯上的相对应的两个鼠笼穿孔B之间设置有鼠笼绕组线缆，所述鼠笼绕组线缆穿过于对应的鼠笼穿孔A且其两端分别从两个鼠笼穿孔B相背的一端伸出，所述鼠笼绕组线缆分别与鼠笼穿孔A的内壁和鼠笼穿孔B的内壁贴合，所述鼠笼绕组线缆上沿平行于转轴中心线方向穿设有冷却油孔，所述鼠笼绕组线缆上朝向于转子甩油环的一侧侧面上且对应转子甩油环的位置开设有沿转轴径向方向延伸且与冷却油孔连通的连接孔A，所述环形槽的槽底上对应各连接孔A的位置穿设有与连接孔A同中心线的连接孔B，所述冷却油孔通过连接孔A和连接孔B与甩油腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种高功率密度电机冷却结构，其特征在于，多条所述进油通道包括位于所述绕组线槽A槽底外侧的油路通道Ⅰ和位于相邻两个所述绕组线槽A之间的油路通道Ⅱ，所述定子铁芯由多块重叠在一起的定子冲片组成，所有的定子冲片且位于所述绕组线槽A槽底外侧的位置分别开设有交错孔Ⅰ，相邻两个交错孔Ⅰ沿平行于转轴中心线方向的投影部分重合，所有的交错孔Ⅰ依次连通以形成油路通道Ⅰ，所有的定子冲片且位于相邻两个所述绕组线槽A之间的位置分别开设有交错孔Ⅱ，相邻两个交错孔Ⅱ沿平行于转轴中心线方向的投影部分重合，所有的交错孔Ⅱ依次连通以形成油路通道Ⅱ。

3.根据权利要求1所述的一种高功率密度电机冷却结构，其特征在于，所述定子隔油环的两侧侧面上且分别对应各所述油路通道Ⅱ的位置开设有分别与所述油路通道Ⅱ与进油腔室连通的导油槽，所述油路通道Ⅱ沿所述转轴中心线方向的投影位于导油槽沿所述转轴中心线方向的投影内。

4.根据权利要求1所述的一种高功率密度电机冷却结构，其特征在于，所述机壳内且分别位于两个所述定子铁芯外侧的位置设置有与所述转轴同中心线设置的定子喷油环，定子喷油环固定密封连接在所述机壳内表面上，定子喷油环朝向于所述定子铁芯的一侧侧面上凹设有与定子喷油环同中心线的喷油槽，定子喷油环朝向于所述定子铁芯的一侧侧面与其所在侧对应的所述定子铁芯的外侧面固定密封连接，喷油槽与其所在侧对应的所述定子铁芯之间形成为喷油腔，所述定子铁芯上绕其中心线方向均匀间隔穿设有沿平行于其中心线方向延伸的连通孔，连通孔形成油路通道Ⅲ，油路通道Ⅲ的两端分别与喷油腔和进油腔室连通，定子喷油环的内侧面上绕其中心线方向均匀间隔穿设有多个沿所述转轴径向方向延伸且与喷油腔连通的喷油孔。

5.根据权利要求1所述的一种高功率密度电机冷却结构，其特征在于，所述转轴且位于转子铁芯内侧的轴身上绕所述转轴中心线方向均匀间隔穿设有多个甩油孔Ⅱ，甩油孔Ⅱ沿所述转轴径向方向延伸且与所述密闭腔室连通，所述转轴的轴身且位于甩油孔Ⅱ外侧孔口位置沿平行于所述转轴中心线方向开设有引油槽，引油槽的一端与其对应的甩油孔Ⅱ连通，另一端朝向于背对所述转子甩油环方向延伸且伸出于其所在侧的转子铁芯外。

6.根据权利要求1所述的一种高功率密度电机冷却结构，其特征在于，所述转轴位于所述输油口的一端设置有与所述转轴同中心线的进油管，进油管的出油端穿过于所述输油口且伸入于所述密闭腔室内，进油管与所述输油口内壁间隔设置，进油管位于其与所述输油口之间的管身上套设有能够分别与进油管和所述输油口密封配合的密封环。

7.根据权利要求5所述的一种高功率密度电机冷却结构，其特征在于，甩油孔Ⅰ的尺寸大于甩油孔Ⅱ的尺寸。

8.一种高功率密度电机冷却结构的冷却方法，其特征在于，所述冷却方法应用于权利要求1一种高功率密度电机冷却结构，对所述电机冷却结构进行冷却方法包括：冷却油通过两个进油口分别进入进油腔室内，通过进油腔室进行分流形成三股油路通道，分别流入多条进油通道，当冷却油在进油通道流过时，会带走定子铁芯热量和绕组线槽A内绕组线缆传递的热量，对绕组线缆和定子铁芯进行冷却，冷却后，冷却油集中在冷却腔室内，并通过排油口排出；

同时，冷却油经输油口进入转轴的密闭腔室内，在外部油压和离心力的作用下，冷却油经过转轴的甩油孔Ⅰ时，流入到转子甩油环的环形槽内，环形槽与转轴之间形成为甩油腔，再通过甩油腔将冷却油经连接孔A和连接孔B进入冷却油孔，对鼠笼绕组进行冷却，而冷却后的冷却油经冷却油孔汇集到冷却腔室内，再从排油口排出。

9.根据权利要求8所述的一种高功率密度电机冷却结构的冷却方法，其特征在于，当冷却油在油路通道Ⅰ流过时，会带走定子铁芯热量和绕组线槽A槽底外侧由绕组线缆传递的热量，对绕组线缆和定子铁芯进行冷却；当冷却油在油路通道Ⅱ流过时，会带走定子铁芯热量和两个绕组线槽A之间由绕组线缆传递的热量，对绕组线缆和定子铁芯进行冷却，当冷却油在油路通道Ⅲ流过时，油路通道Ⅲ将冷却油引入定子喷油环的喷油腔内，在外部油压的作用下，喷油腔内的冷却油经喷油孔喷射到绕组线缆末端位置，对绕组线缆末端位置和定子铁芯进行冷却；冷却后油路通道Ⅰ、油路通道Ⅱ和油路通道Ⅲ的冷却油集中在冷却腔室内，并通过排油口排出。

10.根据权利要求8所述的一种高功率密度电机冷却结构的冷却方法，其特征在于，冷却油经输油口进入转轴的密闭腔室内，在外部油压和离心力的作用下，密闭腔室内的冷却油会通过转轴的甩油孔Ⅱ进入引油槽内，引油槽将冷却油引入至转子铁芯的外端，冷却后，冷却油流入冷却腔室内，从排油口排出。

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