CN116155017A - 可对转子进行防护的油冷电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可对转子进行防护的油冷电机，其油冷机构包括设置于机壳和定子铁心之间的油道，和设置于机壳上的进油口和回油口，油冷机构利用流入的冷却油对所述定子铁心和所述定子铁心端部的端部绕组进行油冷散热；挡油环的两端面分别抵接于所述定子铁心端面和所述端盖上，所述定子铁心、挡油环以及两个所述端盖形成放置所述转子组件的封闭空间。本发明通过在端盖内侧面设置环形安装槽，并在安装槽内放置密封圈，然后将挡油环的一端止抵于定子铁心端面、另一端安装于安装槽内并与密封圈压接，密封圈发生形变后使挡油环的两端紧密贴合，从而对设置于其中的转子组件进行防护，避免冷却油直接与高速旋转的转子接触产生搅油损失，降低电机效率。

Description

可对转子进行防护的油冷电机

技术领域

本发明涉及电机散热技术领域，特别涉及一种可对转子进行防护的油冷电机。

背景技术

随着新能源电动汽车的普及和技术的不断发展，对于电动汽车驱动电机的功率密度要求越来越高，这就意味着相同体积的电机将产生更多的热量，这给电机散热带来了更大的挑战。

传统的电动汽车驱动电机常采用水冷的间接冷却方式，通过冷却水流经设置在机壳中的水道来带走定子铁心与机壳接触部分传导出的热量，而对于发热较大的端部绕组端部则无法直接冷却，难以满足高功率密度电机的散热需求；油具有不导电不导磁的特性，因此是理想的电机直接冷却介质，油冷也成为电机冷却的常用方式，其是通过冷却油路使冷却油液进入电机内部，直接对电机定子铁心和端部绕组端部等热源进行冷却，其能够显著提升散热效率，从而提升电机性能。

虽然油冷方式较水冷具有更高的散热效率，但由于冷却油自身的粘性，其在电机内部与高速旋转的转子接触后会发生摩擦从而产生大量热量，同时搅动冷却油也会给电机带来较大的机械损耗，降低电机效率，影响电机的可靠运行。

针对这个问题，现有技术诸如公开号为CN 109194037 A的专利公开了《一种隔离电机定子、转子所在空间的油冷电机》，该油冷电机是在定子和转子之间的气隙中设置隔离套筒，套筒外表面沿轴向设有若干肋，这些肋分别插入电机相邻定子齿间的定子槽口中，套筒内表面与转子间留有气隙，套筒两端的端部支撑分别止抵于两侧的电机端盖上，机壳内腔表面设有轴向油道，用于左右侧定子腔室连通。

该专利方案通过隔离套筒结构将电机内部空间分成定子腔室和转子腔室两部分，使得冷却油可以单独进入定子腔室对定子及端部绕组端部进行直接冷却，避免了油液与转子接触产生机械损耗。但同时也存在一些缺陷：

1、在定子和转子之间设置隔离套筒难免会使电机气隙增大，造成磁阻增大，励磁电流增大，影响电机的电磁性能，降低电机的功率因数；

2、左右两侧定子腔室单独进油，冷却油难以通过机壳内腔轴向油道循环流通，无法对定子铁心内部进行有效冷却；

3、左右两侧进油口喷油压力不一致，且喷油方向垂直端部绕组端部，长期压力喷油可能会对端部绕组端部造成局部损伤；

4、隔离套筒端部支撑部分止抵于两侧端盖上，难以形成有效密封，无法保证冷却油不进入转子腔室；

5、转子腔室中进油后不能及时排除，冷却油累积后与转子接触会造成机械损耗，并产生大量的热量，进而可能影响电机的可靠运行。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种具有转子防护结构的油冷电机，解决了现有的油冷电机增加隔离套筒的冷却散热结构存在的影响电机性能以及冷却油容易进入转子腔室内无法排出而影响电机可靠运行的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：可对转子进行防护的油冷电机，包括：

机壳和设置于机壳两端的端盖，所述机壳和端盖组成密封的电机腔体；

定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子铁心和设置于所述定子铁心内部的端部绕组，所述定子组件和转子组件设置于所述电机腔体内，所述转子组件套设于所述定子铁心内；

油冷机构，所述油冷机构包括设置于所述机壳和定子铁心之间的油道，所述油冷机构还包括设置于所述机壳顶部的进油口和底部的回油口，所述油冷机构利用流入的冷却油对所述定子铁心和所述定子铁心端部的端部绕组进行油冷散热；

挡油环，所述挡油环的两端面分别抵接于所述定子铁心端面和所述端盖上，所述定子铁心、挡油环以及两个所述端盖形成放置所述转子组件的封闭空间。

进一步地，所述端盖的内表面设置有安装槽，所述挡油环的一端安装于所述安装槽内。

优选地，所述安装槽内设置有密封圈。

进一步地，所述挡油环的剖视结构为Z字形。

优选地，所述挡油环底部设置有漏油孔。

进一步地，所述油冷机构还包括：

两个环形的挡环结构，两个所述挡环分别设置于所述定子铁心外表面靠近所述端部绕组的位置，两个所述挡环与所述机壳内表面相贴合，且两个所述挡环位于所述进油口两侧，所述挡环的上端开设有泄油口，所述泄油口位置与所述端部绕组位置相对应。

优选地，所述油冷机构还包括：

导流条结构，所述导流条呈环形设置于所述定子铁心外表面，所述导流条与所述机壳内表面相贴合，所述导流条上设有开口形成导油口。

进一步地，所述导流条设置有多个，且多个所述导流条对称分布于所述进油口两侧，同侧的相邻两个所述导流条的开口方向相反。

优选地，同侧的相邻两个所述导油口的位置分别位于所述定子铁心的上端和下端。

优选地，所述定子铁心、挡环和导流条由多片形状相适应的定子冲片叠装成型。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1、本发明通过在端盖内侧面设置环形安装槽，并在安装槽内放置密封圈，然后将挡油环的一端止抵于定子铁心端面、另一端安装于安装槽内并与密封圈压接，密封圈发生压缩形变后使挡油环的两端紧密贴合，从而实现电机内部定子和转子腔室的有效分隔，避免冷却油进入转子腔室内部直接接触高速转子产生搅油损失；进一步地，本发明还在挡油环的底部开设漏油孔，即使挡油环两端贴合密封不严密导致冷却油进入转子腔室内，也可以在重力作用下通过漏油孔排出，不会存在转子腔室内冷却油的累积并造成与高速转子接触产生损耗，保证转子防护的可靠性；

2、本发明通过在机壳和定子铁心上设置油冷机构，冷却油通过机壳上的进油口注入，流经环形油道对定子铁心进行冷却，接着从定子铁心上的泄油口排出对端部绕组进行冲淋冷却，最终经回油口进行回收，经外部冷却后循环使用；进一步通过导流条增大冷却油与定子铁心外表面的接触面积，从而提升冷却效果。

附图说明

图1为本发明实施例的结构主视剖面示意图；

图2为本发明实施例的油冷机构的立体结构示意图；

图3是本发明实施例的挡油环的结构剖视图。

图中：1、机壳；2、端盖；3、转子组件；4、定子铁心；5、端部绕组；6、进油口；7、回油口；8、挡环；9、挡油环；10、密封圈；11、泄油口；12、导流条；13、漏油孔；14、油道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

参见图1，本实施例公开了一种可对转子进行防护的油冷电机，该油冷电机结构包括：

机壳1和设置于机壳1两端的端盖2，机壳1和端盖2共同组成密封的电机腔体；

定子组件和转子组件3，定子组件包括定子铁心4和设置于定子铁心内部的端部绕组5，定子组件和转子组件3设置于电机腔体内，转子组件3套设于定子铁心4内；

机壳1普遍为两端开口的圆筒形结构，机壳1的两端开口通过端盖2进行装配实现密封，其内部密封空间形成电机腔体，电机腔体用于装配定子组件和转子组件3，定子组件位于电机腔体内的外环面，转子组件3则穿过定子铁心4，其一端抵接于一个端盖2的内表面，另一端穿出另一个端盖2的表面。机壳1、端盖2、转子组件3和定子组件的装配属于本领域的常规技术手段，本发明在此不做赘述。

油冷机构，油冷机构包括设置于机壳1和定子铁心4之间的油道14，及设置于机壳1顶部的进油口6和底部的回油口7，油冷机构利用从进油口6流入的冷却油对定子铁心4和端部绕组5进行油冷散热；

本发明设置油冷机构，利用流过油冷机构的冷却油对电机的定子组件进行冷却，具体来讲油冷机构设置于定子铁心4和机壳1的内表面之间，通过在机壳1上设置进油口6和回油口7，冷却油经进油口6流入，通过流经油道14和泄油口11冲淋对定子组件进行降温散热，吸收定子组件热量后温度上升的冷却油则经回油口7流出，回油口7流出的冷却油经外部冷却后循环使用对定子组件进行降温。在实际操作中，为了避免循环用油可能带入杂质对电机造成损害，因此可设置一个过滤组件对循环使用的冷却油进行过滤，经过过滤后的洁净冷却油不会对电机部件造成损害。

挡油环9，挡油环9的两端面分别抵接于定子铁心4的端面和端盖2的内表面上，定子铁心4、挡油环9以及两个端盖2形成放置转子组件3的封闭空间。

当利用油冷机构对定子铁心4和端部绕组5进行接触式热交换时，在不对转子组件3做任何防护的情况下，冷却油会直接与转子组件3两侧端板接触并进入定转子间的气隙，而转子组件3工作时会高速旋转，冷却油由于自身粘度较高，转子组件3在高速旋转中与冷却油接触摩擦会产生大量热量，从而造成大量的机械损耗，持续时间较长会对电机的可靠运行造成重大影响。现有的解决方案是在定子组件和转子组件3之间设置一个隔离套筒，利用隔离套筒将电机腔体内部分为定子腔室和转子腔室两部分，从而使冷却油流经定子腔室只对定子组件进行降温散热，但该方案在定子组件和转子组件3之间设置隔离套筒无疑会增加定子组件和转子组件3之间的气隙距离，造成磁阻增大，励磁电流增大，影响电机的电磁性能，降低电机的功率因数。因此本发明摒弃贯穿式的隔离套筒的设计理念，利用挡油环9，其一端位于端部绕组5的内侧并止抵于定子铁心4的端面上，另一端则抵接于端盖2的内表面上，从而将定子组件和转子组件3之间进行有效分隔，由于本发明是在定子铁心4端部和端盖2之间设置挡油环9进行腔室隔离，而无需设置隔离套筒穿过定子组件和转子组件3之间的气隙，因此本发明不改变定子组件和转子组件3之间的气隙，即不改变原电机的装配参数，对电机的正常运行不产生任何不利影响。可以理解，挡油环9的两端由于与定子铁心4的端面形状和端盖2的形状相关，因此，挡油环9的形状可根据定子铁心4端面形状和端盖2的形状进行适应性改变。

由于现有技术的隔离套筒的两端抵于两侧端盖上，在制造及装配误差的影响下难以形成有效密封，电机在长时间运行和冷却散热过程中冷却油可能经隔离套筒与端盖之间的缝隙进入转子腔室内。为了避免这种情况，本发明增加挡油环9与端盖2之间的密封结构，在端盖2的内表面设置有安装槽，该安装槽的形状与挡油环9外端面的形状相适应，挡油环9的外端面安装于安装槽内。优选地，安装槽内设置有密封圈10，密封圈10为可发生弹性形变的材料制成，当挡油环9安装于安装槽内时，可挤压密封圈10，密封圈10发生形变后与挡油环9的端面紧密接触从而大大增强密封性能。示例性地，本实施例的密封圈10选择橡胶圈，橡胶具有良好的弹性形变，橡胶圈也是常用的密封圈，可以保证对于挡油环9的密封效果，避免冷却油进入转子腔室内。当然，为了增强对挡油环9另一端的密封效果，也可以在定子铁心4的端面上贴合放置一个密封圈10，从而增强挡油环9该端的密封效果。

为了增加冷却油在电机腔体内的循环速率，使得冷却效果更好，本发明将挡油环9的剖视结构设置为Z字形，或者也可以设置为台阶形，通过上述结构，可以使安装槽的位置靠近转子组件3，从而增加定子组件和端盖2之间的空间，容纳更多冷却油更快地在定子腔室内循环流动，增加冷却散热效果。

当现有技术中冷却油进入转子腔室后，转子腔室内的冷却油无法排出，冷却油累积过多后和高速转子接触会产生大量热量，造成机械损耗。而且由于现有技术的冷却油充满定子腔室，即使在转子腔室设计排油结构也无法将转子腔室内的冷却油排出，反而会使定子腔室内的冷却油倒流入转子腔室内。因此，参见图3，本发明在挡油环9的底部设置有漏油孔13，进油口6的高度位于回油口7上方，且漏油孔13的高度位于进油口6和回油口7之间。本发明在冷却过程中冷却油并不充满定子组件和机壳1、端盖2组成的封闭空间，而且在使用过程中冷却油的液面高度低于漏油孔13的高度，因此利用漏油孔13可将因密封不当进入转子组件3内的冷却油排出。

进一步地，油冷机构还包括：

两个环形的挡环结构，两个挡环8分别设置于定子铁心4外表面靠近端部绕组5的位置，两个挡环8与机壳1内表面相贴合，且两个挡环8位于进油口6两侧，挡环8的上端开设有泄油口11，泄油口11位置与端部绕组5位置相对应。

定子铁心4外表面、机壳1内表面与两个挡环结构形成进油腔体，冷却油经进油口6进入进油腔体内对进油腔体覆盖的定子铁心4外表面进行冷却散热，冷却油可充满进油腔体内部，从而对定子铁心4外表面进行均匀、充分的热交换，保证定子铁心4散热的均匀性和快速性。在挡环8的上端设置泄油口11，冷却油充满进油腔体后经泄油口11对定子铁心4端部的端部绕组5进行冲淋降温，冲淋降温后的冷却油经回油口7流出。

优选地，挡环结构除上端开设的主泄油口11外，也可开设其他辅助泄油口用于端部绕组的冲淋冷却。参见图2，本实施例在挡环8上部180°范围内沿主泄油口11对称均匀设有若干辅助泄油孔，增大冷却油对端部绕组5的直接冲淋面积，同时辅助泄油口的设置有助于调节进油腔体内冷却油的排出速率及压力，进而影响电机腔体内冷却油的循环速率。

优选地，由于机壳1、两个挡环结构、定子组件、两个挡油环9和端盖2形成两个独立的回油腔体，为了使得两侧的降温及冷却油流动速率相同，因此本发明将进油口6设置于机壳1顶部的中心位置，在机壳1底部靠近两端部的位置分别设置一个回油口7。

优选地，油冷机构还包括：

导流条结构12，导流条12呈环形设置于定子铁心4外表面，导流条12与机壳1内表面相贴合，导流条12上设有开口形成导油口。

具体地，导流条12的结构基本与挡环8一致，区别在于挡环8是一个圆环，其上端设有小开口作泄油口11，而导流条12的首尾不相连，为一弧形长条，其首尾之间的开口形成导油口，导流条12可对注入进油腔体的冷却油进行导流形成冷却油流动的油道14。

进一步地，导流条12设置有多个，且多个导流条12对称分布于进油口6两侧，同侧的相邻两个导流条12的开口方向(即导油口方向)相反。通过设置多个导流条12，增大冷却油与定子铁心4外表面的接触面积，从而提高冷却效果。优选地，相邻两个导油口的位置分别位于定子铁心4的上端和下端。参见图2，本实施例设置有两条左右对称设置的导流条12，这两个导流条12位于进油口6两侧，且其导油口位于底部，从而在进油腔体内形成三条油道14，分别为进油口6所在的中间油道以及两侧的左、右油道，中间油道的冷却油从进油口6由上至下流入，左、右油道的冷却油从底部的导油口从下至上流入，最后经泄油口11流出对端部绕组5进行冲淋降温。

优选地，常规的定子铁心4是由多片形状相同的定子冲片叠装而成。则本发明的定子铁心4、挡环8和导流条12也可以参照该结构，根据定子铁心4、挡环8和导流条12最终形成的位置、形状和尺寸由多片形状相适应的定子冲片叠装成型，从而无需在定子铁心4上另设置独立的挡环8和导流条12，使得该结构制造简单，成型后结构稳定。

使用时，冷却油经进油口6流入进油腔体内，经导流条12形成的油道14进行流动对定子铁心4外表面进行均匀降温，当冷却油充满进油腔体后，由泄油口11流出对端部绕组5进行冲淋降温，冷却油在挡油环9外圆面的引导下，冷却油充分流经整个端部绕组5后流下，保证了对端部绕组5冷却的均匀性，并经过回油口7流出回收处理进行循环使用。电机腔体下部回流的冷却油液面高度低于漏油孔13的高度，当转子组件3内渗入冷却油时，也可以经漏油孔13排出后经回油口7流出。

综上，本发明的油冷电机至少具有如下优点：

1、定子铁心的环形冷却油路结构简单，加工方便，且定子铁心冷却区域表面积大，冷却均匀性好；

2、定子铁心的冷却油路左右对称，中间油道进油后左右侧泄油口油液流量分配均匀，两侧端部绕组端部同步冷却；

3、定子铁心冷却油路流畅，左右侧油道冷却油自下而上充满油路，避免了回转空腔；

4、采用定子铁心顶部两侧冷却油冲淋结合挡油环引导油液的方式，实现了对端部绕组端部的高效直接冷却，冷却均匀性好；

5、通过橡胶圈的压缩变形给挡油环提供了压紧力，保证了挡油环与定子铁心端面的紧密贴合，实现了电机内部定子组件和转子组件腔室的密封分隔，同时结合挡油环底部漏油孔结构，保证了冷却油无法进入转子腔室并累积，对转子防护可靠。

需要说明的是，在本文中，诸如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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.可对转子进行防护的油冷电机，其特征在于，包括：

机壳和设置于机壳两端的端盖，所述机壳和端盖组成密封的电机腔体；

定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子铁心和设置于所述定子铁心内部的端部绕组，所述定子组件和转子组件设置于所述电机腔体内，所述转子组件套设于所述定子铁心内；

油冷机构，所述油冷机构包括设置于所述机壳和定子铁心之间的油道，所述油冷机构还包括设置于所述机壳顶部的进油口和底部的回油口，所述油冷机构利用流入的冷却油对所述定子铁心和所述定子铁心端部的端部绕组进行油冷散热；

挡油环，所述挡油环的两端面分别抵接于所述定子铁心端面和所述端盖上，所述定子铁心、挡油环以及两个所述端盖形成放置所述转子组件的封闭空间。

2.根据权利要求1所述的油冷电机，其特征在于，所述端盖的内表面设置有安装槽，所述挡油环的一端安装于所述安装槽内。

3.根据权利要求2所述的油冷电机，其特征在于，所述安装槽内设置有密封圈。

4.根据权利要求1所述的油冷电机，其特征在于，所述挡油环的剖视结构为Z字形。

5.根据权利要求1所述的油冷电机，其特征在于，所述挡油环底部设置有漏油孔。

6.根据权利要求1所述的油冷电机，其特征在于，所述油冷机构还包括：

两个环形的挡环结构，两个所述挡环分别设置于所述定子铁心外表面靠近所述端部绕组的位置，两个所述挡环与所述机壳内表面相贴合，且两个所述挡环位于所述进油口两侧，所述挡环的上端开设有泄油口，所述泄油口位置与所述端部绕组位置相对应。

7.根据权利要求6所述的油冷电机，其特征在于，所述油冷机构还包括：

导流条结构，所述导流条呈环形设置于所述定子铁心外表面，所述导流条与所述机壳内表面相贴合，所述导流条上设有开口形成导油口。

8.根据权利要求7所述的油冷电机，其特征在于，所述导流条设置有多个，且多个所述导流条对称分布于所述进油口两侧，同侧的相邻两个所述导流条的开口方向相反。

9.根据权利要求8所述的油冷电机，其特征在于，同侧的相邻两个所述导油口的位置分别位于所述定子铁心的上端和下端。

10.根据权利要求7-9任一项所述的油冷电机，其特征在于，所述定子铁心、挡环和导流条由多片形状相适应的定子冲片叠装成型。

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