CN116317261A - 电机冷却系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机冷却系统及汽车，该电机冷却系统用于电机磁钢的冷却，包括转轴、转子铁心、平衡盘组件和冷却装置，所述转子铁心套设固定在转轴上，转子铁心上设置有磁钢，磁钢沿转子的轴向延伸，平衡盘组件包括两个，分别设置在转子铁心轴向的两侧，用于在轴向上限位转子铁心，一个或两个平衡盘上开设有轴向的通孔，通孔中填充有相变材料，该相变材料与磁钢相接触，冷却装置设置在平衡盘的外侧，用于对通孔中的相变材料喷出冷却液，使相变材料降温；该冷却系统通过将相变材料与磁钢直接接触，使磁钢上的热量能够快速地转移到相变材料上，并传递至转子端部的平衡盘处，通过冷却装置与相变材料进行热交换，实现了磁钢快速、持续地降温。

Description

电机冷却系统及汽车

技术领域

本发明涉及冷却设备及交通工具技术领域，特别涉及一种电机冷却系统，一种汽车。

背景技术

目前，新能源汽车对于续航里程、动力性和成本的要求越来越高，进而对驱动电机的效率、峰值性能和单体成本的要求也日渐提高。汽车主驱动电机定转子的运行温度、特别是转子中磁钢的运行温度限制了驱动电机工作效率的提高。

现有技术中，新能源汽车的主驱动电机转子的降温方法一般将转轴设置为空心轴，在空心轴中通入冷却油或者冷却水，如BYD混动DMI电驱动系统的转子采用空心轴通油经过平衡盘上的油孔甩到定子绕组端部；奥迪Etron电驱动系统的转子采用在空心轴内设置水冷结构；又如精进电驱动系统通过中空轴进油后甩到定子线包外侧。上述方法对转子的整体有一定的冷却作用，但是并不能直接对磁钢进行冷却，磁钢的降温速度慢，限制了驱动电机效率的提高。此外，该转子的冷却结构需要在转轴等零件上设计冷却液的流动路线，增加了零件加工的复杂度。

可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种电机冷却系统及汽车，能够直接对电机转子的磁钢进行降温，从而提高电机的工作效率。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本申请一方面公开了一种电机冷却系统，用于电机转子磁钢的冷却，所述系统包括：

转轴；

转子铁心，其套设固定在所述转轴上，所述转子铁心上设有磁钢，所述磁钢沿所述转子铁心的轴向延伸；

平衡盘组件，包括两个，分别设置在所述转子铁心轴向的两侧，用于在轴向上限位所述转子铁心；一个或两个所述平衡盘组件上开设有轴向的通孔，所述通孔中填充有相变材料，所述相变材料与所述磁钢相接触；

冷却装置，设置在所述平衡盘组件的外侧，用于冷却所述相变材料。

本申请的一些实施例中，所述转子铁心中设置有槽体，所述槽体沿所述转子铁心的轴向延伸，所述磁钢设置有多条，每条所述磁钢对应一所述槽体；所述槽体与所述通孔连通，所述槽体中填充有相变材料，所述槽体中的相变材料与所述磁钢相接触。

本申请的一些实施例中，其中一个所述平衡盘组件上设置有多个通孔，所述槽体的一端与所述通孔连通。

本申请的一些实施例中，两个所述平衡盘组件上分别设置有多个通孔，所述槽体的两端分别连通所述平衡盘组件上的一个所述通孔。

本申请的一些实施例中，所述磁钢或者所述相变材料的外表面设有导热硅脂层。

本申请的一些实施例中，所述平衡盘组件包括：

平衡盘，套接在所述转轴上，设置在所述转子铁心轴向的一侧，用于轴向限位所述转子铁心，所述通孔设置于所述平衡盘上；

平衡盘固定件，套接在所述转轴上，设置在所述平衡盘远离所述转子铁心的一侧，用于轴向固定所述平衡盘。

本申请的一些实施例中，所述冷却系统还包括轴承，所述轴承包括两个，两个所述轴承分别套接在所述转轴的两端。

本申请的一些实施例中，所述冷却装置为喷油装置，所述喷油装置包括多个，每个喷油装置对应一个所述平衡盘组件上的所述通孔，能够向所述通孔中的相变材料中喷出冷却油，以使所述通孔中的相变材料降温。

本申请的一些实施例中，所述相变材料包括有机类相变材料。

本申请另一方面还提供了一种汽车，所述汽车包括车体、以及如上任一项所述的电机冷却系统，所述电机冷却系统安装于所述车体内。

有益效果：

本公开一方面提供了一种电机冷却系统，所述冷却系统通过设置相变材料与磁钢直接接触，使相变材料能够直接吸收磁钢上产生的热量，实现快速降低电机运行过程中的磁钢温度，并且通过冷却装置对相变材料进行冷却，使相变材料上的热量能够得到转移，使相变材料能够持续对磁钢进行降温，提高电机的工作效率。

本公开另一方面还提供了一种汽车，包括上述的电机冷却系统，其冷却系统的冷却液的流路简单，简化了为设计冷却液的流路对零件进行的加工，电机的工作效率高。

附图说明

图1为本申请一实施方式提供的电机冷却系统的轴向剖视示意图。

图2为本申请另一实施方式提供的电机冷却系统的轴向剖视示意图。

图3为本申请又一实施方式提供的电机冷却系统的轴向剖视示意图。

图4为本申请一实施方式提供的电机转子的主视示意图。

主要元件符号说明：1、转轴；2、转子铁心；21、槽体；3、磁钢；4、平衡盘组件；41、平衡盘；412、通孔；42、平衡盘固定件；5、相变材料；6、冷却装置；7、轴承。

具体实施方式

本发明提供一种电机冷却系统及汽车，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为电机冷却系统的轴向剖视示意图，图4为电机转子的主视示意图。

请参阅图1和图4，本申请提供了一种电机冷却系统，用于电机转子磁钢3的冷却，适用于新能源汽车、有轨电车、地铁等交通工具。本实施方式中，以其应用于新能源汽车中为例作进一步说明。

该系统包括：转轴1、转子铁心2、平衡盘组件4和冷却装置6，转子铁心2套设固定在转轴1上，转子铁心2上设有磁钢3，磁钢3沿转子铁心2的轴向延伸；平衡盘组件4包括两个，两个平衡盘组件4分别设置于转子铁心2轴向的两侧，用于在轴向上限位转子铁心2；一个或两个平衡盘组件4上开设有轴向的通孔412，通孔412中填充有相变材料5，相变材料5与磁钢3相接触；冷却装置6设置在平衡盘组件41的外侧，用于冷却相变材料5。

电机运行时，磁钢3产生的涡流损耗和磁滞损耗会使磁钢3的温度升高，相变材料5的储能密度大、效率高，具有能够在近似恒定的温度下吸热与放热等优点，能够快速的吸收和释放热量，使得磁钢3产生的热量能够被相变材料5快速吸收，并且相变材料5吸收的热量能够沿相变材料5传递至平衡盘组件4上的通孔412处，即相变材料5的填充端部；冷却装置6对通孔412处的相变材料5进行冷却，使相变材料5上的热量被转移，从而使得相变材料5能够持续吸收磁钢3上的热量，使磁钢3在电机运转过程中温度不会升高过多，从而提高电机的工作效率。

图2为电机冷却系统的轴向剖视示意图。

如图2所示，进一步的，转子铁心2中设置有槽体21，槽体21沿转子铁心2的轴向延伸，磁钢3设置有多条，每条磁钢3对应一槽体21；槽体21与通孔412连通，槽体21中填充有相变材料5，槽体21中的相变材料5与磁钢3相接触。磁钢3沿轴向的外周与相变材料5接触，两者接触面积较大，使磁钢3上的热量能够快速被相变材料5吸收，槽体21与平衡盘组件4上的通孔412连通，槽体21与通孔412中均填充有相变材料5，使磁钢3上的热量能够通过相变材料5快速传递至端部，即平衡盘组件4的通孔412中，实现磁钢3的快速降温。

一种实施方式中，其中一个平衡盘组件4上设置有多个通孔412，槽体21的一端与通孔412连通，通孔412外侧设置有冷却装置6，当磁钢3上的热量被相变材料5吸收后，由于冷却装置6对相变材料5喷洒冷却液，使靠近冷却装置6的一端的相变材料5，即靠近通孔412外侧的相变材料5温度降低，使得远离该通孔412处的相变材料5上的热量快速向通孔412处传递，从而使磁钢3上产生的热量能够快速传递至转子的端部，实现磁钢3的快速降温。

图3为电机冷却系统的轴向剖视示意图。

如图3所示，一些实施方式中，两个平衡盘组件4上分别设置有多个通孔412，槽体21的两端分别连通平衡盘组件4上的一个通孔412，即槽体21的两端分别与通孔412连通，使得槽体21中的相变材料5的热量可以分别往位于转子铁心2两端的平衡盘组件4上的通孔412传递，进一步加快相变材料5与冷却装置6喷出的冷却液之间的热传递，进而加快了磁钢3的降温速度。具体的，通孔412的孔径与槽体21的高度一致或者相差不大，使位于槽体21中的相变材料5的热量能够快速传递至两端。相变材料5填满通孔412，缩短相变材料5与冷却装置6的距离，加快位于槽体21中间处的相变材料5中的热量传递至平衡盘41的端部，从而加快磁钢3的降温速度。

优选的实施方式中，磁钢3的外表面上涂抹有导热硅脂。

另一优选实施方式中，相变材料5的外表面设有导热硅脂层。

导热硅脂具有很好的导热性能，通过将导热硅脂填充到磁钢3与相变材料5之间，能够充分润泽磁钢3与相变材料5的接触面，从而使磁钢3与相变材料5之间形成一个非常低的热阻接口，提高磁钢3与相变材料5之间的热传导效率。

进一步的，平衡盘组件4包括：平衡盘41和平衡盘固定件42，平衡盘41套接在转轴1上，设置在转子铁心2轴向的一侧，用于轴向限位转子铁心2，通孔412设置于平衡盘41上；平衡盘41靠近转子铁心2的一侧与转子铁心2的轴向侧面抵接，位于转子铁心2轴向两端的两平衡盘41配合压紧转子铁心2，并在转子铁心2上做动平衡，使转子达到动平衡精度等级要求。平衡盘41的外周与转子铁心2的外周齐平，使转子铁心2的轴向端面能够平衡受力，从而提高转子的动平衡精度。

如图4所示，平衡盘41上设有多个轴向延伸的通孔412，多个通孔412周向均匀分布，通孔412的分布位置与磁钢3沿转子铁心2的分布对应，保证磁钢3的冷却效果。

平衡盘41的中间开设有过孔，该过孔的孔壁上设有两个以上朝向过孔中心凸出的定位块，转轴1的外周壁上设置有定位槽，该转轴1穿过平衡盘41的过孔，通过其上的定位槽与平衡盘41上的定位块对应卡接，从而在径向上定位平衡盘41与转轴1。

平衡盘固定件42套接在转轴1上，设置在平衡盘41远离转子铁心2的一侧，用于轴向固定平衡盘41，防止平衡盘41轴向移动。

平衡盘41背向转子铁心2的一侧设有朝向转子铁心2方向下凹的凹陷部，该凹陷部呈圆环状，与平衡盘41共轴，平衡盘固定件42与平衡盘41连接于该凹陷部中，平衡盘固定件42与该凹陷部中靠近转子铁心2的表面相抵，将平衡盘41压向转子铁心2的方向，保证平衡盘41能够轴向定位转子铁心2。

进一步的，冷却系统还包括轴承7，轴承7包括两个，两个轴承7分别套接在转轴1的两端，轴承7为滚珠轴承，用于支撑电机转子以及支撑电机转子的旋转运动。

进一步的，冷却装置6为喷油装置，冷却装置6喷洒的冷却液为冷却油，喷油装置包括多个，每个喷油装置对应一个平衡盘组件4上的通孔412，并且能够向通孔412中的相变材料5喷出冷却油，使位于端部的相变材料5与冷却油进行热交换，使得位于端部的相变材料5中的热量传递至冷却油中；其它位置的相变材料5中的热量则向端部传输，以使得相变材料5能够持续被降温。

本实施方式中，相变材料5为固态，因其吸收磁钢3的热量后与冷却油产生热传递而使其温度降低，因此，相变材料5可以始终保持固体的状态而不会流失，使该冷却系统的对磁钢3的冷却效果保持在稳定的状态。

另一实施方式中，平衡盘41上的通孔412周向设置，在转子铁心2的两侧分别设置一个喷油装置，该喷油装置为呈环状，喷油装置上设置有多个喷油口，每个喷油口与平衡盘41上的通孔412一一对应，喷油口中喷出的冷却油可喷洒在通孔412中的相变材料5上。

冷却液与相变材料5接触换热后，从平衡盘组件4的通孔412中流出至电机的壳体中，然后回流至换热装置，通过换热装置换热后重新进入冷却装置6中重新利用。

进一步的，相变材料5包括有机类相变材料，有机类相变材料腐蚀性低，无过冷和相分离现象，性质比较稳定，避免了其对转子铁心2和磁钢3产生腐蚀而影响转子铁心2和磁钢3的使用寿命；例如石蜡类相变材料、三水醋酸钠等。此外，该有机类相变材料5还可以是其它具有相变材料5功能的有机物。

如图1和图4所示，一个具体的实施例中，转子铁心2两端的平衡盘41上均设置有多个沿轴向延伸的通孔412，每个平衡盘41上的通孔412周向均匀分布，磁钢3的两端延伸至转子铁心2的两端，并且与通孔412连通，相变材料5填充在通孔412中，磁钢3的两端均与相变材料5接触，通孔412的孔径大于磁钢3的径向长度，使磁钢3的两端能够与相变材料5充分接触，保证磁钢3与相变材料5之间的换热效果。喷油装置能够向每个平衡盘41上的通孔412喷洒冷却油，冷却油能够与端部的相变材料5接触。如此，电机运行过程中，磁钢3上产生的热量从其中间传递到两端，被相变材料5吸收，再转移至冷却油上，从而实现在电机运行过程中能够持续降低磁钢3的温度。

冷却油与相变材料5换热后沿电机的壳体流出至换热装置中重新冷却后再回流至喷油装置中重新利用。

如图2和图4所示，另一具体实施例中，连接于转子铁心2一端的平衡盘41上开设有多个轴向延伸的通孔412，多个通孔412周向均匀分布，转子铁心2上开设有轴向延伸的槽体21，槽体21的两端贯穿转子铁心2的轴向两端，槽体21与通孔412一一对应，且槽体21的一端与通孔412连通，槽体21和通孔412中填充有相变材料5。槽体21设有朝向磁钢3的开口，使槽体21中的相变材料5与磁钢3沿轴向的外侧接触，槽体21与磁钢3中填充有导热硅脂，能够降低磁钢3与相变材料5之间的热阻，进一步提高磁钢3与相变材料5之间的热传递效率。

平衡盘41沿轴向的外侧设置有喷油装置，喷油装置设置有多个喷油口，每个喷油口能够朝向通孔412的方向喷出冷却油，如此，电机运行过程中，磁钢3涡流损耗和磁滞损耗产生的热量能够快速地传递到槽体21中的相变材料5中，然后经过相变材料5传递到两端，喷油装置向相变材料5喷洒冷却油，使冷却油与通孔412中的相变材料5的表面接触传热，相变材料5的热量转移到冷却油上，使得相变材料5的温度降低，从而实现在电机运行过程中能够持续降低磁钢3的温度。

冷却油与相变材料5换热后沿电机的壳体流出至换热装置中重新冷却后再回流至喷油装置中重新利用。

如图3和图4所示，又一具体实施例中，分别连接于转子铁心2轴向两端的平衡盘41上均开设有多个轴向延伸的通孔412，多个通孔412周向均匀分布，转子铁芯上开设有轴向延伸的槽体21，槽体21的两端分别与处于转子铁心2两端的平衡盘41上的通孔412连通，每条槽体21的一端对应一个通孔412，槽体21与通孔412中填充有相变材料5。槽体21设有朝向磁钢3的开口，磁钢3和槽体21一一对应，槽体21中的相变材料5与磁钢3直接接触，相变材料5与磁钢3之间填充有导热硅脂，能够降低磁钢3与相变材料5之间的热阻，进一步提高磁钢3与相变材料5之间的热传递效果。

平衡盘41沿轴向的外侧设置有喷油装置，喷油装置设置有多个喷油口，每个喷油口能够朝向通孔412的方向喷出冷却油；如此，电机运行过程中，磁钢3涡流损耗和磁滞损耗产生的热量能够快速地传递到槽体21中的相变材料5中，然后再经过槽体21中的相变材料5传递到两端，喷油装置向端部的导热材料中喷洒冷却油，使相变材料5的热量转移到冷却油上，使得相变材料5的温度降低，从而实现在电机运行过程中能够持续降低磁钢3的温度。

冷却油与相变材料5换热后沿电机的壳体流出至换热装置中重新冷却后再回流至喷油装置中重新利用。

进一步的，本申请另一方面还提供了一种汽车，具体为新能源汽车，该汽车包括车体、以及如上所述的电机冷却系统，电机冷却系统安装于车体内，用于在汽车的驱动电机运转时，使驱动电机的转子上的磁钢3产生的热量能够直接地被相变材料5所吸收，从而提高驱动电机的工作效率。

电机冷却系统包括电机，电机的外侧设置有壳体；该汽车还包括换热装置，换热装置分别与电机的壳体和冷却装置6通过流路连通。

冷却装置喷出的冷却油在于相变材料接触后沿平衡盘流至电机的壳体的内侧，并通过流路进入到换热装置中，通过换热装置换热重新流动至冷却装置重新被利用。

综上所述，本发明通过设置相变材料5与电机转子的磁钢3直接接触，使磁钢3在电机运转时产生的热量能够直接快速地转移到相变材料5中，并传递至转子的端部平衡盘41上，再通过冷却装置6向平衡盘41上填充有相变材料5的通孔412中喷洒冷却液，使相变材料5快速降温，实现对磁钢3的持续吸热降温，相对于现有的通过空心轴设计油路的降温结构或者在转子壳体外部通过冷却水冷却转子的方法，本申请能够直接冷却转子的磁钢3，且降温速度快，不需要因设计油路而专门对零件进行再加工，结构简单，降低了加工成本。

此外，通过在磁钢3与相变材料5之间填充导热硅脂，能够降低磁钢3与相变材料5之间的热阻，从而提高磁钢3与相变材料5之间的热传递效率，进一步加快了磁钢3的降温速度。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机冷却系统，其特征在于，用于电机转子磁钢的冷却，所述系统包括：

转轴；

转子铁心，其套设固定在所述转轴上，所述转子铁心上设有磁钢，所述磁钢沿所述转子铁心的轴向延伸；

平衡盘组件，包括两个，分别设置在所述转子铁心轴向的两侧，用于在轴向上限位所述转子铁心；一个或两个所述平衡盘上开设有轴向的通孔，所述通孔中填充有相变材料，所述相变材料与所述磁钢相接触；

冷却装置，设置在所述平衡盘组件的外侧，用于冷却所述相变材料。

2.根据权利要求1所述的电机冷却系统，其特征在于，所述转子铁心中设置有槽体，所述槽体沿所述转子铁心的轴向延伸，所述磁钢设置有多条，每条所述磁钢对应一所述槽体；所述槽体与所述通孔连通，所述槽体中填充有相变材料，所述槽体中的相变材料与所述磁钢相接触。

3.根据权利要求2所述的电机冷却系统，其特征在于，其中一个所述平衡盘组件上设置有多个通孔，所述槽体的一端与所述通孔连通。

4.根据权利要求2所述的电机冷却系统，其特征在于，两个所述平衡盘组件上分别设置有多个通孔，所述槽体的两端分别连通所述平衡盘组件上的一个所述通孔。

5.根据权利要求1所述的电机冷却系统，其特征在于，所述磁钢或者所述相变材料的外表面设有导热硅脂层。

6.根据权利要求1所述的电机冷却系统，其特征在于，所述平衡盘组件包括：

平衡盘，套接在所述转轴上，设置于所述转子铁心轴向的一侧，用于轴向限位所述转子铁心，所述通孔设置于所述平衡盘上；

平衡盘固定件，套接在所述转轴上，设置在所述平衡盘远离所述转子铁心的一侧，用于轴向固定所述平衡盘。

7.根据权利要求1所述的电机冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括轴承，所述轴承包括两个，两个所述轴承分别套接在所述转轴的两端。

8.根据权利要求1所述的电机冷却系统，其特征在于，所述冷却装置为喷油装置，所述喷油装置包括多个，每个喷油装置对应一个所述平衡盘组件上的所述通孔，能够向所述通孔中的相变材料中喷出冷却油，以使所述通孔中的相变材料降温。

9.根据权利要求1所述的电机冷却系统，其特征在于，所述相变材料包括有机类相变材料。

10.一种汽车，其特征在于，包括车体、以及如权利要求1-9任一项所述的电机冷却系统，所述电机冷却系统安装于所述车体内。

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