CN117081285A - 一种油冷电机散热用冲片和电机定子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油冷电机散热用冲片和电机定子，包括圆环形的冲片本体，所述冲片本体的外周面上设置有沿其周向间隔布置的多个能够与电机壳体配合形成导流油道的特征单元，所述冲片本体的端面上设置有沿其周向间隔布置的能够通过旋转多片层叠布置的冲片本体形成与所述导流油道连通的阶梯状斜喷油道的贯穿孔组，所述贯穿孔组和所述特征单元交替间隔布置。本发明具备较低的制造和装配成本，以满足新能源汽车电机的高效冷却需求。
Description
技术领域
本发明涉及电机及电机油冷技术领域，具体公开了一种油冷电机散热用冲片和电机定子。
背景技术
随着新能源汽车的迅速普及，电驱动系统正朝着高功率密度、低成本化、高集成化和高效率等方向快速发展。在这一趋势下，高功率密度要求电机功率高且体积紧凑。然而，这也引发了电机散热环境的挑战，因为高功率密度电机的内部热量难以有效散发，导致电机过热，从而造成了不可逆的部件损坏和转子退磁等问题。
传统的水冷方式已无法满足高功率电机的冷却需求。因此，近年来，油冷技术因其优异的绝缘特性逐渐成为新能源汽车电机冷却的首选方案。然而，当前的油冷电机设计仍存在一些问题，尤其是在定子冷却方面。
在目前油冷电机的常见定子冷却方式中，存在一些限制。一种方法是通过喷油管或喷油环将冷却油喷射到定子外圆和绕组端部，但这种方式的冷却效果主要依赖于油液的流动，导致电机温度分布不均匀。另一种方法是通过在壳体表面设置径向和轴向流道，以及在壳体端部设置倾斜油道，直接冷却定子外圆和绕组端部，但该方式的散热性能有待提高。
尤其是在油液喷淋到绕组端部后，油液流速较低，大部分油液依靠重力沿绕组端部外表面流动，导致覆盖不到全部区域，从而影响电机温度的一致性。
为了克服上述问题，中国发明专利CN113612322B提出了一种创新的油冷电机散热结构。该结构包括喷油部件，其位于定子铁芯的两端，并与机壳接触，形成冷却介质流通腔体。喷油部件内设有喷油通道，这些通道将冷却介质从流通腔体引导至电机内部腔体。喷油通道的倾斜设置确保了冷却介质能够喷淋至定子端部绕组上，从而提高了散热效果。与传统方案相比，这种串联冷却油路设计减少了淋油部件，更有效地利用了冷却介质，提升了散热效率。
然而，该技术方案仍然存在硅钢片类型多、成本较高等问题。为了进一步改进，中国专利CN114337106A提出了一种多孔型油冷电机散热结构。该结构通过多组喷油通道，将冷却介质扇形喷出，以增加冷却覆盖范围。不同类别的喷油通道被交错设置，保持了冷却介质落点的均匀间距，从而提高了电机端部绕线的温度一致性。
然而，这两种方案仍需要使用多种类型的硅钢片，从而增加了制造和装配成本。
因此，迫切需要开发一种新的油冷电机散热技术以降低油冷电机的制造和装配成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油冷电机散热用冲片和电机，其使用的冲片和电机结构能够形成封闭的定子油道，确保所有的冷却油只能从定子铁芯两端的喷油孔斜喷到定子绕组上，与此同时，该技术方案应具备较低的制造和装配成本，以满足新能源汽车电机的高效冷却需求。
为达到上述目的，本发明公开了一种油冷电机散热用冲片，包括圆环形的冲片本体，所述冲片本体的外周面上设置有沿其周向间隔布置的多个能够与电机壳体配合形成导流油道的特征单元，所述冲片本体的端面上设置有沿其周向间隔布置的能够通过旋转多片层叠布置的冲片本体形成与所述导流油道连通的阶梯状斜喷油道的贯穿孔组，所述贯穿孔组和所述特征单元交替间隔布置。
在本发明的一种优选实施方案中，每个特征单元包括沿冲片本体的周向依次间隔布置的用于形成第一流道的第一类导油槽、用于形成定子两端焊缝区域的第二类导油槽和用于形成第二流道的第三类导油槽，所述第一类导油槽和所述第二类导油槽在第一平面内的投影为扇形，所述第二类导油槽在第一平面内的投影为矩形，所述第一平面与所述冲片本体的中心轴线垂直，第三类导油槽的宽度W3＜第一类导油槽的宽度W1，第三类导油槽的扇形半径H3＜第一类导油槽的扇形半径H1，第二类导油槽的宽度与目标焊缝的宽度相对应，第二类导油槽的深度与第一类导油槽的深度相对应。
在本发明的一种优选实施方案中，第一类导油槽的对称中心线与第二类导油槽的对称中心线两者之间的角距离为θ1，第二类导油槽的对称中心线与第三类导油槽的对称中心线两者之间的角距离为θ2，θ1>θ2。
在本发明的一种优选实施方案中，所述贯穿孔组包括S组喷油孔，每组喷油孔数量为3n，n为正整数，其中j为正整数，M为冲片本体上定子槽的数量。
在本发明的一种优选实施方案中，第一组喷油孔中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为R1，每个油孔直径为D1，第二组喷油孔中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为R2，每个油孔直径为D2，第三组喷油孔中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为R3，每个油孔为D3，满足关系/> 第k组喷油孔中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为Rk，每个油孔直径为Dk， 且k为正整数。
在本发明的一种优选实施方案中，第j组喷油孔的中心与冲片本体的中心两者连线与第三类导油槽的对称中心线两者之间的角距离为αj， 其中N1、N2·····Nj为正整数，M为冲片本体上定子槽的数量。
在本发明的一种优选实施方案中，多个冲片本体旋转叠压时，相邻两组硅钢片的旋转角度为n×360/M，其中n为正整数，M为定子槽的数量。
在本发明的一种优选实施方案中，所述斜喷油道的中心线相对于位于最外端的冲片本体的端面之间的夹角为射流角度β，其中H为绕组端部的高度，L为射流孔至绕组端部的距离。
在本发明的一种优选实施方案中，旋转堆叠时，第三类导油槽与贯穿孔组的第一喷油孔唯一相交，第一类导油槽与第三类导油槽相交，第一类导油槽与第二类导油槽、第三类导油槽、第一喷油孔组成密闭内流道。
本发明还公开了一种电机定子，其包括油冷电机散热用冲片。
本发明的有益效果是：本发明能够在使用一种冲片的前提下实现定子外圆冷却及绕组端部喷淋，具有成本低、散热效果好的优势，本发明通过引入贯穿孔组形成阶梯状斜喷油道，实现对电机定子绕组端部直接喷淋冷却效果，能够有效地降低绕组端部温度；
进一步的，本发明的特征单元和贯穿孔组的交替布置，促进了冷却油在散热过程中的有效引导和分布；
进一步的，本发明的在特征单元中，不同类别的导油槽的设计，保证了冷却油在特定的流道中流动，以达到最优的冷却效果；
进一步的，本发明的冲片本体上多层叠加的设计，进一步增强了导油槽与喷油孔的协同作用，提高了冷却效率；
进一步的，本发明的贯穿孔组B中，喷油孔的布局和设计经过精心考虑，确保冷却油以合适的方式喷射到定子绕组上，从而实现了高效且均匀的散热。喷油孔的数量、位置以及射流角度等参数的合理设计，使得冷却效果得以最大化。
进一步的，本发明的多个冲片本体的旋转叠加设计以及硅钢片的交错布局，有助于实现油冷电机散热用冲片制造成本降低，满足新能源汽车电机的高效冷却需求。
附图说明
图1是本发明一种油冷电机散热用冲片的特征单元示意图；
图2是本发明一种油冷电机散热用冲片的特征单元示意图；
图3是本发明一种油冷电机散热用冲片的特征单元示意图；
图4是本发明一种油冷电机散热用冲片的贯穿孔组示意图；
图5是本发明一种油冷电机散热用冲片的多个冲片堆叠示意图；
图6是本发明一种油冷电机散热用冲片的多个冲片堆叠示意图；
图7是图6局部放大视图；
图中，1、冲片本体；2、第三类导油槽；3、第二类导油槽；4、第一类导油槽；5、第一组喷油孔；6、第二组喷油孔；7、第三组喷油孔；8、定子槽；9、定子；10、第一油道(定子中部非旋转堆叠段内流道)；11、第二油道(定子端部旋转堆叠段内流道)；12、阶梯状斜喷油道(定子端部射流通道)。
具体实施方式
下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本发明公开了本发明公开了一种油冷电机散热用冲片，包括圆环形的冲片本体，冲片本体的外周面上设置有沿其周向间隔布置的多个能够与电机壳体配合形成导流油道的特征单元A，冲片本体的端面上设置有沿其周向间隔布置的能够通过旋转多片层叠布置的冲片本体形成与导流油道连通的阶梯状斜喷油道12的贯穿孔组B，贯穿孔组B和特征单元A交替间隔布置。
优选地，每个特征单元A包括沿冲片本体的周向依次间隔布置的用于形成第一流道10的第一类导油槽4、用于形成定子两端焊缝区域的第二类导油槽3和用于形成第二流道10的第三类导油槽2，第一类导油槽4和第二类导油槽3在第一平面内的投影为扇形，第二类导油槽3在第一平面内的投影为矩形，第一平面与冲片本体的中心轴线垂直，第三类导油槽2的宽度W3＜第一类导油槽4的宽度W1，第三类导油槽2的扇形半径H3＜第一类导油槽4的扇形半径H1，第二类导油槽3的宽度与目标焊缝的宽度相对应，第二类导油槽3的深度与第一类导油槽4的深度相对应。
优选地，第一类导油槽4的对称中心线与第二类导油槽3的对称中心线两者之间的角距离为θ1，第二类导油槽3的对称中心线与第三类导油槽2的对称中心线两者之间的角距离为θ2，θ1>θ2。
优选地，贯穿孔组B包括S组喷油孔，每组喷油孔数量为3n，n为正整数，其中j为正整数，M为冲片本体上定子槽8的数量。
优选地，第一组喷油孔5中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为R1，每个油孔直径为D1，第二组喷油孔6中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为R2，每个油孔直径为D2，/> 第三组喷油孔7中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为R3，每个油孔为D3，满足关系/>第k组喷油孔中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为Rk，每个油孔直径为Dk，且k为正整数。
优选地，以第三类导油槽3中心为轴线，第一组喷油孔5的中心与冲片本体的中心两者连线与第三类导油槽2的对称中心线两者之间的角距离为α1， 第二组喷油孔6的中心与冲片本体的中心两者连线与第三类导油槽2的对称中心线两者之间的角距离为α2，/>第二组喷油孔7的中心与冲片本体的中心两者连线与第三类导油槽2的对称中心线两者之间的角距离为α3，/>第j组喷油孔的中心与冲片本体的中心两者连线与第三类导油槽2的对称中心线两者之间的角距离为αj， 其中N1、N2·····Nj为正整数，M为冲片本体上定子槽8的数量。
可以理解的是，本发明的附图实施例虽然只公开了三组喷油孔的技术方案，但本发明的保护范围并不限于三组。
优选地，多个冲片本体旋转叠压时，相邻两组硅钢片的旋转角度为n×360/M，其中n为正整数，M为定子槽的数量。
优选地，斜喷油道12的中心线相对于位于最外端的冲片本体的端面之间的夹角为射流角度β，其中H为绕组端部的高度，L为射流孔至绕组端部的距离。
优选地，旋转堆叠时，第三类导油槽2与贯穿孔组B的第一喷油孔5唯一相交，第一类导油槽4与第三类导油槽2相交，第一类导油槽4与第二类导油槽3、第三类导油槽2、第一喷油孔5组成密闭内流道。
优选地，冲片为硅钢片。
优选地，导流油道包括由多个冲片本体非旋转堆叠形成的第一流道10和由多个冲片本体旋转堆叠形成的第二流道11。
本发明还公开了一种电机定子，其包括油冷电机散热用冲片，组成定子的不同厚度的多段铁芯均由一种硅钢片支撑的冲片本体1叠压而成，多组硅钢片旋转叠压时，相邻两组硅钢片的旋转角度为n×360/M，其中n为正整数，M为定子槽的数量。定子两侧端部油道由第四类油槽5、6、7旋转叠压形成，各组喷油孔按顺序堆叠，构造出射流通道12，射流角度β满足：其中H为绕组端部的高度，L为射流孔至绕组端部的距离。
第三类油槽2旋转堆叠时，与第四类油槽中第一组油孔5唯一相交。
第一类油槽4旋转堆叠时，与第三类油槽2相交，同时与第二类油槽3、第三类油槽2、第四类油槽中第一组油孔5组成密闭内流道，保证冷却介质不会外泄。在定子铁芯硅钢片非旋转堆叠段10与铁芯硅钢片旋转堆叠段11的交界区域不可形成不与内流道连通的死水区，形成的冷却通道如图5所示。
本发明针对现有定子冷却结构组成部件多、定子绕组端部冷却效果差和电机温度一致性较差等问题，提供一种油冷电机散热用冲片，在仅使用一种硅钢片的前提下实现定子外圆冷却及绕组端部喷淋，该结构具有成本低，散热效果好的优势，易于实现且成本低廉。
本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种油冷电机散热用冲片，包括圆环形的冲片本体，其特征在于：所述冲片本体的外周面上设置有沿其周向间隔布置的多个能够与电机壳体配合形成导流油道的特征单元(A)，所述冲片本体的端面上设置有沿其周向间隔布置的能够通过旋转多片层叠布置的冲片本体形成与所述导流油道连通的阶梯状斜喷油道(12)的贯穿孔组(B)，所述贯穿孔组(B)和所述特征单元(A)交替间隔布置。
2.根据权利要求1所述的油冷电机散热用冲片，其特征在于：每个特征单元(A)包括沿冲片本体的周向依次间隔布置的用于形成第一流道(10)的第一类导油槽(4)、用于形成定子两端焊缝区域的第二类导油槽(3)和用于形成第二流道(10)的第三类导油槽(2)，所述第一类导油槽(4)和所述第二类导油槽(3)在第一平面内的投影为扇形，所述第二类导油槽(3)在第一平面内的投影为矩形，所述第一平面与所述冲片本体的中心轴线垂直，第三类导油槽(2)的宽度W3＜第一类导油槽(4)的宽度W1，第三类导油槽(2)的扇形半径H3＜第一类导油槽(4)的扇形半径H1，第二类导油槽(3)的宽度与目标焊缝的宽度相对应，第二类导油槽(3)的深度与第一类导油槽(4)的深度相对应。
3.根据权利要求2所述的油冷电机散热用冲片，其特征在于：第一类导油槽(4)的对称中心线与第二类导油槽(3)的对称中心线两者之间的角距离为θ1，第二类导油槽(3)的对称中心线与第三类导油槽(2)的对称中心线两者之间的角距离为θ2，θ1>θ2。
4.根据权利要求3所述的油冷电机散热用冲片，其特征在于：所述贯穿孔组(B)包括S组喷油孔，每组喷油孔数量为3n，n为正整数， 其中j为正整数，M为冲片本体上定子槽(8)的数量。
5.根据权利要求4所述的油冷电机散热用冲片，其特征在于：第一组喷油孔(5)中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为R1，每个油孔直径为D1，第二组喷油孔(6)中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为R2，每个油孔直径为D2，/>第三组喷油孔(7)中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为R3，每个油孔为D3，满足关系第k组喷油孔中每个油孔的中心与冲片本体的中心两者连线的距离为Rk，每个油孔直径为Dk，k>2且k为正整数。
6.根据权利要求4所述的油冷电机散热用冲片，其特征在于：第j组喷油孔的中心与冲片本体的中心两者连线与第三类导油槽(2)的对称中心线两者之间的角距离为αj，其中N1、N2·····Nj为正整数，M为冲片本体上定子槽(8)的数量。
7.根据权利要求1所述的油冷电机散热用冲片，其特征在于：多个冲片本体旋转叠压时，相邻两组硅钢片的旋转角度为n×360/M，其中n为正整数，M为定子槽的数量。
8.根据权利要求1所述的油冷电机散热用冲片，其特征在于：所述斜喷油道(12)的中心线相对于位于最外端的冲片本体的端面之间的夹角为射流角度β，其中H为绕组端部的高度，L为射流孔至绕组端部的距离。
9.根据权利要求1所述的油冷电机散热用冲片，其特征在于：旋转堆叠时，第三类导油槽(2)与贯穿孔组(B)的第一喷油孔(5)唯一相交，第一类导油槽(4)与第三类导油槽(2)相交，第一类导油槽(4)与第二类导油槽(3)、第三类导油槽(2)、第一喷油孔(5)组成密闭内流道。
10.一种电机定子，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的油冷电机散热用冲片。
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