实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此,本实用新型的第一方面的实施例提出一种冷却效果提高的油冷电机。
本发明的第二方面的实施例提出一种具有上述电机的车辆。
根据本实用新型实施例的油冷电机包括机壳,所述机壳具有内腔,所述机壳上设有机壳进油口;定子,所述定子包括定子铁芯和定子绕组,所述定子设在所述机壳的内腔中,所述定子铁芯的外周壁与所述机壳的内周壁之间形成有冷却油道,所述冷却油道与所述机壳进油口连通;第一端盖和第二端盖,所述第一端盖安装在所述机壳的第一端,所述第二端盖安装在所述机壳的第二端;
转子,所述转子设在所述定子内且与所述定子间隔开;第一喷油环,所述第一喷油环设在所述第一端盖的内侧,所述第一喷油环的外周壁与所述机壳的内周壁之间形成有与所述冷却油道连通的喷油空间,所述第一喷油环上设有沿所述第一喷油环的周向间隔布置的多个第一喷油孔,所述第一喷油孔与所述喷油空间连通,用于从所述定子的外周朝向所述定子绕组的第一端喷射冷却油。
根据本实用新型实施例的油冷电机,通过第一喷油环对定子绕组进行冷却降温,冷却效率可以由外部冷却油的压力和流量调整,避免了通过电机转速控制甩油导致的冷却效率低的问题,可控性高。此外,冷却油道将冷却油直接输送至定子绕组的端部,冷却针对性强,提高了冷却效果及电机性能。
在一些实施例中,所述油冷电机还包括第二喷油环,所述第二喷油环设在所述第二端盖的内侧,所述第二喷油环的外周壁与所述机壳的内周壁之间形成有与所述冷却油道连通的喷油空间,所述第二喷油环上设有沿所述第二喷油环的周向间隔布置的多个第二喷油孔,所述第二喷油孔与所述喷油空间连通,用于从所述定子的外周朝向所述定子绕组的第二端喷射冷却油。
在一些实施例中,所述第一喷油环可拆卸地安装在所述第一端盖上或与所述第一端盖一体形成,和/或所述第二喷油环可拆卸地安装在所述第二端盖上或与所述第二端盖一体形成。
在一些实施例中,所述第一喷油孔的横截面为圆形,相邻两个第一喷油孔中,位置高的第一喷油孔的横截面积大于位置低的第一喷油孔的横截面积,和/或所述第二喷油孔的横截面为圆形,相邻两个第二喷油环中,位置高的第二喷油孔的横截面积大于位置低的第二喷油孔的横截面积。
在一些实施例中,所述第一喷油环分为位于该第一喷油环的中心以上的第一上环段和位于该第一喷油环的中心以下的第一下环段,所述第一上环段上的第一喷油孔的横截面积在该第一喷油环的径向上沿由外向内的方向逐渐增大,所述第一下环段上的第一喷油孔的横截面积在该第一喷油环的径向上沿由外向内的方向逐渐减小;和/或所述第二喷油环分为位于该第二喷油环的中心以上的第二上环段和位于该第二喷油环的中心以下的第二下环段,所述第二上环段上的第二喷油孔的横截面积在该第二喷油环的径向上沿由外向内的方向逐渐增大,所述第二下环段上的第二喷油孔的横截面积在该第二喷油环的径向上沿由外向内的方向逐渐减小。
在一些实施例中,所述定子铁芯的外周壁设有沿所述定子铁芯的轴向延伸的定子凹槽和/或切边,所述冷却油道由所述定子凹槽和/或所述切边形成。
在一些实施例中,所述定子铁芯的外周壁设有至少一个定子周向凹槽,所述至少一个定子周向凹槽沿所述定子铁芯的周向延伸,以便所述定子铁芯沿其轴向分为多个非凹槽铁芯段和至少一个凹槽铁芯段,所述非凹槽铁芯段的外周壁上设有沿所述定子铁芯的轴向延伸且沿所述定子铁芯的周向间隔分布的定子轴向凹槽和/或切边。
在一些实施例中,所述定子凹槽为矩形,所述定子凹槽的深度满足关系式:
其中a为定子凹槽的深度,Rout为定子的外径,Rin为定子的内径,L为定子的轭厚,h为定子的叠厚,k1为系数且为0.05-0.1。
在一些实施例中,所述切边的深度满足关系式
其中b为切边的深度,Rout为定子的外径,Rin为定子的内径,L为定子的轭厚,h为定子的叠厚,k1为系数且为0.05-0.1。
在一些实施例中,所述机壳进油口为多个且沿所述电机壳体的周向分布,相邻机壳进油口的中心轴线之间的夹角小于等于180度,所述机壳进油口的中心和距其最近的切边的中心在所述定子铁芯的横截面上的投影之间的圆心角为0-5度。
根据本发明第二方面实施例的车辆,包括根据本发明第一方面实施例的油冷电机。
附图说明
图1是根据本实用新型实施例的电机的示意图;
图2是根据本实用新型实施例的第一端盖的示意图;
图2a是根据本实用新型实施例的第一端盖的剖面图;
图2b是根据本实用新型实施例的第一端盖的剖面图的局部图A;
图2c是根据本实用新型实施例的第一端盖的剖面图的局部图B;
图3是根据本实用新型实施例的第二端盖的示意图;
图3a是根据本实用新型实施例的第二端盖的剖面图;
图3b是根据本实用新型实施例的第二端盖的剖面图的局部图C;
图3c是根据本实用新型实施例的第二端盖的剖面图的局部图D;
图4是根据本实用新型实施例的机壳的示意图;
图5是根据本实用新型实施例的定子铁芯的示意图;
图6是根据本实用新型另一实施例的定子铁芯的示意图;
图7是根据本实用新型实施例的定子铁芯的定子冲片的局部示意图;
图8是根据本实用新型实施例的定子铁芯的定子冲片的示意图;
图9是根据本实用新型实施例的另一实施例的机壳的示意图;
图10是根据本实用新型实施例的再一实施例的机壳的示意图;
图11是根据本实用新型实施例的电机的系数K1与压降和电机最大温升率的曲线关系示意图;
图12是根据本实用新型实施例的电机的系数K2与压降和电机最大温升率的曲线关系示意图;
图13是根据本实用新型实施例的机壳进油口的中心和切边中心投影的圆心角β与压降和电机最大温升率之间的曲线关系示意图;
图14是根据本实用新型另一实施例的第一端盖的示意图;
图15是根据本实用新型另一实施例的第二端盖的示意图。
附图标记:
1、转子;
2、定子铁芯;21、冷却油道;22、定子凹槽;23、切边;24、定子周向凹槽;
3、第一端盖;31、第一喷油环;311、第一喷油孔;
4、第二端盖;41、第二喷油环;411、第二喷油孔;42、端盖进油口;
5、机壳;51、机壳进油口。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
如图1和图4所示,根据本实用新型实施例的油冷电机包括机壳5、第一端盖3、第二端盖4、定子、转子1和第一喷油环31。
机壳5具有内腔和机壳进油口51,内腔用于容纳定子和转子1等组件,定子设在机壳的内腔中,定子包括定子铁芯、定子磁钢和转轴。定子铁芯的外周壁与所述机壳5的内周壁之间形成有冷却油道,冷却油道与机壳进油口51连通。
第一端盖3安装在机壳5的第一端,第一端盖3的内侧设有第一喷油环31,第一端盖3的内侧指的是第一端盖3朝向定子的一侧,第二端盖4安装在机壳5的第二端。
如图2所示,第一喷油环31的外周壁与机壳5的内周壁之间形成有与冷却油道21连通的喷油空间,第一喷油环31上设有沿第一喷油环31的周向间隔布置的多个第一喷油孔311,第一喷油孔311与喷油空间连通,用于从定子的外周朝向定子绕组的第一端喷射冷却油。
具体地,冷却油经机壳进油口51进入冷却油流道内,首先对定子铁芯2和机壳5进行冷却,之后通过冷却油流道流向定子铁芯2的第一端,进入位于定子铁芯2两端的喷油空间,并通过喷油空间进入第一喷油孔311,冷却油可在外部压力及重力作用下通过第一喷油孔311由外向内喷出,对定子绕组的第一端喷射冷却油进行冷却。
根据本实用新型实施例的油冷电机,通过第一喷油环31对定子绕组进行冷却降温,冷却效率可以通过外部冷却油的压力和流量调整,避免了由电机转速控制甩油导致的冷却效率低的问题,可控性高。冷却油道21将冷却油直接输送至定子绕组的端部,冷却针对性强,提高了冷却效果及电机性能。
如图3所示,在一些实施例中,油冷电机还包括设在第二端盖4的内侧的第二喷油环41,第二端盖4的内侧面指的是朝向定子的一侧的侧面,同样地,第二喷油环41的外周壁与机壳5的内周壁之间形成有与冷却油道21连通的喷油空间,第二喷油环41上设有沿第二喷油环41的周向间隔布置的多个第二喷油孔411,第二喷油孔411与喷油空间连通,用于从定子的外周朝向定子绕组的第二端喷射冷却油。
由此,通过第一喷油环31和第二喷油环41同时对定子绕组的两端进行冷却降温,对定子的整体冷却效果更好。可有效提高的电机在高速工况下的输出性能。对于同样体积的电机,根据本实用新型实施例的电机可以具有更大的扭矩和功率。
在一些实施例中,第一喷油环31可拆卸地安装在第一端盖3的内侧面上。第二喷油环41可拆卸地安装在第二端盖4的内侧面上。可选地,第一喷油环31单独加工后也可以不可拆卸地安装在第一端盖3的内侧面上,第二喷油环41单独加工后不可拆卸地安装在第二端盖4的内侧面上。
在一些实施例中,第一喷油环31与第一端盖3一体形成,第二喷油环41与第二端盖4一体形成由此,结构稳定,强度高,喷油环可以承受更大的压力,可靠性强。
如图14和图15所示,在一些实施例中,第一喷油孔311的横截面为圆形,且不同高度的第一喷油孔的横截面积不同,在图1中的上下方向上,相邻两个第一喷油孔311中,位置高的第一喷油孔311的横截面积大于位置低的第一喷油孔311的横截面积。类似地,第二喷油孔411的横截面为圆形,在图1中的上下方向上,相邻两个第二喷油孔411中,位置高的第二喷油孔411的横截面积大于位置低的第二喷油孔411的横截面积。
由于机壳进油口51位于机壳5的顶部,因此,靠近上部的第一喷油孔311和第二喷油孔411的压力较大,而下部的压力较小,通过如上所述设置第一喷油孔311和第二喷油孔111的横截面积,可以保证冷却油喷出的均衡性,提高冷却效果。
如图2a、图2b和图2c所示,在一些实施例中,第一喷油环31分为位于第一喷油环的中心以上的第一上环段和位于第一喷油环的中心以下的第一下环段。第一上环段上的第一喷油孔311的横截面积在第一喷油环的径向上沿由外向内的方向逐渐增大,即第一上环段上的第一喷油孔311为由外向内逐渐扩大的锥形,第一下环段上的第一喷油孔的横截面积在该第一喷油环的径向上沿由外向内的方向逐渐减小,即第一下环段上的第一喷油孔311为由外向内逐渐缩小的锥形。类似地,如图3a、图3b和图3c所示,第二喷油环41分为位于第二喷油环的中心以上的第二上环段和位于第二喷油环的中心以下的第二下环段。第二上环段上的第二喷油孔的横截面积在该第二喷油环的径向上沿由外向内的方向逐渐增大,即第二上环段上的第二喷油孔411为由外向内逐渐扩大的锥形,第二下环段上的第二喷油孔的横截面积在第二喷油环的径向上沿由外向内的方向逐渐减小,即第二下环段上的第二喷油孔411为由外向内逐渐缩小的锥形。
由此,位于第一上环段和第二上环段的第一喷油孔和第二喷油孔的形状为外小内大,上侧的冷却液在重力为主导作用力下,经锥形孔流向定子绕组的端,喷射的范围变大,能使冷却液充分接触定子绕组端部。位于第一上环段和第二上环段的第一喷油孔和第二喷油孔的形状为外大内小,下侧的冷却液在外部压力为主导作用力下,经倒锥形孔,流速变大进而能喷射到定子绕组的端部外侧进行冷却,进一步提高冷却效果。
如图5所示,在一些实施例中,定子铁芯2的外周壁设有至所述定子铁芯2的轴向延伸的定子凹槽22和/或切边23,且定子轴向凹槽和切边23均沿定子铁芯2的周向间隔分布,定子凹槽22和/或切边23与机壳5的内周壁之间的空间为冷却油道21。
开设定子凹槽22可以有效增加冷却油与定子铁芯2的接触面积,使冷却油可以更充分地接触定子铁芯2,从而降低冷却液与定子铁芯2的接触热阻,提高了定子铁芯2的散热效率,还节省了定子铁芯2的原材料。设置切边23一方面可以增加冷却液流道体积,改善冷却油流动状态,使其流动更充分均匀,流动能量损失减少,另一方面使得冷却流液道表面积减少,降低流道流阻,提高冷却效率,此外,切边23还进一步使得定子铁芯2的结构体积减小,节约原材料,降低生产成本。
如图6所示,在一些实施例中,定子铁芯2的外周壁上设有定子周向凹槽24,定子周向凹槽24的数量至少为一个,定子铁芯2在其轴向分为凹槽铁芯段和非凹槽铁芯段,非凹槽铁芯段的数量至少为两个。可以理解的是,定子周向凹槽24所在的铁芯段位凹槽铁芯段,其他的铁芯段位非凹槽铁芯段,每个凹槽铁芯段设在两个非凹槽铁芯段之间。设置定子周向凹槽24同样可以节省材料,有效降低原料成本,并且定子周向凹槽24同样可增加冷却液与定子铁芯2的接触面积,提高定子铁芯2的散热效率。
进一步地,非凹槽铁芯段的外周壁上设有定子凹槽22和/或切边23,将定子凹槽22、切边23与定子周向凹槽24相结合,使得定子铁芯2的体积大大减小,成本降低,并且冷却油与定子铁芯2的接触面积更大,散热效果更好。
具体地,定子凹槽22为矩形,定子凹槽22的深度满足关系式:
如图7和图8所示,其中a为定子凹槽22的深度,Rout为定子铁芯2的外径,Rin为定子铁芯2的内径,L为定子铁芯2的轭厚,h为定子铁芯2的叠厚,k1为系数且为0.05-0.1。
为了进一步增加定子铁芯2与冷却液的接触面积,定子凹槽22设置为矩形,使得定子凹槽22的两侧面以及一个底面均可与冷却液接触,有效提高了冷却液对定子铁芯2的冷却效果。
如图11所示,实用新型人通过研究发现,随着系数K1的逐渐增加,电机的压降(即冷却液的流阻)也随之增加,电机的最大温升率减小。压降越大,要求给电机供给冷却液的油泵的扬程越高,电机温升对应电机的热性能,温升越小,电机寿命、性能越好,经过综合考虑后系数K1取0.05-0.1,在该取值范围内电机的压降较小,电机的最大温升率较小,电机热性能好,定子凹槽22的散热效果更佳。
在一些实施例中,切边23的深度满足关系式:
其中b为切边23的深度,Rout为定子铁芯2的外径,Rin为定子铁芯2的内径,L为定子铁芯2的轭厚,h为定子铁芯2的叠厚,k2为系数且为0.05-0.1。
如图12所示,实用新型人经过研究发现,随着系数K2的增加,电机的压降(冷却液的流阻)随之增大,电机的最大温升率逐渐减小,经综合考虑选择该系数为0.05-0.1,该取值范围内电机的压降较小,电机的最大温升的较小,电机热性能好,并且定子铁芯2的散热效果更佳,且能节省原料,降低原料成本5.3%。
如图9和图10所示,在一些实施例中,机壳进油口51为多个且沿机壳5的周向分布,相邻机壳进油口51的中心轴线之间的夹角α小于等于180度,机壳进油口51的中心和距其最近的切边23的中心在定子铁芯2的横截面上的投影之间的圆心角β为0-5度。
可以理解的是,上述圆心角β指的是进液口的中心与定子铁芯2的圆心连线,和与进液口距离最近的切边23的中点与定子铁芯2的圆心连线,两条直线在定子铁芯2的横截面上的投影之间的夹角为0-5度。
如图13所示,曲线图的横轴为上述圆心角β的角度,纵轴为压降和电机最大温升,实用新型人通过研究发现,当上述圆心角β在0-5度逐渐增加时,压降和电机最大温升增大的速度较慢(两条曲线的斜率较小),当圆心角β的角度在5-10度逐渐增加时,该冷却系统的压降和电机最大温升增大速度明显加快(两条曲线的斜率增大),对油泵扬程的要求提高,导致电机成本提高,电机热性能表现不佳,因此进液口的中心和距其最近的切边23的中心在定子铁芯2的横截面上的投影之间的圆心角设为0-5度。
下面参考附图描述根据本实用新型的一些具体示例的油冷电机。
如图1和图4所示,根据本实用新型具体示例的油冷电机,包括机壳5、第一端盖3、第二端盖4、定子和转子1。
如图2和图3所示,第一端盖3安装在机壳5的第一端,第一端盖3的内侧设有第一喷油环31。第二端盖4安装在机壳5的第二端,第二端盖4的内侧设有第二喷油环41,第一喷油环31与第一端盖3为一体式结构,第二喷油环41与第二端盖4为一体式结构。
定子包括定子铁芯2和定子绕组,定子铁芯2的外周壁与机壳5的内周壁之间形成冷却油道21,机壳5还设有与冷却油道21与连通的机壳进油口51,机壳进油口51为多个且沿机壳5的周向分布,相邻机壳进油口51的中心轴线之间的夹角小于等于180度,机壳进油口51的中心和距其最近的切边23的中心在定子铁芯2的横截面上的投影之间的圆心角为0-5度。
第一喷油环31和第二喷油环41的外周壁与机壳5的内周壁之间形成有与冷却油道21连通的喷油空间,第一喷油环31上设有多个第一喷油孔311,第二喷油环41上设有多个第二喷油孔411,第一喷油孔311和第二喷油孔411均与喷油空间连通,用于从定子的外周朝向定子的第一端和第二端喷射冷却油。
如图6所示,定子铁芯2的周壁上设有一个沿定子铁芯2的周向延伸的定子周向凹槽24,一个定子周向凹槽24将定子铁芯2分为一个凹槽铁芯段和两个非凹槽铁芯段,在两个非凹槽铁芯段上设有沿定子铁芯2轴向延伸的定子凹槽22和切边23,以此减少定子铁芯2体积和提高冷却效率。
定子凹槽22为矩形,定子凹槽22的深度满足关系式:
切边23的深度满足关系式:
其中a为定子凹槽22的深度,其中b为切边23的深度,Rout为定子铁芯2的外径,Rin为定子铁芯2的内径,L为定子铁芯2的轭厚,h为定子铁芯2的叠厚,k1为系数且为0.05-0.1,k2为系数且为0.05-0.1。由此,能够更好地提高冷却效果。
根据本发明实施例的车辆,包括电机,所述电机可以上述实施例的油冷电机,通过提高电机的散热效率,提高了车辆的性能。所述车辆可以为纯电动汽车,也可以为其他形式的新能源汽车,当然,本发明实施例中,车辆并不限于此。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的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实用新型和简化描述,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、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而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。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,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,除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实用新型中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。