液冷式電動機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開一般涉及電動機的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在電動機中，扭矩與電流和磁通密度的乘積近似成正比。進而，存在兩種主要損耗分量，該主要損耗分量涉及到這兩個量。電流有關(guān)的損耗分量是由于流過導(dǎo)體的電流所決定的(例如，繞組和轉(zhuǎn)子條內(nèi)的損耗);這種損耗分量與均方根電流的平方成正比。第二損耗分量物理地發(fā)生在磁芯元件(諸如疊片)并且與磁通密度和電頻率的乘積的平方近似成正比。這些關(guān)系的兩個關(guān)鍵結(jié)果為:首先，在導(dǎo)體和磁損耗大致相等的操作點處最優(yōu)化能量效率；其次，在假如速度(電頻率)保持與扭矩成正比，而效率還是沒有損失的情況下，能夠增加通過功率(through-power )。
[0003]隨著速度和扭矩被增加，散熱也在增加。因此，需要改進的冷卻方法來將溫度限制在所需的值。在感應(yīng)電動機的情況下，由于與轉(zhuǎn)子條和端環(huán)相關(guān)聯(lián)的I2R損耗而導(dǎo)致大部分的總散熱物理地出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子內(nèi)，所以這特別具有挑戰(zhàn)性。當(dāng)熱通量值超過相關(guān)閾值時，空氣冷卻通常變得不充分。遺憾的是，由于存在與在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和非旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間傳送流體流(fluid flow)相關(guān)聯(lián)的問題，所以在過去，用于這種轉(zhuǎn)子的液體冷卻技術(shù)已經(jīng)證明是麻煩的。存在其他的問題，諸如防止轉(zhuǎn)子和定子之間的徑向氣隙充滿冷卻劑，因為這大大增加了高速下的阻力損耗。液體冷卻的其它挑戰(zhàn)包括機械裝配的便利性、冷卻均勻性、防止空氣滯留于冷卻劑，并且在某些情況下，需要將轉(zhuǎn)子和定子與機殼絕緣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一種液冷式徑向氣隙型電動機包括定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸、兩個端蓋、機殼、冷卻劑歧管系統(tǒng)、和冷卻劑貯槽。轉(zhuǎn)子包括位于其外周附近的多個軸向定向的槽。冷卻劑歧管系統(tǒng)引導(dǎo)第一部分的液體冷卻劑流過定子的一些部分并且引導(dǎo)第二部分的液體冷卻劑流經(jīng)轉(zhuǎn)子槽。一些或全部的液體冷卻劑由從中冷卻劑可以再循環(huán)的冷卻劑貯槽來接收。
【附圖說明】
[0005]并入并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了實施例的一個或多個示例，并且與示例性實施例的描述一起，用來解釋實施例的原理和實現(xiàn)方式。
[0006]在附圖中:
圖1是根據(jù)實施例的標(biāo)識冷卻劑流動路徑的電動機的剖視圖。
[0007]圖2是描繪了根據(jù)實施例的用于電動機的轉(zhuǎn)子、定子和機殼的剖視圖。
[0008]圖3A是描繪了根據(jù)實施例的用于電動機的冷卻劑入口和轉(zhuǎn)子軸的端部剖視圖。
[0009]圖3B是沿著圖3A的線3B-3B截取的橫剖面圖。
[0010]圖4A是描繪了根據(jù)實施例的用于電動機的轉(zhuǎn)子端板和端環(huán)的正視圖。
[0011]圖4B是描繪了根據(jù)實施例的用于電動實施例的轉(zhuǎn)子端板和端環(huán)的后視圖。
[0012]圖4C是描繪了根據(jù)實施例的用于電動機的冷卻劑溝道的沿著圖4B的線4C-4C截取的剖視圖。
[0013]圖5A和圖5B分別是根據(jù)實施例的液冷式電動機的正面分解圖和背面分解圖。
[0014]圖6是示出了根據(jù)實施例的液冷式電動機、貯槽和再循環(huán)冷卻劑泵的系統(tǒng)框圖。
[0015]圖7A是根據(jù)實施例的用于電動機的定子的端部剖視圖。
[0016]圖7B是沿著圖7A的線7B-7B截取的橫剖面圖。
[0017]圖8是根據(jù)實施例的用于電動機的轉(zhuǎn)子的裝配圖。
【具體實施方式】
[0018]本文以牽引電動機為背景描述了示例性實施例，該牽引電動機例如可用作電動車輛的驅(qū)動電動機。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到的是，以下描述僅是說明性的而非旨在以任何方式進行限制。對于受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其它實施例不言而喻?，F(xiàn)在，將詳細參考如附圖中所示的示例性實施例的實現(xiàn)方式。在所有附圖中和以下描述中，將使用同樣的參考標(biāo)號來指代同樣或類似的項。
[0019]為了清楚起見，本文沒有顯示和描述實現(xiàn)方式的所有的常規(guī)特征。當(dāng)然，可以看出，在任何這種實際實現(xiàn)方式的開發(fā)過程中，必須做出許多針對實現(xiàn)方式的決定以實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，諸如符合與應(yīng)用和商業(yè)相關(guān)的限制，而且這些具體目標(biāo)會在各實現(xiàn)方式之間變化而且在各開發(fā)者之間變化。而且，可以看出，這種開發(fā)的努力可能是復(fù)雜而耗時的，但是對受益于本公開的本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說仍然是一種常規(guī)的工程行為。
[0020]根據(jù)一個實施例，向電動機提供液體冷卻劑流，以便控制冷卻劑的體積，使得空氣的體積僅存在于電動機中，所以轉(zhuǎn)子-定子的徑向氣隙不會充滿冷卻劑。對于許多內(nèi)部流動路徑，不需要提供液密密封(liquid-tight seal)，從而節(jié)省了費用。唯一真正所需的液密密封是那些在冷卻劑和外部環(huán)境之間的界面。該途徑不需要使用掃氣泵，僅使用簡單的冷卻劑循環(huán)泵，從而進一步節(jié)省了費用。
[0021]根據(jù)一個實施例，歧管系統(tǒng)引導(dǎo)第一部分的液體冷卻劑進料流過液冷式電動機的定子的外周表面，而引導(dǎo)剩余的的第二部分的液體冷卻劑進料流入轉(zhuǎn)子軸的后端。還可以包括附加的冷卻劑流動路徑。第二部分的液體冷卻劑進料然后經(jīng)由軸中的徑向定向的孔離開軸并且然后由端板引導(dǎo)流經(jīng)轉(zhuǎn)子內(nèi)的軸向通道或端口。在轉(zhuǎn)子的相對端，流由類似的端板來接收，然后被引導(dǎo)重新進入軸，或離開靠近旋轉(zhuǎn)軸線的位置處的端板，從而最大程度地減少了高速下的動能損耗。兩個端板還通過允許選擇長度的螺釘或螺栓插入所需位置來在制造期間使電動機能夠更容易地平衡。(另選地，可以從端板的選定部分中除去材料來以常規(guī)方式實現(xiàn)所需的平衡。)最后，端板用來通過外周相應(yīng)的鍵接元件來捕捉鑄造端環(huán)，因此在端環(huán)沒有機械故障的情況下，使能夠進行高速操作，而無需使用外部捕捉環(huán)。(另選地，常規(guī)外部捕捉環(huán)可以被放置在端環(huán)之上以向端環(huán)提供所需的環(huán)向支撐。)來自定子和轉(zhuǎn)子這兩者的冷卻劑流由貯槽來接收，該貯槽位于電動機的底部。冷卻劑貯槽用來允許所滯留的空氣與冷卻劑分尚。
[0022]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1是沿著根據(jù)實施例的標(biāo)識冷卻劑流動通道(由未編號的箭頭示出)的電動機12的縱向轉(zhuǎn)動軸線10的剖視圖。圖2是與圖1中的視圖正交的沿著圖1的線2-2截取的橫剖面圖。電動機12包括常規(guī)元件和新元件，該常規(guī)元件包括轉(zhuǎn)子軸14、轉(zhuǎn)子鐵芯16、轉(zhuǎn)子條18、后轉(zhuǎn)子端環(huán)20、前轉(zhuǎn)子端環(huán)22、后轉(zhuǎn)子軸軸承24、前轉(zhuǎn)子軸軸承26、定子鐵芯28、包含在定子鐵芯28的定子槽32內(nèi)的電動機繞組30、后端蓋34、后端蓋內(nèi)面35、前端蓋36、和機殼38。
[0023]液體冷卻系統(tǒng)包括部件，該部件使液體冷卻劑能夠流動，使得熱量從轉(zhuǎn)子條18、端環(huán)20和22、繞組30的有源部件、電動機繞組30的端匝部和定子鐵芯28中除去。冷卻劑入口端口 40接收液體冷卻劑流(例如，從再循環(huán)冷卻劑泵(如圖6中所示))并且將第一部分的液體冷卻劑流引導(dǎo)到轉(zhuǎn)子軸14的后端內(nèi)的同軸軸端口 42，流通過一個或多個徑向軸孔46徑向地從同軸軸端口 42處離開轉(zhuǎn)子軸14的挖空部44并且由轉(zhuǎn)子后端板48的內(nèi)表面47來引導(dǎo)以流經(jīng)由轉(zhuǎn)子組件52內(nèi)的轉(zhuǎn)子軸向冷卻槽50所形成的轉(zhuǎn)子冷卻劑通道。
[0024]第二部分的液體冷卻劑流從冷卻劑入口端口 40被引導(dǎo)通過冷卻劑入口端口 40內(nèi)的入口徑向孔54以確定流經(jīng)環(huán)形端口或由機殼38和定子鐵芯28的外周所界定的外周冷卻通道56。另選地，該第二部分的流還可以包括定子冷卻槽58內(nèi)的流動路徑(如圖2所示)。在電動機60的前端，離開轉(zhuǎn)子軸向冷卻槽50 (也被稱為轉(zhuǎn)子冷卻劑通道)的冷卻劑8被容納并通過轉(zhuǎn)子前端板62的內(nèi)表面61引向轉(zhuǎn)子前端板62中的冷卻劑出口端口 64，該冷卻劑出口 64靠近縱向旋轉(zhuǎn)軸線10。(通過約束流體以靠近旋轉(zhuǎn)中心離開，來最大程度地減少動能損耗。)
定子的冷卻劑流在離開冷卻劑入口端口 40中的入口徑向孔54之后，被冷卻劑入口歧管66和后冷卻劑擋板68的組合來引導(dǎo)流經(jīng)環(huán)形端口 56，使得熱量從定子鐵芯28的外周表面70中除去。根據(jù)一個實施例，徑向定向的冷卻翅片72 (如圖2中所示)可以被加到定子鐵芯28的外周以增強這種元件的熱傳遞。從環(huán)形端口 56中接收的冷卻劑流被約束以穿過前冷卻劑擋板74內(nèi)的孔。選擇這些孔的數(shù)量和它們各自的直徑，使得所需壓降出現(xiàn)，而這又確保了環(huán)形端口內(nèi)的流動均勻性。這有助于實現(xiàn)均勻冷卻定子鐵芯28和電動機繞組30。對這些孔的數(shù)量和尺寸的選擇是在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的能力范圍之內(nèi)并且取決于相應(yīng)的電動機及其相關(guān)部件的精確尺寸。
[0025]來自轉(zhuǎn)子和定子這兩者的冷卻劑流均由排水腔(drainage cavity)76來接收。而排水腔76又通過前排水端口 78和后排水端口 80將液體冷卻劑排放到冷卻劑貯槽82中。冷卻劑通過冷卻劑出口 84離開冷卻劑貯槽82。前軸液體密封件86防止液體冷卻劑通過前轉(zhuǎn)子軸軸承26泄漏。
[0026]轉(zhuǎn)到圖2，橫剖面圖描繪了根據(jù)實施例的用于電動機12的轉(zhuǎn)子組件52、定子組件88和機殼38。轉(zhuǎn)子軸14、轉(zhuǎn)子鐵芯16、定子鐵芯28、和機殼38被詳細地示出。根據(jù)感應(yīng)電動機的常規(guī)實踐，轉(zhuǎn)子鐵芯16通常由堆疊的磁性疊片來構(gòu)成，而添加轉(zhuǎn)子條槽90以接收轉(zhuǎn)子條18。根據(jù)實施例，添加最接近轉(zhuǎn)子桿18的轉(zhuǎn)子軸向冷卻槽50以提供冷卻劑通道(平行于縱向旋轉(zhuǎn)軸線10的軸向通道)用于對受影響的區(qū)域進行額外冷卻。穿過這些通道的冷卻劑流用來除去轉(zhuǎn)子條18與端環(huán)20，22內(nèi)產(chǎn)生的熱量。
[0027]根據(jù)實施例，電動機12包括環(huán)形端口 56，該環(huán)形端口 56在定子鐵芯28的外周表面70和機殼38的內(nèi)表面92之間。被引導(dǎo)使其通過該區(qū)的冷卻劑流用來