一种集成转轴油冷与风冷散热的电机冷却结构及冷却方法

本发明涉及电机冷却，尤其是涉及一种集成转轴油冷与风冷散热的电机冷却结构及冷却方法。

背景技术：

1、随着电机装备向高功率密度、高速化及小型化方向快速发展，电机运行过程中由铜损、铁损及机械摩擦损耗产生的热量大幅增加，若热量无法及时、高效地向外散出，将引发绕组绝缘老化加速、永磁体退磁、轴承使用寿命缩短等一系列问题，严重制约电机的输出性能与运行可靠性。

2、目前常规电机的冷却方式主要分为风冷散热与油冷散热两大类，两类方式均存在明显技术局限性：纯风冷结构多依靠风扇直吹机壳外壁，存在气流流通路径短、换热面积有限、散热均匀性差等问题，仅能满足小功率、低负载电机的散热需求，针对大功率电机无法快速带走定子组件集聚的高温热量；纯油冷结构大多采用壳体喷淋冷却或外部油路循环冷却模式，冷却油无法直接接触转子发热核心区域，转子内部存在较大散热盲区，且整体油路结构复杂，生产装配成本高，易造成冷却油资源的浪费。

3、现有复合型冷却电机多为风冷、油冷结构的简单叠加，并未针对转子、定子的不同发热特性匹配专属散热结构，油冷油路分流设计不合理，冷却油流通状态无法根据电机负载工况自适应调节；同时机壳内部风道结构单一，气流易出现紊流、短路现象，油冷系统与风冷系统无法形成协同散热效果，整体散热效率低下，难以满足大功率高密度电机的长期稳定运行需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种集成转轴油冷与风冷散热的电机冷却结构及冷却方法，采用转子内置分流油冷、定子外侧强制风冷的复合散热模式，实现冷热分区精准散热，同时依托自适应油压调节油路结构适配电机不同运行工况，提升电机整体散热均匀性与运行稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种集成转轴油冷与风冷散热的电机冷却结构及冷却方法，包括转轴组件、转子组件、定子组件、机壳、端盖组件、轴承组件、风冷散热组件以及密封组件；所述转子组件固定于转轴组件外侧，所述定子组件固定安装于机壳内部并环绕转子组件布置，二者之间预留有电机气隙；所述端盖组件密封固定于机壳两端，所述轴承组件安装于端盖组件与转轴组件之间，用于支撑转轴组件旋转；所述风冷散热组件安装于转轴组件的端部，所述密封组件罩设于机壳与风冷散热组件的外部。

3、优选的，所述转轴组件包括密封对接的第一轴体与第二轴体，二者内部均开设有中空油路并相互连通构成油冷循环通道；所述第一轴体内设有注油孔、进油通道、进油孔、节流孔以及弹性阀片，所述注油孔开设于第一轴体背离第二轴体的端部外壁并与进油通道连通，所述进油孔沿径向分布并连通进油通道与第二轴体内部，所述节流孔设置于进油通道的末端，所述弹性阀片装配于节流孔朝向出油侧的一端，用于依据油路内部油压自适应完成启闭以调节出油流量；所述第二轴体内部设有空腔，所述空腔内壁环绕开设有螺旋导流槽，所述螺旋导流槽沿轴向向空腔两端延伸，所述第二轴体还开设有与节流孔连通的出油通道以及沿径向分布的出油孔；所述机壳外壁沿轴向设有w形风道，所述w形风道由连续的w形波纹结构构成，其两端贯通机壳两端的装配面；所述油冷循环通道与风冷散热组件协同配合，分别对转子侧与定子侧进行分区散热。

4、优选的，所述空腔从中间对称位置向两端内径逐渐增大，形成对称的锥形坡面；所述螺旋导流槽的螺旋方向与转轴的工作旋转方向一致，其槽深与螺距从空腔中间向两端逐渐增大，螺旋升角设置为30°至60°。

5、优选的，所述节流孔的孔径小于进油通道的孔径；所述弹性阀片为具有弹性的金属薄片，其一端固定于进油通道的内壁，另一端自由覆盖于节流孔上；当油路内部油压高于预设阈值时，弹性阀片发生弹性形变开启，增大出油流量；当油压低于预设阈值时，弹性阀片复位封堵节流孔，减少出油流量。

6、优选的，所述出油通道包括第一出油通道与第二出油通道，二者的出口端位于第二轴体背离第一轴体的端部，冷却油经出油孔直接喷射至第二轴体的外部。

7、优选的，所述端盖组件通过定位孔可拆卸固定于机壳两端，二者的对接缝隙处装配有密封垫圈；所述轴承组件包括两组轴承，分别嵌装固定于两端端盖组件的中心装配孔内，轴承内圈分别与第一轴体、第二轴体过盈配合，轴承外圈与端盖组件过盈配合，共同承载转轴组件与转子组件的径向载荷及轴向载荷。

8、优选的，所述风冷散热组件为离心式风扇，通过键槽配合平键固定装配于第二轴体背离第一轴体的一端，并与转轴同步旋转；所述密封组件与机壳之间形成环形风腔，风扇的叶片出口朝向所述环形风腔，用于将空气径向甩入w形风道内。

9、优选的，所述w形风道的波峰与机壳外壁贴合，波谷与机壳外壁之间形成气流通道；风道内壁做镜面打磨处理，拐角处设置大圆角过渡，用于降低风阻并均衡各并联支路的气流流量。

10、优选的，所述密封组件包括密封罩、密封盖以及防护网；所述密封罩沿机壳的凸台密封安装，所述密封盖可拆卸安装于密封罩的端部且位置与风冷散热组件对应，所述防护网设置于密封盖的进风口处，用于过滤外界空气中的粉尘杂质。

11、本发明还公开了一种集成转轴油冷与风冷散热的电机冷却方法，包括以下步骤：

12、s1.冷却油注入与分配步骤：通过第一轴体上的注油孔注入冷却油，冷却油经进油通道输送后分为两路，一路经进油孔进入第二轴体的空腔，另一路经过节流孔并通过弹性阀片自适应调节开度后进入出油通道；

13、s2.转轴油冷散热步骤：进入空腔的冷却油在转轴旋转产生的离心力作用下，沿螺旋导流槽向空腔两端螺旋流动，与空腔内壁换热以带走转子组件与转轴的热量；进入出油通道的冷却油经出油孔排出，带走转轴轴心区域的热量；

14、s3.定子风冷散热步骤：转轴带动风冷散热组件同步旋转，将外部空气吸入并加压后送入机壳的w形风道，气流沿w形风道流动并与机壳外壁强制对流换热，换热后的热风排出至外界，完成定子组件的风冷降温。

15、因此，本发明采用上述一种集成转轴油冷与风冷散热的电机冷却结构及冷却方法，具有以下技术效果：

16、（1）本发明采用内油冷外风冷的复合散热架构，差异化适配转子、定子的发热特性，利用内置油路直接接触转子发热核心，解决了传统油冷转子散热盲区大的问题；配合机壳w形风道增大定子侧气流换热面积，双向同步散热，相较于传统单一散热结构散热效率显著提升，可有效适配大功率重载电机的长期运行工况。

17、（2）本发明采用节流孔与弹性阀片构成的纯机械被动阀结构，可根据转速变化引起的油压波动自动调节冷却油流量，电机低速轻载时减少油液循环，降低搅油损失；电机高速重载时自动加大流量，强化散热，兼顾散热性能与运行经济性，适配多工况运行需求。

18、（3）本发明在空腔内壁设置螺旋导流槽，强制冷却油沿内壁做螺旋流动，破坏流体热边界层，延长换热路径，显著提升油侧换热系数；锥形坡面配合离心力实现油液轴向均匀分布，既保证转子散热均匀性，又有效改善了高速旋转下的动平衡性能。

19、（4）本发明的w形风道通过连续波纹结构同时实现增大散热面积与诱导湍流强化换热的双重效果，气流全程贴壁无短路，定子散热更均匀；风道内壁镜面打磨与大圆角过渡设计，有效降低风阻，提升气流利用率。

20、（5）本发明将油路全部集成于转轴内部、风路集成于机壳与密封罩之间，无需外置油泵与独立风扇电机，整体结构紧凑，零部件集成度高；多重密封与防护结构提升电机运行可靠性，可拆卸密封盖设计便于风冷散热组件的维护与更换。

21、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。