一种气体冷却电机的制作方法

1.一种气体冷却电机，属车轮动力传动技术领域，尤其涉及电动摩托车和电动自行车的车轮动力传动。


背景技术：

2.现有技术中，中外电动摩托车或电动自行车问世以来，所使用的电机均是采用密闭式结构，因为电机必须要达到绝缘防护等级及相关防尘防水标准，否则进入泥水将烧坏电机而无法正常工作。所以这种结构电机散热只能采用空气隔空传热的方式，即电机内部受热之后的空气将热量传递给电机壳体，再由电机壳体将热空气传来的热量传递至电机外壳表面，最后由外界的冷空气将电机外壳表面散热，该方式散热效果极为不佳。因为当电机运转工作时电机温升快、温度高，会有源源不断的热量产生，根据机内温度表显示，空气隔空传热散热量相较于电动车行驶时所产生的热量有较大差距，因此有较多的热量存积于电机内，根本不能及时将内部产生的热量排出电机外部，当留存的热量叠加到一定高温时就形成了极为有害的恶性循环，很容易因高温造成电机热衰减，导致磁场转矩降低，使电机随时都处在线圈被烧和磁钢片被迫退磁的危险中，使电动车过载能力降低，能源浪费大，给电动车的使用寿命造成了极大的风险和隐患。
3.此外，电机的这种结构会导致机内零部件自然锈蚀，即当热车时，机内因热膨胀将空气排出后，就会产生负压真空，而停车冷却后在机内真空的作用下又会从电源线管吸进空气，但是此时机内已无热能，无法烘烤、干燥空气中的水分和残留的蒸汽，所以机内零部件随时都处在湿气和潮气中，这就是造成锈蚀的因素。这些因数是电动车行业一直存在的根本问题。
4.利用气流运载电机内部热量至机外(即利用流通空气直接冷却电机内部)是大家容易产生的想法，但有几个关键问题需要解决：1、用气流运载电机内部热量至机外，势必打破现有电动车电机全密封的结构，必将影响电机正常工作；2、轮鼓电机的外壳全部为旋转体，只有中心轴棒直径为1.5至2厘米的螺杆固定在车架上，况且轴棒的中心位置还开有电源线孔，内装电源线，根本不可能把它开通成开放式进排气通道；3、内转子电机内部根本没有气流的通孔通道，也无法设置进排气系统。所以利用流通空气直接冷却电机内部，难度极大，20余年来整个行业无人攻克这个技术难题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的问题就是针对以上缺点和不足而提供一种利用空气气流为载体来运载电机内部热量至机外的气冷式电机。其技术方案如下：
6.一种气体冷却电机，包括电机轴、定子和转子，转子的外圈与轮鼓钢圈固连，转子两端分别固连电机左叶轮端盖和电机右排气端盖；其关键技术是在电机轴两端分别设有进风系统和出风系统，进风系统是在电机左叶轮端盖外侧套装第一进气室壳体，在第一进气室壳体的内圈安装第一油封，第一进气室壳体上安装进风管，进风管另一端连接进风机，电
机左叶轮端盖上安装吸风叶轮；出风系统是在电机右排气端盖一侧套装出风叶轮，在电机右排气端盖另一侧套装第一排气室壳体，第一排气室壳体上安装出风管。
7.所述电机左叶轮端盖外侧设有第一凸环，第一进气室壳体套装在第一凸环上；电机左叶轮端盖、第一油封、第一进气室壳体、电机轴之间的间隙形成的空间构成进气室。
8.在所述第一凸环内均布第一进风孔，在第一凸环的外圈设有挡水防尘环。
9.所述吸风叶轮包括盖板和布设于盖板圆周位置的吸风叶片，吸风叶片的根部折弯形成第二导风块；电机左叶轮端盖与盖板之间的间隙形成的空间构成前置气流聚集室。
10.在所述第一凸环的内圈位置位于第一进风孔之间均布第一导风块。
11.在所述电机右排气端盖内安装第二油封，第二油封内套装第一排气室壳体；电机右排气端盖、电机左叶轮端盖和转子左右端固连后形成的空间构成中置冷气热量配载室；电机右排气端盖、第二油封、第一排气室壳体和电机轴之间的间隙形成的空间构成后置运载热量排气室。
12.所述出风叶轮是在第二凸环的圆周外壁上均布出风叶片，出风叶片的尾部折弯形成第三导风块。
13.在所述电机右排气端盖上开有第一出风孔。
14.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
15.1、电机左叶轮端盖、第一油封、第一进气室壳体、电机轴之间的间隙形成的空间构成的进气室将行驶中产生的不利风阻气流变为有益的空气能源冷却气体，也就是排出热气的运载气流。
16.2、电机左叶轮端盖、吸风叶轮、吸风叶片、盖板之间的间隙形成的空间构成的前置气流聚集室接收进气室的气流，在旋转离心力的作用下进一步增强运载热量气流的强度和运输排热能力。
17.3、电机右排气端盖、电机左叶轮端盖和转子左右端固连后形成的空间构成的中置冷气配载室利用旋转的前置气流聚集室产生的气流将其配载热量即电机运行发热源头部件(线圈绕组、定子和磁钢片)上的热量源源不断地被冷气流运载输送至下一工作室。
18.4、电机右排气端盖、第二油封、第一排气室壳体、电机轴之间的间隙形成的空间构成的后置运载热量排气室能极速将中置冷气配载室内已配载热量的气流连续不断地排出电机机外。
19.5、综上，电机内部形成的进气室、前置气流聚集室、中置冷气热量配载室、后置运载热量排气室构成四个具有独立功能的工作室，它们各施其能，相互配合，协调运作，在电动车行驶时不启用风机前题下，能产生足够的排热运载气流；当在陡坡或山区行驶时前置气流聚集室的气流与风机工作产生的气流叠加，实现了超强排热的运载能力。其进风管、进风机、进气室组成的进风系统以及后置运载热量排气室和出风管组成的出风系统构成内外空气循环散热系统，一改现有技术电动车电机仅靠空气隔空传热散热现状，利用流通空气直接冷却电机内部，不但能及时将电机做功产生的热量排出，还能将电机内部留存的热量彻底地全部排出电机外，使电机腔体内部没有遗留的温度及水蒸汽，使电动车适时工作在最高效率和最佳状态，持续发挥出最佳性能，而且防止机内零部件锈蚀，保证电机磁钢不被退磁、线圈绕组不被烧坏，使电机有超强的过载能力，增加续航里程。
20.6、在电机左叶轮端盖外侧套装第一进气室壳体，第一进气室壳体内安装第一油
封，第一进气室壳体上安装进风管，在电机右排气端盖一侧套装出风叶轮，在电机右排气端盖另一侧安装第二油封，在第二油封内套装第一排气室壳体，第一排气室壳体上安装出风管，这样的结构，不影响电机内部原有的密封结构，同样能达到绝缘防护等级及相关防尘、防水标准，不影响电机正常工作，反而给电机提供极佳的工作条件。
21.7、手动按键开关或温控开关的设置，当电动车在超负荷或爬坡行驶时，或高温天气下，温度控制开关会根据设定的温度、自动控制启动进风机高速旋转产生超强气流和前置气流聚集室的气流叠加，共同强制将电机内的高温气体运载排出机外释放。
22.8、在电机功率及材质等均为同等条件下，经连续两公里坡道实际测试，本技术方案与现有技术电动车对比试验结果如下表：
[0023][0024]
上表显示：现有技术电动车行驶至两趟时(累计距离4.2公里)电机内温度为129℃，此时已超越该机最高允许温度限值120度，而本技术方案电机内温度为79.4℃；当第三趟还差1公里时现有技术因电机烧坏车已不能行驶，电机内温度为175.6℃，而本技术方案电机内温度为86.2℃。所以，本发明技术电机性能是相当优越的。
附图说明
[0025]
图1，是本发明结构示意图；
[0026]
图2，是本发明电机左叶轮端盖立体结构示意图；
[0027]
图3，是本发明电机左叶轮端盖另一方向立体结构示意图；
[0028]
图4，是本发明吸风叶轮立体结构示意图；
[0029]
图5，是本发明吸风叶轮另一方向立体结构示意图；
[0030]
图6，是本发明进风系统立体结构示意图；
[0031]
图7，是本发明进风系统另一方向立体结构示意图；
[0032]
图8，是本发明电机右排气端盖立体结构示意图；
[0033]
图9，是本发明电机右排气端盖另一方向立体结构示意图；
[0034]
图10，是本发明出风叶轮立体结构示意图；
[0035]
图11，是本发明出风叶轮另一方向立体结构示意图；
[0036]
图12，是本发明出风系统立体结构示意图；
[0037]
图13，是本发明出风系统另一方向立体结构示意图；
[0038]
图14，是本发明电机总成装配立体结构示意图；
[0039]
图15，是本发明电机总成立体结构示意图；
[0040]
图16，是本发明另一结构示意图；
[0041]
图17，是本发明另一结构电机左叶轮端盖立体结构示意图；
[0042]
图18，是本发明另一结构电机左叶轮端盖另一方向立体结构示意图；
[0043]
图19，是本发明另一结构进风扇立体结构示意图；
[0044]
图20，是本发明另一结构第一外边盖立体结构示意图；
[0045]
图21，是本发明另一结构第二进气室壳体立体结构示意图；
[0046]
图22，是本发明另一结构第二进气室壳体另一方向立体结构示意图；
[0047]
图23，是本发明另一结构进风系统立体结构示意图；
[0048]
图24，是本发明另一结构出风系统立体结构示意图；
[0049]
图25，是本发明另一结构电机总成装配立体结构示意图；
[0050]
图26，是本发明另一结构电机立体结构示意图；
[0051]
图27，是本发明风机接线示意图；
[0052]
图28，是本发明风机电路原理图。
具体实施方式
[0053]
实施例一：
[0054]
参见图1～图15，一种气体冷却电机，包括电机轴20、定子15和转子3，定子15固定在电机轴20上，转子3套装在定子15上，转子3的外圈与轮鼓钢圈1固连，轮鼓钢圈1上安装轮胎2，转子3两端分别固连电机左叶轮端盖5和电机右排气端盖23，电机右排气端盖23上设有刹车鼓23.2，在刹车鼓23.2右侧安装鼓闸21，鼓闸21的刹车蹄块21.1套装在刹车鼓23.2内，定子15上布设电机线圈绕组13，在转子3和定子15之间设有磁钢片14，电机线9从电机轴20左边的轴孔内引出；其关键技术是在电机轴20两端分别设有进风系统和出风系统，进风系统是在电机轴20上位于电机左叶轮端盖5外侧套装第一进气室壳体7，在第一进气室壳体7的内圈安装第一油封12，第一进气室壳体7上通过第一进气孔7.2安装进风管10，进风管10被进风管固定块8.1定位于平叉8上，进风管10另一端连接进风机4，进风机4旋转时可将外界空气压入进风管10内，电机左叶轮端盖5上通过第一凸台5.5安装吸风叶轮；出风系统是在电机右排气端盖23中心孔一侧通过第二凸台23.3套装出风叶轮，在电机轴20上位于电机右排气端盖23另一侧套装第一排气室壳体22，第一排气室壳体22上通过出风口22.1安装出风管19，出风管19被出风管固定块8.2定位于平叉8上，出风管19最末端管口在装车后安装定位于座位下的后上方。
[0055]
所述电机左叶轮端盖5外侧靠近中心孔的圆周位置设有第一凸环5.1，第一进气室壳体7以及第一油封12的内孔穿过电机轴20套装在第一凸环5.1上；电机左叶轮端盖5、第一油封12、第一进气室壳体7和电机轴20之间的间隙形成的空间构成进气室11。
[0056]
在所述第一凸环5.1内的内圈沿圆周位置均布若干第一进风孔5.3，在第一凸环5.1的外圈设有挡水防尘环5.4，使第一油封12与第一进气室壳体7位于第一凸环5.1与挡水防尘环5.4之间。
[0057]
所述吸风叶轮包括圆形盖板6.2和布设于圆形盖板6.2圆周位置的若干吸风叶片6，在盖板6.2的圆周位置位于吸风叶片6之间还开有若干螺栓通孔6.2.1用于与第一凸台5.5连接，吸风叶片6的根部折弯形成第二导风块6.1，电机左叶轮端盖5与圆形盖板6.2之间的间隙形成的空间构成前置气流聚集室11.1。进风系统将行驶风阻气流聚集输送于前置气流聚集室11.1内，再由电机左叶轮端盖5内旋转的吸风叶轮将聚集的气流进一步加速流动。
[0058]
在所述第一凸环5.1的内圈位置位于第一进风孔5.3之间均布若干第一导风块
5.2，第一导风块5.2和第二导风块6.1为对应位置关系。
[0059]
在所述电机右排气端盖23的刹车鼓23.2内通过第一油封座23.4安装第二油封12.1，第二油封12.1内套装第一排气室壳体22，出风管19一端穿过鼓闸21圆周位置开有的通孔21.2和刹车蹄块21.1与出风口22.1连接；电机右排气端盖23、电机左叶轮端盖5和转子3左右端固连后形成的空间构成中置冷气热量配载室16；电机右排气端盖23、第二油封12.1、第一排气室壳体22和电机轴20之间的间隙形成的空间构成后置运载热量排气室18，即后置运载热量排气室和出风管组成出风系统。
[0060]
所述出风叶轮是在第二凸环17.2的圆周外壁上均布若干出风叶片17，出风叶片17的尾部折弯形成第三导风块17.1。
[0061]
在所述电机右排气端盖23靠近中心孔的圆周位置上开有若干第一出风孔23.1。
[0062]
如图1、图27、图28所示，在电动摩托车或电动自行车的油门转把34上安装控制进风机转动的按键开关32，在定子15上安装温控开关15.1，进风机4上设有进风机导线4.2，温控开关15.1设有温控开关导线15.1.1，按键开关32上设有按键开关导线，各导线互相连接后再连接到电源33上。进风机、进风管口、出风机、出风管末端管口均安装定位于既通风又防尘、防水的座位下面壳体内。
[0063]
第一进气室壳体7被紧固在电机轴上，在第一进气孔7.2内通过转换接头、轴套等连接件安装进风管10，使电机外壳全部为旋转体，但进风管不旋转，达到了设置进风系统的目的。
[0064]
第一排气室壳体22被紧固在电机轴上，在出风口22.1内通过转换接头、轴套等连接件安装出风管19，使电机外壳全部为旋转体，但出风管不旋转，达到了设置出风系统的目的。
[0065]
本实施例的工作原理是：
[0066]
平路模式：当车辆起步骑行时，轻转油门转把34，控制器接通电源，电机开始转动，在平路行驶时，因负载轻，机内温度达不到温控开关15.1的设定值，进风机4不工作，而是将电动车行驶中产生的风力聚集推入进风机4的进气口，经进风管10进入进气室11，由旋转的吸风叶轮及前置气流聚集室11.1在离心力的作用下进一步增强运载气流的强度，使电动车在不开启进风机4的前题下，能满足绝大多数行驶区域排热所需的气流强度；运载气流经过中置冷气热量配载室16时自然配载电机做功所产生的热量，经转子3、磁钢片14与定子15的气隙、电机线圈绕组13与定子线槽的间隙以及定子15各惯通孔和定子支架通孔形成运载热量的散热通道，将运载气流已配载的热量运输至后置运载热量排气室18，最后经出风口22.1、出风管19排出电机外。
[0067]
爬坡模式：本发明可设计为手自一体控制开关，车辆骑行时，扭转油门转把34，控制器接通电源电机开始转动，在坡道或山区行驶过程中，温控开关15.1检测到温升较高达到设定温度时，温控开关15.1自行启动，或者人工操作安装在电动车油门转把34上的手动按键开关32启动内外空气循环散热系统(电机内部即是内循环散热系统，电机外部即是外循环散热系统)，此时接通电源的进风机4内的进风机扇4.1高速旋转，使空气获得动能，加速将外界冷空气压入进风管10内顺着管道进入第一进气孔7.2，再到进气室11，经第一导风块5.2、第一进风孔5.3、第二导风块6.1、经吸风叶轮再将气流加速推送到前置气流聚集室11.1，然后再进入中置冷气热量配载室16对电机线圈绕组13、定子15和转子3进行风冷，并
给经过的气流自动连续配载热量。当冷空气经过发热源头零部件时吸收热量变为热空气，接着热空气在出风叶轮和第三导风块17.1的推动下进入第一出风孔23.1到后置运载热量排气室18，经出风口22.1，最后进入出风管19使热空气顺出风管19排出电机外，达到了给电机快速持续降温的效果。其风冷路径为：冷空气从进风机4进入
→
进风机扇4.1
→
进风管10
→
第一进气孔7.2
→
进气室11
→
第一导风块5.2、第一进风孔5.3
→
第二导风块6.1、吸风叶轮
→
前置气流聚集室11.1
→
中置冷气热量配载室16
→
电机线圈绕组13、定子15和转子3
→
出风叶轮、第三导风块17.1
→
第一出风孔23.1
→
后置运载热量排气室18
→
出风口22.1
→
出风管19排出电机外。
[0068]
实施例二：
[0069]
参见图16～图26，一种气体冷却电机，包括电机轴20、定子15和转子3，定子15固定在电机轴20上，转子3套装在定子15上，转子3的外圈与轮鼓钢圈1固连，轮鼓钢圈1上安装轮胎2，转子3两端分别固连电机左叶轮端盖5和电机右排气端盖23，在电机右排气端盖23上固定安装第二外边盖29，在第二外边盖29的右侧安装碟刹片30，定子15上布设电机线圈绕组13，在转子3和定子15之间设有磁钢片14，电机线9从电机轴20左边的轴孔内引出；其关键技术是在电机轴20两端分别设有进风系统和出风系统，进风系统是在电机轴20上位于电机左叶轮端盖5外侧套装第二进气室壳体25，第二进气室壳体25通过第二进气孔25.1安装进风管10，进风管10被固定块8.1定位于平叉8上，进风管10另一端连接进风机4。进风机4旋转时可将外界空气压入进风管10内，电机左叶轮端盖5上通过第三凸台5.7固定安装进风扇26；出风系统是在电机右排气端盖23中心孔一侧通过第四凸台23.7套装出风扇27，在电机轴20上位于电机右排气端盖23另一侧套装第二排气室壳体28，第二排气室壳体28通过第二出风孔28.1安装出风管19，出风管19被出风管固定块8.2定位于平叉8上，出风管19另一端连接出风机31，出风机31旋转时可将机内热空气吸出，通过出风管19排出电机外。
[0070]
所述进风管10的管尾连接进风扩展管10.1,进风扩展管10.1为u形的双进气口结构，进风扩展管10.1与第二进气孔25.1连接，第二进气孔25.1在第二进气室壳体25上的数量与进风扩展管10.1的进气口数量相适应。
[0071]
所述出风管19的管尾连接出风扩展管19.1,出风扩展管19.1为u形的双出气口结构，出风扩展管19.1与第二出风孔28.1连接，第二出风孔28.1在第二排气室壳体28上的数量与出风扩展管19.1的出气口数量相适应。
[0072]
在所述电机左叶轮端盖5上靠近中心孔沿圆周位置均布若干第一进风孔5.3，在第一定位环5.8的内圈沿圆周位置开有若干第二进风孔5.6。
[0073]
所述电机右排气端盖23上靠近中心孔的圆周开有若干第一出风孔23.1，在第二定位环23.5与第一出风孔23.1之间沿圆周位置开有若干第三出风孔23.6。
[0074]
所述电机左叶轮端盖5的一侧通过第一定位环5.8固定安装第一外边盖24，第一外边盖24通过第二油封座24.1安装第一油封12，第一油封12内套装第二进气室壳体25,第二进气室壳体25圆周上设有第一油封支撑环25.3；电机左叶轮端盖5、第一外边盖24、第一油封12、第二进气室壳体25、电机轴20构成进气室11。
[0075]
所述电机右排气端盖23上与出风扇27同侧的圆周位置通过第二定位环23.5固定安装第二外边盖29，第二外边盖29通过第三油封座29.1安装第二油封12.1，第二油封12.1内套装第二排气室壳体28，第二排气室壳体28圆周上设有第二油封支撑环28.3，第二外边
盖29外侧固定安装碟刹片30；电机右排气端盖23、第二外边盖29、第二油封12.1、第二排气室壳体28、电机轴20构成后置运载热量排气室18。
[0076]
图中7.1是第一进气室壳体7的轴孔，25.2是第二进气室壳体25的轴孔，28.2是第二排气室壳体28的轴孔，7.3是定位螺栓。
[0077]
如图16、图27、图28所示，同样在油门转把34上安装按键开关32，在定子上安装温控开关15.1，出风机31上有出风机导线31.2连接到电源33上。
[0078]
本实施例的工作原理是：
[0079]
车辆骑行时，扭转油门转把34，控制器接通电源，电机开始转动，当电动车在平路行驶负载较轻时，机内温度达不到温控开关15.1的设定值，所以进风机4和出风机31不工作，而本发明的四个工作室协调运作能产生足够的排热运载气流。当电机在陡坡或山区行驶过程中，温控开关15.1检测到温升较高达到设定温度时，温控开关15.1自行启动或人工操作安装在油门转把34上的按键开关32启动内外空气循环散热系统，此时接通电源，进风机4内的进风机扇4.1高速旋转，使空气获得动能，加速将外界冷空气压入进风管10内，顺着进风扩展管10.1进入第二进气孔25.1，再到进气室11，经进风扇26加速，再经第一进风孔5.3、第二进风孔5.6进入中置冷气热量配载室16对电机线圈绕组13、定子15和转子3进行风冷，并给经过的气流自动连续配载热量。当冷空气经过发热源头零部件时吸收热量变为热空气，接着热空气在出风扇27和出风机31的出风机扇31.1高速旋转产生的吸力下进入后置运载热量排气室18，经出风扇27、第二出风孔28.1再到出风扩展管19.1，最后进入出风管19、出风机31使热空气排出电机外，达到了给电机快速持续降温的目的。其风冷路径为：冷空气从进风机4进入
→
进风机扇4.1
→
进风管10
→
进风扩展管10.1
→
第二进气孔25.1
→
进气室11
→
进风扇26、第一进风孔5.3、第二进风孔5.6
→
中置冷气热量配载室16
→
电机线圈绕组13、定子15和转子3
→
第一出风孔23.1、第三出风孔23.6
→
后置运载热量排气室18
→
出风扇27
→
第二出风孔28.1
→
出风扩展管19.1
→
出风管19
→
出风机31
→
出风机扇31.1排出电机外。
[0080]
以上虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，并非因此限制了本发明的专利范围，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，和各个零部件名称的修改，这些变化和修改应理解为是在本发明的范围和意图之内，凡是利用本发明说明书内容所作的等效流程或等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。