一种轴向磁场电机及定子冷却结构的制作方法

1.本发明涉及轴向磁场电机领域，尤其涉及一种轴向磁场电机及定子冷却结构。


背景技术：

2.轴向磁场电机又称盘式电机，具有体积小、高转矩密度、高功率密度和高效率等优点，被广泛应用于电动汽车、通用工业等领域。电机包括外壳、定子和转子，定子和转子布置于外壳内部。电机在运行过程中都会产生各种耗损，进而引发电机发热，。为了提高电机的工作效率，因此需要给电机设计冷却结构。目前冷却结构是在壳体的底板开设通道，并引入冷却介质，以对发热元件进行换热，从而实现冷却降温的效果。
3.电机的主要发热元件为定子的铁芯绕组，而在底板开设通道的方式中，冷却介质与铁芯绕组没有直接接触，使得换热效果较差。并且底板内部开设通道，加工难度较大，甚至影响其支撑能力和强度。虽然现有技术有将冷却介质直接引入壳体围成的定子腔，以与安装在定子腔内的铁芯绕组接触式换热，但是定子腔内沿周向布置有多个铁芯绕组，并且冷却介质在定子腔内是流动的，冷却介质难免会没有与所有的铁芯绕组接触式换热而直接排出，因此如何保证冷却介质的流动走向能够覆盖到所有铁芯绕组是亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种轴向磁场电机及定子冷却结构，合理利用空间，使得冷却介质的走向能够覆盖到所有铁芯绕组，以保证冷却能力，同时利用绝缘喷环和壳体配合形成喷环喷油油路，以避免因喷环喷油油路开设在壳体内部，造成壳体支撑能力和强度下降的缺陷。
5.依据本发明的一个目的，本发明提供了一种定子冷却结构，包括：
6.壳体进口、喷环喷油油路、铁芯外圈油隙、绕组间向内油路、内圈油路、绕组间向外油路、喷环出油口和壳体出口；
7.所述铁芯外圈油隙位于所述内圈油路的径向外侧，且所述铁芯外圈油隙和所述内圈油路之间连通有若干个所述绕组间向内油路；
8.所述喷环出油口位于所述内圈油路的径向外侧，所述喷环出油口和所述内圈油路之间连通有若干个绕组间向外油路，并且所述喷环出油口和所述铁芯外圈油隙沿周向间隔设置；
9.所述喷环喷油油路位于所述铁芯外圈油隙的径向外侧，所述喷环喷油油路和所述铁芯外圈油隙之间通过若干个喷孔连通，所述喷环喷油油路和所述喷环出油口沿周向间隔设置；
10.所述壳体进口连通所述喷环喷油油路，所述壳体出口连通所述喷环出油口。
11.作为优选的实施例，还包括：
12.一壳体，所述壳体包括沿径向排列的内围板和外围板所述壳体进口和所述壳体出口开设于所述外围板上；
13.一喷环，所述喷环连接于所述外围板内侧，以在所述喷环和所述外围板之间形成喷环喷油油路，所述喷孔和所述喷环出油口开设于所述喷环上，所述喷环出油口和所述壳体出口正对；
14.若干个铁芯绕组，若干个所述铁芯绕组沿周向间隔设置，且位于所述内围板和所述喷环之间，所述铁芯绕组与所述内围板之间形成内圈油路，所述喷环与其相对的所述铁芯绕组之间形成铁芯外圈油隙，并且与所述喷环相对且相邻的两个所述铁芯绕组之间形成绕组间向内油路，与所述喷环出油口相对且相邻的两个所述铁芯绕组之间形成绕组间向外油路。
15.作为优选的实施例，所述喷环出油口与所述喷环喷油油路通过阻隔件阻隔，所述阻隔件抵接于所述铁芯绕组和所述外围板之间，其中一所述阻隔件阻隔于所述壳体进口和所述壳体出口之间。
16.作为优选的实施例，所述喷环喷油油路包括至少一冷却槽，所述喷环与所述外围板连接的一侧凹陷形成所述冷却槽，和/或所述外围板连接所述喷环的一侧凹陷形成所述冷却槽。
17.作为优选的实施例，所述外围板和所述喷环分别设置有冷却槽，所述外围板和所述喷环上的冷却槽相对且连通设置，所述喷孔位于所述喷环的冷却槽的槽底。
18.作为优选的实施例，若干个所述喷孔沿所述喷环的周向间隔设置，各所述喷孔沿轴向呈直线设置。
19.作为优选的实施例，所述喷孔正对所述铁芯绕组的中心。
20.作为优选的实施例，所述壳体还包括两底板，所述外围板和所述喷环连接于两个所述底板之间，并且所述铁芯绕组的轴向两端分别连接于两所述底板上。
21.作为优选的实施例，所述铁芯绕组包括铁芯和线圈，所述底板上开设有若干个定位槽，两所述底板上的定位槽一一对应，所述铁芯插接于两所述底板对应的定位槽内，套设在所述铁芯外周的线圈抵接于两所述底板之间。
22.依据本发明的另一个目的，本发明还提供了一种轴向磁场电机，包括一上述实施例的定子冷却结构，所述轴向磁场电机还包括两转子，两所述转子分别气隙地保持在所述定子冷却结构的轴向两侧。
23.与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
24.冷却介质由所述壳体进口引入至所述喷环喷油油路内，然后通过周向间隔排列的喷孔均匀地喷入至铁芯外圈油隙内，随后从绕组间向内油路通过并流至内圈油路内，而内圈油路1106内的冷却油通过绕组间向外油路流至喷环出油口处，直至从壳体出口排出，其中相邻的两个绕组间向内油路，以及相邻的两个绕组间向外油路之间用于容置铁芯绕组，以使冷却介质的走向能够覆盖所有的铁芯绕组，并且能够完全包围各铁芯绕组的外周，合理利用空间，有效提升冷却能力，进而保证定子的可靠性。
25.利用所述喷环和所述壳体配合，以形成所述喷环喷油油路，以用于引入冷却介质，并通过所述喷环上的喷孔，对所述定子腔内的铁芯绕组进行冷却介质喷洒，以实现冷却的效果。相对于现有技术中对壳体内部加工的方式来说，可只对所述喷环进行加工，有效降低加工难度，同时保证所述壳体的结构强度和支撑能力。
26.以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
附图说明
27.图1为本发明所述定子冷却结构的剖视图；
28.图2为本发明所述定子冷却结构的结构示意图；
29.图3为本发明所述定子冷却结构中喷环的结构示意图；
30.图4为本发明所述定子冷却结构中外围板的结构示意图。
31.图中：100定子冷却结构、1001喷环喷油油路、1001a冷却槽、1002定子腔、110壳体、111围板、111a外围板、111b内围板、111b1分流台、112底板、112a定位槽、1101壳体进口、1102壳体出口、1104铁芯外圈油隙、1105绕组间向内油路、1106内圈油路、1107绕组间向外油路、120喷环、121喷孔、122喷环出油口、123阻隔件、130铁芯绕组、131铁芯、132线圈、1300定子槽。
具体实施方式
32.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
33.第一实施例
34.如图1所示，所述定子冷却结构100，包括：
35.壳体进口1101、喷环喷油油路1001、铁芯外圈油隙1104、绕组间向内油路1105、内圈油路1106、绕组间向外油路1107、喷环出油口122和壳体出口1102；
36.所述铁芯外圈油隙1104位于所述内圈油路1106的径向外侧，且所述铁芯外圈油隙1104和所述内圈油路1106之间连通有若干个所述绕组间向内油路1105；
37.所述喷环出油口122位于所述内圈油路1106的径向外侧，所述喷环出油口122和所述内圈油路1106之间连通有若干个绕组间向外油路1107，并且所述喷环出油口122和所述铁芯外圈油隙1104沿周向间隔设置；
38.所述喷环喷油油路1001位于所述铁芯外圈油隙1104的径向外侧，所述喷环喷油油路1001和所述铁芯外圈油隙1104之间通过若干个喷孔121连通，所述喷环喷油油路1001和所述喷环出油口122沿周向间隔设置；
39.所述壳体进口1101连通所述喷环喷油油路1101，所述壳体出口1102连通所述喷环出油口122。
40.冷却介质(包括冷却油)由所述壳体进口1101引入至所述喷环喷油油路1001内，然后通过周向间隔排列的喷孔121均匀地喷入至铁芯外圈油隙1104内，随后从绕组间向内油路1105通过并流至内圈油路1106内，而内圈油路1106内的冷却油通过绕组间向外油路1107流至喷环出油口122处，直至从壳体出口1102排出，其中相邻的两个绕组间向内油路1105，以及相邻的两个绕组间向外油路1107之间用于容置铁芯绕组130，以使冷却介质的走向能够覆盖所有的铁芯绕组，并且能够完全包围各铁芯绕组130的外周，合理利用空间，有效提升冷却能力，进而保证定子的可靠性。
41.参考图1，若干个所述绕组间向内油路1105和若干个绕组间向外油路1107沿周向间隔设置，其中所述绕组间向内油路1105的数量明显多于所述绕组间向外油路1107的数
量，其中所述绕组间向内油路1105与所述铁芯外圈油隙1104相对连通，而所述绕组间向外油路1107与所述喷环出油口122相对连通，即所述喷环喷油油路1001通过所述铁芯外圈油隙1104连通所述绕组间向内油路1105，所述绕组间向外油路1107通过所述喷环出油口122连通壳体出口1102。
42.继续参考图1，若干个所述喷孔121沿周向间隔连通于所述喷环喷油油路1001和所述铁芯外圈油隙1104之间，以使冷却介质能够均匀地喷入所述铁芯外圈油隙1104内，保证所有的铁芯绕组130均能收到冷却介质浸泡，进而提升冷却能力。
43.如图1和图2所示，所述的定子冷却结构100还包括：
44.一壳体110，所述壳体110包括围板111，所述围板111分为沿径向排列的内围板111b和外围板111a所述壳体进口1101和所述壳体出口1102开设于所述外围板111a上；
45.一喷环120，所述喷环120连接于所述外围板111a内侧，以在所述喷环120和所述外围板111a之间形成喷环喷油油路1001，所述喷孔121和所述喷环出油口122开设于所述喷环120上，所述喷环出油口122和所述壳体出口1102正对；
46.若干个铁芯绕组130，若干个所述铁芯绕组130沿周向间隔设置，且位于所述内围板111b和所述喷环120之间，所述铁芯绕组130与所述内围板111b之间形成内圈油路1106，所述喷环120与其相对的所述铁芯绕组130之间形成铁芯外圈油隙1104，并且与所述喷环120相对且相邻的两个所述铁芯绕组130之间形成绕组间向内油路1105，与所述喷环出油口122相对且相邻的两个所述铁芯绕组130之间形成绕组间向外油路1107。
47.所述喷环120可与所述外围板111a拼接形成，并且两者之间形成喷环喷油油路1001，所述喷环120和所述外围板111a之间可通过胶水粘结固定，而所述喷环120和内围板111b之间形成定子腔1002，其中所述绕组间向内油路1105、绕组间向外油路1107、铁芯外圈油隙1104、绕组间向内油路1105、内圈油路1106、绕组间向外油路1107均位于定子腔1002内。
48.利用所述喷环120和所述壳体110配合，以形成所述喷环喷油油路1001，以用于引入冷却介质(包括冷却油等)，并通过所述喷环120上的喷孔121，对所述定子腔1002内的铁芯绕组130进行冷却介质喷洒，以实现冷却的效果。相对于现有技术中对壳体内部加工的方式来说，可只对所述喷环120进行加工，有效降低加工难度，同时保证所述壳体110的结构强度和支撑能力。
49.此外，现有所述铁芯绕组130和所述围板111之间需保持间隙，以保证两者之间绝缘，避免发生短路等现象。此时所述喷环120可采用绝缘材料，例如塑料喷环，通过将所述喷环120抵接于所述铁芯绕组130和所述围板111之间，不仅能够在所述喷环120和所述围板111之间形成所述喷环喷油油路1001，同时保证所述铁芯绕组130和所述围板111之间的绝缘，还能缩短所述铁芯绕组130和所述围板111之间的距离，进而缩小整体径向尺寸，保证安装环境的适应性。
50.如图1所示，所述铁芯绕组130包括铁芯131和线圈132，所述线圈132套设于所述铁芯131外周，所述线圈132可为铜线圈，并且所述线圈132与所述铁芯131的形状相适配，其中所述铁芯131呈梯形，所述铁芯131的梯形上底朝内设置，所述铁芯131的梯形下底朝外设置，相邻的两个所述铁芯绕组130之间形成定子槽1300，可用于所述冷却介质通过。需要说明的是，当所述线圈132紧密缠绕于所述铁芯131外周时，冷却介质可从两个所述铁芯绕组
130的线圈132之间通过，即绕组间向内油路1105或绕组间向外油路1107。当然所述线圈132和所述铁芯131之间也可存在间隙，即所述冷却介质可从所述线圈132和所述铁芯131之间通过，以同时接触所述线圈132和所述铁芯131，以进一步提升冷却的效果。
51.如图2所示，所述壳体110包括两底板112，所述围板111连接于两所述底板112之间，可通过螺栓固定，所述螺栓可布置在位于径向内侧和外侧的围板111上，以保证连接稳固。其中一所述底板112可与所述围板111一体注塑连接，而通过另一所述底板112与所述围板111可拆卸连接，以实现所述铁芯绕组130和所述喷环120等布置，这样能够增加密封性，当然还可在所述底板112和所述围板111之间增设密封圈，提升密封性能。
52.所述底板112上开设有若干个定位槽112a，两所述底板112上的定位槽112a一一对应，所述铁芯131插接于两所述底板112对应的定位槽112a内，并且套设在所述铁芯131外周的线圈132抵接于两所述底板112之间。
53.其中所述定位槽112a与所述铁芯131的形状相适配，均呈梯形，所述铁芯131可通过胶水加强固定于所述定位槽112a内，保证结合强度，进而提升提结构的稳定性。并且通过所述定位槽112a，可使所述铁芯绕组130能够定位安装于所述底板112，以提升安装效率，同时确保安装位置。
54.同样地，所述喷环120固定于两个所述底板112之间，并且所述喷环120与所述底板112之间可通过胶水粘结固定，以将所述定子腔1002和所述喷环喷油油路1001隔开。
55.所述围板111可采用高强度金属或高强度非金属材质制成，其中高强度金属材质包括合金钢、铝合金等，高强度非金属材质包括玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料或者塑料，塑料包括pps、ppa、pa、peek等，以保证所述围板111的制成强度。所述底板112采用非金属材质制成，例如玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料或者塑料等，同时所述底板112的厚度较薄，保证所述铁芯绕组130轴向的两端能够分别与两转子气隙配合，进而装配得到单定子双转子的轴向磁场电机。
56.如图2所示，所述壳体110整体呈圆盘形状，即所述围板111呈环形，此时所述喷环120也呈环形，当然所述喷环120的形状可随着所述壳体110形状改变而调整。
57.如图1至图3所示，所述外围板111a上设置有壳体进口1101和壳体出口1102，所述壳体进口1101连通所述喷环喷油油路1001，所述壳体出口1102连通所述定子腔1002，这样所述冷却介质首先通过所述壳体进口1101引入所述喷环喷油油路1001内，然后通过所述喷环120上的喷孔121喷入所述定子腔1002内，以对所述定子腔1002内的所述铁芯绕组130进行冷却，之后所述定子腔1002内换热后的冷却介质从所述壳体出口1102排出。
58.如图1和图3所示，所述喷环120上开设有喷环出油口122，所述喷环出油口122和所述喷环喷油油路1001沿着所述喷环120的周向间隔设置，所述喷环出油口122和所述壳体出口1102相对。所述壳体出口1102通过所述喷环出油口122连通所述定子腔1002，即所述定子腔1002内换热后的冷却介质从所述喷环出油口122流向所述壳体出口1102，并由所述壳体出口1102排出，参考图1。
59.进一步地，所述喷环120上设置有两阻隔件123，所述进出孔122周向的两侧分别与所述喷环喷油油路1001的间隔处设置一所述阻隔件123，即所述喷环出油口122与所述喷环喷油油路1001通过阻隔件123阻隔，所述阻隔件123抵接于所述铁芯绕组130和所述外围板111a之间，其中一所述阻隔件123阻隔于所述壳体进口1101和所述壳体出口1102之间。这样
避免由所述壳体进口1101引入的冷却介质，直接沿顺时针从所述壳体出口1102排出，以及避免换热后的冷却机制从所述壳体进口1101排出。
60.如图1所示，由所述壳体进口1101引入的冷却介质，在所述阻隔件123的阻挡下沿逆时针方向在所述喷环喷油油路1001内流动，在所述喷环喷油油路1001内的冷却介质通过若干个所述喷孔121喷向所述定子腔1002内，并且冷却介质从相邻的两个所述铁芯绕组130之间通过，并从所述铁芯绕组130的径向外侧流至径向内侧汇合，最后从与所述喷环出油口122相对的铁芯131之间的缝隙通过，直至从所述壳体出口1102排出。
61.如图1和图2所示，所述壳体110还包括内围板111b，所述内围板111b连接于两所述底板112之间，所述内围板111b中心连接转轴。当所述冷却介质流至所述铁芯绕组130的径向内侧时，随着所述内围板111b外周，直至从与所述喷环出油口122相对的铁芯131之间的缝隙通过。
62.继续参考图1，所述喷环出油口122的周向尺寸，与两个所述阻隔件123之间的距离大致相等，目前每个所述阻隔件123抵接一个所述铁芯绕组130，相邻的两个所述阻隔件123之间布置一个所述铁芯绕组130。而所述喷环出油口122的周向尺寸，以及两个所述阻隔件123之间的距离可限定冷却介质排出通道的大小，因此可调整喷环出油口122的周向尺寸，以及两个所述阻隔件123之间的距离，来调整冷却介质排出通道的大小以调节流阻。
63.如图1和图3所示，若干个所述喷孔121沿着所述喷环120圆周间隔设置，以使冷却介质均匀的从各个圆周角度向所述定子腔1002内喷冷却介质，能够使各所述铁芯绕组130都能接触冷却介质，保证冷却效果。
64.参考图1，所述喷孔121正对所述铁芯绕组130的中心，以使从所述喷孔121喷出的冷却介质直接喷向所述铁芯绕组130的径向外侧，随后从相邻的两个所述铁芯绕组130之间通过，并流向所述铁芯绕组130的径向内侧，这样所述铁芯绕组130的径向外侧也能接触冷却介质，保证各所述铁芯绕组130外周都能接触冷却介质，进而提升冷却效果。而当所述喷环120与所述铁芯绕组130抵接时，所述喷孔121可对应两个所述铁芯绕组130之间的缝隙。
65.相邻的两个所述喷孔121之间间隔一个所述铁芯绕组130，而所述喷孔121呈直线形，但不限于此，通过调整所述喷孔121的大小、形状和数量，来调节出油量，能够使所述铁芯绕组130的线圈132冷却均匀。
66.如图3和图4所示，所述喷环喷油油路1001包括至少一冷却槽1001a，所述喷环120与所述外围板111a连接的一侧凹陷形成所述冷却槽1001a，和/或所述外围板111a连接所述喷环120的一侧凹陷形成所述冷却槽1001a。
67.所述冷却槽1001a可仅开设在所述喷环120上，这样只需对所述冷却槽1001a进行加工，降低加工难度，同时保证所述壳体110的强度和支撑能力，此时所述喷孔121位于所述喷环120的冷却槽1001a的槽底。
68.当然所述冷却槽1001a可开设在所述壳体110的外围板111a上，由于仅对所述外围板111a的内侧壁加工，相当于对外壳内部加工来说，降低加工难度。
69.当所述外围板111a和所述喷环120分别设置有冷却槽1001a，可增加所述冷却槽1001a的体积，此时所述外围板111a和所述喷环120上的冷却槽1001a相对且连通设置，所述喷孔121位于所述喷环120的冷却槽1001a的槽底。
70.如图1和图3所示，所述冷却槽1001a的周向尺寸远大于所述喷环出油口122的周向
尺寸。
71.由于所述喷环喷油油路1001内的冷却介质需要通过所述喷环120上的喷孔121，喷入至所述定子腔1002内，因此所述喷环120与所述外围板111a相抵接时，两者之间密封性要求不高，即直接将所述喷环120轴向的两端固定于两所述底板112上即可。为保证所述喷环120的强度，可在所述喷环120朝向铁芯绕组130的一侧设置有若干个加强筋，以防止所述喷环120变形。其中所述加强筋与所述喷孔121错开布置，并且所述加强筋抵接于所述铁芯绕组130上。
72.综上所述，冷却介质由所述壳体进口1101引入至所述喷环喷油油路1001内，然后通过周向间隔排列的喷孔121均匀地喷入至铁芯外圈油隙1104内，随后从绕组间向内油路1105通过并流至内圈油路1106内，而内圈油路1106内的冷却油通过绕组间向外油路1107流至喷环出油口122处，直至从壳体出口1102排出，其中相邻的两个绕组间向内油路1105，以及相邻的两个绕组间向外油路1107之间用于容置铁芯绕组130，以使冷却介质的走向能够覆盖所有的铁芯绕组，并且能够完全包围各铁芯绕组130的外周，合理利用空间，有效提升冷却能力，进而保证定子的可靠性。利用所述喷环120和所述壳体110配合，以形成所述喷环喷油油路1001，以用于引入冷却介质，并通过所述喷环120上的喷孔121，对所述定子腔1002内的铁芯绕组130进行冷却介质喷洒，以实现冷却的效果。相对于现有技术中对壳体内部加工的方式来说，可只对所述喷环120进行加工，有效降低加工难度，同时保证所述壳体110的结构强度和支撑能力。其中所述喷环120可与所述壳体110的外围板111a＝抵接，即所述喷环喷油油路1001可成型于所述铁芯绕组130的径向外侧。所述喷环120可采用绝缘材料，通过将所述喷环120抵接于所述铁芯绕组130和所述围板111之间，不仅能够在所述喷环120和所述围板111之间形成所述喷环喷油油路1001，同时保证所述铁芯绕组130和所述围板111之间的绝缘，还能缩短所述铁芯绕组130和所述围板111之间的距离，进而缩小整体径向尺寸，保证安装环境的适应性。
73.第二实施例
74.本发明还提供了一种轴向磁场电机，包括前述实施例的定子冷却结构100，所述轴向磁场电机还包括两转子，两所述转子分别气隙地保持在所述定子冷却结构100的轴向两侧，此时所述轴向磁场电机为单定子双转子轴向磁场电机。
75.由于所述轴向磁场电机采用了上述实施例的定子冷却结构100，因此所述轴向磁场电机的有益效果可参考所述定子冷却结构100。
76.以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利采用范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。