CN107134877B - 电机、电动汽车 - Google Patents

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Abstract

一种电机、电动汽车，其中电机包括壳体及位于所述壳体内的冷却通道，所述冷却通道环绕所述壳体的中轴线，在所述冷却通道内设有隔断件；所述隔断件将所述冷却通道沿轴向隔断为两个子通道，所述隔断件具有连通两个所述子通道的连接通道，两个所述子通道分别具有输入口和输出口，所述输入口和输出口均与所述连接通道沿周向间隔设置。利用本技术方案，冷却通道中第一子通道和第二子通道通过连接通道连接起来，第一子通道、第二子通道和连接通道内的冷却剂均处于持续流动状态，不会形成死水区。因此整个冷却通内的冷却剂处于不断流动状态，降低了形成死水区的几率。这可消除电机局部过热的问题，降低电能损耗，提升电机的工作效率。

Description

电机、电动汽车
技术领域
本发明涉及一种电机和电动汽车。
背景技术
电动汽车以车载电源为动力，利用电机将电能转化为机械能以驱动车轮行驶。现有一种用于电动汽车的电机包括壳体，在所述内设有环绕壳体中轴线的环形冷却通道，冷却通道中可循环流动冷却剂，冷却剂在循环流动过程中可吸收电机工作时产生的热量，实现对电机降温的目的。
在冷却通道内设有沿周向隔断冷却通道的隔断件。冷却通道具有输入口和输出口，输入口和输出口均靠近隔断件并沿周向分别位于隔断件的两侧。低温冷却剂从输入口流入冷却通道，并在冷却通道内沿周向流动，冷却剂在流动过程时吸热后变为高温冷却剂，高温冷却剂从输出口流出。在该过程中，隔断件阻挡从输入口输入的低温冷却剂与输出口位置的高温冷却剂混合。
但是，现有电机还是存在局部过热的问题，造成电能损耗，导致电机工作效率下降。
发明内容
本发明解决的问题是，现有电机存在局部过热的问题，造成电能损耗，导致电机工作效率下降。
为解决上述问题，本发明提供一种电机，电机包括壳体及位于所述壳体内的冷却通道，所述冷却通道环绕所述壳体的中轴线，在所述冷却通道内设有隔断件；所述隔断件将所述冷却通道沿轴向隔断为两个子通道，所述隔断件具有连通两个所述子通道的连接通道，两个所述子通道分别具有输入口和输出口，所述输入口和输出口均与所述连接通道沿周向间隔设置。
可选地，所述输入口所在所述子通道的轴向宽度大于所述输出口所在所述子通道的轴向宽度。
可选地，所述输入口所在所述子通道的轴向宽度沿周向从所述输入口到所述连接通道逐渐减小、和/或所述输出口所在所述子通道的轴向宽度沿周向从所述连接通道到所述输出口逐渐减小。
可选地，所述冷却通道的轴向宽度沿周向恒定，且所述隔断件的轴向宽度沿周向恒定。
可选地，所述输入口所在所述子通道在所述输入口位置的轴向宽度大于所述冷却通道轴向宽度的一半。
可选地，每个所述子通道在所述连接通道位置的轴向宽度等于所述冷却通道轴向宽度的一半。
可选地，所述输入口和输出口均与所述连接通道沿周向相隔180°。
可选地，每个所述子通道关于所述输入口、输出口和连接通道所在的平面对称。
可选地，所述连接通道为缺口。
本发明还提供一种电动汽车，该电动汽车包括上述任一所述的电机。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
冷却通道中第一子通道和第二子通道通过连接通道连接起来，第一子通道、第二子通道和连接通道内的冷却剂均处于持续流动状态，不会形成死水区。因此整个冷却通内的冷却剂处于不断流动状态，降低了形成死水区的几率。这可消除电机局部过热的问题，降低电能损耗，提升电机的工作效率。
附图说明
图1是本发明具体实施例的安装在电动汽车中的电机的剖面图；
图2是本发明具体实施例的电机中水套的立体图；
图3是图2所示水套从输入口和输出口沿径向看过去的平面视图；
图4是图2所示水套从连接通道沿径向看过去的平面视图。
具体实施方式
针对现有技术存在的问题，发明人经研究发现，冷却通道的输入口和输出口位于隔断件的两侧，这在输入口与输出口之间的隔断件附近的区域形成了死水区。
在冷却剂循环流动过程中，由于隔断件的缘故，从输入口流入的低温冷却剂会向输出口的方向流动，而只有少量低温冷却剂流向隔断件与输入口之间的冷却通道区域，使得隔断件与输入口之间的冷却通道区域的冷却剂长时间处于不流动状态。
相应地，来自输入口的低温冷却剂流经冷却通道后变为高温冷却剂，高温冷却剂直接流入输出口并输出，而只有少量高温冷却剂流向隔断件和输出口之间的区域，使得隔断件与输出口之间区域的冷却剂长时间处于不流动状态。因此，在输入口与输出口之间的隔断件附近的区域形成了死水区。
由于隔断件与输出口之间区域的冷却剂长时间保持高温状态，甚至因热交换使得输入口与隔断件之间区域的冷却剂升温，造成死水区的冷却剂长期保持高温，导致电机局部过热，电能损耗增加，电机工作效率下降。
据此，发明人提出一种新的电机冷却方案以减小电机局部过热的问题。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1，图1示出了用于电动汽车的一种电机1，电机1可以连接变速器输入轴，提供驱动力。电机1包括壳体2及位于壳体2内的冷却通道3，冷却通道3环绕壳体2的中轴线，冷却剂可在冷却通道3内循环流动以吸收电机工作产生的热量。在冷却通道3内设有隔断件4，隔断件4环绕壳体2的中轴线以将冷却通道3沿轴向隔断为两个子通道，分别为第一子通道31和第二子通道32。结合参照图2，隔断件4具有连通第一子通道31和第二子通道32的连接通道30。两个子通道分别具有输入口310和输出口320，如第一子通道31具有输入口310，第二子通道32具有输出口320，输入口310和输出口320均与连接通道30沿周向间隔设置。
冷却剂的流动方向为：从输入口310流入第一子通道31，接着分成两路，分别沿环绕壳体2周向的两个相反方向A1和A2向着连接通道30流动；
在汇聚至连接通道30后，分别沿两相反方向A1和A2流入第二子通道32；
之后分别沿两个相反方向A1和A2流向输出口320，在汇聚至输出口320后输出。冷却剂在流动过程中吸收电机工作产生的热量，实现电机降温的目的。
输入口310和输出口320均与连接通道30沿周向隔开，使得输入口310和连接通道30沿壳体2轴向没有重叠区域，输出口320和连接通道30沿壳体2轴向没有重叠区域。这保证从输入口310输入的冷却剂可以在第一子通道31内沿周向的两个相反方向A1和A2流动，并最终汇聚至连接通道30。相应地，从连接通道30输入第二子通道32的冷却剂可以沿周向的两相反方向A1和A2汇聚至输出口320输出。
如果输入口310与连接通道30沿轴向具有重叠区域，从输入口310输入的冷却剂会大量流向连接通道30，而仅有少量冷却会沿周向向输入口310两侧流动，造成第一子通道31内的冷却剂长时间处于不流动状态而形成死水区。同理，如果输出口320与连接通道30沿轴向具有重叠区域，第二子通道32内会形成死水区。
利用本技术方案的电机冷却方案，第一子通道31、第二子通道32和连接通道30内的冷却剂均处于持续流动状态，不会形成死水区。因此整个冷却通道3内的冷却剂处于不断流动状态，降低了形成死水区的几率。这可消除电机1局部过热的问题，降低电能损耗，提升电机1的工作效率。
参照图1，壳体2包括水套20及套在水套20外的电机外壳21，冷却通道形成在水套20和电机外壳21之间。其中水套20外周面形成有环形凹槽22，电机外壳21密封环形凹槽22以形成冷却通道3。
参照图2，图2为壳体2中水套20的立体图，输入口310和输出口320处于平行于壳体2中轴线的同一直线上，且均与连接通道30沿周向相隔180°，输入口310和输出口320均与连接通道30沿壳体2径向对应。这样，在第一子通道31内，从输入口310输入的冷却剂沿两相反方向A1和A2到连接通道30的流动长度基本相同，两部分冷却剂的冷却效果均能得到有效利用，这可整体提升冷却剂的冷却效率。当输入口310与连接通道30沿周向相隔不为180°时，冷却剂从输入口310沿周向的一个较短路径流向连接通道30，该部分冷却剂流动长度较短，有效冷却时间短，其冷却功能利用率低。
另一方面，在第一子通道31内，从输入口310沿两个相反方向A1和A2流向连接通道30的冷却剂剂量差异不大，这两路冷却剂对电机1(参照图1)的冷却效果接近，电机1各个部分得到均衡冷却。
相应地，在第二子通道32内，从连接通道30流入的冷却剂沿两相反方向A1和A2到输出口320的流动长度及剂量均大致相同，沿这两相反方向A1和A2流动的冷却剂对电机1的冷却效果接近。因此，电机1各个部分可得到较为均衡的冷却。
参照图2-图4，设置输入口310所在第一子通道31的轴向宽度H1沿周向-从输入口31到连接通道30(图3未示出)逐渐减小。热通量
Figure BDA0000931886430000051
与换热系数(h)、冷却剂与壳体2之间的温差(ΔT)之间具有以下比例关系：
Figure BDA0000931886430000052
而h∝v(v为冷却剂流速)，热通量用于可用于表征冷却剂从壳体2吸收热量的能力。
随着第一子通道31的轴向宽度H1沿周向从输入口310向连接通道30逐渐减小，冷却剂流速v逐渐增大，换热系数h逐渐增大。随着冷却剂在流动过程中从壳体2吸热，温差ΔT逐渐减小。但由于h也逐渐增大，这可以补偿温差ΔT减小对热通量
Figure BDA0000931886430000053
的影响，保持热通量
Figure BDA0000931886430000054
基本恒定，这使第一子通道31内沿周向流动的冷却剂在流动过程中从壳体2吸热的能力较为一致，吸热持续性好，更有效利用冷却剂的冷却效果。
第一子通道31的轴向宽度H1沿周向的两个相反方向A1和A2从输入口310到连接通道30均逐渐减小，从输入口310沿两相反方向A1和A2到连接通道30流动的冷却剂均具有恒定的热通量
Figure BDA0000931886430000055
当输入口310与连接通道30沿周向相隔180°时，在第一子通道31内，从输入口310分两路流向连接通道30的冷却剂热通量
Figure BDA0000931886430000056
比较接近，对电机1(参照图1)的冷却效果更加均衡。
设置输出口320所在第二子通道32的轴向宽度H2沿周向从连接通道30(图4未示出)到输出口320逐渐减小，请参考上述关于第一子通道31中冷却剂的热通量
Figure BDA0000931886430000057
与换热系数(h)、冷却剂与壳体2之间的温差(ΔT)的比例关系，以及换热系数(h)与冷却剂流速的比例关系，从连接通道30流向输出口320的冷却剂热通量大致恒定，第二子通道32内沿周向流动的冷却剂在持续流动过程中具有一致性的吸热能力，吸热持续性好。
第二子通道32的轴向宽度H2沿周向的两个相反方向A1和A2从连接通道30到输出口20均设置为逐渐减小，从连接通道30分两路流向输出口320的冷却剂均具有恒定的热通量
Figure BDA0000931886430000061
在输出口320与连接通道30沿周向相隔180°时，第二子通道32从连接通道30沿两相反方向A1和A2流向输出口320的冷却剂热通量比较一致，对电机1的冷却效果更加均衡。
可以设置第一子通道31的轴向宽度H1沿周向的两个相反方向A1和A2从输入口310到连接通道30逐渐减小，且第二子通道32的轴向宽度H2沿这两个相反方向A1和A2从连接通道30到输出口320逐渐减小，这可以实现整个冷却通道3中的冷却剂热通量
Figure BDA0000931886430000062
趋于一致，吸热持续性好。
冷却通道3的轴向宽度H可以沿周向恒定不变，且隔断件4的轴向宽度沿周向恒定。这样，第一子通道31的轴向宽度H1沿周向从输入口310到连接通道30逐渐减小的同时，第二子通道32的轴向宽度H2沿周向从连接通道30到输出口320逐渐减小。此时隔断件4的中轴线和冷却通道3的中轴线之间具有不为0的夹角，隔断件4为椭圆。
作为一种变形例，隔断件可以包括与冷却通道同轴设置的本体及向第一子通道内突出的突起、或者冷却通道位于第一子通道一侧的侧边具有向第一子通道内突出的突起，可以设置突起沿本体轴向的轴向宽度沿周向从输入口到连接通道逐渐增大，以实现第一子通道的轴向宽度沿周向从输入口到连接通道逐渐减小。
作为另一种变形例，隔断件可以包括与冷却通道同轴设置的本体及向第二子通道内突出的突起、或者冷却通道位于第二子通道一侧的侧边具有向第二子通道内突出的突起，可以设置突起沿本体轴向的轴向宽度沿周向从连接通道到输出口逐渐增大，以实现第二子通道的轴向宽度沿周向从输入口到连接通道逐渐减小。
相比于上述变形例方案，本实施例中冷却通道3的形成工艺比较简单，可行性更高。
参照图3，在冷却通道3的轴向宽度H恒定时，输入口310所在第一子通道31在输入口310位置的轴向宽度H1大于冷却通道3轴向宽度H的一半。第一子通道31的轴向宽度H1从输入口310到连接通道30沿周向的减小趋势可以比较明显，变化的斜率较大，这可以提供较大的调节空间，以尽可能补偿温差ΔT减小对热通量
Figure BDA0000931886430000071
的影响，维持热通量
Figure BDA0000931886430000072
恒定。
进一步地，参照图4，设定每个子通道在连接通道30位置的轴向宽度H3和H4可以等于冷却通道30轴向宽度H的一半，每个子通道在连接通道30附近的轴向宽度H3和H4大致等于冷却通道3轴向宽度H的一半。此时，冷却剂经连接通道30从第一子通道31向第二子通道32流动时，在第一子通道31内沿第一方向A1流动的冷却剂流入连接通道30后沿第二方向A2流入第二子通道32，第一子通道31内沿第二方向A2流动的冷却剂流入连接通道30后沿第一方向A1流入第二子通道32，在连接通道30沿周向的两侧，从第一子通道31流入第二子通道32的冷却剂的流速和流量基本一致，避免出现某一侧冷却剂流量较小而造成电机1(参照图1)局部冷却效果不佳的问题。
参照图2-图4，在输入口310和输出口320均与连接通道30沿周向相隔180°时，设置第一子通道31和第二子通道32均关于输入口310、输出口320和连接通道30所在的平面对称。第一子通道31的轴向宽度H1从输入口310到连接通道30(图3未示出)沿周向的两个相反方向A1和A2减小的斜率相同，这样第一子通道31中从输入口310沿两相反方向A1和A2流向连接通道30的冷却剂流量、流速v及热通量
Figure BDA0000931886430000073
均相同。
相应地，第二子通道32子通道32的轴向宽度H2从连接通道30到输出口320沿周向的两个相反方向A1和A2减小的斜率相同，这样第二子通道32中从连接通道30沿两相反方向A1和A2流向输出口320的冷却剂流量、流速v及热通量
Figure BDA0000931886430000074
均相同。这样，配合输入口310所在第一子通道31在输入口310位置的轴向宽度H1大于冷却通道3轴向宽度H的一半，且每个子通道在连接通道30位置的轴向宽度H3和H4可以等于冷却通道30轴向宽度H的一半，这样，整个冷却通道3内流动的冷却剂在各个区域的热通量
Figure BDA0000931886430000075
均能够具有高度一致性，这可以更好地解决电机局部冷却效果不佳的问题。
作为一种变形例，第一子通道的轴向宽度和第二子通道的轴向宽度沿周向可以恒定。在恒定和不恒定两种情形下，均可以设置输入口所在第一子通道的轴向宽度大于输出口所在第二子通道的轴向宽度。这样，从输入口输入第一子通道内的低温冷却剂的有效冷却区域较大，从连接通道流入第二子通道内的高温冷却剂流速v快，热通量
Figure BDA0000931886430000081
损耗得到补偿，在一定程度上保持第二子通道内冷却剂的冷却效果。
参照图2和图4，本技术方案中连接通道30为形成在隔断件4的缺口。作为一种改进，连接通道可以是轴向通孔或轴向通槽。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种电机，包括壳体及位于所述壳体内的冷却通道，所述冷却通道环绕所述壳体的中轴线，在所述冷却通道内设有隔断件；
其特征在于，所述隔断件将所述冷却通道沿轴向隔断为两个子通道，所述隔断件具有连通两个所述子通道的连接通道，两个所述子通道分别具有输入口和输出口，所述输入口和输出口均与所述连接通道沿周向间隔设置；
所述输入口所在子通道的轴向宽度沿周向从所述输入口所在处到所述连接通道所在处逐渐减小、和/或所述输出口所在子通道的轴向宽度沿周向从所述连接通道所在处到所述输出口所在处逐渐减小。
2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述输入口所在所述子通道的轴向宽度大于所述输出口所在所述子通道的轴向宽度。
3.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述冷却通道的轴向宽度沿周向恒定，且所述隔断件的轴向宽度沿周向恒定。
4.如权利要求3所述的电机，其特征在于，所述输入口所在所述子通道在所述输入口位置的轴向宽度大于所述冷却通道轴向宽度的一半。
5.如权利要求4所述的电机，其特征在于，每个所述子通道在所述连接通道位置的轴向宽度等于所述冷却通道轴向宽度的一半。
6.如权利要求1～5任一项所述的电机，其特征在于，所述输入口和输出口均与所述连接通道沿周向相隔180°。
7.如权利要求6所述的电机，其特征在于，每个所述子通道关于所述输入口、输出口和连接通道所在的平面对称。
8.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述连接通道为缺口。
9.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的电机。
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