CN111555500A - 空心轴、转子结构、电机及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空心轴、转子结构、电机及电动汽车，其中空心轴包括轴体，轴体设有一端开口的轴空腔；轴体还设有至少一个第一端甩油口、至少一个第二端甩油口；套管件，套管件设置轴空腔内，套管件上设有分油口，套管件的外径为R2，轴空腔的内径为R1，其中R1＞R2；分油口设置在至少一个第一端甩油口与至少一个第二端甩油口之间。本发明前后端部甩油口的流量分配均匀，减小空心轴前后端冷却温差；多个独立的导油结构，增加冷却油的轴向流速，提高空心轴的过油能力。半封闭的空心轴密封结构，防止冷却油泄漏，同时防止内腔气压与甩油口外界形成压差。转子挡板设有多层子流道的冷却流道，提高了转子本体的冷却效果。

Description

空心轴、转子结构、电机及电动汽车

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种空心轴、转子结构、电机及电动汽车。

背景技术

电动汽车的电机在低速大扭矩工作过程中产生大量的热量，使电机温度升高，严重影响到电机的性能和效率。对于高速乘用车电机，在非常有限的外形空间中，要求实现高转速大功率的性能，对于电机的散热又提出了新的挑战。

由于永磁电机转子与定子之间气隙狭小，气隙中的空气轴向流动困难，使得转子的冷却困难，会产生发热严重的问题，这将会使转子上的磁钢材料在长期高温下失磁，降低电机的输出效能。所以在永磁电机中，特别是高功率密度的永磁电机中，转子上的发热问题需要重点考虑，转子的冷却结构设计也极为重要。

现有技术中，对于转子冷却大部分都是采用空心轴结构，往空心轴内通入冷却油，通过转子离心力将冷却油甩出，对转子进行冷却。但是对应空心轴两端的甩油口流量分配不均匀，影响冷却效果，导致前后端部温差较大。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是空心轴甩油口流量分配不均匀，影响冷却效果，从而提供一种空心轴、转子结构、电机及电动汽车。

为了解决上述问题，本发明提供一种空心轴，包括：

轴体，轴体设有一端开口的轴空腔；轴体还设有至少一个第一端甩油口、至少一个第二端甩油口；

套管件，套管件设置轴空腔内，套管件上设有分油口，套管件的外径为R2，轴空腔的内径为R1，其中R1＞R2；

分油口设置在至少一个第一端甩油口与至少一个第二端甩油口之间。

优选地，沿轴体的轴线方向，分油口到至少一个第一端甩油口的距离为L1，分油口到至少一个第二端甩油口的距离为L2，其中L1＝L2。

优选地，套管件内设有套管腔，套管腔对应轴空腔的开口的端部设有进油口。

优选地，轴空腔沿轴向深度为D1，套管件沿轴向长度为D2，其中D1＝D2。

优选地，套管件与轴空腔之间设有导油结构，导油结构沿空心轴的轴向延伸，导油结构用于限制油液沿轴空腔的内壁环向流动，使油液沿轴向流动。

优选地，套管件外壁设有沿轴向延伸的筋条结构，筋条结构将套管件外壁与轴空腔内壁之间的环形腔体隔成多个扇形的导油结构，分油口、至少一个第一端甩油口、至少一个第二端甩油口设置在同一导油结构内。

优选地，当套管件外壁与轴空腔内壁之间的环形腔体隔成多个导油结构时，分油口数量与导油结构数量相同，多个分油口沿周向开设在套管件上。

优选地，轴空腔的内壁设有沿轴向延伸的筋条槽，筋条槽与筋条结构配合。

优选地，轴空腔的内壁设有第一固定结构，套管件的外壁设有第二固定结构，第一固定结构与第二固定结构配合将套管件固定在轴空腔内。

优选地，第一端甩油口包括挡板甩油口、轴承甩油口，且挡板甩油口的数量大于轴承甩油口，和/或，第二端甩油口包括挡板甩油口、轴承甩油口，且挡板甩油口的数量大于轴承甩油口。

优选地，套管件设有进油口，进油口处设有密封槽，密封槽内设有密封环。

优选地，密封环上设有油管孔，油管孔的内径为R4，套管腔的内径为R3，其中R3＞R4；

和/或，

密封环上设有油管孔，油管孔内设有进油管，进油管的外径为R5，油管孔的内径为R4，其中，R4＞R5。

一种采用空心轴的转子结构，包括转子挡板，转子挡板设置在转子本体的轴向端面，转子挡板内设有冷却流道，冷却流道包括至少两个子流道，至少两个子流道均能够对转子本体进行冷却。

优选地，转子挡板还设有定子甩油口，定子甩油口与冷却流道连通，定子甩油口用于向电机定子结构甩油。

一种电机，采用上述的空心轴，或上述转子结构。

一种电动汽车，采用上述的空心轴，或上述转子结构。

本发明提供的空心轴、转子结构、电机及电动汽车至少具有下列有益效果：

1、本发明通过在空心轴内腔增设套管件，保证前后端部甩油口的流量分配均匀，减小空心轴前后端冷却温差；

2、本发明的套管件外设有多个独立的导油结构，控制冷却油的环向分散，增加冷却油的轴向流速，提高空心轴的过油能力，提高转子结构的冷却效果。

3、本发明采用半封闭的空心轴密封结构，可以防止冷却油在转子高速旋转时沿着套管腔内壁避免泄漏，同时还可以保持套管腔与外界保持连通性，防止内腔气压与甩油口外界形成压差，导致无法喷油。

4、本发明的转子挡板设有多层子流道的冷却流道，增大了冷却油与转子本体的接触面积和流动通径，提高了转子本体的冷却效果。

附图说明

图1为本发明实施例的空心轴的结构示意图；

图2为本发明实施例的套管件的结构示意图；

图3为本发明实施例的轴体的端部轴向视图；

图4为图1中A处的放大图；

图5为本发明实施例的转子挡板的结构示意图；

图6为本发明实施例的转子挡板的截面示意图；

图7为本发明实施例的转子结构的剖视图；

图8为本发明实施例的转子结构的立体图。

附图标记表示为：

1、空心轴；2、轴体；3、轴空腔；4、第一端甩油口；41、第一端挡板甩油口；42、第一端轴承甩油口；5、第二端甩油口；51、第二端挡板甩油口；52、第二端轴承甩油口；6、套管件；7、分油口；8、套管腔；9、进油口；10、导油结构；11、筋条结构；12、筋条槽；13、密封槽；14、密封环；15、油管孔；16、进油管；17、减重部；18、转子挡板；19、转子本体；20、冷却流道；21、定子甩油口；22、子流道；23、过油槽；24、流道进油口；25、集油腔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1至图8所示，本发明实施例公开的一种空心轴1，包括：轴体2，轴体2设有一端开口的轴空腔3；轴体2还设有至少一个第一端甩油口4、至少一个第二端甩油口5；套管件6，套管件6设置轴空腔3内，套管件6上设有分油口7，套管件6的外径为R2，轴空腔3的内径为R1，其中R1＞R2；分油口7设置在至少一个第一端甩油口4与至少一个第二端甩油口5之间。

本发明实施例提供的空心轴1，适用于往轴内通入冷却油，通过转子离心力将冷却油甩出，从而对转子进行冷却的转子结构。现有技术中的空心轴，冷却油由一端的进油口进入，冷却油在轴向流动过程中先经过第一组甩油口，大量油液在第一组甩油口中甩出，达到第二组甩油口的冷却油油量要远小于第一组甩油口，从而造成前后甩油口的出油量分配不均，造成前后部冷却部位的温差大，影响电机的性能。本实施例的空心轴1，通过在轴空腔3内增设套管件6，冷却油先沿套管件6流道，直至流道在第一端甩油口4和第二端甩油口5之间的位置才经分油口7流道轴空腔3内，冷却油自然分为两股，分别流向两组甩油口，到达两组甩油口的冷却油油量相当，从而实现对两端部冷却部位的同等水平的冷却，减小两端部的温差，保证转子的旋转性能。

优选地，为了使两组甩油口喷出的冷却油油量相等，沿轴体2的轴线方向，分油口7到至少一个第一端甩油口4的距离为L1，分油口7到至少一个第二端甩油口5的距离为L2，其中L1＝L2，将分油口7设置在第一端甩油口4和第二端甩油口5连线的中点位置，分油口7流出的冷却油到达两个甩油口的行程相同，从而保证两个甩油口的出油量相等。

优选地，本实施例的轴空腔3沿轴向深度为D1，套管件6沿轴向长度为D2，其中D1＝D2。从而套管件6将轴空腔3完全分为两层，内层的套管腔8，和外侧的环形腔，此时分油口7开设在套管件6的中段的管壁上，分油口7内喷出的油液为径向流动，在分液时更能保证分配均衡。

在空心轴1高速旋转时，冷却油会先沿着壁面周向分散流动，相应的就减小了轴向流动速度，导致甩油口的喷油量下降，从而影响冷却效果。为解决这一问题，本实施例中，套管件6与轴空腔3之间设有导油结构10，导油结构10沿空心轴1的轴向延伸，导油结构10的作用就是减小油液除轴向流动以外的流动空间，限制油液沿轴空腔3的内壁环向流动分散，使冷却油的油液沿轴向流动，保证流向甩油口的油量充沛。

优选地，本实施例提供了一种导油结构10的优选方案，套管件6外壁设有沿轴向延伸的筋条结构11，筋条结构11将套管件6外壁与轴空腔3内壁之间的环形腔体隔成多个扇形的导油结构10，分油口7、至少一个第一端甩油口4、至少一个第二端甩油口5设置在同一导油结构10内，冷却油油液由分油口7喷出后，分成两股，分别沿扇形的长槽导油结构10输送到甩油口。

本实施例中导油结构10采用突出套管件6外壁的筋条与轴空腔3内壁的配合分隔形成，还可以采用在套管件6外壁或轴空腔3内壁上开设轴向的槽形的方式，或者直接采用连接管的形式，都能实现本发明的技术效果。

本实施例中每一个分油口7与其在径向截面上对应的第一端甩油口4和第二端甩油口5具有一个独立的流道，增加了冷却油的轴向流动能力，解决了冷却油因周向流动导致的轴向速度慢的问题。

优选地，当套管件6外壁与轴空腔3内壁之间的环形腔体隔成多个导油结构10时，即形成多个独立的轴向流道时，分油口7数量与导油结构10数量相同，多个分油口7沿周向开设在套管件6上，每一个独立流道均具有一个分油口7，充分利用轴空腔3内的空间，增加了冷却油流通面积，提高了冷却油的输送能力。

优选地，为了将套管件6固定在轴空腔3内，轴空腔3的内壁设有沿轴向延伸的筋条槽12，筋条槽12与筋条结构11配合，从而将套管件6与空心轴1固定。

在另一实施例中，不借助筋条结构11的情况下，还可以采用其它独立的固定装置完成套管件6与空心轴1的固定，可在轴空腔3的内壁设有第一固定结构，套管件6的外壁设有第二固定结构，第一固定结构与第二固定结构配合将套管件6固定在轴空腔3内。

优选地，由于空心轴1需要同时对轴承和挡板供油，且挡板供油量要大于轴承，挡板处的冷却油对转子本体19进行冷却后，还可以随转子结构的旋转甩到定子结构上，对定子结构进行冷却。第一端甩油口4包括第一端挡板甩油口41、第二端轴承甩油口42，且第一端挡板甩油口41的数量大于第一端轴承甩油口42，和/或，第二端甩油口5包括第二端挡板甩油口51、第二端轴承甩油口52，且第二端挡板甩油口51的数量大于第二端轴承甩油口52。在电机工作中需要将大部分的冷却油分配给挡板甩油口，并由其输送至电机绕组，所以挡板甩油口的数量要求多于轴承甩油口，较多数量的挡板甩油口呈更小间隔角度排布在空心轴1圆周上，保证大部分的冷却油通过挡板甩油口甩出。

在现有技术中，冷却油从进油管进入空心轴中，由于工艺问题进油管只能在空心轴的进油口附近，无法到达轴空腔底部，因此冷却油进入轴空腔后，在离心力作用下，会沿着轴空腔内壁散向两边扩散，在进油口处设置密封环，可以对冷却油起到密封的作用，防止冷却油沿着轴空腔内腔壁面流出，使冷却油全部往甩油口的方向流动；转子高速旋转时，空心轴内的空气会从各甩油口甩出，导致空心轴内腔中气压降低，与外界形成压差，部分甩油口发生回流现象，导致无法正常甩油。

优选地，本实施例的套管件6内设有套管腔8，套管腔8对应轴空腔3的开口的端部设有进油口9，进油口9处设有密封槽13，密封槽13内设有半密封的密封环14，密封环14能够避免进油口9的冷却油泄漏，并保持套管腔8与外界保持连通，防止甩油口发生回流，导致无法正常甩油。

优选地，为了避免进油口9的冷却油泄漏，密封环14上设有油管孔15，油管孔15的内径为R4，套管腔8的内径为R3，其中R3＞R4，从而密封环14在进油口9形成阶梯面，可以防止冷却油在转子高速旋转时沿着套管腔8内壁周向流动时，由进油口9流出，出现泄漏；

和/或，

为了避免空心轴内外压差，密封环14上设有油管孔15，油管孔15内设有进油管16，进油管16的外径为R5，油管孔15的内径为R4，其中，R4＞R5，油管孔15与进油管16之间形成缝隙，可以保持套管腔8与外界保持连通性，防止转子高速旋转时，空心轴1内腔气压降低，与甩油口外界形成压差，导致无法正常喷油。

优选地，密封环14外壁与密封槽13内壁过盈配合，密封环14与密封槽13之间密封固定连接。

优选地，由于油管孔15与进油管16之间存在缝隙，为防止进油管16喷入的冷却油从油管孔15泄漏，进油管16朝向进油口9的一端向进油口9内延伸长度为L1，满足L1≥0，保证进油管16输入进油口9内的冷却油直接进入进油口9内部。

优选地，考虑到成本问题和结构强度，密封环14上设有减重部17。

如图5-8所示，本实施例提供了一种转子结构，采用上述的空心轴1。

优选地，包括转子挡板18，转子挡板18设置在转子本体19的轴向端面，转子挡板18内设有冷却流道20，冷却流道20与空心轴1的第一端甩油口4或第二端甩油口5连通，具体的冷却流道20与第一端挡板甩油口41连通，或者与第二端挡板甩油口51连通，冷却流道20能够增大冷却油与转子本体19的接触面积，提高转子本体19的冷却效果。

优选地，在转子结构冷却的同时，还需要对定子结构进行甩油冷却，因此转子挡板18还设有定子甩油口21，用于向电机定子结构甩油，以进行电机定子结构的冷却。

优选地，为实现定子甩油口21的供油，定子甩油口21与冷却流道20连通，由冷却流道20予以供油，和/或，定子甩油口21与空心轴1的第一端甩油口4或第二端甩油口5连通，具体的定子甩油口21与第一端挡板甩油口41连通，或者与第二端挡板甩油口51连通，定子甩油口21直接由空心轴1的甩油口进行供油。

优选地，转子挡板18安装在转子本体19的端面，其内侧面与转子本体19直接接触，此时冷却流道20为开设在转子挡板18朝向转子本体19的端面上的凹槽结构。

优选地，为了进一步提高冷却油与转子本体19的接触面积，冷却流道20包括至少两个子流道22，至少两个子流道22均能够对转子本体19进行冷却。至少两个子流道22分别与第一端甩油口4连通，或至少两个子流道22分别与第二端甩油口5连通，至少两个子流道22可以独立从甩油口5给油，也可以为至少两个子流道22之间通过至少一个过油槽23连通，使冷却油依次流过至少两个子流道22。

优选地，考虑到冷却油与转子本体接触区域的均衡性，保证转子本体各局部的冷却一致性，至少两个子流道22为同心设置的环形流道，其中半径最小的子流道22设有至少一个连通至挡板轴孔的流道进油口24，半径最大的子流道22设有至少一个连通至转子外周壁的定子甩油口21，从而冷却油由流道进油口24流入后，遍历所有的子流道22，最终进入定子甩油口21。

优选地，转子挡板18的周向边缘内还设有集油腔25，油液在离心力作用下向上是集油腔25汇集，集油腔25收集的油液，供给定子甩油口21，集油腔25可以使冷却油更容易从定子甩油口21甩出。

本实施例提供的转子结构，采用多层流道的转子挡板结构，可以增加冷却油与转子的接触面积和流通路径，提高转子铁芯冷却效果。

一种电机，采用上述的空心轴1，和/或密封环14，和/或转子挡板18，或转子结构。

一种电动汽车，采用上述的空心轴1，和/或密封环14，和/或转子挡板18，或转子结构。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种空心轴，其特征在于，包括：

轴体(2)，所述轴体(2)设有一端开口的轴空腔(3)；所述轴体(2)还设有至少一个第一端甩油口(4)、至少一个第二端甩油口(5)；

套管件(6)，所述套管件(6)设置所述轴空腔(3)内，所述套管件(6)上设有分油口(7)，所述套管件(6)的外径为R2，所述轴空腔(3)的内径为R1，其中R1＞R2；

所述分油口(7)设置在所述至少一个第一端甩油口(4)与所述至少一个第二端甩油口(5)之间。

2.根据权利要求1所述的空心轴，其特征在于，沿所述轴体(2)的轴线方向，所述分油口(7)到所述至少一个第一端甩油口(4)的距离为L1，所述分油口(7)到所述至少一个第二端甩油口(5)的距离为L2，其中L1＝L2。

3.根据权利要求1或2所述的空心轴，其特征在于，所述套管件(6)内设有套管腔(8)，所述套管腔(8)对应所述轴空腔(3)的开口的端部设有进油口(9)。

4.根据权利要求1或2所述的空心轴，其特征在于，所述轴空腔(3)沿轴向深度为D1，所述套管件(6)沿轴向长度为D2，其中D1＝D2。

5.根据权利要求4所述的空心轴，其特征在于，所述套管件(6)与所述轴空腔(3)之间设有导油结构(10)，所述导油结构(10)沿所述空心轴(1)的轴向延伸，所述导油结构(10)用于限制油液沿所述轴空腔(3)的内壁环向流动，使油液沿轴向流动。

6.根据权利要求4所述的空心轴，其特征在于，所述套管件(6)外壁设有沿轴向延伸的筋条结构(11)，所述筋条结构(11)将所述套管件(6)外壁与所述轴空腔(3)内壁之间的环形腔体隔成多个扇形的导油结构(10)，所述分油口(7)、至少一个第一端甩油口(4)、至少一个第二端甩油口(5)设置在同一导油结构(10)内。

7.根据权利要求5所述的空心轴，其特征在于，当所述套管件(6)外壁与所述轴空腔(3)内壁之间的环形腔体隔成多个导油结构(10)时，所述分油口(7)数量与所述导油结构(10)数量相同，多个分油口(7)沿周向开设在所述套管件(6)上。

8.根据权利要求5所述的空心轴，其特征在于，所述轴空腔(3)的内壁设有沿轴向延伸的筋条槽(12)，所述筋条槽(12)与所述筋条结构(11)配合。

9.根据权利要求1所述的空心轴，其特征在于，所述轴空腔(3)的内壁设有第一固定结构，所述套管件(6)的外壁设有第二固定结构，所述第一固定结构与所述第二固定结构配合将所述套管件(6)固定在所述轴空腔(3)内。

10.根据权利要求1所述的空心轴，其特征在于，所述第一端甩油口(4)包括挡板甩油口、轴承甩油口，且所述挡板甩油口的数量大于所述轴承甩油口，和/或，所述第二端甩油口(5)包括挡板甩油口、轴承甩油口，且所述挡板甩油口的数量大于所述轴承甩油口。

11.根据权利要求1所述的空心轴，其特征在于，所述套管件(6)设有进油口(9)，所述进油口(9)处设有密封槽(13)，所述密封槽(13)内设有密封环(14)。

12.根据权利要求11所述的空心轴，其特征在于，所述密封环(14)上设有油管孔(15)，所述油管孔(15)的内径为R4，所述套管腔(8)的内径为R3，其中R3＞R4；

和/或，

所述密封环(14)上设有油管孔(15)，所述油管孔(15)内设有进油管(16)，所述进油管(16)的外径为R5，所述油管孔(15)的内径为R4，其中，R4＞R5。

13.一种采用权利要求1-12任一所述空心轴(1)的转子结构，其特征在于，包括转子挡板(18)，所述转子挡板(18)设置在转子本体(19)的轴向端面，所述转子挡板(18)内设有冷却流道(20)，所述冷却流道(20)包括至少两个子流道(22)，所述至少两个子流道(22)均能够对所述转子本体(19)进行冷却。

14.根据权利要求13所述的转子结构，其特征在于，所述转子挡板(18)还设有定子甩油口(21)，所述定子甩油口(21)与所述冷却流道(20)连通，所述定子甩油口(21)用于向电机定子结构甩油。

15.一种电机，其特征在于，采用权利要求1-12任一所述的空心轴(1)，或权利要求13或14所述的转子结构。

16.一种电动汽车，其特征在于，采用权利要求1-12任一所述的空心轴(1)，或权利要求13或14所述的转子结构。

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