CN216122046U - 电机冷却机壳、电机、车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电机冷却机壳、电机、车辆，其中的电机冷却机壳，包括机壳本体，所述机壳本体内有冷却流道，所述冷却流道由沿所述机壳本体的轴向间隔环绕设置的流道筋条间隔形成，所述流道筋条包括沿所述机壳本体的周向延伸的多个环行筋条段以及能够连接相邻两个环行筋条段的连接筋条段，且所述环行筋条段沿所述机壳本体的周向展开后呈正弦曲线。根据本实用新型，能够使所述冷却流道内流入的冷却液流动更加湍急，使冷却液的流速更高，同时，呈正弦曲线的所述环行筋条段一方面能够增大换热接触面积进而提升换热效率，另一方面则能够在所述机壳本体的内侧与外侧之间形成更加可靠的支撑结构，从而提升了所述机壳本体的结构强度。

Description

电机冷却机壳、电机、车辆

技术领域

本实用新型属于电机制造技术领域，具体涉及一种电机冷却机壳、电机、车辆。

背景技术

随着新能源汽车行业的不断发展，用于电动汽车上的主驱电机也在不断迭代进化，现在的市场已经渐渐将永磁同步电机作为主流方案。电动汽车的实际工况恶劣而复杂，在急加速工况和长坡低速巡航的工况下，需要电机输出极大转矩，此时电流及绕组损耗极大，从而产生大量热量，显著增加电机的温度，极端状况下会对电机造成损坏。因此现在的绝大多数电动汽车主驱电机不使用风冷而使用效率更高的水冷。

电机温升过高有两个方面的影响，一方面绕组绝缘的耐温一般不超过180 ℃，电机温升过高影响电机定子绕组绝缘寿命，甚至直接烧毁导致短路；另一方面电机温升过高也会影响永磁体磁性，高温的情况下必然导致铷铁硼磁钢磁性降低，磁通强度降低，从而影响电机的输出转矩，在高温与大电流的影响下甚至会导致其不可逆退磁。

通过上述分析可知电机温升影响电机运行效率、运行可靠性、使用寿命，因此其成为考量汽车驱动电机的重要指标，从材料优化的角度来看，永磁同步电机的稀土永磁材料对温度极其敏感，但目前对温度不太敏感的代替材料不多，虽然铁氧体材料对高温不敏感，但其低温退磁的风险较高，使用也有局限性，因此降低电机温升的举措目前还是以多种散热结构带走热量的思路为主。

目前新能源驱动电机的冷却***有风冷、水冷、油冷三种形式，风冷散热结构成本低廉，主要通过风道，有风扇甚至是自然风带走定转子所散发的热量，但其有明显弊端，一是散热效率较低，无法适用于功率较高、体积较大的电机，二是其为了空气流动散热考虑风冷散热一般不会将电机定转子与外界空气隔离，后果是电机无法达到防尘防水的IP68等级，而且汽车电机工况恶劣，尘土和水分直接与定转子接触会极大程度地缩减电机的使用寿命；油冷散热结构适合高功率、高热负荷的电机使用，但目前成本高昂，所以目前主流的方案仍是水冷散热，用螺旋流道或轴向流道结构，水泵工作，冷却液在冷却***中循环，从流道的入口进入，从出口流出，带走定子铁芯传导到机壳的热量。

图1所示是目前各乘用车厂商电机常用的螺旋流道结构，水流从入水口进入流道，沿螺旋流道行进经过数次下降筋条实现引导冷却液覆盖大部分机壳面积，最终从出水口流出，流出后将冷却液冷却再通过水泵重新从入水口泵入，实现持续带走铁芯与机壳热量的效果。这种常用的流道结构仍存在缺点，水流湍流程度不够，水流在流道中流速较慢，从而导致其与机壳流道壁面的换热接触不够充分，降低了换热效率。

实用新型内容

因此，本实用新型提供一种电机冷却机壳、电机、车辆，能够克服相关技术中螺旋冷却流道中冷却液的湍流程度不够、流速较慢导致冷却液与机壳换热接触不够充分、换热效率偏低的不足。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种电机冷却机壳，包括机壳本体，所述机壳本体内有冷却流道，所述冷却流道由沿所述机壳本体的轴向间隔环绕设置的流道筋条间隔形成，所述流道筋条包括沿所述机壳本体的周向延伸的多个环行筋条段以及能够连接相邻两个环行筋条段的连接筋条段，且所述环行筋条段沿所述机壳本体的周向展开后呈正弦曲线。

在一些实施方式中，所述机壳本体的两个轴向端面之间的中间位置为中间径向平面，以所述机壳本体的中心轴线为z轴，以所述中间径向平面建立柱坐标系，在所述柱坐标系内，所述正弦曲线由下式定义：

其中，R为所述冷却流道与所述机壳本体的中心轴线的径向最小距离，T 为角位移系数，A为正弦曲线的振幅，M为正弦曲线的周期，0≤T＜1。

在一些实施方式中，T＝0.92。

在一些实施方式中，所述连接筋条段的一端与所述环行筋条段上T＝0所对应的位置连接，所述连接筋条段的另一端与所述环行筋条段上T＝0.92所对应的位置连接。

在一些实施方式中，A为0.05R的整数部分，M为0.1R的整数部分。

在一些实施方式中，所述冷却流道包括靠近所述机壳本体的内侧的内侧流道壁以及靠近所述机壳本体的外侧的外侧流道壁，所述流道筋条处于所述内侧流道壁与所述外侧流道壁之间，所述流道筋条的截面为矩形，所述内侧流道壁与所述外侧流道壁之间的径向间距为所述矩形的厚度，所述厚度不低于6mm。

在一些实施方式中，所述矩形的宽度不低于6mm。

本实用新型还提供一种电机，包括上述的电机冷却机壳。

本实用新型还提供一种车辆，包括主驱电机，所述主驱电机为上述的电机。

本实用新型提供的一种电机冷却机壳、电机、车辆，所述环行筋条段的形状为正弦曲线，能够使所述冷却流道内流入的冷却液流动更加湍急，使冷却液的流速更高，同时，呈正弦曲线的所述环行筋条段一方面能够增大换热接触面积进而提升换热效率，另一方面则能够在所述机壳本体的内侧与外侧之间形成更加可靠的支撑结构，从而提升了所述机壳本体的结构强度。

附图说明

图1为现有技术中的螺旋冷却流道结构的冷却机壳的内部结构示意图；

图2为图1中仅保留冷却流道而略去其他的机壳本体实体的立体结构示意图，也即由图1中的冷却流道的抽取模型

图3为本实用新型一种实施例的电机冷却机壳的内部结构示意图(略去外侧流道壁外侧的机壳本体的实体)；

图4为图3中仅保留冷却流道而略去其他的机壳本体实体的立体结构示意图，也即由图3中的冷却流道的抽取模型；

图5为本实用新型实施例中建立的柱坐标系的示意图；

图6为现有技术中采用图1的冷却流道的电机机壳的温升温度分布云图；

图7为本实用新型采用图3的冷却流道的电机机壳的温升温度分布云图；

图8为现有技术中采用图1的冷却流道内截面冷却液流动速度云图；

图9为本实用新型采用图3的冷却流道内截面冷却液流动速度云图。

附图标记表示为：

1、机壳本体；21、环行筋条段；22、连接筋条段；31、冷却液入口；32、冷却液出口；4、冷却流道。

具体实施方式

结合参见图1至图9所示，根据本实用新型的实施例，提供一种电机冷却机壳，包括机壳本体1，所述机壳本体1内有冷却流道4，所述冷却流道4由沿所述机壳本体1的轴向间隔环绕设置的流道筋条间隔形成，所述流道筋条包括沿所述机壳本体1的周向延伸的多个环行筋条段21以及能够连接相邻两个环行筋条段21的连接筋条段22，且所述环行筋条段21沿所述机壳本体1的周向展开后呈正弦曲线，而可以理解的是，所述流道筋条在所述机壳本体1的轴向上形成大致螺旋的结构，在其形成的所述冷却流道4的首末两端则分别设有冷却液入口31及冷却液出口32，以与外部的冷却液供应部件形成循环。该技术方案中，所述环行筋条段21的形状为正弦曲线，能够使所述冷却流道4内流入的冷却液流动更加湍急，使冷却液的流速更高，同时，呈正弦曲线的所述环行筋条段21一方面能够增大换热接触面积进而提升换热效率，另一方面则能够在所述机壳本体1的内侧与外侧之间形成更加可靠的支撑结构，从而提升了所述机壳本体1的结构强度。

参见图4所示出，在一些实施方式中，所述机壳本体1的两个轴向端面之间的中间位置为中间径向平面，也即所述中间径向平面距离所述机壳本体1的轴向距离相等，以所述机壳本体1的中心轴线为z轴，以所述中间径向平面建立柱坐标系，在所述柱坐标系内，所述正弦曲线由下式定义：

其中，R为所述冷却流道4与所述机壳本体1的中心轴线的径向最小距离， T为角位移系数，A为正弦曲线的振幅，M为正弦曲线的周期，其中0≤T＜1，从而使所述连接筋条段22能够连接于沿所述机壳本体1的轴向相邻的两条环行筋条段21之间，最好的，T＝0.92，使所述连接筋条段22的设置空间较为合理，同时可以依据相邻的两条环行筋条段21之间的轴向间距(例如当所述机壳本体1的轴向长度L≥150mm时，以保证冷却流道4的轴向宽度为25～35mm 为准即可)的大小使所述连接筋条段22的倾斜角度处于一个相对合理的范围内，兼顾冷却液的流动阻力较小及环行筋条段22的涵盖圆周长度较大。可以理解的，所述连接筋条段22的一端与所述环行筋条段21上T＝0所对应的位置连接，所述连接筋条段22的另一端与所述环行筋条段21上T＝0.92所对应的位置连接。

在一些实施方式中，A＝[0.05R]，M＝[0.1R]，也即A为0.05R的整数部分， M为0.1R的整数部分，经过研究，此时对应的正弦曲线所限定的冷却流道4 中冷却液的流速及湍流程度更高，能够进一步提升散热效率。需要说明的是，工程意义上来说一般要求R≥100mm。

在一些实施方式中，所述冷却流道4包括靠近所述机壳本体1的内侧的内侧流道壁以及靠近所述机壳本体1的外侧的外侧流道壁，所述流道筋条处于所述内侧流道壁与所述外侧流道壁之间，所述流道筋条的截面为矩形，所述内侧流道壁与所述外侧流道壁之间的径向间距为所述矩形的厚度，所述厚度不低于 6mm，所述矩形的宽度不低于6mm。

以下结合附图对本实用新型的技术方案进一步阐述：

图2为原技术螺旋流道抽取模型，图4为本实用新型实施例流道抽取模型，可以直观看出本实用新型实施例流道相比原有技术螺旋流道更长。

图3所示的筋条由柱坐标系定义的正弦圆柱曲线生成，将机壳轴线到外圆柱机壳流道壁面距离为半径R，柱坐标系中的正弦曲线由如下公式定义：

其中r为曲线绕轴半径，A为振幅，M为圆周周期数，T为角位移系数， 0≤T＜1。

如图5所示，流道筋条曲线与机壳半径形成约束关系，经过仿真对比测试，寻找不同的振幅(A)与圆周周期数(组合)，可知，当r＝R，A＝0.05R (取整数)，M＝0.1R(取整数)时，生成的波浪型流道使得冷却液获得更高的流速，增加了冷却液的湍流程度，有效提升散热效率。

采用控制变量的方式，将同样的热源于本实用新型实施例和原技术螺旋流道实施例配合，并在本实用新型实施例和原技术螺旋流道实施例的入水口处同样通以2m/s的55℃冷却水。

如图6和图7所示，这是一个简化的铁芯模型，将其在仿真软件中设为发热源，给予其1000000w/m3的热量。通过对比可以得知，原技术螺旋流道实施例中的发热源稳态最高温度达到75℃，而本实用新型实施例最高温度仅为60 ℃，降低15℃，从温度分布的云图中解读，原技术实施例的温度分布为55～75 ℃，本实用新型实施例温度分布为55～60℃，整体温度明显降低，印证本实用新型可以有效提升散热效率。

如图8和图9所示，拾取两种技术方案流道截面，并生成冷却液速度云图，统计截面内平均流速，可以看出本实用新型实施例能够使得流道的的水流速度有明显增加，原技术截面平均流速为2.85m/s，本实用新型实施例流道截面平均流速为2.92m/s，可以得出本实用新型实施例对流道内冷却液流速有增益效果的结论。

由此可知，本实用新型实施例流道结构提升了冷却液在流道中的换热效率，正弦曲线布置的流道方案能够增大固液换热面积，增加冷却液流速，提升机壳结构强度，对降低绕组温升有有益效果。

根据本实用新型的实施例，还提供一种电机，包括上述的电机冷却机壳。

根据本实用新型的实施例，还提供一种车辆，包括主驱电机，所述主驱电机为上述的电机。

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。

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

Claims (9)

1.一种电机冷却机壳，其特征在于，包括机壳本体(1)，所述机壳本体(1)内有冷却流道(4)，所述冷却流道(4)由沿所述机壳本体(1)的轴向间隔环绕设置的流道筋条间隔形成，所述流道筋条包括沿所述机壳本体(1)的周向延伸的多个环行筋条段(21)以及能够连接相邻两个环行筋条段(21)的连接筋条段(22)，且所述环行筋条段(21)沿所述机壳本体(1)的周向展开后呈正弦曲线。

2.根据权利要求1所述的电机冷却机壳，其特征在于，所述机壳本体(1)的两个轴向端面之间的中间位置为中间径向平面，以所述机壳本体(1)的中心轴线为z轴，以所述中间径向平面建立柱坐标系，在所述柱坐标系内，所述正弦曲线由下式定义：

其中，R为所述冷却流道(4)与所述机壳本体(1)的中心轴线的径向最小距离，T为角位移系数，A为正弦曲线的振幅，M为正弦曲线的周期，0≤T＜1。

3.根据权利要求2所述的电机冷却机壳，其特征在于，T＝0.92。

4.根据权利要求3所述的电机冷却机壳，其特征在于，所述连接筋条段(22)的一端与所述环行筋条段(21)上T＝0所对应的位置连接，所述连接筋条段(22)的另一端与所述环行筋条段(21)上T＝0.92所对应的位置连接。

5.根据权利要求2所述的电机冷却机壳，其特征在于，A为0.05R的整数部分，M为0.1R的整数部分。

6.根据权利要求1所述的电机冷却机壳，其特征在于，所述冷却流道(4)包括靠近所述机壳本体(1)的内侧的内侧流道壁以及靠近所述机壳本体(1)的外侧的外侧流道壁，所述流道筋条处于所述内侧流道壁与所述外侧流道壁之间，所述流道筋条的截面为矩形，所述内侧流道壁与所述外侧流道壁之间的径向间距为所述矩形的厚度，所述厚度不低于6mm。

7.根据权利要求6所述的电机冷却机壳，其特征在于，所述矩形的宽度不低于6mm。

8.一种电机，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的电机冷却机壳。

9.一种车辆，包括主驱电机，其特征在于，所述主驱电机为权利要求8所述的电机。

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