液冷式电动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及电动机的领域。
【背景技术】
[0002]在电动机中，扭矩与电流和磁通密度的乘积近似成正比。进而，存在两种主要损耗分量，该主要损耗分量涉及到这两个量。电流有关的损耗分量是由于流过导体的电流所决定的(例如，绕组和转子条内的损耗);这种损耗分量与均方根电流的平方成正比。第二损耗分量物理地发生在磁芯元件(诸如叠片)并且与磁通密度和电频率的乘积的平方近似成正比。这些关系的两个关键结果为:首先，在导体和磁损耗大致相等的操作点处最优化能量效率；其次，在假如速度(电频率)保持与扭矩成正比，而效率还是没有损失的情况下，能够增加通过功率(through-power )。
[0003]随着速度和扭矩被增加，散热也在增加。因此，需要改进的冷却方法来将温度限制在所需的值。在感应电动机的情况下，由于与转子条和端环相关联的I2R损耗而导致大部分的总散热物理地出现在转子内，所以这特别具有挑战性。当热通量值超过相关阈值时，空气冷却通常变得不充分。遗憾的是，由于存在与在旋转构件和非旋转构件之间传送流体流(fluid flow)相关联的问题，所以在过去，用于这种转子的液体冷却技术已经证明是麻烦的。存在其他的问题，诸如防止转子和定子之间的径向气隙充满冷却剂，因为这大大增加了高速下的阻力损耗。液体冷却的其它挑战包括机械装配的便利性、冷却均匀性、防止空气滞留于冷却剂，并且在某些情况下，需要将转子和定子与机壳绝缘。
【发明内容】
[0004]一种液冷式径向气隙型电动机包括定子、转子、转子轴、两个端盖、机壳、冷却剂歧管系统、和冷却剂贮槽。转子包括位于其外周附近的多个轴向定向的槽。冷却剂歧管系统引导第一部分的液体冷却剂流过定子的一些部分并且引导第二部分的液体冷却剂流经转子槽。一些或全部的液体冷却剂由从中冷却剂可以再循环的冷却剂贮槽来接收。
【附图说明】
[0005]并入并构成本说明书的一部分的附图示出了实施例的一个或多个示例，并且与示例性实施例的描述一起，用来解释实施例的原理和实现方式。
[0006]在附图中:
图1是根据实施例的标识冷却剂流动路径的电动机的剖视图。
[0007]图2是描绘了根据实施例的用于电动机的转子、定子和机壳的剖视图。
[0008]图3A是描绘了根据实施例的用于电动机的冷却剂入口和转子轴的端部剖视图。
[0009]图3B是沿着图3A的线3B-3B截取的横剖面图。
[0010]图4A是描绘了根据实施例的用于电动机的转子端板和端环的正视图。
[0011]图4B是描绘了根据实施例的用于电动实施例的转子端板和端环的后视图。
[0012]图4C是描绘了根据实施例的用于电动机的冷却剂沟道的沿着图4B的线4C-4C截取的剖视图。
[0013]图5A和图5B分别是根据实施例的液冷式电动机的正面分解图和背面分解图。
[0014]图6是示出了根据实施例的液冷式电动机、贮槽和再循环冷却剂泵的系统框图。
[0015]图7A是根据实施例的用于电动机的定子的端部剖视图。
[0016]图7B是沿着图7A的线7B-7B截取的横剖面图。
[0017]图8是根据实施例的用于电动机的转子的装配图。
【具体实施方式】
[0018]本文以牵引电动机为背景描述了示例性实施例，该牵引电动机例如可用作电动车辆的驱动电动机。本领域的普通技术人员将认识到的是，以下描述仅是说明性的而非旨在以任何方式进行限制。对于受益于本公开的本领域技术人员来说，其它实施例不言而喻。现在，将详细参考如附图中所示的示例性实施例的实现方式。在所有附图中和以下描述中，将使用同样的参考标号来指代同样或类似的项。
[0019]为了清楚起见，本文没有显示和描述实现方式的所有的常规特征。当然，可以看出，在任何这种实际实现方式的开发过程中，必须做出许多针对实现方式的决定以实现开发者的具体目标，诸如符合与应用和商业相关的限制，而且这些具体目标会在各实现方式之间变化而且在各开发者之间变化。而且，可以看出，这种开发的努力可能是复杂而耗时的，但是对受益于本公开的本领域的技术人员来说仍然是一种常规的工程行为。
[0020]根据一个实施例，向电动机提供液体冷却剂流，以便控制冷却剂的体积，使得空气的体积仅存在于电动机中，所以转子-定子的径向气隙不会充满冷却剂。对于许多内部流动路径，不需要提供液密密封(liquid-tight seal)，从而节省了费用。唯一真正所需的液密密封是那些在冷却剂和外部环境之间的界面。该途径不需要使用扫气泵，仅使用简单的冷却剂循环泵，从而进一步节省了费用。
[0021]根据一个实施例，歧管系统引导第一部分的液体冷却剂进料流过液冷式电动机的定子的外周表面，而引导剩余的的第二部分的液体冷却剂进料流入转子轴的后端。还可以包括附加的冷却剂流动路径。第二部分的液体冷却剂进料然后经由轴中的径向定向的孔离开轴并且然后由端板引导流经转子内的轴向通道或端口。在转子的相对端，流由类似的端板来接收，然后被引导重新进入轴，或离开靠近旋转轴线的位置处的端板，从而最大程度地减少了高速下的动能损耗。两个端板还通过允许选择长度的螺钉或螺栓插入所需位置来在制造期间使电动机能够更容易地平衡。(另选地，可以从端板的选定部分中除去材料来以常规方式实现所需的平衡。)最后，端板用来通过外周相应的键接元件来捕捉铸造端环，因此在端环没有机械故障的情况下，使能够进行高速操作，而无需使用外部捕捉环。(另选地，常规外部捕捉环可以被放置在端环之上以向端环提供所需的环向支撑。)来自定子和转子这两者的冷却剂流由贮槽来接收，该贮槽位于电动机的底部。冷却剂贮槽用来允许所滞留的空气与冷却剂分尚。
[0022]现在转到附图，图1是沿着根据实施例的标识冷却剂流动通道(由未编号的箭头示出)的电动机12的纵向转动轴线10的剖视图。图2是与图1中的视图正交的沿着图1的线2-2截取的横剖面图。电动机12包括常规元件和新元件，该常规元件包括转子轴14、转子铁芯16、转子条18、后转子端环20、前转子端环22、后转子轴轴承24、前转子轴轴承26、定子铁芯28、包含在定子铁芯28的定子槽32内的电动机绕组30、后端盖34、后端盖内面35、前端盖36、和机壳38。
[0023]液体冷却系统包括部件，该部件使液体冷却剂能够流动，使得热量从转子条18、端环20和22、绕组30的有源部件、电动机绕组30的端匝部和定子铁芯28中除去。冷却剂入口端口 40接收液体冷却剂流(例如，从再循环冷却剂泵(如图6中所示))并且将第一部分的液体冷却剂流引导到转子轴14的后端内的同轴轴端口 42，流通过一个或多个径向轴孔46径向地从同轴轴端口 42处离开转子轴14的挖空部44并且由转子后端板48的内表面47来引导以流经由转子组件52内的转子轴向冷却槽50所形成的转子冷却剂通道。
[0024]第二部分的液体冷却剂流从冷却剂入口端口 40被引导通过冷却剂入口端口 40内的入口径向孔54以确定流经环形端口或由机壳38和定子铁芯28的外周所界定的外周冷却通道56。另选地，该第二部分的流还可以包括定子冷却槽58内的流动路径(如图2所示)。在电动机60的前端，离开转子轴向冷却槽50 (也被称为转子冷却剂通道)的冷却剂8被容纳并通过转子前端板62的内表面61引向转子前端板62中的冷却剂出口端口 64，该冷却剂出口 64靠近纵向旋转轴线10。(通过约束流体以靠近旋转中心离开，来最大程度地减少动能损耗。)
定子的冷却剂流在离开冷却剂入口端口 40中的入口径向孔54之后，被冷却剂入口歧管66和后冷却剂挡板68的组合来引导流经环形端口 56，使得热量从定子铁芯28的外周表面70中除去。根据一个实施例，径向定向的冷却翅片72 (如图2中所示)可以被加到定子铁芯28的外周以增强这种元件的热传递。从环形端口 56中接收的冷却剂流被约束以穿过前冷却剂挡板74内的孔。选择这些孔的数量和它们各自的直径，使得所需压降出现，而这又确保了环形端口内的流动均匀性。这有助于实现均匀冷却定子铁芯28和电动机绕组30。对这些孔的数量和尺寸的选择是在本领域普通技术人员的能力范围之内并且取决于相应的电动机及其相关部件的精确尺寸。
[0025]来自转子和定子这两者的冷却剂流均由排水腔(drainage cavity)76来接收。而排水腔76又通过前排水端口 78和后排水端口 80将液体冷却剂排放到冷却剂贮槽82中。冷却剂通过冷却剂出口 84离开冷却剂贮槽82。前轴液体密封件86防止液体冷却剂通过前转子轴轴承26泄漏。
[0026]转到图2，横剖面图描绘了根据实施例的用于电动机12的转子组件52、定子组件88和机壳38。转子轴14、转子铁芯16、定子铁芯28、和机壳38被详细地示出。根据感应电动机的常规实践，转子铁芯16通常由堆叠的磁性叠片来构成，而添加转子条槽90以接收转子条18。根据实施例，添加最接近转子杆18的转子轴向冷却槽50以提供冷却剂通道(平行于纵向旋转轴线10的轴向通道)用于对受影响的区域进行额外冷却。穿过这些通道的冷却剂流用来除去转子条18与端环20，22内产生的热量。
[0027]根据实施例，电动机12包括环形端口 56，该环形端口 56在定子铁芯28的外周表面70和机壳38的内表面92之间。被引导使其通过该区的冷却剂流用来