电机冷却系统和汽车的制作方法

1.本实用新型涉及电机冷却的技术领域，尤其涉及一种电机冷却系统和汽车。


背景技术：

2.作为电动汽车三电的核心部件之一的驱动电机，其绝缘要求是h级，这样要求电机不能运行到180℃温度水平。但电机长期运行温度每升高18℃，绝缘寿命就降低一半；核心元件铜线热电阻变化量是0.4％/℃，因此温度越高电机铜耗越大导致效率越低车辆续航减少，同时磁场强度受温度升高影响而下降，导致电机的扭矩功率水平达不到设计需求。这说明电机体积的设计与运行温度极限成正比，不利于产品低成本和轻量化的要求。因此驱动电机在设计中，优异的散热水平是产品竞争力和可靠性的极大表现之一。
3.目前水冷电机散热的主流结构是机壳内嵌冷却水道，通过流通的冷却液带走部分电机热量来降低电机发热。冷却水道的原理是尽可能使冷却液在机壳内形成大面积紊流，提高冷却液与机壳内壁的接触，可以带走更多从定子铁芯传导过来的热量。
4.现有的冷却水道结构主要分为单螺旋形和u型。单螺旋形水道缺点是冷却液从进口到出口路径长、流阻损失大，在电机内部停留时间长，但相对u型水道无拐角缓流区小，散热较好；螺旋形水道的设计对机壳强度的影响大，同时螺旋形水道需要内外壁面单独加工再通过摩擦焊接两端实现密封，工艺复杂成本较高；u型水道相对螺旋形可以直接拉伸制造加工简单成本低廉，但水流拐角多，导致涡流和缓流区面积大降低散热水平；上述两种水道在散热方面并未发挥最大潜能。
5.因此，有必要设计一种提升散热性、简化工艺、降低成本的电机冷却系统。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提升散热性、简化工艺、降低成本的电机冷却系统和汽车。
7.本实用新型的技术方案提供一种电机冷却系统，包括圆筒形的电机外壳和圆筒形的内水道壳，所述电机外壳与所述内水道壳之间形成冷却水道，所述内水道壳上设有多个凸台，所述凸台的顶面与所述电机外壳的内表面接触，多个所述凸台沿圆周方向间隔设置有多排，同一排中的多个所述凸台沿径向间隔布置，所述冷却水道形成在相邻所述凸台之间。
8.进一步地，相邻排之间的所述凸台交错布置。
9.进一步地，还包括进水口和出水口，所述进水口和所述出水口开设在所述电机外壳的同侧面的中部。
10.进一步地，所述内水道壳包括进水柱和出水柱，所述进水柱插入到所述进水口中，所述出水柱插入到所述出水口中，冷却水从所述进水柱与所述进水口之间流入到所述冷却水道中，再从所述出水柱与所述出水口之间流出。
11.进一步地，所述内水道壳上设有沿轴向贯穿的分水筋，所述分水筋位于所述进水
柱与所述出水柱之间。
12.进一步地，所述凸台为椭圆形，或胶囊形，所述凸台的长轴沿圆周方向延伸。
13.进一步地，所述凸台的长轴的长度为y，短轴的长度为x，x∈[8,8.5]，y∈[27,28.5]。
[0014]
进一步地，相邻排之间的距离为a，同一排相邻所述凸台之间的距离为b，a∈[10.5,12.5]，尺寸b∈[8.5,10.5]。
[0015]
进一步地，所述电机外壳和所述内水道壳的轴向长度大于160mm。
[0016]
本实用新型还提供一种汽车，包括上述任一项所述的电机冷却系统。
[0017]
采用上述技术方案后，具有如下有益效果：
[0018]
本实用新型中通过相邻凸台之间形成冷却水道，能最大化的增加冷却液在机壳内部的流通接触面积，实现散热能力的提高，降低电机绕组及铁芯温度。同时，带有凸台的内水道壳结构易于制造、成本低。
附图说明
[0019]
参见附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：
[0020]
图1是本实用新型一实施例中电机冷却系统的分解图；
[0021]
图2是本实用新型一实施例中内水道壳的立体图；
[0022]
图3是本实用新型一实施例中凸台的放大图；
[0023]
图4是本实用新型一实施例中凸台周围的冷却水流动示意图；
[0024]
图5是本实用新型另一实施例中凸台周围的冷却水流动示意图；
[0025]
图6是一对比例中凸台周围的冷却水流动示意图；
[0026]
图7是本实用新型一实施例中相邻凸台的尺寸示意图；
[0027]
图8是本实用新型一实施例中凸台的长轴和短轴尺寸对绕组温度的影响的分析图；
[0028]
图9是本实用新型一实施例中相邻凸台的距离尺寸对绕组温度的影响的分析图；
[0029]
图10是本实用新型一实施例中相邻凸台的距离尺寸对压差的影响的分析图。
[0030]
附图标记对照表：
[0031]
电机外壳1；
[0032]
内水道壳2：凸台21、进水柱22、出水柱23、分水筋24；
[0033]
进水口3、出水口4。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图来进一步说明本实用新型的具体实施方式。
[0035]
容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或视为对实用新型技术方案的限定或限制。
[0036]
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等
方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
[0037]
本实用新型的一实施例中，如图1所示，电机冷却系统，包括圆筒形的电机外壳1和圆筒形的内水道壳2，电机外壳1与内水道壳2之间形成冷却水道，内水道壳2上设有多个凸台21，凸台21的顶面与电机外壳1的内表面接触，多个凸台21沿圆周方向间隔设置有多排，同一排中的多个凸台21沿径向间隔布置，冷却水道形成在相邻凸台21之间。
[0038]
具体为，电机外壳1为整个电机的外壳，电机外壳1套设在内水道壳2的外部，两者之间的空间形成冷却水道。电机外壳1和内水道壳2均为圆筒形，电机外壳1的直径大于内水道壳2的直径。电机安装在内水道壳2中，当冷却水流过冷却水道时，对内部的电机进行冷却。
[0039]
内水道壳2的上表面上形成多个凸台21，凸台21朝向电机外壳1的方向凸起，并且凸台21的顶面与电机外壳1的内表面接触，使得冷却水道被多个凸台21分割成一张“冷却网”。
[0040]
多个凸台21沿圆周方向间隔设置有多排，相邻排之间间隔有一定的距离。同一排中的多个凸台21沿径向间隔布置。冷却水在多个凸台21之间流动，被凸台21分流再汇聚，再分流再汇聚。
[0041]
该冷却水道的结构能最大化的增加冷却液在机壳内部的流通接触面积，实现散热能能力的提高，降低电机绕组及铁芯温度。同时，内水道壳上的多个凸台，可以通过压力铸造一体成型，工艺简单、易于制造、成本低。
[0042]
优选地，如图3所示，相邻排之间的凸台21交错布置，相邻排的凸台21沿圆周方向对应前一排的相邻凸台21之间的空隙，使得从前一排的空隙中流下的冷却水经过后一排的凸台21时被分流，分别流过凸台21的左右两侧。这种布置方式能够减少流场死区和缓流区，减少流阻损失降低水泵功率，最终实现散热能力的提高。
[0043]
进一步地，如图1所示，还包括进水口3和出水口4，进水口3和出水口4开设在电机外壳1的同侧面的中部。
[0044]
具体为，进水口3连接外部的进水管，出水口4连接外部的排水管。冷却水从进水口3进入到冷却水道中，在多个凸台21之间流动，绕内水道壳2大致一圈后，从出水口4排出。
[0045]
由于进水口3和出水口4布置在电机外壳1的同侧面上，即相邻的位置，使得冷却水能够绕整个电机外壳1的一整圈流动后排出，对应整个电机的圆周方向均能够得到充分的冷却。
[0046]
如图2所示，内水道壳2上设有进水柱22、出水柱23和分水筋24，进水柱22插入到进水口3中，冷却水从进水口3与进水柱22之间流入到冷却水道中。出水柱23插入到出水口4中，冷却水从出水口4与出水柱23之间的流出。分水筋24沿轴向方向延伸，用于隔开进水柱22和出水柱23，使得冷却水必须要绕一整圈后才能够从出水口4流出，确保了充分接触冷却。
[0047]
本实用新型的一实施例中，如图3所示，凸台21为椭圆形，凸台21的长轴沿圆周方向延伸。
[0048]
如图4所示，为了保证水流顺畅流过所有的机壳面，并尽可能不形成涡流和缓流
区，将凸台21设置为椭圆形，并且椭圆形的长轴沿圆周方向延伸，使得水流方向大致沿椭圆形的长轴方向流动。
[0049]
如图6所示，与圆柱形的凸台相比，圆柱形凸台易形成尾端流动分离，形成涡流，降低散热效果。
[0050]
可选地，如图5所示，凸台21还可以胶囊形，也能较好的产生紊流，加工比椭圆形好加工，但存在尺寸变量多设计要求高，需要消耗更多的设计和计算周期。
[0051]
进一步地，凸台21的长轴的长度为y，短轴的长度为x，x∈[8,8.5]，y∈[27,28.5]。
[0052]
如图8所示，对椭圆形的凸台尺寸进行约束设计，优化目标为绕组最高温度差异。运用正交法(x∈[7,10],y∈[25,32]均取0.5mm间隔计算)获得仿真计算结果，得到x∈[8,8.5]&y∈[27,28.5]时，能保证最低的绕组温度。
[0053]
进一步地，相邻排之间的距离为a，同一排相邻凸台21之间的距离为b，a∈[10.5,12.5]，尺寸b∈[8.5,10.5]。
[0054]
由于只需控制凸台的ab尺寸，即可确认任何电机机壳轴向长度下的隔水凸台数量；为约束该尺寸范围，以水道进出口压差(pa)和绕组最高温度为优化目标，满足较小的压差下还能实现较好的降温效果。对两个尺寸自变量进行正交法寻优计算。如图9-10所示，根据优化方案确认确定尺寸a∈[10.5,12.5]，尺寸b∈[8.5,10.5]下，绕组温度低，压差也处于合适水平。
[0055]
较佳地，电机外壳1和内水道壳2的轴向长度大于160mm。
[0056]
较佳地，冷却水道有一定深度，由于凸台21与电机外壳1的内表面接触，因此冷却水道的深度为凸台21的高度。
[0057]
较佳地，电机外壳1与内水道壳2的两端部通过摩擦焊接来连接密封。
[0058]
可选地，电机外壳1与内水道壳2的两端部还可以通过其他的方式实现密封，例如：胶结，或密封圈。
[0059]
本实用新型的一些实施例中，汽车包括上述实施例及其变形例中的电机冷却系统。
[0060]
本实用新型的电机冷却系统，具有以下优点：
[0061]
1.水道流速均匀，在8l/min入口流量下，缓流区基本只存在入口处，其余部分流速均匀无明显缓流；
[0062]
2、同样条件下，相比现有产品的电机散热水平提高：绕组最高温度降低8.2℃；
[0063]
3、同样条件下，相比现有产品的电机水道进出口压差：0.815kpa,是现产品方案的1/10，极大降低水泵需求功率。
[0064]
以上的仅是本实用新型的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本实用新型原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本实用新型的保护范围。