ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2020 года по МПК H02K5/20 H02K9/19 

Настоящее изобретение относится к охлаждающему устройству для электрической машины, установленной в мобильном блоке.

В частности, в области электрической инженерии известны различные способы охлаждения электрической машины.

В частности, известны технологии водяного охлаждения, которые, как правило, подразумевают циркулирующий в машине, поблизости от обмоток статора, водяной контур, который является изолированным, таким образом, чтобы не приводить воду в соприкосновение с электрическими компонентами машины. Также известно воздушное охлаждение, которое подразумевает нагнетание свежего воздуха для прохождения внутрь машины. Наконец, известно охлаждение с помощью масла, и, более обобщенно, посредством любой теплопередающей диэлектрической жидкости. Масляное охлаждение имеет несколько преимуществ: масло не создает проблему электрической изоляции и не требует громоздкой установки типа воздушного охлаждения.

В частности, со ссылкой на фиг. 1 предшествующего уровня техники, известно масляное охлаждение, состоящее в распылении масла непосредственно в корпус 3' электрической машины 1', в целом, на головках обмотки статора 31'. Масло течет под действием силы тяжести на дно корпуса 3', где оно проходит сквозь отверстия 8'', 8''', открывающиеся в масляный резервуар 4'. Насос, не показан, извлекает масло в этом масляном резервуаре 4', через всасывающее сопло 5', для того, чтобы повторно впрыскивать его после охлаждения на головки обмотки статора 31'.

Однако, когда такая машина устанавливается в мобильном блоке, например, в моторном транспортном средстве, продольные и поперечные ускорения, которым подвергается машина, перемещают масло в масляном резервуаре, так что иногда всасывающее сопло окружается воздухом, что упоминается как высота всасывания. Это может приводить к тому, что воздух поступает в насос и может вызывать осушение насоса. В результате, это вызывает проблему надежности охлаждения мотора.

Таким образом, существует необходимость в устройстве масляного охлаждения для электрической машины, которое может работать надежно, когда машина устанавливается в мобильном блоке.

Изобретение предлагает охлаждающее устройство для электрической машины, причем это охлаждающее устройство предназначается для установки в мобильном блоке, причем охлаждающее устройство включает в себя:

- корпус для приема электрической машины,

- резервуар для теплопередающей диэлектрической жидкости, имеющий дно и два противоположных конца, причем резервуар устанавливается непосредственно под корпусом, в то время как корпус имеет, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для диэлектрической жидкости, открывающееся в резервуар;

- средство для циркуляции теплопередающей диэлектрической жидкости для того, чтобы всасывать теплопередающую диэлектрическую жидкость на дне резервуара и распылять теплопередающую диэлектрическую жидкость на электрическую машину, в то время как теплопередающая диэлектрическая жидкость протекает сквозь выпускное отверстие; причем выпускное отверстие открывается на одном конце резервуара.

Устройство охлаждения дополнительно включает в себя выпускной трубопровод для теплопередающей диэлектрической жидкости, протягивающийся в резервуар, от выпускного отверстия по направлению к другому концу резервуара.

Таким образом, когда поперечное ускорение применяется к мобильному блоку, например, левый или правый поворот для моторного транспортного средства, если теплопередающая диэлектрическая жидкость направляется в сторону отверстия, выпускной трубопровод предотвращает прохождение теплопередающей диэлектрической жидкости обратно назад в корпус через отверстие.

Преимущественно и неограничивающим образом, всасывающее сопло размещается, по существу, равноудаленно от противоположных концов резервуара.

В частности, отверстие всасывающего сопла может быть размещено, по существу, поблизости от дна резервуара. Таким образом, всасывание теплопередающей диэлектрической жидкости в резервуаре улучшается, когда жидкость находится в движении в резервуаре.

Преимущественно и неограничивающим образом, выпускной трубопровод имеет первый конец и второй конец, расположенные с интервалом друг от друга на расстоянии большем, чем расстояние между выпускным отверстием и всасывающим соплом.

Это более эффективно предотвращает прохождение теплопередающей диэлектрической жидкости обратно в трубопровод во время ускорения, накапливающего теплопередающую диэлектрическую жидкость в направлении выпускного отверстия, и, таким образом, предоставляет возможность резервуару всегда содержать достаточно теплопередающей диэлектрической жидкости, чтобы сохранять сопло в теплопередающей диэлектрической жидкости, даже когда теплопередающая диэлектрическая жидкость перемещается в резервуаре.

В частности, когда действие всасывания теплопередающей диэлектрической жидкости посредством всасывающего сопла создается насосом, таким образом обеспечивается то, что всасывающее сопло всегда находится в теплопередающей диэлектрической жидкости, с тем, чтобы не подвергать насос риску осушения. Таким образом, надежность работы системы охлаждения для электрической машины улучшается, даже когда мобильная система испытывает ускорения.

Преимущественно и неограничивающим образом, первый конец выпускного трубопровода формирует герметичное соединение с отверстием.

Таким образом, теплопередающая диэлектрическая жидкость, протекающая сквозь отверстие, затем неизбежно втекает в трубопровод, тем самым, предотвращая неконтролируемый поток жидкости из отверстия в резервуар, и предохраняет жидкость от прохождения обратно из резервуара в корпус во время ускорения, перемещающего теплопередающую диэлектрическую жидкость в резервуаре.

Преимущественно и неограничивающим образом, второй конец выпускного трубопровода размещается поблизости от другого конца резервуара. Таким образом, теплопередающая диэлектрическая жидкость более эффективно предохраняется от прохождения обратно в выпускной трубопровод во время ускорения, накапливающего теплопередающую диэлектрическую жидкость на стороне выпускного отверстия.

Преимущественно и неограничивающим образом, выпускной трубопровод протягивается диагонально между своим первым и вторым концом. Это предоставляет возможность протекания диэлектрической жидкости в выпускном трубопроводе.

В частности, второй конец трубопровода может открываться поблизости от дна резервуара.

Преимущественно и неограничивающим образом, отверстие протягивается практически по всей длине конца резервуара, т.е., по всему его боковому краю. Таким образом, возможности выпуска теплопередающей диэлектрической жидкости из корпуса в резервуар улучшаются.

Преимущественно и неограничивающим образом, выпускной трубопровод зажимается к стенке корпуса. Таким образом, может быть получен выпускной трубопровод, который является относительно простым для крепления к корпусу.

Преимущественно и неограничивающим образом, охлаждающее устройство включает в себя два отверстия, каждое открывается на отдельном противоположном конце резервуара, устройство включает в себя два трубопровода, каждый жестко соединен с отдельным отверстием, причем трубопроводы, каждый, протягиваются от отдельного отверстия к концу резервуара напротив отдельного отверстия. Таким образом, возможно эффективно охлаждать два конца статора электрической машины, формируя, на корпусе ниже по потоку от каждого из концов статора, отверстие и устанавливая ассоциированный выпускной трубопровод.

Преимущественно и неограничивающим образом, теплопередающая диэлектрическая жидкость может включать в себя масло.

Изобретение также относится к моторному транспортному средству, включающему в себя устройство охлаждения, которое описано выше.

Другие признаки и преимущества изобретения будут выявлены по прочтении последующего описания конкретного варианта осуществления изобретения, причем этот вариант осуществления предоставляется указательным, но неограничивающим образом, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - это представление устройства охлаждения для электрической машины предшествующего уровня техники;

фиг. 2 - это вид в разрезе устройства охлаждения согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения;

фиг. 3 - это общий вид устройства охлаждения согласно варианту осуществления на фиг. 2, с резервуаром, отсутствующим для лучшей видимости; и

фиг. 4 - это общий вид устройства охлаждения согласно варианту осуществления на фиг. 2 и электрической машины, в которой резервуар показан частично.

В настоящем описании, термины "передний", "задний", "верхний", "нижний" ссылаются на переднее и заднее направления транспортного средства, когда устройство 2 охлаждения и электрическая машина 1 устанавливаются в транспортном средстве. Оси X, Y, Z соответствуют продольной (спереди назад), поперечной и вертикальной оси, соответственно, транспортного средства.

По существу горизонтальный, продольный или вертикальный означает направление/плоскость, формирующую угол не более ± 20° или не более 10° или не более 5° с направлением/плоскостью, которая является горизонтальной, продольной или вертикальной.

По существу параллельный, перпендикулярный или под прямым углом означает направление/угол, отклоняющийся не более, чем на ± 20°, или не более, чем на 10°, или не более, чем на 5° от параллельного или перпендикулярного направления или от прямого угла.

Поскольку фиг. 2-4 относятся к одному и тому же варианту осуществления, они будут прокомментированы одновременно.

Электрическая машина 1 устанавливается в мобильном блоке, в этом случае в моторном транспортном средстве.

Электрическая машина 1 включает в себя статор 31 и ротор 30 и устанавливается в корпусе 3, изолирующем ее от других компонентов моторного транспортного средства.

Корпус 3 формирует непроницаемую для жидкости оболочку вокруг электрической машины 1.

Ротор 30 вставляется в статор 31 и вращается вокруг оси вращения посредством электромагнитного поля, создаваемого статором 31.

Электрическая машина 1 ориентируется в моторном транспортном средстве так, что ось вращения ротора 30 является коллинеарной с поперечным направлением моторного транспортного средства. Однако, изобретение может быть скорректировано для любой другой ориентации электрической машины 1 в моторном транспортном средстве.

Таким образом, электрическая машина 1 ориентируется так, что ее длина протягивается вдоль поперечной оси моторного транспортного средства.

Когда моторное транспортное средство находится в неподвижной позиции, на горизонтальной поверхности, ось вращения ротора 30 протягивается, кроме того, по существу в горизонтальной плоскости.

Устройство 2 охлаждения для охлаждения электрической машины 1 также устанавливается в моторном транспортном средстве.

Устройство 2 охлаждения работает посредством теплообмена с теплопередающей диэлектрической жидкостью, в этом случае маслом.

В остальной части описания ссылка будет выполнена на теплопередающую диэлектрическую жидкость, которая является маслом. Однако, любая другая теплопередающая диэлектрическая жидкость может быть использована.

Устройство 2 охлаждения включает в себя резервуар 4 для масла и средство для циркуляции масла.

Резервуар 4 жестко соединяется герметичным образом с корпусом 3, ниже по потоку от корпуса 3.

Таким образом, резервуар 4 устанавливается под электрической машиной 1, и корпус 3 формирует крышку резервуара 4.

Резервуар 4 формируется по существу как прямоугольный параллелепипед, основная длина которого является по существу коллинеарной с осью вращения ротора 30 электрической машины 1.

Таким образом, резервуар 4 протягивается, по существу в длину, параллельно длине электрической машины 1, в этом случае в поперечном направлении моторного транспортного средства.

В частности, резервуар 4 имеет длину по существу больше длины статора 31.

В этом случае длина резервуара 4, самое большее, равна длине корпуса 3. Действительно, резервуар 4 может иметь длину больше длины корпуса 3, но это будет вызывать увеличение в общем пространственном требовании блока, формируемого электрической машиной 1 и устройством 2 охлаждения, что является нежелательным.

Ширина резервуара 4 протягивается вдоль продольной оси моторного транспортного средства.

Резервуар 4 имеет ширину по существу равную значению диаметра статора 31 электрической машины 1.

Резервуар 4 имеет значение глубины менее значений длины и ширины.

Фактически, резервуар 4 устанавливается под корпусом 3, однако это является частым в случае электрических машин 1 для привода моторного транспортного средства, для этой машины 1, которая должна быть установлена в задней части моторного транспортного средства, под полом. В результате, для того, чтобы соответствовать требованиям дорожного просвета моторного транспортного средства, глубина резервуара 4 является относительно небольшой по сравнению с его габаритами по длине и ширине.

Средство циркуляции масла включает в себя всасывающее сопло 5, подходящее для всасывания масла из резервуара 4 под действием насоса, не показан, который транспортирует масло до распыляющего элемента, подходящего для распыления масла в корпус 3.

В этом случае распыляющий элемент включает в себя, для каждого продольного конца статора 31, распыляющее сопло, установленное в корпусе 3 напротив головки обмотки статора.

Головка обмотки статора представляет собой все части обмотки видимые на каждом продольном конце статора; видимые части также называются лобовыми частями обмотки. Кроме того, значительная доля тепла статора 31 во время работы электрической машины 1 создается на головках обмотки. По этой причине масло распыляется непосредственно на эти головки обмотки.

Масло, нагнетаемое посредством всасывающего сопла 5 в резервуаре 4, транспортируется, под действием насоса, до распыляющих сопел, которые распыляют масло на головки обмотки статора.

После соприкосновения с головками обмотки статора масло нагревается посредством теплообмена, что приводит в результате к охлаждению головок обмотки статора.

Распыленное масло затем стекает под действием силы тяжести до дна корпуса 3.

Большая часть масла, распыленного на головки обмотки статора, не поступает в электрическую машину, а протекает под действием силы тяжести по продольным торцевым стенкам статора. Другими словами, масло не поступает ни в воздушный зазор, ни в щели статора. Таким образом, масло протекает под действием силы тяжести по каждой стороне статора.

Выпускное отверстие 8, 8' предусматривается, для каждого продольного конца статора 31, в донной стенке корпуса 3, по существу ниже по потоку от ассоциированного продольного конца. Отверстие открывается, во-первых, в резервуар 4 и, во-вторых, в корпус 3.

Масло, распыленное в корпус 3, на головке обмотки статора одного конца статора, протекает на дно корпуса 3, проходит через выпускные отверстия 8, 8' и накапливается в резервуаре 4.

Вследствие того факта, что длина резервуара 4 по существу равна длине корпуса 3, выпускные отверстия 8, 8', каждое, протягиваются поблизости от бокового края 41, 42, соответственно, резервуара 4.

Ссылка также будет выполнена на боковые края 41, 42 резервуара 4 в качестве противоположных концов 41, 42 резервуара 4.

Таким образом, первый боковой край 41, 42 соответствует концу 41, 42 резервуара 4, причем этот конец является противоположным другому концу 42, 41 резервуара 4, соответствующего второму боковому краю 42, 41.

Чтобы правильно выпускать масло из корпуса 3 по направлению к резервуару 4, отверстия 8, 8', по существу протягивающиеся по длине корпуса 3, по существу соответствуют резервуару 4.

Таким образом, выпускное отверстие 8, 8' открывается в резервуар 4, поблизости от бокового края 41, 42, по существу по всей длине этого края 41, 42.

Однако, отверстия 8, 8' могут протягиваться по всей или части ширины резервуара.

Всасывающее сопло 5 устанавливается в резервуаре 4 так, чтобы иметь возможность всасывать накопившееся масло. В частности, всасывающее сопло 5 размещается по существу в середине резервуара 4.

Отверстие 51 сопла 5 ориентируется по направлению к дну 43 резервуара 4, так, чтобы помогать его погружению в масло.

Отверстие 51 всасывающего сопла 5 приводится ближе к дну 43 резервуара 4, так, чтобы максимизировать погружение сопла 5 в масло, в то же время гарантируя, что масло протекает правильно между дном 43 резервуара 4 и всасывающим соплом 5. Фактически, под действием насоса, всасывающее сопло 5 всасывает масло из резервуара 4, и если отверстие 51 всасывающего масла 5 находится вне масла, насос рискует обсохнуть.

Для того, чтобы предотвращать возможность расположения отверстия 51 всасывающего сопла 5 вне масла, целью является обеспечение того, что минимальное количество масла всегда присутствует в резервуаре 4.

Кроме того, во время поперечных ускорений моторного транспортного средства, и при заданном размещении выпускных отверстий 8, 8' корпуса 3, действие центробежной силы вызывает накопление масла на стороне резервуара 4, противоположной направлению поворота моторного транспортного средства. Это накопление масла вынуждает масло проходить обратно через выпускное отверстие 8, 8'. Поскольку масло проходит обратно в корпус 3, количество масла, присутствующего в резервуаре 4, уменьшается, и отверстие 51 всасывающего сопла 5 может быть расположено вне масла.

Для того, чтобы решать эту проблему, выпускной трубопровод 10, 10' устанавливается для каждого выпускного отверстия 8, 8'.

Каждый выпускной трубопровод 10, 10' протягивается в резервуар 4, между первым концом 11, 11' и вторым концом 12, 12'.

Первый конец 11, 11' выпускного трубопровода 10, 10' формирует герметичное соединение с ассоциированным отверстием 8, 8'.

Выпускные трубопроводы 10, 10' прикрепляются либо к боковому краю 41, 42 резервуара 4, либо к продольному краю резервуара 4, либо к корпусу 3, либо к нескольким из этих точек присоединения.

Выпускные трубопроводы 10, 10' могут также быть жестко присоединены посредством приклеивания, сварки, прикручивания или любого другого подходящего средства крепления.

В остальной части описания два трубопровода 10, 10' описываются без различения относительно друг друга, два трубопровода 10, 10' являются по существу идентичными в своей особой структуре, что облегчает и уменьшает затраты крупномасштабного производства таких трубопроводов 10, 10'.

Для краткости описания, когда ссылка выполняется на трубопровод 10, 10', без дополнительного уточнения, следует понимать, что это применяется к каждому выпускному трубопроводу 10, 10', ассоциированному с отверстием 8, 8'.

Второй конец 12, 12' трубопровода 10, 10' открывается в резервуар, так, чтобы предоставлять возможность маслу, протекающему через отверстие 8, 8', протекать в выпускной трубопровод 10, 10' от первого конца 11, 11' до второго конца 12, 12' и накапливаться в резервуаре 4.

Выпускной трубопровод 10, 10', следовательно, протягивается от бокового края 41, 42, соответствующего боковому краю 41, 42, поблизости от которого открывается ассоциированное отверстие 8, 8', и выпускной трубопровод 10, 10' протягивается в резервуар 4 в направлении противоположного бокового края 41, 42, например, поблизости от противоположного бокового края 41, 42.

Таким образом, два выпускных трубопровода 10, 10', каждый ассоциирован с отверстием 8, 8', проходят друг друга в резервуаре 4. Таким образом, первый конец 11 первого выпускного трубопровода 10 размещается, по длине резервуара 4, поблизости ко второму концу 12' другого выпускного трубопровода 10', и наоборот.

Таким образом, выпускной трубопровод 10, 10' формируется так, что расстояние между первым концом 11, 11' и вторым концом 12, 12' в резервуаре 4 больше расстояния между ассоциированным отверстием 8, 8' и отверстием 51 всасывающего сопла 5.

Выпускной трубопровод 10, 10' протягивается по существу диагонально в резервуар 4. Фактически, первый конец 11, 11' трубопровода 10, 10', формирующий герметичное соединение с ассоциированным отверстием 8, 8', размещается в верхней части резервуара 4.

Для того, чтобы предоставлять возможность маслу протекать под действием силы тяжести в выпускном трубопроводе 10, 10' до второго конца 12, 12', трубопровод имеет диагональный профиль со вторым концом 12, 12', который находится ниже в резервуаре 4, чем первый конец 11, 11'.

В этом случае второй конец 12, 12' размещается поблизости от дна 43 резервуара 4, например, на той же высоте, что и отверстие 51 всасывающего сопла 5.

Концы 11, 11', 12, 12' трубопроводов 10, 10' могут иметь изогнутую форму, так что они определяют по существу вертикальный фрагмент, который может помогать потоку масла поступать и выходить из трубопровода 10, 10' и, в частности, для второго конца 12, 12', ограничивать явление обратного потока во время поперечных ускорений моторного транспортного средства.

Трубопроводы 10, 10', таким образом, делают возможным предотвращение обратного прохождения масла в корпус 3 через отверстия 8, 8' во время поперечных ускорений моторного транспортного средства. Таким образом, гарантируется, что минимальное количество масла присутствует в трубопроводе 4 во время этих ускорений, для того, чтобы удерживать отверстие 51 всасывающего сопла 5 в масле, так, чтобы предохранять насос от обсыхания.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в улучшении охлаждения электрической машины. Устройство охлаждения устанавливается в мобильном блоке. Оно включает в себя резервуар для диэлектрической жидкости, который установлен на корпусе герметичным образом. Также включает в себя выпускной трубопровод для диэлектрической жидкости, который протягивается в резервуар от выпускного отверстия в корпусе.2 н.п 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство охлаждения для электрической машины, предназначенной для установки в мобильном блоке, причем устройство охлаждения содержит:

- корпус для приема электрической машины,

- резервуар для теплопередающей диэлектрической жидкости, имеющий дно и два противоположных конца, причем резервуар устанавливается непосредственно под корпусом, в то время как корпус имеет, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для теплопередающей диэлектрической жидкости, открывающееся в резервуар;

- средство для циркуляции, выполненное с возможностью осуществления циркуляции теплопередающей диэлектрической жидкости, причем средство для циркуляции выполнено с возможностью всасывать теплопередающую диэлектрическую жидкость на дне резервуара для распыления теплопередающей диэлектрической жидкости на электрическую машину, в то время как теплопередающая диэлектрическая жидкость протекает через по меньшей мере одно выпускное отверстие, открывающееся на одном конце из двух противоположных концов резервуара; и

- выпускной трубопровод для диэлектрической жидкости, протягивающийся в резервуар от по меньшей мере одного выпускного отверстия по направлению к другому концу из двух противоположных концов резервуара.

2. Устройство охлаждения по п. 1, причем средство циркуляции содержит всасывающее сопло, размещенное по существу равноудаленно от двух противоположных концов резервуара.

3. Устройство охлаждения по п. 2, причем выпускной трубопровод имеет первый конец и второй конец, расположенные с интервалом друг от друга на расстоянии, большем, чем расстояние между по меньшей мере одним выпускным отверстием и всасывающим соплом.

4. Устройство охлаждения по п. 3, причем первый конец выпускного трубопровода формирует герметичное соединение с по меньшей мере одним отверстием.

5. Устройство охлаждения по п. 3 или 4, причем второй конец выпускного трубопровода размещен поблизости от другого конца из двух противоположных концов резервуара.

6. Устройство охлаждения по п. 3 или 4, причем выпускной трубопровод протягивается диагонально между первым концом и вторым концом выпускного трубопровода.

7. Устройство охлаждения по любому из пп. 1-4, причем по меньшей мере одно выпускное отверстие протягивается по существу над всей длиной одного конца резервуара.

8. Устройство охлаждения по любому из пп. 1-4, причем выпускной трубопровод прикрепляется к стенке корпуса.

9. Устройство охлаждения по любому из пп. 1-4, причем

по меньшей мере одно выпускное отверстие включает в себя два отдельных отверстия, открывающихся на отдельных противоположных концах резервуара соответственно, и

выпускной трубопровод содержит два трубопровода, жестко присоединенных к двум отдельным отверстиям соответственно, причем один из двух трубопроводов протягивается от одного из двух отдельных отверстий по направлению к одному из двух противоположных концов резервуара, противоположному упомянутому одному из двух отдельных отверстий, причем другой из двух трубопроводов протягивается от другого из двух отдельных отверстий по направлению к другому из двух противоположных концов резервуара, противоположному упомянутому другому из двух отдельных отверстий.

10. Моторное транспортное средство, содержащее устройство охлаждения по любому из пп. 1-4.