油冷电机方案解析（二）

本文摘要（由AI生成）：

文章总结了几大主机厂和电机厂的油冷专利，主要聚焦于端部喷油和转子甩油的冷却方案。这些方案通过不同部件如壳体、端盖、轴、平衡盘等构成喷油和甩油油路，以实现全面的冷却效果。文章强调好的油冷系统应覆盖定子铁芯、绕组端部外侧、绕组端部内侧、转子铁芯和轴承等关键部位。由于油冷结构的复杂性，仿真结果与实际可能存在差异，因此设计优秀的油冷系统需要不断通过试验进行修正和优化。文章也提到，通过不断修正仿真模型和数据，可以开发出性能优异的产品。

背景：

根据我国工信部和发改委提出在2025年乘用车电机的功率密度要>4kW/kg，以及美国新能源部提出在2025年乘用车电机的功率密度要>5.7kW/kg的规划，新能源驱动电机对功率密度要求越来越高，且空间越来越紧凑。驱动系统的冷却一直是设计研发人员的主要关注点。冷却系统直接关系电机的性能及可靠性，随着温度的升高，电机内部铜导线的电阻也随之增加电机铜损增大，同时永磁电机中永磁体性能也会随温度的升高性能衰减，甚至永久退磁。油冷电机表现出优秀的绝缘性能和冷却效率，故电机油冷系统也是各大主机厂研发的热点。

目前各大知名整车厂及电机厂已有批产或正在研发的油冷驱动系统。如下表

从上表得出油冷电机主要应用于混动系统HEV、PHEV或者高性能车，这是因为对于某些B级或更高性能车，最高车速越来越高，峰值功率与持续功率要求高、对应持续时间长、运行工况恶劣，如多次急加急减等组合运行工况，电机的持续性能与温升表现相对关键，此时油冷电机的优势更易体现出来。且电机油冷系统可以和变速箱的油冷系统共用，不用再布置额外的散热器和泵。

由于A0、A级或紧凑SUV等整车运行工况对电机的持续性能要求相对没那么敏感；同时对于100kW以下的电桥或电机，功率相对较小，电机温升相对不是瓶颈因素，因此常规的水冷足以应付。

从高功率密度高速化的电机发展趋势来看，在一些混动等对结构空间布置、轴向尺寸等要求苛刻的场景，20000rpm以上超高速电机的发展应用，油冷技术成为不可或缺的解决方案。

但同时油冷系统对油品的要求，以及整个寿命周期内电机绝缘系统耐油性、油质清洁度管控、电机油路一致性、油路密封性、轴承寿命及可靠性等提出较高要求。此外在成本方面，整机成本也会上升2-4%，主要体现在绝缘系统（绝缘纸、漆包线、浸渍漆、套管、绑扎线等）的耐油性使材料成本提高。

同时不同油品对绝缘材料寿命的影响不一样的，如德士龙6就含有10-20种单剂。各主机厂使用的变速箱油还不同，如上汽一般使用嘉实多BOT351、广汽一般使用德士龙6、一汽一般使用壳牌，油品对都需要对绝缘材料进行验证也是对电机的一大考验。

此文主要从还是从结构方面介绍各厂家的油冷技术专利，供大家学习参考。

1. 上汽—CN106411050A

如图1.1、图1.2该油冷电机装配于变速箱内部，与变速箱共用箱体。其中油路如图1.1图1.2、图1.3所示，变速箱壳体（10）底部储油在吸滤（58）作用下，从变速箱底部（10）吸出，经吸滤（58）过滤被供应至泵进油管（54），通过油泵（52）的泵出油管（56），冷却油抵达电机的喷油系统。喷油系用由轴向喷油管路（62）和环形喷油管路（64）、（66）构成对电机定子绕组进行喷淋式冷却，在冷却电机后油返回到变速箱壳体（10）底部。

此设计种变速箱的油冷系统（50）由设置于变速箱内部的喷油系统（60）和设置于变速箱外的供油系统（40）构成，不需要在变速箱壳体上加工油路。简化变速箱壳体的结构设计和制造，降低变速箱壳体的加工要求，变速箱壳体底部的润滑油作为电机的冷却油，电机不需要额外配备专门的冷却系统。

其中吸滤（58）用于吸抽变速箱壳体底部的储油，并滤除油中污染物颗粒，以控制油的清洁度保护油泵（52）。

如图1.3轴向喷油管（62）沿着电机轴向长度设置有多个喷油孔沿A向均匀向定子喷油，环形喷油管（64）、（66）设置有多个喷油孔沿B向对定子绕组端部喷油冷却，实现电机均匀散热。

如图1.2、图1.4环形喷油管（64）、（66）上分别设有固定用凸耳(24)、(74)、(76)、(78)，用螺钉穿过螺钉孔(84)使喷油管固定在变速箱上

如图1.2轴向喷油管（62）上设置有折弯管（59）用于在变速箱壳体的集油盒中连通供油系统（40）和喷油系统（60），其中折弯管（59）连接轴向喷油管（62）中间位置，可使前后两端的环形喷油压力均匀。

折弯管（59）和前端环形喷油管（66）为一体件，降低冷却油泄露风险。前后两端环形喷油管为串联件，方便电机的装配。

总结：在系统可以不需要在变速箱壳体上加工油路条件下，依靠外置油路和吸滤吸取变速箱底部冷却油，油泵将油送至变速箱顶部通过轴向喷油管路和环形喷油管路，实现电机均匀散热。

2. 上汽—CN207382136U

如图2.1，电机由定子总成（1）、油管（2）、筒状钢套（3）构成，其中定子总成（1）与筒状钢套（3）过盈配合，油管（2）装配在筒状钢套（3）外侧。

如图2.2，此系统油路：冷却油通过进油口（6）进入油管（2），一部分冷却油由油管（4）上喷嘴（7）透过对应的冷却槽（8）喷射在定子端部绕组（9），实现对两端端部绕组（9）的冷却；另一部分冷却油由直线油管（5）上的喷嘴（7）喷射至筒状钢套（3）的表面，实现对筒状钢套（3）的冷却，进而冷却定子总成（1）。

如图2.3此方案根据电机所需散热区域的面积计算出喷嘴参数，如喷嘴喷射角度、高度、数量，然后通过焊接或螺纹连接方式，将喷嘴（7）固定于油管（2）上，最后向油管（2）的进油口（6）提供冷却油液，通过喷嘴（7）向电机散热区域喷油。

总结：此方案与方案1类似也是通过增加油管进行喷油冷却，不同点在于在油管处增加喷嘴，通过喷嘴（7）的设计利用喷嘴（7）雾化能力强、喷射区域大，提高了电机散热能力，有效解决了油孔直接喷射造成的两端绕组散热不均，油管（2）和钢套（3）之间不固定，且留出绕组端部空间，便于测试、维修、检测。

3. 上汽—CN110323895A

如图3.1、3.2驱动电机和变速箱（16）一体式结构，电机壳体(2)通过止口与变速箱(16)配合，驱动电机转轴（12）通过花键（6）与变速箱的齿轴系传动连接，实现动力传动。

如图3.2其中电机壳体(2)在底部设有储存变速箱油的储油区(14)，储油区（14）与变速箱（16）相连通，其油位超过驱动电机的最低气隙，并淹没部分电机转子（11）。电机工作时，通过转子（11）搅动储油区（14）的变速箱油，并且通过转子（11）旋转甩油冷却定子的上半部分。

前轴承（9）安装在壳体（2）左侧止口内的电机前轴承支撑板（1）的中心处，前轴承支撑板（1）在转轴（12）下方设有通孔，储油区（14）通过该通孔与变速箱（16）相连，以便变速箱（16）内的变速箱油能顺利进入驱动电机储油区（14）。

为便于检查储油区（14）油液油位，防止变速箱油过多或不足，电机壳体（2）的一侧设置有液位观察窗口（5），以便相关人员调整油位。

储油区（14）底部与电机定子（10）之间有一定间距，如图示电机壳体底部向下扩展成矩形形状，以便有足够空间来形成储油。储油区（14）底部设有水冷腔，水冷腔由“S”形水道（7）和进出水口（15）构成，带走变速箱油传递给电机壳体（2）的热量。

如图3.3电机转子（11）设有平衡盘（17），在平衡盘（17）上分别设有8个甩油结构，甩油结构由甩油槽（18）、甩油孔（19）构成，其中甩油槽呈矩形位于平衡盘内壁，甩油孔为圆形孔位于平衡盘外壁且尺寸小于油槽（18）尺寸，且每一个油槽（18）对应一个甩油孔（19）。甩油结构可将油带到电机腔内高位，实现电机端部绕组的冷却，冷却油跌落时可对电机轴承进行润滑。

总结：此系统为水冷、油冷双重冷却系统。水冷系统为常规的”S”形水道冷却机壳，油冷系统借用变速箱润滑油，通过转子搅油来实现定子转子的冷却，此系统可省去额外的冷却油路和额外的油泵系统，借用电机转子和平衡盘的旋转搅动储油区的储油，以达到冷却电机定子绕组和润滑轴承的目的。此系统纯电驱动系统降低了制造和使用成本，但该系统需要将油温维持在较高的温度，以降低油的粘稠度，否则会有较大的变速箱齿轮和电机转子的搅油损耗。

4. 联电—CN108011466A

图4.1    如图4.1该系统电机冷却油由进油口通过流量控制单元分别进入机壳冷却回路和绕组冷却回路，两回路相互独立，其中绕组冷却回路包括前绕组冷却回路和后绕组冷却回路，两回路相互连通。机壳冷却回路通过机壳上侧出油嘴冷却定子铁芯，绕组冷却回路通过绕组出油嘴冷却绕组端部。

流量控制单元根据电机转速和转矩，判断电机当前运行工况，得到当前电机运行工况对应的电机绕组产生的铜耗以及铁芯产生的铁耗，根据铜耗和铁耗的大小控制向内机壳冷却回路的供油量及向绕组冷却回路的供油量。

电机当前运行工况为恒转矩区时，向内机壳冷却回路的供油量小于绕组冷却回路的供油量；电机当前运行工况为高速弱磁区域时，电机转速高于设定值则向内机壳冷却回路的供油量大于绕组冷却回路的供油量。

流量控制单元同时根据电机绕组端部温度和绕组槽内温度，控制向内机壳冷却回路的供油量及向绕组冷却回路的供油量。

当电机绕组端部温度高于电机绕组内部温度且高于设定温度，则控制增大向绕组冷却回路的供油量；当电机绕组内部温度高于电机绕组端部温度且高于设定温度，则控制增大向机壳冷却回路的供油量

电机转子侧设置有转子油路，通过出油嘴将冷却油喷洒在电机转子端面（图示未给出），其中转子油路和机壳冷却回路及绕组冷却回路相互独立。

当电机转速超过设定时，则控制开启转子冷却回路。

总结：结合电机运行工况和温度传感器反馈温度大小通过流量控制单元得到不同控制指令，对冷却油量进行合理分配，并实时调整。以提升冷却效率达到提升电机性能。

5.长春一汽—CN209329892U

电机总成和逆变器总成共用壳体，驱动单元模块上侧与驱动板连接，下侧与壳体外表面贴合，电容上侧为控制板，下侧与壳体外表面贴合。

冷却油通过端盖进油孔的7条端盖油道进入第一油路用来冷却轴和第二油路用来冷却定子组件和逆变器总成。

端盖油道每条直径各不相同，每条油道顶端用钢球密封。

第一冷却油路通过前轴承左侧的回油通道和回油孔将冷却油回收至壳体底部的回油槽，轴前端有密封用的密封钢球。

第二冷却油路壳体处有两处喷洒部，冷却对应定子组件的出线端和非出线端。每处喷洒部有3个喷洒孔，使喷油更均匀。

壳体底部形成有相连通的回油口和回油流道。

总结：电机和逆变器一体壳设计，通过端盖使冷却油分别进入第一机壳油路和第二轴油路，第一机壳油路冷却定子和逆变器组件并同时通过喷洒孔设计冷却电机绕组端部，第二轴油路冷却转子和轴承。

6.比亚迪—CN206149098U

如图6.1、图6.2此系统油路：冷却油从进油口（101）流入壳体（10），壳体油路（14）分为两路，一路通过壳体喷油口（14a）喷洒在绕组端部；另一路流入端盖油道（12b）并流向转子油路（21a），通过端板油路（23a）和端板喷油口（24a）向定子甩油，回落至空腔（13）的油通过出油口（102）与外部回油管路连通。

如图6.1壳体（10）包括内壳体（11）和外壳体（12），内壳体（11）和前端盖（11a）一体式构成，并和外壳体（12）之间设置有密封圈（103），保证密封性，防止漏油。内壳体（11）上的环形筋（11b）和外壳体（12）构成壳体油路（14），其中环形筋（11b）均匀间隔且平行，提高内壳（11）强度，增加散热面积。

如图6.3、图6.4每条环形筋（11b）具有至少两个缺口（11d），每组缺口（11d）沿轴向正对设置。内壳（11）外壁还有比环形筋（11b）高的隔断筋（11c），隔断筋（11c）止抵外壳（12）使内壳体（11）和外壳体（12）之间的壳体油路（14）分为两条支路，壳体油路（14）通过豁口（11e）与转子油路（24）连通。

如图6.2、图6.5转轴（21）的周壁上设油孔，油孔贯穿转轴（21）的周壁且与轴腔（21a）连通并连通端板油路（23a）

总结：此电机油路设计和水冷电机相似，利用内外壳体构成壳体油道，冷却定子的同时相绕组端部喷油；利用内壳豁口和后端盖构成端盖油道，并连通空心转轴，通过转轴和端板的甩油孔向定子绕组甩油。

7.大洋—CN203554162U

如图7.1、图7.2此系统油路：在机壳（4）的空腔（41）里装有部分冷却油，当转轴（1）转动时带动叶轮（7）旋转，并产生负压，将机壳（4）空腔（41）底部的冷却油前后通过第二进油孔（52）、第一油道（53）、第一进油孔（510）吸入到后轴承室（512）。后轴承室（512）里的冷却油从转轴（1）端部流入转子内部的第二油道（11）由于转轴（1）高速离心力的作用，冷却油会通过转轴上的出油孔（12）沿周向冷却定子组件、转子组件以及前轴承。

如图7.3、图7.4、图7.5、图7.6、图7.7后端盖（55）上的后轴承室（512）内侧底壁上设有第一进油孔（510），在后轴承室（512）外侧底壁设有第二进油孔（52），两孔通过第一油道（53）相互连通。

转轴（1）为空心轴在轴内部设有第二油道（11），其中第二油道（11）与三处出油孔（12）相连通。三处出油孔（12）分别连通前后转子端板（22）和前轴承室（511）

如图7.8、图7.9、图7.10前端盖（54）的前轴承（61）外侧安装有油封（8），在前轴承室（511）内壁上在径向方向设置有出油孔（5110），流到前轴承室的冷却油经过出油孔（12）流回电机空腔（41）。其中出油孔（5110）倾斜于前轴承室（511）的竖直中心线，可使部分冷却油存储在前轴承室（511）里，对轴承直接冷却，提高轴承寿命。

在前端盖（54）外侧设置有注油孔（56），便于向电机空腔（41）内加冷却油，在电机工作状态时注油孔（56）用密封螺栓密封。

总结：电机冷却系统由机壳水冷系统以及转轴和端盖内部的油冷系统构成，通过转轴带动叶轮产生负压吸取定子腔体内的部分储油，。并通过端盖和转轴的油道实现转子甩油，冷却转子及绕组端部以及轴承，但轴前后出油孔的压差不同，可能导致绕组前后散热不均，靠近后端盖的出油孔流量会大于靠近前端盖的出油孔。整个油路无需其他散热器和油泵，成本低，可靠性高。

8.精进—CN103296824A

如图8.1、图8.2、图8.3该电机油冷系统包括壳体前端面的进油口（10）、与进油口（10）连通的轴向油道（11）、与轴向油道（11）连通的四条支路、导油管尾端的出油口（27）。

第一支路用于冷却定子铁芯，由第一油道（15）、第一圆周油槽（14）、第二圆周油槽（16）构成，其中第一圆周油槽（14）、第二圆周油槽（16）是由壳体凹槽和定子外表面配合后形成的通道。

第二支路用于冷却绕组前端部，由第二油道（12）、前油槽（13）、前油封环上的多个前出油嘴（2）构成，其中前油槽（13）由壳体凹槽和前油封环（3）外表面形成的通道。前油封（3）上有沿圆周方向分布的前安装孔（24），用于安装后出油嘴（2）。

第三支路用于冷却绕组后端部，由第三油道（17）、后油槽（18）、后端盖上的多个后出油嘴（7）构成，其中后油槽（18）由壳体凹槽和后端盖上局部油封环外表面形成的通道。后端盖上有沿圆周方向分布的后安装孔（19）用于安装后出油嘴（7）。

第四支路用于冷却转子，由竖直油道（21）、后轴承油道（22）、导油管（9）中的轴向油道（25）、径向孔（26）构成，其中导油管（9）与后端盖螺纹连接，冷却油经过轴向通道（25）通过径向孔（26）和出油口（27）抵达转轴内腔，在转轴旋转产生的离心力作用下向转子和轴承甩油。

该油冷系统通过壳体（1）中的进油口（10），分别流向由壳体和定子配合构成的第一油道（15）、壳体和油封环配合构成第二油道（12）、壳体和后端盖油封环构成的第三油道（17）以及通向转子内腔的导游管。

总结：此电机采用壳体、后端盖、定子铁芯、前油封环共同提供定子冷却通道，代替壳体内部密封油道，只需加工开放式的圆周矩形油槽，降低壳体铸造成本，后端盖和转子导游管共同提供转子的冷却油道，代替转子内部密封油道，只需加工圆孔油道装配即可。

9.恒大—CN109194035A

如图9.1、图9.2、图9.3此电机冷却系统油路：冷却油由机壳顶部进油口（31）经过机壳环形油道（33）到达前后导油环（2）（5）处，通过导油环的喷油口将冷却油均匀喷射在定子绕组上端部，绕组上端部的冷却油受重力影响跌落至引油板（12）（72），经引油板将冷却油引如转子支架（64）的内腔，由于电机转子（6）旋转离心力的作用，油液沿着转子支架（64）的带斜度内腔向外侧流动，到达平衡板（62）时，被平衡板（62）高出转子支架（64）的部分挡住，随后油液进入平衡板（62）的集油槽内，在离心力的作用下，油液从甩油孔甩出对定子绕组端部内侧进行冷却。

图9.4、图9.5分别为导油环（2）（5）和引油板（12）（72）结构，其中导油环（2）（5）安装在机壳的卡槽上，在油环油道（21）（51）上开油沿圆周方向分布额喷油口（22）（52）；引油板（12）（72）通过螺栓安装在前后端盖的内腔面上，引油板（12）（72）上设置有多根沿圆周分布的条状筋，防止油从两侧滑落。

图9.6、图9.7前后平衡（62）板通过长螺杆和螺母与转子固定，平衡板（62）靠近转子（65）的一面设油沿圆周方向延伸的集油槽（621）以及连同集油槽（621）的甩油孔（622），集油槽（621）的直径大于转子支架（64）直径，致使油可以顺着支架外套管（641）从甩油孔甩出。

总结：此电机油冷设计可以有效的冷却定子铁心，也是通过机壳内腔凹槽与定子铁芯外表面配合形成机壳油道，机壳无心结构，加工更加单。转子冷却通过引油板将冷却油倒入转子内腔，无需空心轴，无需动密封。冷却部分全面且加工成本低。

总结：

文章主要列举了几大主机厂和电机厂油冷专利，总整体来看主要以端部喷油和转子甩油的方案为主，通过壳体、端盖、轴、平衡盘的结构构成喷油油路和甩油油路，或通过管路、集油盘，进行绕组端部喷油。还可以发现好的油冷系统冷却部位要全，包括定子铁芯、绕组端部外侧、绕组端部内侧、转子铁芯、轴承在冷却时都得照顾到，因为在高速时铁芯铁耗及磁钢涡流损耗，是影响电机温升的主要因素，如果只是单一的端部喷油冷却，对电机温度场分布极为不利。

从油冷结构设计角度来说由于端部喷油或者甩油对流体仿真工程师来说是极为复杂的边界条件，且冷却油在绕组端部表面自然流淌与绕组转子离心力密切相关，仿真结果可能于实测结果相差巨大，故大大增加了油冷系统的设计难度。虽然油冷专利方案很多，但要做好温度场优秀的油冷还需要不断通过试验去精雕细琢，同时根据试验结果不断修正仿真模型和数据能优异的产品。