290 特斯拉model3电机油冷设计的详细分析？

神行问答290：

请提供特斯拉model3电机油冷设计的详细分析或者介绍。

参考答案：

1、Tesla-空心轴套（专利号 US7579725）

此专利是由 Tesla 2007 年申请的一种用于电动汽车驱动电机转子的冷却方法和装置。我们知道特斯拉早期的驱动电机都是交流异步电机，由于电机高转速高功率的需要，电机转子也产生了相当大的热源，所以采用一种空心轴套的方法来使转子和转轴部分可以有效的散热。

原理简介：如图一，驱动轴103是一根较粗的驱动轴，在105端封闭，在107端打开。空心冷却剂进油管 109通过多个辐条支架111，刚性地连接到轴103上。在运行过程中，冷却剂通过从113端进入进油管109，直到流到闭合端105的内表面，冷却剂将重新沿115方向重新流回，从而冷却传动轴和所驱动的转子。其中闭合端105的内表面设计成凸出式结构701，可以有效的减小管路的压头损失。值得注意的是此方案需要两个密封圈117和113，防止冷却液泄露。

此方案的难点在于空心轴103和进油管109同时旋转需要他们之间刚性连接。特斯拉做了五种方案的连接支架，如下图。

图三采用多个辐条201将进油管刚性耦合到驱动轴103上，而图四的辐条301是耦合在一对同心圆的圆环303和305上，再进行装配。

图五和图六分别采用的是一种环形圆孔和环形方孔的支架，这种形式可以通过控制孔径的大小和开孔位置开控制115通道内的冷却剂流量和流向。

图七采用的是连续支撑件601，它由一个连续的支撑杆组成，该支撑杆呈螺旋状的缠绕着109进油管上，并将其与103轴连接，这种设计使冷却油113到115的顺利分离，从而保证了持续稳定的冷却剂流入流出。

2、Tesla-空心轴套+机壳冷却（专利号：US6191511）

在 Tesla 2007 的基础上，特斯拉在 2009 年做了改进。用机械离心泵代替了外置油泵，也不需要外置的散热器，并且在机壳上做了冷却流道来使定子部分充分冷却。冷却液通过定子和转子之间循环保证了良好的温度循环，也减少了温差引起的热膨胀量不同造成轴承的磨损。

具体方案如下：

异步电机的空心轴11通过轴承6和7固定在在定子法兰4和法兰5上，轴上的中心孔12延伸长度覆盖到整个电枢10和前后轴承6、7，这样不仅可以冷却到转子温度还能有效的冷却轴承的发热。离心泵20固定于进油管16上，其工作原理如下图所示，利用叶轮的高速转动产生离心力来抽取液体。

进油管16的外表面有螺旋肋17，同时驱动轴上也安装有2个纵向的叶片21。螺旋肋17和叶片21的配合可以产生额外的泵压，同时也有效的增大了热交换的表面积。叶片21选用柔性的材料，可以简单的横向变形。当电机低速旋转或静止时（如图三左边所示），叶片21和螺旋肋17保持较小的间距，这样可以确保电机在转速较慢时，冷却液也能有足够的流量。当电机高速旋转（如图三右边所示），叶片21发生横向的形变，相当于减少了水和叶片21冲击面积，这样相对于刚性不会形变的叶片减少高速旋转下流体损耗和机械损耗。冷却液如图一箭头所示，从进油管16流经空心轴13的通道15，再通过法兰5的环腔30流入机壳，通过机壳的散热通道流出法兰5的通道28内回到进油管，形成内部的油路循环。再整个回路中法兰5和轴承7之间安装油密封垫片32，防止漏油现象。

此发明最大亮点就在与油路完全内循环，通过机械离心泵来给油路提供动力，同时叶片的设计让电机在低转速有较大的冷却液流量输出，在高转速又减少了甩油损失，让电机在各个部位各个状态都可以得到充分冷却，减少轴承的轴向间隙，使电机寿命大大延长。

参考答案提供者：Henrey-白阳