CN116885900A - 一种新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，包括外骨架、垫圈、密封组件和导流组件，密封组件包括至少贴合在导流组件一侧的由金属材料制备的内骨架和唇边，导流组件包括导电环、导电硅胶，导电硅胶填充在导电环与内骨架之间，外骨架外圈与电机壳紧密配合，外骨架内圈与垫圈紧密配合，均构成电性导通，导电环内圈设置有碰触轴外圈的弧形电刷，导电环两侧面开设有用于注入液态导电硅胶的导流环槽，该新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件解决了新能源汽车电机高转速下产生的轴电流腐蚀轴周边零件，影响到主轴上套设的轴承等配件工作状态的稳定性，进而影响到电机在高转速、高功率和大扭矩下的工况稳定性、可靠性和安全性的问题。

Description

一种新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件

技术领域

本发明涉及新能源汽配件技术领域，具体涉及一种新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件。

背景技术

目前新能源汽车市场火热，针对新能源汽车的“三电”开发进展飞速，多家新能源车企针对电机、电池和电控的研发投入不断攀升，其中最为重要的电机技术成为当下亟待攻克的技术难题，新能源汽车电机从原理上来说，分为水冷电机和油冷电机。

水冷电机的结构其实同内燃机十分相似，其也是用冷却液循环到电机壳体内部的水道，从而把电机的热量带走，如此做法能够有效节约成本，电机与电池均能共有一套水冷系统。

油冷电机则采用了传统燃油车的变速箱油，这种油液不导电、不导磁，可以直接灌入到电机内部和电机的转子以及定子绕组进行更有效率的热交换，其散热效果要比水冷系统更佳。

因为目前新能源汽车的电机技术障碍存在于电机功率、扭矩和转速极限，目前可掌握的最高功率也难以突破300KW，最大扭矩也很难突破500Nm，其中需要突破的技术难点在电机主轴在高转速下的稳定性、可靠性、安全性。

我们已经掌握的技术问题在于高转速下的电机主轴会因为电机内部的各种定子、转子部件的静态、动态摩擦产生轴电流。特别是高压800V新能源汽车动力总成，其轴电流尤为明显。轴电流的产生会腐蚀周边零件，直接影响到主轴上套设的轴承工作状态的稳定性，进而影响到电机在高转速、高功率和大扭矩下的工况稳定性。功率越高，轴电流越大，危害更强。

为此多家车企已经为解决轴电流问题研讨、设计和论证了多种方案，目前能够采用的方案就是在轴承位置配合一种金属电刷，将高转速下的轴产生的电流导引出去，释放掉电流，但是金属电刷导流的实际效果会因为电机采用的水冷方案或者油冷方案受到制约，金属电刷需要与水或油隔离开才能发挥作用；且金属电刷本身也会对轴造成磨损，按压接触力度越大，越影响轴的转速；并且还会使轴快速发热，导致整个电机动力总成内部热量攀升，影响动力总成的热交换，造成工况不稳。

发明内容

本发明目的：为了解决新能源汽车电机高转速下会产生的轴电流会腐蚀轴周边零件，影响到主轴上套设的轴承等配件工作状态的稳定性，进而影响到电机在高转速、高功率和大扭矩下的工况稳定性、可靠性和安全性的问题，需要设计一种能够将轴电流快速引导释放掉的汽配件，且能够阻隔水冷或油冷系统中的水或油，起到密封效果；在与轴接触电性导通的同时，给轴外周施加微小的外力，滑动摩擦力大大减小，不影响轴的转速，从而有效降低电机能耗，且保证了电机工作稳定性、安全性，车企可以放心给电以提升电机功率，进而使新能源汽车电机可以释放的转速、功率和扭矩技术参数水平再上一个台阶。

为解决上述问题采取的技术方案是：

一种新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，包括由金属材料制备的外骨架、由金属材料制备的垫圈、被外骨架和垫圈紧密压紧的密封组件和导流组件，所述密封组件包括至少贴合在导流组件一侧的由金属材料制备的内骨架和唇边，所述导流组件包括导电环、液态固化后的导电硅胶，所述导电硅胶填充封装在导电环与内骨架之间，以增大电性导通的接触面积，提高导电率，

所述外骨架、垫圈、内骨架、唇边、导电环均呈环状，且套设在高转速轴上，

所述外骨架外圈与电机壳紧密配合，外骨架内圈与垫圈过盈紧密配合，均构成电性导通，

所述内骨架另一面紧密贴合在外骨架内壁或垫圈内壁上，将由导电环引导而来的电流快速传导给外骨架或垫圈，并由外骨架和垫圈将轴电流快速接地释放掉，

所述内骨架与唇边通过模压一体成型，所述唇边最内圈的横截面呈折线形，弯折点所在位置为唇尖，唇尖与轴外圈贴合，以密封唇边外侧的水冷系统的水或油冷系统的油，

所述导电环内圈设置有碰触轴外圈的弧形电刷，所述弧形电刷以倾斜姿态与轴接触，并保持微小夹紧力，以保持电性导通，所述导电环两侧面至少开设有一圈用于注入液态导电硅胶的导流环槽，且导流环槽设置于导电环内圈，以更靠近唇边的方式缩短导电环与轴之间的电性导通距离。

进一步地，所述唇边采用橡胶或硅胶材质制备。

进一步地，所述弧形电刷采用树脂导电材料制备，在与轴的直接接触时，具备耐磨、耐高温、自润滑的作用，并具备一定的弹性，使弧形电刷与轴保持接触。

进一步地，所述唇边最外圈设置有环形槽，所述环形槽内套设有弹簧圈，用于给唇边施加径向的按压力，保证唇尖与轴贴合牢靠，有效防止外部的水或油进入导流组件。

进一步地，所述导电环两侧面的导流环槽相互连通，以进一步提升导电率。

进一步地，所述导电环同侧的多圈导流环槽互相连通，以进一步提升导电率。

进一步地，所述弧形电刷与轴的接触弧面环形阵列地设置有弧形接触环，所述弧形接触环截面呈半圆形，用于直接和轴接触，直接引导轴电流。

优选的，所述弧形电刷与导流环槽之间设置有连通槽，弧形电刷与轴的接触弧面环形阵列地设置有若干个导电孔，导电孔与连通槽连通，且导电孔与连通槽内均填充有液态导电硅胶，使得导电孔、连通槽和导流环槽均采用液态导电硅胶填充，并经过加热固化后形成整体，有利于将轴电流直接通过弧形电刷的导电孔快速引导到内骨架，并由金属材质的内骨架、外骨架引导到电机壳接地释放掉。

本发明的有益效果是：

1.该新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件解决了新能源汽车电机高转速下产生的轴电流腐蚀轴周边零件，影响到主轴上套设的轴承等配件工作状态的稳定性，进而影响到电机在高转速、高功率和大扭矩下的工况稳定性、可靠性和安全性的问题；攻克目前全球各大动力总成车企面临的前沿技术难题，属于必须要短时间内解决的问题，否则很难量产，并有安全隐患；

2.本密封件能够阻隔水冷或油冷系统中的水或油，起到密封效果；

3.设计的弧形电刷以倾斜姿态与轴接触，并保持微小夹紧力，以保持电性导通，给轴外周施加微小的外力，滑动摩擦力大大减小，不影响轴的转速，从而有效降低电机能耗，且保证了电机工作稳定性、安全性，车企可以放心提升给电功率以提升电机功率；

4.采用液态导电硅胶弥补树脂导电材料的电阻率较大的不足，增大了导电环与内骨架之间的导电接触面积，更容易导出电流，降低对导电环树脂导电材料的技术要求，降低成本；

5.利用液态固化后的导电硅胶与轴之间尽可能缩短电性导通的距离的方式，可以将轴电流快速引导释放掉，轴电流产生即刻被释放，可以提高电机在高功率下的工作稳定性；

6.在不需要封油、封水的电机内，也可以单独采用导流组件与高转速轴接触配合，快速释放掉轴电流，并且有利于导流组件快速散热；

7.在弧形电刷与轴的接触弧面环形阵列地设置有弧形接触环，可直接和轴接触，直接引导轴电流，且降低拖拽扭矩，减少轴高转速下的能耗。

附图说明

图1为实施例1新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件的剖视图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为实施例2新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件的剖视图；

图4为实施例3新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件的剖视图；

图5为实施例4新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件的剖视图；

图6为实施例5新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件的剖视图；

图7为图6中B处的局部放大图；

图8为实施例6新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件的剖视图；

图9为实施例6所述导电环的立体图；

图10为图9中C处的局部放大图；

图11为实施例7新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件的剖视图；

其中，1-外骨架，2-垫圈，3-弹簧圈，4-右侧唇边，5-右侧内骨架，6-导电环，7-导电硅胶，8-左侧唇边，9-左侧内骨架，10-唇尖，11-弧形电刷，12-导电孔，13-连通槽，14-弧形接触环，15-通孔，16-导流环槽，17-轴。

具体实施方式

下面将结合附图说明，对本发明的技术方案以多个实施例的方式进行清楚、完整地描述。

实施例1：

参阅图1和图2，本实施例公开了特别适用于新能源汽车电机的双侧油冷系统封油的高转速轴17的快导流密封件，包括由金属材料制备的外骨架1、由金属材料制备的垫圈2、被外骨架1和垫圈2紧密压紧的密封组件和导流组件，所述密封组件包括对称贴合在导流组件两侧的由金属材料制备的内骨架和唇边，包括左侧内骨架9、左侧唇边8和右侧内骨架5、右侧唇边4；所述导流组件包括导电环6、液态固化后的导电硅胶7，所述导电硅胶7填充封装在导电环6与内骨架之间，以增大电性导通的接触面积，实现导电粘接，降低接触阻抗，提高导电率，并且具备粘结功能，在轴高转速工况下不易发生位移。

所述外骨架1、垫圈2、内骨架、唇边、导电环6均呈环状，且套设在高转速轴17上，所述外骨架1外圈与电机壳紧密配合，外骨架1内圈与垫圈2过盈紧密配合，均构成电性导通。

所述内骨架另一面紧密贴合在外骨架1内壁或垫圈2内壁上，将由导电环6引导而来的电流快速传导给外骨架1或垫圈2，并由外骨架1和垫圈2将轴电流快速接地释放掉。

所述内骨架与唇边通过模压一体成型，所述唇边采用橡胶材质制备，唇边最内圈的横截面呈折线形，弯折点所在位置为唇尖10，唇尖10与轴17外圈贴合，以密封唇边外侧的油冷系统的油，所述唇边最外圈设置有环形槽，所述环形槽内套设有弹簧圈3，用于给唇边施加径向的按压力，保证唇尖10与轴17贴合牢靠，有效防止外部的油进入导流组件。

所述导电环6内圈设置有碰触轴17外圈的弧形电刷11，所述弧形电刷11以倾斜姿态与轴17接触，并保持微小夹紧力，以保持电性导通且不产生较大滑动摩擦力，发热量极小；所述导电环6两侧面开设有用于注入液态导电硅胶7的导流环槽16，两侧面的导流环槽16借助通孔15相互连通，且导流环槽16设置于导电环6内圈，以更靠近唇边的方式缩短导电环6与轴17之间的电性导通距离，在温度基本恒定的情况下，有公式：

R＝ρL/S (1-1)

其中：ρ为电阻率，L为材料的长度，S为面积。可以看出，材料的电阻大小与材料的长度L成正比，而与其截面积S成反比，故导流环槽16越靠近轴17，导电硅胶7的长度L越短，电阻越低，进一步提升导电率。

进一步的实施方案是，所述弧形电刷11采用树脂导电材料制备，在与轴17的直接接触时，具备耐磨、耐高温、自润滑的作用，并具备一定的弹性，使弧形电刷11与轴17保持接触。

优选的实施方案是，所述弧形电刷11与导流环槽16之间设置有连通槽13，弧形电刷11与轴17的接触弧面环形阵列地设置有若干个导电孔12，导电孔12与连通槽13连通，且导电孔12与连通槽13内均填充有液态导电硅胶7，使得导电孔12、连通槽13和导流环槽16均采用液态导电硅胶7填充，并经过加热固化后形成整体，采用液态导电硅胶7弥补树脂导电材料的电阻率较大的不足，增大了导电环6与内骨架之间的导电接触面积，更容易导出电流，降低对导电环6树脂导电材料的技术要求，降低成本；将轴电流直接通过弧形电刷11的导电孔12快速引导到内骨架，并由金属材质的内骨架、外骨架1引导到电机壳接地释放掉，解决了新能源汽车电机高转速下产生的轴电流腐蚀轴17周边零件，影响到主轴17上套设的轴17承等配件工作状态的稳定性，进而影响到电机在高转速、高功率和大扭矩下的工况稳定性、可靠性和安全性的问题。

实施例2：

参阅图3，本实施例公开了特别适用于新能源汽车电机的双侧油冷系统封油的高转速轴17的快导流密封件，与实施例1公开的技术方案区别仅在于：所述导电环6两侧面开设有用于注入液态导电硅胶7的导流环槽16，两侧面的导流环槽16相互不连通，且导流环槽16设置于导电环6内圈，以更靠近唇边的方式缩短导电环6与轴17之间的电性导通距离，同样可以提升导电率，实施后的技术效果与实施例1相当。

实施例3：

参阅图4，本实施例公开了特别适用于新能源汽车电机的单侧油冷系统封油的高转速轴17的快导流密封件，与实施例2公开的技术方案区别仅在于：所述密封组件包括贴合在导流组件右侧的由金属材料制备的内骨架和唇边，包括右侧内骨架5、右侧唇边4，而导电环6与外骨架1之间填充有液态导电硅胶7，本实施例的弧形电刷11与导流环槽16之间设置有连通槽13，弧形电刷11与轴17的接触弧面环形阵列地设置有若干个导电孔12，所有导电孔12与连通槽13内均填充有液态导电硅胶7，使得导电孔12、连通槽13和导流环槽16均采用液态导电硅胶7填充，并经过加热固化后形成整体，有利于将轴电流直接通过弧形电刷11的导电孔12快速引导到内骨架，并由金属材质的内骨架、外骨架1引导到电机壳接地释放掉，实施后的技术效果与实施例2相当，并且弧形电刷11外侧空间流通，有利于散热，防止电阻增大，提高导电率。

实施例4：

参阅图5，本实施例公开了特别适用于新能源汽车电机的无水冷或油冷系统的高转速轴17的快导流密封件，与实施例3公开的技术方案区别仅在于：无密封组件，且导电环6两侧面与外骨架1和垫圈2紧密贴合，且贴合面均填充有液态固化后的导电硅胶7，将轴电流直接通过弧形电刷11的导电孔12快速引导到内骨架，并由金属材质的内骨架、外骨架1引导到电机壳接地释放掉，且弧形电刷11两侧空间流通，有利于散热，提高导电率。

实施例5：

参阅图6和图7，本实施例公开了特别适用于新能源汽车电机的双侧油冷系统封油的高转速轴17的快导流密封件，与实施例1公开的技术方案区别仅在于：所述弧形电刷11与导流环槽16之间未设置连通槽13，弧形电刷11与轴17的接触弧面环形阵列地未设置导电孔12，但在弧形电刷11与轴17的接触弧面环形阵列地设置有弧形接触环14，参阅图9和图10，所述弧形接触环14截面呈半圆形，用于直接和轴17接触，直接引导轴电流，且降低拖拽扭矩，减少发热，减少电机输出功率的损失。在轴17高速旋转状态下，弧形接触环14始终保持与轴17的接触，电性连接稳定可靠，有助于时刻保持对轴电流的引导释放，导电率依旧良好。

实施例6：。

参阅图8，本实施例公开了特别适用于新能源汽车电机的单侧油冷系统封油的高转速轴17的快导流密封件，与实施例5公开的技术方案区别仅在于：所述密封组件包括贴合在导流组件右侧的由金属材料制备的内骨架和唇边，包括右侧内骨架5、右侧唇边4，实施后的技术效果与实施例5相当，并且弧形电刷11外侧空间流通，有利于散热，导电率依旧良好。

实施例7：

参阅图11，本实施例公开了特别适用于新能源汽车电机的双侧油冷系统封油的高转速轴17的快导流密封件，与实施例1公开的技术方案区别仅在于：所述弧形电刷11与导电环6其余部分材质不同，其余部分采用橡胶材质，可大大减少对树脂导电材料的需求，降低成本。最外圈还设置金属支撑圈18，在连通槽13、导电孔12、导流环槽16、通孔15内均填充封装有液态导电硅胶7的情况下，利用模压成型工艺将金属支撑圈18、导电环6、弧形电刷11和液态固化后的导电硅胶7压成一体，在弧形电刷11与高转速轴17接触时，导电孔12内的导电硅胶7快速引导轴电流，并向外骨架传动释放，电性连接稳定可靠，有助于时刻保持对轴电流的引导释放，导电率依旧良好。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，包括由金属材料制备的外骨架、由金属材料制备的垫圈、被外骨架和垫圈紧密压紧的密封组件和导流组件，其特征在于：所述密封组件包括至少贴合在导流组件一侧的由金属材料制备的内骨架和唇边，所述导流组件包括导电环、液态固化后的用于增大接触面积以提升导电率的导电硅胶，所述导电硅胶填充在导电环与内骨架之间，

所述内骨架另一面紧密贴合在外骨架内壁或垫圈内壁上，将由导电环引导而来的电流快速传导给外骨架或垫圈，并由外骨架和垫圈将轴电流快速接地释放掉，

所述导电环内圈设置有碰触轴外圈的弧形电刷，所述弧形电刷以倾斜姿态与轴接触，并保持微小夹紧力，且保持电性导通，所述导电环两侧面至少开设有一圈用于注入液态导电硅胶的导流环槽，且导流环槽设置于导电环靠近轴的内圈。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，其特征在于：所述外骨架、垫圈、内骨架、唇边、导电环均呈环状，且套设在高转速轴上，所述外骨架外圈与电机壳紧密配合，外骨架内圈与垫圈过盈紧密配合，均构成电性导通。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，其特征在于：所述内骨架与唇边通过模压一体成型，所述唇边最内圈的横截面呈折线形，弯折点所在位置为唇尖，唇尖与轴外圈贴合。

4.根据权利要求1所述的新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，其特征在于：所述唇边采用橡胶或硅胶材质制备，所述弧形电刷采用树脂导电材料制备。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，其特征在于：所述唇边最外圈设置有环形槽，所述环形槽内套设有弹簧圈。

6.根据权利要求1所述的新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，其特征在于：所述导电环两侧面的导流环槽相互连通。

7.根据权利要求1所述的新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，其特征在于：所述导电环同侧的多圈导流环槽互相连通。

8.根据权利要求1所述的新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，其特征在于：所述弧形电刷与轴的接触弧面环形阵列地设置有弧形接触环，所述弧形接触环截面呈半圆形。

9.根据权利要求1所述的新能源汽车电机高转速轴的快导流密封件，其特征在于：所述弧形电刷与导流环槽之间设置有连通槽，弧形电刷与轴的接触弧面环形阵列地设置有若干个导电孔，导电孔与连通槽连通，且导电孔与连通槽内均填充有液态导电硅胶。

10.一种新能源汽车电机高转速轴的快导流组件，包括依次紧密贴合的由金属材料制备的外骨架、导流组件和由金属材料制备的垫圈，其特征在于：

所述导流组件包括导电环、液态固化后的用于增大接触面积以提升导电率的导电硅胶，所述导电硅胶填充在导电环两侧面，

所述导电环引导而来的电流快速传导给外骨架或垫圈，并由外骨架和垫圈将轴电流快速接地释放掉，

所述导电环内圈设置有碰触轴外圈的弧形电刷，所述弧形电刷以倾斜姿态与轴接触，并保持微小夹紧力，且保持电性导通，所述导电环两侧面开设有用于注入液态导电硅胶的导流环槽，且导流环槽设置于导电环靠近轴的内圈。