本發(fā)明涉及一種電機(jī)定子總成結(jié)構(gòu)以及所述定子的冷卻系統(tǒng)，屬于車用電機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種新能源車用動(dòng)力電機(jī)的定子總成結(jié)構(gòu)及其油冷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在節(jié)能和環(huán)保成為汽車行業(yè)發(fā)展主題的今天，新能源汽車已經(jīng)成為各國(guó)汽車廠商重點(diǎn)研究的對(duì)象，動(dòng)力電機(jī)作為其主要?jiǎng)恿υ匆脖惶岢鲈絹?lái)越高的要求。

動(dòng)力電機(jī)在越來(lái)越高效地為新能源汽車提供動(dòng)力的同時(shí)，也隨之產(chǎn)生了很多問(wèn)題，定子作為電機(jī)中使電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的重要結(jié)構(gòu)部件和主發(fā)熱源，所面臨的問(wèn)題尤其棘手。在新能源汽車，尤其是混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力電機(jī)設(shè)計(jì)中，為了得到更小的空間尺寸和更高的轉(zhuǎn)矩輸出，越來(lái)越多地選用具有繞組端部尺寸小，鐵芯利用率高，轉(zhuǎn)矩輸出高等特點(diǎn)的集中式繞組定子總成結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

然而，在實(shí)際應(yīng)用中卻面臨著諸多問(wèn)題：1.由于定子是電機(jī)的主要發(fā)熱源，定子的溫度直接影響到電機(jī)的效率、性能、絕緣安全及壽命，為了實(shí)現(xiàn)更大的功率輸出，如何在現(xiàn)有空間內(nèi)進(jìn)行更有效的冷卻散熱是一個(gè)難題；2.由于日益緊湊的動(dòng)力總成布置空間與日益提高的電機(jī)性能要求之間的矛盾，在電機(jī)定子與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一方面要保證電機(jī)總成外輪廓 的最小設(shè)計(jì)空間，一方面還要求更大的鐵芯利用率，因此電機(jī)定子的軛部尺寸被壓縮的越來(lái)越小，這導(dǎo)致電機(jī)定子在實(shí)際加工過(guò)程中，無(wú)論是使用模具沖裁還是使用線切割加工都會(huì)遇到如下問(wèn)題：由于定子軛部過(guò)薄，因此定子沖片的剛度很差，定子內(nèi)外圓的圓度想要達(dá)到設(shè)計(jì)精度會(huì)非常困難，既影響生產(chǎn)節(jié)拍又影響電機(jī)實(shí)際的性能輸出；3.目前主流的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，如附圖9與附圖10，為了保證定子總成熱傳導(dǎo)和傳遞扭矩，定子總成多采用鐵芯與殼體過(guò)盈配合，這種方式既導(dǎo)致了對(duì)殼體的強(qiáng)度及材料都有較高要求，又由于冷卻通道的存在，為保證高度需增加殼體壁厚，因此限制了殼體尺寸的進(jìn)一步壓縮，也間接加劇了問(wèn)題2中的軛部尺寸過(guò)薄的問(wèn)題。綜上，具有更好的加工工藝性的定子總成結(jié)構(gòu)研究以及新型冷卻裝置的設(shè)計(jì)成為當(dāng)務(wù)之急。

專利CN101023572A中描述了一種電機(jī)的冷卻裝置，該裝置有能力根據(jù)定子鐵芯上不同部位的狀況調(diào)整其冷卻能力，實(shí)現(xiàn)不同鐵芯位置的精密冷卻。這種裝置雖然卻效果得到了一定的提高，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，工程化應(yīng)用難度大，并且無(wú)法對(duì)定子總成結(jié)構(gòu)中真正的發(fā)熱源(即定子繞組)進(jìn)行直接冷卻，冷卻效率依舊不足以滿足未來(lái)整車對(duì)電機(jī)的需求。

專利CN103296824A與專利CN103532307A各自描述了一種可以對(duì)定子繞組進(jìn)行直接噴淋冷卻的多噴油口電機(jī)結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)雖然冷卻效率較高，但是為實(shí)現(xiàn)其冷卻系統(tǒng)，電機(jī)殼體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工難度高，定子與殼體之間采用過(guò)盈限位更導(dǎo)致了其對(duì)殼體的高強(qiáng)度要求，這樣的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致殼體占用較大的徑向空間，使電機(jī)有效徑向尺寸減小，鐵芯利用率降低，電機(jī)功率密度及扭矩密度受限。

針對(duì)上述問(wèn)題，如何在有限的空間內(nèi)，提高電機(jī)有效直徑，提高定子鐵芯利用率，提高冷卻效率，最大限度地發(fā)揮電機(jī)性能成為新能源汽車的新型車用動(dòng)力電機(jī)定子及其冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新型車用動(dòng)力電機(jī)定子及其冷卻系統(tǒng)，其既可以實(shí)現(xiàn)新能源車用電機(jī)系統(tǒng)要求的高效冷卻，又可以較大地保證電機(jī)的有效徑向尺寸(即定子外徑尺寸)，提高定子鐵芯利用率；在保證電機(jī)高性能輸出的同時(shí)，也可以保證定子沖片的加工工藝性。

本發(fā)明所述的一種新型車用動(dòng)力電機(jī)的定子總成結(jié)構(gòu)及其冷卻系統(tǒng)，其定子總成由定子鐵芯、定子繞組及若干個(gè)導(dǎo)流管總成組成；其冷卻系統(tǒng)由進(jìn)油口、導(dǎo)流管總成、出油口、儲(chǔ)油裝置、過(guò)濾裝置以及冷卻油散熱裝置所構(gòu)成。

所述定子鐵芯由若干硅鋼片疊壓后經(jīng)焊接或鉚接而成，在結(jié)構(gòu)上分為齒部與軛部?jī)刹糠?，在其軛部上開(kāi)有通孔；

所述定子繞組，裝配在定子鐵芯齒部之上，與定子鐵芯固定連接，繞組的軸向兩端在定子鐵芯之外；

所述導(dǎo)流管總成，裝配在定子鐵芯的軛部通孔中，導(dǎo)流管總成的主體為中空的導(dǎo)流管，導(dǎo)流管軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)于定子鐵芯。在導(dǎo)流管上布置有噴油孔、入油孔、密封裝置及定位裝置。其中，所述噴油孔，連通導(dǎo)流管與電機(jī)內(nèi)腔，每個(gè)導(dǎo)流管總成中至少有一個(gè)噴油孔布置在定子繞組的端部的垂直上方；所述入油孔，連通導(dǎo)流管與布置在端蓋之內(nèi)的油道，或者連通導(dǎo) 流管與供油管道；所述的密封裝置，可以是密封堵塊，或者密封圈，或者其他能夠密封冷卻油，使冷卻油進(jìn)入導(dǎo)流管后，只能從噴油孔流出的裝置或結(jié)構(gòu)；所述定位裝置，可以是卡環(huán)，或者導(dǎo)流管自身的凸起結(jié)構(gòu)，或者其他能夠?yàn)槎ㄗ予F芯與導(dǎo)流管總成之間或?yàn)槎ㄗ涌偝膳c端蓋之間進(jìn)行軸向定位的結(jié)構(gòu)或裝置；

所述定子總成，布置在電機(jī)內(nèi)腔中，其定位及扭矩的傳遞均需要由導(dǎo)流管總成與電機(jī)端蓋的配合來(lái)保證。所述電機(jī)內(nèi)腔，指電機(jī)前后兩側(cè)端蓋與殼體包圍起來(lái)的內(nèi)部空間；

所述冷卻系統(tǒng)為油冷，其冷卻液可以為電機(jī)專用冷卻油，也可以是與變速箱共用的齒輪油；

所述進(jìn)油口布置在端蓋上，進(jìn)油口可以單獨(dú)存在，也可以與導(dǎo)流管總成的入油孔進(jìn)行集成。進(jìn)油口一端與供油管道連接，一端通向?qū)Я鞴芸偝傻娜胗涂谆蛲ㄏ虿贾迷诙松w中的連接導(dǎo)流管總成入油孔的油道；

所述出油口布置在端蓋或殼體上，一端與電機(jī)內(nèi)腔相連接，一端與出油管道相連接或者直接與儲(chǔ)油裝置相通，出油孔的內(nèi)管道截面積要大于等于進(jìn)油孔截面積并且能夠保證冷卻油在電機(jī)內(nèi)腔的最高液面要低于電機(jī)轉(zhuǎn)子總成的最低點(diǎn)；

所述儲(chǔ)油裝置，其可以是集成在電機(jī)殼體底部的油底殼結(jié)構(gòu)，也可以是外掛專用儲(chǔ)油裝置，或者是其他殼體件；

所述過(guò)濾裝置，可以是冷卻油濾清器，也可以是集成在儲(chǔ)油裝置底部的鐵屑收集裝置；

所述散熱裝置，可以是冷卻油冷卻器等主動(dòng)冷卻裝置，也可以是集成 在儲(chǔ)油裝置上的散熱筋等被動(dòng)散熱結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的積極效果在于：該總成將定子總成結(jié)構(gòu)與冷卻系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)高度集成化，取消傳統(tǒng)電機(jī)的內(nèi)殼體及冷卻套結(jié)構(gòu)，使得在一定布置空間內(nèi)的電機(jī)有效體積(即電機(jī)鐵芯體積)得以最大化，電機(jī)的最大輸出性能可以增加，電機(jī)的功率密度及扭矩密度得以提升。并且本發(fā)明還可以保證定子鐵芯較好的加工工藝性，縮短生產(chǎn)節(jié)拍，適用于實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中。

附圖說(shuō)明

圖1為一種具有本發(fā)明實(shí)例的電機(jī)總成剖面及冷卻油路平面示意圖。

圖2為圖1所示的定子總成結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)例中一種定子總成結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)例中一種能夠兼顧鐵芯冷卻的局部定子總成圖。

圖5為圖4所示方案的結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)例中一種具有單導(dǎo)流管定子總成的結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)例中一種具有多導(dǎo)流管定子總成示意圖。

圖8為圖7所示的冷卻油路三維示意圖。

圖9為現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一種定子及冷卻結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖10為現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)中另一種定子及冷卻結(jié)構(gòu)示意圖。

2-堵塊 3-導(dǎo)流管總成 4-前端蓋 5-油封 6-轉(zhuǎn)子總成 7-定子鐵芯 8-定子繞組 9-殼體 10-出油管 11-后端蓋 12-外掛油壺 13-散熱器 14-過(guò)濾器 15-油泵 16- 噴油孔 17-后油孔 18-鐵芯噴油孔 19-塑封端部 20-導(dǎo)流槽 26-聯(lián)通油道 27-冷卻溝槽 28-油孔 30-軛部 31-齒部 33-導(dǎo)流管 34-卡環(huán) 35-止推位 36-定子總成

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述：

圖1所示的為一個(gè)單電機(jī)總成及其冷卻系統(tǒng)。該電機(jī)為一個(gè)永磁油冷電機(jī)，該電機(jī)的殼體9只具有防護(hù)和密封功能，定子鐵芯7的定位功能由導(dǎo)流管總成3實(shí)現(xiàn)，這樣殼體9只需與定子鐵芯7間隙配合，對(duì)殼體9的強(qiáng)度要求大大降低，這樣殼體占用電機(jī)總成的徑向空間可以達(dá)到最小。其定子鐵芯7的實(shí)現(xiàn)定位的具體實(shí)施方式如下，其定子鐵芯7軛部開(kāi)有通孔，在通孔中裝配有導(dǎo)流管總成3，并通過(guò)導(dǎo)流管總成3將定子鐵芯7相對(duì)于前端蓋4及后端蓋11進(jìn)行定位和扭矩傳遞，由于轉(zhuǎn)子總成6也通過(guò)軸承與前端蓋4及后端蓋11進(jìn)行定位，因此保證了定子與轉(zhuǎn)子的軸向?qū)χ屑皬较蛲S度。

該電機(jī)的導(dǎo)流管總成3不僅有機(jī)械定位功能，在冷卻系統(tǒng)中還具有對(duì)冷卻液的導(dǎo)向功能。如圖1中箭頭所示，該電機(jī)的冷卻油流向如下：通過(guò)油泵15的作用，冷卻油從外掛油壺12中被汲取出來(lái)，通過(guò)散熱器13與過(guò)濾器14的處理，流經(jīng)油泵15，從進(jìn)油口1進(jìn)入電機(jī)本體，在冷卻油進(jìn)入導(dǎo)流管總成3后，從預(yù)設(shè)在定子繞組8端部上方的噴油孔16與后油孔17中噴出，直接噴淋在繞組8端部上，實(shí)現(xiàn)冷卻功能。吸收熱量之后的冷卻油順著繞組8及兩側(cè)端蓋4、11流到電機(jī)底部，從前油孔16中噴出的 油可以直接進(jìn)入出油管10，從后油孔17噴出的油到達(dá)底部后，需要流經(jīng)電機(jī)定子鐵芯7底部開(kāi)的聯(lián)通油道26，才能進(jìn)入出油管10。冷卻油通過(guò)出油管10流出電機(jī)本體后，即可回到外掛油壺12中。該冷卻系統(tǒng)的密封是這樣實(shí)現(xiàn)的，在殼體9與前端蓋4，殼體9與后端蓋11之間有法蘭面配合，通過(guò)涂膠密封；在導(dǎo)流管總成3的兩端通過(guò)堵塊2密封，在轉(zhuǎn)子總成6與兩側(cè)端蓋4與11之間通過(guò)油封5密封。

定子總成36的典型結(jié)構(gòu)如圖2～圖4所示，每套定子總成36由一個(gè)定子鐵芯7，若干個(gè)定子繞組8以及若干個(gè)導(dǎo)流管總成3組成。其中，定子繞組8固定連接在定子鐵芯7的齒部31上，導(dǎo)流管總成裝配在定子鐵芯7的軛部30上并且導(dǎo)流管總成通過(guò)定位卡環(huán)34或止推位35與定子鐵芯7保持軸向的定位。

圖3所示的為一種典型的定子總成36在電機(jī)內(nèi)腔中的定位方案，具體實(shí)施如下，軸向上，導(dǎo)流管33插入前端蓋4的裝配孔中，導(dǎo)流管33的最前端超出前端蓋4，通過(guò)兩個(gè)定位卡環(huán)34分別裝配在位于前端蓋4前后端面上的導(dǎo)流管33的卡槽中形成軸向定位；在徑向定位上，導(dǎo)流管33后端裝配在后端蓋11的限位孔中，并且定子鐵芯7外徑與電機(jī)殼體9內(nèi)徑小間隙配合，從而保證定子總成36的徑向定位；特別地，若電機(jī)定子總成36如圖7所示，那么定子總成36的徑向定位也可以采用，至少兩根導(dǎo)流管33裝配在后端蓋11的限位孔中，這樣，定子鐵芯7外徑與電機(jī)殼體9的內(nèi)徑可以沒(méi)有配合依舊能夠保證定子總成36的徑向定位；

優(yōu)選地，為了滿足更高的散熱要求，該定子的冷卻方案可以根據(jù)具體不同情況來(lái)進(jìn)行改進(jìn)，圖4～圖8是其中幾種典型的改進(jìn)實(shí)施方案。

圖4與圖5所示的是一種針對(duì)提高鐵芯冷卻能力的改進(jìn)實(shí)施方案，如圖4與圖5所示，當(dāng)定子鐵芯7需要加強(qiáng)冷卻時(shí)，其定子鐵芯7頂部在開(kāi)有裝配導(dǎo)流管總成3的通孔同時(shí)，在通孔下方設(shè)計(jì)有冷卻溝槽27，在導(dǎo)流管總成3上在開(kāi)有16、17兩個(gè)前后噴油孔的同時(shí)，在鐵芯軸向中點(diǎn)處還開(kāi)有鐵芯噴油孔18，一部分冷卻油通過(guò)鐵芯噴油孔18進(jìn)入冷卻溝槽27，然后沿著冷卻溝槽27向鐵芯7兩側(cè)冷卻，由于冷卻液直接與鐵芯接觸，能夠最好地吸收鐵芯7上的熱量，從而達(dá)到加強(qiáng)冷卻鐵芯的目的。

圖6所示的是另一種改進(jìn)實(shí)施方案，其針對(duì)的是當(dāng)在設(shè)計(jì)上由于某些原因，冷卻油流量不足情況。為了解決冷卻液不足情況，可以通過(guò)減少冷卻液的飛濺損失和提高散熱系數(shù)兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖6所示，通過(guò)使用汽車用高熱傳導(dǎo)率絕緣材料將定子繞組8端部進(jìn)行整體塑封成塑封端部19，并在塑封端部19的表面注塑有導(dǎo)流槽20，當(dāng)冷卻油通過(guò)噴油孔16、17噴出后，會(huì)直接噴淋在塑封端部19的導(dǎo)流槽20中，通過(guò)導(dǎo)流槽20的作用，更多地冷卻油會(huì)沿著導(dǎo)流槽20，向電機(jī)底部流去，在此過(guò)程中，冷卻油始終與塑封端部19接觸，會(huì)吸收更多的熱量。塑封端部19與導(dǎo)流槽20的存在，有效地增加了冷卻油與繞組端部的接觸時(shí)間以及單位體積內(nèi)繞組接觸的冷卻油量，充分地發(fā)揮了冷卻油比熱容大的優(yōu)勢(shì)，最大限度地減小了冷卻油流量不足問(wèn)題帶來(lái)的影響。

圖7～圖8所示的是另一種改進(jìn)實(shí)施方案，其可以實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)能夠根據(jù)不同位置的繞組端部散熱量的不同來(lái)提供不同流量的冷卻油。具體方案是按照如下實(shí)現(xiàn)的：如圖7與圖8所示，在每個(gè)需要直接冷卻的繞組8端部的垂直上方鐵芯中開(kāi)通孔，均裝配導(dǎo)流管總成3。根據(jù)每個(gè)繞組8端部 的發(fā)熱量的不同，通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)流管總成3內(nèi)徑、各自繞組8端部的噴油孔16與17的孔徑、以及在前端蓋4中的油孔28的內(nèi)徑，來(lái)調(diào)節(jié)不同繞組8端部的冷卻油的流阻，因此實(shí)現(xiàn)不同繞組8對(duì)應(yīng)不同流量的冷卻油。

以上通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，該實(shí)施方式僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)例，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制，任何依據(jù)本發(fā)明的原理所做的更改都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述。