油循环型电动机和包括该电动机的环保车辆的制作方法

本发明涉及电动机冷却结构，特别地，涉及一种包括通过油循环经过线圈进行冷却的电动机的环保车辆。

背景技术：

一般而言，环保车辆可包括使用发动机和电动机作为动力源的混合动力电动车辆(hev)、使用电动机作为动力源的电动车辆(ev)以及使用燃料电池作为动力源的燃料电池电动车辆(fcev)。hev分为应用双离合器变速器(dct)的插电式混合动力电动车辆(phev)以及分别应用电动机和混合动力起动发电机(hsg)的搭载变速器的电动装置(tmed)。

[因此，在环保车辆中使用的电动机必然会包括定子和转子，以及用于冷却通过施加于线圈的电流和由反电动势引起的涡流所产生的热量的冷却结构。

冷却结构的示例可包括用于将作为冷却油的自动传动液喷洒到转子套筒和线圈架上的油喷洒方法。在运转期间，喷洒在线圈架上的油冷却卷绕在线圈架周围的线圈。因此，虽然电动机被长时间驱动，但是在维持电动机性能的同时可防止热损伤。

然而，近来对环保车辆的日益增加的需求，要求提高燃油效率和电动行驶模式的性能。提高性能的需求在车辆内的安装空间的有限条件下，通过提高输出密度而增加电动机的容量。因此，根据输出密度的提高，需要提高电动机的冷却性能。

油喷洒方法仅在电动机旋转时喷洒油，而当电动机停止时不喷洒油。因此，在包括电动机以低速驱动并需要高功率的坡上静止或低速爬坡条件的车辆条件下，冷却性能不可避免地降低。

因此，为了满足提高电动机冷却性能的要求，可以将油喷洒方法与使用油直接流至线圈的冷却管的油直喷方法相结合。然而，取决于电动机的线圈卷绕方法，油直喷方法的使用受到限制。

例如，分布绕组型电动机具有线圈从定子的两端突出的结构。因此，当油直喷方法应用于分布绕组型电动机时，通过经冷却管在线圈顶部的点油喷射而喷射的油可直接流至线圈，由此表现出充足的冷却性能。然而，集中绕组型电动机具有结构上的局限性，即通过在线圈顶部的点油喷射而喷射的油未与各个线圈均匀接触。

这是因为，由于集中绕组型电动机具有对于定子的各个齿分别卷绕线圈的并联绕组结构，所以通过经冷却管在线圈顶部的点油喷射而喷射的油不能与各个线圈均匀接触，因此难以冷却全部线圈。因此，集中绕组型电动机需要克服如下的局限性，即，从转子飞散的油的移动方向被线圈架阻挡使得飞散的油在与线圈直接接触时不能供给到具有大面积的线圈的侧面的油喷洒方法的局限性，以及油不能与各个线圈均匀接触的油直喷方法的局限性。

在本背景技术部分中公开的信息仅用于加强对本发明的一般背景的理解，而不可视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的各方面旨在提供一种油循环型电动机和包括该电动机的环保车辆，油循环型电动机使围绕定子线圈填充的油循环，因此与冷却性能低的油喷洒方法和取决于线圈卷绕方法使用受到限制的油直喷方法相比，显著提高线圈冷却效率。

本发明的各方面旨在提供一种油循环型电动机和包括该电动机的环保车辆，油循环型电动机构造成通过比油喷洒方法和油直喷方法更高的冷却效率来实现容量的增加和输出密度的提高，因此适用于构成tmed的集中绕组型电动机。

通过以下参照本发明的示例性实施例的说明，本发明的其它各方面可得以理解并明显可见。而且，对于本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的目的和优点可通过所要求保护的手段及其组合来实现。

根据本发明的各种示例性实施例，一种可包括油循环装置的电动机，该油循环装置具有沿定子芯的周围形成的冷却油室，其中冷却油被引入冷却油室，润湿卷绕定子芯的定子线圈，然后从冷却油室排出。

冷却油可在重力作用下从冷却油室排出，其中冷却油室分别在定子芯的两侧形成，同时彼此连通。

各冷却油室可具有引入冷却油的流入孔和排出冷却油的排出孔。流入孔可与流入管连接，并且流入管可将冷却油供应至定子芯周围的空间。

各冷却油室可由与定子芯结合且位于定子线圈处的线圈架以及与线圈架结合以覆盖定子线圈的冷却壳体构成。线圈架和冷却壳体可通过插入结构或卡合结构固定。线圈架可位于径向布置且卷绕有定子线圈的各个齿上，同时与定子芯结合，并且在齿的径向布置中彼此相邻的线圈架可通过对接连接结构、楔形连接结构、圆形连接结构和插入连接结构中的任意一种彼此连接。

楔形连接结构可包括楔形槽与楔形突起之间的接合，圆形连接结构可包括半球形槽与半球形突起之间的接合，并且插入连接结构可包括直线形槽与直线形突起之间的接合。

定子芯可构成定子，其可包括覆盖定子芯的支承环，以及与支承环结合以通过端子向定子线圈供电的端子座。支承环可覆盖定子芯的外周，以通过定子芯的左右两侧露出定子线圈。

根据本发明的各种示例性实施例，一种环保车辆，可包括：具有油循环装置的电动机，该油循环装置在冷却油被引入和排出的同时使用冷却油直接冷却定子的定子线圈；以及油泵，其泵送冷却油以供应给油循环装置。

油循环装置可使冷却油循环通过定子的前部和后部。电动机可包括集中绕组型电动机。电动机可包括通过油循环装置与油泵连接以便供应冷却油的流入管。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点从结合在本文中的附图和以下具体实施方式中将会显而易见或在其中得以更详细地阐明，附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是示出根据本发明的各种示例性实施例的油循环型电动机中的应用油循环方法的定子的示意图。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的应用于定子的油循环结构由线圈架和冷却室密封的剖视图。

图3示出根据本发明的示例性实施例的用于密封的油循环结构的冷却壳体的线圈架盖通过从插入连接结构变形的卡合连接结构进行连接的示例。

图4示出根据本发明的示例性实施例的形成线圈架的内部和外部线圈架。

图5示出根据本发明的示例性实施例的用于密封的油循环结构的线圈架的对接连接结构。

图6示出根据本发明的示例性实施例的用于线圈架的楔形连接结构、圆形连接结构和插入连接结构。

图7示出应用根据本发明的示例性实施例的油循环型电动机的环保车辆。

图8示出根据本发明的示例性实施例的电动机通过油循环方法冷却线圈的操作状态。

图9是示出根据本发明的示例性实施例的油循环方法的冷却效果与其他方法相比较的冷却性能比较曲线图。

可以理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种特征的有所简化的表示。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由特定预期的应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图的多幅图形附图标记表示本发明的相同或等效的部分。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在以下予以说明。虽然将结合示例性实施例说明本发明，但是应当理解的是，本说明并非旨在将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖这些示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替代形式、改型、等效形式和其他实施例。

参照图1，电动机1包括被施加电力的定子2和油循环装置10，并且通过油循环式冷却结构对定子2执行冷却操作。

定子2包括定子芯3、定子线圈4、支承环5和端子座6。定子芯3具有以均等间隔放射状地布置的齿3a，定子线圈4卷绕各个齿3a以使电流流过，支承环5包围定子芯3同时与定子芯3结合，并且端子座6与支承环5的后部结合以向端子6a供电。因此，定子2在定子芯3的内部空间与转子(参照图7)结合。

油循环装置10包括：具有两对内外部线圈架20a、20b的线圈架20，具有前后部线圈架盖30a、30b的冷却壳体30，以及冷却油循环孔31、32。

例如，一对内部和外部线圈架20a、20b在定子线圈4的前部与前部线圈架盖30a结合，且另一对内部和外部线圈架20a、20b在定子线圈4的后部与后部线圈架盖30b结合。

例如，冷却油循环孔分为流入孔31和排出孔32。流入孔31构造成将冷却油引入一对内部和外部线圈架20a、20b以及前部线圈架盖30a的前部冷却油填充空间的入口，并且排出孔32构造成冷却油在经过另一对内部和外部线圈架20a、20b以及后部线圈架盖30b的后部冷却油填充空间后从前部冷却油填充空间排出的出口。流入孔31通过流入管30c与前部线圈架盖30a连接，使得可通过与流入管30c连接的油泵(参照图8)将冷却油直接或集中地供应到定子2周围的空间或电动机1的外部。在本例中，排出孔32在前部线圈架盖30a中形成。然而，相同的排出孔32也可在后部线圈架盖30b中形成。

结果，油循环装置10形成从定子芯3的顶部进入定子芯3，循环通过定子芯3的前部和后部，在重力的作用下汇集在定子芯3的底部，然后逸出至定子芯3的外部的冷却油循环流。在冷却油循环的同时，冷却油冷却定子线圈4。油循环装置10通过油循环方法使冷却油与定子线圈4直接接触，其中，前后部冷却油填充空间(即，图2的前部和后部冷却油室39-1、39-2)沿定子2的圆周形成在定子2的前部和后部。因此，油循环装置10克服了具有低冷却性能的油喷洒方法的局限性以及取决于线圈卷绕方法使用受到限制的油直喷方法的局限性。

因此，电动机1能够通过油循环装置10显著提高冷却效率，并因此有助于实现构成tmed的集中绕组型电动机所需的容量的增加和输出密度的提高。

图2示出油循环装置10的前后部冷却油填充空间形成在卷绕定子芯3的各个齿3a的定子线圈4的前部和后部，并且用作前部和后部冷却油室39-1、39-2。

一对内部和外部线圈架20a、20b在定子线圈4的前部沿向内和向外方向覆盖定子芯3的各个齿3a，使得定子线圈4形成前部露出部分，并且另一对内部和外部线圈架20a、20b在定子线圈4的后部沿向内和向外方向覆盖定子芯3的各个齿3a，使得定子线圈4形成后部露出部分。

前部线圈架盖30a结合至定子线圈4的前部位置以覆盖定子线圈4的前部露出部分，并且后部线圈架盖30b结合至定子线圈4的后部位置以覆盖定子线圈4的后部露出部分。

因此，前部线圈架盖30a与一对内部和外部线圈架20a、20b一起形成覆盖定子线圈4的前侧的前部冷却油室39-1，并且后部线圈架盖30b与另一对内部和外部线圈架20a、20b一起形成覆盖定子线圈4的后侧的后部冷却油室39-2。结果，定子线圈4浸没在冷却油中，并与冷却油直接接触。

前部线圈架盖30a和外部线圈架20b通过插入连接彼此固定，并且后部线圈架盖30b和外部线圈架20b也通过插入连接彼此固定。

例如，前部线圈架盖30a包括壳体33和壳体固定槽36。壳体33覆盖定子线圈4以形成前部冷却油室39-1，并且壳体固定槽36由从壳体33相互间隔地突出的外部和内部凸缘34、35形成，使得外部线圈架20b插入并固定于壳体固定槽36。后部线圈架盖30b包括壳体33、壳体突出体33-1、壳体固定槽36、固定突起38和扩展室37。壳体33覆盖定子线圈4以形成后部冷却油室39-2，壳体突出体33-1从壳体33突出，壳体固定槽36由从壳体33和壳体突出体33-1相互间隔地突出的外部和内部凸缘34、35形成，使得内部线圈架20a插入并固定于壳体固定槽36，固定突起38从壳体突出体33-1突出并插入到端子座6的槽中以增强固定力，并且扩展室37在壳体突出体33-1中壳体固定槽36的下方形成，以形成冷却油填充空间。

作为图2的插入连接结构的变形例，图3示出前部线圈架盖30a与外部线圈架20b之间的卡合连接结构。

如图3中所示，在前部线圈架盖30a的外部凸缘34中形成卡合槽34-1，并且具有直角三角形横截面形状的卡合突起29从外部线圈架20b突出。因此，当外部线圈架20b与前部线圈架盖30a彼此结合时，外部线圈架20b插入到外部凸缘34与内部凸缘35之间的壳体固定槽36中，并且卡合突起29与卡合槽34-1结合。因此，形成卡合固定力以及插入固定力以进一步加强固定状态。

图4示出形成线圈架20的内部和外部线圈架20a、20b的结构。如图4中所示，内部和外部线圈架20a、20b各自包括线圈架主体21、上部和下部线圈架凸缘23和24、线圈安置面27、线圈室28和卡合突起29。

例如，线圈架主体21在一个齿3a的横向方向上结合，以定位于定子芯3的内部空间中卷绕齿3a的定子线圈4处。上部线圈架凸缘23形成在线圈架主体21的顶部，并具有大于线圈架主体21的宽度的长度，并且下部线圈架凸缘24形成在线圈架主体21的底部，并具有与上部线圈架凸缘23相同的长度。将线圈架主体21的顶部定义为面向定子线圈4的前部，并且将线圈架主体21的底部定义为面向定子线圈4的后部。

例如，线圈安置面27在线圈架主体21以及上下部线圈架凸缘23、24中形成为槽，并且线圈室28由彼此接触的内部线圈架20a的线圈架主体21和外部线圈架20b的线圈架主体21形成，使得内部线圈架20a的线圈安置面27和外部线圈架20b的线圈安置面27在内侧和外侧覆盖卷绕一个齿3a的定子线圈4。因此，将线圈室28的顶部定义为面向定子线圈4的前部，并且将线圈室28的底部定义为面向定子线圈4的后部。

图5和图6示出当与卷绕定子芯3的各个齿3a的定子线圈4结合的内部和外部线圈架20a、20b完全布置时形成圆形的内部和外部线圈架元件20a-1至20a-n和20b-1至20b-n。这里，n是等于或大于2的整数。图5和图6示出通过对接连接方法、楔形连接方法、圆形连接方法和插入连接方法实现内部和外部线圈架元件20a-1至20a-n和20b-1至20b-n的布置。

图5示出通过内部和外部线圈架元件20a-1至20a-n和20b-1至20b-n的左右对接端部25-1、25-2之间的连接实现布置的对接连接方法。如图5中所示，内部和外部线圈架元件20a-1至20a-n和20b-1至20b-n的上下部线圈架凸缘23、24各自具有形成为一个端部的左对接端部25-1和形成为另一端部的右对接端部25-2。例如，当左对接端部25-1具有倒l形横截面时，右对接端部25-2具有l形横截面。

因此，当内部和外部线圈架元件20a-1至20a-n和20b-1至20b-n连续布置时，第一内部和外部线圈架元件20a-1和20b-1、第二内部和外部线圈架元件20a-2和20b-2以及第n内部和外部线圈架元件20a-n和20b-n的左右对接端部25-1、25-2通过l形和倒l形横截面结构彼此结合。结果，由形成内部和外部线圈架元件20a-1至20a-n和20b-1至20b-n的各个线圈架主体21之间的连接形成的线圈架间隙，被通过使用左右对接端部25-1、25-2的对接连接方法构造的布置结构阻挡。因此，填充在前后部冷却油室39-1、39-2中的冷却油不会通过线圈架间隙泄漏。

图6示出内部和外部线圈架元件20a-1至20a-n和20b-1至20b-n的上下部线圈架凸缘23、24具有左右楔形端部25-3和25-4、左右圆形端部25-5和25-6或左右插入端部25-7和25-8。如图6中所示，当左右楔形端部25-3、25-4的左楔形端部25-3具有楔形槽形状的横截面时，右楔形端部25-4具有楔形突起形状的横截面。此外，当左右圆形端部25-5、25-6的左圆形端部25-5具有半球形槽形状的横截面时，右圆形端部25-6具有半球形突起形状的横截面。此外，当左右插入端部25-7、25-8的左插入端部25-7具有直线形槽形状的横截面时，右插入端部25-8具有直线形突起形状的横截面。

因此，楔形槽/楔形突起形状的横截面结构、半球形槽/半球形突起形状的横截面结构以及直线形槽/直线形突起形状的横截面结构中的每一者还可阻挡通过形成内部和外部线圈架元件20a-1至20a-n和20b-1至20b-n的各个线圈架主体21之间的连接而形成的线圈架间隙。因此，储存在前后部冷却油室39-1、39-2中的冷却油不会通过线圈架间隙逸出。

图7和图8示出应用包括油循环装置10的电动机1作为车辆100的驱动电动机的示例。在当前情况下，应用环保车辆作为车辆100。

参照图7，车辆100包括电动机1和油泵100-1。

油泵100-1泵送供给至变速器的自动传动液，并使自动传动液作为冷却油循环通过电动机1，或者泵送储存在电动机1中的冷却油并使冷却油循环通过电动机1。

电动机1可包括储存在内部的冷却油，或者接收自动传动液作为冷却油。电动机1包括嵌入在安装于车辆100内的电动机壳体1-1中的定子2、转子7和旋转轴8。电动机1可与发动机离合器连接。例如，向定子2供应电流，通过向定子2供应电流使转子7旋转，并且旋转轴8与转子7一起旋转且输出电动机转矩。

定子2包括参照图1至图6所述的定子芯3、定子线圈4、支承环5和端子座6，并且油循环装置10应用于定子2。因此，电动机1通过使用油循环装置10的油循环方法冷却定子线圈4。

图2和图8示出在电动机1的运行期间油循环装置10通过油循环方法冷却定子线圈4的操作状态。

如图2和图8中所示，前部冷却油室39-1由覆盖定子线圈4的前侧的前部线圈架盖30a和一对内部和外部线圈架20a、20b形成，并且后部冷却油室39-2由覆盖定子线圈4的后侧的后部线圈架盖30b和另一对内部和外部线圈架20a、20b形成。

如此，当通过油泵100-1将工作油(变速器)或冷却油泵送至电动机1的内部或外部时，冷却油通过流入管30c所连接的流入孔31被引入至前部冷却油室39-1中。由此，冷却油在充满前部冷却油室39-1的同时流入后部冷却油室39-2中。因此，前后部冷却油室39-1、39-2通过冷却油的流动而被冷却油充满。因此，由前后部冷却油室39-1、39-2包围的定子线圈4与冷却油直接接触。

如此，当前后部冷却油室39-1、39-2充满冷却油使得定子线圈4浸没在冷却油中时，冷却油在重力的作用下汇集在位于定子芯3下方的排出孔32中。冷却油通过排出孔32从定子芯3逸出，填充电动机1的内部，然后通过油泵100-1的泵送操作在电动机1中循环。在这种情况下，当排出孔32也形成在后部线圈架盖30b中时，冷却油可通过后部冷却油室39-2排出。

因此，根据油循环装置10的油循环方法，无论电动机1的旋转如何，总会发生冷却油循环流，同时定子线圈4始终浸没在冷却油下。因此，即使当电动机停止时或者在包括电动机以低速驱动并需要高功率的坡上静止或低速爬坡条件的车辆条件下，油循环方法也可保持高冷却性能。

图9是示出对于电动机1的油循环装置10的油循环方法e的冷却效果与油冷却套方法b、油喷洒方法c和油直喷方法d相比较的冷却性能比较曲线图。

图9的时间-温度曲线图示出与未进行冷却的状态(称为非冷却状态)相比较的各方法的电动机冷却效率。其中，油循环方法e具有最高的电动机冷却效率，并且电动机冷却效率按照油直喷方法d、油喷洒方法c和油冷却套方法b的顺序降低。

具有高电动机冷却效率的油循环方法e可有效地应用于集中绕组型电动机，其中由于对于定子芯3的各个齿3a单独设置定子线圈4的并联绕组结构，因此从转子7飞散的油的移动方向不可避免地被线圈架20a和20b阻挡。因此，应用油循环方法e的集中绕组型电动机可以显著地减少控制环保车辆的驱动电动机的温度所需的诸多努力。

如上所述，根据本发明的示例性实施例的环保车辆的油循环型电动机可包括由油泵100-1泵送的冷却油引入并排出的冷却油室39-1、39-2，冷却油室39-1、39-2沿定子芯3的周围形成。此外，油循环型电动机包括油循环装置10，其使冷却油流入冷却油室39-1、39-2，润湿卷绕定子芯3的定子线圈4，并且从冷却油室39-1、39-2逸出。因此，由于油循环型电动机能够表现出比油冷却套方法、油喷洒方法和油直喷方法更高的冷却效率，所以能够提高容量同时提高输出密度。油循环装置10的油循环方法可有效地应用于构成tmed的集中绕组型电动机。

根据本发明的示例性实施例，油循环型电动机和包括该电动机的车辆可实现以下效果。

首先，油循环型电动机可以表现出比油喷洒方法或油直喷方法高两倍或更多的电动机冷却效果。其次，由于电动机的全部线圈由冷却通道(或冷却室)完全包围，所以与油直喷方法或将线圈部分浸没在油中的方法相比，可均匀地冷却全部线圈。第三，与油喷洒方法不同，即使电动机不旋转时也不会发生冷却性能的降低。第四，将用于线圈架和端子座的简单盖结构应用于形成包括线圈的冷却室(或冷却通道)。因此，可以比作为间接冷却方法的油喷洒方法或油直喷方法更低的成本构建冷却结构。第五，引入上部油孔的油在重力的作用下通过下部油孔自动排出。因此，由于油循环型电动机利用比要求高油压的油直喷方法更低的油压，因此油泵的容量可最小化，并可降低制造成本。第六，由于油循环型电动机具有比油喷洒方法和油直喷方法更高的冷却效率，所以油循环型电动机可应用于配置用于tmed的需要增加容量和提高输出密度的集中绕组型电动机。

为了在所附权利要求中方便说明和准确定义，使用术语“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“上部的”、“下部的”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后方”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“内部”、“外部”、“向前”和“向后”等，参照示例性实施例的特征在附图中所示的位置来描述这些特征。

为了例示和说明的目的，已经给出了本发明的具体示例性实施例的前述说明。该说明并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的确切形式，并且鉴于上述教导，显然多种改型和变形是可能的。选择和说明示例性实施例是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代形式和改型。旨在由所附权利要求及其等效形式来限定本发明的范围。