专利名称：多轴、多层电机的冷却结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及了用于电机的一种冷却结构，更具体地说，涉及了可用于混合式车辆混合驱动装置的多轴、多层电机的冷却结构。
背景技术：
已发布的日本专利申请Kokai No.2000-14086表示了一种多轴、多层电机的冷却结构。该结构包括冷却剂通道，用于冷却具有线圈的定子。
发明概述本发明的一个目的是提供一个冷却结构，用于冷却一个或几个转子。
按照本发明，一个设备包括一个内转子；一个包围着内转子的外转子；一个定子，定子同轴地设在内、外转子之间，并且设置成与内、外转子形成一个多轴、多层电机；一个包围外转子并且确定在外转子和第一构件之间的第一湿室的第一构件；一个确定被内转子包围的第二湿室的第二构件；以及确定一个干室的第三构件，干室与定子和外转子之间的外空气间隙以及定子和内转子之间的空气间隙连通。
根据参照附图的以下描述，将会理解本发明的其他目的和特性。
附图简述
图1是一个示意图，表示了一个混合式动力系统，包括一个按照本发明一个实施例的多轴、多层电机。
图2是一个纵向剖视图，表示了一个按照实施例的多轴、多层电机。
图3是一个横向剖视图，表示了前视的图2多轴、多层电机的一部分。
图4是一个横向剖视图，表示了后视的图2多轴、多层电机的一部分。
图5是一个纵向剖视图，表示在图1混合式动力系统中一个Ravigneaux行星齿轮链G和一个驱动输出机构D。
图6是一个放大纵向剖视图，表示了图2多轴、多层电机的冷却结构。
图7A是俯视图，表示了设在图6所示冷却结构中外转子壳体结合区上的排出开口或开孔。
图7B是一个剖视图，取自图7A所示的线7B-7B。
图7C是一个剖视图，取自图7A所示的线7C-7C。
图8是一个曲线图，表示了按照实施例供应到多轴、多层电机定子线圈的复合电流。
实现本发明的模式图1表示了一个混合式驱动系统或设备，包括一个按照本发明实施例的多轴、多层电机M。图1的混合式驱动设备包括一个发动机E、一个多轴、多层电机M、一个包括Ravigneaux型复合行星齿轮链G的齿轮机构，以及一个驱动输出机构D。如图1所示，设有一个由该例中电机盖1和电机壳2组成的电机外壳、一个齿轮箱体3和一个前盖4。
发动机E是该例混合式驱动系统中的主动力源。通过一个吸收转动脉动的阻尼系统6和一个多片离合器7，发动机E的发动机输出轴5与Ravigneaux复合行星齿轮链G的第二环形齿轮R2连接。
多轴、多层电机M是该例混合系统中的一个次动力源。尽管它的外形像一个单电机装置，但多轴、多层电机M可以起到两个电机/发电机的作用。该例的多轴、多层电机M包括一个定子S、一个被定子S同轴包围的内转子IR、以及一个同轴包围定子S的外转子OR。因此，该例的多轴、多层电机M具有一个同轴的三层结构。定子S固定到电机壳2上，并且设有线圈42。内转子IR包括嵌在其中的永久磁铁21。外转子OR包括嵌在其中的永久磁铁61。
第一电机空心轴8与内转子IR固定，并且连接到Ravigneaux复合行星齿轮链G的第一恒星齿轮S1。第二电机轴9与外转子OR固定，并且连接到Ravigneaux复合行星齿轮链G的第二恒星齿轮S2。
Ravigneaux复合行星齿轮链G是一种行星齿轮系统，控制多轴、多层电机M的两个电机(或转子)速度，可以以无级方式连续地改变速度比。一个公共的行星齿轮架C支持第一小齿轮P1和每个与一个第一小齿轮P1啮合的第二小齿轮P2。该例的Ravigneaux复合行星齿轮链G具有以下五个主动转动件公共齿轮架C；与第一小齿轮P1啮合的第一恒星齿轮S1；与第二小齿轮P2啮合的第二恒星齿轮S2；与第一小齿轮P1啮合的第一环形齿轮R1；以及与第二小齿轮P2啮合的第二环形齿轮R2。一个多片闸10连接在第一环形齿轮R1和齿轮箱体3之间。公共齿轮架C与一个输出齿轮11连接。
驱动输出机构D包括与公共齿轮架C连接的输出齿轮11、一个第一副轴齿轮12、一个第二副轴齿轮13、一个驱动齿轮14、一个差动装置15、以及左、右驱动轴16L和16R。从输出齿轮11，通过第一副轴齿轮12→第二副轴齿轮13→驱动齿轮14→差动装置15传递输出扭矩，再进一步通过左、右驱动轴16L和16R传递到车辆的驱动轮。
在该混合式驱动系统中，第二环形齿轮R2与发动机输出轴5连接；第一恒星齿轮S1依靠第一电机空心轴8与内转子IR连接；第二恒星齿轮S2依靠第二电机轴9与外转子OR连接；以及公共齿轮架C与输出齿轮11连接。
图2、3和4表示了具有按照实施例冷却结构的多轴、多层电机M。在图2所示电机盖1和电机壳2封闭的电机室17中，设有由内转子IR、定子S和外转子OR组成的多轴、多层电机M。
内转子IR固定到第一电机空心轴8上。在该例中，把内转子IR的圆柱形内表面压配(或热压配合)在第一电机空心轴8的台阶形轴端上，由此把内转子IR固定到第一电机空心轴8。十二个内转子磁铁21(永久磁铁)设置成产生希望的磁通量，并且沿轴向嵌入内转子IR的转子基体20中，如图3所示。在该例中，两个磁铁21以V形方式配对，并且极化成相同极性，从而有三个磁极对。
定子S包括一个由定子薄片40叠成的定子片叠合件41；线圈42；传送冷却水来冷却定子S的冷却剂通道43；内螺钉44；外螺钉45；以及一个非磁性材料的树脂模制区46。定子S前端通过前端板47和定子壳48固定到电机壳2上。内、外螺钉44和45插入前、后端板47和49，并且用螺母拧紧，这些零件紧固一起形成定子S的骨架结构。
在该例中有十八个线圈42。这些线圈以三个重复的六相线圈形式设置在一个圆上，如图4所示。通过馈电端50、汇流条径向叠片51、馈电连接器52和汇流条轴向叠片53，把图8所示的复合电流从一个变流器(图中未示)供应到六相线圈42。该复合电流由驱动外转子OR的三相交流电流和驱动内转子IR的六相交流电流组成。
一个外转子壳体是支持外转子OR的构件。在该例中，外转子壳体由外转子周向件(或外转子壳)62、前端件(或前连接件)63和后端件(或后连接件)64组成。周向件62形成包围外转子OR的周向区，并且从前端延伸到后端。前端件63固定到周向件62的前端。前端件63具有从周向件62前端沿径向向内延伸的前径向区。后端件64固定到周向件62的后端。后端件64具有从周向件62后端沿径向向内延伸的后径向区。
外转子OR配合在外转子周向件62中，并且用钎焊或胶接固定到外转子周向件62上。第二电机轴9用花键连接到外转子壳体的后连接件64。如图3所示，外转子磁铁(永久磁铁)61被设置成产生磁通量和嵌在外转子OR的转子基体60中。该例的每个外转子磁铁61沿轴向延伸，并且沿周向拉长。每个外转子磁铁61在周向两侧具有空心区。在该例中，设有十二个外转子磁铁61。与内转子磁铁21不同，极性逐个改变，形成六个极性对。
如图2所示，前、后外转子轴承80和81把外转子OR支持在电机壳2和电机盖1上。一个内转子轴承82把内转子IR支持在电机壳2上。一个定子轴承83把定子S支持在外转子OR上。一个轴承84是设在第一空心轴8和第二电机轴9之间的中间轴承。
如图2所示，一个内转子解算器85是检测内转子IR转动位置的装置。一个外转子解算器86是检测外转子OR转动位置的装置。
如图5所示，Ravigneaux行星齿轮链G和驱动输出机构D设在由电机壳2、齿轮箱体3和前盖4封闭的齿轮室30中。
当多片离合器7啮合时，通过吸收转动脉动的飞轮阻尼机构6、传动输入轴31和离合器转筒32，把发动机E的驱动扭矩输入到Ravigneaux行星齿轮链G的第二环形齿轮R2。第一恒星齿轮S1用花键与第一电机空心轴8连接。内转子IR与第一恒星齿轮S1连接，使得根据电机工作点位置把第一扭矩和第一转速的转动从内转子IR输入到第一恒星齿轮S1。第二恒星齿轮S2用花键与第二电机轴9连接。外转子OR与第二恒星齿轮S2连接，使得根据电机工作点位置把第二扭矩和第二转速的转动从外转子OR输入到第二恒星齿轮S2。
多片闸10设在第一环形齿轮R1和齿轮箱体3之间。例如，在起动车辆工作时，闸10被啮合，由闸10阻止第一环形齿轮R1。公共恒星齿轮架C用花键与输出齿轮11连接，输出齿轮可转动地用轴承支持在定子壳48上。
驱动输出机构D包括与输出齿轮11啮合的第一副轴齿轮12、设在第一副轴齿轮12轴段上的第二副轴齿轮13、以及与第二副轴齿轮13啮合的驱动齿轮14。最后减速比由第二副轴齿轮13齿数和驱动齿轮14齿数之比来确定。
前盖4设有一个离合器压力油通道34，用于对多片离合器7的离合器活塞33供应流体压力。前盖4还设有一个闸压力油通道36，用于对多片离合器10的闸活塞35供应流体压力。在前盖4的内侧，离合器活塞33被闸活塞35包围。另外，传动输入轴31设有一个轴向延伸的中心油通道37，通过设在前盖4上的润滑油引入通道38对它供应润滑油。
一个电机室17由电机外壳确定，在该例中电机外壳由电机盖1和电机壳2组成。在电机室17中，设有包括定子S的多轴、多层电机M，定子设有线圈42，并且同轴地位于具有内转子磁铁21(永久磁铁)的内转子IR和具有外转子磁铁61(永久磁铁)的外转子OR之间。
第一(外)油冷却室91(第一湿室)是在外转子OR外周面和电机外壳(1，2)内周面之间的一个空间。第二(内)油冷却室92(第二湿室)是被内转子IR包围的一个空间。空气室95(干室)是与在外转子OR和定子S之间的空气间隙93以及在内转子IR S和定子之间的间隙94连通的一个空间。
内转子IR与第一电机(或转子)空心轴8连接。外转子OR依靠外转子壳体(62，63，64)与第二电机(或转子)轴9连接。
第一油冷却室91限定在电机外壳内周面和外转子壳体外周面之间。第二油冷却室92限定在第一电机空心轴8内周面和第二电机轴9外周面之间。
空气室95被前、后端件63和64的内表面限定。该例空气室95包括在定子S前端和外转子壳体的前端件63之间的第一侧室，以及在定子S后端和后端件64之间的第二侧室。
一个轴向油通道96形成在第二转子轴9中。轴向油通道96从第二转子轴9前端向第二转子轴9后端，沿轴向在第二转子轴9中延伸到后通道端。第二转子轴9还设有一个第一分支润滑剂通道96a，引导润滑剂或润滑油从轴向通道96到第一油冷却室91，以及一个第二分支润滑剂通道96b，引导润滑剂从轴向通道96到第二油冷却室92。在图6所示例中，第一分支通道96a为倾斜，并且从轴向油通道96后端倾斜延伸。形成多个从轴向油通道96径向向外延伸的第二分支通道96b。通道103可以作为排出油通道。
一个轴向空气通道97形成在第二转子轴9中。轴向空气通道97从第二转子轴9后端向着轴向油通道96后端，沿轴向在第二转子轴9中延伸到前通道端。一个倾斜空气通道97a从轴向空气通道97延伸，并且引导空气从轴向空气通道97到空气室95。一个空气过滤器98设在轴向油通道97中。在该例中，空气过滤器98由海绵制成。
第一分支油通道96a和倾斜空气通道97a相互重叠，使得两个通道96a和97a均沿轴向通过第二转子轴9的两个分开截面之间的一个第二转子轴9公共区段。
一个密封件99沿径向设在第一转子空心轴8和第二转子轴9之间，并且设置成把第二油冷却室92与空气室95隔开。
一个排出通道或开口100设在空气室95和第一油冷却室91之间，在外转子OR和定子S之间外空气间隙93之外的一个径向位置上，并且设置成依靠离心力从空气室95把油和其他液体沿径向向外排出到第一油冷却室91中。
在该例中，排出通道100形成在周向件62和第一端件63之间的每个第一结合区101，以及形成在周向件62和第二端件64之间的每个第二结合区102。
如图7A，7B和7C所示，该例前端件63具有一个台阶形上端区，配合在周向件62的台阶形前端区上，前端件63的台阶形上端区具有弯曲的凹区63a，每个凹区沿轴向离开周向件62方向下凹，形成了一个开孔，容许液体沿径向向外排出，从空气室95的第一侧室进入第一油冷却室91，由此作为排出通道100。在该例中，后端件64具有台阶形上端区，以相同方式形成排出开孔，容许液体沿径向向外排出，从空气室95的第二侧室进入第一油冷却室91，由此作为排出通道100。
多轴、多层电机M具有由两个转子和一个定子组成的同轴结构，用于驱动外转子OR和内转子IR。定子线圈42和线圈变流器共同用于内转子IR和外转子OR。对线圈42供应由叠加驱动内转子IR的第一电流和驱动外转子OR的第二电流形成的复合电流，如图8所示，电机控制系统可以独立地控制内、外转子IR和OR。多轴、多层电机M在外观上是单个电机，但该多轴、多层电机M可以起到能单独控制的两个电机/发电机作用。与包括一个具有转子和定子的电机以及一个具有转子和定子的发动机的设置相比，由此构成的电机M在尺寸、成本和重量上是有利的。
另外，内、外转子公用定子线圈对降低损耗，如铜损耗和开关损耗是有效的。控制复合电流，电机控制系统可以在各种模式下灵活控制多轴、多层电机M，包括电机加发电机模式、电机加电机模式以及发电机加发电机模式。特别是，如在说明例中用于一个混合式车辆的动力系统时，可以按照车辆的工作条件最实际和有效地控制多轴、多层电机M。在美国专利6,049,152中公布了这种具有一个公共定子和多个转子的电动机器。美国专利6,049,152对转动电动机器或电机/发电机的说明和附图、以及驱动机器的驱动线路和方法结合这里作为参考。
按以下方式冷却转子IR和OR。由油冷却器201冷却的润滑油通过前盖4中的润滑油通道38供应到齿轮室30中的齿轮机构，并且进入传动输入轴31的轴向油通道37中。从传动输入轴31的轴向通道37，把润滑油引入第二电机轴9的轴向通道96。
从第二电机轴9的轴向通道96，润滑油进一步流经第二分支通道96b进入第二(内)油冷却室92，冷却固定安装在第一电机轴8上的内转子IR。从第二油冷却室92，润滑油通过第一电机空心轴8和第二电机轴9之间的环形间隙引入齿轮室30。
同时，润滑油从轴向通道96通过第一分支通道96a流入第一(外)油冷却室91。所以，油飞溅并冷却了固定在外转子壳体(62，63，64)上的外转子OR。润滑油还通过前侧的油通道103引入第一油冷却室91。
由此构成的冷却结构包括第一和第二油冷却室91和92，可以有效地防止内转子磁铁21和外转子磁铁61的温度升高，并且保护长期连续工作下的适当磁性能。
定子S具有被供应大电流而发热的线圈42，用冷却水来冷却，冷却水从外部供应到包括冷却剂通道43的冷却线路中。循环冷却水从内部和从两个轴向侧冷却定子S。
空气通过空气过滤器98以去除颗粒，已清洁的空气从后侧通过轴向空气通道97和倾斜空气通道97a引入空气室95。该空气室95由前侧室和后侧室组成，两个侧室均与内、外空气间隙93和94连接。所以，依靠空气层保护每个空气间隙93或94防止油的进入。
空气室95靠近第一和第二油室91和92，油室中润滑油飞溅，因而少量油可能进入空气室95，虽然有密封结构。另外，一旦引入油，密封结构可能把油限制在空气室95中。另一方面，在按照该实施例的冷却结构中，即使油进入空气室95，依靠离心力沿径向向外抛出油，并且通过排出开孔100从空气室95把油排入第一(外)油冷却室91。第一油冷却室91不充油，但处于油飞溅的状态。所以，易于把油排入第一油冷却室91。
包括空气室95和排出开孔100的结构可以防止油进入空气间隙93和94，由此保护电机性能不会因搅拌阻力增加而降低。另外，由于油的切变，该结构可以防止空气间隙93和94中的温度升高。
按照本发明实施例的冷却结构包括包围外转子OR的第一(外)油冷却室91、在内转子IR之内的第二(内)油冷却室92、以及与内、外空气间隙93和94连通的空气室95。所以，依靠保护空气间隙93和94，该冷却结构可以保护内转子磁铁21和外转子磁铁61的特性，以及保持电机的性能。
通过第二转子轴9中的轴向通道96把油引入第一和第二油冷却室91和92。该设置不需要通过电机外壳引入油的油通道，以及在外壳结合处的密封结构，简化了冷却结构。另外，流入第一油室91的润滑油可以润滑外转子轴承81，外转子轴承81把外转子OR转动地支持在电机盖1上。在该例中，除了外转子轴承81以外的每个轴承为具有油脂密封结构的油脂密封轴承。
排出通道100形成在外转子空气间隙93径向外侧的一个径向位置上，并且设置成从空气室95排出油。该设置可以保护空气间隙93和94防止油的进入。
用作排出通道100的开孔形成在周向件62和端件63或64之间的结合区101和102。所以，可以方便和省钱地形成排出通道100而不需要开孔的工作。凹区63a为平滑弯曲，没有棱边，从而防止了不希望的应力集中，提高了外转子壳体(62，63，64)的耐久性。
冷却润滑油一方面供应到齿轮机构的齿轮室30，并且通过与第二电机轴9对准的传动输入轴31中的轴向油通道37，进入第二电机轴9中的轴向通道96。从一个公共的油压力源供应油来同时冷却转子和齿轮机构。
在所示实施例中，至少电机盖1和电机壳2之一可以作为包围外转子和确定第一湿室的第一构件或外构件。至少电机轴8和9之一可以作为第二构件或内构件，它确定了被内转子包围的第二湿室。至少构件62、63或64之一可以作为确定干室的第三构件或中间构件。
至少件63、64、80、81和83之一可以作为确定第一湿室和干室的装置。至少件84和99之一可以作为确定第一和第二转子轴之间第二湿室的装置。确定通道96a的一个区域可以作为把润滑剂引入第一湿室的装置。确定通道96b的一个区域可以作为把润滑剂引入第二湿室的装置。确定通道97或97a或空气过滤器98的一个区域可以作为把空气引入干室的装置。
本申请基于先前的日本专利申请号2002-231676。在日本2002年8月8日提出的先前日本专利申请号2002-231676整个内容引入这里作为参考。
虽然以上参照本发明的某些实施例描述了本发明，但本发明不限于上述实施例。根据上述说明内容，熟悉该技术的人员会想到上述实施例的修改和变化。在所说明的实施例中，冷却结构用于混合式车辆驱动系统中的多轴、多层电机。但是，本发明的冷却结构可以用于其他各种电机。参照以下权利要求来确定本发明的范围。
权利要求
1.一个设备包括一个内转子；一个包围着内转子的外转子；一个定子，定子同轴地设在内、外转子之间，并且设置成与内、外转子形成一个多轴、多层电机；一个包围外转子并且确定在外转子和第一构件之间的第一湿室的第一构件；一个确定被内转子包围的第二湿室的第二构件；以及一个确定干室的第三构件，该干室与定子和外转子之间的外空气间隙以及定子和内转子之间的内空气间隙连通。
2.如权利要求1的设备，其中定子包括线圈；内转子包括磁铁；外转子包括磁铁；第一构件包括一个电机外壳，它包围外转子，由此确定了包围外转子的第一湿室；第二构件包括一个与内转子连接的第一转子空心轴，以及一个与外转子连接并且插入第一转子空心轴的第二转子轴；以及第三构件包括一个与外转子连接的外转子壳体，使得外转子壳体如同一个组件与外转子一起转动。
3.如权利要求2的设备，其中第三构件设有一个排出通道，该通道位于外空气间隙径向位置之外的一个径向位置上，并且设置成从干室排出液体到第一湿室。
4.如权利要求2的设备，其中第一湿室是沿径向限定在电机外壳内表面和外转子壳体外表面之间的第一油室；第二湿室是沿径向限定在第一转子空心轴内表面和第二转子轴外表面之间的第二油室；干室是一个空气室，包括形成在定子第一轴向侧的第一侧室和形成在定子第二轴向侧的第二侧室，使得定子沿轴向位于第一和第二侧室之间。
5.如权利要求2，3或4的设备，其中第二转子轴设有一个轴向润滑剂通道，从第二转子轴的第一轴向端区向着第二转子轴的第二轴向端区沿轴向延伸，第一分支润滑剂通道引导润滑剂从轴向润滑剂通道到第一湿室，第二分支润滑剂通道引导润滑剂从轴向润滑剂通道到第二湿室。
6.如权利要求5的设备，其中第二转子轴设有一个轴向空气通道，从第二转子轴的第二端区向着第一轴向端区沿轴向延伸，第二空气通道引导空气从轴向空气通道到干室。
7.如权利要求6的设备，其中第一分支润滑剂通道和第二空气通道相互重叠，使得两个通道均沿轴向延伸通过第二转子轴的两个分开截面之间的一个第二转子轴公共区段。
8.如权利要求2的设备，其中外转子壳体包括一个周向区，它包围外转子并且从第一轴向端到第二轴向端沿轴向延伸，一个第一径向区，它从周向区的第一轴向端沿径向向内延伸，并且具有一个确定了干室第一侧室的内表面，以及一个第二径向区，它从周向区的第二轴向端沿径向向内延伸，并且具有一个内表面，该内表面横过定子沿轴向面对第一径向区内表面和确定了干室的第二侧室。
9.如权利要求8的设备，其中外转子壳体的周向区包括一个周向件，它包围了外转子，并且从第一轴向端到第二轴向端沿轴向延伸；外转子壳体的第一径向区包括一个第一端件，它与周向件的第一轴向端结合，并且设有一个确定了第一开孔的区域，第一开孔形成在周向件和第一端件之间位于外空气间隙之外沿径向的一个径向位置上，设置成依靠离心力把液体从干室排入第一湿室；外转子壳体的第二径向区包括一个第二端件，它与周向件的第二轴向端结合，并且设有一个确定了第二开孔的区域，第二开孔形成在周向件和第二端件之间位于外空气间隙之外沿径向的一个径向位置上，设置成把液体从干室排入第一湿室。
10.如权利要求8的设备，其中外转子壳体的第二径向区与第二转子轴连接，并且可转动地被设在中间空间的一个外转子轴承支持，中间空间形成在电机外壳和外转子壳体第二径向区之间，并且与第一湿室在流体上连通；第一转子空心轴可转动地被一个中间轴承支持在第二转子轴上，中间轴承位于第一转子空心轴和第二转子轴之间；设在第一空心轴和第二转子轴之间的一个密封件把第二湿室与干室分开。
11.如权利要求2的设备，其中设备还包括一个发动机以及一个与发动机和多轴、多层电机连接的齿轮机构，形成一个驱动混合车辆的混合驱动系统，以及一个设有引入通道的构件，把润滑剂引入齿轮机构和第一和第二湿室。
12.一个多轴、多层电机包括一个内转子；一个包围着内转子的外转子；一个同轴地设在内、外转子之间的定子；一个包围着外转子、定子和内转子的电机外壳；一个与内转子连接的空心轴；一个与外转子连接并容纳在空心轴中的中心轴；一个装置，确定了沿径向设在电机外壳和外转子之间的第一湿室，与定子和外转子之间外空气间隙以及与定子和内转子之间内空气间隙连通的干室；一个装置，确定了设在第一和第二转子轴之间的第二湿室；一个把润滑剂引入第一湿室的装置；一个把润滑剂引入第二湿室的装置，以及一个把空气引入干室的装置。
全文摘要
一个多轴、多层电机包括一个内转子、一个包围着内转子的外转子、以及一个同轴地设在内、外转子之间的定子。电机还包括一个包围外转子并在外转子和外构件之间确定了第一湿室的外构件；一个确定了被内转子包围的第二湿室的内构件；以及一个确定了干室的中间构件，干室与定子和外转子之间的外空气间隙以及与定子和内转子之间的内空气间隙连通。
文档编号H02K9/197GK1515061SQ0380038
公开日2004年7月21日 申请日期2003年3月28日 优先权日2002年4月1日
发明者中野正树, 加藤崇 申请人:日产自动车株式会社