一种新型车用动力电机定子结构及其冷却系统的制作方法

本发明涉及一种电机定子总成结构以及所述定子的冷却系统，属于车用电机领域，特别涉及一种新能源车用动力电机的定子总成结构及其油冷系统。

背景技术：

在节能和环保成为汽车行业发展主题的今天，新能源汽车已经成为各国汽车厂商重点研究的对象，动力电机作为其主要动力源也被提出越来越高的要求。

动力电机在越来越高效地为新能源汽车提供动力的同时，也随之产生了很多问题，定子作为电机中使电能转换成机械能的重要结构部件和主发热源，所面临的问题尤其棘手。在新能源汽车，尤其是混合动力汽车的动力电机设计中，为了得到更小的空间尺寸和更高的转矩输出，越来越多地选用具有绕组端部尺寸小，铁芯利用率高，转矩输出高等特点的集中式绕组定子总成结构进行设计。

然而，在实际应用中却面临着诸多问题：1.由于定子是电机的主要发热源，定子的温度直接影响到电机的效率、性能、绝缘安全及寿命，为了实现更大的功率输出，如何在现有空间内进行更有效的冷却散热是一个难题；2.由于日益紧凑的动力总成布置空间与日益提高的电机性能要求之间的矛盾，在电机定子与冷却系统的设计中，一方面要保证电机总成外轮廓 的最小设计空间，一方面还要求更大的铁芯利用率，因此电机定子的轭部尺寸被压缩的越来越小，这导致电机定子在实际加工过程中，无论是使用模具冲裁还是使用线切割加工都会遇到如下问题：由于定子轭部过薄，因此定子冲片的刚度很差，定子内外圆的圆度想要达到设计精度会非常困难，既影响生产节拍又影响电机实际的性能输出；3.目前主流的产品设计中，如附图9与附图10，为了保证定子总成热传导和传递扭矩，定子总成多采用铁芯与壳体过盈配合，这种方式既导致了对壳体的强度及材料都有较高要求，又由于冷却通道的存在，为保证高度需增加壳体壁厚，因此限制了壳体尺寸的进一步压缩，也间接加剧了问题2中的轭部尺寸过薄的问题。综上，具有更好的加工工艺性的定子总成结构研究以及新型冷却装置的设计成为当务之急。

专利CN101023572A中描述了一种电机的冷却装置，该装置有能力根据定子铁芯上不同部位的状况调整其冷却能力，实现不同铁芯位置的精密冷却。这种装置虽然却效果得到了一定的提高，但是其结构复杂，成本高，工程化应用难度大，并且无法对定子总成结构中真正的发热源(即定子绕组)进行直接冷却，冷却效率依旧不足以满足未来整车对电机的需求。

专利CN103296824A与专利CN103532307A各自描述了一种可以对定子绕组进行直接喷淋冷却的多喷油口电机结构。这种设计虽然冷却效率较高，但是为实现其冷却系统，电机壳体结构比较复杂，加工难度高，定子与壳体之间采用过盈限位更导致了其对壳体的高强度要求，这样的结构导致壳体占用较大的径向空间，使电机有效径向尺寸减小，铁芯利用率降低，电机功率密度及扭矩密度受限。

针对上述问题，如何在有限的空间内，提高电机有效直径，提高定子铁芯利用率，提高冷却效率，最大限度地发挥电机性能成为新能源汽车的新型车用动力电机定子及其冷却系统设计的关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型车用动力电机定子及其冷却系统，其既可以实现新能源车用电机系统要求的高效冷却，又可以较大地保证电机的有效径向尺寸(即定子外径尺寸)，提高定子铁芯利用率；在保证电机高性能输出的同时，也可以保证定子冲片的加工工艺性。

本发明所述的一种新型车用动力电机的定子总成结构及其冷却系统，其定子总成由定子铁芯、定子绕组及若干个导流管总成组成；其冷却系统由进油口、导流管总成、出油口、储油装置、过滤装置以及冷却油散热装置所构成。

所述定子铁芯由若干硅钢片叠压后经焊接或铆接而成，在结构上分为齿部与轭部两部分，在其轭部上开有通孔；

所述定子绕组，装配在定子铁芯齿部之上，与定子铁芯固定连接，绕组的轴向两端在定子铁芯之外；

所述导流管总成，装配在定子铁芯的轭部通孔中，导流管总成的主体为中空的导流管，导流管轴向长度长于定子铁芯。在导流管上布置有喷油孔、入油孔、密封装置及定位装置。其中，所述喷油孔，连通导流管与电机内腔，每个导流管总成中至少有一个喷油孔布置在定子绕组的端部的垂直上方；所述入油孔，连通导流管与布置在端盖之内的油道，或者连通导 流管与供油管道；所述的密封装置，可以是密封堵块，或者密封圈，或者其他能够密封冷却油，使冷却油进入导流管后，只能从喷油孔流出的装置或结构；所述定位装置，可以是卡环，或者导流管自身的凸起结构，或者其他能够为定子铁芯与导流管总成之间或为定子总成与端盖之间进行轴向定位的结构或装置；

所述定子总成，布置在电机内腔中，其定位及扭矩的传递均需要由导流管总成与电机端盖的配合来保证。所述电机内腔，指电机前后两侧端盖与壳体包围起来的内部空间；

所述冷却系统为油冷，其冷却液可以为电机专用冷却油，也可以是与变速箱共用的齿轮油；

所述进油口布置在端盖上，进油口可以单独存在，也可以与导流管总成的入油孔进行集成。进油口一端与供油管道连接，一端通向导流管总成的入油孔或通向布置在端盖中的连接导流管总成入油孔的油道；

所述出油口布置在端盖或壳体上，一端与电机内腔相连接，一端与出油管道相连接或者直接与储油装置相通，出油孔的内管道截面积要大于等于进油孔截面积并且能够保证冷却油在电机内腔的最高液面要低于电机转子总成的最低点；

所述储油装置，其可以是集成在电机壳体底部的油底壳结构，也可以是外挂专用储油装置，或者是其他壳体件；

所述过滤装置，可以是冷却油滤清器，也可以是集成在储油装置底部的铁屑收集装置；

所述散热装置，可以是冷却油冷却器等主动冷却装置，也可以是集成 在储油装置上的散热筋等被动散热结构。

本发明的积极效果在于：该总成将定子总成结构与冷却系统进行一体化设计，结构高度集成化，取消传统电机的内壳体及冷却套结构，使得在一定布置空间内的电机有效体积(即电机铁芯体积)得以最大化，电机的最大输出性能可以增加，电机的功率密度及扭矩密度得以提升。并且本发明还可以保证定子铁芯较好的加工工艺性，缩短生产节拍，适用于实际生产实践中。

附图说明

图1为一种具有本发明实例的电机总成剖面及冷却油路平面示意图。

图2为图1所示的定子总成结构图。

图3为本发明实例中一种定子总成结构剖面图。

图4为本发明实例中一种能够兼顾铁芯冷却的局部定子总成图。

图5为图4所示方案的结构剖视图。

图6为本发明实例中一种具有单导流管定子总成的结构剖面图。

图7为本发明实例中一种具有多导流管定子总成示意图。

图8为图7所示的冷却油路三维示意图。

图9为现有产品设计中一种定子及冷却结构剖面图。

图10为现有产品设计中另一种定子及冷却结构示意图。

2-堵块 3-导流管总成 4-前端盖 5-油封 6-转子总成 7-定子铁芯 8-定子绕组 9-壳体 10-出油管 11-后端盖 12-外挂油壶 13-散热器 14-过滤器 15-油泵 16- 喷油孔 17-后油孔 18-铁芯喷油孔 19-塑封端部 20-导流槽 26-联通油道 27-冷却沟槽 28-油孔 30-轭部 31-齿部 33-导流管 34-卡环 35-止推位 36-定子总成

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

图1所示的为一个单电机总成及其冷却系统。该电机为一个永磁油冷电机，该电机的壳体9只具有防护和密封功能，定子铁芯7的定位功能由导流管总成3实现，这样壳体9只需与定子铁芯7间隙配合，对壳体9的强度要求大大降低，这样壳体占用电机总成的径向空间可以达到最小。其定子铁芯7的实现定位的具体实施方式如下，其定子铁芯7轭部开有通孔，在通孔中装配有导流管总成3，并通过导流管总成3将定子铁芯7相对于前端盖4及后端盖11进行定位和扭矩传递，由于转子总成6也通过轴承与前端盖4及后端盖11进行定位，因此保证了定子与转子的轴向对中及径向同轴度。

该电机的导流管总成3不仅有机械定位功能，在冷却系统中还具有对冷却液的导向功能。如图1中箭头所示，该电机的冷却油流向如下：通过油泵15的作用，冷却油从外挂油壶12中被汲取出来，通过散热器13与过滤器14的处理，流经油泵15，从进油口1进入电机本体，在冷却油进入导流管总成3后，从预设在定子绕组8端部上方的喷油孔16与后油孔17中喷出，直接喷淋在绕组8端部上，实现冷却功能。吸收热量之后的冷却油顺着绕组8及两侧端盖4、11流到电机底部，从前油孔16中喷出的 油可以直接进入出油管10，从后油孔17喷出的油到达底部后，需要流经电机定子铁芯7底部开的联通油道26，才能进入出油管10。冷却油通过出油管10流出电机本体后，即可回到外挂油壶12中。该冷却系统的密封是这样实现的，在壳体9与前端盖4，壳体9与后端盖11之间有法兰面配合，通过涂胶密封；在导流管总成3的两端通过堵块2密封，在转子总成6与两侧端盖4与11之间通过油封5密封。

定子总成36的典型结构如图2～图4所示，每套定子总成36由一个定子铁芯7，若干个定子绕组8以及若干个导流管总成3组成。其中，定子绕组8固定连接在定子铁芯7的齿部31上，导流管总成装配在定子铁芯7的轭部30上并且导流管总成通过定位卡环34或止推位35与定子铁芯7保持轴向的定位。

图3所示的为一种典型的定子总成36在电机内腔中的定位方案，具体实施如下，轴向上，导流管33插入前端盖4的装配孔中，导流管33的最前端超出前端盖4，通过两个定位卡环34分别装配在位于前端盖4前后端面上的导流管33的卡槽中形成轴向定位；在径向定位上，导流管33后端装配在后端盖11的限位孔中，并且定子铁芯7外径与电机壳体9内径小间隙配合，从而保证定子总成36的径向定位；特别地，若电机定子总成36如图7所示，那么定子总成36的径向定位也可以采用，至少两根导流管33装配在后端盖11的限位孔中，这样，定子铁芯7外径与电机壳体9的内径可以没有配合依旧能够保证定子总成36的径向定位；

优选地，为了满足更高的散热要求，该定子的冷却方案可以根据具体不同情况来进行改进，图4～图8是其中几种典型的改进实施方案。

图4与图5所示的是一种针对提高铁芯冷却能力的改进实施方案，如图4与图5所示，当定子铁芯7需要加强冷却时，其定子铁芯7顶部在开有装配导流管总成3的通孔同时，在通孔下方设计有冷却沟槽27，在导流管总成3上在开有16、17两个前后喷油孔的同时，在铁芯轴向中点处还开有铁芯喷油孔18，一部分冷却油通过铁芯喷油孔18进入冷却沟槽27，然后沿着冷却沟槽27向铁芯7两侧冷却，由于冷却液直接与铁芯接触，能够最好地吸收铁芯7上的热量，从而达到加强冷却铁芯的目的。

图6所示的是另一种改进实施方案，其针对的是当在设计上由于某些原因，冷却油流量不足情况。为了解决冷却液不足情况，可以通过减少冷却液的飞溅损失和提高散热系数两方面进行设计。如图6所示，通过使用汽车用高热传导率绝缘材料将定子绕组8端部进行整体塑封成塑封端部19，并在塑封端部19的表面注塑有导流槽20，当冷却油通过喷油孔16、17喷出后，会直接喷淋在塑封端部19的导流槽20中，通过导流槽20的作用，更多地冷却油会沿着导流槽20，向电机底部流去，在此过程中，冷却油始终与塑封端部19接触，会吸收更多的热量。塑封端部19与导流槽20的存在，有效地增加了冷却油与绕组端部的接触时间以及单位体积内绕组接触的冷却油量，充分地发挥了冷却油比热容大的优势，最大限度地减小了冷却油流量不足问题带来的影响。

图7～图8所示的是另一种改进实施方案，其可以实现冷却系统能够根据不同位置的绕组端部散热量的不同来提供不同流量的冷却油。具体方案是按照如下实现的：如图7与图8所示，在每个需要直接冷却的绕组8端部的垂直上方铁芯中开通孔，均装配导流管总成3。根据每个绕组8端部 的发热量的不同，通过调节导流管总成3内径、各自绕组8端部的喷油孔16与17的孔径、以及在前端盖4中的油孔28的内径，来调节不同绕组8端部的冷却油的流阻，因此实现不同绕组8对应不同流量的冷却油。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，该实施方式仅仅是本发明的较佳实例，不应理解为对本发明的限制，任何依据本发明的原理所做的更改都应在本发明的保护范围之内。以下将结合附图对本发明技术方案做进一步的阐述。