电机及电机定子冷却结构的制作方法

本发明实施例涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机及电机定子冷却结构。

背景技术：

热设计和热管理是新能源汽车面临的重大挑战之一，对于新能源汽车的驱动电机而言，由于电机安装空间和自身重量的限制，使得电机的体积结构越来越小，但对输出功率和输出扭矩的要求却越来越高，这就使得电机的冷却设计面临更大的技术问题，

大多数水冷电机选用定子外水冷技术，即采用水套结构。水套是一种空腔的套接于电机的定子绕组外侧的结构，通过液体流经水套中的水槽而对电机进行降温。电机定子和水套之间为过盈配合。通过过盈配合结构，可以在二者之间传递扭矩。

然而，由于电机定子和水套的材料不同，故二者的热膨胀系数相差较大，导致在高温环境下在二者之间不能很好地进行扭矩传递。通常，采用在电机定子和水套之间插入圆柱形弹性销来解决上述问题。但是，在低温环境下(比如，-40℃)，弹性销的引入又会使水套产生变形，甚至导致水套无法起到传递扭矩的作用。

技术实现要素：

本发明实施例解决的技术问题是保证水套在低温下仍然能够发挥传递扭矩的作用。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种电机定子冷却结构，包括：

水套，套设于电机定子的外环面上，与电机定子过盈配合；

所述水套的内环面上开设有轴向延伸的水套凹槽，所述水套凹槽内设置有中间介质，所述中间介质和电机定子的外环面形成有定位孔；

弹性销，整体呈环形结构，所述弹性销固定于所述定位孔内，所述定位孔的形状与所述弹性销的形状相匹配，所述弹性销开设有径向开口，所述径向开口与所述弹性销的内环面相连通且所述径向开口沿所述弹性销的轴向一端延伸至轴向另一端。

可选地，所述水套凹槽为弧形凹槽，所述中间介质的形状与所述弧形凹槽相匹配。

可选地，所述弹性销为圆柱形弹性销。

可选地，所述中间介质上开设有中间介质凹槽，所述电机定子上开设有定子凹槽，所述中间介质凹槽和所述定子凹槽均为半圆弧凹槽，所述弹性销的圆心位于所述水套和电机定子的配合弧面上。

可选地，所述水套凹槽的轴向长度为所述水套轴向长度的1/6-1/4。

可选地，所述中间介质包括第一端中间介质和第二端中间介质，所述第一端中间介质设置于所述水套的轴向第一端，所述第二端中间介质设置于所述水套的轴向第二端；所述弹性销包括第一端弹性销和第二端弹性销，所述第一端弹性销设置于所述水套的轴向第一端，所述第二端弹性销设置于所述水套的轴向第二端。

可选地，所述中间介质的材料为a380型铝合金。

可选地，所述中间介质的数量至少为3个，分别沿所述水套的周向均匀分布。

可选地，所述弹性销的材料为钢。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种电机，包括电机定子和上述的电机定子冷却结构，所述电机定子冷却结构套设于所述电机定子的外环面上。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的电机定子冷却结构，包括：水套，套设于电机定子的外环面上，与电机定子过盈配合；所述水套的内环面上开设有轴向延伸的水套凹槽，所述水套凹槽内设置有中间介质，所述中间介质和电机定子的外环面形成有定位孔；弹性销，整体呈环形结构，所述弹性销固定于所述定位孔内，所述定位孔的形状与所述弹性销的形状相匹配，所述弹性销开设有径向开口，所述径向开口与所述弹性销的内环面相连通且所述径向开口沿所述弹性销的轴向一端延伸至轴向另一端。中间介质的设置，使得弹性销固定于所述中间介质和所述电机定子之间，通过在中间介质上开设用于组成定位孔的凹槽，避免了直接在水套上开设用于组成所述定位孔的凹槽，由于水套凹槽的尺寸大于组成所述定位孔的凹槽尺寸，因此减轻了水套凹槽处的应力集中效应，即使在低温下，水套收缩量大于电机定子的收缩量，水套对电机定子产生压力作用力的情况下，水套凹槽处的应力不会超出极限屈服强度，水套不会产生变形，从而能够保证电机定子和水套之间扭矩的正常传递；在高温环境下，水套的热膨胀系数大于电机定子的膨胀系数，即水套和电机定子之间的过盈量减小，而由于弹性销具有沿轴向一端延伸至轴向另一端的轴向开口，在将弹性销放入由中间介质和电机定子的外环面形成的定位孔时，弹性销会产生收缩变形量，收缩变形量的级别远远大于电机定子和中间介质之间因高温膨胀产生的过盈量缩小值，即弹性销的收缩变形量回弹时能够补偿因电机定子和水套的热膨胀出现的减少的过盈量，因此水套和电机定子之间仍然可以保证过盈配合。可见，中间介质的设置，提高了电机定子和水套的温度适应性，即无论是高温还是低温环境下，电机定子和水套之间均能够正常的传递扭矩，从而维持电机的正常运行。

可选方案中，所述水套凹槽为弧形凹槽。通过将水套凹槽设置为弧形结构，使得水套凹槽各区域均为光滑连续过渡，减轻了弧形凹槽形状有突变产生的应力集中效应，避免水套凹槽形状突变处的应力值超出屈服强度而导致水套变形，进一步保证电机定子和水套之间扭矩的正常传递。

可选方案中，所述弹性销为圆柱形弹性销。由于弹性销固定于所述定位孔内，因此所述定位孔的开口形状为圆形。一方面，当将弹性销插入所述定位孔内时，可以直接将弹性销插入定位孔，而无需先根据定位孔的形状放置弹性销，使弹性销对准定位孔，之后再将弹性销插入定位孔内，从而提高了装配效率；另一方面，圆柱形弹性销也易于加工。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是一种电机定子冷却结构的俯视图；

图2是图1中的水套和弹性销的示意图；

图3是本发明实施例所提供的一种电机定子冷却结构的俯视图；

图4是图3中水套、弹性销及中间介质(将电机定子隐藏)的局部示意图；

图5是图4的水套、弹性销销及中间介质的局部放大示意图。

其中：1-水套；2-电机定子；3-弹性销；10-第一凹槽；20-第二凹槽；50-水套；60-中间介质；600-中间介质凹槽；70-弹性销；500-水套凹槽；80-电机定子；800-定子凹槽。

具体实施方式

由背景技术可知，在低温环境下(比如，-40℃)，弹性销的引入又会使水套产生变形，甚至导致水套无法起到传递扭矩的作用。

现结合一种电机定子冷却结构分析其原因。

请参考图1和图2，图1是一种电机定子冷却结构的俯视图；图2是图1中的水套和弹性销的示意图。

结合图1和图2，水套1套设于电机定子2的外环面上，弹性销3固定于水套1和电机定子2之间，通过在水套1内环面开设第一凹槽10，在电机外环面上开设第二凹槽20，第一凹槽10和第二凹槽20围成的空间尺寸小于弹性销3自由状态下的外环面尺寸，通过将弹性销3插入第一凹槽10和第二凹槽20围成的空间内，将弹性销3固定于水套1和电机定子2之间。

为了降低成本，通常电机定子的材料选用钢，水套的材料选用铝，由于电机定子和水套的材料不同，铝的冷收缩系数远大于钢的冷收缩系数，水套收缩量远大于电机定子的收缩量，即水套和电机定子之间的过盈量增加，一般弹性销的尺寸较小，则水套上开设的第一凹槽的尺寸较小，那么第一凹槽与水套的内环面的交界处的应力较大，通过有限元分析，发现低温下(比如，-40℃)第一凹槽边缘的应力值将会超出极限屈服强度，导致第一凹槽变形，弹性销无法固定于第一凹槽和第二凹槽围成的空间内，从而水套无法起到将电机定子扭矩稳定传递出去的作用。

为了保证水套在低温下仍然能够发挥传递电机定子扭矩的作用，本发明实施例提供了一种电机定子冷却结构，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图3至图5，图3是本发明实施例所提供的一种电机定子冷却结构的俯视图；图4是图3中水套、弹性销及中间介质(将电机定子隐藏)的局部示意图；图5是图4的水套、弹性销销及中间介质的局部放大示意图。

结合图3至图5，本发明实施例所提供的电机定子冷却结构，包括：

水套50，套设于电机定子的外环面上，与电机定子80过盈配合；

所述水套50的内环面上开设有轴向延伸的水套凹槽500，所述水套凹槽500内设置有中间介质60，所述中间介质60和电机定子80的外环面形成有定位孔；

弹性销70，整体呈环形结构，所述弹性销70固定于所述定位孔内，所述定位孔的形状与所述弹性销70的形状相匹配，所述弹性销70开设有径向开口，所述径向开口与所述弹性销70的内环面相连通且所述径向开口沿所述弹性销70的轴向一端延伸至轴向另一端。

所述中间介质上开设有中间介质凹槽600，所述电机定子上开设有定子凹槽800，中间介质凹槽600和定子凹槽800形成定位孔，弹性销70与定位孔的形状相匹配，以固定于定位孔中。

弹性销70的材料为钢，具体的，可以为弹簧钢，弹性销70开设有径向开口，所述径向开口与所述弹性销70的内环面相连通且所述径向开口沿所述弹性销70的轴向一端延伸至轴向另一端。此种结构保证了弹性销70可以发生弹性变形。

在一种实施例中，为了节约成本，水套的材料为铝，电机定子的材料为钢。在低温环境下，铝的冷收缩系数远大于钢，因而水套内径收缩量远大于电机定子的外径收缩量，即水套和电机定子之间的过盈量增加，从而水套会对电机定子产生压力作用力。在其他实施例中，水套的材料也可以是比电机定子的热膨胀系大的金属材料。

如无其他说明，以下均以铝水套和钢定子为例对本发明实施例进行详细的说明。

中间介质的设置，使得弹性销固定于所述中间介质和所述电机定子之间，通过在中间介质上开设用于组成定位孔的凹槽，避免了直接在水套上开设用于组成所述定位孔的凹槽，由于水套凹槽的尺寸大于组成所述定位孔的凹槽尺寸，因此减轻了水套凹槽处的应力集中效应，即使在低温下，水套收缩量大于电机定子的收缩量，水套对电机定子产生压力作用力的情况下，水套凹槽处的应力不会超出极限屈服强度，水套不会产生变形，从而能够保证电机定子和水套之间扭矩的正常传递；在高温环境下，水套的热膨胀系数大于电机定子的膨胀系数，即水套和电机定子之间的过盈量减小，而由于弹性销具有沿轴向一端延伸至轴向另一端的轴向开口，在将弹性销放入由中间介质和电机定子的外环面形成的定位孔时，弹性销会产生收缩变形量，收缩变形量的级别远远大于电机定子和中间介质之间因高温膨胀产生的过盈量缩小值，即弹性销的收缩变形量回弹时能够补偿因电机定子和水套的热膨胀出现的减少的过盈量，因此水套和电机定子之间仍然可以保证过盈配合。可见，中间介质的设置，提高了电机定子和水套的温度适应性，即无论是高温还是低温环境下，电机定子和水套之间均能够正常的传递扭矩，从而维持电机的正常运行。

具体的，如图5所示，在一种实施例中，所述水套凹槽500可以为弧形凹槽，所述中间介质60的形状与所述弧形凹槽相匹配。

通过将水套凹槽500设置为弧形结构，使得水套凹槽500各区域均为光滑连续过渡，减轻了弧形凹槽形状有突变产生的应力集中效应，避免水套凹槽500形状突变处的应力值超出屈服强度而导致水套50变形，进一步保证电机定子80和水套50之间扭矩的正常传递。

继续参考图5，在一种具体实施中，所述弹性销70为圆柱形弹性销70。由于弹性销70固定于所述定位孔内，因此所述定位孔的开口形状为圆形。一方面，当将弹性销70插入所述定位孔内时，可以直接将弹性销70插入定位孔，而无需先根据定位孔的形状放置弹性销70，使弹性销70对准定位孔，之后再将弹性销70插入定位孔内，从而提高了装配效率；另一方面，圆柱形弹性销70也易于加工。当然，在其他实施例中，所述弹性销70还可以是其它形状，只要保证所述弹性销70与定位孔的形状相匹配即可。

进一步地，所述弹性销70的圆心可以位于所述水套50和电机定子80的配合弧面上。即中间介质凹槽600和定子凹槽800均为半圆弧形凹槽，如此，可以保证水套50和电机定子80在热胀冷缩过程中始终同心，从而提高了电机定子80冷却结构的稳定性。

在一种具体实施例中，所述水套凹槽500的轴向长度为所述水套50轴向长度的1/6-1/4。

所述水套凹槽500的轴向长度不能过大，也不能过小。保证水套凹槽500的轴向长度大于弹性销70的长度即可、水套凹槽500的轴向长度过长会影响水套50本身结构稳定性。轴向长度过短则无法起到传递扭矩的作用。

在一种具体实施例中，所述水套凹槽500的轴向长度可以为水套50轴向总长度的1/6，在其他实施例中，所述水套凹槽500的轴向长度为水套50轴向总长度的1/5或者1/4。

一方面，当所述水套凹槽500的轴向长度与所述水套50轴向长度的比例为1/6-1/4时，既可以保证电机定子与水套50之间正常的传递扭矩，又能够保证所述水套50本身的结构相对稳定。

在一种实施例中，所述中间介质60包括第一端中间介质和第二端中间介质所述第一端中间介质设置于所述水套50的轴向第一端，所述第二端中间介质设置于所述水套50的轴向第二端；所述弹性销70包括第一端弹性销和第二端弹性销，所述第一端弹性销设置于所述水套50的轴向第一端，所述第二端弹性销设置于所述水套50的轴向第二端。即所述中间介质60设置于所述水套50的轴向第一端和轴向第二端，所述弹性销70设置于所述水套50的轴向第一端和轴向第二端。通过在所述水套50的两端均设置所述弹性销70和所述中间介质60，能够进一步保证水套50和电机定子80之间的扭矩的正常的传递。

在一种具体实施例中，所述中间介质60的材料为a380型铝合金。由于a380型铝合金的冷收缩系数优于铝，因此在中间介质60上开设与弹性销70配合的凹槽时，中间介质60的应力集中效应低于直接在水套50上开设与弹性销70配合的凹槽时的应力集中效应。

具体的，所述中间介质60的加工工艺为压铸成型工艺。通过采用压铸成型工艺，所述中间介质60的致密性能提高，抗拉伸性能提高。

在一种具体实施例中，所述中间介质60的数量至少为3个，分别沿所述水套50的周向均匀分布。所述中间介质60的数量与水套50的尺寸相关。

在一种具体实施例中，如图3所示，所述中间介质60的数量为3个。在其他实施例中，所述中间介质60的数量还可以大于3个。

容易理解的是，当在水套的轴向第一端和轴向第二端均设置所述弹性销和所述中间介质时，指的是所述第一端中间介质的数量为3个，所述第一端中间介质设置于所述水套的轴向第一端，且沿轴向第一端的周向均匀分布；所述第二端中间介质的数量为3个，所述第二端中间介质设置于所述水套的轴向第二端，且沿轴向第二端的周向均匀分布。

通过将中间介质的数量设置为至少3个，且中间介质沿所述水套的周向均匀分布，能够保证所述水套的应力分散，结构更加稳定。

为了解决上述问题，本发明实施例还提供了一种电机，包括电机定子和上述的电机定子冷却结构，所述电机定子冷却结构套设于所述电机定子的外环面上。

由于电机包括上述电机定子冷却结构，因而具有电机定子冷却结构的作用和效果，中间介质的设置，使得弹性销固定于所述中间介质和所述电机定子之间，通过在中间介质上开设用于组成定位孔的凹槽，避免了直接在水套上开设用于组成所述定位孔的凹槽，由于水套凹槽的尺寸大于组成所述定位孔的凹槽尺寸，因此减轻了水套凹槽处的应力集中效应，即使在低温下，水套收缩量大于电机定子的收缩量，水套对电机定子产生压力作用力的情况下，水套凹槽处的应力不会超出极限屈服强度，水套不会产生变形，从而能够保证电机定子和水套之间扭矩的正常传递；在高温环境下，水套的热膨胀系数大于电机定子的膨胀系数，即水套和电机定子之间的过盈量减小，而由于弹性销具有沿轴向一端延伸至轴向另一端的轴向开口，在将弹性销放入由中间介质和电机定子的外环面形成的定位孔时，弹性销会产生收缩变形量，收缩变形量的级别远远大于电机定子和中间介质之间因高温膨胀产生的过盈量缩小值，即弹性销的收缩变形量回弹时能够补偿因电机定子和水套的热膨胀出现的减少的过盈量，因此水套和电机定子之间仍然可以保证过盈配合。可见，中间介质的设置，提高了电机定子和水套的温度适应性，即无论是高温还是低温环境下，电机定子和水套之间均能够正常的传递扭矩，从而维持电机的正常运行。

虽然本发明实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。