一种电机、集成动力总成及其汽车的制作方法

1.本发明涉及汽车领域，尤其是涉及一种电机、集成动力总成及其汽车。


背景技术：

2.传统新能源汽车的减速器、电机、控制器分散式排布，空间利用率低，并且控制器与电机的线束相互交错，给装配带来了极大的困难，外部的线束容易与其它部件磨损，存在高压漏电的风险。随着人们生活水平的提高，对空间利用率提出了越来越高的要求，减速器、电机、控制器集成为一体已成为研究热点，集成化的设计中需要解决散热、电气连接、动力连接的问题。
3.cn201911294950.9公开了一种集成减速器、电机和控制器的三合一电机控制装置，然而这一驱动总成存在着以下的问题：为了提升功率密度，要提升电机的转速，受限于电机的散热性能，无法通过提升绕组载流密度来实现，只能提升电机的外径亦或者采用更长叠长的定子铁芯，受车内空间布局的限制，电机转速的与功率密度的提升有限。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种电机、集成动力总成及其汽车，以解决现有技术中提出的的技术问题。
6.本发明第一方面提供了一种电机，电机包括外壳、转轴、绕组、转子铁芯以及定子铁芯，电机还包括冷却组件，冷却组件包括：
7.热循环介质通道，用于输入热循环介质，设置于外壳内；
8.热循环介质进口，热循环介质进口连通热循环介质通道与外壳围设成的电机腔，用于将热循环介质导入至绕组外侧与定子铁芯外侧上；
9.其中，转轴内部为空心，转轴上设有连通转轴内部与热循环介质通道的转轴连接管，转轴上设有连通转轴内部与电机腔的转轴喷嘴。
10.在本方案中，通过热循环介质通道能够将热循环介质导入电机内，热循环介质在电机内分为两路，一路通过热循环介质进口进入电机内，即进入外壳与定子铁芯之间以及绕组上，而进入外壳与定子铁芯之间的热循环介质会流动进入绕组内，另一路通过转轴连接管进入转轴内部，在转轴的转动过程中，转轴内部的热循环介质会被转轴从转轴喷嘴甩出至绕组上，以此实现定子浸油、绕组喷淋以及转子甩油的组合电机冷却技术，通过采用这一冷却组件极大增强了电机的散热能力散热能力，提升绕组载流密度，增加冲片磁通密度，进而提高功率密度，避免了通过提升电机的外径亦或者采用更长叠长的定子铁芯来提升功率密度。
11.在本发明的进一步方案中，冷却组件还包括回收槽，用于回收热循环介质，回收槽通过管路循环后与热循环介质通道相连通。
12.在本方案中，在热循环介质进入电机腔内，吸收电机内各个结构散发的热量后，通
过回收槽能将通过两路进入电机腔内的热循环介质回收，再通过管路进入冷却设备进行冷却后，将冷却后的热循环介质通过管道导入热循环介质通道，从而实现热循环介质能够循环使用，避免了热循环介质的浪费。
13.在本发明的一个可替代方案中，通过在电机的内腔上设置斜向的导流板，可以将电机腔内飞溅的热循环介质导流至电机的端部，电机的端部再设置一个回收槽即可同样实现回收热循环介质的功能。
14.在本发明的进一步方案中，转子铁芯上设有磁钢，磁钢包括至少两块的磁钢段，磁钢段径向或轴向设置在转子铁芯上，定子铁芯与转子铁芯均为经过固溶处理后的硅钢片制成。
15.在本方案中，将转子铁芯上的磁钢径向或轴向设置在转子铁芯上，并且将磁钢分段，由于位于交变磁场中的铁芯冲片，在其内部将会产生感应电场，形成与磁场铰链的感应电流，即涡流，而涡流被限制在定子铁芯的狭窄的薄片之内，当定子铁芯冲片越薄，磁通穿过定子铁芯冲片的狭窄截面时，这些回路中的电动势越小，且这种冲片的硅含量较高，回路的电阻很大，涡流损耗大为减弱；高转速产生的高频交变磁场使ac(alternating current)损耗增加，常出现在磁钢外、定子绕组表面等，为了处理磁钢的ac损耗，为了处理磁钢的ac损耗，通过将磁钢分段，可以是径向，或者轴向，能够减小涡流环流面积，减低损耗，同时分段段数越多，ac损耗越小。
16.在本发明的进一步方案中，电机还包括轴承，用于转轴的限位，轴承的保持架采用树脂材料处理，轴承采用抗咬粘性的润滑脂润滑处理。
17.在本方案中，提高电机功率密度后，电机的转速会增加，致使轴承发热增加，采用普通的轴承容易导致润滑不良咬粘，或是离心力大保持架变形，因而通过采用有优异抗咬粘性的润滑脂润滑防止不良咬粘，抑制发热导致的润滑不良，延长使用寿命；将保持架采用树脂材料，能够大幅度降低高速旋转时离心力导致的保持架变形，保障保持架形状。
18.在本发明的进一步方案中，热循环介质进口包括定子铁芯进口和绕组外侧进口，定子铁芯进口半径大于绕组进口，定子铁芯进口朝向定子铁芯，绕组进口朝向绕组，绕组采用扁线绕组。
19.在本方案中，由于绕组与定子铁芯所产生的热量各不相同，因此设置了定子铁芯进口和绕组外侧进口分别为定子铁芯与绕组散热，定子铁芯进口半径大于绕组进口，提供的热循环介质更多，更好的为定子铁芯散热。
20.在本发明的进一步方案中，外壳包括：壳体、前端盖、前密封盖以及底座，前端盖与底座分别设置于壳体的两端，前密封盖设置于端盖上，热循环介质通道包括依次连通的主通道、前端盖通道以及前密封盖通道，转轴进口连通转轴内部与前密封盖通道，轴承包括设置于前端盖上的第一轴承以及设置于底座上的第二轴承，第一轴承的轴心线与第二轴承的轴心线位于同一直线上，用于安装转轴。
21.在本发明的进一步方案中，转轴喷嘴包括：
22.绕组内侧喷嘴，用于将热循环介质喷淋至绕组内侧以冷却绕组；
23.以及轴承喷嘴，用于将热循环介质喷淋至轴承内以冷却轴承。
24.本发明第二方面提供了一种集成动力总成，包括减速器以及本发明第一方面提供的一种电机，其中，回收槽通过管路连通减速器的内腔，减速器的内腔通过管道连通热循环
介质通道以实现循环。
25.在本方案中，通过回收槽回收热循环介质，通过管路将热循环介质导入减速器腔内，由于减速器内的温度低于电机腔内的温度，因而热循环介质会初步降温，再通过冷却设备冷却热循环介质，即可将热循环介质导入热循环介质通道，实现循环散热。
26.在本发明的进一步方案中，还包括控制器，用于控制电机与减速器，控制器包括功率模块，功率模块采用sic器件。
27.在本方案中，通过采用sic器件，sic器件有更高的电流密度，体积可缩小至原有的igbt器件的1/3-2/3，且发热量仅为igbt一半，功率模块的开关频率非常高，能满足电机转速的需求。
28.本发明第三方面提供了一种车辆，包括本发明第二方面提供的一种集成动力总成。
29.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
30.本发明通过热循环介质通道能够将热循环介质导入电机内，热循环介质在电机内分为两路，一路通过热循环介质进口进入电机内，即进入外壳与定子铁芯之间以及绕组上，而进入外壳与定子铁芯之间的热循环介质会流动进入绕组内，另一路通过转轴连接管进入转轴内部，在转轴的转动过程中，转轴内部的热循环介质会被转轴从转轴喷嘴甩出至绕组上，以此实现定子浸油、绕组喷淋以及转子甩油的组合电机冷却技术，通过采用这一冷却组件极大增强了电机的散热能力，提升绕组载流密度，增加冲片磁通密度，进而提高功率密度，避免了通过提升电机的外径亦或者采用更长叠长的定子铁芯来提升功率密度。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明其中一个实施例提供的一种电机的结构示意图；
33.图2为本发明其中一个实施例提供的一种磁钢的截面结构示意图；
34.图3为本发明其中一个实施例提供的一种集成动力总成的结构示意图；
35.图4为本发明其中一个实施例提供的一种车辆的结构示意图。
36.附图标记
37.1、车辆；
38.2、集成动力总成；
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10、电机；
39.20、减速器；
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30、控制器；
40.6、磁钢；
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101、壳体；
41.102、前端盖；
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103、底座；
42.104、前密封盖；
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200、转轴；
43.300、绕组；
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400、定子铁芯；
44.5011、主通道；
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5012、前端盖通道；
45.5013、前密封盖通道；
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601、磁钢段；
46.5021、定子铁芯进口；
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5022、绕组外侧进口；
47.503、转轴连接管；
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105、轴承；
48.5041、绕组内侧喷嘴；
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5042、轴承喷嘴；
49.505、回收槽。
具体实施方式
50.为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
51.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.本发明针对现有技术所存在的问题，提出了一个总的发明构思，旨在解决受限于电机10的散热性能、电机10功率密度提升有限的问题，在一个总的发明构思中，通过定子浸油、绕组300喷淋以及转子甩油的组合电机10冷却技术，极大增强了电机10的散热能力，提升绕组300载流密度，增加冲片磁通密度，进而提高功率密度，避免了通过提升电机10的外径亦或者采用更长叠长的定子铁芯400来提升功率密度。
56.如图1-2所示，本发明第一方面提供了一种电机10，电机10包括外壳、转轴200、绕组300、转子铁芯(图中未示出)以及定子铁芯400，电机10还包括冷却组件，冷却组件包括：
57.热循环介质通道，用于输入热循环介质，设置于外壳内；
58.热循环介质进口，热循环介质进口连通热循环介质通道与外壳围设成的电机腔，用于将热循环介质导入至绕组300外侧与定子铁芯400外侧上；
59.其中，转轴200内部为空心，转轴200上设有连通转轴200内部与热循环介质通道的
转轴连接管503，转轴200上设有连通转轴200内部与电机腔的转轴喷嘴。
60.可以理解的，本发明中所提及的外壳指的是包裹整个转轴200、绕组300、转子铁芯以及定子铁芯400的外层壳体结构；转轴200指的是转子所用的可转动机械轴；绕组300是按不同方式连接在一起的线圈组成，也被称之为电枢绕组300，在电机10实现机械能与电能相互转换过程中，电枢绕组300起关键和枢纽作用；定子铁芯400又称定子铁心，是电机10磁路的重要组成部分，它和转子铁心(即转子铁芯)、定子和转子之间的气隙一起组成电机10的完整的磁路。
61.进一步的，热循环介质用于吸收电机10中热量，并通过其他设备(如冷却设备)释放热量后，再将其导入热循环介质通道以实现循环利用，其中，热循环介质可以采用高效散热和吸热的冷却液，也可以采用油体。
62.进一步的，冷却组件中应当包括用于回收热循环介质的回收结构，一方面可以采用回收槽505，回收槽505可以设置于电机10的内腔的底部，热循环介质在电机腔内吸收热量后，通过重力回落的影响会直接落入回收槽505内，再通过管道连通回收槽505，即可将回收槽505内回收的热循环介质导入电机10外进行冷却；另一方面可以在电机10内腔表面设置斜向的导流板，通过导流板将电机腔内飞溅的热循环介质导流至电机10的端部，电机10的端部再设置一个回收槽505即可实现回收热循环介质的功能。
63.进一步的，转轴喷嘴可以是只设置斜向电机10端部的斜向喷嘴，也可以同时包括绕组内侧喷嘴以及轴承喷嘴5042。
64.在本方案中，通过热循环介质通道能够将热循环介质导入电机10内，热循环介质在电机10内分为两路，一路通过热循环介质进口进入电机10内，即进入外壳与定子铁芯400之间以及绕组300上，而进入外壳与定子铁芯400之间的热循环介质会流动进入绕组300内，另一路通过转轴连接管503进入转轴200内部，在转轴200的转动过程中，转轴200内部的热循环介质会被转轴200从转轴喷嘴甩出至绕组300上，以此实现定子浸油、绕组300喷淋以及转子甩油的组合电机10冷却技术，通过采用这一冷却组件极大增强了电机10的散热能力，提升绕组300载流密度，增加冲片磁通密度，进而提高功率密度，避免了通过提升电机10的外径亦或者采用更长叠长的定子铁芯400来提升功率密度。
65.以下通过实施例对本发明所提供的部件做进一步说明：
66.在本发明的进一步方案中，冷却组件还包括回收槽505，用于回收热循环介质，回收槽505通过管路循环后与热循环介质通道相连通，所述回收槽505设置于电机10内腔的底部。
67.在本方案中，在热循环介质进入电机腔内，吸收电机10内各个结构散发的热量后，通过回收槽505能将通过两路进入电机腔内的热循环介质回收，再通过管路进入冷却设备进行冷却后，将冷却后的热循环介质通过管道导入热循环介质通道，从而实现热循环介质能够循环使用，避免了热循环介质的浪费。
68.针对回收槽505，本发明提供了一个可替代的方案，通过在电机10的内腔上设置斜向的导流板(图中未示出)，可以将电机腔内飞溅的热循环介质导流至电机10的端部，电机10的端部再设置一个回收槽505即可同样实现回收热循环介质的功能。
69.请继续参考图2，在本发明的进一步方案中，转子铁芯上设有磁钢6，磁钢6包括至少两块的磁钢段601，磁钢段601径向或轴向设置在转子铁芯，定子铁芯400与转子铁芯均为
经过固溶处理后的硅钢片制成。
70.在本方案中，将转子铁芯上的磁钢6径向或轴向设置在转子铁芯上，并且将磁钢6分段，由于位于交变磁场中的铁芯冲片，在其内部将会产生感应电场，形成与磁场铰链的感应电流，即涡流，而涡流被限制在定子铁芯400的狭窄的薄片之内，当定子铁芯400冲片越薄，磁通穿过定子铁芯400冲片的狭窄截面时，这些回路中的电动势越小，且这种冲片的硅含量较高，回路的电阻很大，涡流损耗大为减弱；高转速产生的高频交变磁场使ac(alternating current)损耗增加，常出现在磁钢6外、定子绕组300表面等，为了处理磁钢6的ac损耗，通过将磁钢6分段，可以是径向，或者轴向，能够减小涡流环流面积，减低损耗，同时分段段数越多，ac损耗越小，在实际应用中，应当依据磁钢段601的材料特性，尽量将磁钢6多分段，采用较薄的硅钢片，硅钢片的厚度＜0.3mm。
71.在本发明的进一步方案中，电机10还包括轴承105，用于转轴200的限位，轴承105的保持架采用树脂材料处理，轴承105采用抗咬粘性的润滑脂润滑处理。
72.在本方案中，提高电机10功率密度后，电机10的转速会增加，致使轴承105发热增加，采用普通的轴承105容易导致润滑不良咬粘，或是离心力大保持架变形，因而通过采用有优异抗咬粘性的润滑脂润滑防止不良咬粘，抑制发热导致的润滑不良，延长使用寿命；将保持架采用树脂材料，能够大幅度降低高速旋转时离心力导致的保持架变形，保障保持架形状。
73.在本发明的进一步方案中，热循环介质进口包括定子铁芯进口5021和绕组外侧进口5022，定子铁芯进口5021半径大于绕组300进口，定子铁芯进口5021朝向定子铁芯400，绕组300进口朝向绕组300，绕组300采用扁线绕组300。
74.在本方案中，由于绕组300与定子铁芯400所产生的热量各不相同，因此设置了定子铁芯进口5021和绕组外侧进口5022分别为定子铁芯400与绕组300散热，定子铁芯进口5021半径大于绕组300进口，提供的热循环介质更多，更好的为定子铁芯400散热；扁线电机10定子纯铜槽满率达到70％，高于传统圆线工艺50％左右槽满率，相同体积下，铜线填充量增加，输出功率增加，所以，提升槽满率可以有效提升功率密度，且扁线绕组300接触更为紧密，铜线的散热性高于空气，提升散热能力。
75.在本发明的进一步方案中，外壳包括：壳体101、前端盖102、前密封盖104以及底座103，前端盖102与底座103分别设置于壳体101的两端，前密封盖104设置于端盖上，热循环介质通道包括依次连通的主通道5011、前端盖通道5012以及前密封盖通道5013，转轴200进口连通转轴200内部与前密封盖通道5013，轴承105包括设置于前端盖102上的第一轴承105以及设置于底座103上的第二轴承105，第一轴承105的轴心线与第二轴承105的轴心线位于同一直线上，用于安装转轴200。
76.在本发明的进一步方案中，转轴喷嘴包括：
77.绕组内侧喷嘴，用于将热循环介质喷淋至绕组300内侧以冷却绕组300；
78.以及轴承喷嘴5042，用于将热循环介质喷淋至轴承105内以冷却轴承105。
79.在本方案中，由于提升电机10的功率密度，需要提高电机10的转速，在电机10转速提高后，轴承105会过热，因而通过轴承喷嘴5042将热循环介质喷淋至轴承105内可以冷却轴承105，绕组内侧喷嘴将热循环介质喷淋至绕组300内侧，同时通过绕组300进口可以将热循环介质喷淋至绕组300外侧，进而实现绕组300内外两侧同时喷淋的效果，提高了绕组300
的冷却效率。
80.针对转轴喷嘴，本发明提供了一个可替代的方案，转轴喷嘴包括斜向喷嘴，斜向喷嘴连通转轴200内部与电机腔，斜向喷嘴朝向电机10的端部，其中斜向喷嘴一般设置有两个，分别设置在转轴200的两端，各自朝向电机10的前密封盖104和底座103；热循环介质进入转轴200后，随着转轴200的高速转动，转轴200内的热循环介质会从斜向喷嘴斜向喷出，此时热循环介质喷淋到绕组300内侧，实现冷却绕组300内侧的效果。
81.本发明第二方面提供了一种集成动力总成2，包括减速器20以及本发明第一方面提供的一种电机10，其中，回收槽505通过管路连通减速器20的内腔，减速器20的内腔通过管道连通热循环介质通道以实现循环。
82.在本方案中，通过回收槽505回收热循环介质，通过管路将热循环介质导入减速器20腔内，由于减速器20内的温度低于电机腔内的温度，因而热循环介质会初步降温，再通过冷却设备冷却热循环介质，即可将热循环介质导入热循环介质通道，实现循环散热。
83.在本发明的进一步方案中，还包括控制器30，用于控制电机10与减速器20，控制器30包括功率模块，功率模块采用sic器件。
84.在本方案中，通过采用sic器件，sic器件有更高的电流密度，体积可缩小至原有的igbt器件的1/3-2/3，且发热量仅为igbt一半，功率模块的开关频率非常高，能满足电机10转速的需求。
85.可以理解，igbt器件指的是缘栅双极型晶体管，是由(bipolar junction transistor，bjt)双极型三极管和绝缘栅型场效应管(metal oxide semiconductor，mos)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件；sic(碳化硅)器件是一种由硅(si)和碳(c)构成的化合物半导体材料制成的元器件，sic不仅绝缘击穿场强是si的10倍，带隙是si的3倍，而且在器件制作时可以在较宽范围内控制必要的p型n型，所以被认为是一种超越si极限的功率器件用材料
86.在本发明的进一步优化方案中，减速器20采用大速比，即速比大于12，较高的速比在保证总输出扭矩下，可以减低电机10扭矩，同时也可以提高最高车速，增加电机10高速段利用率。由于电机10输出扭矩
×
减速器20效率
×
减速器20速比＝轮边扭矩，在提高减速器20速比、保证轮边扭矩不变的情况下，提高减速器20速比，可以降低电机10输出扭矩，电机10输出扭矩降低，铁芯长度减小，质量降低，提升功率密度，轮边扭矩不变的情况下，轮边输出转速不变，轮边输出转速
×
减速器20速比＝对应电机10转速，减速器20速比增加，对应电机10转速增加，能够增加电机10高速段利用率。
87.本发明第三方面提供了一种车辆1，包括本发明第二方面提供的一种集成动力总成2。
88.进一步，本领域技术人员应当理解，如果将本发明实施例所提供的一种电机、集成动力总成及其车辆，涉及到的全部或部分子模块通过稠合、简单变化、互相变换等方式进行组合、替换，如各组件摆放移动位置；或者将其所构成的产品一体设置；或者可拆卸设计；凡组合后的组件可以组成具有特定功能的设备/装置/系统，用这样的设备/装置/系统代替本发明相应组件同样落在本发明的保护范围内。
89.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
90.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。