CN101645630B - 电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车中使用的电动机，该电动机包括：内壳体，其保持定子；以及外壳体，其限定一空间，使得冷却水通过该空间在内壳体与该外壳体之间流动。内壳体与外壳体通过设置在所述空间中的多个立柱而被连接。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及一种在电动车辆中使用的电动机。

背景技术

随着全球变暖问题变得日益严重，人们对带来更少的环境负担的电动车辆赋予了更多的关注，并且已经将各种技术提议作为电动车辆的基本技术。例如，在电动车辆中使用的电动机中(下文中称为电机)，已经提出了这样一种水冷式电机，其中为了将操作时的电机内部的温度维持到许可值，将冷却水套设置在用于循环冷却电机用的冷却水的定子的外周上。

作为在水冷式电机中的冷却水套的结构，已经提出了一种为了确保所需的冷却能力，内壳体与外壳体之间的空间是完全空心的结构，其中定子插入到该内壳体中，该外壳体构造冷却水套。此外，还提出了一种用于进一步提高冷却效果的冷却水套结构，其中在考虑冷却水的流动的同时将散热片设置在冷却水套中的中空部分中(参见JP-A-8-19218)。

用于电动车辆的电机的运行速度达到大约10000rpm，以试图获得高的有效区域。当此发生时，由电磁力引起的高频振动力被施加到定子上，从而使得保持定子的内壳体部分振动，并且整个电机壳体通过微幅高频波而振动，进而产生了几kHz的高频振动噪声。然而，其中冷却水套起初为完全中空的电机很难提高其刚度，并且在高频振动力施加到定子的情况下，该电机外壳的结构刚度对于电机外壳所需要的刚度来说是不足够的。此外，在其中散热片设置在设置为冷却水套的中空部分中，而内壳体部分和外壳体部分通过部分该散热片连接在一起的情况下，由于当散热片做的较厚时不能获得散热效果，所以通过薄板状构件将内壳体与外壳体连接在一起。因此，在将高频振动力施加到定子上的情况下，电机壳体的结构刚度对于电机壳体所需要的结构刚度来说仍旧是不足够的，并且振动噪声等级的减小依旧困难。此外，当通过散热片将内壳体与外壳体连接到一起的时候，在居于内壳体与外壳体之间的中空部分没有增加的情况下，难以排放用作形成中空部分的型芯的芯砂。结果，当试图通过散热片将内壳体与外壳体连接在一起的时候，引起了电机的外部形状本身必须要增大的问题。通过这种方式，在用于电动车辆的电机的领域中，为了抑制振动而不增大电机的外部形状，希望提高结构刚度，尤其是提高保持定子的内部壳体的刚度。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种可以提高其刚度以及冷却效率的电机。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种电动车中使用的电动机，该电动机包括：

内壳体，其保持定子；以及

外壳体，其限定一空间，使得冷却水通过该空间在内壳体与该外壳体之间流动，其中

内壳体与外壳体通过设置在所述空间中的多个立柱而被连接。

多个在轴向上延伸的第一肋以及多个在周向上延伸的第二肋可以设置在外壳体的外圆周表面上。至少该多个立柱中的第一个立柱可以设置在与多个第一肋和多个第二肋的其中一个对应的位置中。

至少该多个立柱中的第二个立柱可以设置在与被多个第一肋和多个第二肋所环绕的部分的中心对应的位置中。

被多个第一肋和多个第二肋所环绕的部分可以具有能够产生膜振动的区域。

附图说明

图1A和1B是示出了根据本发明的电动机的实施例的示意图，图1A是电动机的径向截面视图，而图1B是上述电动机的轴向截面视图。

图2A和2B是示出了在图1A和1B中所示的电动机的外观与内部流道之间的关系的示意图，图2A是从其上部观看时在图1A中所示的电动机的外部视图，而图2B是从其下部观看时该电动机的外部视图。

图3A和3B是示出了在图1A和1B中所示的电动机的外观与内部流道之间的关系的示意图，图3A是从左侧观看时的电动机的外部视图，而图3B是从右侧观看时该电动机的外部视图。

图4是示出了在图1A至3B所示的电动机的内部中，流道的构造的透视图。

图5是在图4中所示的电动机的内部中的流道的布置。

图6是示出了在现有技术实例(没有立柱)与本发明(有立柱)之间，振动的传递的幅值相对于振动频率的关系的图表。

具体实施方式

下面，将利用图1A至图5详细描述根据本发明的电动机的实施例。注意，根据本发明的电动机适合于使用在电动车辆中。

图1A和1B是示出了根据本发明的电动机的实施例的示意图，图1A是电动机的径向截面视图，而图1B是上述电动机的轴向截面视图。首先，将利用图1A和图1B来图解地描述根据本发明的电动机的构造。

如图1A和1B所示，本实施例的电动机(电机)1具有其为一旋转轴的轴2；共心地支撑在所述轴2上并且具有多个永磁体3的转子4；以及圆柱定子6，该圆柱定子设置在所述转子4的外周上，在所述转子4与其自身之间具有适当的空间，并且具有多个线圈5。电动机1以这样的方式构造，即使得定子6保持在内壳体10的内部，并且通过支架7，8将轴2和转子4连同轴承一起支撑，该支架7，8设置在内壳体10的两个端部处。

此外，外壳体11以这样的方式设置在内壳体的外圆周侧上，即将内壳体10和该外壳体11自身限定为使得冷却水通过其流动的空间。这是所谓的冷却水套的结构。在本实施例的电机1中，在内壳体10与外壳体11之间的空间不是完全中空的，而是如图1A和1B所示，内壳体10与外壳体11由设置在该空间中的大量的立柱12a，12b，12c连接在一起。冷却水通过其流动的流道20(参见具有黑点的阴影部分)由内壳体10、外壳体11以及立柱12a，12b，12c形成。此外，立柱12a，12b，12c不是类似于散热片的狭长立柱，而是每个都形成为圆柱形状。注意，尽管在本实施例中将该圆柱形立柱描述为实例，但是也可以使用例如椭圆柱体、三棱柱、四棱柱、多边棱柱、具有星型横截面的棱柱等作为立柱。

此外，为了提高刚度并且防止膜振动的发生，将多个轴向肋13a和多个周向肋13b分别在轴向方向和圆周方向上设置在外壳体11的外圆周表面上。

此外，以这样的方式设置用于冷却水的进水口部分14和出水口部分15，以使其从外壳体11的外圆周表面伸出为帐篷形样式，并且进水口14a和出水口15a分别设置在进水口部分14和出水口部分15中，以便将冷却水供给到流道20中并且从该流道20排放出来。

此外，设置多个排沙孔16。这些排沙孔16用于在铸造之后移除用作型芯的型砂，并且之后用盖子密封。

这里，还是参考图2A至图5，将描述流道20。注意，为了容易对照包括图1A和图1B的附图，还在附图上示出了角度，其从电机的底部测量为0°。

此外，图2A至3B是示出了在图1A和图1B中所示的电动机1的外观与内部流道之间的关系的示意图，图2A是从其上部观看时的图1A所示的电动机的外部视图，图2B是从其下部观看时的图1A所示的电动机的外部视图，图3A是从左侧观看时图1A中的该电动机的外部视图，而图3B是从右侧观看时图1A中的该电动机的外部视图。图4是示出了在图1A至3B中所示的电动机的内部中的流道20的构造的透视图，而图5是在图4中所示的流道的展开，其中该流道在由箭头所示的方向上从0°展开。

在本实施例的电动机1中，大量的立柱12a，12b，12c设置在流道20中，该流道20被限定于内壳体10与外壳体11之间，并且内壳体10和外壳体11通过这些立柱12a，12b，12c而连接在一起。结果，通过由该立柱12a，12b，12c将其连接到内壳体10的外壳体11的刚度，而使内壳体10的刚度提高，从而，通过内壳体10与外壳体11二者而抑制了定子6的高频振动。进一步，多个轴向肋13a和多个周向肋13b设置在外壳体11的外周上，以便进一步提高外壳体11自身的刚度，以便使内壳体10的刚度也进一步提高，从而进一步抑制了定子6的高频振动。注意，提高内壳体10和外壳体11的刚度意味着提高其固有频率，在内壳体10和外壳体11的固有频率提高到它们不与定子6的高频振动共振的区域的情况下，可以实现振动噪声的减小。

以这种方式，通过由大量的立柱12a，12b，12c连接在一起的内壳体10与外壳体11，可以提高内壳体10的刚度。然而，在本实施例的电机1中，内壳体10的刚度的进一步提高是通过设计立柱12a，12b，12c的设置位置而实现的。参见图5，尽管立柱12a，12b，12c看起来仿佛它们是随意设置的，但是基本上，该立柱是基于下面的规则而设置的。

具体地，立柱12b基本设置在直接位于轴向肋13a和周向肋13b中的至少一个的下方的位置中，并且当情况需要时，立柱12b设置在位于轴向肋13a和周向肋13b中的至少一个的附近的位置中，或者在直接位于在轴向肋13a和周向肋13b之间的相交部分的下方的位置中。将肋12b制作成具有轴向肋13a和周向肋13b的宽度的两倍的级别(order)的外侧直径，并且基于立柱12b的外侧直径，将立柱12a和立柱12c的外侧直径分别设定为大于和小于立柱12b的外侧直径。

此外，尽管立柱12c也设置在直接位于轴向肋13a和周向肋13b中的至少一个的下方的位置中，但是立柱12c的外侧直径小于立柱12b的外侧直径。这是因为进水口部分14位于其附近，并且立柱12c没有形成对从进水口14a供给的冷却水的流动的抵抗。然而，立柱12c的外侧直径大于轴向肋13a和周向肋13b的宽度。注意，由于在入水口14a和出水口15a的下方直接设置有任意立柱的情况下，压力损失增加，所以在这些部分中不设置立柱(参见图5)。

另一方面，立柱12a设置在这样的位置中，该位置直接位于由轴向肋13a和周向肋13b所环绕的部分的中心的下方。这是因为在由轴向肋13a和周向肋13b所环绕的部分的区域较宽的情形中，担心产生膜振动。因此，在由轴向肋13a和周向肋13b所环绕的部分具有引起膜振动的这样的区域的情况下，其外侧直径大于立柱12b的外侧直径的立柱12a设置在直接位于由轴向肋13a和周向肋13b所环绕的部分的中心的下方的位置中，即，在刚度预计要减小的位置中。通过这种构造，可以提高由轴向肋13a和周向肋13b所环绕的部分的刚度，以便抑制膜振动。注意，在本实施例中，在很多情况下，立柱12a设置在图5所示的展开的中心线C上。

以这种方式，通过直接设置在轴向肋13a和周向肋13b的下方或者附近中的立柱12b，12c，该立柱12b，12c制作成连接到轴向肋13a和周向肋13b，并且立柱12a设置在刚度预计要减小的部分处。通过采用这种构造，可以进一步提高包括内壳体10和外壳体11的整个电机壳体的刚度。结果，尽管在本实施例的电动机1中，高频振动也从作为振动力源的定子6放射地传递到内壳体10和外壳体11，但是由于整个电机壳体的刚度很高，如图6所示，能够确信的是在超过2kHz的振动频率中能够显著的地抑制高频振动。此外，图6示出了在现有技术实例(没有立柱)与本发明(有立柱)之间，振动的传递的幅值相对于振动频率的图表。

此外，在本实施例的电机1中，除了提高刚度，还制造了一种装置以实现提高冷却效率。

具体地，前述的立柱12a，12b，12c不仅仅作用为提高电机壳体的刚度，而且还产生湍流以便提高热传递系数。这是因为尽管在冷却水的流动有停滞的情况下，热也停留在或者被限制在电机壳体中，从而减小了到冷却水的热传递系数，由于湍流(卡门涡)产生在立柱12a，12b，12c的周边上，所以搅动作用通过这些这样产生的湍流而提升，以便减小冷却水的停滞，从而能够提高从定子6到冷却水的热传递系数。在本实施例的电机1中，由于设置了大量的立柱12a，12b，12c，所以产生了很多湍流，大大地提升了搅动作用，以便提高热传递系数，从而使得能够提高电机1本身的冷却性能。

此外，使流道23的宽度变窄的节流孔部分21形成在入水口14a(入水口部分14)与出水口15a(出水口部分15)之间，从而抑制了从入水口14a供给的冷却水的短路，以便这样供给的冷却水没有直接地从排水口15a排放。节流孔部分21以这样的方式形成，使得直流与回流(在短路侧上的流动)的比率变为7比3。

此外，尽管凹陷部分22是用于固定元件并且布线要被设置的电动机1的元件而形成的部分，但是除了这些功能之外，该凹陷部分22还能够起到在冷却水的流动中产生湍流，以便减小冷却水的滞留进而提高热传递系数的作用，该冷却水在流道20的两侧上流动。

此外，图4是示出了当从其移除时电机1的内部中的流道20的构造的透视图，以及与在铸造电机1的电机壳体部分中的型芯结构相对应的流道20的构造。例如，在JP-A-8-19218中描述的电动机中，除非型芯结构的厚度制造的较厚，否则难以铸造狭长的散热片，并且这不可不避免地增加了电机壳体的外侧直径。与此相比较，在本实施例的电机1中，由于仅仅需要铸造圆柱形立柱，所以不用增加型芯结构的厚度，并且因此，没有增加电机壳体的外侧直径的这种情况，并且也不会有需要增加重量的这种情况。以这种方式，在本实施例的电机1中，考虑铸造时的型芯结构，从而使制造电机1的电机壳体变得容易，这大大的有助于电机壳体的批量生产。

根据本发明的方面，由于在内壳体与外壳体之间所限定的空间中设置了多个立柱，以便通过这些立柱将内壳体和外壳体连接在一起，可以在不增加电机壳体的整体尺寸和不需要重量上的几乎任何增加的情况下，提高内壳体和外壳体的刚度。结果，可以在几kHz的振动频率中呈现出显著的阻尼效应，并且可以通过由大量的立柱产生的湍流来实现冷却效率的提高。

根据本发明的电动机适合于使用在电动车辆上。

Claims (3)

1.一种电动车中使用的电动机，该电动机包括：

内壳体，其保持定子；以及

外壳体，其限定一空间，使得冷却水通过该空间在所述内壳体与外壳体之间流动，其中

所述内壳体与所述外壳体通过设置在所述空间中的多个立柱而连接，

多个在轴向上延伸的第一肋(13a)以及多个在周向上延伸的第二肋(13b)设置在所述外壳体的外圆周表面上，

所述多个立柱(12b)中的至少第一个立柱设置在对应于所述多个第一肋的其中一个和多个第二肋的其中一个彼此相交的位置处，

所述多个立柱(12c)中的至少第二个立柱设置在对应于所述多个第一肋和多个第二肋的其中一个的位置中，并且

所述多个立柱(12c)中的至少第二个立柱的外侧直径小于所述多个立柱(12b)中的至少第一个立柱的外侧直径。

2.根据权利要求1所述的电动机，其中

所述多个立柱(12a)中的至少第三个立柱设置在对应于由所述多个第一肋和多个第二肋所环绕的部分的中心的位置中。

3.根据权利要求2所述的电动机，其中

由所述多个第一肋和所述多个第二肋所环绕的所述部分具有能够产生膜振动的区域。

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