CN103825404A - 电机与变速器集成冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却装置领域，尤其涉及一种电机与变速器集成冷却系统。其包括动力总成、油箱、油泵和冷却管道；油泵通过油泵吸油管连接油箱；变速器的输出轴连接油泵的动力轴；油泵通过油泵出油管连接冷却管道的一端；冷却管道分别集成在变速器的壳体上和动力总成的电机的壳体上；冷却管道的另一端连接油箱。本发明电机与变速器集成冷却系统，通过将油泵的动力轴与变速器的输出轴连接在一起，使变速器为油泵提供动力，从而能使冷却系统不需要在外边单独设置动力装置，当车速提高，驱动系统功率增大时，油泵转速、流量也会随之提高，使冷却系统具有了自适应性，提高了散热效率，使电机的功率密度得到了大幅度的提高。

Description

电机与变速器集成冷却系统

技术领域

本发明涉及冷却装置领域，具体而言，涉及一种电机与变速器集成冷却系统。

背景技术

动力总成，英文名称Powertrain，或者Powerplant，指的是车辆上产生动力，并将动力传递到路面的一系列零部件组件。广义上包括电机、变速器、驱动轴、差速器、离合器等等，但通常情况下，动力总成，一般仅指电机、变速器以及集成到变速器上面的其余零件，如离合器/前差速器等。

基于动力总成的结构较为复杂，现有的动力总成中，电机的冷却系统和变速器的冷却系统是两套独立的系统。

电机的冷却系统一般采取水冷却方式，即冷却水通过电机壳体上布置的冷却水道将电机定子铁芯及绕组的热量带走，电机转子前后端轴承通过脂润滑和自然冷却的方式散热，实现对电机的冷却。电机的冷却系统一般由水箱、水泵、电机控制器、冷却电机、散热器和水箱等零部件组成。

变速器的冷却系统是依靠变速器内部润滑油的飞溅，齿轮箱体内壁上飞溅的润滑油通过导油槽将油收集到各轴承室内，实现对个轴承的润滑冷却。

在现有的冷却系统中，电机的冷却系统需要外置一个水泵和水箱，水泵流量恒定，电机定子铁芯及绕组的热量也只能通过热传导的方式进行，绕组端部散热困难，散热效果不佳，从而造成了电机的功率密度（指电机能输出最大的功率除以整个电机的重量或体积）无法得到大幅度提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机与变速器集成冷却系统，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种电机与变速器集成冷却系统，包括动力总成、油箱、油泵和冷却管道；

油泵通过油泵吸油管连接油箱；

变速器的输出轴连接油泵的动力轴，为油泵提供动力；

油泵通过油泵出油管连接冷却管道的一端；

冷却管道分别集成在变速器的壳体上和动力总成的电机的壳体上；

冷却管道的另一端连接油箱，将冷却管道内的冷却液输送回油箱内。

进一步的，变速器的壳体的内腔为冷却系统的油箱，变速器内至少一个齿轮与油箱内的冷却液接触。

进一步的，在油泵吸油管或油泵出油管上串联设置有滤清器。

进一步的，与滤清器并联设置有旁通阀。

进一步的，油泵出油管上设置有溢流阀；

溢流阀一端连接油泵出油管，另一端连接油箱。

进一步的，冷却管道包括全部并联设置的电机壳体冷却管道、电机前端轴承冷却管道和电机后端轴承冷却管道。

进一步的，冷却管道还包括集油管；

集油管的一端连接电机前端轴承冷却管道远离油泵出油管的一端和电机后端轴承冷却管道远离油泵出油管的一端；

集油管的另一端连接油箱。

进一步的，动力总成外部设置有散热器；

散热器的进油口连接冷却管道，散热器的出油口连接集油管或油箱。

进一步的，油泵为摆线齿轮泵，动力轴与摆线齿轮泵的油泵内转子之间设置有单向离合器。

进一步的，动力总成的电机的轴承内侧设置有密封件。

本发明电机与变速器集成冷却系统，通过将油泵的动力轴与变速器的输出轴连接在一起，使变速器为油泵提供动力，从而能使冷却系统不需要在外边单独设置动力装置，当车速提高，驱动系统功率增大时，油泵转速、流量也会随之提高，进一步的，使冷却系统具有了自适应性，提高了散热效率，使电机的功率密度得到了大幅度的提高。

附图说明

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。

图1为本发明实施例电机与变速器集成冷却系统的结构示意图。

图中，10：油泵；101：动力轴；102：油泵内转子；103：油泵外转子；104：油泵出油口；105：油泵进油口；106：单向离合器；20：变速器；201：油箱；202：油泵吸油管；203：油泵出油管；204：滤清器；205：溢流阀；206：滤清器出油管；207：集油管；208：旁通阀；209：齿轮；30：电机；301：电机前端轴承冷却管道；302：前端轴承动密封；303：电机壳体冷却管道；304：电机后端轴承冷却管道；305：后端轴承动密封；306：后端轴承回油管；307：前端轴承回油管；40：散热器；401：散热器进油管；50：电机控制器；501：电机控制器进油管；502：电机控制器出油管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供了电机与变速器集成冷却系统，包括动力总成、油箱201、油泵10和冷却管道；

油泵10通过油泵吸油管202连接油箱201；

变速器20的输出轴连接油泵10的动力轴101，为油泵10提供动力；

油泵10通过油泵出油管203连接冷却管道的一端；

冷却管道分别集成在变速器20的壳体上和动力总成的电机30的壳体上；

冷却管道的另一端连接油箱201，将冷却管道内的冷却液输送回油箱201内。

油泵10的动力轴101与变速器20的输出轴连接，由变速器20为油泵10提供动力，从而为冷却系统提供冷却液的循环动力。当变速器20输出的转速提高或降低时，动力轴101的转速也会随之提高或降低，从而加快或减慢冷却液在冷却管道内的循环速度，改变冷却系统的效率，使冷却系统能与动力总成的动力输出相适应，提高了冷却系统的散热效率。

将冷却管道集成在变速器20的外壳上和电机30的外壳上，对整个动力总成的体积影响甚微，因此，在提高了冷却系统的散热效率的同时，也使电机30的功率密度得到了大幅度的提高。

需要指出的是，油箱201可以是单独设置在动力总成外部，也可以是集成在动力总成上，还可以是设置在动力总成内。

优选的实施方式为，变速器20的壳体的内腔为冷却系统的油箱201，变速器20内至少一个齿轮209与油箱201内的冷却液接触。

油箱201设置在变速器20的底部，将变速器20的至少一个齿轮209浸入油箱201的冷却液内，当变速器20启动后，齿轮209的转动会带动油箱201内的冷却液在变速器20内部飞溅，将冷却液溅到变速器20内部的各处，从而完成冷却。在利用飞溅的冷却液进行冷却的同时，还可以利用冷却液对齿轮209进行润滑，即可以将冷却系统的油箱201和变速器20的润滑油箱使用同一个油箱，从而进一步的节省了空间。

当齿轮209的转速越快时，油箱201内的冷却液飞溅的速度也会越快，从而加快冷却效率。

采用变速器20的内腔作为冷却系统的油箱201，对整个动力总成的体积不产生任何影响，因此，在提高了冷却系统的散热效率的同时，也使变速器20的功率密度得到了大幅度的提高。

更优选的实施方式为，在油泵吸油管202或油泵出油管203上串联设置有滤清器204。

由于冷却液在变速器20对齿轮209进行了冷却和润滑后，再通过油泵10进入冷却管道，这就有可能会使冷却液内带有清洗过齿轮209后的杂质，从而容易造成油泵10或者冷却管道的堵塞，甚至崩坏。

在油泵吸油管202或油泵出油管203上串联设置有滤清器204后，使进入冷却管道内的冷却液必定先经过滤清器204的过滤，进而提高了冷却系统内循环使用的冷却的清洁度，从而避免了油泵10或冷却管道由于冷却液内的杂质而堵塞，延长了整个冷却系统的使用寿命。

需要指出的是，滤清器204可以设置在油泵吸油管202上，也可以设置在油泵出油管203上，还可以设置在冷却管道上，设置好以后再通过滤清器出油管206连接进冷却系统，这样只要能将冷却系统内使用的冷却液中的杂质给过滤掉即可。

最优的使用位置是在油泵吸油管202上，即在油箱201出来的冷却液在进入油泵10之前就给过滤好。

更优选的实施方式为，与滤清器204并联设置有旁通阀208。

由于油泵10的动力是由变速器20的输出轴提供的，因此，当变速器20的输出速度很快时，整个冷却系统内的冷却液循环速度也会随之大幅度提高。由于滤清器204需要对冷却液进行过滤，造成在滤清器204内通过的冷却液的流速相对整个循环冷却系统要低，故在冷却系统内冷却液的循环速度过快时，滤清器204对冷却液的过滤就可以跟不上，从而导致滤清器204的崩坏，进一步导致整个冷却系统的循环管路的破坏。

为滤清器204并联设置一个旁通阀208后，当车辆刚启动油液温度低粘度大时，为了保护滤清器204旁通阀208打开，使冷却液在旁通阀208内通过，从而降低滤清器204的工作压力，对滤清器204起到一定的保护作用。

优选的实施方式为，油泵出油管203上设置有溢流阀205，溢流阀205一端连接油泵出油管203，另一端连接油箱201。

当车辆刚启动油液温度低粘度大时，冷却系统管道流阻变大，随着油泵10工作转速升高，整个冷却系统管道的压力增大，就会造成冷却管道的崩坏，从而损坏冷却系统。

为了避免这种情况的发生，在油泵出油管203上或油泵出油管203与冷却管道之间设置溢流阀205，当整个冷却系统管道的压力增大，达到设定值时，打开溢流阀205，使油泵出油管203内通过的冷却液经过溢流阀205进入油箱201，不再进入冷却管道，从而控制了冷却管道内的压力，提高了冷却管道的安全性能。

优选的实施方式为，冷却管道包括全部并联设置的电机壳体冷却管道303、电机前端轴承冷却管道301和电机后端轴承冷却管道304。

冷却管道分为三路进行循环，这样即加快了循环的速度，又能使电机30冷却的效果更好。

电机壳体冷却管道303在电机30的壳体上进行缠绕设置，增加与电机30的接触面积，能对电机30的定子铁芯及绕阻进行冷却，从而提高对电机30的冷却效率。

电机前端轴承冷却管道301和电机后端轴承冷却管道304经过电机30的前端轴承和后端轴承，对前端轴承和后端轴承由于转动而产生的大量热量进行冷却，防止轴承由于过热而损坏。

需要指出的是，冷却管道可以是三路并联设置，但其不仅仅局限于三路并联设置，其还可以是四路、五路等，也可以是两路、一路等，其只要能对电机30实现冷却即可。

更优选的实施方式为，冷却管道还包括集油管207；

集油管207的一端连接电机前端轴承冷却管道301远离油泵出油管203的一端和电机后端轴承冷却管道304远离油泵出油管203的一端；

集油管207的另一端连接油箱201。

由于油箱201集成在变速器20内，冷却管道由多路管道组成时，如上述包括全部并联设置的电机壳体冷却管道303、电机前端轴承冷却管道301和电机后端轴承冷却管道304时，其通过前端轴承回油管307和后端轴承回油管306等回油管路进入油箱201。

在各个回油管进入油箱201之前，先将各个回油管通过集油管207进行汇合集成，从而只让集油管207进入油箱201进行回油，这样在油箱201上只设置一个回油孔即可，简化了冷却管路系统的接口。

优选的实施方式为，动力总成外部设置有散热器40；

散热器40的进油口连接冷却管道，散热器40的出油口连接集油管207或油箱201。

当变速器20的输出轴转速很快，即汽车行驶很快的时候，会产生大量的热量，如果仅仅只是依靠冷却管道对动力总成进行冷却，有可能会造成冷却的速度跟不上，从而对动力总成造成损害。

在冷却管道对动力总成进行冷却后，冷却管道内的冷却液通过散热器进油管401进入外部的散热器40，通过散热器40在外界进行散热后，在经过电机控制器进油管501进入电机控制器50，对电机控制器50进行冷却降温。冷却液对电机控制器50降温后，再经由电机控制器出油管502进入集油管207或者进入油箱201，从而完成循环。

优选的实施方式为，油泵10为两个或两个以上摆线齿轮泵，动力轴101与摆线齿轮泵的油泵内转子102之间设置有单向离合器106。

摆线齿轮泵结构紧凑，体积小，零件少，转速可高达10000r/min，运动平稳，噪声低，容积效率较高，且可以正转也可以反转。

基于上述原因，本实施例采用摆线齿轮泵作为油泵10使用。由于摆线齿轮泵可以正转又可以反转，为了使其只向一个方向旋转，在动力轴101和油泵内转子102之间设置单向离合器106。

油泵10的动力轴101与变速器20的中间轴同轴，并通过花键进行连接。

优选的实施方式为，动力总成的电机30的轴承的内侧设置有密封件。

为了防止冷却液进入电机30，在电机30的前端轴承处设置前端轴承动密封302，在电机30的后端轴承处设置后端轴承动密封305，从而保证冷却液不能进入电机30，不会影响电机30的正常工作。

本发明实施例中，电机30、电机控制器50和变速器20均可以采用变速器20的润滑油作为冷却介质，这样在携带备用油时只携带一种即可，不需要携带多种油或者水，使用更加方便；冷却系统的油泵10、滤清器204、溢流阀205、冷却管道集成在动力总成内部，没有改变整个动力总成的体积。

本发明的还有许多可以替代的方案，如在电机30的壳体或电机30的端盖或轴上等位置设置冷却管道和喷嘴方式实现冷却液直接对电机绕组喷淋的方式进行冷却，然后在电机30的壳体底部设置回油槽，将电机30的腔内的冷却液导回油箱201内。

本发明冷却系统中，油泵10、油箱201、冷却管道集成在动力总成的内部，系统体积较小，集成度较高，冷却系统的油泵10依靠变速器20内的齿轮轴的动力驱动，不需要外部单独供电，当车速提高驱动系统功率增大时，油泵10转速、流量提高，系统具有自适应性。电机30的前后轴承实现油润滑，电机30设计时最高转速不受脂润滑轴承极限转速限制，冷却系统采用油冷方式后，油液可以通过动力总成的壳体的冷却管道对电机30的定子铁芯部分散热，还可以通过在壳体或电机30的端盖或轴上等位置设置冷却管道和喷嘴等方式使油液直接对电机绕组进行喷淋冷却，这样会大大提高现有电机设计时的热负荷，使电机与变速器集成系统的功率密度大幅度提高，体积减小。

本发明电机与变速器集成冷却系统，通过将油泵10的动力轴101与变速器20的输出轴连接在一起，使变速器20为油泵10提供动力，从而能使冷却系统不需要在外边单独设置动力装置，当车速提高，驱动系统功率增大时，油泵10转速、流量也会随之提高，进一步的，使冷却系统具有了自适应性，提高了散热效率，使电机30的功率密度得到了大幅度的提高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机与变速器集成冷却系统，其特征在于，包括动力总成、油箱、油泵和冷却管道；

所述油泵通过油泵吸油管连接所述油箱；

所述动力总成的变速器的输出轴连接所述油泵的动力轴，为所述油泵提供动力；

所述油泵通过油泵出油管连接所述冷却管道的一端；

所述冷却管道分别集成在所述变速器的壳体上和所述动力总成的电机的壳体上；

所述冷却管道的另一端连接所述油箱，将所述冷却管道内的冷却液输送回所述油箱内。

2.根据权利要求1所述的电机与变速器集成冷却系统，其特征在于，所述变速器的壳体的内腔为所述冷却系统的油箱，所述变速器内至少一个齿轮与所述油箱内的冷却液接触。

3.根据权利要求2所述的电机与变速器集成冷却系统，其特征在于，在所述油泵吸油管或所述油泵出油管上串联设置有滤清器。

4.根据权利要求3所述的电机与变速器集成冷却系统，其特征在于，与所述滤清器并联设置有旁通阀。

5.根据权利要求1所述的电机与变速器集成冷却系统，其特征在于，所述油泵出油管上设置有溢流阀；

所述溢流阀一端连接所述油泵出油管，另一端连接所述油箱。

6.根据权利要求5所述的电机与变速器集成冷却系统，其特征在于，所述冷却管道包括全部并联设置的电机壳体冷却管道、电机前端轴承冷却管道和电机后端轴承冷却管道。

7.根据权利要求6所述的电机与变速器集成冷却系统，其特征在于，所述冷却管道还包括集油管；

所述集油管的一端连接所述电机前端轴承冷却管道远离所述油泵出油管的一端和所述电机后端轴承冷却管道远离所述油泵出油管的一端；

所述集油管的另一端连接所述油箱。

8.根据权利要求1所述的电机与变速器集成冷却系统，其特征在于，所述动力总成外部设置有散热器；

所述散热器的进油口连接所述冷却管道，所述散热器的出油口连接所述集油管或所述油箱。

9.根据权利要求1所述的电机与变速器集成冷却系统，其特征在于，所述油泵为摆线齿轮泵；

所述动力轴与所述摆线齿轮泵的油泵内转子之间设置有单向离合器。

10.根据权利要求1-9任一项所述的电机与变速器集成冷却系统，其特征在于，所述动力总成的电机的轴承内侧设置有密封件。

Images