CN108233566B - 用于车辆的直接冷却驱动电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有冷却通道以便直接地冷却定子铁芯和绕组线圈的直接冷却定子铁芯组件和一种用于包括直接冷却定子铁芯组件的车辆的驱动电动机。该直接冷却定子铁芯组件包括具有外表面和在纵向方向上在所述外表面中形成的多个铁芯凹口的定子铁芯。该直接冷却定子铁芯组件还包括经配置供给冷却流体至定子铁芯中的铁芯凹口的冷却流体供给构件。在所述直接冷却定子铁芯组件中，当冷却流体正在流过所述铁芯凹口时，流过所述铁芯凹口的所述冷却流体直接地冷却所述定子铁芯。

Description

用于车辆的直接冷却驱动电动机

技术领域

本公开涉及一种用于车辆的驱动电动机。更特别地，本公开涉及一种具有冷却结构的驱动电动机，所述冷却结构能够改进驱动电动机的冷却性能。

背景技术

环保型车辆配备有用于使用来自于高电压电池的电功率驱动车辆的电动机。用于产生输出的驱动电动机的主要部件是永久电磁铁、铁芯和线圈。由于电流和向其施加的磁力，电阻和磁阻在这些部件中产生，这引起在电动机中的热产生。因此，在高于预定温度的高温条件下，部件性能的不可逆劣化可能发生，这可引起对部件的损坏和电动机性能的劣化。相应地，为了维持电动机的性能，用于维持电动机的温度处于某一水平的冷却是关键的。

出于此原因，施加用于保护内部部件的保护逻辑，使得当电动机的温度高于预定水平时，限制或者停止电动机的输出。如果电动机冷却并且电动机的温度经维持处于低水平，电动机驱动时间增加，这导致环保型车辆的改进的燃料效率和驱动效率。

作为冷却电动机的方法，采用了空气冷却方法和水冷却方法。在空气冷却方法中，散热片在电动机壳体处形成，以便使用外部冷却空气实现冷却。在水冷却方法中，冷却通道在电动机壳体的内部中或在定子的外部形成，以便使用冷却水实现冷却。

图1示出示例性空气冷却方法。如附图中所示，散热片4在电动机壳体1处形成，所述电动机壳体1设置在转子3和定子2的外部处。因为它具有间接冷却结构，使得冷却相对于电动机壳体而不是相对于热源执行，冷却性能劣化。因此，当电动机的输出高且加热值是因此相对高时，图1中所示的空气冷却方法具有对冷却性能的限制。此外，因为车辆的行进风典型地作为外部冷却空气使用，空气冷却方法具有问题，因为根据电动机的温度控制冷却空气的流率是不可能的。

同时，水冷却方法是使用冷却水、壳体和热源之间的导热现象的间接冷却方法。具有水冷却结构的驱动电动机在韩国专利公开No.2016-0056351(2016年5月20日)中公开。然而，具有水冷却结构的间接冷却驱动电动机具有缺点，因为由于部件之间的接触状态(即接触热阻)，冷却效率劣化。

出于此原因，最近已采用了使用油喷射的直接电动机冷却方法。然而，此冷却方法具有例如与油喷射孔和油供给管线的一些结构限制，并在仅主要冷却端部线圈部分的外表面这方面具有限制。

本背景部分中公开的上述信息仅为了增强对本公开的背景的理解并且因此可以包含不形成已经为本领域的普通技术人员所知的相关技术的信息。

发明内容

本公开已经对解决与相关技术相关联的上述问题作出努力，并且本公开提供一种具有冷却结构的直接冷却驱动电动机，所述冷却结构能够使用冷却介质直接地冷却电动机的主要热源，即定子铁芯和线圈，从而改进驱动电动机的冷却性能。

在第一方面，本公开提供一种直接冷却定子铁芯组件。该直接冷却定子铁芯组件包括定子铁芯，所述定子铁芯具有外表面和在纵向方向上在外表面中形成的多个铁芯凹口。该直接冷却定子铁芯组件还包括冷却流体供给构件，其经配置供给冷却流体至定子铁芯中的铁芯凹口。在直接冷却定子铁芯组件中，当冷却流体正流过铁芯凹口时，流过铁芯凹口的冷却流体直接地冷却定子铁芯。

在第二方面，本公开提供一种用于车辆的直接冷却驱动电动机。用于车辆的直接冷却驱动电动机还包括牢固的安装在电动机壳体中的定子铁芯，所述定子铁芯具有外表面和在纵向方向上在外表面中形成的多个铁芯凹口。用于车辆的直接冷却驱动电动机还包括冷却流体供给构件，其经配置供给冷却流体至定子铁芯中的铁芯凹口。用于车辆的直接冷却驱动电动机还包括转子，其设置在定子铁芯中并经配置与旋转轴一起旋转。在用于车辆的直接冷却驱动电动机中，当冷却流体正流过铁芯凹口时，流过铁芯凹口的冷却流体直接地冷却定子铁芯。

以示例性形式，定子铁芯可以设置有多个齿，所述铁芯凹口中的每个在与所述齿的各个齿的外表面对应的相应位置处形成。直接冷却驱动电动机还可以包括经安装以便环绕所述齿的各个齿的至少一部分的线轴导杆和围绕线轴导杆缠绕的线圈。

以示例性形式，线轴导杆可以具有导杆凹口部，以与铁芯凹口中的每个连通。

以示例性形式，导杆凹口部可以对于铁芯凹口中的每个包括相应的一对导杆凹口，其位于与铁芯凹口的两个相对端部对应的位置处，以便引导从铁芯凹口的两个相对端部排出的冷却流体。

以示例性形式，导杆凹口部可以对于铁芯凹口中的每个，包括相应的一对导杆凹口，其在定子铁芯的径向方向上从与铁芯凹口的两个相对端部对应的位置延伸。

以示例性形式，铁芯凹口和导杆凹口部中的每个可以一起形成相应的U形冷却通道。此外，对于U形冷却通道中的每个，当冷却流体正流过由冷却通道的铁芯凹口限定的冷却通道的一部分时，流过由铁芯凹口限定的冷却通道的一部分的冷却流体可以直接地冷却定子铁芯。此外，对于U形冷却通道中的每个，当冷却流体正流过由导杆凹口部限定的冷却通道的剩余部分时，流过由导杆凹口部限定的冷却通道的剩余部分的冷却流体可以直接地冷却线圈。

以示例性形式，定子铁芯可以具有从多个铁芯单元组装的结构，所述多个铁芯单元中的每个包括相应的单个齿和相应的单个铁芯凹口。

以示例性形式，冷却流体供给构件可以是一种压配合在电动机壳体和定子铁芯之间的插入环。此外，该插入环可以具有外表面和在外表面中形成的冷却通道。此外，冷却流体可以能够穿过冷却通道在插入环的外表面和电动机壳体的内表面之间流动。

以示例性形式，插入环可以具有一个或多个孔，并且所述孔可以与定子铁芯中的铁芯凹口连通。

本公开的其他方面和示例性形式在下面讨论。

应当理解的是如本文所用的术语“车辆”或“车辆用的”或其他类似术语通常包括机动车辆，如包括运动型多功能车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的客用汽车、包括各种船舶的水上运输工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他可替代燃料车辆(例如，来自于除石油以外的资源的燃料)。如本文所指，混合动力车辆是一种具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动力车辆。

本公开的上述特征和其他特征在下面讨论。

附图说明

本公开的上述特征和其他特征现在将参照附图中所示的某些示例性形式详细地描述，所述示例性形式仅通过说明的方式提供且因此不限于本公开，并且其中：

图1是示出具有其中散热片在电动机壳体处形成的冷却结构的驱动电动机的图示；

图2是用于车辆的驱动电动机的截面图；

图3是用于车辆的驱动电动机的一部分的剖视图；

图4是示出包括在用于车辆的驱动电动机中的示例性插入环的图示；

图5是示出包括在用于车辆的驱动电动机中的定子铁芯的分割结构的图示；

图6是示出包括在用于车辆的驱动电动机中的示例性线轴导杆的图示；

图7是图3的部分放大视图；

图8是示出在图7中在线圈和线轴导杆之间形成的冷却通道的图示；

图9是示出当从转子观察是在图7中在线圈和线轴导杆之间形成的冷却通道的外观的图示。

应该理解的是随附的附图不必按比例绘制并且呈现说明本公开的基本原理的各种优选特征的某些简化表示。包括例如具体尺寸、取向、位置和形状的如本文所述的本公开的具体设计特征将由特定专用应用和使用环境部分地确定。

在附图中，贯穿附图的若干图，相同的参考标号指代本公开的相同或等同部分。

具体实施方式

在下文中，将详细地对本公开的各种形式作出参考，所述各种形式的示例在附图中示出并在下面描述。虽然本公开将结合示例性形式描述，但是将理解的是本描述不意在将本公开限于那些示例性形式。相反，本公开意在不仅涵盖示例性形式，而且涵盖可以包括在如由随附权利要求限定地本公开的精神和范围内的各种替代、修改、等同物和其他形式。

本公开涉及一种直接冷却定子铁芯组件和一种包括此类定子铁芯组件的用于车辆的驱动电动机。更特别地，本公开涉及一种具有冷却通道以便直接地冷却定子铁芯和绕组线圈的定子铁芯组件和一种包括定子铁芯组件的用于车辆的驱动电动机。

在下文中，根据本公开的示例性形式的直接冷却定子铁芯组件和用于车辆的驱动电动机将参照附图详细描述。

如图2中所示，根据本公开的示例性形式的用于车辆的驱动电动机包括定子单元和转子单元，所述定子单元包括定子铁芯120和围绕定子铁芯120缠绕的线圈130，所述转子单元包括安装到旋转轴的转子150。根据本公开的示例性形式，冷却流体供给构件插在定子铁芯的外部和电动机壳体100之间。

冷却流体供给构件设置在电动机壳体100和定子铁芯120之间，冷却通道在冷却流体供给构件和电动机壳体100之间形成，以便以间接冷却方式主要地冷却定子铁芯120。在这里，“间接冷却”是指冷却流体不直接地接触要冷却的物体，即定子铁芯120，但是使用分离的冷却介质以导热方式实现冷却。此示例性形式经构造使得第一冷却通道在电动机壳体100和冷却流体供给构件之间形成，并且使得流过第一冷却通道的冷却流体间接地冷却定子铁芯120。

冷却流体供给构件的具体示例在图4中示出。图4示出压配合在电动机壳体100和定子铁芯120之间的插入环110，作为冷却流体供给构件的示例。图3示出其中插入环110处于与定子铁芯120的外部紧密配合的所述结构的截面。

如图3和图4中所示，作为冷却流体供给构件的示例示出的插入环110具有在定子铁芯120的外部上配合的环形状。此外，如图3和图4中所示，环形凹槽围绕插入环110的外圆周表面形成，以便限定其中冷却流体流过并间接地冷却定子铁芯120的第一冷却通道，为了阻止冷却水泄漏，一对密封构件111a和111b和用于适应密封构件的一对密封凹槽112a和112b围绕第一冷却通道设置。

本公开的示例性形式经构造使得在电动机壳体100和插入环110之间形成的流过第一冷却通道的冷却流体朝向定子铁芯120引导，以便直接地冷却定子铁芯120。

为此，在本公开的示例性形式，其中冷却流体流过的多个铁芯凹口121在定子铁芯120中形成。此外，其中冷却流体供给至铁芯凹口121的多个孔113在冷却流体供给构件，即插入环110中形成。

其中形成铁芯凹口121的位置不受限制，只要铁芯凹口121与在插入环110中形成的第一冷却通道连通，以便冷却定子铁芯120。优选地，为了相对于定子铁芯120的热产生部分实现均匀冷却，铁芯凹口经形成使得彼此等距离间隔开的同时在定子铁芯120的纵向方向上延伸。

具有此配置的铁芯凹口121在图3中示出。根据本公开的示例性形式，如图3中所示，铁芯凹口121可以具体化为在定子铁芯120的纵向方向上形成的长凹槽。

优选的是铁芯凹口121彼此等距离间隔开。更优选地，铁芯凹口121在与其中缠绕线圈130的定子铁芯120的各个齿对应的位置处形成。具体地，如图5中所示，以此示例性形式的铁芯凹口121中的每个可以在与定子铁芯120的齿的对应齿的中间部分对准的位置处形成。因此，在与各个齿的中间部分对准的定子铁芯120的外部中形成的铁芯凹口121限定第二冷却通道C1在定子铁芯120和插入环110之间，其中冷却流体在定子铁芯120的纵向方向上流过所述第二冷却通道C1。

当铁芯凹口121如上所述在定子铁芯120的纵向方向上形成时，在定子铁芯120的圆周方向上形成的第一冷却通道垂直于第二冷却通道。

相应地，流过第二冷却通道C1的冷却流体直接地冷却其中形成铁芯凹口121的定子铁芯120的一部分，并且流过第一冷却通道的冷却流体间接地冷却定子铁芯120的剩余部分。

如图3和图4中所示，多个孔113在冷却流体供给构件，即插入环110中形成，以便与定子铁芯120中的铁芯凹口121连通。因此，流过第一冷却通道的冷却流体穿过多个孔113移动到相应的第二冷却通道C1，即铁芯凹口121。

定子铁芯120可以具有其中多个铁芯凹口121在单个定子铁芯120中形成的整体结构。可替代地，定子铁芯120可以具有从多个铁芯单元组装的结构，每个铁芯单元包括相应的单个齿和相应的单个铁芯凹口121。图5示出单个铁芯单元120，并且图3示出一起组装以形成定子铁芯120的多个铁芯单元。在定子铁芯具有此分割结构这种情况下，每个铁芯单元可以设置有相应的突出部分123和相应的联接凹口124，以便与其他铁芯单元组装在一起。

根据本公开的另一示例性形式，该驱动电动机还可以包括线轴导杆140，其经配置环绕定子铁芯120的齿中的每个的至少一部分。以此示例性形式，线圈130不直接地围绕定子铁芯120缠绕，但是围绕环绕齿中的每个的线轴导杆140缠绕。

线轴导杆140不仅作为用于将线圈130缠绕在其上的线轴发挥功能，还发挥功能以限定用于直接地冷却线圈130的冷却通道。

具体地，根据此示例性形式，导杆凹口部143在线轴导杆140的外表面中形成，以便限定在线轴导杆140和围绕线轴导杆140缠绕的线圈130之间的空间。在线圈130和线轴导杆140之间的由导杆凹口部143限定的空间作为第三冷却通道C2和C3发挥功能用于直接地冷却线圈130。

图6示出线轴导杆140。线轴导杆140包括向外突出用于线圈缠绕的上翼形件部分141a、141b和下翼形件部分142a、142b。穿过每个铁芯凹口121的两个相对端部排出的冷却流体穿过在翼形件部分141a和141b之间形成的开口和在翼形件142a和142b之间形成的开口移动到导杆凹口部143。换句话说，如图6中所示，上翼形件部分141a和141b作为一对翼形件配置，其中形成了开口。此配置相同地应用于下翼形件部分142a和142b。

图6中所示的线轴导杆具有在其一侧面部分中形成的单个导杆凹口，其是为了在将线轴导杆联接到定子铁芯中方便。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是线轴导杆还包括具有在线轴导杆的相对侧面部分中形成的另一个导杆凹口的附加原件。

第三冷却通道C2和C3在图8中详细地描述。由于限定其中冷却流体流过地空间，即第三冷却通道C2和C3的导杆凹口，阶梯状部分在线轴导杆140地外表面上形成。图9是示出从转子150观察的第三冷却通道C3，其中可以看到的是第三冷却通道在线圈和线轴导杆之间形成。

导杆凹口部143经形成与铁芯凹口121连通，使得已经穿过由铁芯凹口121限定的第二冷却通道C1的冷却流体供给至导杆凹口部143。

由于线轴导杆140具有环绕定子铁芯120的每个齿的结构，线轴导杆140可以发挥功能，以引导从铁芯凹口121的两个相对端部排出地冷却流体。为此，线轴导杆140可以经配置具有在与铁芯凹口121的两个相对端部对应的位置处形成的导杆凹口。例如，如图7中所示，线轴导杆140中的导杆凹口可以在定子铁芯120的前部分和后部分中形成，以便分别与由铁芯凹口121限定的第二冷却通道C1的两个相对端部连通。详细地，此示例性形式经构造使得一对导杆凹口形成以便与铁芯凹口121的相应端部连通，并且使得铁芯凹口121和导杆凹口部143形成U形冷却通道。

根据此示例性形式，导杆凹口部143经配置具有在定子铁芯120的径向方向上从与铁芯凹口121的两个相对端部对应的位置延伸的一对导杆凹口。因此，流过由铁芯凹口121限定的第二冷却通道C1的冷却流体直接地冷却定子铁芯120。此外，流过由导杆凹口部143的导杆凹口限定的第三冷却通道C2和C3的冷却流体直接地冷却线圈130的内部。

可替代地，本公开的示例性形式可以经构造使得已经穿过铁芯凹口的冷却流体的至少一部分直接地朝向线圈移动而不穿过导杆凹口，从而直接地冷却线圈。

在线轴导杆140中形成的导杆凹口部不限于单个凹陷通道，但是可以具有多个分支通道，其中导杆凹口部分支成线轴导杆140中的若干凹陷线。

虽然未在附图中示出，但是本公开的示例性形式还可以包括一种用于收集已经穿过第三冷却通道的冷却流体和重新供给所收集的冷却流体至第一冷却通道的单元。该单元可以包括例如贮存器和泵。

上述直接冷却定子铁芯组件和包括直接冷却定子铁芯组件的用于车辆的驱动电动机的特征在于产热元件，即定子铁芯和线圈由供给至电动机的冷却流体直接地冷却，从而改进热转移效率并使他能够过控制冷却流体的流率立即地控制电动机的温度变得可能。

如从上述描述显而易见，根据本公开的示例性形式的用于车辆的直接冷却驱动电动机可以具有下列效果。

第一，驱动电动机的冷却性能得到改进，从而阻止电动机的主要关键部件，即永久磁铁、定子铁芯和线圈通过过量的热产生而损坏。

第二，电动机的持久性通过根据驱动电动机的温度充分地调整操作条件得到改进。

第三，由于环保型车辆可以在EV驱动模式下行进一长距离，电能的利用增大，并且因此环保型车辆的燃料效率得到改进。

最后，由于电动机的使用的时间和频率增加，由频繁的发动机启动引起的车辆的市场可售性劣化降低了。

本公开已经参照其示例性形式详细地描述。然而，由本领域的技术人员将理解的是以这些形式可以作出改变，而不背离本公开的原理和精神，本公开的范围在随附的权利要求及其等同物中限定。

Claims (12)

1.一种用于车辆的直接冷却驱动电动机，所述直接冷却驱动电动机包括：

电动机壳体；

牢固地安装在所述电动机壳体中的定子铁芯，所述定子铁芯具有外表面和在所述外表面中在纵向方向上形成的多个铁芯凹口；

冷却流体供给构件，其经配置供给冷却流体至所述定子铁芯中的所述铁芯凹口；和

转子，其设置在所述定子铁芯中并经配置与旋转轴一起旋转，

其中当冷却流体正流过所述铁芯凹口时，流过所述铁芯凹口的冷却流体直接地冷却所述定子铁芯，

其中：

所述定子铁芯设置有多个齿，每个所述铁芯凹口在与所述齿的各个齿的外表面对应的相应位置处形成，以及

所述直接冷却驱动电动机还包括：

经安装以便环绕每个所述齿的至少一部分的线轴导杆；和

围绕所述线轴导杆缠绕的线圈，

其中所述线轴导杆具有经形成以便与每个所述铁芯凹口连通的导杆凹口部，

其中：

所述铁芯凹口和所述导杆凹口部中的每个一起形成相应的U形冷却通道，以及

对于每个所述U形冷却通道：

当冷却流体正流过由所述冷却通道的所述铁芯凹口限定的所述冷却通道的一部分时，流过由所述铁芯凹口限定的冷却通道的一部分的冷却流体直接地冷却所述定子铁芯，以及

当冷却流体正流过由所述导杆凹口部限定的所述冷却通道的剩余部分时，流过由所述导杆凹口部限定的所述冷却通道的剩余部分的冷却流体直接地冷却所述线圈。

2.根据权利要求1所述的直接冷却驱动电动机，其中所述导杆凹口部对于每个所述铁芯凹口包括相应的一对导杆凹口，其位于与所述铁芯凹口的两个相对端部对应的位置处，以便引导从所述铁芯凹口的两个相对端部排出的冷却流体。

3.根据权利要求1所述的直接冷却驱动电动机，其中所述导杆凹口部对于每个所述铁芯凹口包括相应的一对导杆凹口，其在所述定子铁芯的径向方向上从与所述铁芯凹口的两个相对端部对应的位置延伸。

4.根据权利要求1所述的直接冷却驱动电动机，其中所述定子铁芯具有从多个铁芯单元组装的结构，所述多个铁芯单元中的每一个都包括相应的单个齿和相应的单个铁芯凹口。

5.根据权利要求1所述的直接冷却驱动电动机，其中：

所述冷却流体供给构件是一种压配合在所述电动机壳体和所述定子铁芯之间的插入环，

所述插入环具有外表面和在所述外表面中形成的冷却通道，并且

冷却流体穿过所述冷却通道在所述插入环的外表面和所述电动机壳体的内表面之间流动。

6.根据权利要求5所述的直接冷却驱动电动机，其中所述插入环具有一个或多个孔，并且所述孔与所述定子铁芯中的所述铁芯凹口连通。

7.一种直接冷却定子铁芯组件，所述直接冷却定子铁芯组件包括：

定子铁芯，其具有外表面和在所述外表面中在纵向方向上形成的多个铁芯凹口；和

冷却流体供给构件，其经配置供给冷却流体至所述定子铁芯中的所述铁芯凹口，以及

其中当冷却流体正流过所述铁芯凹口时，流过所述铁芯凹口的所述冷却流体直接地冷却所述定子铁芯，

其中：

所述定子铁芯设置有多个齿，所述铁芯凹口中的每一个都形成在与所述齿的各个齿的外表面对应的相应位置处，以及

所述直接冷却定子铁芯组件还包括：

经安装以便环绕所述齿中的每个齿的至少一部分的线轴导杆；和

围绕所述线轴导杆缠绕的线圈，

其中所述线轴导杆具有经形成以便与所述铁芯凹口中的每一个连通的导杆凹口部，

其中：

所述铁芯凹口和所述导杆凹口部中的每一个一起形成相应的U形冷却通道，以及

对于所述U形冷却通道中的每一个：

当冷却流体正流过由所述冷却通道的所述铁芯凹口限定的所述冷却通道的一部分时，流过由所述铁芯凹口限定的所述冷却通道的一部分的冷却流体直接地冷却所述定子铁芯，以及

当冷却流体正流过由所述导杆凹口部限定的所述冷却通道的剩余部分时，流过由所述导杆凹口部限定的所述冷却通道的所述剩余部分的冷却流体直接地冷却所述线圈。

8.根据权利要求7所述的直接冷却定子铁芯组件，其中所述导杆凹口部对于所述铁芯凹口中的每一个包括相应的一对导杆凹口，其位于与所述铁芯凹口的两个相对的端部对应的位置处，以便引导从所述铁芯凹口的所述两个相对端部排出的冷却流体。

9.根据权利要求7所述的直接冷却定子铁芯组件，其中所述导杆凹口部对于所述铁芯凹口中的每一个包括相应的一对导杆凹口，其在所述定子铁芯的径向方向上从与所述铁芯凹口中的每一个的两个相对端部对应的位置延伸。

10.根据权利要求7所述的直接冷却定子铁芯组件，其中所述定子铁芯具有从多个铁芯单元组装的结构，所述多个铁芯单元中的每个包括相应的单个齿和相应的单个铁芯凹口。

11.根据权利要求7所述的直接冷却定子铁芯组件，其中：

所述冷却流体供给构件是一种压配合在所述定子铁芯的外部上的插入环，以及

所述插入环具有外表面和在所述外表面中形成的冷却通道。

12.根据权利要求11所述的直接冷却定子铁芯组件，其中所述插入环具有一个或多个孔，并且所述孔与所述定子铁芯中的所述铁芯凹口连通。

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