CN114915056A - 一种定子的冷却结构以及车用永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定子的冷却结构以及车用永磁同步电机，其中，所述定子的冷却结构包括定子铁芯以及设置在所述定子铁芯端面上的环形绕组，在所述定子铁芯表面设置流道，在所述环形绕组上设置呈半圆环状的上喷油环和下喷油环，所述流道与所述上喷油环相连通以及通过连接管与所述下喷油环相连通，在所述上喷油环和所述下喷油环的朝向所述环形绕组的一侧表面上设置喷油孔。本发明通过在定子铁芯表面设置流道，并在环形绕组上设置上喷油环和下喷油环，实现了对定子和绕组的充分冷却，改善了绕组温度不均匀的情况，同时减小了泵功。

Description

一种定子的冷却结构以及车用永磁同步电机

技术领域

本公开涉及电动汽车永磁同步电机冷却结构技术领域，具体而言，涉及一种定子的冷却结构以及车用永磁同步电机。

背景技术

随着新能源汽车的不断推广和普及，对驱动电机的发展要求也越来越严苛，未来电机的发展趋势必将是高速化，高功率密度，结构进一步紧凑，效率进一步提升、高集成化的趋势；这种发展趋势对电机提出了更高的冷却要求。

传统的风冷、水冷冷却效果有限，已不能满足电机的冷却需求；而采用填充导热材料提高传热效率一般受材料成本，或工艺复杂度等因素制约，不适宜批量生产。因此，油冷作为目前新兴的冷却方式，成为了很多企业研究的重点。

相比较于水冷，使用油冷可以使冷却液直接接触发热部分，散热效果好，可以大幅度降低电机部件如铁心、绕组和磁钢以及驱动器芯片的温度。且冷却油是绝缘的，在航空航天等对安全性要求很高的场合，油冷系统较水冷系统更为安全，所以被广泛采用。但现有的油冷冷却方案多是油路结构复杂，增加了加工工艺成本，或油路结构不合理，冷却效果有限，尤其对定子的冷却，多存在冷却不均的情况。例如，部分采用油冷的电机，将冷却油经喷油环直接喷淋在定子绕组端部，其中喷油环一般采用圆环或半圆环。对于圆环来说，有一部分喷孔喷出的冷却油需克服重力，这就导致泵功增加，且对于整个端部绕组的冷却并不均匀；对于半圆环来说，则对端部绕组的冷却不够，会有一部分绕组淋不到冷却油，也会导致冷却不均匀。同时，采用圆环或者半圆环形式的冷却结构，对于定子的冷却远远不够。

可见，现有技术中，目前还没有一种能够在不增加泵功的前提下实现对定子和绕组实现均匀冷却的冷却方法。

发明内容

有鉴于此，本公开旨在提供一种定子的冷却结构以及具有上述冷却结构的车用永磁同步电机，以解决现有技术中的无法在不增加泵功的前提下，实现对定子和绕组实现均匀冷却的技术问题。

第一方面，本公开实施例提供一种定子的冷却结构，包括定子铁芯以及设置在所述定子铁芯端面上的环形绕组，在所述定子铁芯表面设置流道，在所述环形绕组上设置呈半圆环状的上喷油环和下喷油环，所述流道与所述上喷油环相连通以及通过连接管与所述下喷油环相连通，在所述上喷油环和所述下喷油环的朝向所述环形绕组的一侧表面上设置喷油孔。

在一个示例性实施例中，所述流道包括交叉设置的轴向流道和周向流道，所述轴向流道和所述周向流道相互连通。

在一个示例性实施例中，所述轴向流道沿所述定子铁芯的外表面均匀设置，部分的所述轴向流道与所述上喷油环连通，部分的所述轴向流道通过所述连接管与所述下喷油环连通。

在一个示例性实施例中，在所述上喷油环的端面上设置有第一导油孔，所述上喷油环通过所述第一导油孔与所述轴向流道连通和/或在所述下喷油环的端面上设置有第二导油孔，所述下喷油环通过所述第二导油孔与所述连接管连通。

在一个示例性实施例中，所述连接管的数量大于等于3个，其至少分别与所述下喷油环的上部两侧和底部相连通。

在一个示例性实施例中，所述上喷油环设置在所述环形绕组上部的外侧，所述下喷油环设置在所述环形绕组下部的内侧。

在一个示例性实施例中，所述喷油孔在所述上喷油环和/或所述下喷油环上呈多列布置，相邻两列的所述喷油孔交错排列。

在一个示例性实施例中，所述上喷油环上的所述喷油孔的密度大于所述下喷油环上的所述喷油孔的密度。

在一个示例性实施例中，所述喷油孔的的形状是圆形、方形、锥形、扇形中的至少一种。

第二方面，本公开实施例提供一种车用永磁同步电机，包括上述任一技术方案所述的冷却结构。

本公开实施例通过在定子铁芯表面设置流道，并在环形绕组上设置上喷油环和下喷油环，所述流道与所述上喷油环相连通以及通过连接管与所述下喷油环相连通，在所述上喷油环和所述下喷油环的朝向所述环形绕组的一侧表面上设置喷油孔，实现了对定子和绕组的充分冷却，改善了绕组温度不均匀的情况，同时减小了泵功。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1是本公开所提供的定子的冷却结构的结构示意图；

图2是本公开所提供的定子的冷却结构的油路示意图；

图3是本公开所提供的定子的冷却结构的上喷油环和下喷油环的结构示意图；

图4是本公开所提供的定子的冷却结构的喷油孔的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-定子铁芯；2-环形绕组；3-流道；301-轴向流道；302-周向流道；4-上喷油环；5-下喷油环；6-连接管；7-第一导油孔；8-喷油孔；9-喷油孔；10-冷却油进口。

具体实施方式

下面，结合附图对本公开的具体实施例进行详细的描述，但不作为本公开的限定。

应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

下面结合附图和具体的实施例对本公开作进一步的说明。

实施例1

本公开的第一方面提供一种定子的冷却结构，这里的所述定子是车用永磁同步电机的组成部分，所述永磁同步电机是新能源车辆的必不可少的动力源，可以为汽车提供驱动力，是新能源车辆的核心部件之一。因此，所述永磁同步电机的性能和使用寿命直接影响着车辆的性能和成本。永磁同步电机在工作时会产生铜损、铁损、机械损失和其他损失，这些损耗基本上都以发热的形式表现出来，这也是电机工作时需要进行散热的根本原因。而随着电机转速和功率密度的提高，电机转子上产生的热量也将不可忽视，电机的散热要求也就有了新的要求。本公开实施例的目的在于对所述永磁同步电机的定子和绕组进行同步冷却，即不增加泵功，又满足永磁同步电机对散热的要求。

考虑到目前主流的永磁同步电机的冷却结构无法实现对定子和绕组的同时降温，本公开实施例涉及的用于永磁同步电机的定子的冷却结构能够实现定子冷却与绕组冷却的同步进行。图1示出本公开实施例中定子的冷却结构的结构示意图，如图1所示，所述定子的冷却结构包括定子铁芯1以及设置在所述定子铁芯1端面上的环形绕组2，在所述定子铁芯1表面设置流道3，冷却油可以在所述流道3内流动，在所述环形绕组2上设置呈半圆环状的上喷油环4和下喷油环5，所述流道3与所述上喷油环4相连通，同时，所述流道3还通过连接管6与所述下喷油环5相连通，在所述上喷油环4和所述下喷油环5的朝向所述环形绕组2的一侧的表面上设置有喷油孔，从而使得所述冷却油能够通过所述流道3进入所述上喷油环4和所述下喷油环5中，并从所述喷油孔中喷出，喷淋在所述环形绕组2的内外表面上。

该定子的冷却结构的上喷油环4和下喷油环5分别设置在所述环形绕组2的内外两侧，通过在内外两侧均设置喷油结构，能够同时从内外两侧对所述环形绕组2进行喷淋冷却，使得所述环形绕组2的冷却均匀，保证了所述环形绕组2冷却的均匀性，可以有效避免所述环形绕组2冷却不均匀所导致的局部温度过高的问题，减小了电机内部的热岛效应，从而提高了电机的稳定性和使用寿命。

进一步地，所述流道3由位于所述定子铁芯1表面的油槽和机壳所围成的封闭空间构成，所述流道3可以包括交叉设置的轴向流道301和周向流道302，所述轴向流道301和所述周向流道302相互连通，分布在所述定子铁芯1的表面。

为了使冷却油能迅速充斥所述定子铁芯1表面上的流道3，所述流道3还可以呈螺旋状，环绕设置在所述定子铁芯1的表面；所述流道3的设置形式不限于上述形式，还可以设置成S形形状等其它形式的流道，同样能达到设计目的。通过设置于所述定子铁芯1表面的流道，在向所述上喷油环4和所述下喷油环5输送冷却油的同时，在所述冷却油流经所述流道3的过程中，能够带走所述定子铁芯1散发出的热量，从而实现对所述定子铁芯1的冷却。

可选地，这里的所述流道3的流道截面可以为圆形、椭圆形、矩形、方形、D形、扁平形中的任一种或几种的组合；为保证所述定子铁芯1内各个部分均匀散热，优选地，所述流道3可以以对称形式均匀分布在所述定子铁芯1上。

所述轴向流道301和所述周向流道302的交叉位置处的机壳表面设置有冷却油进口10，冷却油通过冷却油进口10进入所述流道3。通过油泵泵送的冷却油进入所述冷却油进口10后，能够同时进入所述轴向流道301和所述轴向流道302，向所述上喷油环4和所述下喷油环5输送。

在一些实施例中，所述轴向流道301沿所述定子铁芯1的外表面均匀设置，部分的所述轴向流道301与所述上喷油环4连通。所述上喷油环4呈半圆形设置，其圆心角小于等于180度，所述上喷油环4内部设置有冷却油流道，端面上设置有若干第一导油孔7。所述上喷油环4内的冷却油流道通过所述第一导油孔7与所述轴向流道301连通。所述上喷油环4朝向所述环形绕组2的一侧设置有喷油孔8，所述喷油孔8呈多列布置，相邻两列的所述喷油孔8交错排列，以实现对所述环形绕组2的均匀喷淋。

所述下喷油环5同样呈半圆形设置，其圆心角小于等于180度，其内部设置有冷却油流道，所述下喷油环5的端面上设置有若干第二导油孔，所述下喷油环5内的冷却油流道通过所述第二导油孔与所述连接管6连通，所述连接管6与所述轴向流道301连通，进而实现冷却油能够通过所述轴向流道301、所述连接管6和所述第二导油孔进入所述下喷油环6内的冷却油流道中。所述下喷油环5朝向所述环形绕组2的一侧设置有喷油孔9，所述喷油孔9呈多列布置，相邻两列的所述喷油孔9交错排列，以实现对所述环形绕组2的均匀喷淋。

进一步地，所述上喷油环4设置在所述环形绕组2上部的外侧，所述下喷油环5设置在所述环形绕组2下部的内侧，此能够充分利用电机的内部空间来布置所述环形绕组2的冷却结构，从而避免额外增大电机体积的同时，实现对所述环形绕组2的有效冷却，提高了电机的内部冷却性能。可选地，所述上喷油环4可以根据需要同时设置在所述环形绕组上部的外侧和下部的外侧，所述下喷油环5同样可以根据需要同时设置在所述环形绕组的上部的内侧和下部的内侧。

所述上喷油环4和所述下喷油环5分别位于所述环形绕组的两端，从所述环形绕组2的两侧对所述环形绕组2进行喷淋冷却，使得所述环形绕组2内外冷却均匀，保证了所述环形绕组冷却的均匀性，可以有效避免所述环形绕组2冷却不均匀所导致的局部温度过高的问题，减小电机内部热岛效应，从而提高了电机的稳定性和使用寿命。

同时，考虑到冷却油的重力作用，为了保障所述下喷油环5对所述环形绕组2进行均匀冷却降温，所述连接管6的数量大于等于3个，且所述连接管6至少分别与所述下喷油环5的上部两侧和底部相连通，以使得冷却油通过所述连接管6能够直接被输送至所述下喷油环5的上部两侧位置。例如，所述下喷油环5可以为180度的半圆形，所述连接管6可以为三个，间隔90度地设置在所述下喷油环5上，分别位于所述下喷油环5的两端和底部中间位置，从而保证了位于所述下喷油环5两端位置处的喷油孔9能够喷淋冷却油。再例如，所述连接管6可以为4个，间隔60度的均匀分布在所述下喷油环5上，能够进一步保障所述下喷油环5各处的喷射均匀度。

在一个实施方式中，如图4所示，所述上喷油环4上的喷油孔8呈多列布置，相邻两列的所述喷油孔交错排列，且每列喷油孔的数量不少于1个，所述喷油孔可以为圆形、扇形、锥形或方形。通过喷油孔的多列排布，使得所述喷油孔在所述环形绕组2表面的喷射位置更加精确，更加方便进行冷却油的精确分配，提高冷却效率。

类似地，所述下喷油环5上的喷油孔9同样可以呈多列布置，相邻两列的所述喷油孔交错排列，且每列喷油孔的数量不少于1个，所述喷油孔可以为圆形、扇形、锥形或方形。通过喷油孔的多列排布，使得所述喷油孔在所述环形绕组2表面的喷射位置更加精确，更加方便进行冷却油的精确分配，提高冷却效率。

此外，由于冷却油会在重力作用下沿着所述环形绕组的表面向下流动，在顶部的停留时间较短，因此，当所述喷油孔沿周向均匀排布时，会使得所述环形绕组底部的冷却油富集，顶部冷却油量会略显不足。为此，在一个实施例中，所述上喷油环4上的所述喷油孔8的密度大于所述下喷油环5上的所述喷油孔9的密度，使得所述环形绕组的顶部可以有更多的冷却油进行冷却，从而提高所述环形绕组的顶部绕组冷却效果，同时，冷却油沿着所述环形绕组2顶部向下流动的过程中，又能够对所述环形绕组的下部进行有效冷却，从而能够从整体上提高冷却油对于所述环形绕组2的冷却效果。

在一个实施例中，还可以从喷射角度对所述喷油孔的设置进行考虑，例如从冷却油在所述环形绕组2上的喷射面积考虑，可以使得所述喷油孔相对于所述定子铁芯1的中心轴线倾斜设置，使得所述喷油孔冷却油喷射在所述环形绕组2的表面时，可以形成一定的侧向分力，从而使得冷却油能够沿轴向方向铺开一定面积，增加冷却油与所述环形绕组2的接触面积，进而提高冷却油对所述环形绕组冷却效率。

在一个实施例中，所述上喷油环4和所述下喷油环5采用一体成型结构。由于半圆形喷油环可以采用注塑方式进行成型，因此，可以直接通过注塑方式成型的方式加工所述上喷油环4和所述下喷油环5，从而提高所述上喷油环4和所述下喷油环5的结构整体性，减少安装工序，提高安装效率。

上述定子的冷却结构的工作原理为，当油泵工作时，将冷却油从油泵出油口泵入油管进油口，冷却油沿着油管流入所述定子铁芯1上的进油口10，进入所述定子铁芯1和外壳构成的所述流道3中，使整个定子外壳内的所述流道3中充满冷却油，直接与定子铁芯1等发热元件接触，再流经所述轴向流道301和所述周向流道302，分别从所述第一导流口和所述第二导流口进入所述上导流环4和所述下导流环5，最终从所述上导流环4上的喷油孔8和所述下导流环5上的喷油孔9中喷出，喷出的冷却油喷淋在所述环形绕组2的表面，从而实现对所述环形绕组的冷却。

由上述内容可知，本公开实施例提供的定子的冷却结构通过在定子铁芯1表面设置流道3，并在环形绕组上2设置上喷油环4和下喷油环5，所述流道3与所述上喷油环4相连通，通过连接管6与所述下喷油环5相连通，在所述上喷油环4和所述下喷油环5的朝向所述环形绕组2的一侧表面上设置喷油孔，实现了对所述定子铁芯1和所述环形绕组2的充分冷却，改善了所述环形绕组温度不均匀的情况，同时减小了泵功。

实施例2

本公开的第二方面还提供了一种车用永磁同步电机，包括上述实施方式中的定子的冷却结构，所述永磁同步电机应用于新能源车辆中。

其中，所述定子的冷却结构包括定子铁芯以及设置在所述定子铁芯端面上的环形绕组，在所述定子铁芯表面设置流道，在所述环形绕组上设置呈半圆环状的上喷油环和下喷油环，所述流道与所述上喷油环相连通以及通过连接管与所述下喷油环相连通，在所述上喷油环和所述下喷油环的朝向所述环形绕组的一侧表面上设置喷油孔。

本公开实施例提供的车用永磁同步电机通过在定子铁芯1表面设置流道3，并在环形绕组上2设置上喷油环4和下喷油环5，所述流道3与所述上喷油环4相连通，通过连接管6与所述下喷油环5相连通，在所述上喷油环4和所述下喷油环5的朝向所述环形绕组2的一侧表面上设置喷油孔，实现了对所述定子铁芯1和所述环形绕组2的充分冷却，改善了所述环形绕组温度不均匀的情况，同时减小了泵功。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

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)

1.一种定子的冷却结构，其特征在于，包括定子铁芯以及设置在所述定子铁芯端面上的环形绕组，在所述定子铁芯表面设置流道，在所述环形绕组上设置呈半圆环状的上喷油环和下喷油环，所述流道与所述上喷油环相连通以及通过连接管与所述下喷油环相连通，在所述上喷油环和所述下喷油环的朝向所述环形绕组的一侧表面上设置喷油孔。

2.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，所述流道包括交叉设置的轴向流道和周向流道，所述轴向流道和所述周向流道相互连通。

3.根据权利要求2所述的冷却结构，其特征在于，所述轴向流道沿所述定子铁芯的外表面均匀设置，部分的所述轴向流道与所述上喷油环连通，部分的所述轴向流道通过所述连接管与所述下喷油环连通。

4.根据权利要求3所述的冷却结构，其特征在于，在所述上喷油环的端面上设置有第一导油孔，所述上喷油环通过所述第一导油孔与所述轴向流道连通和/或在所述下喷油环的端面上设置有第二导油孔，所述下喷油环通过所述第二导油孔与所述连接管连通。

5.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，所述连接管的数量大于等于3个，其至少分别与所述下喷油环的上部两侧和底部相连通。

6.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，所述上喷油环设置在所述环形绕组上部的外侧，所述下喷油环设置在所述环形绕组下部的内侧。

7.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，所述喷油孔在所述上喷油环和/或所述下喷油环上呈多列布置，相邻两列的所述喷油孔交错排列。

8.根据权利要求7所述的冷却结构，其特征在于，所述上喷油环上的所述喷油孔的密度大于所述下喷油环上的所述喷油孔的密度。

9.根据权利要求7所述的冷却结构，其特征在于，所述喷油孔的的形状是圆形、方形、锥形、扇形中的至少一种。

10.一种车用永磁同步电机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的冷却结构。

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