CN1675814A

CN1675814A - 车辆用电动机

Info

Publication number: CN1675814A
Application number: CNA038197545A
Authority: CN
Inventors: 竹纲靖治; 胜敏明; 原田健司
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-09-28
Also published as: EP1542336A1; JPWO2004019468A1; WO2004019468A1; US20050151429A1

Abstract

本发明公开了一种其旋转轴为水平并可有效冷却定子的电动机(100)，为通过一供给管路(162)引入油泵(160)所供应的冷却油，该电动机包括一设置在该电动机(100)下部的冷却油入口(130)，一用于使定子线圈(104)充满冷却油的线圈端盖(102)，一设置在该电动机(100)的上部以使冷却油从该电动机(100)排出的冷却油排出口(140)，以及一与该冷却油排出口(140)相连接以将冷却油排出到油底壳(170)的排出管路(164)。

Description

车辆用电动机

技术领域

本发明涉及一种电动机(电机，马达)的构造，更具体地涉及安装在车辆例如汽车上的液冷式电动机的构造。

技术背景

安装在车辆例如汽车上的电动机或发电机包括一旋转体(转子)和一定子芯，该定子芯围绕该转子设置并缠绕有一定子线圈。电动机向定子线圈提供电流以获得旋转力，而发电机得到通过转子旋转生成并且流经定子线圈的电流。当在转子旋转过程中电流流经定子线圈时，定子芯或定子线圈产生热量。例如在日本专利公开No.2001-145302中公开了一种用于抑制该热量的冷却装置。

该冷却装置用作安装在车辆上的电动机的冷却装置，该电动机具有一在水平方向上延伸的旋转轴。该电动机包括一可围绕该旋转轴旋转的转子，一具有多个面向该转子的周向表面的槽的定子芯，以及缠绕在该槽内的定子线圈。用于该电动机的冷却装置包括一冷却通道，该冷却通道通过用密封薄膜覆盖与该旋转轴平行并面向该转子的槽的开口而形成，一位于定子芯的一端并与该冷却通道在上部连通的入口，一位于定子芯的另一端并与该冷却通道在下部连通的出口，以及一泵，该泵使冷却液在从电动机的上部经过该冷却通道向下部的方向上从一入口室朝一出口室流动。

在这种冷却装置中，通过用密封薄膜覆盖与该旋转轴平行并面向转子的定子芯的槽的开口而形成冷却通道。冷却液流经该冷却通道，以便由该冷却液直接冷却缠绕在该槽内的定子线圈，从而增强冷却效果。另外，冷却液沿定子线圈流动，以便均匀冷却该定子线圈。这里，由于用于缠绕定子线圈的槽用作冷却通道，所以不必在定子芯内单独形成一冷却通道，从而可降低成本。

但是，在上述出版物所公开的冷却装置中，冷却液从具有在水平方向上延伸的旋转轴的电动机的上部流向其下部，在此情况下，该冷却通道内会残留空气。另外，为了将冷却液分配到定子线圈的所有部分，需要在冷却通道内设置一整流叶片，这样会使结构复杂。这里，气泡会被引入该冷却通道内，这些气泡可能使电动机的定子线圈生锈和劣化。另外，由于该气泡，冷却液不会直接接触该定子线圈，所以会降低冷却效果。

考虑到以上情况，本发明的一个目的是提供一种车辆用电动机，该电动机能够有效冷却从线圈产生热量的定子部分。

本发明的另一个目的是提供一种用于车辆的电动机，该电动机能够均匀冷却从线圈产生热量的定子部分。

本发明的再一个目的是提供一种用于车辆的电动机，该电动机不会将冷却液中存在的气泡引入到该电动机的定子线圈。

本发明的又一个目的是提供一种用于车辆的电动机，该电动机中的定子线圈不会生锈和劣化。

发明内容

根据本发明的车辆用电动机包括：一围绕水平旋转轴旋转的转子；一在该旋转轴的方向上具有多个面向该转子的周向表面的槽的定子芯；一缠绕在该槽内的定子线圈；一形成为使该定子线圈与冷却液相接触的冷却通道；用于使冷却液流过该冷却通道的流通装置(feeding means)；以及一设置在该冷却通道的最上部内的冷却液排出部。

这样，例如通过用密封件覆盖该定子芯的槽的开口而形成的冷却通道形成为，使得冷却液与缠绕在面向该转子的定子芯的槽中的该定子线圈相接触。当冷却液流经该冷却通道时，冷却液直接冷却缠绕在槽内的定子线圈，从而增强冷却效果。另外，冷却液沿定子线圈流动，从而可均匀冷却定子线圈。这里，例如，该冷却液排出部设置在冷却通道的最上部，而该冷却液供应部另外设置在其最下部，以便冷却液从该供应部向该排出部注入该(冷却通道的)下部，然后注入其上部。因此，可避免引入气泡，并且电动机的定子线圈不会生锈和劣化。因此，可提供这样一种车辆用电动机，其中可避免由于气泡阻断冷却液和定子线圈之间的直接接触而降低冷却效果。

更优选地，在该车辆用电动机中，该冷却通道包括一通过用密封件覆盖槽的开口而形成的通道。

这样，由于用于缠绕定子线圈的槽用作冷却通道，所以不必在定子芯内单独形成一冷却通道，因此降低了成本。

更优选地，该车辆用电动机还包括一设置在该冷却通道的最下部内的冷却液供应部。

这样，例如通过一压缩输送泵将冷却液供应给设在该最下部内的冷却液供应部。然后，冷却液流过形成为使冷却液和定子线圈之间相接触的冷却通道，并从设置在该最上部内的冷却液排出部排出。这里，冷却液注入该下部，然后注入该上部，从而避免引入气泡。

更优选地，该流通装置包括分别与该排出部和该供应部相连接的管路，以及用于将从该排出部排出的冷却液供应给该供应部的供应装置。该车辆用电动机还包括设置在该管路内的用于防止冷却液泄漏的防止装置。

这里，假设当例如用冷却液压缩输送泵来构成该供应装置并用车辆发动机驱动该供应装置时，车辆、发动机和泵停止运动。即使在这种情况下，该防止装置仍可防止冷却液从该排出部泄漏，并且当车辆再次启动时冷却通道中仍充满冷却液，从而可获得预期的冷却效果。由于可保持使冷却通道中充满冷却液的状态，所以不会在冷却液中引入气泡。

更优选地，该供应装置由使冷却液循环的泵构成。该管路可具有用于以冷却液与空气相接触的方式存储冷却液的存储装置。该防止装置可设置在从该泵的突出的出口到该存储装置的入口的该管路中的某个部分处。

这样，该冷却液通过该泵进行循环。该存储装置例如油底壳以冷却液与空气相接触的方式临时存储该冷却液。由于该防止装置设置在从该泵的突出的出口到该存储装置的入口的该管路中的某个部分处，所以冷却液不会从该排出部泄漏。

更优选地，该防止装置可设置在该排出部中。

这样，例如通过一设置在该排出部中的止回阀可防止冷却液泄漏。

更优选地，该防止装置可设置在该供应部中。

这样，例如通过一设置在该供应部中的止回阀可防止冷却液泄漏。

更优选地，该车辆用电动机可形成为一分布绕组电动机。

这样，该分布绕组(线圈)电动机在其端部的厚度大于集中绕组电动机在其端部的厚度，这意味着前者的线圈和冷却液之间的接触面积大于后者。从而通过冷却该端部可获得很好的冷却效果。

附图说明

图1示出根据本发明第一实施例的电动机的构造。

图2A到2C示出定子的槽的部分。

图3示出根据本发明第一实施例的电动机的冷却系统的构造。

图4示出根据本发明第一实施例的一种变型的电动机的冷却系统的构造。

图5示出根据本发明第二实施例的电动机的冷却系统的构造。

图6示出根据本发明第二实施例的第一种变型的电动机的冷却系统的构造。

图7示出根据本发明第二实施例的第二种变型的电动机的冷却系统的构造。

具体实施方式

下面，将参照附图说明本发明的实施例。应指出，附图中相同的参考标号是指相同或相应的元件，并且这些元件的名称和功能也是相同的。因此，适当情况下将不再重复对它们的详细说明。

第一实施例

下面将参照图1说明根据本实施例的电动机的构造。如图1所示，电动机100安装在车辆上，并以其旋转轴在水平方向上延伸的方式使用。图1示出电动机100的横截面视图和侧视图。一般来说，电动机100由一定子部分和一转子部分构成。该定子部分包括一具有缠绕在槽中的线圈104的定子芯106。该定子部分由一线圈端盖102覆盖，该端盖以杯状方式围绕线圈104和定子芯106的相对的端面。

线圈端盖102在其下部具有一冷却油入口130，在其上部具有一冷却油排出口140。线圈端盖102与定子芯106相接触，并在其间插入一O型环108。线圈端盖102通过规定数目的螺栓110与定子芯106相连接，从而形成该定子部分。

如稍后将说明的，该定子部分中的线圈104浸没在冷却油内。这里，使用冷却油作为媒介在冷却油和线圈104之间进行热交换。因而冷却油吸收在线圈104中产生的热量，以冷却线圈104和定子芯106。

该转子部分包括转子铁心112和包含在该转子铁心内的磁体114。该转子部分的转子铁心112与一转子轴116相连接。

根据本实施例的电动机100在冷却油和线圈104以及定子芯106之间进行热交换——在定子部分中线圈104中的电流使线圈104的温度升高，线圈104中产生的热量的传递以及定子芯本身产生的热量使定子芯106的温度升高——以便降低定子部分的温度。

如图1所示，电动机100以这种方式使用：转子轴116在水平方向上延伸，并在定子部分的最下部设有冷却油入口130，在其最上部设有冷却油排出口140。通过稍后将说明的油泵从冷却油入口130引入的油注入定子部分的下部，然后注入上部，以便浸没定子部分的线圈104。当从油泵供应的冷却油足以浸没定子部分的整个线圈104时，将油通过冷却油排出口140排出。冷却油通过与定子部分中的线圈104相接触而进行热交换。

下面将参照图2A到2C说明电动机100中的槽。在定子部分中设置有大量的槽118。如图2A到2C所示，槽118容纳定子部分中的线圈104。设有一用于隔离定子部分与线圈104的绝缘纸122。另外，为每个槽设置一槽密封件120，以便将线圈104固定在槽118内并防止冷却油泄漏到转子侧。

如图2A所示，在槽密封件120和线圈104之间的间隙用作油路150。这里，用作油路150的间隙可设置在槽中的任意位置，例如，如图2B所示在外径一侧上。此外，如图2C所示，油路150可设置在绝缘纸122和定子芯106之间。

与唇形密封(lip seal)一体形成的棒状件代表槽密封件120的一个示例。因此，如图1所示，从冷却油入口130引入的油可从位于与转子轴116平行的另一端的冷却油排出口140排出。

下面将参考图3说明根据本实施例的电动机100的冷却系统。如图3所示，电动机100的冷却系统包括油泵160、连接油泵160与冷却油入口130的供给管路162，油底壳170，以及连接油底壳170与冷却油排出口140的排出管路164。例如，油泵160与电动机的旋转轴相连接，当电动机旋转时驱动该油泵。从油泵160供应的油通过供给管路162到达冷却油入口130。已到达冷却油入口130的冷却油穿过定子的槽118中的油路150，并且在与转子轴116平行的方向上扩散。另外，随着从油泵160供应的油量增加，冷却油注入电动机100的下部，然后注入其上部。

当油泵160供应的油量与油路150的容量相当时，油路150被冷却油完全充满。如果油泵160继续供应冷却油，则该冷却油会从冷却油排出口140排放到排出管路164。排放到排出管路164的冷却油继而供应给油底壳170。这里，冷却油以与空气相接触的方式存储在油底壳170中。通过油泵160的操作将已存储在油底壳170中的冷却油再次供应给电动机100。

下面将说明上述构造的电动机100中的冷却操作。

当电动机旋转时，油泵160开始操作。油泵160将已存储在油底壳170中的冷却油通过供给管路162从冷却油入口130供应到电动机100的内部(定子部分)。从油泵160供应的冷却油在与转子轴116平行的方向上通过设置在电动机100的定子的槽118内的油路150扩散。另外，从油泵160供应的冷却油还注入线圈端盖102内的空间。当线圈端盖102内的空间和油路150被冷却油充满时，并且当油泵160继续操作时，冷却油通过设置在电动机100的最上部的冷却油排出口140排出。排出的冷却油通过排出管路164返回到油底壳170。

如上所述，根据本实施例中的电动机，冷却油由油泵供应，并通过位于电动机的最下部的冷却油入口供应给线圈端盖内的空间和油路。因为冷却油排出口设在电动机的最上部，所以从油泵供应的冷却油逐渐地供应到定子的内部而不会引入气泡，并且油位升高。当油位升高到与冷却油排出口一样高时，通过排出管路164排出的冷却油返回到油底壳170。结果，可避免在冷却油中引入气泡，并且冷却油直接接触定子线圈。因此，不会导致生锈，并且可防止电动机劣化。

第一实施例的变型

下面将参照图4说明根据本变型的电动机。与根据第一实施例的电动机不同，本变型中的电动机在槽118内不具有油路150。即，槽118不能用作油路，因为该槽例如通过涂清漆或模制而被掩盖。

下面将参照图4说明根据本变型的电动机101中的冷却系统。如图4所示，根据本变型的电动机101的冷却系统与上述根据第一实施例的电动机100的冷却系统的不同之处在于，在电动机101的下部设有冷却油入口130、131，在电动机101的上部设有冷却油排出口140、141。因为在其它方面该冷却系统的构造与上述根据第一实施例的电动机100的冷却系统的构造相同，所以不再重复对其的详细说明。

因为根据本变型的电动机101在与转子轴116平行的方向上不具有油路150，所以在与转子轴116平行的方向上设有两个冷却油入口和两个冷却油排出口。

这样，即使因为涂清漆、模制等而没有在该槽的部分中设置油路，但仍可获得很好的冷却效果。

第二实施例

下面将说明根据本发明第二实施例的电动机和该电动机的冷却系统。

如图5所示，在根据本实施例的电动机的冷却系统中，在上述根据第一实施例的电动机的冷却系统中的冷却油排出口140处设有一止回阀300。因为在其它方面该冷却系统的构造与上述根据第一实施例的冷却系统的构造相同，所以不再重复对其的详细说明。

止回阀300设置在排出管路164和冷却油排出口140之间，以使油仅能在从电动机到排出管路164的方向上流动。冷却油不能在相反方向上流动。

下面将说明根据本实施例的电动机的冷却系统的操作。当油泵160开始操作并将冷却油供应给电动机时，该冷却油注入电动机的下部，然后注入其上部。冷却油注入线圈端盖102内的空间和油路150。当油泵160继续供应冷却油时，冷却油的油位升高到与冷却油排出口140一样高，则冷却油通过止回阀300排放到排出管路164。

这里，当油泵160停止操作时，从供给管路162向冷却油供给入口130的冷却油供应停止。然后，随着供应的冷却油的压力降低，排出管路164中的油和空气趋向于返回到电动机内部。这里，由于止回阀300设置在冷却油排出口和排出管路164之间，所以冷却油和空气不能在相反方向上，即朝电动机的内部流动。这样，即使当油泵160停止操作时，电动机的定子内部(线圈端盖102内的空间和油路150)仍被冷却油充满。

如图5所示，止回阀300的位置并不局限于在冷却油排出口140处的位置。如图6所示，可在冷却油入口130处设置一止回阀310。如图5和6中所示，止回阀300的位置并不局限于在电动机的冷却油排出口140和冷却油入口130处的位置。该止回阀可设在排出管路164中的某个部分处或供给管路162中的某个部分处。这一位置根据冷却油排出口140在高度方向上的位置和止回阀400在高度方向上的位置而确定。

第二实施例的变型

下面将参照图7说明根据本变型的电动机的冷却系统。如图7所示，止回阀300设置在根据第一实施例的变型的电动机的冷却系统中的冷却油排出口140处，并且止回阀301设置在其冷却油排出口141处。在其它方面(该冷却系统的)构造与上述根据第一实施例的变型的冷却系统的构造相同。因此，将不再重复对其的详细说明。

在其构造如图7所示的根据本变型的电动机的冷却系统中，定子部分中的槽118不具有油路150。因此，冷却油排出口平行于转子轴116设置，同时止回阀300、301设置在各(冷却油)排出口处。因此，即使当油泵停止操作时，仍可避免由于油回流到电动机内部或油中所包含的气泡的回流而造成线圈104与空气接触。

尽管已详细说明和图示出本发明，但是很明显应当理解这些仅作为说明和示例，而并不是限制，本发明的精神和范围仅由所附权利要求书的权项所限定。

工业实用性

如上所述，根据本发明的车辆用，可均匀地和有效地冷却定子部分中的线圈。另外，由于没有在冷却液中引入气泡，因此定子部分不会与空气接触，从而可防止定子线圈生锈和进而劣化。因此，根据本发明的车辆用电动机适于安装在混合动力汽车、电动汽车以及燃料电池汽车上。

Claims

1.一种车辆用电动机，包括：

一围绕水平旋转轴(116)旋转的转子(112)；

一在所述旋转轴(116)的方向上具有多个面向所述转子(112)的周向表面的槽(118)的定子芯(106)；

一缠绕在所述槽(118)内的定子线圈(104)；

一形成为使所述定子线圈(104)与冷却液相接触的冷却通道(150)；

用于使冷却液流过所述冷却通道(150)的流通装置；以及

一设置在所述冷却通道(150)的最上部中的所述冷却液的排出部(140)。

2.根据权利要求1的车辆用电动机，其特征在于，所述冷却通道(150)包括通过用一密封件(120)覆盖所述槽(118)的开口而形成的通道。

3.根据权利要求1的车辆用电动机，其特征在于，该电动机还包括一设置在所述冷却通道(150)的最下部中的所述冷却液的供应部(130)。

4.根据权利要求3的车辆用电动机，其特征在于，所述流通装置包括：

分别与所述排出部(140)和所述供应部(130)相连接的管路，以及

用于将从所述排出部(140)排出的所述冷却液供应给所述供应部(130)的供应装置(160)，并且

所述电动机还包括设置在所述管路内的用于防止所述冷却液泄漏的防止装置(300，301，310)。

5.根据权利要求4的车辆用电动机，其特征在于，

所述供应装置(160)由一使所述冷却液循环的泵构成，

所述管路具有用于以所述冷却液与空气相接触的方式存储所述冷却液的存储装置(170)，并且

所述防止装置(300，301，310)设置在从所述泵的一突出的出口到所述存储装置的一入口的该管路中的某个部分处。

6.根据权利要求5的车辆用电动机，其特征在于，所述防止装置(300，301，310)设置在所述排出部(140)中。

7.根据权利要求5的车辆用电动机，其特征在于，所述防止装置(300，301，310)设置在所述供应部(130)中。

8.根据权利要求1到7中任何一项的车辆用电动机，其特征在于，该车辆用电动机形成为一分布绕组电动机。