CN112104116A - 定子组件、电机和电驱动桥系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定子组件、电机和电驱动桥系统。所述定子组件包括定子芯(1)和两个引导环(2、3)，其中，定子芯呈环形并且构造有多个在圆周方向上分布的且贯通定子芯的两个轴向端面的冷却剂轴向通道(6)，两个引导环分别提供多个在圆周方向上分布的且整体沿圆周方向延伸的冷却剂周向通道(7、8)，其中，两个引导环与定子芯同心布置并且分别如此贴靠定子芯的两个轴向端面，使得冷却剂轴向通道以其轴向两端分别与相应的引导环的冷却剂周向通道相连通并且形成至少一条总体上沿圆周方向曲折延伸的冷却剂通路。所述电机包括上述定子组件并且所述电驱动桥系统包括上述电机。

Description

定子组件、电机和电驱动桥系统

技术领域

本发明涉及车辆技术领域。本发明具体地涉及带有冷却结构的定子组件。本发明还涉及包括该定子组件的电机以及包括该电机的电驱动桥系统。

背景技术

电机广泛地应用于诸如车辆的交通运输工具。电机可以特别地用于例如纯电动车辆或混合动力车辆、尤其纯电动车辆或混合动力车辆的电驱动桥系统。随着对电机更小和更轻的要求不断提升，对电机功率密度的指标需求也不断上升，而功率极限能力往往受到电机升温极限的限制，因此提高电机的冷却散热能力是非常必要的。

当前存在大量的用于电机的冷却方案。

例如在美国专利文件US 9.287,754 B2中公开了一种电机，该电机包括分别具有冷却循环回路的定子和转子。在该方案中，定子的冷却循环回路通过布置在定子的径向外侧的冷却水套实现。又例如在中国专利申请文件CN 109873517 A中公开了一种电机冷却结构。该结构包括电机壳体，其中，电机壳体具有内壁、外壁和设置在内壁上的多个冷却片，并且在内壁和外壁之间形成冷却通道。然而在上述两个冷却方案中，均需要将电机内部的热量通过层层的材料传到径向外部，再被水道带走。在这种情况下，电机的绕组和磁钢等热源无法直接冷却，并且冷却结构甚至未延伸至端部绕组处，导致热量堆积，冷却效率受到限制。

又例如在中国专利文件CN 102224658 B中公开了一种旋转电机，其包括两个线圈端盖和多个连接导线，其中，两个线圈端盖分别围绕旋转电机的两个绕组端部并且分别形成冷却油通道，其中，多个连接导线设置在冷却油通道中，由此对电机的绕组端部进行冷却。然而在该冷却方案中，定子铁芯的外周表面并未设置冷却结构，因而无法在该处进行热交换。这一方面导致冷却效率较低，另一方面可能会在定子芯温度升高时影响系统的绝缘性。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以用于纯电动车辆或混合动力车辆的电机，该电机具有改善的电机冷却结构，由此可以提高的冷却效率。

上述技术问题在本发明的一方面通过一种用于电机的定子组件解决，该定子组件包括定子芯和两个引导环，其中，定子芯呈环形并且构造有多个在圆周方向上分布的且贯通定子芯的两个轴向端面的冷却剂轴向通道，其中，两个引导环分别提供多个在圆周方向上分布的且整体沿圆周方向延伸的冷却剂周向通道，其中，两个引导环与定子芯同心布置并且分别如此贴靠定子芯的两个轴向端面，使得冷却剂轴向通道以其轴向两端分别与相应的引导环的冷却剂周向通道相连通并且形成至少一条总体上沿圆周方向曲折延伸的冷却剂通路。

定子组件总体地包括定子和用于定子的冷却单元、尤其冷却剂通路。定子包括环状的定子芯和绕组。在此，电机的或者说其转子的旋转轴线与定子的或者说定子芯的中轴线为同一轴线。在本文范围内，除非另有说明，否则术语“轴向”、“径向”和“圆周方向”均参考上述中轴线。具体地，“轴向”为中轴线的方向或平行于中轴线的方向。“径向”为垂直于中轴线并且与中轴线相交的方向。“圆周方向”为环绕中轴线的方向。

冷却剂通路在此构成用于电机的热管理模块的冷却回路的一部分。冷却剂通过热管理模块中的其他装置提供并且以期望的流率流经定子组件中的冷却剂通路。由此，冷却剂在流经冷却剂通路期间可以和电机中、尤其定子中的热源进行热交换，并且随着冷却剂的排出、尤其从冷却剂通路排出可以将交换的热量排出定子组件区域。

由多个冷却剂轴向通道和多个冷却剂周向通道共同组成的冷却剂通路在整体上曲折地延伸在定子组件的圆周方向上。“曲折”在此可以理解为冷却剂通路在定子组件的圆周方向上连续地呈的S形或者说蛇形分布。

为方便阐述，可以示例性地将其中一个引导环的各个冷却剂周向通道沿一个圆周方向依次标记为第一周向通道、第三周向通道，以此类推；将其中另一个引导环的各个冷却剂周向通道沿相同的圆周方向依次标记为第二周向通道、第四周向通道，以此类推；将定子芯的各个冷却剂轴向通道沿相同的圆周方向依次标记为第一轴向通道、第二轴向通道、第三轴向通道，以此类推。在此，提及的序数仅用于区分各个通道，而不限定各类通道的个数。

在一种可能的实施方式中，至少在每个冷却剂通路的中间区段、即排除冷却剂入口和冷却剂出口区域的冷却剂通路区段中，可以使得第一周向通道、第一轴向通道、第二周向通道、第二轴向通道、第三周向通道、第三轴向通道、第四周向通道依次地首尾相连，并且以相同方式或者说以此类推地连接可能存在的其他通道。由此可以简单地实现冷却剂通路沿圆周方向的曲折延伸。

在本文范围内，冷却剂轴向通道可以连通分别属于两个引导环的相应的两个冷却剂周向通道、即连通该冷却剂轴向通道的轴向两端处的冷却剂周向通道，但本文不限定冷却剂轴向通道必严格地沿轴向延伸。

在本文范围内，冷却剂周向通道在整体上沿圆周方向延伸，但不限定冷却剂周向通道的每个区段均严格地沿圆周方向延伸。

在本文范围内，不限定冷却剂通路、即冷却剂轴向通道和冷却剂周向通道的横截面的造型。冷却剂轴向通道和冷却剂周向通道的横截面的形状和尺寸可以根据热管理模块的综合配置进行设计。

在此，冷却剂是流体。可选地，冷却剂是液体。可选地，冷却剂是气体。优选地，冷却剂是绝缘的流体。特别优选地，冷却剂是不导磁且不导电的流体，由此冷却剂不会对电机的磁路造成影响并且可以在电机内直接冷却热源。特别地，冷却剂例如可以是冷却油或者空气。

优选地，定子组件包括至少两条冷却剂通路，由此可以提高冷却效率。有利地，各条冷却剂通路可以分布在定子组件的沿圆周方向的不同区域中。有利地，各条冷却剂通路也可以相叠地或者相互嵌套地布置在定子组件的沿圆周方向的相同区域中。

由此，借助定子芯中分布的冷却剂轴向通道，冷却剂可以特别有效地与定子芯进行热交换并且由此排定子外周区域的热量。同时，借助由两个引导环提供的冷却剂周向通道，冷却剂可以特别有效地与定子的绕组部分、尤其端部绕组部分进行热交换，由此可以排出端部绕组的热量。换言之，通过本文提供的定子组件的冷却结构，可以直接冷却定子芯和端部绕组，提高了冷却效率，有利于提升电机的功率密度。此外相比现有技术中设置冷却套的方案，本文提供的定子组件的冷却结构还减小电机的尤其径向的尺寸。

在一种优选的实施方式中，引导环由绝缘材料、尤其不导磁且不导电的材料构成。例如，引导环由塑料或树脂制成。在这种情况下，引导环的设置不会影响电机的、尤其定子组件的磁路。

在此，备选地，引导环也可以由金属材料制成。尤其在引导环与端部绕组间距较大的设计方案中，可以在保证对定子组件的磁路的影响在可接收范围内的情况下，充分利用金属材料在强度、导热性方面的优点。

在一种优选的实施方式中，引导环在其轴向端面构造多个在圆周方向上分布的弧形凹槽，其中，弧形凹槽配合定子芯的轴向端面共同形成冷却剂周向通道。在此，弧形凹槽借助定子芯的轴向端面封闭，从而形成冷却剂周向通道。由此可以通过易于制造且成本低廉的方式实现冷却剂周向通道。

在一种优选的实施方式中，定子芯和两个引导环固定连接。在此，固定连接可以通过材料式连接、形状配合式连接和/或压配合式连接实现。两个引导环与定子芯的各自的连接可以通过相同连接方式实现，也可以通过不同连接方式实现。在这种情况下，定子组件可以作为整体来进行运输和装配，有利于简化电机制造过程中的工序。

在此，备选地，定子芯和两个引导环借助电机中的其他构件实现上述方式相互贴靠。在这种情况下，可以通过电机中的其他构件在完成电机的装配后自动形成所需的贴靠布置，而无需额外设置定子芯和两个引导环之间的连接结构，由此可以从另一方面简化制造过程中的工序。

在一种有利的实施方式中，引导环密封地贴靠定子芯。例如，这种密封贴靠可以在引导环和定子芯通过密封胶密封粘接的情况下实现。备选地，这种密封贴靠也可以通过在引导环和定子芯之间设置密封件实现。由此可以防止冷却剂的泄露，有利于热管理模块的冷却回路中的流体动力控制。

在此，备选地，引导环也可以非密封地贴靠定子芯。在这种情况下，尤其绝缘的冷却剂、例如冷却油可以从引导环和定子芯的轴向间隙中流出并且浇淋至绕组、尤其端部绕组处，由此可以直接冷却绕组，提高冷却效率。

在一种有利的实施方式中，引导环构造有通孔，该通孔贯穿冷却剂周向通道和引导环的内周面。优选地，至少一个引导环构造有上述通孔。优选地，同一引导环设置多个上述通孔，通孔分别连通引导环的内周面和相同和/或不同的冷却剂周向通道。有利地，通孔构造为径向通孔。有利地，在电机的工作状态下，通孔布置在引导环的上方。在这种情况下，尤其绝缘的冷却剂、例如冷却油可以从通孔流出并且浇淋至绕组、尤其端部绕组处，由此可以直接冷却绕组，提高冷却效率。

在一种优选的实施方式中，冷却剂轴向通道直线式地构造和/或弯曲地构造。在此，直线式的冷却剂轴向通道易于制造。在此，弯曲的冷却剂轴向通道可以有利地增加冷却剂通路在定子芯区域的热交换面积，进而提升冷却效率。

根据一种优选的实施方式，冷却剂通路具有冷却剂入口和冷却剂出口，其中，冷却剂入口设置在冷却剂轴向通道和/或冷却剂周向通道处，冷却剂出口设置在冷却剂轴向通道和/或冷却剂周向通道处。

在此，有利地，定子组件包括至少两条冷却剂通路，其中，至少两条冷却剂通路具有共同的冷却剂入口和/或共同的冷却剂出口。在这种情况下，各条冷却剂通路形成一个总的冷却剂路径的多条支路。由此既易于布置与冷却剂入口和冷却剂出口连通的管路，也可以通过多条支路提高冷却剂通路的冷却效率。

上述技术问题在本发明的另一方面通过一种电机解决，该电机包括具有上述技术特征的定子组件。此外，电机还包括转子。

优选地，电机构造为内转子式电机。优选地，电机可以构成用于纯电动车辆或混合动力车辆的电机的牵引电机。在此，有利地，电机可以根据车辆行驶状态而用作电动机或发电机。有利地，电机可以构成用于电驱动桥系统的电机、例如轮毂电机或轮边电机。

上述技术问题在本发明的另一方面通过一种电驱动桥系统解决，该电驱动桥系统包括如上所述的电机。该电驱动桥系统尤其配置在纯电动车辆或混合动力车辆的电机中。

附图说明

下面结合附图来示意性地阐述本发明的一种优选实施方式。附图为：

图1是根据一种优选实施方式的定子组件的示意性的立体图；

图2是根据图1的定子组件的示意性的轴向剖视图；

图3是根据图1的定子组件的引导环的主视图；以及

图4是根据图3的引导环的立体图。

具体实施方式

图1和图2分别示出了根据一种优选实施方式的定子组件的示意性的立体图和轴向剖视图。该定子组件构成用于电驱动桥系统的牵引电机的组成部分。电驱动桥系统尤其可以配置在纯电动车辆或混合动力车辆的电机中。

如图1和图2所示，定子组件包括定子和用于定子的冷却单元。定子包括环状的定子芯1和绕组10。定子芯1呈环形。绕组10由铜材料制成。牵引电机的未示出的转子可以在定子的径向内侧转动。

定子的冷却单元在此构造为用于电机的热管理模块的冷却剂通路。冷却剂通路在此通过定子芯1和两个引导环、即第一引导环2和第二引导环3构成。冷却剂通过热管理模块中的其他装置提供并且以期望的流率流经定子组件中的冷却剂通路。在流经冷却剂通路的过程中，冷却剂可以和定子中的热源进行热交换，并且随着冷却剂的排出可以将交换的热量排出定子组件区域。在本实施方式中采用的冷却剂是冷却油，利用其不导磁且不导电的特性可以有利地避免对电机的磁路造成影响并且可以在电机内直接冷却热源。

定子芯1构造有多个在圆周方向上分布的且贯通定子芯1的两个轴向端面的冷却剂轴向通道6。冷却剂轴向通道6在本实施方式中构造为沿轴向延伸的直线式的冷却剂通道。冷却剂轴向通道6的横截面可以构造为圆形。在另外的实施方式中，冷却剂轴向通道6可以偏移于轴向地延伸和/或弯曲地延伸和/或构造有其他形状的横截面。

图3和图4分别示出了根据图1的定子组件的引导环2的主视图和立体图。结合图3和图4可见，引导环2、即第一引导环构造有多个在圆周方向上分布的且整体沿圆周方向延伸的弧形凹槽7。第二引导环3(参见图1和图2)可以与第一引导环2类似地构造，第二引导环3同样构造有多个在圆周方向上分布的且整体沿圆周方向延伸的弧形凹槽8。引导环2、3由例如塑料的不导磁且不导电的材料构成。

结合图1至图4可见，两个引导环2、3与定子芯1同心布置并且分别与定子芯1通过密封胶密封粘接。两个引导环2、3如此贴靠定子芯1的两个轴向端面，使得第一引导环2的弧形凹槽配合定子芯1的相应轴向端面形成横截面为方形的冷却剂周向通道7，第二引导环3的弧形凹槽配合定子芯1的相应轴向端面形成横截面为方形的冷却剂周向通道8，并且冷却剂轴向通道6以其轴向两端分别与冷却剂周向通道7、8相连通。在此，通过将冷却剂周向通道7、冷却剂轴向通道6、冷却剂周向通道8依次地首尾相连可以实现冷却剂通路沿圆周方向的局部的S形分布。通过连续地重复地实施这种首尾连接，可以实现总体上沿圆周方向的曲折延伸的冷却剂通路。

冷却剂通路具有分布在定子组件的径向两端的冷却剂入口4和冷却剂出口5。冷却剂入口4构造在定子芯1处，冷却剂入口4沿径向连通定子芯1的外周表面和其中一个冷却剂轴向通道6。冷却剂出口5构造在第一引导环2处，冷却剂出口5沿轴向连通第一引导环2的轴向端面和与上述其中一个冷却剂轴向通道6沿径向对置的冷却剂周向通道8。在本实施方式中，构造有分布在定子组件的两个半周区域中的两条冷却剂通路，其具有共同的冷却剂入口4和共同的冷却剂出口5。冷却剂从冷却剂入口4进入定子芯1后通过两条冷却剂通路沿不同的圆周方向曲折地流动至与冷却剂入口4径向对置的冷却剂出口5处。

由此，借助定子芯1中分布的冷却剂轴向通道6，冷却剂可以特别有效地与定子芯1进行热交换并且由此排定子外周区域的热量。同时，借助由两个引导环2、3提供的冷却剂周向通道7、8，冷却剂可以特别有效地与端部绕组部分进行热交换，由此可以排出端部绕组的热量。由此可以直接冷却定子芯1和端部绕组10，提高了冷却效率，有利于提升电机的功率密度。此外相比现有技术中设置冷却套的方案，本文提供的定子组件的冷却结构还减小电机的尤其径向的尺寸。

此外，如图4所示，引导环2构造有多个通孔9，该通孔9沿径向贯穿冷却剂周向通道7和引导环2的内周面。在这种情况下，冷却油可以从通孔9流出并且浇淋至绕组10、尤其端部绕组处，由此可以直接冷却绕组10提高冷却效率。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记列表

1 定子芯

2 引导环，第一引导环

3 引导环，第二引导环

4 冷却剂入口

5 冷却剂出口

6 冷却剂轴向通道

7 冷却剂周向通道；第一引导环的冷却剂周向通道

8 冷却剂周向通道；第二引导环的冷却剂周向通道

9 通孔

10 绕组

Claims (10)

1.用于电机的定子组件，所述定子组件包括:

-定子芯(1)，其呈环形并且构造有多个在圆周方向上分布的且贯通所述定子芯(1)的两个轴向端面的冷却剂轴向通道(6)，

-两个引导环(2、3)，其分别提供多个在圆周方向上分布的且整体沿圆周方向延伸的冷却剂周向通道(7、8)，

其中，所述两个引导环(2、3)与所述定子芯(1)同心布置并且分别如此贴靠所述定子芯(1)的两个轴向端面，使得所述冷却剂轴向通道(6)以其轴向两端分别与相应的引导环(2、3)的冷却剂周向通道(7、8)相连通并且形成至少一条总体上沿圆周方向曲折延伸的冷却剂通路。

2.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述引导环(2、3)在其轴向端面构造多个在圆周方向上分布的弧形凹槽，其中，所述弧形凹槽配合所述定子芯(1)的轴向端面共同形成所述冷却剂周向通道(7、8)。

3.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述定子芯(1)和所述两个引导环(2、3)固定连接。

4.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述引导环(2、3)密封地或非密封地贴靠所述定子芯(1)。

5.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述引导环(2)构造有通孔(9)，所述通孔(9)贯穿所述冷却剂周向通道(7)和所述引导环(2)的内周面。

6.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述冷却剂轴向通道(6)直线式地构造和/或弯曲地构造。

7.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述冷却剂通路具有冷却剂入口(4)和冷却剂出口(5)，其中，所述冷却剂入口(4)设置在所述冷却剂轴向通道(6)和/或所述冷却剂周向通道(7、8)处，所述冷却剂出口(5)设置在所述冷却剂轴向通道(6)和/或所述冷却剂周向通道(7、8)处。

8.根据权利要求7所述的定子组件，其特征在于，所述定子组件包括至少两条冷却剂通路，其中，所述至少两条冷却剂通路具有共同的冷却剂入口(4)和/或共同的冷却剂出口(5)。

9.电机，所述电机包括根据权利要求1-8中任一项所述的定子组件。

10.电驱动桥系统，所述电驱动桥系统包括根据权利要求9所述的电机。

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