本實用新型涉及一種電機定子總成結構以及所述定子的冷卻系統，屬于車用電機領域，特別涉及一種新能源車用動力電機的定子總成結構及其油冷系統。

背景技術：

在節能和環保成為汽車行業發展主題的今天，新能源汽車已經成為各國汽車廠商重點研究的對象，動力電機作為其主要動力源也被提出越來越高的要求。

動力電機在越來越高效地為新能源汽車提供動力的同時，也隨之產生了很多問題，定子作為電機中使電能轉換成機械能的重要結構部件和主發熱源，所面臨的問題尤其棘手。在新能源汽車，尤其是混合動力汽車的動力電機設計中，為了得到更小的空間尺寸和更高的轉矩輸出，越來越多地選用具有繞組端部尺寸小，鐵芯利用率高，轉矩輸出高等特點的集中式繞組定子總成結構進行設計。

然而，在實際應用中卻面臨著諸多問題：1.由于定子是電機的主要發熱源，定子的溫度直接影響到電機的效率、性能、絕緣安全及壽命，為了實現更大的功率輸出，如何在現有空間內進行更有效的冷卻散熱是一個難題；2.由于日益緊湊的動力總成布置空間與日益提高的電機性能要求之間的矛盾，在電機定子與冷卻系統的設計中，一方面要保證電機總成外輪廓的最小設計空間，一方面還要求更大的鐵芯利用率，因此電機定子的軛部尺寸被壓縮的越來越小，這導致電機定子在實際加工過程中，無論是使用模具沖裁還是使用線切割加工都會遇到如下問題：由于定子軛部過薄，因此定子沖片的剛度很差，定子內外圓的圓度想要達到設計精度會非常困難，既影響生產節拍又影響電機實際的性能輸出；3.目前主流的產品設計中，如附圖9與附圖10，為了保證定子總成熱傳導和傳遞扭矩，定子總成多采用鐵芯與殼體過盈配合，這種方式既導致了對殼體的強度及材料都有較高要求，又由于冷卻通道的存在，為保證高度需增加殼體壁厚，因此限制了殼體尺寸的進一步壓縮，也間接加劇了問題2中的軛部尺寸過薄的問題。綜上，具有更好的加工工藝性的定子總成結構研究以及新型冷卻裝置的設計成為當務之急。

專利CN101023572A中描述了一種電機的冷卻裝置，該裝置有能力根據定子鐵芯上不同部位的狀況調整其冷卻能力，實現不同鐵芯位置的精密冷卻。這種裝置雖然卻效果得到了一定的提高，但是其結構復雜，成本高，工程化應用難度大，并且無法對定子總成結構中真正的發熱源(即定子繞組)進行直接冷卻，冷卻效率依舊不足以滿足未來整車對電機的需求。

專利CN103296824A與專利CN103532307A各自描述了一種可以對定子繞組進行直接噴淋冷卻的多噴油口電機結構。這種設計雖然冷卻效率較高，但是為實現其冷卻系統，電機殼體結構比較復雜，加工難度高，定子與殼體之間采用過盈限位更導致了其對殼體的高強度要求，這樣的結構導致殼體占用較大的徑向空間，使電機有效徑向尺寸減小，鐵芯利用率降低，電機功率密度及扭矩密度受限。

針對上述問題，如何在有限的空間內，提高電機有效直徑，提高定子鐵芯利用率，提高冷卻效率，最大限度地發揮電機性能成為新能源汽車的新型車用動力電機定子及其冷卻系統設計的關鍵。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種新型車用動力電機定子及其冷卻系統，其既可以實現新能源車用電機系統要求的高效冷卻，又可以較大地保證電機的有效徑向尺寸(即定子外徑尺寸)，提高定子鐵芯利用率；在保證電機高性能輸出的同時，也可以保證定子沖片的加工工藝性。

本實用新型所述的一種新型車用動力電機的定子總成結構及其冷卻系統，其定子總成由定子鐵芯、定子繞組及若干個導流管總成組成；其冷卻系統由進油口、導流管總成、出油口、儲油裝置、過濾裝置以及冷卻油散熱裝置所構成。

所述定子鐵芯由若干硅鋼片疊壓后經焊接或鉚接而成，在結構上分為齒部與軛部兩部分，在其軛部上開有通孔；

所述定子繞組，裝配在定子鐵芯齒部之上，與定子鐵芯固定連接，繞組的軸向兩端在定子鐵芯之外；

所述導流管總成，裝配在定子鐵芯的軛部通孔中，導流管總成的主體為中空的導流管，導流管軸向長度長于定子鐵芯。在導流管上布置有噴油孔、入油孔、密封裝置及定位裝置。其中，所述噴油孔，連通導流管與電機內腔，每個導流管總成中至少有一個噴油孔布置在定子繞組的端部的垂直上方；所述入油孔，連通導流管與布置在端蓋之內的油道，或者連通導流管與供油管道；所述的密封裝置，可以是密封堵塊，或者密封圈，或者其他能夠密封冷卻油，使冷卻油進入導流管后，只能從噴油孔流出的裝置或結構；所述定位裝置，可以是卡環，或者導流管自身的凸起結構，或者其他能夠為定子鐵芯與導流管總成之間或為定子總成與端蓋之間進行軸向定位的結構或裝置；

所述定子總成，布置在電機內腔中，其定位及扭矩的傳遞均需要由導流管總成與電機端蓋的配合來保證。所述電機內腔，指電機前后兩側端蓋與殼體包圍起來的內部空間；

所述冷卻系統為油冷，其冷卻液可以為電機專用冷卻油，也可以是與變速箱共用的齒輪油；

所述進油口布置在端蓋上，進油口可以單獨存在，也可以與導流管總成的入油孔進行集成。進油口一端與供油管道連接，一端通向導流管總成的入油孔或通向布置在端蓋中的連接導流管總成入油孔的油道；

所述出油口布置在端蓋或殼體上，一端與電機內腔相連接，一端與出油管道相連接或者直接與儲油裝置相通，出油孔的內管道截面積要大于等于進油孔截面積并且能夠保證冷卻油在電機內腔的最高液面要低于電機轉子總成的最低點；

所述儲油裝置，其可以是集成在電機殼體底部的油底殼結構，也可以是外掛專用儲油裝置，或者是其他殼體件；

所述過濾裝置，可以是冷卻油濾清器，也可以是集成在儲油裝置底部的鐵屑收集裝置；

所述散熱裝置，可以是冷卻油冷卻器等主動冷卻裝置，也可以是集成在儲油裝置上的散熱筋等被動散熱結構。

本實用新型的積極效果在于：該總成將定子總成結構與冷卻系統進行一體化設計，結構高度集成化，取消傳統電機的內殼體及冷卻套結構，使得在一定布置空間內的電機有效體積(即電機鐵芯體積)得以最大化，電機的最大輸出性能可以增加，電機的功率密度及扭矩密度得以提升。并且本實用新型還可以保證定子鐵芯較好的加工工藝性，縮短生產節拍，適用于實際生產實踐中。

附圖說明

圖1為一種具有本實用新型實例的電機總成剖面及冷卻油路平面示意圖。

圖2為圖1所示的定子總成結構圖。

圖3為本實用新型實例中一種定子總成結構剖面圖。

圖4為本實用新型實例中一種能夠兼顧鐵芯冷卻的局部定子總成圖。

圖5為圖4所示方案的結構剖視圖。

圖6為本實用新型實例中一種具有單導流管定子總成的結構剖面圖。

圖7為本實用新型實例中一種具有多導流管定子總成示意圖。

圖8為圖7所示的冷卻油路三維示意圖。

圖9為現有產品設計中一種定子及冷卻結構剖面圖。

圖10為現有產品設計中另一種定子及冷卻結構示意圖。

2-堵塊 3-導流管總成 4-前端蓋 5-油封 6-轉子總成 7-定子鐵芯 8-定子繞組9-殼體 10-出油管 11-后端蓋 12-外掛油壺 13-散熱器 14-過濾器 15-油泵 16-噴油孔 17-后油孔 18-鐵芯噴油孔 19-塑封端部 20-導流槽 26-聯通油道 27-冷卻溝槽 28-油孔 30-軛部 31-齒部 33-導流管 34-卡環 35-止推位 36-定子總成

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步的描述：

圖1所示的為一個單電機總成及其冷卻系統。該電機為一個永磁油冷電機，該電機的殼體9只具有防護和密封功能，定子鐵芯7的定位功能由導流管總成3實現，這樣殼體9只需與定子鐵芯7間隙配合，對殼體9的強度要求大大降低，這樣殼體占用電機總成的徑向空間可以達到最小。其定子鐵芯7的實現定位的具體實施方式如下，其定子鐵芯7軛部開有通孔，在通孔中裝配有導流管總成3，并通過導流管總成3將定子鐵芯7相對于前端蓋4及后端蓋11進行定位和扭矩傳遞，由于轉子總成6也通過軸承與前端蓋4及后端蓋11進行定位，因此保證了定子與轉子的軸向對中及徑向同軸度。

該電機的導流管總成3不僅有機械定位功能，在冷卻系統中還具有對冷卻液的導向功能。如圖1中箭頭所示，該電機的冷卻油流向如下：通過油泵15的作用，冷卻油從外掛油壺12中被汲取出來，通過散熱器13與過濾器14的處理，流經油泵15，從進油口1進入電機本體，在冷卻油進入導流管總成3后，從預設在定子繞組8端部上方的噴油孔16與后油孔17中噴出，直接噴淋在繞組8端部上，實現冷卻功能。吸收熱量之后的冷卻油順著繞組8及兩側端蓋4、11流到電機底部，從前油孔16中噴出的油可以直接進入出油管10，從后油孔17噴出的油到達底部后，需要流經電機定子鐵芯7底部開的聯通油道26，才能進入出油管10。冷卻油通過出油管10流出電機本體后，即可回到外掛油壺12中。該冷卻系統的密封是這樣實現的，在殼體9與前端蓋4，殼體9與后端蓋11之間有法蘭面配合，通過涂膠密封；在導流管總成3的兩端通過堵塊2密封，在轉子總成6與兩側端蓋4與11之間通過油封5密封。

定子總成36的典型結構如圖2～圖4所示，每套定子總成36由一個定子鐵芯7，若干個定子繞組8以及若干個導流管總成3組成。其中，定子繞組8固定連接在定子鐵芯7的齒部31上，導流管總成裝配在定子鐵芯7的軛部30上并且導流管總成通過定位卡環34或止推位35與定子鐵芯7保持軸向的定位。

圖3所示的為一種典型的定子總成36在電機內腔中的定位方案，具體實施如下，軸向上，導流管33插入前端蓋4的裝配孔中，導流管33的最前端超出前端蓋4，通過兩個定位卡環34分別裝配在位于前端蓋4前后端面上的導流管33的卡槽中形成軸向定位；在徑向定位上，導流管33后端裝配在后端蓋11的限位孔中，并且定子鐵芯7外徑與電機殼體9內徑小間隙配合，從而保證定子總成36的徑向定位；特別地，若電機定子總成36如圖7所示，那么定子總成36的徑向定位也可以采用，至少兩根導流管33裝配在后端蓋11的限位孔中，這樣，定子鐵芯7外徑與電機殼體9的內徑可以沒有配合依舊能夠保證定子總成36的徑向定位；

優選地，為了滿足更高的散熱要求，該定子的冷卻方案可以根據具體不同情況來進行改進，圖4～圖8是其中幾種典型的改進實施方案。

圖4與圖5所示的是一種針對提高鐵芯冷卻能力的改進實施方案，如圖4與圖5所示，當定子鐵芯7需要加強冷卻時，其定子鐵芯7頂部在開有裝配導流管總成3的通孔同時，在通孔下方設計有冷卻溝槽27，在導流管總成3上在開有16、17兩個前后噴油孔的同時，在鐵芯軸向中點處還開有鐵芯噴油孔18，一部分冷卻油通過鐵芯噴油孔18進入冷卻溝槽27，然后沿著冷卻溝槽27向鐵芯7兩側冷卻，由于冷卻液直接與鐵芯接觸，能夠最好地吸收鐵芯7上的熱量，從而達到加強冷卻鐵芯的目的。

圖6所示的是另一種改進實施方案，其針對的是當在設計上由于某些原因，冷卻油流量不足情況。為了解決冷卻液不足情況，可以通過減少冷卻液的飛濺損失和提高散熱系數兩方面進行設計。如圖6所示，通過使用汽車用高熱傳導率絕緣材料將定子繞組8端部進行整體塑封成塑封端部19，并在塑封端部19的表面注塑有導流槽20，當冷卻油通過噴油孔16、17噴出后，會直接噴淋在塑封端部19的導流槽20中，通過導流槽20的作用，更多地冷卻油會沿著導流槽20，向電機底部流去，在此過程中，冷卻油始終與塑封端部19接觸，會吸收更多的熱量。塑封端部19與導流槽20的存在，有效地增加了冷卻油與繞組端部的接觸時間以及單位體積內繞組接觸的冷卻油量，充分地發揮了冷卻油比熱容大的優勢，最大限度地減小了冷卻油流量不足問題帶來的影響。

圖7～圖8所示的是另一種改進實施方案，其可以實現冷卻系統能夠根據不同位置的繞組端部散熱量的不同來提供不同流量的冷卻油。具體方案是按照如下實現的：如圖7與圖8所示，在每個需要直接冷卻的繞組8端部的垂直上方鐵芯中開通孔，均裝配導流管總成3。根據每個繞組8端部的發熱量的不同，通過調節導流管總成3內徑、各自繞組8端部的噴油孔16與17的孔徑、以及在前端蓋4中的油孔28的內徑，來調節不同繞組8端部的冷卻油的流阻，因此實現不同繞組8對應不同流量的冷卻油。

以上通過具體實施方式對本實用新型進行了詳細的說明，該實施方式僅僅是本實用新型的較佳實例，不應理解為對本實用新型的限制，任何依據本實用新型的原理所做的更改都應在本實用新型的保護范圍之內。以下將結合附圖對本實用新型技術方案做進一步的闡述。