旋转电机的制作方法

专利名称：旋转电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转电机，更更体而言，涉及具有冷却用流体流动通过的 冷却流道的旋转电机。
背景技术：
为了在严苛的负载条件下使旋转电机(电动机、发电机或电动发电 机)旋转，或者为了减小旋转电机的尺寸，需要迅速地将线圈或定子芯产 生的热量散发。如果定子的温度升高，则线圈的搪瓷线的搪瓷镀层或者将 线圈与定子绝缘隔离的绝缘纸会熔毁。
最近，已经引入了与发动机一起或替代发动机使用旋转电机作为驱动 源的车辆，例如电动车辆、混合动力车辆和燃料电池车辆。对安装在上述 车辆上的旋转电机在严苛负载条件下的驱动及尺寸小型化有极高的要求。
在现有技术中，公知直接向线圈绕组部分供应冷却流体以冷却线圈温 度并防止搪瓷镀层或绝缘纸熔毁的技术。例如，在容纳旋转电机的壳体的 上部设置冷却流体供应端口 ，并且通过冷却流体供应端口将冷却流体喷洒 至线圈以冷却线圈。
当冷却流体被供应至线圈然后因重力作用而下落时，实际上仅有约
30%至约60%的线圈外表面区域被冷却流体覆盖，而线圈表面的剩余部分 并未被冷却流体浸润而是被空气冷却。因此，尽管与线圈全部表面区域均 由空气冷却的情况相比，线圈温度变的更低，但线圈温度在更严苛的驱动 条件范围(高速范围或大转矩范围)内还是会升高。
日本专利早期公开号2002-272041、 4-364343、 2003-289650以及 2003-224945揭示了一种具有在定子的线圈绕组部分的端表面上设置的封 闭型冷却流道的旋转电机。与当冷却流体被简单喷洒至线圈且流体因重力 作用而流下的情况，上述结构提高了冷却线圈的效果。
但是，在诸如日本专利早期公开号2002-272041之类的现有技术文献 所揭示的结构中，冷却流体从旋转电机的上部供应并在下部处被排放。在 这种结构中，如果冷却流体供应不充足，则冷却流体甚至会在局部不能与 线圈绕组端表面上的部分接触，由此冷却性能不能令人满意。

发明内容
本发明的目的在于提供一种具有提高冷却性能的旋转电机。 简言之，本发明提供了一种旋转电机，包括定子芯；缠绕所述定子 芯的线圈；冷却流道，所述冷却流道被布置成使得缠绕所述定子芯的所述 线圈的至少一部分被浸渍在用于冷却的流体中；以及流率控制单元，用于 控制所述流体的供应量或排放量，使得所述冷却流道适当地填充有所述流 体。
优选地，在所述冷却流道中，在所述定子芯的上侧设置流体供应端
口，并在所述定子芯的下侧设置流体排放端口。所述流率控制单元包括安
装至所述流体排放端口的流率控制阀。
优选地，设置检测单元，用于检测所述旋转电机的状态。所述流率控 制单元根据来自所述检测单元的输出来改变填充在所述冷却流道中的所述
流体的线圈浸渍水平。
优选地，该旋转电机还包括将所述线圈固定在定子上的树脂模制部分。
根据另一方面，本发明提供了一种旋转电机，包括定子芯；缠绕所 述定子芯的线圈；以及冷却流道，所述冷却流道被布置成使得缠绕所述定 子芯的所述线圈的至少一部分被浸渍在用于冷却的流体中。在所述冷却流 道中，在所述定子芯的下侧设置流体供应端口，并在所述定子芯的上侧设 置流体排放端口。
优选地，该旋转电机还包括安装至所述流体供应端口的单向阀。 优选地，所述流体排放端口被设置在一位置处，以允许从所述流体排 放端口排放的所述流体被供应至所述定子芯与容纳所述定子芯的壳体之间 的空间。
优选地，该旋转电机还包括将所述线圈固定在定子上的树脂模制部分。
根据本发明，因为采用了封闭流道，所以线圈的大部分都可与冷却流 体进行接触，由此冷却油与线圈之间的热交换增加，可显著降低线圈与冷 却油之间的热阻，并且能够更有效地冷却电机。
此外，因为散热路径允许从线圈到冷却油直接散热，故可以显著降低 线圈与冷却油之间的热阻，并能够有效地冷却电机。


图1是本发明的实施例1中使用的定子1的正视图。
图2是沿图i的线n-n所取的剖视图。
图3是从图2的III-III的方向所取的视图，其中去除了封盖60。 图4示出了用于将油供应至设置在定子1的上部处的切口部分的一种 结构。
图5示出了用于供应油的另一种结构。 图6是沿图5的线VI-VI所取的剖视图。 图7示出了冷却油的流动。
图8是框图，示出了根据实施例3的旋转电机200的结构。 图9是流程图，表示由如图8所示的用于控制冷却油排放量的控制器 204执行的控制。
图IO是流程图，表示根据实施例4由控制器204执行的控制。
图11是流程图，表示根据实施例5由控制器204执行的控制。
图12是框图，示出了根据实施例6的旋转电机300的结构。
图13是流程图，表示由线圈温度估计单元306估计线圈温度的处理。
图14是流程图，表示由图12所示的控制器204执行的处理。 图15是实施例7中使用的定子400的正视图。 图16是沿图15的线XVI-XVI所取的剖视图。 图17是实施例8中使用的定子500的正视图。
图18是沿图17的线xvm-xvm所取的剖视图。
图19示出了冷却油从溢出端口渗透的情况。 图20示出从溢出端口排放的油的流动。
具体实施例方式
以下，将参考附图对本发明的实施例进行详细描述。由相同的标号表 示相同或相应的部分，且将不再重复对其的描述。 [实施例1]
实施例1提出了一种电机冷却结构，通过直接液体冷却线圈，其能够 在严苛负载条件下工作，并能够减小其中模制有定子的线圈部分的电机 的尺寸。
图1是在本发明的实施例1中使用的定子1的正视图。 图2是沿图1的线II-II所取的剖视图。
参考图1和图2，定子1呈圆筒形，其中容纳有转子，并在相对侧表 面上具有封盖60和79。封盖60通过布置在外周侧上的螺栓61至67以 及布置在内周侧上的螺栓70至77固定在定子的模制树脂部分2上。
图3是对应于图2的、沿Ill-Ill的方向所取的视图，其中去除了封盖60。
参考图2和图3，定子1包括定子芯8、分别围绕定子芯8的芯部缠绕 的线圈11至22、以及呈环状其中容纳转子的树脂部分2，该树脂部分2 通过模制树脂将线圈11至22固定并支撑在定子芯8上。
图3示出了定子的上/下剖面及圆筒形内侧表面。在圆筒形内侧表面 上，可见定子芯8A至8E的头部。
在树脂部分2的垂直于转子和转轴的表面上，设置有用于向线圈11 至22导引冷却油的槽30。槽30由从树脂部分2伸出的壁部3和5形成。 在混合动力车辆中，通常使用ATF (自动变速器液)作为冷却油。
线圈11至22的一部分从槽30的内壁暴露而未埋在树脂部分内。暴露 部分是在转轴前侧上缠绕定子芯8的线圈部分。因为冷却油直接接触线 圈，故可顺利地将线圈的热量传递至冷却油，由此可实现对冷却效果的提高。
槽30为环形，且在树脂部分2形成槽30的壁部上，设置有用于引入 冷却油的切口部分7以及用于引出冷却油的切口部分6。将切口部分7设 置为大于切口部分6，由此冷却油趋于蓄集在槽的下部，而线圈则趋于浸 渍在冷却油中。因此，可以进一步提高冷却效果。
定子芯被设置至线圈然后被插入至成型模具，通过注模(injection molding)而形成树脂部分2。在模制中，使树脂部分具有凹入剖面形状， 由此一体地形成作为冷却油通道的槽30。
在重力作用方向上的上侧处从切口部分7供应冷却油，冷却油流过由 模制体上的环形槽30和封盖60形成的通路，同时冷却线圈11至22，随 后通过设置在重力作用方向上封盖60的下部处作为排放端口的孔口 78被 排放。
在通过模制形成的槽30中，在模制槽30时可设置一个或多个突起， 用于适当地导引冷却油以提高从线圈到冷却油的热交换。
在图1和图2中，示出了示例性结构，其中线圈的一部分裸露并从树 脂模制体的外表面暴露。但是，通过以下结构，可以在不暴露线圈的情况 下，在一定程度上实现冷却线圈的效果，在该结构中在树脂模制体中设置 槽以将冷却油导引接近线圈。
图4示出了用于将油供应至设置在定子1的上部处的切口部分的一种 结构。
参考图4,旋转电机50包括定子1、布置在定子1中的转子32、容纳 定子1和转子32的壳体34、固定在壳体34上并旋转地支撑转子32的转 轴42的滚珠轴承38和40、以及附装至转轴42并安装在壳体34的外部的 油泵36。定子1通过螺栓53固定在壳体34上。
在壳体34上，设置有用于从壳体内的油池44将油吸入的吸油通道46 以及用于将来自油泵36的油供应至定子1以用于冷却的排油通道48。在 排油通道48的末端，设置有排放端口 51和52，且冷却油被供应至定子1 的切口部分7的中央部分。
冷却油首先从位于壳体下部处的油池44被油泵36泵吸，通过设置在
壳体34中的吸油通道46并通过油泵36及排油通道48，然后被供应至定 子的切口部分7。供应的冷却油对定子1进行冷却，然后因重力作用下落 而返回至油池44。可在油池44与油泵36之间插入油冷却器。
如图2和图3所示，槽30由壁部3和5包围并被封盖60覆盖。因 此，冷却油覆盖了线圈11至22的大部分暴露部分，并被导引至位于重力 方向上的下侧处的孔口 78。因此，冷却油不会流至转子32与图3所示的 定子l之间的气隙。
如果冷却油进入定子1与转子32之间的气隙，则因切割冷却油会造 成动力损失。可通过设置壁部5来防止上述动力损失。
图5示出了用于供应油的另一种结构。
图6是沿图5的线VI-VI所取的剖视图。
图5和图6示出了包括图4所示的定子1和转子32的旋转电机5的结 构，用于替代油泵36并附装于壳体34外部来供应冷却油。
在转子32的转轴42上固定有输出齿轮152。齿轮150被形成为具有 比输出齿轮152更大的直径，且上述齿轮在电机壳体34外部彼此啮合。 齿轮150的下部浸渍在存储在第一油腔154内的润滑油中。
第一油腔154被隔膜156分隔以形成第二油腔158，而在各个油腔内 均存储有润滑油。第二油腔158与图4所示的油池44连通。隔膜156在沿 其高度的中央部分处具有狭窄的油路(孔口) 160，因此在存储在第二油 腔158内的润滑油以被狭窄油路160限制的流率供应至第一油腔154。
此外，收油板162在输出齿轮152上方大致水平布置，且在该板与齿 轮箱164之间的空间166中，设置有一对冷却油供应端口 118。
因此，随着转子32的转轴42旋转并且与输出齿轮152啮合的大直径 齿轮150绕水平延伸的转轴168旋转时，存储在第一油腔内的润滑油被大 直径齿轮150提升。
然后，润滑油被供给至空间166并作为冷却油通过冷却油供应端口 118被供应至电机壳体34。具体而言，在旋转电机中，随着转轴42旋转 来供应第一油腔154内的冷却油，由此将旋转电机本身冷却。在这里，冷 却油供应端口 118对应于图4所示的排油通道48。
当其下部浸渍在油中的大直径齿轮150随着转轴42的旋转而旋转 时，存储在第一油腔154内的润滑油被提升，且油被供给至电机壳体34。 从第二油腔158供应至第一油腔154的润滑油的量受到设置在隔膜156上 的狭窄油路160的限制。因此，存储在第一油腔内的润滑油的量保持恒 定，并能够向电机壳体34供应足够量的润滑油用于稳定地冷却旋转电 机，同时抑制了在相反情况下会由浸渍在过多润滑油中的大直径齿轮150 的搅动阻力所导致的损耗。
如上所述，在实施例1中，为具有树脂模制定子的电机采用定子结 构，其中缠绕定子芯的线圈的一部分从图3所示的模制体的外表面暴露， 且在模制树脂部分中形成流道以能够通过冷却油直接对线圈进行冷却。
通过由封盖60和79来封闭形成在模制部分中的槽来形成流道。在重 力方向上从上侧供应冷却油并从下侧排放冷却油。为了使线圈暴露在由封 盖60和79封闭的流道中的部分全部浸渍在冷却油中，将孔口 78设置在冷 却油排放端口处。
实施例1的结构特征如下所述。
(a) 线圈的缠绕定子芯的部分是部分裸露的并从模制树脂部分2的外 表面暴露。
(b) 作为冷却油供应端口的切口部分7被设置在树脂模制体的在使 用状态下下沿重力作用方向的上侧。也可以将切口部设置在封盖60或79 处而不是树脂模制体处。
(c) 在封盖60和79上设置有冷却油排放端口。作为排放端口，可以 在模制时形成在模制体的在重力作用方向上的下部处。
(d) 通过形成具有凹入剖面形状的树脂模制体来设置用于导引冷却 油的槽。
(e) 当封盖60和79布置在模制树脂部2上时形成封闭结构的流道。 优选地，在模制树脂部分2与封盖60和79之间设置0环或垫圈用于密 封。当冷却油从沿重力作用方向的上部供应时，油下落，同时冷却线圈的 暴露部分，并且从沿重力作用的下部处的端口排放冷却油。
(f) 在排放端口处设置孔口 78，使得线圈的端部完全浸渍或浸没在
冷却油中。
在模制时，可以在如(e)设置的流道内侧形成单一或多个突起构 件，使得润滑油尽可能均匀地覆盖线圈并增大用于在线圈与冷却油之间进 行热交换的面积。
此外，根据所需的冷却性能的水平，形成流道使得冷却油流动接近线 圈已经足够，而不需要暴露在模制体外表面处裸露的线圈的缠绕部分。
因为这种结构，形成散热路径，其允许从线圈到冷却油直接进行热交 换，因此可以显著地降低线圈与冷却油之间的热阻，并能够有效地对电机 进行冷却。
此外，因为采用了封闭式流道并设置了孔口，故线圈暴露部分的整个 区域都与冷却油进行接触，因此增大了冷却油与线圈之间的热交换面积。 因此，可以显著地降低线圈与冷却油之间的热阻，并能够更有效地对电机 进行冷却。
此外，因为流道被模制树脂部分2及封盖60和79封闭，故冷却油难 以进入定子1与转子32之间的气隙，因此可以防止因转子32切割冷却油 导致的动力损失。
实施例2对应于根据实施例1的旋转电机的结构，根据此实施例，对 冷却油的供应量、流道的形状以及设置于冷却油排放端口处的孔口 78的 横截面积进行设置使得冷却油的供应量大于(>)排放量。
图7示出了冷却油的流动。
参考图7，从切口部分7供应冷却油，且如图7中箭头所示冷却油流 过流道并通过孔口78排放。
使用Qin表示冷却油供应量、Dl表示浸渍高度、C表示流率系数、G 表示重力加速度、h0表示油面的初始高度、而B表示孔口 78的横截面 积。确定这些值以满足以下公式(1)所表示的关系。
Qin 2 Dl*O(G/2h0)1/2*B…(1)
具体而言，为了使冷却油填满由模制树脂部2以及封盖60和79封闭 的流道空间使得线圈完全浸没在冷却油中，必需满足Qin 2 Qout的关系。
在上述公式(1)的右侧给出通过用于排放冷却油的孔口 78排放的油量。 因此，当确定了定子冷却结构的具体参数以满足公式(1)的关系时，能 够使线圈完全浸没在冷却油中，并可进一步提高定子冷却性能。
因此，根据实施例2，即使在冷却油供应量较小时，也可以顺利地将 线圈的整个区域都浸没在冷却油中，因此能够进一步降低线圈温度。
在实施例1和2中，通过将线圈的从树脂模制体暴露的部分浸渍在冷 却油中来提高冷却性能。但是，注意，当诸如搪瓷线及绝缘纸之类的电机 部件在浸渍于冷却油中的同时达到较高温度时，这些部件会因冷却油中包 含的少量水而水解，结果会劣化这些部件的机械强度和绝缘强度。
因此，在需要将线圈尽可能的浸渍在冷却油中以提高冷却性能的同 时，需要提高搪瓷线或绝缘纸对油的抵抗力(对水解的抵抗力)，从而增 加了这些部件的材料成本。
实施例3提出了一种电机，通过可变地调整其中线圈直接由油冷却的 电机中的线圈浸渍水平，无需强迫提高诸如搪瓷线及绝缘纸之类的部件对 油的抵抗力，而允许在严苛负载条件下工作并允许减小尺寸。
图8是框图，示出了根据实施例3的旋转电机200的结构。
参考图8，旋转电机200包括线圈浸渍水平可变定子202、用于控制 冷却油排放量的控制器204、油泵36以及油池44。
线圈浸渍水平可变定子202包括具有实施例1中所述的封闭线圈结构 的定子1、用于检测具有封闭线圈结构的定子1的定子线圈温度的线圈温 度检测单元206、以及附装至具有封闭线圈结构的定子1的油排放端口处 的电磁阀208。
通过将温度传感器嵌入如图3所示具有封闭线圈结构的线圈附近或线 圈之间来设置线圈温度检测单元206，并利用与树脂模制体的一体模制将 其固定。将电磁阀208安装至替代图1所示的封盖60的孔口 78的冷却油 排放端口，且当电磁阀208未接通时打开而在阀接通时关闭(常开)。
当从沿重力作用方向的上部供应冷却油时，油沿着流道对线圈裸露并 暴露的部分进行冷却，且油从沿重力作用方向的下部处的端口排放。在排 放端口处，安装电磁阀208用于控制冷却油的排放量，并且响应于来自线 圈温度检测单元206的温度传感器信号TCOIL，从控制器204向电磁阀 208输出打开/关闭(ON/OFF)信号用于控制冷却油的排放量。通过调整 打开/关闭信号，可以可变地调整冷却油的线圈浸渍水平。
尽管在图8中示出冷却油由油泵36供应，但还可以使用以下结构， 其中蓄集在电机壳体下部处的冷却油被齿轮提升并因重力作用下落而通过 设置在壳体中的流道，如图5和图6所示。
图9是流程图，表示由如图8所示的用于控制冷却油排放量的控制器 204执行的控制。
参考图9，首先在步骤Sl，控制器204从线圈温度检测单元206获取 温度传感器信号TCOIL，并测量线圈温度Tl。然后在步骤S2，控制器 204判断线圈温度Tl是否不低于阈值温度T*。
通过电机部件的温度上限来确定并以以下公式(2)给出阈值丁*。
T* = T0-a... (2)
在这里，T0表示电机部件(搪瓷线、绝缘纸)的温度上限，而a表示 容限。
如果在步骤S2得到线圈温度T12P18，则处理进行至步骤S3。如果不 满足T12P11，则处理返回至步骤S1。
在步骤S3，控制器204将接通(ON)指令发送至电磁阀208。因 此，电磁阀208被设置为关闭状态，而线圈浸渍水平开始升高。然后，在 步骤S4，控制器204中的计时器开始工作。由此开始时间测量。
然后，处理进行至步骤S5，并判断测量时间t是否不短于测量时间的 阈值tl。
根据以下公式(3)，通过冷却油的供应量Q以及封闭部分的体积V 来确定测量时间的阈值tl。 tl=V/Q... (3)
处理在步骤S5等待直至测量时间达到阈值tl，当测量时间超过阈值 tl时，处理进行至步骤S6。
在步骤S6，控制器204再次从线圈温度检测单元206获取温度传感器
信号TCOIL，并测量线圈温度T2。
在步骤S6的测量结束之后，处理进行至步骤S7，并判断线圈温度T2 是否小于以下公式(4)给出的阈值T"。
T** = T*-P... (4)
在这里，P^是根据上述公式(2)获得的阈值，而P是容限。
在步骤S7，如果线圈温度T2不低于阈值T**，则处理进行至步骤 S3,在这里电磁阀被接通并设置至关闭状态，由此升高线圈浸渍水平。
如果在步骤S7线圈温度低于阈值T**，则处理进行至步骤S8。在步 骤S8，电磁阀关断并设置为打开状态，由此降低线圈浸渍水平。在步骤 S8结束之后，处理进行至步骤S9，并完成一个周期的处理。
假设TO = 160°C， a = 20。C并且p = 40°C。贝ij，当线圈温度为140°C 或更高时，接通用于控制冷却油排放量的电磁阀，由此能够以完全浸没的 状态进行冷却。当线圈温度降低至120。C或更低时，关断用于控制冷却油 的排放量的电磁阀，并将冷却状态返回至初始状态。
通过在各个规定时段执行图9所示的处理来调整线圈浸渍水平。在实 施例3中，电磁阀208被附装至具有实施例1的冷却结构的定子1。当线 圈温度检测单元206测量的线圈温度超过阈值PB寸，电磁阀关闭且封闭结 构的部分被完全充满冷却油。当线圈温度不高于阈值T"时，电磁阀打 开，冷却油简单地因重力作用下落经过线圈端部，在此情况下未存储冷却 油。
如上所述，在实施例3描述的旋转电机中，能够根据线圈温度来改变 浸渍暴露线圈部分的状态。因此，可以改变冷却性能。仅在线圈温度较高 时才将线圈设置为完全浸没状态，而在其他时间则仅简单通过冷却油因重 力作用而下流来冷却线圈，由此诸如搪瓷线和绝缘纸之类的部件暴露至冷 却油仅较短的时段。因此，可以抑制机械及绝缘强度的劣化。此外，不需 要搪瓷线或绝缘纸对油有很高的抵抗力，因此可以降低部件的成本。
在实施例4中，以不同方式来控制由实施例3的控制器204所控制的 电磁阀。
图IO是流程图，表示根据实施例4由控制器204执行的控制。 参考图IO，首先在步骤S11处理开始，控制器2()4获取由线圈温度检 测单元206输出的温度传感器信号TCOIL，并测量线圈温度Ti。然后，处 理进行至步骤S12，在步骤S12判断线圈温度Ti是否不低于线圈温度阈值 T*。己经利用实施例3中的公式(2)描述了线圈温度阈值T*，因此将不 再重复对其的描述。如果在步骤S12满足Ti 2 T*，则处理进行至步骤 S13。如果在步骤S12不满足Ti^PS则处理进行至步骤S21。
在步骤S21，控制器204启动包含在其中的计时器。由此开始测量时间t。
然后在步骤S22，判断测量时间是否超过时间阈值t2，而处理等待直 至满足t^t2。
根据冷却油供应量Q和封闭部分的体积V由公式(5)给出在步骤 S22所使用的测量时间的阈值t2。 t2-V/Q…(5)
如果在步骤S22满足t2t2，则处理进行至步骤S23，再次测量线圈温 度Ti并获取线圈温度Ti+l。
然后在步骤S24，计算上一次测量线圈温度Ti与在步骤S23测量的线 圈温度Ti+1之间的差值AT。然后在步骤S25，判断线圈温度的改变量AT 是否超过规定阈值ATth。
如果在步骤S25不满足AT 2 ATth，则处理返回至步骤Sll。如果在歩 骤S25满足AT 2 ATth，则处理进行至步骤S13。
在步骤S13至S19，执行与参考图9描述的步骤S3至S9的处理相似 的处理。已经参考图9对这些处理进行了描述，因此不再重复对其的描 述。
如上所述，在实施例4中，通过步骤S21至S24所示的处理，当由线 圈温度检测单元206测量的线圈温度的改变量AT超过特定阈值ATth时， 流程进行至步骤S13而封闭结构的流道则完全充满冷却油。因此提高了冷 却性能。随后，如果线圈温度达到阈值P^或更低，则在步骤S18将电磁 阀设置为打开状态，而冷却油则简单地因重力作用而下流。
通过上述设置，能够在温度超过规定值时并在温度显著改变时迅速地 使线圈浸渍在冷却油中并提高冷却性能，由此可防止电机部件的熔毁。例 如，当车辆向上爬行陡坡时，或当车辆急速加速以超车时，即当向线圈供 应大量电能时，温度会显著改变。
在实施例5中，通过图8所示实施例3的控制器204进行不同于实施 例3的控制。
图11是流程图，表示根据实施例5由控制器204执行的控制。 参考图11，处理步骤S31至S39分别对应于图9的处理步骤Sl至S9。
图9所示的处理与图11所示的处理的不同之处在于当在步骤S37 不满足温度T2 < T"时执行步骤S41至S46的处理。因此，因为已经参考 图9描述了对应的步骤Sl至S9，故将不再重复对步骤S31至S39的处理 的描述。
如果在图11的步骤S37不满足温度T2 < T**，则处理进行至步骤 S41。在步骤S41，判断是否满足线圈温度T2 2 TLIM。在这里，TLIM是 由公式(6)给出的线圈温度的阈值。
TLIM = TO-Y
在这里，TO是电机部件(搪瓷线、绝缘纸)的温度上限，而Y是规定 容限。
如果在步骤S41不满足T2 2 TLIM，则处理返回至步骤S33。如果在 步骤S41满足T2 2 TLIM，则处理进行至步骤S42。在步骤S42，如图8 所示的控制器204开始对定子1进行输出限制控制。
然后在步骤S43,控制器204降低电机的电流限制命令值ICOIL。电 流限制命令值ICOIL是表示在该时间点可以流过电机线圈的最大电流的限 制值。然后在步骤S44,控制器204从线圈温度检测单元206获取温度传 感器信号TCOIL，并测量线圈温度T3。
然后在步骤S45，将线圈温度T3与阈值TLIM进行比较。如果在步骤 S45不满足T3 <TLIM，则处理返回至步骤S43，并进一步降低电机的电
流限制命令值ICOIL。
如果在步骤S45满足T3 < TLM，则处理进行至步骤S46，并结束输 出限制控制。在步骤S46的处理结束之后，处理进行至步骤S36，并测量 线圈温度T2。
因已经参考图9描述了对应的步骤Sl至S9，故将不再重复对步骤 S31至S39的处理的描述。
如上所述，根据实施例5，如果线圈温度超过根据电机部件的温度上 限所确定的阈值PS则将电磁阀被设置为关闭状态，由此封闭结构的部分 被完全充满冷却油。此外，如果在该状态线圈温度超过阈值TLIM，则控 制器204减少供给至定子线圈的电能量，以防止线圈温度升高并防止熔 毁。
例如假设TO-160°C， a = 20。C, p = 40°C并且y = 5。C。则，如果线 圈温度为140°C或更高则将电磁阀208设置为关闭状态，以完全浸没状态 对线圈进行冷却。当线圈温度低于120°C或更低时，关断用于控制冷却油 的排放量的电磁阀，冷却状态返回至初始状态。如果线圈温度超过 150°C，则控制器204启动电机输出限制控制，以限制流过定子1的线圈 的电流，以降低其自身的发热。
以此方式，在实施例5中能够可变地调整线圈浸渍水平，由此可根据 线圈状态来改变冷却性能。此外，如果由其中线圈被完全浸没在冷却油中 的状态所实现的提高的冷却性能依然不充分时，则限制电机输出，于是可 以很好地防止电机部件的熔毁。
在实施例3至5中，将线圈温度传感器设置在定子线圈附近，由此检 测线圈温度。从使电流流过线圈的时间点起直至线圈温度升高并传导通过 模制树脂并由温度传感器检测到，因热量通过树脂传导或温度传感器的响 应的原因存在一些时间迟延。当预先预测到线圈温度会升高时，希望可以 尽快地提高线圈冷却性能。
图12是框图，示出了根据实施例6的旋转电机300的结构。
参考图12，旋转电机300包括车辆状态测量传感器304、线圈温度估
计单元306、用于控制冷却油排放量的控制器204、用于向转子302供应 冷却油以允许对线圈浸渍水平进行可变调整的油泵36、以及接收从转子 302排放的冷却油以允许对线圈浸渍水平进行可变调整的油池44。
车辆状态测量传感器304包括润滑油温度检测单元308、换档位置传 感器310、节气门传感器312、车速传感器314以及制动开关316。线圈浸 渍水平可变定子302包括具有根据实施例1描述的封闭线圈结构的定子 1，以及结合在替代孔口的定子1的排放端口处的电磁阀208。
车辆状态测量传感器304输出由设置在内部的各个传感器检测的表示 车辆状态的信号STATE。线圈温度估计单元306接收信号STATE,并输 出表示估计线圈温度的信号TCOIL。控制器204根据计算获得的线圈温度 来接S/关断电磁阀208。己经参考图1至图3描述了封闭线圈结构的定子 l的形状，因此将不再重复对其的描述。
图13是流程图，表示由线圈温度估计单元306执行的估计线圈温度 的过程。
线圈温度估计单元306基于来自通常在商业可获得的车辆中设置的换 档位置传感器310、节气门传感器312、车速传感器314、制动开关316及 润滑油温度检测单元308的表示车辆状态的信号来计算线圈温度。线圈温 度估计单元实际上被写为控制器204中或用于电机控制的控制器中的程序 的一部分。但是，为了方便理解，在图12中示出线圈温度估计单元306 独立于控制器204。
参考图13，首先线圈温度估计单元306在步骤S51根据以下公式 (7)计算由电机产生的热量。
Qin(T)-f(V(t),Trq(T))…(7)
在这里，Qin表示电机产生的热量、V表示电机转速、而Trq表示电 机转矩。预先以图的形式存储电机产生的热量Qin，作为电机转速V及电 机转矩Trq的函数，而函数f用于从图中读取电机产生的热量。
然后在步骤S52根据以下公式(8)来计算线圈散发的热量Qout。
Qout (t) = K2(Tcoil(t) - a(t))…(8 )
在这里，Qout表示从线圈散发的热量，K2表示电热常数、a表示芯温
度、而Tcoil表示线圈温度。
然后在步骤S53根据以下公式(9)来计算线圈温度的升高量。 △T(t) = (Qin(t) — Qout(t))/Kl…(9 )
在这里，AT表示线圈温度的升高量，Qout表示从线圈散发的热量， 而K1表示线圈的热容。
然后在步骤S54根据以下公式(10)来计算线圈温度Tcoil。 Tcoil=Ti+,)... (10) 在这里，Ti表示初始温度。
最后，处理进行至步骤S55，且线圈温度估计处理结束。通过重复图 13所示的流程图的处理，可以计算当前的线圈温度Tcoil。
图14是流程图，表示由图12所示的控制器204执行的处理。 图14的步骤S61至S75分别对应于参考图10描述的流程图的步骤 Sll至S25。图14的流程图与图10的流程图之间的差异在于，在步骤 S61，通过线圈温度估计单元306而不是通过对线圈温度的测量来计算初 始线圈温度Ti，且在步骤S73，以类似的方式通过线圈温度估计单元306 来计算线圈温度Ti+1。除了上述几个方面，根据图14的流程图完成的处 理与图10所示的流程图的各个步骤的处理类似，因此将不再重复对其的 描述。
如上所述，在实施例6描述的旋转电机中，首先可以根据线圈温度来 改变线圈在油中的浸渍状态，由此可以改变冷却性能。仅当线圈温度较高 时才将线圈设置为完全浸没状态，而在其他时间仅通过因重力作用而简单 下流的冷却油来冷却线圈，由此诸如搪瓷线和绝缘纸之类的部件仅在较短 的时段暴露至冷却油。因此，可以抑制机械和绝缘强度的劣化。此外，不 需要搪瓷线或绝缘纸对油有很高的抵抗力，由此可以降低部件的成本。
此外，不再需要将用于检测温度的热敏电阻附装至线圈部分，由此可 以降低成本。此外，消除了用于检测温度的热敏电阻的响应延迟问题，由 此能够在线圈温度过度升高之前迅速地提高冷却性能。
在实施例1至6中，已经描述了其中从沿重力作用方向的上侧供应冷
却油并从位于下侧的排放端口排放油的结构。在实施例7中，将描述具有 其中从沿重力作用方向的下侧供应冷却油而使线圈被完全浸没在冷却油 中，并从沿重力作用方向的上侧排放油的结构的定子。
图15是实施例7中使用的定子400的正视图。
图16是沿图15的线XVI-XVI所取的剖视图。
参考图15和图16，实施例7中使用的定子400具有参考图1至图3 描述的定子l的结构，其中由封盖406和408替代封盖60和79。封盖406 在对应于封盖60的孔口 78的部分处具有冷却油供应端口。此外，在封盖 406的重力作用方向上的上部处设置有冷却油排放端口 402。
此外，使用树脂部分410替代树脂部分2。树脂部分410与树脂部分 2的区别在于未设置如图3所示的树脂部分2的切口部分7，且壁部3围绕 外周连续。封盖408具有类似于封盖406的结构。除了上述几个方面，定 子400的结构与参考图1至图3所描述的定子1的结构相同，因此将不再 重复对其的描述。
在定子400中，线圈的绕组部分被部分地裸露并从树脂模制体的外表 面暴露。冷却油供应端口设置于下部而冷却油排放端口设置于封盖406的 上部。通过模制树脂部分410及封盖406和408，裸露并暴露的线圈部分 被置于封闭结构的油流道内。优选地，0环或垫圈被设置在模制树脂部分 410与封盖406和408之间用于密封。
当从重力作用方向的下部供应冷却油时，油流道完全充满冷却油，且 从位于重力作用方向上部处的排放端口 402排放冷却油。还可以通过树脂 模制来形成树脂部410，并在冷却油供应端口处设置由球和弹簧构成的单 向阀404，以维持其中即使当冷却油供应泵停机时线圈也被浸渍在冷却油 中的状态。
此外，根据所需的冷却性能的水平，使冷却油流动接近线圈可能就已 足够，而不需要如图3所示暴露线圈部。
当采用根据实施例7的定子时，线圈暴露部分的全部区域都与冷却油 接触，由此增大了在冷却油与线圈之间进行热交换的面积。因此，可以显 著地降低线圈与冷却油之间的热阻，并能够更有效地对电机进行冷却。
此外，通过树脂模制体和封盖而使冷却油流过的流道具有封闭结构。 因此，可以防止冷却油进入定子与转子之间的气隙，因此可以减小由此导 致的动力损失。
此外，在其中使得油从位于下部处的供应端口流向位于上部处的排放 端口的结构中，即使在油每单位时间的供应量较小或对油的供应经常停止 时，也可以保持线圈的暴露部分完全浸没在冷却油中，由此可以进一步提 高电机冷却效果。
图17是实施例8中使用的定子500的正视图。
图18是沿图17的线xvm-xviii所取的剖视图。
参考图17及图18，定子400具有参考图15和图16描述的定子400 的结构，并具有封盖502和504替代封盖406和408。此外，替代树脂部 分410，其具有参考图2和图3描述的树脂部分2。
除了上述几个方面，在实施例7中描述的定子400与根据实施例8的 定子500具有类似的结构，因此将不再重复对其的描述。
封盖502并未设置有在如图15的封盖406上设置的冷却油排放端口 402。替代地，在树脂部分2的上部处，设置有切口并形成溢出端口 506 和508用于排放冷却油。
图19示出了冷却油从溢出端口渗透的情况。
如图19所示，定子400容纳在壳体中，且在定子芯与壳体的上部510 或下部512之间存在较小空间(约70|jm)。通过溢出口 506和508排放 的冷却油渗透到上部510与定子芯之间的空间。因此，相较于该空间充满 空气的情况，可以降低从芯到壳体的热阻。
图20示出从溢出端口排放的油的流动。
如图20所示，从溢出端口 506和508排放的冷却油由于重力而沿树脂 模制体的外圆筒表面下落。在根据实施例8的定子500中，线圈绕组部分 从如图3所示的模制体的外表面部分地暴露。此外，通过在注模时形成具 有凹入剖面的模制体来设置槽，并通过封盖来封闭槽，由此设置封闭结构 的油流道。优选地在模制体与封盖之间设置O环或垫圈用于密封。
此外，通过模制，在模制体上沿重力作用方向的上侧处形成切口形 状，并从其排放油。可在封盖部分中形成切口。
此外，通过将封盖的外径设置为大于(>)树脂模制体的外径，可以
如图20所示顺利地使溢出的冷却油流过的模制体的外圆筒表面。
当从重力作用方向上的下部供应冷却油时，线圈的暴露部分被完全浸 没在冷却油中，且冷却油从模制体的位于重力作用方向上的上部处的切口溢出。
一部分溢出冷却油通过毛细作用填充在芯与壳体之间的空间，而剩余 部分则流下，由此如图20所示冷却模制体的外圆筒表面。在冷却油供应 端口处，优选地设置如图17和图18所示的、由球和弹簧形成的单向阀 404，从而即使在冷却油供应泵(未示出)处于停机状态时也可将线圈的 暴露部分保持为浸渍在冷却油中的状态。
在模制时，可以在通过模制形成的树脂部分上形成一个或多个突起构 件，使得冷却油尽可能均匀地覆盖线圈，并增大线圈与冷却油之间的热交 换面积。
此外，根据所需的冷却性能的水平，形成流道使得油流动接近线圈就 已足够，而无需设置线圈的暴露裸露部分。
在常规结构中，来自模制体的外圆筒表面的热量通过空气传递，由此 不能预期高效地进行散热。但是，此处，通过冷却油而非空气进行的热传 递来将热量从模制体散发至壳体。因此，从模制体的外圆筒表面进行散热 的效果可以比通过空气高约十倍。因此，能够对电机有效地冷却。
此外，当在芯与壳体之间供应溢出冷却油时，显著地降低了芯与壳休 之间的热阻。因此，当线圈生热时，增大了通过从芯到壳体的路径散发的 热量。因此可以将线圈温度保持为较低。可以将热阻减小至五分之一，并 相较于芯与壳体之间的空间充满空气的情况，可以预期将散热效果提高约 五倍。
此外，因为不需要将油供应至芯与壳体之间的空间的通道，故可以简 化壳体结构(常规情况下， 一些壳体设置有油供应通道用于芯与壳体之间 更好的热交换，通过设置图20所示的流动，即使在壳体结构被简化的情
况下依然可预期类似的效果)。
尽管已经详细示出并描述了本发明，但应当清楚理解的是上述仅是说 明和示例而非限制，本发明的精神及范围仅由所附权利要求的条款界定。
权利要求
1.一种旋转电机，包括定子芯(8)；缠绕所述定子芯的线圈(11-22)；冷却流道(30)，所述冷却流道被布置成使得缠绕所述定子芯的所述线圈的至少一部分被浸渍在用于冷却的流体中；以及流率控制单元(204，208)，用于控制所述流体的供应量或排放量，使得所述冷却流道适当地填充有所述流体。
2. 根据权利要求1所述的旋转电机，其中，在所述冷却流道中，在所述定子芯的上侧设置流体供应端口 (7， 402)，并在所述定子芯的下侧设置流体排放端口 (78);并且所述流率控制单元包括安装至所述流体排放端口的流率控制阀 (208)。
3. 根据权利要求1所述的旋转电机，包括检测单元(206， 304， 306)，用于检测所述旋转电机的状态；其中 所述流率控制单元根据来自所述检测单元的输出来改变填充在所述冷 却流道中的所述流体的线圈浸渍水平。
4. 根据权利要求1所述的旋转电机，还包括 将所述线圈固定在定子上的树脂模制部分(2)。
5. —种旋转电机，包括 定子芯(8);缠绕所述定子芯的线圈(11-22);以及冷却流道(30)，所述冷却流道被布置成使得缠绕所述定子芯的所述 线圈的至少一部分被浸渍在用于冷却的流体中；其中在所述冷却流道中，在所述定子芯的下侧设置流体供应端口，并在所 述定子芯的上侧设置流体排放端口 (402， 506， 508)。
6. 根据权利要求5所述的旋转电机，还包括 安装至所述流体供应端口的单向阀(404)。
7. 根据权利要求5所述的旋转电机，其中所述流体排放端口 (506， 508)被设置在一位置处，以允许从所述流 体排放端口排放的所述流体被供应至所述定子芯与容纳所述定子芯的壳体 之间的空间。
8. 根据权利要求5所述的旋转电机，还包括 将所述线圈固定在定子上的树脂模制部分(2， 410)。
全文摘要
本发明公开了一种旋转电机(50)，包括定子(1)、转子(32)、容纳定子(1)和转子(32)的壳体(34)、以及油泵(36)。在壳体(34)的油排放通道(48)的末端部处形成油排放端口(51、52)，并将冷却油供应至定子(1)的上侧切口部分。由封盖覆盖槽部以形成封闭流道。因为将冷却油充足地供应至线圈的暴露至流道内部的部分，所以提高了冷却效果。此外将冷却油导引至在重力作用方向上的下侧处的孔口。因此，因为冷却油并未流入转子(32)与定子(1)之间的气隙内，所以能够防止发生动力损失。
文档编号H02K9/193GK101107767SQ20068000250
公开日2008年1月16日 申请日期2006年1月10日 优先权日2005年1月17日
发明者竹纲靖治 申请人:丰田自动车株式会社