一种油水混合冷却电机系统及车辆的制作方法

本发明涉及驱动总成技术领域，尤其涉及一种油水混合冷却电机系统及车辆。

背景技术：

随着新能源汽车的快速发展，电驱系统也向高速、高功率的方向发展，对电机冷却系统的要求也越来越高。

传统水冷电机通过冷却壳体进而对定子铁芯冷却，而对于散热严重的定子绕组端部无法直接冷却，绕组的热量只能通过空气传导至壳体上进行冷却，冷却效果较差。传统油冷电机大部分只针对定子绕组端部进行冷却，而对于定子铁芯和转子磁钢则无法进行有效冷却，同时传统油冷电机还需要增加冷却器对油进行冷却，成本高，占用空间大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种油水混合冷却电机系统及车辆，能够对定子铁芯、定子绕组及转子磁钢同时冷却，冷却效果好，且成本低，占用空间小。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

第一方面，提供一种油水混合冷却电机系统，包括：

壳体；

定子，插装于所述壳体的内侧，所述定子包括定子铁芯和端部绕组；

转子，插装于所述定子的内侧，所述转子包括转子轴、嵌装于所述转子轴上的转子铁芯以及埋设于所述转子铁芯内部的多个部位并轴向延伸的多个磁钢；

第一油道，开设于所述壳体上并延伸至所述壳体的内壁与所述定子铁芯的外壁之间；

喷油件，设置于所述壳体的内侧，并位于所述定子铁芯的端部，所述喷油件上开设有与所述第一油道连通的喷油孔，冷却油能由所述喷油孔至少喷射至所述端部绕组；

水道，开设于所述壳体上，所述水道与至少部分所述第一油道层叠交错设置；

导油件，设置于所述转子轴上，并位于所述转子铁芯的端部；

第二油道，包括：

进油流道，开设于所述转子轴上；

磁钢冷却流道，轴向贯穿地开设于所述转子铁芯与所述磁钢之间；

连通的导油流道和第一甩油流道，均开设于所述导油件上，所述导油流道将所述进油流道和所述磁钢冷却流道连通，冷却油能由所述第一甩油流道至少甩至所述端部绕组。

作为油水混合冷却电机系统的一种优选方案，所述第一油道分布于所述壳体的整个周向，所述壳体上开设有所述水道的区域面积占所述壳体的外周面积的三分之二。

作为油水混合冷却电机系统的一种优选方案，所述第一油道包括：

周向进油流道，设置于所述壳体的轴向的中部；

多个径向进油流道，沿所述壳体的周向间隔设置，每个所述径向进油流道均与所述周向进油流道连通，每个所述径向进油流道均包括开设于所述壳体上的第一径向进油槽以及开设于所述定子铁芯的外壁上并与所述第一径向进油槽相对应的第二径向进油槽；

所述水道与所述径向进油流道垂直。

作为油水混合冷却电机系统的一种优选方案，所述导油件为动平衡板，所述动平衡板嵌装于所述壳体上，所述动平衡板位于所述转子铁芯的端部；或，

所述导油件为转子压环，所述转子压环嵌装于所述壳体上，所述转子压环将所述转子铁芯轴向压紧于所述转子轴上；或，

所述导油件为所述转子轴上的轴肩，所述轴肩与所述转子铁芯轴向压紧。

作为油水混合冷却电机系统的一种优选方案，所述喷油件为环状，两个所述喷油件分设于所述定子铁芯的两端。

作为油水混合冷却电机系统的一种优选方案，所述转子轴通过轴承耦合于所述壳体上，所述壳体上还开设有与所述进油流道连通的第二甩油流道，所述冷却油能由所述第二甩油流道至少喷射至所述轴承。

作为油水混合冷却电机系统的一种优选方案，所述转子轴通过轴承耦合于所述壳体上，所述转子轴上设置有导流件，所述导流件上设置有导油斜面和/或导油槽，喷射至所述端部绕组的冷却油部分滴落至所述导流件上，并经所述导油斜面和/或所述导油槽导流至所述轴承。

作为油水混合冷却电机系统的一种优选方案，所述导流件为嵌装于所述转子轴上的转子压环，所述转子压环将所述转子铁芯轴向压紧于所述转子轴上。

作为油水混合冷却电机系统的一种优选方案，所述转子轴为空心轴，所述转子轴内嵌套有导管，所述导管的内腔即为所述进油流道，所述导管的外径小于所述转子轴的内径；或，

所述转子轴为空心轴，所述转子轴的内腔即为所述进油流道，所述转子轴的内壁设置有引流槽，螺旋状的所述引流槽沿所述转子轴的轴向延伸。

第二方面，提供一种车辆，包括如上所述的油水混合冷却电机系统。

本发明的有益效果为：

本发明提供的油水混合冷却电机系统中，位于壳体以及壳体和定子铁芯之间的第一油道内的冷却油对定子铁芯进行冷却，同时，喷油件、壳体和定子铁芯三者形成端部绕组淋油系统，以对端部绕组进行冷却。壳体上的水道与至少部分第一油道层叠交错设置，采用油水混合冷却，水冷的同时进行油冷，提高对定子铁芯及端部绕组的冷却效果，且通过冷却水对冷却油进行冷却，无需额外设置冷却器，降低成本，减小整个电机系统的占用空间。进一步地，转子上设置有第二油道，其中，转子轴的进油流道内的冷却油，在导油件的导油流道的导引下，进入转子铁芯上的磁钢冷却流道中，以油冷磁钢，同时部分冷却油经导油件的第一甩油流道甩至端部绕组，以进一步油冷端部绕组。该油水混合冷却电机系统能同时对定子铁芯、端部绕组及磁钢进行冷却，并通过水冷加油冷的方式对定子铁芯和端部绕组进行冷却。

本发明提供的车辆，包括上述的油水混合冷却电机系统，冷却效果好，电机系统的持续功率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的油水混合冷却电机系统的剖视图；

图2为本发明实施例提供的部分壳体上的第一油道的示意图；

图3为本发明实施例提供的部分壳体上的水道的示意图；

图4为本发明实施例提供的部分壳体上的水道和第一油道的示意图；

图5为本发明实施例提供的定子铁芯的侧视图；

图6为本发明实施例提供的喷油件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的转子铁芯的侧视图；

图8为本发明实施例提供的动平衡板的侧视图；

图9为本发明实施例的其它实施方式的转子轴的结构示意图一；

图10为本发明实施例的其它实施方式的转子轴的结构示意图二。

附图标记：

1-壳体；2-定子；3-转子；4-喷油件；5-动平衡板；6-转子压环；7-轴承；8-导管；

11-第一油道；12-水道；13-输油油道；131-进油口；14-进水口；15-排水口；

111-周向进油流道；112-径向进油流道；

1121-第一径向进油槽；

121-第一流道；122-第二流道；123-中间流道；

1211-第一分支；1212-第二分支；1221-第三分支；1222-第四分支；

21-定子铁芯；22-端部绕组；

211-第二径向进油槽；

31-转子轴；32-转子铁芯；33-磁钢；

311-进油流道；312-进油孔；313-轴肩；314-引流槽；315-第二甩油流道；

321-磁钢冷却流道；322-磁钢加强冷却流道；

41-喷油孔；42-喷油槽；

51-导油流道；52-第一甩油流道；53-安装孔；

511-径向槽；512-圆环形槽；

61-导油斜面。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供一种油水混合冷却电机系统，包括壳体1以及设置于壳体1内的定子2和转子3。定子2固定插装在壳体1的内腔中，转子3旋转插装在定子2的内环中。

定子2包括定子铁芯21和端部绕组22。定子铁芯21为近似环状，端部绕组22卷绕在其内周面。转子3包括转子轴31、转子铁芯32和多个磁钢33。转子轴31通过轴承7可旋转地支撑在壳体1上。转子铁芯32嵌装于转子轴31上，并能随转子轴31一体地旋转。转子铁芯32的外周面与定子铁芯21的内周面之间隔开规定间隙地相向而对。转子铁芯32由多个转子3冲片沿轴向叠层构成。各转子3冲片呈圆盘形状。在转子铁芯32的内部形成有用于埋设磁钢33的磁石孔。这些磁石孔分布在转子铁芯32的径向的远离中心的一端，每个磁石孔均轴向贯穿转子铁芯32的轴向。

壳体1上开设有对定子铁芯21和端部绕组22进行冷却的第一油道11和水道12。第一油道11延伸至壳体1的内壁与定子铁芯21的外壁之间。冷却油注入壳体1内，并沿第一油道11流动至壳体1与定子铁芯21之间，以油冷定子铁芯21。喷油件4、壳体1和定子铁芯21三者形成端部绕组22淋油系统。

壳体1的内侧还插装有喷油件4，喷油件4位于定子铁芯21的端部。喷油件4上开设有与第一油道11连通的喷油孔41。沿第一油道11流动至壳体1的内壁与定子铁芯21的外壁之间的冷却油，能在油压的作用下由喷油件4的喷油孔41至少喷射至端部绕组22，以同时油冷端部绕组22。

本实施例的壳体1上的水道12与至少部分第一油道11层叠交错设置。采用油水混合冷却，水冷的同时进行油冷，对定子铁芯21及端部绕组22进行有效冷却，避免冷却定子铁芯21后的冷却油的温度升高进而对端部绕组22冷却不足，提高电机的冷却能力，同时，通过冷却水对冷却油进行冷却，无需额外设置冷却器，降低成本，减小整个电机系统的占用空间。

第一油道11分布于壳体1的整个周向，以对定子铁芯21进行均匀冷却。由于水道12和第一油道11的层叠，必然导致壳体1局部厚度的增加。可选地，壳体1上开设有水道12的区域面积占壳体1的外周面积的三分之二，兼顾冷却效果和壳体1厚度及重量，保证定子铁芯21和端部绕组22的冷却效果的同时避免壳体1过厚且重量较大。当然，在其他实施例中，可根据电机功率等因素，调整设置第一油道11和水道12的区域面积的大小以及水道12与第一油道11的重叠面积。可选地，设置有水道12的区域可包括多个区域，多个区域沿壳体1的周向间隔布置，以对整个壳体1上的冷却油进行均匀冷却。

本实施例中，参见图2，第一油道11包括周向进油流道111和多个径向进油流道112。周向进油流道111优选设置于壳体1的轴向的中部。多个径向进油流道112沿壳体1的周向间隔设置，且每个径向进油流道112均与周向进油流道111连通。冷却油由壳体1上的输油油道13的进油口131进入周向进油流道111，并沿周向进油流道111流动至壳体1的整个周向，周向进油流道111中的冷却油分流至各径向进油流道112。每个径向进油流道112均包括开设于壳体1上的第一径向进油槽1121以及开设于定子铁芯21的外壁上并与第一径向进油槽1121相对应的第二径向进油槽211(参见图5)。

示例性地，参见图3和图4，水道12与径向进油流道112垂直，提高冷却水与冷却油的换热效率。水道12包括连通的第一流道121和第二流道122，第一流道121位于第二流道122的上游，且两者通过中间流道123连通。其中，第一流道121包括连通的第一分支1211和第二分支1212。第一分支1211和第二分支1212均沿壳体1的周向延伸，且两者沿壳体1的轴向并排设置，第一分支1211和第二分支1212的流动方向相反，第一分支1211位于第二分支1212的上游。类似地，第二流道122包括连通的第三分支1221和第四分支1222。第三分支1221和第四分支1222沿壳体1的周向延伸，且两者沿壳体1的轴向并排设置，第三分支1221和第四分支1222的流动方向相反，且第三分支1221位于第四分支1222的上游。

储水装置(图未示)中的冷却水经泵送由第一分支1211上的进水口14流入第一分支1211，经第一分支1211流入第二分支1212，之后经中间流道123流入第三分支1221，最后流入第四分支1222并经第四分支1222上的排水口15流回至储水装置。储水装置中的冷却水经降温后，再次流入水道12，如此循环，以不断对第一油道11中的冷却油进行冷却。

需要说明的是，在其他实施例中，可根据电机功率及工作状态等因素，调整第一油道11和水道12的设置形状及两者的重叠面积，以调节冷却水和冷却油的换热效率，在此不做限定。例如，可将第一油道11和/或水道12设置呈沿壳体1的周向螺旋延伸的形状。

本实施例的水道12设置于第一油道11远离转子铁芯32的一侧，冷却水对冷却油进行冷却，冷却油进一步对转子铁芯32和端部绕组22冷却。当然，在其他实施例中，水道12也可设置于第一油道11靠近转子铁芯32的一侧，或者，在第一油道11的内外两侧均设置水道12。

需要说明的是，为清楚表示水道12和第一油道11的各自结构，图2-图4中将设置有水道12的壳体1和设置有第一油道11的壳体1采用分体式的结构表示，但实际中，整个壳体1可为一体式结构。例如，第一油道11和水道12均可随壳体1一体铸造成型。

示例性地，参见图6，上述的喷油件4为环状，喷油件4插装于壳体1的内侧。两个喷油件4分设于定子铁芯21的两端，喷油件4的轴向与定子铁芯21及壳体1的轴向垂直。喷油件4上开设有喷油槽42，喷油槽42与位于壳体1的内壁和定子铁芯21的外壁之间的第一油道11连通。喷油件4的端面与定子铁芯21的端面密封贴合。喷油件4、壳体1和定子铁芯21三者形成密封的喷油腔，喷油件4上的喷油孔41与喷油腔连通，第一流道121的冷却油由喷油孔41喷射至端部绕组22。

本实施例中，喷油槽42沿环状的喷油件4的周向延伸，喷油槽42沿延伸长度约为喷油件4的周向的三分之二。在其他实施例中，也可设置喷油槽42沿环状的喷油件4的整个周向延伸，以使得喷油槽42与每个径向进油流道112都连通。多个喷油孔41优选沿喷油件4的周向间隔设置，以保证对端部绕组22各处均匀喷射冷却油。可选地，多个喷油孔41沿喷油件4的延伸方向间隔设置，以形成一排喷油孔41。可沿喷油件4的轴向设置多排喷油孔41，多排喷油孔41还可沿喷油件3的延伸方向错位设置，以提高冷却油喷射的均匀性。另外，喷油孔41的形状可设置为圆柱状或圆锥状等，在此不做限定。

进一步地，参见图1和图8，转子3上开设有对磁钢33及端部绕组22进行冷却的第二油道。第二油道包括进油流道311、磁钢冷却流道321、导油流道51和第一甩油流道52。

具体地，参见图1，进油流道311开设于转子轴31上。示例性地，转子轴31为空心轴，其内腔即为进油流道311。同时，转子轴31上开设有贯穿转子轴31的厚度方向的进油孔312。进油孔312为进油流道311的一部分。

继续参见图1，转子轴31上还设置有导油件，且导油件位于转子铁芯32的轴向的端部。连通的导油流道51和第一甩油流道52均开设于导油件上。导油件上的导油流道51与进油孔312远离转子轴31中心的一端连通。导油件可选设置有两个，两个导油件分设于转子铁芯32的轴向的两端。相应地，进油孔312也设置有两个，分别与两个导油件上的导油流道51连通。可选地，导油流道51为开设于导油件上的导油凹槽。第一甩油流道52与导油流道51连通，并贯穿导油件。

参见图1和图7，磁钢冷却流道321开设于转子铁芯32上，并位于转子铁芯32与磁钢33的连接处，即部分磁钢33的表面暴露于磁钢冷却流道321。磁钢冷却流道321轴向贯穿开设于转子铁芯32上。导油流道51将进油流道311和磁钢冷却流道321连通。

储油装置中的冷却油经泵送至进油流道311，并经进油流道311的进油孔312进入导油件的导油流道51。导油流道51内的部分冷却油进入磁钢冷却流道321，以油冷磁钢33。导油流道51内的另一部分冷却油在转子3的旋转离心力的作用下，倾斜于转子铁芯32的径向甩出，并到达定子2的端部绕组22，以油冷端部绕组22。

本实施例中，参见图7，在转子铁芯32上还设置有磁钢加强冷却流道322，以进一步油冷磁钢33。该磁钢加强冷却流道322轴向贯穿转子铁芯32，并靠近磁钢33设置。磁钢加强冷却流道322中的冷却油对磁钢33进行冷却。

可选地，导油流道51呈圆环状设置于导油件上，以使导油流道51与所有的磁钢冷却流道321连通及磁钢加强冷却流道322连通。

优选地，第一甩油流道52相对于转子铁芯32的轴线倾斜设置，随到转子铁芯32的端部的距离的增加，第一甩油流道52距转子铁芯32的轴线的距离越大，以引导冷却油甩至定子2的端部绕组22。当然，在其他实施例中，第一甩油流道52还可为其他形状，在此不做限定。第一甩油流道52的数量也不做限定。

本实施例中，参见图1和图8，导油件为动平衡板5。动平衡板5上开设有安装孔53，动平衡板5通过安装孔53嵌装于壳体1上，并位于转子铁芯32的端部，用于对转子3进行动平衡，此为现有技术。将动平衡板5直接作为导油件，无需额外增加新结构，降低整个电机系统的质量及占用空间。动平衡板5可选择性地设置有两个，两个动平衡板5分设于转子铁芯32的轴向的两端。导油流道51包括开设于动平衡板5上的多个径向槽511和圆环形槽512。径向槽511的一端与安装孔53连通，转子轴31的进油孔312中的冷却油沿径向槽511流入圆环形槽512中。

进一步地，转子轴31上嵌装有转子压环6，转子压环6将转子铁芯32和两个动平衡板5轴向压紧于转子轴31的轴肩313上。当然，在其他实施例中，也可不设置动平衡板5，而使转子压环6与转子铁芯32贴合，此时可将转子压环6作为导油件。或者，取消位于转子轴31的后端的动平衡板5，转子压环6将转子铁芯32和位于转子轴31的前端的动平衡板5轴向压紧于转子轴31上，此时，可将转子压环6和/或动平衡板5作为导油件。

另外，本实施例的转子轴31上设置有定位动平衡板5的轴肩313。在其他实施例中，也可不设置动平衡板5，轴肩313与转子铁芯32轴向压紧，直接将轴肩313作为导油件。

当然，在其他实施例中，导油件还可为设置在转子轴31上的其他结构，在此不做限定。

进一步地，转子轴31上还开设有与进油流道311连通的第二甩油流道315，冷却油能由第二甩油流道315至少喷射至轴承7，以油冷及润滑轴承7。本实施例中，第二甩油流道315与转子轴31的内腔连通，并贯穿转子轴31的壁厚。第二甩油流道315设置于靠近轴承7的转子轴31的后端。第二甩油流道315相对于转子轴31的轴线倾斜设置，以引导冷却油尽可能多地甩至轴承7。第二甩油流道315的数量和形状不做限定。

可选地，参见图1，转子轴31上设置有导流件，导流件上设置有导油斜面61和/或导油槽等导流结构。由喷油件4的喷油孔41喷射至端部绕组22上的冷却油以及由动平衡板5上的第一甩油流道52甩至端部绕组22上的冷却油，部分滴落至导流件上，并经导油斜面61和/或导油槽导流至轴承7，以进一步油冷和润滑轴承7。

本实施例中，导流件为转子压环6，转子压环6上设置有导油斜面61。当然，在其他实施例中，转子压环6上还可设置导油槽能导油结构。显然，导流件还可为动平衡板5或其他结构，在此不做限定。

需要说明的是，为使转子轴31尽可能地轻量化，会将转子轴31的内腔设置的较大。此时，采用机械泵将储油装置中的冷却油泵送至转子轴31的内腔时，会导致低速时进油量不足，无法填充转子轴31的内腔，导致第二甩油流道315甩至轴承7的冷却油不足，影响轴承7的冷却及润滑。为此，参见图9，在其他实施例中，可在转子轴31内嵌套导管8，导管8的内腔即为进油流道311，导管8的外径小于转子轴31的内径，以保证冷却油能有效地填充导管8的内腔，进而提高对轴承7的冷却效果。导管8上开设有通孔，以使导管8的内腔与导油件的导油流道51连通。或者，参见图10，也可在转子轴31的内壁设置引流槽314，引流槽314呈螺旋状，螺旋状的引流槽314沿转子轴31的轴向延伸，以将转子轴31的前端的冷却油引导至转子轴31的后端，提高冷却油的填充能力。当然，在其他实施例中，引流槽314也可为其他形状，在此不做限定。

本实施例提供的油水混合冷却电机系统中，壳体1上开设有对定子铁芯21和端部绕组22进行冷却的第一油道11和水道12。壳体1和定子铁芯21上的第一油道11内的冷却油对定子铁芯21进行冷却。喷油件4、壳体1和定子铁芯21三者形成端部绕组22淋油系统，以对端部绕组22进行冷却。壳体1上的水道12与至少部分第一油道11层叠交错设置，采用油水混合冷却，水冷的同时进行油冷，从而对定子铁芯21及端部绕组22进行有效冷却，避免冷却定子铁芯21后的冷却油的温度升高进而对端部绕组22冷却不足，同时，通过冷却水对冷却油进行冷却，无需额外设置冷却器，降低成本，减小整个电机系统的占用空间。进一步地，转子3上设置有第二油道，其中，转子轴31的进油流道311内的冷却油，在导油件的导油流道51的导引下，进入转子铁芯32上的磁钢冷却流道321中，以对磁钢33进行冷却，同时部分冷却油经导油件的第一甩油流道52甩至端部绕组22，以进一步对端部绕组22冷却。另外，壳体1上还设置有与进油流道311连通的第二甩油流道315，进油流道311中的冷却油经第二甩油流道315喷射至轴承7，以冷却和润滑轴承7。本实施例的油水混合冷却电机系统，能同时对定子铁芯21、端部绕组22、磁钢33以及轴承7进行冷却，并通过水冷加油冷的方式对定子铁芯21和端部绕组22进行冷却，冷却效果好，同时无需额外设置冷却器，降低成本，减小整个电机系统的占用空间。

本实施例还提供一种车辆，包括上述的油水混合冷却电机系统，冷却效果好，电机系统的持续功率高。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。