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旋转电机的冷却结构
申请号	CN201280029771.2	申请日	2012-06-22	公开(公告)号	CN103620918A	公开(公告)日	2014-03-05
申请人	丰田自动车株式会社; 爱信艾达株式会社;			发明人	宫本知彦; 松坂周平; 加藤浩二;
摘要	本发明涉及一种旋转电机（10）的冷却结构，所述旋转电机包括旋转轴（16）、转子（18）、和包括线圈端部（22）的定子（20），所述冷却结构包括：冷却剂通路（38），所述冷却剂通路被包括在旋转轴（16）中，并且冷却剂流过所述冷却剂通路；和被包括在冷却剂通路（38）中的喷出孔（42）。喷出孔（42）被包括在冷却剂通路（38）中。喷出孔（42）的开口部位于旋转轴（16）的外周面上和线圈端部（22）的在轴向方向上的外侧。喷出孔（42）喷出冷却剂，使得冷却剂被分流到线圈端部（22）的内周面（C1、C2）和线圈端部（22）的在轴向方向上的端面（A1，A2）。
权利要求	1.一种旋转电机（10）的冷却结构，所述旋转电机包括旋转轴（16）、设置在所述旋转轴（16）上的转子（18）、和面向所述转子（18）的外周的定子（20），并且所述定子包括设置在所述定子（20）的在所述旋转轴（16）的轴向方向上的端部中的线圈端部（22），所述冷却结构包括：冷却剂通路（38），所述冷却剂通路被包括在所述旋转轴（16）中，并且冷却剂流过所述冷却剂通路；和喷出孔（42），所述喷出孔喷出所述冷却剂，使得所述冷却剂被分流到所述线圈端部（22）的内周面（C1、C2）和所述线圈端部（22）的在所述轴向方向上的端面（A1，A2），其中所述喷出孔（42）被包括在所述冷却剂通路（38）中，并且所述喷出孔（42）的开口部定位在所述旋转轴（16）的外周面上并定位在所述线圈端部（22）的在所述轴向方向上的外侧。 2.根据权利要求1所述的旋转电机（10）的冷却结构，其中，所述喷出孔（42）的开口部定位成比所述线圈端部（22）在所述轴向方向上距离所述转子（18）的中心更远。 3.根据权利要求1或2所述的旋转电机（10）的冷却结构，其中，所述喷出孔（42）相对于与所述旋转轴（16）垂直的方向倾斜。 4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机（10）的冷却结构，其中，所述喷出孔（42）指向所述线圈端部（22）的内周面（C1，C2）与所述线圈端部（22）的端面（A1，A2）相交的角部（G1，G2）。
说明书全文	旋转电机的冷却结构技术领域 [0001] 本发明涉及一种旋转电机的冷却结构。背景技术 [0002] 作为诸如用于车辆的电动机之类的旋转电机，已知一种包括被固定在旋转轴上的转子和面向转子的外周的定子的结构。当该旋转电机被使用时，设置在定子中的定子线圈可能发热。一种处理该发热的方式是向定子线圈供给作为冷却介质的冷却剂（诸如冷却油）。 [0003] 例如，日本专利申请公报No.2001-95205（JP2001-95205A）记载了一种旋转电机，该旋转电机包括被固定在旋转轴上的转子和面向转子的外周的定子。在该旋转电机中，在旋转轴的中心的轴向方向上设置有中心孔。另外，从中心孔朝径向方向设置了通孔，并且供冷却剂流过的导管的末端被插入中心孔。流入中心孔的冷却剂从该通孔朝定子线圈端部喷射并撞击定子线圈端部的径向内侧，使得定子线圈端部被冷却剂冷却。 [0004] 对于JP2001-95205A中记载的结构，已从设置在旋转轴中的通孔喷出的冷却剂撞击线圈端部的内周面。亦即，冷却剂仅施加于线圈端部的内周面中的狭窄区域。因此，线圈端部的低温部和高温部之间的温差大。因而，高温部的有效降温存在改进的余地。另一方面，可以设置用于朝不同于线圈端部的内周面的表面喷出冷却剂的多个喷出孔。然而，这种情况下，多个喷出孔的数量增加，并且结构变得复杂，这可能引起成本上升。由于以上原因，希望通过比较简单的结构来抑制线圈端部处的温度变化以使线圈端部的冷却区域扩大。发明内容 [0005] 因此，本发明提供了一种旋转电机的冷却结构，该冷却结构通过比较简单的结构扩大了线圈端部的冷却区域。 [0006] 本发明的一个方面涉及一种旋转电机的冷却结构，所述旋转电机包括旋转轴、设置在所述旋转轴上的转子、和面向所述转子的外周的定子，并且所述定子包括设置在所述定子的在所述旋转轴的轴向方向上的端部中的线圈端部。该冷却结构包括冷却剂通路和喷出孔，所述冷却剂通路被包括在所述旋转轴中，并且冷却剂流过所述冷却剂通路，所述喷出孔喷出所述冷却剂，使得所述冷却剂被分流到所述线圈端部的内周面和所述线圈端部的在所述轴向方向上的端面。另外，所述喷出孔被包括在所述冷却剂通路中。所述喷出孔的开口部定位在所述旋转轴的外周面上并定位在所述线圈端部的在所述轴向方向上的外侧。 [0007] 在本发明的所述方面中，所述喷出孔可相对于与所述旋转轴垂直的方向倾斜。 [0008] 在本发明的所述方面中，所述喷出孔可指向所述线圈端部的内周面与所述线圈端部的端面相交的角部。 [0009] 根据本发明的方面的旋转电机的冷却结构，撞击线圈端部的冷却剂被分流到线圈端部的内周面和线圈端部的在轴向方向上的端面两者。因此，线圈端部的内周面和线圈端部的在轴向方向上的端面两者都由从单个喷出孔喷出的冷却剂冷却。因此，通过比较简单的结构扩大了线圈端部的冷却区域并且抑制了线圈端部处的温度变化。附图说明 [0010] 下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中： [0011] 图1是示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施例的旋转电机的冷却结构的剖视图； [0012] 图2是示出了本发明的示例性实施例中旋转电机由油冷却的方式的模式的视图；以及 [0013] 图3是根据比较示例的旋转电机的冷却结构的视图。具体实施方式 [0014] 在下文中，将参照图1和2描述本发明的一个示例性实施例。该示例性实施例的旋转电机的冷却结构可适用于行驶用马达（电动机）、发电机或电动-发电机。例如，行驶用马达、发电机或电动-发电机用在电动车辆、燃料电池车辆和混合动力车辆中。另外，当旋转电机被用作电动-发电机时，旋转电机可主要被用作发电机，或主要被用作行驶用马达。 [0015] 图1是示意性地示出根据示例性实施例的旋转电机的冷却结构的剖视图。如图1所示，旋转电机的冷却结构包括旋转电机10和冷却旋转电机10的冷却部12。旋转电机10包括马达壳体14、旋转轴16、转子18和定子20。定子20和转子18收纳在马达壳体14中。旋转轴16经由轴承被可旋转地支承。转子18被固定在旋转轴16的中间部上。定子20设置成面向转子18的外周。在转子18与定子20之间存在气隙。另外，定子20被固定在马达壳体14的内周面上。线圈端部22设置在定子20上。作为冷却介质（即，冷却剂）的油被供给到线圈端部22以冷却线圈端部22。 [0016] 定子20由在旋转轴16的轴向方向（下文还简称为“轴向方向”）上层压在一起的多个磁性钢板形成。定子20包括定子芯24、齿26和定子线圈28。定子芯24由具有层压体等的磁性部件形成。齿26在圆周方向上的多个位置形成在定子芯24的内周面上。另外，齿26沿定子芯24的径向方向突出。具有多相（例如，三相）的定子线圈28绕齿26卷绕。定子线圈28包括一对线圈端部22。线圈端部22从定子芯24的在轴向方向上的两侧向外侧突出。亦即，线圈端部22设置有定子20的在旋转轴16的轴向方向上的端部部分。定子芯24被固定在马达壳体14的内表面上。定子芯28以集中卷绕或分布卷绕的方式绕定子芯24卷绕。 [0017] 转子18包括转子芯30和未示出的永磁体。转子芯30由具有包括在轴向方向上层压在一起的多个磁性钢板的层压体等的磁性部件形成。永磁体配置在转子芯30的圆周方向上的多个位置。永磁体在转子18的径向方向上或在相对于径向方向倾斜的方向上被磁化。还可在转子芯30的在轴向方向上的每一侧各有一个地设置有一对未示出的端板。转子芯30的两侧可由该对端板夹住。 [0018] 另外，在所示示例中，定子20的在轴向方向上的长度大于转子18的在轴向方向上的长度。因此，线圈端部22的在轴向方向上的端面A1和A2设置在转子18的在轴向方向上的端面B1和B2的外侧。在该示例性实施例中，与转子18的在轴向方向上的中心相距较远的位置是“在轴向方向上的外侧”。亦即，“喷出孔的开口部定位在线圈端部的在轴向方向上的外侧”指“喷出孔的开口部定位成比线圈端部距离转子的在轴向方向上的中心更远”。 [0019] 对于该类型的旋转电机10，通过使多相交流电流流动到多相的定子线圈28而在定子20中产生旋转磁场。该旋转磁场使转子18与旋转轴16一起旋转。在以上描述中，描述了旋转电机10为永磁体旋转电机的情况。然而，例如，旋转电机10也可通过在转子18中设置转子线圈而成为感应电动机。 [0020] 另外，在马达壳体14的下部内侧设置有蓄存冷却剂油例如润滑油的贮存部32。蓄存在贮存部32中的油由油泵34供给到旋转轴16。油泵34被包括在冷却部12中。冷却部12还包括油路36。油路36是油经其从贮存部32流动到油泵34的连接通路。油泵34设置在油路36中。油泵34由未示出的电源驱动，并从贮存部32向上吸油以及向旋转电机10供给油。 [0021] 此外，在旋转轴16的内部设置有轴侧冷却剂通路38。该轴侧冷却剂通路38用作本发明的冷却剂通路。作为冷却剂的油流过该轴侧冷却剂通路38。轴侧冷却剂通路38包括轴向通路40和多个喷出孔42。轴向通路40设置在旋转轴线16的中心轴线内侧。多个喷出孔42与轴向通路40连通。在该示例性实施例中，喷出孔42设置在轴向方向上的两个不同位置。这些喷出孔42定位在线圈端部22的在轴向方向上的外侧。这些喷出孔42相对于与旋转轴16垂直的方向倾斜地延伸。喷出孔42呈直线状地形成。喷出孔42的在旋转轴16的径向方向（下文简称为“径向方向”）上的内端连接到轴向通路40。这里，术语“径向方向”是指与旋转轴16的中心轴线垂直的方向。喷出孔42的开口部定位在旋转轴16的外周面上。亦即，旋转轴16可旋转地设置并且包括轴侧冷却剂通路38。另外，轴侧冷却剂通路38具有定位在线圈端部22的在轴向方向上的外侧的多个喷出孔42的开口部。 [0022] 角部G1和G2是线圈端部22的内周面C1和C2与线圈端部22的在轴向方向上的端面A1和A2相交的部分。喷出孔42设置成指向角部G1和G2。因此，从喷出孔42喷出的冷却剂撞击线圈端部22并被分流到线圈端部22的内周面C1和C2以及线圈端部22的在轴向方向上的端面A1和A2两者。 [0023] 线圈通路36的下游端插入轴侧冷却剂通路38中。不论旋转轴16是否正在旋转，油都从油路36供给到轴侧冷却剂通路38。这里，在马达壳体14的下部中设置有出口44。出口44连接到线圈通路36的上游端。亦即，油路36将马达壳体14的下部与轴侧冷却剂通路38连接。轴侧冷却剂通路38的在与连接到油路36的一侧相对的一侧的端部（图1中的右端部）中的开口由未示出的插塞部件封闭。另外，用作冷却介质的油可以是用于变速器的润滑油，例如自动变速器流体（ATF）。 [0024] 另外，在马达壳体14的底部的内侧或外侧还可设置有水套46（图2）。诸如防冻剂之类的冷却剂可流过水套46。亦即，水套46是用于冷却马达的冷却剂的通路。水套46连接到马达壳体14外的未示出的冷却剂通路。未示出的热交换器设置有该冷却剂通路。冷却剂在热交换器通过与流过马达壳体14的外部的空气进行热交换而被冷却。图2是示出了该示例性实施例中旋转电机10由油（ATF）48冷却的方式的模式的视图。这种情况下，如图2所示，称为“MG”的旋转电机10由ATF48冷却。ATF48在马达壳体14中冷却。马达壳体14由水套46冷却。水套46由冷却剂50冷却。 [0025] 在图1中，从出口44排出到油路36的油也可在油盘等之中冷却。另外，油可在进行油与外部空气（或冷却剂）之间的热交换的热交换部处冷却。已以此方式冷却的油可供给到轴侧冷却剂通路38。 [0026] 另外，线圈端部22的温度可由设置于一对线圈端部22中的一个或两个周围的部分处的未示出的温度传感器检测。 [0027] 对于该类型的旋转电机的冷却结构，油由被驱动的油泵34从油贮存部32供给到轴侧冷却剂通路38。然后，油沿朝向线圈端部22的角部G1和G2的方向喷出。亦即，油沿在朝向径向外侧的方向上朝定子20的轴向中心倾斜的倾斜方向喷出。 [0028] 撞击线圈端部22的角部G1和G2的油被分流到线圈端部22的内周面C1和C2以及线圈端部22的在轴向方向上的端面A1和A2两者。亦即，油沿线圈端部22的内周面C1和C2朝定子20的在轴向方向上的中心流动。此外，油还沿线圈端部22的轴向端面A1和A2径向向外流动。已沿内周面C1和C2流动的油和已沿轴向端面A1和A2流动的油朝贮存部32滴下。蓄存在贮存部32中的油被油泵34吸上并朝旋转轴16的轴侧冷却剂通路38排出。油以上述方式重复地流过旋转电机10。作为结果，定子20的线圈端部22被冷却。 [0029] 根据上述旋转电机的冷却结构，喷出孔42的开口部定位成在轴向方向上比线圈端部22位于更外侧。另外，撞击线圈端部22的油被分流到线圈端部22的内周面C1和C2以及线圈端部22的在轴向方向上的端面A1和A2两者。亦即，一个线圈端部22的内周面C1（或C2）和这一个线圈端部22的在轴向方向上的端面A1（或A2）由从单个喷出孔42喷出的油直接冷却。相应地，在不利用过量喷出通路的情况下，通过比较简单的结构扩大了线圈端部22的冷却区域。作为结果，抑制了线圈端部22处的温度变化。 [0030] 图3是根据比较示例的旋转电机的冷却结构的视图。在图3中，省略了在图1中示出的马达壳体14和马达壳体14外的油路36。在图3中的比较示例中，转子芯30外嵌在旋转轴16上。在转子芯30在轴向方向上的每一侧各一个地设置有一对端板52。转子芯30的两侧被一对端板52夹住。在各端板52的内部设置有未示出的转子侧冷却剂通路。 [0031] 在旋转轴16内部的中心轴线上设置有轴侧冷却剂通路38。轴侧冷却剂通路38包括轴向通路40。另外，多个径向通路（未示出）从轴向通路40的在轴向方向上的两个不同位置径向地延伸。各径向通路的一端位于旋转轴16的外周面上。于是，各径向通路的所述一端与形成在各端板52的内部的各转子侧冷却剂通路的一端连通。各转子侧冷却剂通路的另一端定位在端板52的外周面上。各转子侧冷却剂通路的该另一端定位成与线圈端部22的在轴向方向上的端面A1和A2相比在轴向方向上位于更内侧。这里，在轴向方向上的内侧指转子的在轴向方向上的中心侧。因此，供给到轴侧冷却剂通路38的用作冷却剂的油从端板52的外周面朝线圈端部22的内周面喷出。已喷出的该油沿线圈端部22的内周面在轴向方向上向外流动，然后滴下。 [0032] 在该比较示例中，已经端板52从旋转轴16的内部喷出的油撞击线圈端部22的内周面C1和C2，即，线圈端部22的狭窄区域。因此，油仅作用于线圈端部22的内周面。另一方面，油未作用于线圈端部22的在轴向方向上的端面A1和A2。因而，线圈端部22的低温部和高温部之间的温差变大，使得趋于发生温度变化。因此，温度传感器通常装设于其上的线圈端部22的外周面趋于过热。相应地，线圈端部22的外周面温度的有效降低存在改进余地。由于以上原因，在该比较示例中，希望通过比较简单的结构来抑制线圈端部22处的温度变化以扩大冷却端部22的冷却区域。 [0033] 相比之下，对于根据图1和2所示的示例性实施例的旋转电机的冷却结构，撞击线圈端部22的冷却剂被分流到线圈端部22的内周面和线圈端部22的在轴向方向上的端面两者。因此，油通过比较简单的结构有效地撞击线圈端部22的宽区域，使得线圈端部22处的温度变化被抑制。相应地，降低了线圈端部22的外周面的趋于变高的温度。因而，可扩宽用于装设温度传感器的区域。另外，降低定子20的温度所需的油量较少，从而减小了油泵34的驱动力。因而，车辆的燃料消耗降低。此外，由于在旋转电机10被使用时定子线圈28的温度较低，即使在定子线圈28的绝缘性能不是很严格（即，降低）时也维持了旋转电机 10的必要性能。因而，旋转电机10的耐压性能提高，从而可提高旋转电机10的性能。 [0034] 随着旋转轴16旋转，离心力作用在从喷出孔42喷出的油上。喷出孔42的开口面积和角度等可以是这样：不论旋转电机10的转速如何，所喷出的油都撞击线圈端部22的角部G1和G2。然而，也可使已从喷出孔42喷出的油仅在旋转电机10的规定转速范围内撞击线圈端部22的角部G1和G2。另外，油不限于如图1所示呈直线状地喷出。油也可沿喇叭形（扩开）轨迹喷出。亦即，本发明的冷却结构适用于已从喷出孔42喷出的油撞击线圈端部22的角部G1和G2的模式。 [0035] 另外，在图1所示的示例性实施例中，从油泵34排出的油也可从马达壳体14的上侧朝线圈端部22的上表面喷出，如图1中通过交替的一长两短虚线所示。油也可供给到旋转轴16的轴侧冷却剂通路38。油从马达壳体14的上侧滴下到线圈端部22的上表面并冷却线圈端部22的上表面。同样，这种情况下，线圈端部22的内周面C1和C2以及线圈端部22的在轴向方向上的端面A1和A2两者都被冷却，使得从线圈端部22的上侧喷出的油量减小。相应地，也能够获得与上述示例性实施例同样的作用和效果。 [0036] 另外，在马达壳体14中还可设置有诸如行星齿轮组的变速机构，或另一个旋转电机的转子和定子。例如，形成作为混合动力车辆的动力生成机构的变速驱动桥单元的变速驱动桥壳体也可用作马达壳体。 [0037] 另外，在图1所示的示例性实施例中，还可在转子芯30的在轴向方向上的每一侧各一个地设置未示出的一对端板。转子芯30的两侧可由该对端板夹住。这种情况下，喷出孔42与端板的外侧面相比在轴向方向上位于更外侧。 [0038] 线圈端部22可由清漆（凡立水，varnish）等固定，或者它们可以包埋在树脂中。另外，转子芯30可由通过加压形成磁性粉末而制成的粉末磁芯构成。另外，可使用不同于油的物质例如冷却水作为冷却剂。

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