CN103718435A

CN103718435A - 旋转电机

Info

Publication number: CN103718435A
Application number: CN201280038076.2A
Authority: CN
Inventors: 黑野洋辅; 水谷龙彦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: DE112012003301T5; US9438082B2; WO2013021248A2; CN103718435B; US20150015095A1; WO2013021248A3; JP5672193B2; JP2013038929A

Abstract

一种旋转电机，包括：定子线圈的线圈部，所述线圈部从定子芯的端部突出；端子模块，所述端子模块在所述线圈部的轴向端部设置在所述线圈部的顶部上并且将所述定子线圈和外部电气装置电连接；和盖单元，在所述盖单元中，覆盖所述端子模块的盖部和将冷却剂引导到所述线圈部的引导部一起形成为一个部件。所述引导部在所述盖部的周向相对的各侧设置成以分散方式将冷却剂供给到所述线圈部。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种旋转电机，所述旋转电机包括覆盖端子模块的盖单元，所述端子模块将定子线圈和外部电气装置电连接。

背景技术

在旋转电机中设置有定子，在定子中定子线圈卷绕在定子芯上。从定子芯的端部突出的定子线圈形成线圈端部。端子模块在线圈端部上设置成将定子线圈和外部电气装置（例如，二次电池）电连接。因此，存在对机械地和电气地保护端子模块的结构的需求。

当用作电动机时，旋转电机使定子线圈通电以使转子旋转。当用作发电机时，旋转电机放出随着转子旋转而流过定子线圈的电流。亦即，电流在旋转电机用作电动机或发电机的任一种情况下都流过定子线圈。当电流流过定子线圈时，定子芯和定子线圈发热。如通常已知的，除非将热除去，否则这种热将不利地影响旋转电机的运转效率。因此，还存在对有效地冷却定子线圈的措施的需求。

作为用于保护端子模块的常规技术，例如，在日本专利申请公报No.2009-290921（JP 2009-290921 A）中公开了使用树脂来模制端子模块。此外，在日本专利申请公报No.2007-228667（JP 2007-228667 A）中还公开了用于保护需要被机械地和电气地保护的部件（如装设有电子元件并且安装在电动机的定子上的基底）的树脂模制技术。

另外，在日本专利申请公报No.2005-229672（JP 2005-229672 A）、No.2010-28882（JP 2010-28882 A）、No.2006-296103（JP 2006-296103 A）等中公开了用于有效地冷却定子芯的常规技术。根据JP 2005-229672 A中公开的技术，在线圈端部的顶部上设置有储存冷却剂的冷却剂槽以向线圈端部供给冷却剂。根据JP 2010-28882 A中公开的技术，在往往妨害冷却剂流的端子台上形成有冷却剂流动通路。根据JP 2006-296103 A中公开的技术，电机壳体的一部分沿径向向外突出以形成用于动力线连接的端子盒，并且在端子盒的径向内侧形成有致冷剂流动通路。

理论上，当这些技术被组合时，能实现端子模块的机械和电气保护以及定子线圈的有效冷却两者。然而，在任一种相关技术中，用于有效地冷却定子线圈的机构和用于保护端子模块的机构彼此分别设置。因此，存在要耗费时间和精力来安装保护机构和冷却机构的问题。此外，由于冷却机构独立于端子模块的位置（端子的位置）而设置，故在许多情况下无法有效地冷却发热量大的端子周边的区域。

发明内容

本发明因此提供了一种旋转电机，该旋转电机允许容易地安装冷却机构和用于保护端子模块的机构并且允许有效的冷却。

根据本发明的第一方面的旋转电机涉及一种旋转电机，所述旋转电机包括绕轴旋转的转子以及具有定子芯和定子线圈的定子，所述旋转电机被设置成使得所述轴大致水平地延伸，所述旋转电机包括：所述定子线圈的线圈部，所述线圈部从所述定子芯的端部突出；端子模块，所述端子模块在所述线圈部的轴向端部设置在所述线圈部的顶部上并且将所述定子线圈和外部电气装置电连接；和盖单元，在所述盖单元中，覆盖所述端子模块的盖部和将冷却剂引导到所述线圈端部的引导部一起形成为一个部件。

在根据本发明的第一方面的旋转电机中，所述引导部可将从所述引导部的上方供给的冷却剂引导到所述线圈部。

另外，在根据本发明的第一方面的旋转电机中，所述引导部可具有沿所述线圈部的外周延伸的凹槽。

此外，在根据本发明的第一方面的旋转电机中，在所述引导部的与所述线圈部的外周相面对的表面上可形成有至少一个允许冷却剂通过的孔。

再者，在根据本发明的第一方面的旋转电机中，所述引导部可具有多个所述孔，并且这些孔可包括具有第一直径的第一孔和具有与所述第一直径不同的直径的第二孔。

再者，在根据本发明的第一方面的旋转电机中，可设置有多个所述引导部，并且这些引导部可以是沿所述转子的第一周向方向延伸的第一引导部和沿与所述第一方向相反的第二方向延伸的第二引导部。

再者，在根据本发明的第一方面的旋转电机中，所述引导部可在所述轴的径向方向上设置在所述盖部的外侧。

在根据本发明的第一方面的旋转电机中，所述盖部可包括用于将所述盖单元安装在所述端子模块上的安装部。

另外，在根据本发明的第一方面的旋转电机中，所述安装部可以是与所述端子模块的一部分接合的被接合部。

再者，在根据本发明的第一方面的旋转电机中，所述盖单元的覆盖将所述定子线圈和所述外部电气装置电连接的连接部的部分可由绝缘材料制成，并且所述盖单元的其它部分可经受对所述盖单元的表面进行的粉末涂覆以确保绝缘特性。

根据本发明的第一方面，盖部和引导部一起形成为一个部件。这允许在单个安装过程中安装冷却机构和用于保护端子模块的机构。另外，端子模块及由此端子设置在线圈端部的顶部上。这允许有效地冷却发热量大的端子周边的区域。

此外，根据本发明的第二方面的旋转电机涉及这样一种旋转电机，其包括绕轴旋转的转子以及具有定子芯和定子线圈的定子，所述旋转电机被设置成使得所述轴大致水平地延伸，所述旋转电机包括：线圈端部，所述线圈端部从所述定子芯的端部突出；端子模块，所述端子模块在所述线圈端部的轴向端部设置在所述线圈端部的顶部上并且将所述定子线圈和外部电气装置电连接；和盖单元，在所述盖单元中，覆盖所述端子模块的盖部和沿所述线圈端部的外周延伸的流动通路一起形成为一个部件。

根据本发明的第二方面，盖部和流动通路一起形成为一个部件。这允许在单个安装过程中安装冷却机构和用于保护端子模块的机构。另外，端子模块及由此端子设置在线圈端部的顶部上。这允许有效地冷却发热量大的端子周边的区域。

附图说明

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：

图1是根据本发明的一个实施例的旋转电机的示意图；

图2是旋转电机的示意性正视图；

图3示出如何装设端子模块；

图4是盖单元的局部透视图；

图5A是盖单元的局部侧视图；

图5B是盖单元的局部侧视图；

图5C是盖单元的局部侧视图；以及

图5D是盖单元的局部侧视图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的一个实施例。图1是根据本发明的该实施例的旋转电机10的示意图。旋转电机10是具有电动机的功能和发电机的功能的电动发电机，并且安装在例如混合动力车辆中。

旋转电机10具有转子12和定子16。转子12安装在轴14上。轴14由壳体（未示出）通过轴承可旋转地支承。旋转电机10被设置成使得轴14水平地延伸。转子12被固定在轴14上并且设置成可随同轴14一起旋转。定子16呈环形，并且设置在转子12周围且沿转子12的外周定位。

定子16包括定子芯18和定子线圈20作为主要部件。定子芯18具有沿径向向内突出的多个齿。在相邻的齿之间形成有槽并且该槽沿径向向内开口。定子线圈20卷绕在各个齿上。定子线圈20的一部分从定子芯18的各端部突出而形成线圈端部（线圈部）22。在线圈端部22的轴向端面上设置有端子模块24并且该端子模块将定子线圈20和外部电气装置电连接。在本实施例中，在端子模块24上装设有盖单元40以电气地和机械地保护端子模块24。这将在后文说明。

定子线圈20经端子模块24通过三相缆线26与功率控制单元（PCU）32电连接。三相缆线26包括U相缆线、V相缆线和W相缆线。定子线圈20包括U相定子线圈、V相定子线圈和W相定子线圈。这些三相定子线圈20的一个端部经端子模块24分别连接到U相缆线、V相缆线和W相缆线。这些三相定子线圈20的另一个端部通过端子模块24彼此连接而构成中性点。PCU32通过馈电缆线与电池34电连接，使得电池34和定子16电连接。

当旋转电机10安装在混合动力车辆中时，驱动力从包括转子12和定子16的旋转电机10输出，并且作为旋转力经由减速机构、差动机构、驱动轴等传递到驱动轮以允许混合动力车辆行驶。相反，当混合动力车辆进行再生制动时，驱动轮通过车身的惯性力旋转。驱动轮的旋转力经由驱动轴、差动机构、减速机构等传递到旋转电机10以驱动旋转电机10。此时，旋转电机10作为发电机操作。电力由旋转电机10产生并经由PCU32中的逆变器储存在电池34中。

当旋转电机10运转时，形成定子线圈20的导线27的电阻使一部分电能转换成热能，并且因此，定子线圈20发热。旋转电机10设置有用于向线圈端部22的表面供给冷却剂以防止由于定子线圈20发热而升温的机构。在此机构中，设置有供冷却剂流过的管道28并且该管道被设置成与轴14平行。该管道28形成有油孔30，冷却剂经该油孔排出到线圈端部22。冷却剂经油孔30落下并通过线圈端部22，使得线圈端部22（由此，定子线圈20）被冷却。通过线圈端部22的冷却剂保存在壳体的底部。保存在壳体底部的该冷却剂由泵（未示出）抽吸并往回供给到管道28。在本实施例中，在盖单元40中设置有引导部48。引导部48以分散方式有效地引导从管道28供给到线圈端部22的冷却剂。

接下来将参照图2至5C说明盖单元40的结构。图2是旋转电机10的示意性正视图。图3示出如何装设端子模块24。图4是盖单元40的局部透视图。图5A至5C都是盖单元的局部侧视图。

如图2所示，在本实施例中，盖单元40设置在线圈端部22的顶部附近。盖单元40是其中盖部42和引导部48一起形成为一个部件的部件。盖部42电气地和机械地保护端子模块24。引导部48引导冷却剂流。在本实施例中，整个盖单元40由耐热的绝缘材料形成。当存在成本等问题时，盖单元40的覆盖端子的部分可仅由绝缘材料形成，而盖单元40的其它部分可由低成本的非绝缘材料形成并且非绝缘材料的表面可进行涂覆（例如，粉末涂覆）以确保绝缘特性。此结构以低成本允许需要高绝缘特性的端子周边的区域可靠地绝缘并允许其它区域提供一定水平的绝缘性能。

盖部42装设在端子模块24上以覆盖端子模块24。端子模块24是将卷绕在定子16上的定子线圈20与外部电气装置（例如电池34）电连接的模块。端子模块24设置在线圈端部22的轴向端面上。可对端子模块24采用各种构型。然而，如图3所示，本实施例的端子模块24包括分别与三相定子线圈20的一个端部20a连接的模块侧端子64、分别与这些三相定子线圈20的另一个端部20b连接的中性点端子60、以及保持这些端子60和64的保持件66。

保持件66是由绝缘材料形成的大体弧形的部件。在保持件66的内部设置有中性点汇流条62。保持件66包括沿周向方向配置在保持件66的外周端上的三个端子保持部66a。端子保持部66a保持模块侧端子64。保持件66具有接近其周向相对两端形成并用于与盖单元40连接的接合孔68。

共计三个模块侧端子64设置成分别用于三相并且均由弯曲成大体U形的导电金属材料形成。模块侧端子64均具有与定子线圈20的一个端部20a连接的一个侧面，并且具有与用于连接到外部电气装置的导线27连接的另一个侧面。

还分别为三相设置有共计三个中性点端子60。中性点端子60和中性点汇流条62由导电材料形成，并且一起形成为一个部件。中性点端子60从中性点汇流条62的外周缘沿径向向外突出，并且均具有与定子线圈20的另一个端部20b连接的侧面。三相定子线圈20通过中性点端子60和中性点汇流条62在中性点连接在一起。

在本实施例中，旋转电机10被设置成使得端子模块24及由此定子线圈20的端部位于定子16的顶部上，以便有效地冷却定子线圈20。这将在后文详细描述。

从前面的说明显而易见的是，在端子模块24周边的区域中设置有用于电连接的多个端子60和64，并且因此，需要使该区域绝缘。因此，整个端子模块24被盖单元40的盖部42覆盖以使端子60和64周边的区域绝缘。

盖部42呈与端子模块24的形状匹配以覆盖整个端子模块24的大体弧形。在端子模块24中，模块侧端子64向端子模块24的径向外侧突出很多，并且因此，盖部42设置有覆盖突出的模块侧端子64的突出部44。

盖单元40通过形成为从盖部42的背面突出的矛状部（lance）46（见图4）安装在端子模块24上。矛状部46用作与端子模块24的一部分接合的被接合部。矛状部46设置在盖部42的周向相对的各端上，并且包括接近矛状部46的末端形成的弯折部（return）46a。弯折部46a具有较宽的台阶部并从该台阶部朝末端渐缩。当矛状部46插入形成在端子模块24上的接合孔68中时，弯折部46a与接合孔68的周缘接合（被该周缘卡住），从而将盖单元40安装在端子模块24上。

引导部48设置在盖部42的周向相对的各端。引导部48是以分散方式将从引导部48的上方供给的冷却剂引导到线圈端部22的流动通路形成部件。本实施例的引导部48是沿线圈端部22的外周面延伸的凹槽部件。引导部48的截面呈大致U形，并且包括与线圈端部22的外周面相面对的底面50和从底面50的相对两侧立起的侧壁52。

引导部48在其周向下端开口。供给到引导部48的冷却剂沿引导部48流动且然后从引导部48的周向下端供给到线圈端部22的周面。在引导部48的底面50上形成有允许所供给的冷却剂通过（漏出）的多个通过孔54。供给到引导部48的冷却剂的一部分由通过孔54通过并供给到线圈端部22。此结构允许冷却剂在线圈端部22的宽范围上以分散方式供给到线圈端部22，并允许更有效地冷却线圈端部22。通过孔54的数量和尺寸可按期望的冷却剂分散方式适当变化。例如，当希望更集中地冷却线圈端部22的位于引导部48的上端侧附近的部分时，引导部48的上端侧附近的通过孔54可形成为具有比较大的直径，以使得能从引导部48的上端侧附近供给大量的冷却剂。在这方面，参照图5A至5D做出详细说明。图5A至5D均是从与引导部48的底面50垂直的方向看去时盖单元40的局部侧视图。图5A示出与图4中的盖单元40对应的盖单元40，在该盖单元中通过孔54全部形成为具有相同的直径。然而，例如，如图5B所示，位于引导部48的最上端侧（盖部侧）的通过孔54之一——通过孔54a——可形成为具有与其它通过孔54的直径相比相对较大的直径。或者，如图5C所示，除位于引导部的最上端侧（盖部侧）的通过孔54a之外，邻接通过孔54a定位的通过孔54之一——通过孔54b——也可形成为具有相对较大的直径，使得通过孔54a和54b具有相同的直径。再或者，如图5D所示，尽管通过孔54a和54b均可具有与其它通过孔的直径相比相对较大的直径，但通过孔54a和54b可具有彼此不同的直径。

如图2所示，供冷却剂经其供给到引导部48的管道28被设置在引导部48的上游侧端部的正上方。冷却剂从设置在管道28上的油孔30排出，并供给到引导部48的上游侧端部。

引导部48与盖部42一起形成为一个部件。这简化了盖部42和引导部48的安装过程。亦即，在相关技术中，覆盖端子模块24的盖部42和引导冷却剂的引导部48彼此分别形成。这导致不仅需要安装盖部42的过程，而且需要安装引导部48的过程。引导部48例如通过焊接或其它方法安装。因此，除安装盖部的过程之外，还需要另外的过程，包括定位引导部48和焊接引导部48。这耗费时间和精力。

相比而言，在本实施例中，盖部42和引导部48一起形成为一个部件。因此，当盖部42被安装在端子模块24上时，引导部48相对于线圈端部22的位置相应地被固定。因此，仅需执行安装盖部42的过程，并且不需要用于安装引导部48的其它过程，例如定位和焊接引导部48。这简化了安装盖部42和引导部48的过程。

如上所述，在本实施例中端子模块24设置在线圈端部22的顶部上。引导冷却剂的引导部48设置在保护端子模块24的盖部的周向相对的各侧。此结构允许从端子周边区域的相对两侧来冷却端子周边区域。亦即，端子周边区域产生大量热，并且因此趋于具有更高的温度。冷却剂经引导部48供给到端子周边区域的相对各侧，使得端子周边区域被更集中地冷却。这可有效地防止旋转电机的运转效率由于端子周边区域中的较高温度而降低。

上述结构仅仅是本发明的一个示例。因此，只要盖部42和引导部48一起形成为一个部件并且端子模块24设置在定子16的顶部上，所述结构便能以其它方式进行适当的修改或变更。例如，在本实施例中，引导部48连接到盖部42的周向端部。然而，引导部48的位置可朝定子16的顶部移动成使得引导部48和盖部42在周向方向上彼此部分地重叠。引导部48的数量不限于两个，而是可以为一个或多于两个。例如，作为设置在盖部42的周向相对两侧的两个引导部48的附加或替换，可设置位于定子16的顶部附近的其它引导部。在本实施例中，盖单元40通过利用矛状部46的接合而安装到端子模块24上。然而，应理解的是，盖单元40也可通过其它固定方法（如配合和螺接）安装到端子模块24上。

Claims

1.一种旋转电机，所述旋转电机包括绕轴旋转的转子以及具有定子芯和定子线圈的定子，所述旋转电机被设置成使得所述轴大致水平地延伸，所述旋转电机包括：

所述定子线圈的线圈部，所述线圈部从所述定子芯的端部突出；

端子模块，所述端子模块在所述线圈部的轴向端部设置在所述线圈部的顶部上并且将所述定子线圈和外部电气装置电连接；和

盖单元，在所述盖单元中，覆盖所述端子模块的盖部和将冷却剂引导到所述线圈端部的引导部一起形成为一个部件。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中

所述引导部将从所述引导部的上方供给的冷却剂引导到所述线圈部。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中

所述引导部具有沿所述线圈部的外周延伸的凹槽。

4.根据权利要求1至3所述的旋转电机，其中

在所述引导部的与所述线圈部的外周相面对的表面上形成有至少一个允许冷却剂通过的孔。

5.根据权利要求4所述的旋转电机，其中

所述引导部具有多个所述孔，并且这些孔包括具有第一直径的第一孔和具有与所述第一直径不同的直径的第二孔。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其中

设置有多个所述引导部，并且这些引导部是沿所述转子的第一周向方向延伸的第一引导部和沿与所述第一方向相反的第二方向延伸的第二引导部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转电机，其中

所述引导部在所述轴的径向方向上设置在所述盖部的外侧。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的旋转电机，其中

所述盖部包括用于将所述盖单元安装在所述端子模块上的安装部。

9.根据权利要求8所述的旋转电机，其中

所述安装部是与所述端子模块的一部分接合的被接合部。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转电机，其中

所述盖单元的覆盖将所述定子线圈和所述外部电气装置电连接的连接部的部分由绝缘材料制成，并且所述盖单元的其它部分经受对所述盖单元的表面进行的粉末涂覆以确保绝缘特性。

11.一种旋转电机，所述旋转电机包括绕轴旋转的转子以及具有定子芯和定子线圈的定子，所述旋转电机被设置成使得所述轴大致水平地延伸，所述旋转电机包括：

盖单元，在所述盖单元中，覆盖所述端子模块的盖部和沿所述线圈端部的外周延伸的流动通路一起形成为一个部件。