专利名称：旋转电动设备的冷却通道以及包含该通道的旋转电动设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转电动设备的一段长度的冷却通道，特别的是装备机动车的旋转电动设备，以及包含这段长度的冷却通道的旋转电动设备。
背景技术：
在机动车技术领域，对于特别良好地起作用的冷却的需求并不局限于驱动机动车的热机，而是涉及振荡器或用于阻尼车辆的传动轴的电磁阻尼器等辅助设备。而诸如振荡器的设备仅在安装受到较少限制的空气冷却不充分的情况下才采用冷却水回路，用于输出较大的力的较大的设备通常采用冷却回路中的液体循环来冷却。这种液体是例如水，应当理解的是，这种水包括至少一种添加剂诸如防冻剂，例如乙二醇。其在与热交换器一同构成冷却回路的通道内循环。
另外，当诸如热机的设备设置有冷却通道时，且该冷却通道包括一套高度分叉的导管从而使得冷却液实际上通过设备的所有角落时，然而旋转电动设备诸如电磁阻尼器必须采用围绕需冷却的设备的简单的通道冷却，例如采用具有通常为螺旋型的通道。
本发明并不局限于特定形式的设备，也不局限于特定形式的通道。而是，为了简化说明，在涉及需要冷却的设备的情况下，本发明将借助于通过阻尼并且因此制动机动车的传动轴的电磁阻尼器的示例来陈述并且限定，，而在涉及通道的类型的情况下，本发明将借助于基本上通过螺旋型回路的示例陈述并且限定。这段长度的冷却通道的第二实施例涉及包括基本上平直并且彼此平行的导管的回路。
电磁阻尼器和阻尼器的供电装置形成组件，其通常包括其中穿过轴的定子以及转子，所述转子与轴组装从而其外柱面接近面对定子的内柱面，转子和定子之间设置窄气隙。例如，转子包括导电线线圈绕制的场绕组，能在定子的环形铁磁性部分产生磁场，所述定子包括电枢并且与采用如上所述的加有添加剂水的冷却回路相关联。线圈的供电是通过换向器提供的，后者的电枢形成转子的一部分，例如如文件EP-A-0 331 559中所述，更多信息请参阅该文件。
旋转电动设备诸如例如电磁阻尼器因此可高度示意性的考虑为包括两部分的用电器第一部分包括转子，该转子形成实心芯部形式，以安装在传递被制动的原动力的轴上；以及形成围绕转子的圆柱腔室的定子。
在如文件EP-A-0 331 559中所述的电平下，传导激励阻尼器的电流的导电线线圈形成转子的一部分，以及腔室内由铁磁性材料制成的用于产生涡流的环形部分形成定子的一部分，该涡流造成制动和加热。在其最简单的实施例中，铁磁性材料制成的环形部分包括围绕场绕组的柱形鼓，其间设置有柱形气隙。由于铁磁性材料制成的环形部分为固定部分，可以容易地利用液体冷却，而不需要求助于包括特别的密封件来提供相对移动的两部分之间的密封的结构。为此，冷却通道直接沿着铁磁性材料制成的环形部分的表面延伸而形成，该表面与气隙相对。这种与需冷却的设备直接接触的这段长度的通道例如围绕铁磁性材料制成的环形部分螺旋延伸。其终止于每个分别连接输入和输出的端部。在装备有这种旋转设备的机动车中，围绕需冷却的设备的这段长度的通道与外部交换器、冷却通道的剩余部分以及驱动泵一起形成向外散发相当大量的热量的冷却回路。有优势的是，这种旋转设备的冷却回路连接在车辆的热机的冷却回路上。
传统地，将这段长度的冷却通道耦合在冷却回路上的输入和输出耦合部通过相对于需冷却地设备垂直或倾斜设置的连接零件形成。
为了实现旋转设备的足够冷却，冷却液必须在循环回路中以相当高的速度循环。而且，为了增加冷却能力，冷却液的循环速度也要增加。另外，可以通过在液体流中产生湍流而获得更好的热对流。
然而，已经认识到的是，传统的耦合部的布置产生了损害性的湍流，其因此不能增加液体的冷却能力，而是相反由于增加了冷却回路中的压力差而降低了冷却能力，并且减少了液体流量，而且因此降低了液体流的速度。
这是因为压力差是由于液体在表面上摩擦造成的，与湍流有关，与根据回路的通道的渐进加宽而造成的液体分离有关，与流量发生入射在通道的壁上造成的冲击有关，以及与液体流的方向变化有关。
发明内容
本发明的目的是提出一种装置，通过降低液体循环中的压力差而改善旋转设备的冷却能力。
本发明的目的通过旋转电动设备的一段长度的冷却通道来实现的，这段长度的冷却通道包括沿需冷却的设备的至少一部分放置的至少一个导管、用于冷却液体的至少一个输入耦合部和至少一个输出耦合部，导管或多个导管在其两者之间延伸。该导管或者该导管中的每一个具有输入轴线和输出轴线。
根据本发明，输入耦合部或多个输入耦合部和输出耦合部或多个输出耦合部各自至少基本上沿着相应的循环路径的输入轴线和输出轴线的取向来取向。类似于循环回路，输入和输出耦合部具有输入轴线和输出轴线。根据本发明，为了保证冷却液的速度尽可能的均匀，输入耦合部或多个输入耦合部和输出耦合部或多个输出耦合部无论其形状如何，都沿着他们的纵向尺寸具有恒定的流体横截面积。
由于本发明的这些设置，冷却液立即进入正确取向的这段长度的冷却管道，也就是说基本上没有改变方向，并且因此不会造成由于分流引起的湍流。
本发明为旋转设备的冷却系统提供的这种改善对于高冷却应力的旋转设备诸如用于工业车辆的电磁阻尼器具有特别的优势。而且，其对于的冷却应力的旋转设备诸如水冷换向器液具有优势。
这是因为经由这段长度通道的输入耦合部到达的冷却液的液体流的取向更好，所述取向对应于导管起点轴线的取向或中平面的取向。类似的，从这长度通道的输出耦合部开始的冷却液的液流的取向更好，所述取向对应于导管端部的轴线的取向或中平面的取向。
根据本发明的这段长度通道的输入和输出耦合部的如上所述的取向另外同样良好地应用于这样一段长度的通道，该段长度的通道包括几个基本上平直的导管，它们至少基本上平行于需冷却的设备的纵向轴线设置，而且同样良好地应用于这样一段长度通道，该段长度通道包括至少一个螺旋导管，该导管具有至少一个转折部，其用于围绕该设备的至少一部分。在第一种情况下，输入和输出耦合部的取向至少基本上平行于需冷却的设备的纵向轴线，同时相对于导管是同轴的，这些耦合部被配置给所述的导管。在第二种情况下，输入和输出耦合部分别沿切线输入平面和切线输出平面取向，他们每一个都穿过相应的这段长度螺旋导管的圆周输入或输出区域。
另外，为了利于本发明的冷却通道连接在工业车辆的发动机空间内，输入耦合部和输出耦合部根据需冷却的旋转设备的轴向视图设置在旋转设备的相同一侧，并且在该两种耦合部之间存在较小的角度偏移。
实践中，这种布置使得装备有本发明的这段长度的通道的旋转设备的取向能够使得输入和输出耦合部例如定位在冷却通道的顶部。
根据本发明的通道的输入和输出耦合部的取向的优势当该通道长度具有基本上螺旋形并且由一个或多个连续腔室形成时特别的显著，每一个都在其各自的输入和输出之间仅具有一个转折。在相邻的腔室之间更是如此。
这是因为，当螺旋导管没有用来将其分成多个转折的壁时，也就是说当导管由单一体积构成时，对于获得没有源自输入流和输出流之间的干涉的湍流而且没有由于液体在一点上漩涡而形成的冷却死区的冷却液体流特别的重要。
根据本发明，带有单个转折的螺旋导管内的冷却液体流的输入和输出的取向可以通过借助于两个互补的壁，外壁和内壁来成形它而有利地实现，所述内壁由需冷却的设备的外表面形成，所述外壁由将其本身与带有输入和输出耦合部的一段长度通道相结合的单独构件形成。这两种耦合部有利地利用可变矮壁彼此分离，该可变矮壁形成在该单个构件地内侧并且其设置成一方面可以有利的给出冷却液的流向，另一方面保证这两个耦合部的液体流的横截面积恒定，如上所述。
以类似的方式，可以通过单独构件形成带有两个相邻的单转折的螺旋导管，所述单独构件形成外壁，后者具有一个共用的输入耦合部和两个分开的输出耦合部或者两个分开的输入耦合部和一个共用输出耦合部。则这种单个构件包括两个可变的矮壁，每一个矮壁用于每一个转折。
在一般情况下，输入和输出耦合部的数目和/或矮壁和转折的数目可以大于2。
所有前述的特征可以分开考虑也可以结合考虑。
本发明的目的也可以在具有上述一段长度冷却管道的旋转设备中实现。
该旋转设备有利地为电磁阻尼器。
本发明的其他特征和优势将从下面本发明的一个示例性实施例的说明中显露出来，该说明参照附图给出。在这些图中图1示意性地图示出包括液体冷却回路的旋转设备，其中用于冷却液的输入和输出导管辐射状连接冷却液套的外侧；图2图示了根据本发明的一段长度通道的第一实施例，这段长度冷却通道的横截面的形式为带有螺旋导管的冷却液包(envelope)；图3示出图2所示的冷却液包的透视图；图4和5示出图2中一段长度通道的耦合部的形式和横截面；图6和7示出图2中的一段长度通道的变化实施例的输入和输出耦合部；图8示出图3所示的冷却液包的变化形式；图9示出图8所示的冷却液包内的液体的体积；和图10和11示出根据本发明的一段长度冷却通道的第二实施例。
具体实施例方式
在描述本发明前，图1示意性地重复液冷旋转电动设备的通用设计，例如水回路冷却的电磁阻尼器。其中可以更特别地看出，带有输出轴的齿轮箱1，该输出轴利用倍速器，如文件02004/017502所述，与电磁阻尼器的转子的轴可旋转地成一体。该阻尼器2被包括馈水导管3和排水导管4的冷却回路5所冷却。导管3和4分别以相对于螺旋导管内的水流方向成基本上成直角到达设置在阻尼器2内并且包括螺旋导管的水冷却回路和从其上离开。
虽然没有详细画出，也容易想象当水到达然后径向地进入该水回路，或者换言之，以相对于水环流基本上成直角的方向进入该水循环并且以类似的方式离开时，会在水流中产生湍流并且由此导致热传导能力的损失。
与此相反，根据本发明的用于旋转设备的冷却回路，如图2所示，包括一段长度冷却通道，其成螺旋导管11的形式，用于围绕需冷却的设备的定子14和转子15。该导管11具有一个或多个围绕需冷却的设备的转折，带有相切的输入耦合部12和输出耦合部13。该导管11与定子14整体成形。此处，导管由定子14承载。“相切”特点表示耦合部12和13各自取向，输入耦合部12处于导管11的圆周输入区域Z1，输出耦合部13位于导管11的圆周输出区域，至少在基本上穿过区域Z1的中心的切线T1处，并且在基本上穿过区域Z2的中心的切线T2处。区域Z1和Z2的中心由终点在导管11的圆周上的半径R1和R2所确定。在图2的轴向视图中，输入口Z1和输出口Z2区域之间的角偏移量α特别引起注意，其有利地为20°-30°，但是在不背离本发明的原理的情况下可以为0°-360°之间的任何角度。
另外，有必要论述的是，输出耦合部13相对于输入耦合部12带有如上所述较小的角度偏差的布置相应于被认为是这种实施例有利的配置，其中围绕旋转设备的螺旋导管11仅包括一个转折或者一系列相邻的单个转折。这种布置被证明特别有效并且比具有几个转折的螺旋导管更有效。这是因为，当观察冷却液的一部分时，即延伸充满该转折的整个横截面并且从输入耦合部12到输出耦合部13那么远经过螺旋导管的冷却液的部分时，这部分液体通过热交换根据这部分液体瞬时接触的位于导管上的点的位置以及这部分液体的瞬时热接收能力接收部分热量。因此，当螺旋导管包括几个连续的转折时，冷却液部分从一个转折到另一个转折逐渐加热，也从一个转折到另一个转折，变得越来越无法从该设备带走热量。结果是输入耦合部12处冷却良好，而即使不差的话，在输出耦合部13处冷却也不太良好。
如果另一方面螺旋导管仅包括一个转折或这几个相邻的单个转折，所涉及的冷却液部分，相对而言，在一个转折或在相邻单个转折的每一个内流动，仅通过“第一个”转折就立即离开螺旋导管。结果是在导管11的整个宽度范围都有良好的冷却。
由于存在基本上相切的冷却液的抵达和离开，不会发生损害性的湍流，这种湍流先前会产生重大的流阻的效果，对冷却液的速度以及对于从旋转设备到冷却液的传导能力都有损害。
图3图示了组成外壁的冷却液包的透视图，所述外壁与作为内壁的定子14的外表面一同形成根据本发明的螺旋导管11。该图更加特别地示出输入耦合部12的输入区域的圆周范围以及输出耦合部13的输出区域的圆周范围。标记Z1和Z2在本图中的位置基本上相应于输入耦合部12的相切的入口和输出耦合部13的相切的出口。
另外，根据本发明的一个特征，为了保证根据本发明的这段长度冷却通道构成的单个转折内流经的液体流恒定，在考虑到通常在使用中的设计特殊性的同时，将冷却循环的馈送和输出导管制造成圆形截面，而围绕需冷却的设备的长度的横截面通常为矩形，输入和输出耦合部12、13设置成沿着其全部纵向范围具有恒定的流体截面积，如图4和5示意性的示出。
图3也示出了输入耦合部12的入口区域，以及输出耦合部13开始的出口区域彼此由可变的矮壁M分开，所述矮壁M设置成允许冷却液体的有利的流向。
这是因为冷却液以相当高的速度和压力到达区域Z1并且与正在从区域Z2离开的压力较小的液体相遇。因此输入流和输出流之间的交换表面就会相对较小而且因此不会促使两种流体之间任何明显的相互作用，然而仍然可能发生两种流体之间的撞击，形成湍流区域，该湍流区域损害冷却液的有效流量。液体流的一部分然后直接从抵达区域流到输出区域，以某种形式将该转折“短路”，也就是说立即离开了，而没有流经冷却腔室的完整转折。为了防止这种情况，可变矮壁M将抵达区域Z1和输出区域Z2分开，矮壁M的高度相应于螺旋导管11的高度。
图4示出根据本发明带有输入耦合部12的导管11。输入耦合部12的流体在四个不同的点处的截面在后者之上示出，目的是说明流体的截面的形状变化，同时保持截面积恒定。
图5在侧视图中示意性地示出耦合部12和这段长度通道11的起点。输入耦合部12在单个不同的点处的流体截面沿后者的侧面示出，目的是说明流体截面的形状变化，同时保持截面积恒定。
根据本发明的这段长度冷却通道也可以包括两个或多个相邻的单个转折，如图6和7所示。这是因为，取代宽度相应于基本上用于冷却旋转设备的轴向范围的一半的一个转折11，该设备的宽度范围分成两个或多个相等部分，并且一个接一个安装相同数目的单个转折。图6和7示出具有两个相邻的转折11A和11B的一段长度通道。每个这种转折的宽度则仅对应于冷却需冷却的设备的轴向范围的一部分。同时，这些单个转折如此设置和形成，使得每个输入耦合部12A、12B或者每个输出耦合部13A、13B为两个相邻的转折11A/11B共用。
结果是转折的结合，如此选择纯粹为了表示而不是以任何形式限制，如图6和7所示。
图6两个转折具有共用的输入12A，两个输出13A、13B在输入12A的每个侧面的周边上。
图7两个转折具有两个输入12A、12B，一个共用的中心输出13A位于输入12A、12B之间。
对于根据图4和5所示的实施例，相同的尺寸原理适用于所有这些设置，也就是说，流体的截面积在整个输入耦合部和输出耦合部的范围内必须保持恒定。
图8示出图3所示的冷却液体包的变形实施例，其中基本上包括两个导管，它们伸出输入耦合部12和输出耦合部13，从而实现与排出导管C13平行取向的馈送导管C12。矩形的耦合部12和13的截面形状改变为圆形的导管C12和C13应当引起特别注意，根据本发明在此区域流体的截面积保持恒定。
应当注意的是，此处所述包的内壁组成电动设备的定子的外壁，如文件EP-A-0 331 559的图2所示。
在图8中，局部可见的凸缘用于将之固定在车辆的框架上。
图9示出当液体流经图8中的冷却液包时液体的体积。为简化流体长度的不同部分的标记，它们带有与图8中的冷却液包相应部分相同的标记。
图10和11示出根据本发明的一段长度通道的另一实施例。这段长度通道由彼此平行的导管形成，并且平行围绕需冷却的设备的纵向轴线设置。输入和输出耦合部112和113，有利地具有圆形截面，与它们所分配的每个导管111同轴设置。为了形成闭合的冷却液包，也就是说全部围绕需冷却的设备的主体，导管111具有环状扇形的横截面。
自然地，本发明并不仅限于上述实施例。倍速器的存在也不是强制地，转子的轴能够连接到齿轮箱的输出轴，如文件EP-A-0 331 559所述，或着以可替代地连接到后轴的输入轴上。
旋转电动设备可替代地为带有液冷循环的换向器，例如如文件FR-A-2 780 571所述。
特别是为了组成电机该换向器可以反向，从而启动机动车的热机。这种换向器也称为换向器/启动器。
权利要求
1.一种旋转电动设备的一段长度的冷却通道，所述长度的通道包括沿需冷却的设备的至少一部分放置的至少一个导管(11，111)，并且具有输入轴线(AE)和输出轴线(AS)，以及用于冷却液的至少一个输出耦合部(12，112)和至少一个输出耦合部(13，113)，在两者之间延伸有导管或者多个导管(11，111)，其特征在于，所述输入耦合部或多个输入耦合部(12，112)和输出耦合部或多个输出耦合部(13，113)各自至少基本上沿着相应的所述导管(11，111)的输入轴线(AE)或输出轴线(AS)取向，并且沿着它们的整个纵向范围，具有恒定的流体截面积。
2.如权利要求1所述的一段长度冷却通道，其特征在于，所述导管(11)为螺旋导管，其具有至少一个转折，用于围绕至少需冷却的设备的一部分，并且所述螺旋导管分别具有输入轴线和输出轴线，后两者沿着经过所述长度冷却通道的各个输入和输出圆周区域的切向轴线或平面取向，并且所述导管具有至少一个输入耦合部(12)和至少一个输出耦合部(13)。
3.如权利要求2所述的一段长度冷却通道，其特征在于，所述输入耦合部(12)和所述输出耦合部(13)设置成在所述长度冷却通道的轴向方向，在所述两个耦合部(12，13)之间存在较小的角度偏差(α)。
4.如权利要求2所述的一段长度冷却通道，其特征在于，所述螺旋导管(11)由两个互补的壁形成，内壁和外壁，所述外壁由冷却液体包形成，所述液体包成形为给予冷却液体具有单个转折的螺旋路径。
5.如权利要求4所述的一段长度冷却通道，其特征在于，所述长度冷却通道包括单独的部件，其将所述输入耦合部(12)和所述输出耦合部(13)结合在一起，这两个耦合部由可变矮壁(M)彼此分开，所述矮壁成形为给予冷却液体有利的流向。
6.如权利要求1所述的一段长度冷却通道，其特征在于，所述长度冷却通道包括两个相邻的转折(11A，11B)，带有为每个转折设置的共用输入耦合部(12)和单独的输出耦合部(13A，13B)。
7.如权利要求1所述的一段长度冷却通道，其特征在于，所述长度冷却通道包括两个相邻的转折(11A，11B)，带有为每个转折(11A，11B)设置的单独的输入耦合部(12A，12B)，而输出耦合部(13A)共用。
8.如权利要求1所述的一段长度冷却通道，其特征在于，所述长度冷却通道包括彼此平行的导管(111)，后者设置成平行围绕需冷却的设备的纵向轴线，所述输入和输出耦合部相对于它们所分配的导管同轴设置。
9.一种旋转电动设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求1所述的一段长度的冷却通道。
全文摘要
旋转电动设备的冷却导管部分包括至少一个管(11，111)，其沿着该设备可冷却的至少一部分安装，并且该导管部分设置由输入轴线(AE)和输出(AS)轴线；至少一个冷却液输入耦合部(12，112)和输出耦合部(13，113)，其中所述管(11，111)在所述耦合部之间延伸，每个输入(12，112)和输出(13，113)耦合部至少基本上沿着相应的所述管(11，111)的输入轴线(AE)或者输出轴线(AS)取向，而且所述管沿着其全部纵向范围具有恒定的截面积。还公开了一种设置有所述导管的旋转电动设备。
文档编号H02K9/19GK1934767SQ200580008587
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月17日 优先权日2004年3月18日
发明者克劳迪厄·瓦西勒斯卡, 布鲁诺·德西里尔 申请人:特尔马公司