专利名称：电机冷却系统及方法
电机冷却系统及方法相关申请的交叉引用本申请根据35U. S. C. § 119要求2010年5月4日提交的美国临时专利申请No. 61/331, 221的优先权，该临时申请的全部内容通过参引的方式并入本文。
背景技术：
用于冷却电机的一些方法能够包括使冷却剂围绕位于冷却套内侧的电机的外周缘流动。冷却剂将由定子所产生的热量的至少一部分提取，这能够导致电机的冷却。对于一些机器而言，能够通过将冷却剂从冷却剂套直接喷射到定子端匝上(这能够使端匝冷却)而进一步改进冷却。但是，当冷却剂沿周向方向围绕冷却剂套流动时，冷却剂温度增大。由此，当冷却剂被喷射到定子端匝上时，冷却剂处于升高的温度，这可能减小从端匝中提取的热量的水平。
发明内容
本发明的一些实施例提供了一种电机模块，所述电机模块包括模块壳体，所述模块壳体能够至少部分地限定机器腔体。在一些实施例中，电机能够包括定子组件和转子组件并且能够设置在所述机器腔体中。在一些实施例中，所述模块能够包括冷却剂传输网，所述冷却剂传输网能够包括与至少一个第一环和至少一个第二环流体连通的至少一个通道。在一些实施例中，所述第一环能够与所述定子组件的轴向端部基本轴向相邻地设置，而所述第二环能够与所述转子组件的轴向端部基本轴向相邻地设置。在一些实施例中，所述环中的一个或多个能够包括多个孔。本发明的一些实施例能够包括一种电机模块，所述电机模块包括模块壳体。在一些实施例中，所述模块壳体能够包括联接到第二壳体上的第一壳体构件。而且，在一些实施例中，所述第一壳体构件和所述第二壳体构件能够各包括环形区域和端部区域。在一些实施例中，所述模块壳体能够包括穿过所述模块壳体的一部分设置的至少一个冷却剂入口。在一些实施例中，冷却剂传输网能够设置在所述模块壳体的部分内且能够与所述至少一个冷却剂入口流体连通。在一些实施例中，所述冷却剂传输网能够包括穿过所述壳体构件中的每一个的一部分设置且与所述冷却剂入口流体连通的至少一个通道。而且，在一些实施例中，所述壳体构件的所述端部区域能够包括从所述端部区域径向向内延伸且与所述通道流体连通的至少一个第一环和至少一个第二环。
图I是根据本发明的一个实施例的电机模块的截面图。图2是根据本发明的一个实施例的壳体构件的立体图。图3是根据本发明的一个实施例的壳体构件的立体图。图4是图3的壳体构件的一部分的立体图。图5是图2的壳体构件的一部分的立体图。
图6是根据本发明的一个实施例的电机模块的一部分的截面图。图7是图6的电机模块的扩展截面图。图8是根据本发明的一个实施例的电机模块的一部分的截面图。图9是图8的电机模块的扩展截面图。
具体实施例方式在详细解释本发明的任意实施例之前，应当理解的是，本发明并非在其应用方面限制于在以下描述中阐释或在以下附图中图示的构造的细节和部件的布置。本发明能够为其他实施例并且能够以多种方式实施或执行。而且，应当理解的是，本文所用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应该视为限制。“包括”、“包含”、或“具有”、及其变型在本文的使用意为包括在其后所列的物件及其等同以及另外的物件。除非另外规定或限制，术语“安 装”、“连接”、“支承”和“联接”及其变型被宽广地使用并且包括直接和间接的安装、连接、支承和联接。另外，“连接”和“联接”并非限于物理的或机械的连接件或联接件。以下讨论被提供以使本领域的技术人员能够制造和使用本发明的实施例。图示实施例的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且本文的一般原理能够被应用到其他实施例和应用中而不偏离于本发明的实施例。因此，本发明的实施例并非旨在受限于所示实施例，而是应当被赋予与本文所公开的原理和特征相一致的最宽范围。以下详细描述应当参照附图进行阅读，在不同附图中的相似元件具有相同的附图标记。并非必然按比例绘制的附图描绘了选取实施例而非旨在限制本发明的实施例的范围。技术人员将认识到，本文所提供的示例具有落在本发明的实施例的范围内的很多有用的替代。图I图不了根据本发明的一个实施例的电机模块10。模块10能够包括模块壳体12，模块壳体12包括套筒构件14、第一端盖16和第二端盖18。电机20能够被容置在至少部分地由套筒构件14和端盖16、18限定的机器腔体22内。例如，套筒构件14和端盖16、18能够经由常规的紧固件(未示出)或另一合适的联接方法相联以将的电机20的至少一部分包封在机器腔体22内。在一些实施例中，套筒构件14能够形成为使得端盖14、16中的至少一个与套筒构件14基本成一体。在一些实施例中，壳体12能够包括基本圆筒形罐和单个端盖(未示出)。另外，在一些实施例中，包括套筒构件14和端盖16、18的模块壳体12能够由通常可包括导热性能的材料(例如但不限于铝或其他金属)以及能够通常承受电机的操作温度的材料制成。在一些实施例中，壳体12能够使用不同的方法(包括铸造、模制成型、挤压成型和其他相似的制造方法)制成。电机20能够为(但不限于)电马达例如混合动力电马达、发电机、或车辆交流发电机。在一个实施例中，电机20能够为高电压发夹式(High Voltage Hairpin，HVH)电马达或用于混合动力汽车应用的内部永磁体电马达。电机20能够包括转子组件24、定子组件26 (包括定子端匝28)和轴承30，并且能够绕输出轴34设置。如图I中所示，定子26能够基本围绕转子24的一部分。在一些实施例中，转子组件24也能够包括转子毂32，或能够具有“无毂”设计(如图6-图9中所示)。电机20的部件(例如但不限于转子组件24、定子组件26和定子端匝28)能够在电机20的操作期间产生热量。这些部件能够被冷却以提高电机20的性能和寿命。参照图2-图9，在一些实施例中，模块壳体12能够包括不同的构型。在一些实施例中，模块壳体12能够包括联接到一起的至少两个壳体构件。更具体地，在一些实施例中，模块壳体12能够包括联接到第二壳体构件36上的第一壳体构件34。在一些实施例中，壳体构件34、36中的每一个能够包括基本圆筒形罐形状，其包括端部区域38和环形区域40。在一些实施例中，第一壳体构件34的环形区域40a能够包括比第二壳体构件36的环形区域40b的内径小的外径。由此，在一些实施例中，模块壳体12的至少一部分能够通过将第一壳体构件34的环形区域40a的至少一部分设置在第二壳体构件36的环形区域40b内而制成。例如，如图2-图3中所示，在一些实施例中，第一壳体构件34的环形区域40a的外径能够设置为使得其与第二壳体构件36的环形区域40b的内径紧邻。此外，在一些实施例中，在将壳体构件34、36相对于彼此设置之后，模块壳体12能够使用常规的紧固件、粘合剂、焊接、蒸焖(brai s ing )、或其他联接方法而进一步联接。在一些实施例中，模块壳体12能够包括至少一个冷却剂套42。如图I中所示，在一些实施例中，套筒构件14能够包括冷却剂套42。如图6-图9中所示，在一些实施例中，冷却剂套42的至少一部分能够基本形成在环形区域40a、40b之间(B卩，在环形区域40a的外径的部分与环形区域40b的内径的部分之间)。在一些实施例中，冷却剂套42能够基本围绕电机20的至少一部分。更具体地，在一些实施例中，冷却剂套42能够基本围绕定子组件26的外径的至少一部分(包括定子端匝28)。另外，在一些实施例中，冷却剂套42能够容纳冷却剂，冷却剂能够包括传输流体、乙二醇、乙二醇/水的混合物、水、油、电机润滑油、气体、雾状物、它们的任意组合，或类似物质。在一些实施例中，模块壳体12能够包括至少一个冷却剂入口 44，在其他实施例中模块壳体12能够包括多个冷却剂入口 44。例如，在一些实施例中，冷却剂套42能够经由冷却剂入口 44与冷却剂源(未示出)流体连通，这能够在将冷却剂分配到冷却剂套42内之前或在将冷却剂分配到冷却剂套42内时加压冷却剂，使得加压冷却剂能够循环通过冷却剂套42。在一些实施例中，冷却剂入口 44能够穿过模块壳体12(S卩，套筒构件14和/或端盖
16、18或第一和/或第二壳体构件34、36)的一部分设置在模块壳体12的大致下区域(即，相对于输出轴32)中，并且能够至少与冷却剂套42和冷却剂源均流体连通。例如，在一些实施例中，冷却剂入口 44能够相对于输出轴32设置在大致最下位置(即，6点钟时刻位置)。在其他实施例中，冷却剂入口 44能够设置在穿过模块壳体12的部分的其他位置。此外，在一些实施例中，模块壳体12能够包括设置在围绕模块壳体12的周缘的部分的规则或不规贝_距处的冷却剂入口 44。而且，在一些实施例中，模块壳体12能够包括多个冷却剂套孔46，使得冷却剂套42能够与机器腔体22流体连通。在一些实施例中，冷却剂孔46能够与定子端匝28基本相邻地设置。更具体地，在一些实施例中，冷却剂套孔46能够穿过套筒构件14的内壁48的部分设置。在其他实施例中，冷却剂套孔46能够穿过第一壳体构件34的环形区域40a的部分设置。另外，在一些实施例中，冷却剂套孔46能够穿过模块壳体12的大致上部分(SP，相对于输出轴32)设置，在其他实施例中冷却剂套孔46能够设置在穿过模块壳体12的部分(即，内壁48或环形区域40a和/或40b)的规则或不规则间距处，或者能够设置在模块壳体12的大致下部分中。在一些实施例中，当被加压的冷却剂循环穿过冷却剂套42时，冷却剂的至少一部分能够通过冷却剂套孔46离开冷却剂套42并且进入机器腔体22内。而且，在一些实施例中，冷却剂能够与定子端匝28相接触，这能够导致定子组件26至少部分地冷却。在离开冷却剂套孔46之后，冷却剂的至少一部分能够流过机器腔体22的部分且能够与一些模块10元件相接触，这在一些实施例中能够导致模块10至少部分地冷却。另外，在一些实施例中，冷却剂的一些部分能够循环穿过冷却剂套42且能够接收在电机20的操作期间所产生的热能的一部分。在一些实施例中,模块壳体12能够包括冷却剂传输网50。在一些实施例中,冷却剂传输网50能够包括单个通道52。在一些实施例中，冷却剂传输网50能够包括设置在模块壳体12内的多个通道52。例如，在一些实 施例中，如图2-图9中所示，壳体构件34、36中的每一个的端部区域38a和38b能够各包括通道52。但在其他实施例中，套筒构件14和/或端盖16、18能够包括通道(未示出)。另外，在一些实施例中，至少一个通道52能够穿过第二壳体构件36的环形区域40b的一部分和/或第一壳体构件34的环形区域40a的一部分设置。此外，在一些实施例中，通道52的至少一部分能够与至少一个冷却剂入口 44流体连通，使得冷却剂能够从冷却剂源被引入且流动到冷却剂传输网50和通道52内。例如，在一些实施例中，如图6-图9中所不,位于第一壳体构件34和第二壳体构件36中的通道52能够与多个冷却剂入口 44流体连通。在一些实施例中，冷却剂传输网50能够包括至少一个塞子53。更具体地，在一些实施例中，至少一个塞子53能够设置在至少一个通道52内，以防止冷却剂的材料量流过通道52。例如，如图8-图9中所示，塞子53能够设置在通道52中，使得设置在第一壳体构件34中的通道52能够与设置在第二壳体构件36中的通道52基本密封。由此，循环穿过第一壳体构件36的通道52的冷却剂的至少一部分起自于联接到第一壳体构件34上的冷却剂入口 44。在一些实施例中，一个或多个塞子53能够设置在通道52中以生成所需的冷却剂流动路径以满足使用者的需求。在一些实施例中，冷却剂传输网50还包括第一环54和第二环56。在一些实施例中，壳体构件34、36中的每一个的端部区域38a、38b的每一个能够包括第一环54和第二环56。在一些实施例中，任一个端部区域38a、38b能够包括第一环54和/或第二环56中的一个、两个、或零个。更具体地，在一些实施例中，环54和56能够从端部区域38a、38b向内共轴地延伸。例如，在一些实施例中，壳体构件34、36能够形成为使得环54、56与端部区域38a、38b成一体。在其他实施例中，环54、56能够使用常规的联接技术(即，焊接、蒸焖、紧固件、粘合剂等)联接到端部区域38a、38b上。另外，在一些实施例中，端盖16、18和/或套筒构件14能够包括第一环54和/或第二环56中的一个、两个、或零个。在一些实施例中，如图2-图9中所不,第一环54和第二环56能够为大致同心的。在一些实施例中，第一环54能够包括大致较大的直径,而在其他实施例中，第二环56能够包括大致较大的直径(即，第一环54或第二环56能够设置在径向更向外的位置)。尽管在一些实施例中环54、56能够包括大致环形和/或半球形形状，但是环54、56能够包括其他形状，包括但不限于椭圆形的、正方形的、矩形的、规则或不规则多边形、或者它们的组合。仅作为示例，在一些实施例中，第一环54能够与定子组件26的至少一个轴向侧基本轴向相邻地设置。在一些实施例中，每个壳体构件34、36能够各包括至少一个第一环54，由此，第一环54能够与定子组件26的两个轴向侧基本轴向相邻地设置。另外，在一些实施例中，第二环56能够与转子组件24的至少一个轴向侧基本轴向相邻地设置。在一个实施例中，每个壳体构件34、36能够各包括至少一个第二环56，由此，第二环56能够与转子组件24的两个轴向侧基本轴向相邻地设置且设置为从定子组件26径向向内。在其他实施例中，环54、56的相对位置能够基本反转(即，第一环54能够与转子组件24基本轴向相邻地设置，而第二环56能够与定子端匝28基本轴向相邻地设置)。如图6-图9中所示，在一些实施例中，第一环54和/或第二环56能够与通道52流体连通。在一些实施例中，如图6-图9中所示，第一环54和/或第二环56能够从端部区域38a、38b径向向内延伸。在一些实施例中，环54、56能够从端部区域38a、38b延伸不同的距离(即，第一环54能够从通道52延伸比第二环56小的轴向距离，或者反之亦然)。另外，在一些实施例中，第一环54和/或第二环56能够包括多个环孔58。更具体地，在一些实施例中，环孔58能够穿过第一环54的一部分和/或第二环56的一部分设置，使得环54、56能够与机器腔体22流体连通。在一些实施例中，环孔58能够包括喷嘴、孔口(orifice)、或能够将冷却剂朝向模块10的一些元件导引、引导和/或推动的其他结构。
在一些实施例中，冷却剂能够从冷却剂入口 44循环穿过通道52，并且冷却剂的部分能够穿过环54、56且能够从环孔58中的至少一些朝向模块10元件中的一些流动。在一些实施例中，环孔58的至少一部分能够配置为将冷却剂沿大致径向方向、大致轴向方向、或它们的组合引导。仅作为示例，在一些实施例中，第一环54和第二环56的环孔58能够配置为将冷却剂沿大致径向向内的方向引导。由此，在一些实施例中，能够将冷却剂朝向转子组件24和定子组件26引导。另外，在一些实施例中，环孔58能够不同地配置。例如，在一些实施例中，第二环56的环孔58能够配置为将冷却剂沿大致径向向外的方向引导，而第一环54的环孔58能够配置为将冷却剂沿大致径向的方向引导。由此，在一些实施例中，从环54、56的环孔58中的至少一些离开的冷却剂的至少一部分能够被朝向定子组件26引导。环孔58能够包括其他构型，能够将冷却剂的方向沿其他方向引导以满足使用者的需求。在一些实施例中，容许将冷却剂轴向和径向地撞击定子组件26上能够有效地“淹没”定子组件26的部分(包括定子端匝28的部分)，从而增大与定子端匝28相接触的冷却剂的量，这能够增大定子组件26和电机20的冷却。另外，在一些实施例中，通过容许冷却剂的部分撞击转子组件24，冷却剂能够接收由转子组件24及其部件(即，磁体)所产生的热能的至少一部分，这能够进一步增强电机20的冷却。在一些实施例中，相对于仅仅包括冷却剂套的一些电机模块，冷却剂传输网50能够增强冷却。如图6-图9中所示，冷却剂传输网50和冷却剂套42能够彼此流体连通并且能够各经由冷却剂入口 44中的至少一些从流体源接收冷却剂(B卩，冷却剂传输网50不直接从冷却剂套42接收冷却剂，其中这种冷却剂由于已经从定子组件26接收热能而能够处于较高的温度)。由此，在被布置为与模块10的元件相接触之前，从通道52的部分和环54、56中穿过的冷却剂的温度能够位于较低的温度，由此能够至少部分地增大从模块10中移除的热能的量。在一些实施例中，冷却剂传输网50能够直接从冷却剂套42接收冷却剂的至少一部分。在一些实施例中，喷射到机器腔体22内的冷却剂的至少一部分由于重力而能够最终朝向位于电机模块10中的排放部(未不出)流动。位于排放部处的冷却剂能够循环回到流体源(例如，通过泵)、再冷却(在流体源或在另一位置)、并且再循环回到模块10。
应当由本领域的技术人员理解的是，尽管已经在上面结合具体的实施例和示例描述了本发明，但是本发明并非必然地如此限制，并且各种其他实施例、示例、使用、修改以及与该实施例、示例和使用的偏离旨在由所附权利要求包括。本文所引述的每个专利和公布的全部公开内容通过参引的方式并入本文，正如每个该专 利或公布通过参引的方式单独地并入本文一样。在下面的权利要求中阐释了本发明的各种特征和优点。
权利要求
1.一种电机模块,包括 模块壳体，所述模块壳体至少部分地限定机器腔体； 电机，所述电机设置在所述机器腔体中且至少部分地由所述模块壳体包封，所述电机包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子端匝，所述定子组件包围所述转子组件的至少一部分；并且 所述模块壳体包括冷却剂传输网，所述冷却剂传输网包括 与至少一个第一环和至少一个第二环流体连通的至少一个通道，其中，所述至少一个第一环与所述定子组件的轴向端部基本轴向相邻，而所述至少一个第二环与所述转子组件的轴向端部基本轴向相邻；以及 所述至少一个第一环和所述至少一个第二环中的每一个包括多个环孔，使得所述至少一个第一环和所述至少一个第二环与所述机器腔体流体连通。
2.如权利要求I所述的电机模块，还包括穿过所述模块壳体的一部分设置的冷却剂套，所述冷却剂套包围所述定子组件的至少一部分。
3.如权利要求2所述的电机模块,还包括穿过所述模块壳体的一部分设置的多个冷却剂套孔，使得所述冷却剂套与所述机器腔体流体连通。
4.如权利要求I所述的电机模块，其中，所述多个环孔中的至少一部分包括喷嘴和孔口中的至少一个。
5.如权利要求I所述的电机模块，其中，所述多个环孔配置为且布置为将冷却剂沿径向方向和轴向方向中的至少一个引导。
6.如权利要求I所述的电机模块，其中，所述模块壳体包括联接到两个端盖上的套筒构件，所述套筒构件和所述两个端盖各包括所述冷却剂传输网的至少一部分；并且 其中，所述两个端盖中的每一个包括至少一个第一环和至少一个第二环，所述套筒构件包括围绕所述定子组件的至少一部分的冷却剂套，而所述套筒构件的内壁包括多个冷却剂套孔，使得所述冷却剂套与所述机器腔体流体连通。
7.如权利要求I所述的电机模块，其中，所述模块壳体包括联接到一起的至少两个壳体构件，所述壳体构件中的每一个包括端部区域和环形区域，并且所述壳体构件中的每一个包括所述冷却剂传输网的一部分；并且 其中，所述壳体构件中的每一个的所述端部区域包括至少一个第一环和至少一个第二环，并且所述两个壳体构件联接到一起，使得冷却剂套基本形成在所述两个壳体构件的所述环形区域的至少一部分之间。
8.如权利要求I所述的电机模块，其中，所述模块壳体包括至少两个第一环和至少两个第二环。
9.如权利要求8所述的电机模块，其中，所述两个第一环与所述定子组件的两个轴向端部基本轴向相邻地设置，而所述两个第二环与所述转子组件的两个轴向端部基本轴向相邻地设置。
10.一种电机模块，包括 模块壳体，所述模块壳体包括联接到第二壳体构件上的第一壳体构件，机器腔体由所述第一壳体构件的部分和所述第二壳体构件的部分限定，并且所述第一壳体构件和所述第二壳体构件各包括环形区域和端部区域；至少一个冷却剂入口，所述至少一个冷却剂入口穿过所述模块壳体的一部分设置；以及 冷却剂传输网，所述冷却剂传输网设置在所述第一壳体构件和所述第二壳体构件中的每一个的部分内且与所述至少一个冷却剂入口流体连通，所述冷却剂传输网包括 至少一个通道，所述至少一个通道穿过所述第一壳体构件和所述第二壳体构件中的每一个的一部分设置且与所述至少一个冷却剂入口流体连通；以及 所述第一壳体构件的所述端部区域和所述第二壳体构件的所述端部区域包括从所述端部区域轴向向内延伸的至少一个第一环和至少一个第二环，所述第一壳体构件的所述至少一个第一环和所述至少一个第二环与所述第一壳体构件的至少一个通道流体连通，而所述第二壳体构件的所述至少一个第一环和所述至少一个第二环与所述第二壳体构件的所述至少一个通道流体连通。
11.如权利要求10所述的电机模块,其中，所述第一壳体构件的所述至少一个第一环和所述至少一个第二环中的每一个以及所述第二壳体构件的所述至少一个第一环和所述至少一个第二环中的每一个包括多个环孔。
12.如权利要求11所述的电机模块，其中，所述多个环孔的至少一部分包括喷嘴和孔口中的至少一个。
13.如权利要求11所述的电机模块，其中，所述多个环孔配置为且布置为将冷却剂沿径向方向和轴向方向中的至少一个引导。
14.如权利要求10所述的电机模块，还包括在所述第一壳体构件的所述环形区域的一部分与所述第二壳体构件的所述环形区域的一部分之间限定的冷却剂套。
15.如权利要求10所述的电机模块，还包括设置在所述机器腔体内且至少部分地由所述模块壳体包封的电机，所述电机包括定子组件和转子组件； 其中，所述第一壳体构件的所述至少一个第一环和所述第二壳体构件的所述至少一个第一环中的每一个与所述定子组件基本轴向相邻；并且 其中，所述第一壳体构件的所述至少一个第二环和所述第二壳体构件的所述至少一个第二环中的每一个与所述转子组件基本轴向相邻。
16.如权利要求10所述的电机，其中，所述第一壳体构件和所述第二壳体构件中的每一个包括至少一个冷却剂入口。
17.如权利要求16所述的电机模块，还包括设置在所述冷却剂传输网中的至少一个塞子，使得所述第一壳体构件的所述至少一个第一环和所述至少一个第二环与所述第二壳体构件的所述至少一个冷却剂入口基本密封。
18.如权利要求10所述的电机模块,其中，所述第一壳体构件的所述至少一个第一环和所述至少一个第二环以及所述第二壳体构件的所述至少一个第一环和所述至少一个第二环同心。
19.一种冷却电机模块的方法，所述方法包括 设置至少部分地限定机器腔体的模块壳体，所述模块壳体包括至少一个通道、至少一个第一环、和至少一个第二环，所述至少一个通道与所述至少一个第一环和所述至少一个第二环流体连通； 将电机基本设置在所述机器腔体内，使得所述电机至少部分地由所述模块壳体包封，所述电机包括定子组件和转子组件； 将所述至少一个第一环与所述定子组件基本轴向相邻地设置；以及 将所述至少一个第二环与所述转子组件基本轴向相邻地设置。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述至少一个第一环和所述至少一个第二环各包括多个环孔。
全文摘要
本发明的实施例提供了一种包括模块壳体的电机模块，所述模块壳体能够至少部分地限定机器腔体。在一些实施例中，电机能够包括定子组件和转子组件，并且能够设置在所述机器腔体中。在一些实施例中，所述模块壳体能够包括冷却剂传输网，所述冷却剂传输网能够包括与所述至少一个第一孔和所述至少一个第二孔流体连通的至少一个通道。在一些实施例中，所述第一环能够与所述定子组件的轴向端部基本轴向相邻，而所述第二环能够与所述转子组件的轴向端部基本轴向相邻。在一些实施例中，所述环能够包括多个环孔。
文档编号H02K9/19GK102918753SQ201180022185
公开日2013年2月6日 申请日期2011年5月4日 优先权日2010年5月4日
发明者B·D·钱伯林, J·雷米 申请人:瑞美技术有限责任公司