包括借助于传热流体和空气冷却的车辆驱动组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于电动车辆的驱动组件(10)，所述驱动组件(10)由电动马达(11)形成，所述电动马达(11)被安装成与车辆的车轮(15)接合，所述电动马达包括：转子(14)，所述转子(14)被安装成能够经由靠近车轮(15)的内轴承(12)和离车轮(15)一定距离处的外轴承(13)在定子(19)中旋转，和磁性组件，所述磁性组件适于使转子旋转。马达的转子(14)设置有热管(1)，所述热管(1)包括至少一个冷凝区域(3)和至少一个用于传热液体的蒸发区域(2)。热管的蒸发区域(2)在内轴承(12)的内部沿轴向延伸。
【专利说明】包括借助于传热流体和空气冷却的车辆驱动组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于电动车辆的驱动组件，所述组件由电动马达组成，所述电动马达安装成与车辆的车轮接合，从而当用电能为马达提供动力时驱动该车轮的旋转。
【背景技术】
[0002]电动马达目前是公知的并且它们的用途目前已经延伸至几乎所有活动范围，包括输送和特别是机动车领域。它们出色的效率和因此它们低水平的燃料消耗、它们低的噪声水平、它们的紧凑性等，使得它们在数量不断增加的应用中越来越受到关注。
[0003]然而，尽管对于某些性能方面已经取得显著进步，仍然存在某些明显的缺点。这特别是具有与马达的升温相关的问题的情况，特别是在需要延长操作和/或较高动力的应用中。此外，在大多数电动马达中，转子经受巨大的电磁感应受热。马达轴会达到极高的操作温度。通过与滚动轴承的点接触，一些热能通过传导从马达芯部排出至外壳外侧，也通过辐射排出。转子周围的物质越热，该热损失越小。这造成转子温度的自然升高。
[0004]在与例如图2中显示的相同的电动车辆驱动组件中，该高温对马达的永磁体(当电动车辆驱动组件具有永磁体时)的特征产生负面影响，也对某些机械零件(例如滚动轴承和密封件)的可靠性产生负面影响，所述机械零件位于在与马达所联接的车轮的界面区域中的马达输出侧。
[0005]专利申请W02004/107535提出一种特别是用于机动车辆的旋转电动机器，所述旋转电动机器具有冷却和将机器中产生的热排出至外侧的装置。冷却和排出装置包括至少一个设备，所述设备包括传热流体，所述传热流体能够通过第一状态变化从周围吸热，并且在另一状态变化中使热返回至周围；并且包括用于使该流体在产热区域和排热区域之间循环的路径。该概念可以用于机动车辆的交流发电机、起动机或交流发电起动机。此外，设施的目的特别在于排出由整流器设备(特别是二极管)产生的热。所述交流发电机也安装有风扇，所述风扇以产生冷却空气的循环这样的方式设置。
[0006]所述文献描述了安装特定用于交流发电机或交流发电起动机的热管的方式并且不能直接再应用于电动车辆驱动组件。
[0007]为了缓解这些各种缺点，本发明提供了各种技术手段。
【发明内容】
[0008]首先，本发明的第一个主题是提供车辆驱动组件，所述车辆驱动组件促进有效地排出在操作过程中产生的热能。
[0009]本发明的另一个目的是提供用于车辆的驱动组件，所述驱动组件在这样的条件下运行:延长在车轮和马达之间的界面处的密封件的寿命并且避免该密封件的可能的过早劣化。
[0010]为了实现该目的，本发明提供一种电动车辆驱动组件，所述电动车辆驱动组件由如下组成:电动马达，所述电动马达安装成与车辆的车轮接合，从而当用电能为所述马达提供动力时驱动该车轮的旋转，电动马达包括转子，所述转子被安装从而能够通过车轮附近的内部滚动轴承和离车轮一定距离处的外部滚动轴承的介入而在定子中旋转；电动马达还包括磁性组件，所述磁性组件设有安装在定子上的部分和安装在转子上的部分，并且被设计成驱动所述转子的旋转，马达的转子设有热管，所述热管包括至少一个用于冷凝的冷凝区域和至少一个用于蒸发传热液体的蒸发区域，热管的蒸发区域在内部滚动轴承的内部沿轴向延伸。
[0011]所述解决方案有利地提供一种驱动组件，所述驱动组件的马达包括一个或多个热管，所述热管从滚动轴承和密封件的区域(在车轮附近的蒸发区域)朝向设置在位于车轮的相对侧上的马达的输出部处的冷凝区域沿轴向延伸。热管用于从热区域中收集热能并且将热能传输至另一侧(冷却区域)。
[0012]该解决方案使得有可能不仅冷却马达的磁性部分，而且冷却邻近车轮的滚动轴承内部和密封件内部的轴的部分。
[0013]该解决方案还使得有可能通过使旋转组件与可靠且良好运行的换热装置联合从而改进从转子的最热区域中排出热能。
[0014]该解决方案是特别有利的用于马达转子(特别是例如在电动车辆驱动系统中所使用的高性能马达转子)的内部冷却的手段。
[0015]根据一个有利的实施方案，组件包括联接区域，所述联接区域设有适配器，并且热管延伸通过设置在马达和适配器之间的密封件。
[0016]根据另一个有利的实施方案，热管的轴线与转子的轴线同轴。
[0017]有利地，冷凝区域位于或多或少对应于马达的外部滚动轴承的区域中。
[0018]还有利地，热管为圆锥的，较宽部分位于与蒸发区域相同的一侧。
[0019]根据所述实施方案的另一个替代形式，热管包括设置在蒸发区域的范围内的传热液体的储液池。
[0020]根据又一个实施方案，热管的轴线相对于转子的旋转轴线形成角度(α )。
[0021]根据又一个实施方案，多个热管沿着马达的转子的外围在周向上分布。
[0022]本发明还提供用于上述驱动组件的电动马达，包括热管，所述热管的蒸发区域在马达的内部滚动轴承的内部沿轴向延伸。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]在如下描述中给出所有实施方案的细节，通过图1至8进行补充，图1至8仅以非限制性实施例的方式给出，其中:
[0024]-图1为热管的操作原理的示例图；
[0025]-图2为电动车辆驱动组件的横截面；
[0026]-图3为通过驱动组件的横截面的放大图，所述驱动组件包括根据第一个实施方案的热管；
[0027]-图4为通过驱动组件的横截面的放大图，所述驱动组件包括根据第二个实施方案的热管；
[0028]-图5为通过驱动组件的横截面的放大图，所述驱动组件包括根据第三个实施方案的热管；[0029]-图6为通过驱动组件的横截面的放大图，所述驱动组件包括根据第四个实施方案的热管；
[0030]-图7为圆锥形状的热管的纵向截面的示意图，所述热管包括传热流体的储液池；和
[0031]-图8为驱动组件的电动马达转子或驱动轴的纵向截面的示意图，包括多个围绕轴线外周分布的热管。
【具体实施方式】
[0032]如图1中示意性所示，热管I为密封空间，所述密封空间包括液体，所述液体与其气相平衡，通常不存在任何其它气体。该空间的内壁可以内衬有微孔结构，所述微孔结构允许液体通过毛细作用从空间的冷却区域(液体在所述冷却区域中凝结)返回至较热部分(液体在所述较热部分中蒸发)。该微孔结构允许液体抵抗重力的作用返回，但是在施加至流体的力促进流体返回至蒸发器的一些情况下，这不是必须的。因此通过显热至潜热的转化进行传热。
[0033]在不存在除了重力之外的任何力的情况下，液体通过毛细作用返回允许热管在几乎任何位置下使用。
[0034]热管是不太需要或不需要维护的可靠系统，轻质并且具有低机械惯性，并且为非能动的，其能够以小的温度差传输高水平的热通量并且其导热系数比铜棒的导热系数高数百倍。热管可以在所有位置(倾斜、水平)下操作并且可以装配至现有的马达。
[0035]根据热管待操作的温度选择热管的活性材料(蒸发和凝结的材料)。例如使用水、醚或醇。
[0036]热管优选为圆柱形形状，由具有良好导热系数的管子组成，如果可能的话由金属制成。铜(其为极好的导体)是所使用的材料之一。
[0037]热管也可以包括单个洞，所述单个洞可以为盲孔或打开的，具有传热液体，在排出空气之后该组件被密闭地密封。
[0038]下文描述了各种类型的热管布置，用于在电动马达中安装根据本发明的驱动组件。
[0039]图2显示了电动马达11的一般布置，所述电动马达11与车辆的车轮15连接从而形成车辆驱动组件10。所述组件优选包括联接区域，在该实施例中为适配器16，其中零件处于存在油的状态下。密封件20设在电动马达11和适配器16之间从而避免油朝向马达前进。如果温度超过一定的阈值，该密封件20经常为可能劣化的零件。
[0040]下文中陈述了各种解决方案，所述解决方案促进通常从马达中排出热，但是也促进从密封件20的范围中排出热。
[0041]如在图3中的马达的横截面中所示，在转子14中形成的钻孔5构成热管，所述钻孔5密闭地装有传热液体，所述传热液体根据所需的操作温度进行选择。
[0042]蒸发区域2设在待冷却的区域中，即在内部滚动轴承12和密封件20的下方，热能的排出在转子的入口处进行，在转子的入口处例如存在机器加工的或插入的散热片4从而促进冷却。
[0043]图4的通过马达的横截面显示了插入类型的热管6，所述热管6与马达14的轴线A-A同轴封装，蒸发区域2设置在待冷却的部分中，即在内部滚动轴承12和密封件20的内部，热能在转子的入口处排出，在转子的入口处例如存在机器加工的或插入的散热片4从而促进冷却。通过特别的高温接触化合物提供热管和马达之间的热连接。例如使用垫圈或止动环提供热管的横向定位。
[0044]如在图5的马达的横截面中所示，圆锥钻孔5构成热管，所述圆锥钻孔5被机器加工并且密闭地装有传热液体，所述传热液体根据所需的操作温度进行选择。蒸发区域2位于待冷却的部分的内部，热从转子的入口排出，所述入口被修改用于更好的冷却效率。
[0045]由于离心力的轴向分量，圆锥形状促进传热流体返回至蒸发区域并且因此改进了系统的效率。圆锥角(所述圆锥角考虑到马达的速度和驱动轴的直径)有利地在0.3度至2度之间。在该实施方案中，不需要使用接触化合物和位置保持系统。
[0046]图6显示了在钻孔5中形成的热管，所述钻孔5以限定的角度(α )(所述角度考虑到轴的机械强度)倾斜。限定在0.3度至2度之间的倾斜角(α )从而考虑到例如马达的速度、热管的直径和转子的直径的参数。
[0047]热管的蒸发区域2在转子14的内部，使得有可能在径向上在滚动轴承12和密封件20的内部维持可接受的温度。热能在转子14的入口处排出，在转子14的入口处结合有促进冷却的元件，例如机器加工的或插入的散热片4。
[0048]由热管的倾斜位置造成的离心力的轴向分量促进传热流体返回并且改进系统的效率。例如通过垫圈或止动环将热管保持在其壳体中。通过特别的高温接触化合物提供热管和轴之间的热连接。
[0049]图7示意性显示了钻孔类型的圆锥热管5在待冷却的马达的转子14的轴线处的安装。蒸发区域2包括在椎体的变宽区域的端部处形成的圆柱形形状的储液池7。轴的旋转和离心力从储液池靠着储液池的壁带走液体9。由于大量液体可用于蒸发，因此改进了系统的输出。
[0050]图8的安装图中所示的另一个实施方案包括多个钻孔类型的热管5，所述热管5设在马达的转子的外围。围绕轴分布的若干冷却源的存在促进了热能的排出。
[0051]上文给出的附图及其说明用于阐述本发明而不是限制本发明。特别地，本发明及其各种替代形式恰恰已经结合一个特定实施例进行描述，所述实施例包括驱动组件，其中马达在车轮的径向外部连接至车轮。
[0052]然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以延伸至其它实施方案，其中作为替代形式，马达在位于一些其它径向位置的连接点处或甚至是在车轮的中心处与车轮接合。
[0053]权利要求中的附图标记完全是非限制性的。动词“包含”和“包括”不排除除了权利要求中列出的那些之外的元件的存在。零件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个所述零件。
【权利要求】
1.电动车辆驱动组件(10)，所述电动车辆驱动组件(10)由如下组成:电动马达(11)，所述电动马达(11)安装成与车辆的车轮(15)接合，从而当用电能为所述马达提供动力时驱动该车轮的旋转，电动马达包括转子(14)，所述转子(14)安装成能够通过车轮(15)附近的内部滚动轴承(12)和离车轮(15) —定距离处的外部滚动轴承(13)的介入在定子(19)中旋转；和磁性组件，所述磁性组件设置有安装在定子上的部分和安装在转子上的部分，并且被设计成驱动所述转子的旋转，所述马达的转子(14)设置有热管(I)，所述热管(I)包括至少一个用于冷凝的冷凝区域(3)和至少一个用于蒸发传热液体的蒸发区域(2)，其特征在于，所述热管的蒸发区域(2)在内部滚动轴承(12)的内部沿轴向延伸。
2.根据权利要求1所述的驱动组件，包括联接区域，所述联接区域设置有适配器(16)并且其中热管(I)延伸通过设置在所述马达(11)和所述适配器(16)之间的密封件(20)。
3.根据权利要求1和2任一项所述的驱动组件，其中所述冷凝区域(3)位于或多或少对应于所述马达的外部滚动轴承(13)的区域中。
4.根据权利要求1至3任一项所述的驱动组件，其中所述热管为圆锥形，较宽部分位于与所述蒸发区域(2)相同的一侧。
5.根据权利要求1至3任一项所述的驱动组件，其中所述热管包括设置在蒸发区域的范围内的传热液体的储液池(7)。
6.根据权利要求1至5任一项所述的驱动组件，其中所述热管(I)的轴线与所述转子(14)的轴线同轴。
7.根据权利要求1至3任一项所述的驱动组件，其中所述热管的轴线(C-C)相对于所述转子的旋转轴线(A-A)形成角度(α)。
8.根据权利要求1至3任一项所述的驱动组件，其中多个热管(I)沿着所述转子(14)的外围在周向上分布。
9.用于根据权利要求1至8任一项所述的驱动组件(10)的电动马达(11)，包括热管(I)，所述热管⑴的蒸发区域⑵在马达的内部滚动轴承(12)的内部沿轴向延伸。
10.根据权利要求9所述的电动马达(11)，其中所述热管(I)延伸通过设置在所述马达(11)和所述驱动组件(10)的适配器(16)之间的密封件(20)。
【文档编号】B60L7/00GK103947090SQ201280057160
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年10月16日 优先权日:2011年11月22日
【发明者】D·瓦尔泽, B·弗拉尼耶 申请人:米其林集团总公司, 米其林研究和技术股份有限公司