专利名称：从电机绕组端部匝除热的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电机，并且更特别地涉及电机中的绕组端部匝的液冷冷却。
背景技术：
电机典型地为风冷或液冷的。风冷电机典型地是使空气吹过定子芯和导线绕组。在这种结构中，电机可被称为非密封式或敞开式电机，从而空气可穿过定子芯和绕组。在封闭式或密封式电机中，空气典型地穿过电机外壳上的冷却散热片，以从电机中散出废热。在非密封式或密封式电机中，相比于液冷来说，风冷提供了较简单但效率较低的电机冷却方式。
液冷电机典型地在定子芯外径和外壳的内径之间设置有环形水套。水穿过水套并环绕所述定子芯循环，以移除定子芯和定子绕组中产生的热量。传统地，所述水套设置在离绕组端部匝相对较远的位置。可以意识到，绕组端部匝产生的热量传输通过绕组和定子芯以被所述水套吸收。从绕组端部匝穿过定子芯的部分到达液体水套的热路径，典型地包括具有低热导率的多种材料，其可减弱对于绕组端部匝的冷却。
发明内容
一种电机包括具有多个槽的定子。所述槽具有槽端部和形成于所述槽端部之间的槽道。多个导线绕组设置在所述槽中。多个绕组端部匝由导线绕组形成并邻近槽端部。电机还包括连接到绕组端部匝形成的外周的冷却管。所述冷却管可从所述电机吸收热量。
在本发明的其它特征中，所述冷却装置包括圆周地环绕所述绕组端部匝的多个冷却管。
在本发明的另一些特征中，冷却管的壁厚是冷却管的内径的约5％。
本发明可适用的其它范围将通过下文的详细说明而变得显而易见。应当理解，那些描述了本发明的各种实施例的详细说明和特定例子仅仅是用于描述的目的，而不是对本发明的范围进行限定。
本发明将通过详细说明、所附权利要求和附图而获得充分的理解，其中图1是根据本发明的各种实施例构造而成的电机的截面透视图，示出了定子叠片，定子绕组，绕组端部匝和多个冷却管；图2是图1中电机的主视图；图3是根据本发明的各种实施例构造而成的电机的示例性冷却系统的示意图；图4类似于图3，并且包括连接到根据本发明的各种实施例构造而成的冷却管上的输入冷却歧管和输出冷却歧管；图5类似于图3，并且包括与所述冷却系统结合的冷却水套；图6类似于图4，并且包括与所述冷却系统结合的所述冷却水套；图7是根据本发明的各种实施例构造的示例性车辆的示意图，并且包括每个都驱动相应的车轮的电机和连接到每个电机的绕组端部匝上的冷却管；和图8是根据本发明的各种实施例构造的示例性发动机的示意图，并且包括由该发动机驱动的交流发电机和连接到该交流发电机的绕组端部匝上的冷却管。
具体实施例方式
下文关于各种实施例的说明其实质上仅仅是示例性的，并且不应当认为是对本发明及其应用和用途的限制。
参照图1和图2，示出了示例性电机10的一部分。所述电机10包括一个壳体12。壳体12容纳定子芯14。定子芯14可包括多个定子叠片16和多个以本领域公知的形式形成于定子叠片16内的定子槽18。多个导电导线绕组20可缠绕在定子槽18中和穿过定子槽18。冷却水套22可设置在壳体12和定子芯14之间。
导线绕组20可设置在定子槽18中并且在一开口面24和一相对面26之间纵向来回移动，其中所述开口面和相对面可统称为端面28。随着导线绕组20从端面28引出，然后重新引导进入随后的定子槽18和/或被重新引导进入并穿过相同的定子槽18，形成了绕组端部匝30。可以意识到，绕组端部匝30可形成为环绕端面28的圆环，并且邻接着定子叠片16。此外，绕组端部匝可包括靠近所述定子芯的内周30a和靠近壳体12的外周30b。
定子芯14还包括转子接收开口32。可以意识到，任意合适的转子(图1和2中未示出)都可用于电机10中，例如但不限定于永磁体转子或鼠笼转子。绕组端部匝30可占据转子接收开口32和壳体12之间的开放空间34的一部分。可以意识到，在绕组端部匝30和壳体12之间仍留有额外的开放空间34。
定子叠片16在图1和图2中被描绘为环绕着定子芯14的实心圆环。然而，所述定子叠片16，例如可以是夹在一起的多个薄片，以形成多个定子叠片16。此外，在图1和图2中所描绘的导线绕组20和端部匝30为实心部分。然而，该导线绕组20和端部匝30可以是例如缠绕通过定子槽18的多个电导线。
冷却水套22可环形地设置在定子叠片16和壳体12之间。冷却水套22可容纳在整个冷却水套22中循环的冷却剂，以从电机10吸取热量。所述冷却剂可包括水、丙二醇、乙二醇、油和/或适当的制冷剂并且可用在冷却剂水套22中作为导热介质，以从定子芯14中吸取热量。可以意识到，也可采用机械冷却系统用于冷却所述电机10。
多个冷却管36可圆周地布置在端部匝30周围。可以意识到，所述冷却管36可在开口面24和相对面26两者处连接到绕组端部匝30。更特别地，多个冷却管36被圆周地设置在端部匝30周围。例如，如图4和6所示，可使用5个管，或者如图1所示使用7个管。虽然描绘了例子，但是可以使用任意数目的冷却管36，从而冷却管36的数目可根据电机型号和冷却能力需求而特定。在其它例子中，如图3和图5所示，可使用单个冷却管36并将其多次缠绕在端部匝30上。
例如，冷却管36可以是薄壁塑料管。冷却管的壁厚可具有大约0.012英寸(0.305mm)的尺寸。可以意识到，该管的壁厚可以是能够促进从端部匝30穿过冷却管36并进入冷却剂进行热量传递的任意适当的厚度。此外，管直径可以很小，以确保冷却管36可缠绕在端部匝30上而不会弯折。可以意识到，冷却管36的外表面36a可接触所述绕组端部匝30。管内径可以为例如0.25英寸(6.35毫米)。通过示例的方式，管壁的厚度可以为管直径的约5％。冷却管36可形成为例如与端部匝30互补的形状这可避免当缠绕冷却管36于端部匝30时的弯折，可避免当缠绕冷却管36于端部匝30的扭结。还可以意识到，冷却管36可具有不同的截面形状，例如，矩形，三角形和其它适当的多边形状。
冷却管36可由非金属材料制成，例如，塑料，橡胶或聚四氟乙烯(即，Teflon)。当冷却管36由Teflon制造时，冷却管36可通过化学或机械工艺刻蚀，以提高粘附力。所述刻蚀可包括从冷却管36上移除一部分材料以增加表面粗糙度并且可用碳取代氟原子。冷却管36还可由金属制成。具有高电阻的金属是优选的，例如，非磁性不锈钢或铜镍合金。由非金属材料(例如，Teflon)构造所述冷却管36为优选的以防止冷却管36和端部匝30周围的涡流损失。
粘接剂38(图1)可用于将冷却管36粘接到绕组端部匝30上。所述粘接剂38可以是例如导热粘接剂，以使被排斥到冷却管36中的热量最大化。所述粘接剂38可包括例如热添加剂。所述热添加剂可包括例如氧化铝，氮化铝，氮化硼，石墨和陶瓷。所述热添加剂例如可提高粘接剂38的热导率，从而可提高冷却系统的总体效率。适当的粘接剂包括但不限于可购自于日本东京Shin-Etso Chemical Co.，Ltd的产品X32-2133和KE-1867。其它适当的粘接剂包括Dow Corning Corp.的产品SF4451和来自新泽西Insulcast of Roseland的RTVS 3-95-1。
冷却管36可连接到绕组端部匝30上并且设置在绕组端部匝30和壳体12之间的开放空间34中。可以意识到，不需要额外的空间将冷却管36安装在绕组端部匝30上，否则在传统的电机中可设置额外空间。此外，冷却管36可用于额外地从空间34吸取热量，以进一步改善电机10的冷却。还可以意识到，冷却管36(例如，内周36a和/或外周36b)的放置可根据特定电机型号所特有的电机尺寸和几何形状和额外的冷却方案(例如，转子风扇)来确定。
参照图3，示出了电机冷却系统的示意图。所述冷却系统可包括可连接到冷却器102上的电机100。转子104可布置在定子芯106中。所述定子芯106可包括定子叠片108和从定子叠片108开始延伸并形成绕组端部匝110的定子绕组。冷却管112可连接到绕组端部匝110上。
在该实施例中，冷却器输出线路114将冷却器102连接到电机100的相对面118上的冷却管112。冷却剂流过冷却管112并从桥接冷却管120排出并进入开口面122上的冷却管。冷却剂流经开口面122上的冷却管112并通过冷却器输入线路116排出至冷却器102单元。相对面118上的冷却管112是与开口面122上的单个冷却管串联的单个管。通过举例的方式，冷却剂可由冷却器102开始循环通过多圈缠绕在相对面118处的绕组端部匝110上的单冷却管112。冷却剂接着可循环通过多圈缠绕于开口面122处的绕组端部匝110上的单冷却管112，并返回冷却器102。可以意识到，在图3所绘的结构中，冷却管被连接为串联结构。
参照图4，示出了冷却系统的另一个实施例，其包括冷却剂输出歧管124和冷却剂输入歧管126。输出和输入仅仅用于定义来自冷却器102的输出和进入冷却器102的输入。输出歧管连接128将冷却剂输出歧管124连接到冷却器102。多个歧管输出线路130将冷却剂输出歧管124连接到端面118和122上的冷却管112。可以意识到，可在绕组端部匝110上设置多个冷却管112，使得每个冷却管112分别连接到相应的歧管输出线路130。多个歧管输入线路132将端面118和122处的冷却管112连接到冷却剂输入歧管126。输入歧管连接134将冷却剂输入歧管126连接到冷却器102。相对比图3中所绘的串联结构，在图4中，冷却剂通过并联配置中的每个冷却管112而进行循环。
参照图5，示出了类似于图3的冷却系统的另一个实施例。该冷却系统包括电机100上的环形冷却水套136。在该实施例中，冷却器输出线路114从冷却器102向冷却管112输送冷却剂，所述冷却管112连接到相对面118处的端部匝110。管-套输出线路138将相对面118上的冷却管112连接到冷却水套136上。冷却剂流过冷却水套136并通过套-管输入线路140流出，所述套-管输入线路将冷却水套136连接到开口面122上的冷却管112。冷却器输入线路116将开口面122处的冷却管112连接到冷却器102。可以意识到，多圈缠绕在相对面118处的绕组端部匝30上的单管可布置为与冷却水套136以及开口面122处类似地构造的冷却管112串联。
参照图6，示出了冷却系统的另一个实施例，其类似于图4但不包括环形冷却水套136。在该实施例中，输出歧管连接128将冷却器102连接到冷却剂输出歧管124。多个歧管输出线路130将冷却剂输出歧管124连接到位于两个端面118和122上的多个冷却管112。歧管输出线路130的其中一个还将冷却剂输出歧管124连接到冷却水套136。可以意识到，类似于图4中描绘的系统，冷却剂流过并联结构的冷却管112和冷却水套136。多个歧管输入线路132将两个端面118和122处的冷却管112连接到冷却剂输入歧管126。歧管输入线路132的其中一个将冷却水套136连接到冷却剂输入歧管126。输入歧管连接134将冷却剂输入歧管126连接到冷却器102。可以意识到，两个端面118和122处的多个冷却管112与冷却水套136一起以并联的形式被冷却。
参照图7，与示例性车辆200一起示出了冷却系统的另一个实施例。在该实施例中，车辆200包括控制模块202和连接到水泵206的散热器204，所述水泵206驱动冷却剂在车辆200中循环。一对电机100中的每一个驱动相应的车轮208。虽然所描绘的示例性车辆200具有一对驱动轮208和一对非驱动轮210，但也可将两个额外的示例电机106连接到所述一对非驱动轮210上。
以类似于如图4和6中所示的冷却器102的方式，水泵206和散热器204将冷却剂循环进入冷却剂输出歧管124并将其从冷却剂输入歧管126中排出。冷却剂输出线路212将水泵206连接到每个冷却剂输出歧管124。歧管输出线路130将冷却剂输出歧管124连接到每个端面118，122处的冷却管112和冷却水套136。歧管输入线路132将冷却管112和冷却水套136连接到冷却剂输入歧管126。冷却剂输入线路214将每个冷却剂输入歧管126连接到散热器204。可以意识到，控制模块202可与水泵206通信，以调节冷却剂在车辆200中的分布。此外，控制模块202可与每个电机100通信，以调节例如电机的输出，从而可调节车辆200的速度。
参照图8，与示例性车辆300一起示出了冷却系统的另一个实施例。在实施例中，车辆300包括具有曲轴304和曲轴皮带轮306的内燃机302。散热器30g连接到将冷却剂在车辆300中循环的水泵310。例如，示例性的交流发电机312包括如图6所绘的示例性电机100的部件。交流发电机312例如可以本领域公知的方式向车辆300提供电力。交流发电机312可包括交流发电机轴314和交流发电机皮带轮316。所述交流发电机皮带轮316通过皮带或链(未示出，但在本领域是公知的)连接到曲轴皮带轮306。可以意识到，发动机302转动曲轴皮带轮306，曲轴皮带轮306依次转动交流发电机皮带轮316。交流发电机皮带轮316的转动可使交流发电机312产生电能，以便以本领域公知的方式用于车辆300。
以类似于图4和6中所示的冷却器102的方式，水泵310和散热器308将冷却剂循环进入冷却剂输出歧管124，并以使之从冷却剂输入歧管126排出。例如，冷却剂输出线路318将水泵310连接到发动机302和冷却剂输出歧管124。歧管输出线路130将输出歧管124连接到每个端面118，122处的冷却管112和冷却水套136。歧管输入线路132将冷却管112和冷却水套136连接到输入歧管126上。冷却剂输入线路320将散热器308连接到发动机302和冷却剂输入歧管126。
控制模块322例如可与水泵310通信，以调节冷却剂在车辆300中的分布。控制模块322还可调节电池324的充电。可以意识到，例如交流发电机312的冷却允许电力的产生增加，从而可向许多车用配件326供电，例如但不限于天窗，多媒体娱乐系统，额外的照明，额外的加热，额外的冷却，按摩座椅和/或制冷。
本领域的技术人员可根据前述说明而意识到，本发明的概括性的教导可通过多种形式实施。因此，尽管本发明是结合其特定例子加以描述的，但本发明的真实范围不应当如此限定，这是因为通过对于附图，说明书和下述权利要求的研究，其它修改对于专业人员来说是显而易见的。
权利要求
1.一种电机，包括具有多个槽的定子，所述槽具有槽端部和在所述槽端部之间形成的槽道；布置在所述槽中的多个导线绕组；由邻近所述槽端部的所述导线绕组形成的多个绕组端部匝；和连接到由所述绕组端部匝形成的外周的冷却管，所述冷却管可用于从电机中吸收热量。
2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述冷却管多圈地围绕所述绕组端部匝。
3.根据权利要求1所述的电机，还包括每个都围绕所述绕组端部匝的多个冷却管。
4.根据权利要求1所述的电机，其中，所述冷却管被预形成为与所述绕组端部匝的外周在周向上近似的形状。
5.根据权利要求1所述的电机，还包括容纳于所述冷却管中的冷却流体。
6.根据权利要求5所述的电机，还包括连接到所述冷却管上的除热系统，其可从所述冷却流体中移除热量。
7.根据权利要求3所述的电机，还包括流体地连接到并联结构的所述多个冷却管的除热系统。
8.根据权利要求3所述的电机，还包括流体地连接到串联结构的所述多个冷却管的除热系统。
9.根据权利要求1所述的电机，其中，所述冷却管包括具有内表面和外表面的壁，所述内表面和外表面之间的距离定义了壁厚，所述壁厚小于所述内径。
10.根据权利要求9所述的电机，其中，所述壁厚约为0.012英寸(约0.305毫米)。
11.根据权利要求9所述的电机，其中，所述内径约为0.25英寸(约6.35毫米)。
12.根据权利要求9所述的电机，其中，所述冷却管的壁厚约为所述冷却管的内径的5％。
13.根据权利要求9所述的电机，其中，所述冷却管的外表面至少部分地连接到所述多个绕组端部匝。
14.根据权利要求1所述的电机，还包括粘接剂，其用于将所述冷却管粘接到所述多个绕组端部匝上。
15.根据权利要求14所述的电机，其中，所述粘接剂是导热的。
16.根据权利要求14所述的电机，其中，所述粘接剂包括提高所述粘接剂的导热率的添加剂。
17.根据权利要求16所述的电机，其中，所述添加剂包括氧化铝、氮化铝、氮化硼、陶瓷和它们的组合中的一种。
18.根据权利要求1所述的电机，其中，所述冷却管由非金属制成。
19.根据权利要求18所述的电机，其中，所述冷却管由聚四氟乙烯制成。
20.根据权利要求18所述的电机，其中，所述冷却管被刻蚀，以提高其粘附力。
21.根据权利要求1所述的电机，其中，所述冷却管由塑料、橡胶和它们的组合中的一种制成。
22.根据权利要求1所述的电机，其中，所述冷却管由金属制成，所述金属具有比所述导线绕组更高的电阻。
23.根据权利要求22所述的电机，其中，所述冷却管由非磁性不锈钢、铜镍合金和它们的组合中的一种制成。
24.一种装置，包括具有多个导线绕组的电机；由所述导线绕组形成的绕组端部匝；连接到所述绕组端部匝的多个冷却管，其中，每个管的外表面至少部分地连接到所述绕组端部匝，所述多个冷却管可用于从所述电机中吸收热量。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，每个所述冷却管被预形成为具有与所述绕组端部匝的外周在周向上近似的形状。
26.根据权利要求24所述的装置，其中，所述多个冷却管由聚四氟乙烯制成。
27.一种用于液体冷却电机中的绕组端部匝的方法，该方法包括形成多个冷却管，所述冷却管的形状与绕组端部匝的外周近似；和将所述多个冷却管连接到由所述绕组端部匝形成的所述外周。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括将所述多个冷却管连接到除热系统。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括在所述冷却管中循环冷却剂。
30.根据权利要求27所述的方法，其中，将所述多个冷却管连接到所述除热系统的步骤包括，将所述多个冷却管以并联配置连接到所述除热系统。
31.根据权利要求27所述的方法，其中，将所述多个冷却管连接到所述除热系统的步骤包括，将所述多个冷却管以串联配置连接到所述除热系统。
全文摘要
一种电机，包括具有多个槽的定子。所述槽具有槽端部和在所述槽端部之间形成的槽道。多个导线绕组布置在所述槽中。多个绕组端部匝由邻近所述槽端的所述导线绕组形成。该电机还包括连接到由所述绕组端部匝形成的外周的冷却管。所述冷却管可用于从电机中吸收热量。所述冷却管可比传统的电机水套和/或冷却风扇更有效地冷却所述绕组端部匝。
文档编号H02K3/04GK101043169SQ20071010160
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月14日 优先权日2006年3月14日
发明者T·G·沃德 申请人:通用汽车环球科技运作公司