用于电机的温度控制组件的制作方法

本文所公开的主题大体上涉及电机，并且更明确地说，涉及用于电机的温度控制的系统、设备和方法。

背景技术：

电机通常在车辆系统中使用以执行多种功能。使用电机的车辆系统的示例包括车辆推进系统和用于车辆的门、窗、环境控制系统和其它部件的致动系统。

温度控制技术通常用于调节电机或其零件的温度。各种冷却系统可以用于控制或降低温度和温度梯度，以防止过热，过热会降低性能并导致电机低于规格进行操作。冷却系统的示例包括空气冷却、水冷却和油冷却系统。

因此，需要提供一种改进的用于电机的冷却设备或系统。

技术实现要素：

在一个示例性实施例中，一种用于冷却电机的设备，包括设置在环绕电机的至少一部分的第一表面中的多个流体通道，所述电机包括由圆柱形的定子环绕的转子，所述转子和所述定子具有中心纵向轴线。电机具有第一端部和第二端部，所述第一端部围绕纵向轴线界定第一圆周，并且所述第二端部与所述第一端部相对并围绕纵向轴线界定第二圆周。所述多个流体通道中的每一者在第一表面中界定圆周路径，包括至少基本上平行于第一圆周和第二圆周延伸的第一通道部分，并且包括被构造为在第一表面的中心区与第一表面的端部区之间引导冷却流体的第二通道部分。所述设备还包括外部壳体，所述外部壳体被构造为环绕第一表面并在第一表面与外部壳体之间界定流体密封腔室，所述多个流体通道周向延伸穿过所述腔室，所述外部壳体具有至少一个入口和至少一个出口，冷却流体通过所述入口引入到所述腔室中，冷却流体从所述出口离开容积。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述至少一个入口包括靠近第一表面的第一端部区设置的第一入口和靠近第一表面的第二端部区设置的第二入口，并且所述至少一个出口靠近中心区设置。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述至少一个入口靠近中心区设置，并且所述至少一个出口包括靠近第一表面的第一端部区设置的第一出口，和靠近第一表面的第二端部区设置的第二出口。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述冷却流体是油，所述定子包括具有相对端部绕组的多个绕组和定子轭，并且所述第一出口和所述第二出口构造为端部绕组油滴出口。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述多个流体通道由在第一表面上建立圆周流体路径的多个肋状物形成。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述多个肋状物中的每一者包括至少基本上平行于第一圆周和第二圆周的直线部分，以及朝向中心区延伸的弯曲部分。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述设备还包括环绕定子，并设置在定子与外部壳体之间的内部壳体，所述内部壳体界定第一表面。

除了这里描述的一个或多个特征之外，外部壳体和内部壳体界定流体密封腔室，并且流体通道被限制在流体密封腔室内。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述定子包括多个绕组和定子轭，并且所述第一表面包括定子轭的外表面，所述多个流体通道形成在定子轭的外表面上。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述流体通道由组成定子轭的叠片形成。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述冷却流体是油基流体和水基流体中的至少一者。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述电机是同步电动机、同步发电机、感应电动机和/或感应发电机。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述电机构造为机动车辆的部件。

在另一个示例性实施例中，一种用于冷却电机的设备，包括设置在环绕电机的至少一部分的第一表面中的多个流体通道，所述电机包括由圆柱形的定子环绕的转子，所述转子和所述定子具有中心纵向轴线。电机具有第一端部和第二端部，所述第一端部围绕纵向轴线界定第一圆周，第二端部与第一端部相对并围绕纵向轴线界定第二圆周。所述多个流体通道中的每一者在第一表面中界定圆周路径，所述多个流体通道构造为在第一表面的中心区与第一表面的端部区之间引导冷却流体。所述设备还包括外部壳体，所述外部壳体构造为环绕第一表面并在第一表面与外部壳体之间界定流体密封腔室。所述多个流体通道周向延伸穿过所述腔室，所述外部壳体具有至少一个入口和至少一个出口，冷却流体通过所述入口引入到腔室中，冷却流体从所述出口离开腔室。所述至少一个入口包括靠近第一表面的第一端部区设置的第一入口，和靠近第一表面的第二端部区设置的第二入口；或者所述至少一个出口包括靠近第一端部区设置的第一出口，和靠近第二端部区设置的第二出口。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述至少一个入口或所述至少一个出口靠近中心区设置。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述多个流体通道中的每一者包括至少基本上平行于第一圆周和第二圆周延伸的第一通道部分，并且包括构造为在中心区与第一端部区或第二端部区之间引导冷却流体的第二通道部分。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述设备还包括环绕定子并设置在定子与外部壳体之间的内部壳体，所述内部壳体界定第一表面。外部壳体和内部壳体界定流体密封腔室，并且流体通道被限制在流体密封腔室内。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述定子包括多个绕组和定子轭，并且所述第一表面包括定子轭的外表面，所述多个流体通道形成在定子轭的外表面上。

在又一个示例性实施例中，一种用于冷却电机的设备，包括设置在环绕电机的至少一部分的第一表面中的多个流体通道，所述电机包括由圆柱形的定子环绕的转子，所述转子和所述定子具有中心纵向轴线。所述电机具有第一端部和第二端部，所述第一端部围绕纵向轴线界定第一圆周，所述第二端部与第一端部相对并围绕纵向轴线界定第二圆周。所述多个流体通道中的每一者在第一表面中界定圆周路径，所述多个流体通道中的一者或多者构造为在第一表面的中心区与第一表面的端部区之间引导冷却流体。所述设备还包括外部壳体，所述外部壳体被构造为环绕第一表面并在第一表面与外部壳体之间界定流体密封腔室。所述多个流体通道周向延伸穿过所述腔室，所述外部壳体具有至少一个入口和至少一个出口，冷却流体通过所述入口引入到腔室中，冷却流体从所述出口离开腔室。所述至少一个入口包括靠近第一表面的第一端部区设置的第一入口和靠近第一表面的第二端部区设置的第二入口，并且所述至少一个出口靠近中心区设置。

除了这里描述的一个或多个特征之外，所述多个流体通道中的每一者包括至少基本上平行于第一圆周和第二圆周延伸的第一通道部分，并且包括构造为在中心区与第一端部区或第二端部区之间引导冷却流体的第二通道部分。

结合附图，从以下详细描述中容易明白本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

其它特征、优点和细节仅作为示例出现在以下详细描述中，所述详细描述参考附图，其中：

图1是根据一个或多个实施例的电机和冷却组件的剖视图，所述冷却组件包括内部壳体与外部壳体之间的冷却通道；

图2是根据一个或多个实施例的图1的冷却组件的透视图；

图3描绘了根据一个或多个实施例的图1的内部壳体；

图4描绘了根据一个或多个实施例的界定电机冷却组件的冷却通道的肋状物的示例；

图5a至5c描绘了根据一个或多个实施例的电机冷却组件的入口和出口的示例；

图6描绘了根据一个或多个实施例的图1的内部壳体的示例；

图7描绘了根据一个或多个实施例的图1的内部壳体和外部壳体的示例；

图8描绘了根据一个或多个实施例的具有冷却通道的电机定子；

图9是描绘根据一个或多个实施例的冷却电机的方法的流程图；以及

图10示出了根据一个或多个实施例的通过图1的冷却组件的冷却流体的流动特性。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并且不希望限制本公开、其应用或用途。

根据一个或多个示例性实施例，提供了用于冷却电机的设备、系统和方法。冷却设备或组件的实施例包括形成在环绕电机的腔室内的多个冷却通道。在一个实施例中，冷却通道由环绕电机的定子的冷却表面上的脊状物或肋状物界定。腔室可以由附接到内表面并与内表面形成流体密封的外部圆柱形壳体界定。

在一个实施例中，冷却表面是内部壳体的表面，所述内部壳体具有固定设置在所述表面上的多个脊状物或肋状物。例如，脊状物或肋状物附接到表面或者是内部壳体的一体部件。在另一个实施例中，冷却表面是定子的表面，并且冷却通道由附接到定子轭的表面或与定子轭成一体的脊状物或肋状物(或其它特征)界定(例如，冷却通道由组成定子轭的叠片形成)。

在一个实施例中，冷却通道构造为沿着在腔室内周向延伸的流体路径，围绕电机循环冷却流体(例如，水或油)。冷却通道将冷却流体从腔室的中心区朝向腔室的端部区引导，或者将冷却流体从端部区朝向中心区引导。一个或多个入口和一个或多个出口定位在外部壳体上，以将冷却流体引入到腔室中并在冷却流体已经沿着流体路径循环之后收集冷却流体。例如，入口定位在中心区处，并且出口定位在端部区处。在另一个示例中，入口定位在端部区处，并且经由位于中心区处的出口收集冷却流体。

这里描述的实施例提供了许多优点和技术效果。冷却组件的实施例(包括冷却通道以及入口和出口的构造)确保电机的定子表面的有效冷却，以防止会导致性能降级的过热。此外，冷却通道的构造和形状的实施例防止死区的形成，该死区会抑制冷却流体将热量从定子移走的能力。其它优点包括改进的有效传热系数、较低的端部绕组温度、提高的绝缘耐久性和寿命以及改进的电动机效率。

图1至3示出了电机系统100的实施例，所述电机系统100包括附接到电机104的冷却组件102。在一个实施例中，电机104是永磁电机，诸如永磁同步电动机(pmsm)。pmsm广泛用于致动器和车辆推进系统。请注意，这里描述的实施例不限于永磁电机，并且可以与任何合适的电机(例如，电动机或发电机)一起使用。

电机104包括转子106和定子108，所述转子106中具有一个或多个永久磁体，所述定子108具有由定子轭112支撑的导电绕组110。绕组110延伸穿过轭112并且在定子108的每个相对端部处形成端部匝114和116(还称为端部绕组114和116)。供应给绕组110的电流生成旋转磁场，所述旋转磁场与永久磁体所生成的磁场相互作用，从而致使转子106围绕中心纵向轴线118旋转。轴线118也是圆柱形定子108的中心轴线。转子106可以连接到驱动轴120或其它机构以将旋转运动传送到所需装置或部件。

冷却组件102包括多个冷却通道130，所述冷却通道130跟随环绕电机104的至少一部分的表面131(还称为第一表面或冷却表面131)中的圆周路径。冷却通道130沿着围绕电机104的圆周流体路径引导冷却流体(诸如油或水)以吸收并载送来自电机104的热能。如下文进一步论述，冷却表面131可以由环绕定子108的全部或部分的单独部件界定。例如，所述表面可以是内部壳体132的外表面，所述内部壳体132沿着定子轭112以及端部绕组114和116的范围轴向延伸。

请注意，“轴向”方向或“轴向延伸”部件是指至少部分平行于纵向轴线118延伸的方向或部件。“圆周”方向或“圆周”是指正交于纵向轴线118并且在纵向轴线118处具有中心的圆周。

在一个实施例中，图1至3所示，冷却通道130由附接到内部壳体132或形成在内部壳体132上的特征界定。内部壳体132可以是圆柱形主体，其内径大于或等于定子108和/或定子轭112的直径。例如，内部壳体132的轮廓或形状被设置为允许其插入在定子轭112上方并相对于定子轭112固定设置。在一个实施例中，内部壳体132具有位于电机104的一个端部处的封盖部分134，以及紧固到支撑板138或电机104的其它支撑结构的凸缘部分136。内部壳体132可以以流体密封构造附接到支撑板138或其它结构，并且可以围绕定子108形成空气容积。

冷却组件102还可以包括护套或外部壳体140，其环绕冷却表面131并在它们之间界定流体密封腔室。在一个实施例中，外部壳体140附接到内部壳体132，使得在内部壳体132与外部壳体140之间形成环形腔室。

在另一个实施例(在下文中进一步详细论述)中，冷却表面131由定子轭112的表面界定，并且围绕定子轭112建立环形腔室。在这个实施例中，冷却通道130直接设置在定子轭112的表面上。

参考图3，在一个实施例中，冷却通道130构造为使得随着冷却流体周向流动，至少一些冷却通道在腔室的端部区152和154与腔室的中心区156之间引导冷却流体。如本文所述，“中心区”是沿着纵向轴线118位于电机104的端部之间的中心的腔室的圆周容积或区域。“端部区”是指沿着纵向轴线118位于电机104的端部处或附近的腔室的圆周容积或区域。

在一个实施例中，冷却表面131的特征(例如，在内部壳体132上或在定子的表面上)是内部壳体的外表面上的细长凸起特征。替代地或除了凸起特征之外，所述特征可以包括建立流体路径的凹槽或其它细长凹陷。

例如，如图3所示，所述特征包括脊状物或肋状物142，其是内部壳体132的外表面上的细长凸起特征。所有或一些肋状物142具有直线部分144，所述直线部分144周向地并且至少基本上平行于由电机104的端部界定的圆周延伸。所有或一些肋状物142还具有朝向或远离中心区156延伸的弯曲或螺旋部分146。肋状物142因此界定一个或多个流体路径148，其在平行于圆周的方向上以及在朝向或远离中心区156的方向上引导冷却流体。在端部区152和154处或附近的平行通道确保不存在冷却流体会被困在冷却组件102内的“死区”。

在一个实施例中，除了肋状物142之外，还可以在冷却表面131上包括额外肋状物或其它特征。在这个实施例中，肋状物142被称为主要肋状物142。例如，如图3所示，内部壳体132包括主要肋状物142和次要肋状物150，其作用是促进沿着流体路径148引导冷却流体，并且增加冷却表面131和/或内部壳体132的表面积。虽然次要肋状物150被示出为沿着流体路径148的直线部分设置，但是次要肋状物150可以位于其它部分(例如，流体路径148的弯曲部分)处。

在一个实施例中，肋状物142从冷却表面131朝向外部壳体140向外延伸。参考图4，肋状物142可以是细长矩形突起，其构造为在它们之间形成冷却通道130。肋状物142可以构造为使得脊状物的顶部接触或靠近外部壳体140的内表面。例如，如图4所示，肋状物142具有与肋状物142与外部壳体140的内表面之间的选定空隙或间隙相关联的高度。在一个示例中，空隙被选择为大约0.25毫米，但是可以选择任何合适的空隙值。

冷却通道130的宽度以及肋状物142的宽度和高度可以基于多种考虑因素来选择。此类考虑因素的示例包括机器尺寸、预期焦耳耗散和/或压降。

请注意，虽然描述了肋状物142和/或次要肋状物150从冷却表面131延伸的实施例，但是其不限于此。例如，肋状物142和/或次要肋状物150可以附接到外部壳体或与外部壳体成一体，并且从外部壳体140的内表面延伸。

再次参考图1至3，在一个实施例中，冷却组件102包括一个或多个入口160，其连接到冷却流体源，并且构造为将冷却流体引入到形成在冷却表面131与外部壳体140之间的腔室中。冷却组件103还包括一个或多个出口162，冷却流体在沿着流体路径148循环之后从所述出口离开腔室。冷却流体可以在封闭系统内循环，例如，水或其它流体连续再循环通过冷却组件。

在一个实施例中，一个或多个入口160和一个或多个出口162被定位成使得冷却流体在端部区152和154与中心区156之间行进。一个或多个入口160和一个或多个出口162可以与外部壳体140一体形成或者附接到外部壳体140。一个或多个入口160连接到流体源(诸如水源或油源)，并且构造为将冷却流体导入和导出形成在冷却表面131与外部壳体140之间的腔室。一个或多个入口160和/或一个或多个出口162可以包括或连接到促进流体循环的部件，诸如一个或多个阀。

在一个实施例中，外部壳体140包括位于端部区152和154处或附近的两个入口160。外部壳体140还包括位于中心区156处的一个出口162。

图5a至5c示出了一个或多个入口160和一个或多个出口162的各种构造的示例。在一个示例中，图5a所示，入口160位于端部区152和154处或附近(类似于图1至3的实施例)，并且出口162位于中心区156处。在另一个示例中，图5b所示，入口160位于中心区156处，并且两个出口162位于端部区152和154处或附近。

在又一个示例中，图5c所示，出口162位于端部区152和154附近并且靠近端部绕组114和116(例如，作为端部绕组油滴的收集器)。例如，冷却组件102构造用于油滴冷却，其中油通过中心入口160引入并且被允许通过冷却通道130前进到端部区152和154，在所述端部区152和154处油从出口162滴落并且经由油槽收集。

冷却组件102可以与其它冷却技术和系统组合。例如，冷却组件102可以与诸如端部绕组喷油(例如，通过转子喷嘴)或端部绕组灌封的其他冷却技术组合。

内部壳体和外部壳体可以由任何合适的材料(诸如导热金属或其它材料)制成。例如，图6和7示出了由铝制成的内部壳体132和外部壳体140的实施例。壳体可以以任何其它合适的方式铸造、加工或制造。

参考图8，在一个实施例中，冷却通道130直接形成在定子108的外表面上或附近。冷却通道130可以由附接到定子轭112的外表面或与定子轭112一体形成的肋状物142、次要肋状物150和/或其它凸起特征界定。例如，定子轭112包括形成在定子轭112的表面中的冷却通道130(例如，由定子轭112中的缺口或凹槽界定)。如图8所示，冷却通道由肋状物142界定。在一个实施例中，冷却通道130在制造定子轭112时通过组装不相同或不均匀的叠片来形成。

图9示出了用于操作电机并在操作期间冷却电机的方法200的实施例。方法200的各方面可以经由机械致动器手动执行且/或由计算机或处理器执行。虽然结合系统100来论述方法200，但是方法200不限于此。结合框201至204论述方法200。方法200不限于其中步骤的数目或次序，因为框201至204所表示的一些步骤可以按与下文所描述的次序不同的次序来执行，或者可以执行不到全部的步骤。

在框201处，作为电动机或发电机操作电机104。例如，电机104是车辆推进系统或致动器(例如，用于各种车辆系统和装置)的一部分。

在框202处，经由一个或多个入口160引入冷却流体。例如，通过流体管线将水泵入到位于腔室的中心区156处的入口160中。在这个示例中，腔室由冷却表面131(例如，内部壳体132的表面)和外部壳体140界定。

在框203处，沿着由肋状物142和次要肋状物150建立的流体路径148循环冷却流体。随着冷却流体周向前进，引导冷却流体远离腔室的中心区156并且去往腔室的端部区152和154。

在框204处，循环的冷却流体经由一个或多个出口162离开腔室。例如，冷却流体通过位于端部区152和154处的出口162离开。

图10示出了通过冷却组件102的流体流动的示例。在这个示例中，通过位于冷却组件102的端部区152和154处的入口160引入冷却流体164，如区域170所示。冷却流体164沿着各种流体路径148循环并且通过中心出口162离开，如区域172所示。

这个示例说明了如何从电机移除热量。随着流体循环，端部区处的热量升高了流体的温度。随着热能从端部区传送到中心区，积聚在中心区处，并且经由中心出口162从电机104移除，流体温度再次升高。这个示例还展示了冷却流体如何有效循环而不会在端部区处产生死区。

尽管已经参考示例性实施例描述了上述公开内容，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以做出各种改变并且可以用等同物来替代其元件。此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教示。因此，希望本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。