用于电机的冷却系统的制作方法

本公开涉及混合动力/电动车辆和被配置为推进混合动力/电动车辆的电机。

背景技术：

混合动力/电动车辆可包括被配置为推进车辆的电机。

技术实现要素：

一种车辆包括电机和冷却剂管。所述电机被配置为推进所述车辆。所述电机具有定子，所述定子包括以径向配置布置的绕组阵列。所述冷却剂管形成沿着所述定子的轴向端来引送并邻近于所述阵列的回路。所述冷却剂管限定被配置为接收冷却剂的入口孔和被配置为将所述冷却剂引导到所述绕组上的多个出口孔。

一种电机定子包括芯、绕组阵列和环形冷却剂管。所述芯限定内腔。所述绕组阵列以径向配置设置在所述腔内。所述冷却剂管沿着所述芯的轴向端设置并邻近于所述阵列。所述冷却剂管限定被配置为接收冷却剂的入口孔和被配置为将所述冷却剂引导到所述绕组上的多个出口孔。

一种用于电机的冷却系统包括冷却剂管。所述冷却剂管沿着电机定子的轴向端来引送并形成邻近于径向配置的定子绕组的阵列的回路。所述管限定被配置为接收冷却剂的入口孔和被配置为将所述冷却剂引导到所述绕组上的多个出口孔。

附图说明

图1是混合动力电动车辆的示例性动力传动系统的示意图；

图2是电机的定子的等距视图；以及

图3是定子的局部视图。

具体实施方式

本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为用于教导所属领域技术人员以各种方式采用实施例的代表性基础。如所属领域一般技术人员将理解，参考任何一个附图示出并描述的各个特征可以结合一个或多个其他附图中示出的特征以产生未明确示出或描述的实施例。所示出特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改对于特定应用或实现方式可能是期望的。

参考图1，示出了根据本公开的实施例的混合动力电动车辆(hev)10的示意图。图1说明了部件之间的代表性关系。车辆内的部件的实体布局和定向可以变化。hev10包括动力传动系统12。动力传动系统12包括驱动变速器16的发动机14。如下面将进一步详细描述的，变速器16包括诸如电动马达/发电机(m/g)18的电机、相关联的牵引电池20、变矩器22和多级传动比自动变速器、或齿轮箱24。

发动机14和m/g18都是hev10的驱动源。发动机14通常表示动力源，其可包括诸如汽油、柴油或天然气动力发动机的内燃发动机或燃料电池。当发动机14与m/g18之间的分离离合器26至少部分地接合时，发动机14产生发动机动力和对应的发动机扭矩，所述发动机扭矩被提供给m/g18。m/g18可由多种类型的电机中的任何一种实现。例如，m/g18可以是永磁同步马达。电力电子器件根据m/g18的要求调理由电池20提供的直流(dc)功率，如下所述。例如，电力电子器件可向m/g18提供三相交流电(ac)。

当分离离合器26至少部分地接合时，功率可从发动机14向m/g18流动或从m/g18向发动机14流动。例如，分离离合器26可被接合并且m/g18可作为发电机操作，以将由曲轴28和m/g轴30提供的旋转能量转化成待存储在电池20中的电能。分离离合器26也可脱开以将发动机14与动力传动系统12的其余部分隔离，使得m/g18可充当hev10的唯一驱动源。轴30延伸穿过m/g18。m/g18连续地可驱动地连接到轴30，而发动机14仅在分离离合器26至少部分地接合时可驱动地连接到轴30。

m/g18经由轴30连接到变矩器22。因此，当分离离合器26至少部分地接合时，变矩器22连接到发动机14。变矩器22包括固定到m/g轴30的泵轮和固定到变速器输入轴32的涡轮。变矩器22因此在轴30与变速器输入轴32之间提供液压联接。当泵轮比涡轮旋转得快时，变矩器22将功率从泵轮传输到涡轮。涡轮扭矩和泵轮扭矩的大小通常取决于相对转速。当泵轮转速与涡轮转速的比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的多倍。还可提供变矩器旁通离合器(也称为变矩器锁止离合器)34，其在接合时摩擦地或机械地联接变矩器22的泵轮和涡轮，允许更有效的功率传输。变矩器旁通离合器34可作为起步离合器操作以提供平稳的车辆起步。另选地或组合地，对于不包括变矩器22或变矩器旁通离合器34的应用，可在m/g18和齿轮箱24之间提供类似于分离离合器26的起步离合器。在一些应用中，分离离合器26通常被称为上游离合器，并且起步离合器34(其可以是变矩器旁通离合器)通常被称为下游离合器。

齿轮箱24可包括齿轮组(未示出)，这些齿轮组通过诸如离合器和制动器(未示出)的摩擦元件的选择性接合而选择性地以不同的齿轮比放置，以建立期望的多个离散或分级传动比。摩擦元件可通过换挡规律来控制，该换挡规律连接和断开齿轮组的某些元件以控制变速器输出轴36与变速器输入轴32之间的传动比。基于各种车辆和环境工况，齿轮箱24通过诸如动力传动系统控制单元(pcu)的相关联的控制器自动从一个传动比换挡到另一个传动比。来自发动机14和m/g18的功率和扭矩都可被递送到齿轮箱24并由齿轮箱接收。然后，齿轮箱24将动力传动系统输出功率和扭矩提供给输出轴36。

应当理解，与变矩器22一起使用的液压控制齿轮箱24仅是齿轮箱或变速器装置的一个示例；任何接受来自发动机和/或马达的一个或多个输入扭矩、然后以不同的传动比向输出轴提供扭矩的多传动比齿轮箱，都可用于本公开的实施例。例如，齿轮箱24可通过自动机械(或手动)变速器(amt)实现，该自动机械变速器包括一个或多个伺服马达以沿换挡导轨平移/旋转换挡拨叉以便选择期望的齿轮比。如本领域普通技术人员通常所理解的，amt可以用于例如具有更高扭矩要求的应用中。

如图1的代表性实施例所示，输出轴36连接到差速器40。差速器40经由连接到差速器40的相应车桥44驱动一对车轮42。差速器向每个车轮42传输大致相等的扭矩，但是诸如当车辆转弯时允许细微的速度差异。可以使用不同类型的差速器或类似装置将扭矩从动力传动系统分配到一个或多个车轮。在一些应用中，扭矩分配可以根据例如特定的操作模式或状况而变化。

动力传动系统12还包括诸如动力传动系统控制单元(pcu)的相关联的控制器50。虽然示出为一个控制器，但是控制器50可以是较大控制系统的一部分，并且可以由整个车辆10中的各种其他控制器控制，诸如车辆系统控制器(vsc)。因此应当理解，动力传动系统控制单元50和一个或多个其他控制器可统称为“控制器”，其响应于来自各种传感器的信号控制各种致动器，以控制诸如起动/停止发动机14、操作m/g18的功能，以便提供车轮扭矩或为电池20充电、选择或安排变速器换挡等。控制器50可包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理单元(cpu)。计算机可读存储装置或介质可以包括例如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和保活存储器(kam)中的易失性存储器和非易失性存储器。kam是可用于在cpu断电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可以使用许多已知存储器装置中的任何一种来实施，诸如prom(可编程只读存储器)、eprom(电prom)、eeprom(电可擦除prom)、快闪存储器或能够存储数据的任何其他电、磁性、光学或组合存储器装置，其中一些代表由控制器用于控制发动机或车辆的可执行指令。

控制器经由输入/输出(i/o)接口(包括输入和输出信道)而与各种发动机/车辆传感器和致动器进行通信，所述接口可以实施为提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等等的单个集成接口。替代地，可以使用一个或多个专用硬件或固件芯片以在将特定信号供应到cpu之前调节和处理所述特定信号。通常如图1的代表性实施例所示的，控制器50可向发动机14、分离离合器26、m/g18、电池20、起步离合器34、变速器齿轮箱24和电子电子器件56传送信号和/或从其传送信号。尽管没有明确说明，但是本领域普通技术人员将认识到各种可由上面标识的子系统的每一个中的控制器50控制的功能或部件。可使用由控制器执行的控制逻辑和/或算法直接或间接致动的参数、系统和/或部件的代表性示例包括燃料喷射正时、速率和持续时间、节流阀位置、火花塞点火正时(用于火花点火发动机)、进气门/排气门正时和持续时间、前端附件驱动(fead)部件(诸如交流发电机)、空调压缩机、电池充电或放电(包括确定最大充放电功率极限)、再生制动、m/g操作、分离离合器26、起步离合器34和变速器齿轮箱24的离合器压力等。通过i/o接口传送输入的传感器可用于例如指示涡轮增压器增压压力、曲轴位置(pip)、发动机转速(rpm)、车轮转速(ws1、ws2)、车速(vss)、冷却剂温度(ect)、进气歧管压力(map)、加速踏板位置(pps)、点火开关位置(ign)、节流阀位置(tp)、空气温度(tmp)、排气氧(ego)或其他排气成分浓度或存在、进气流量(maf)、变速器挡位、传动比或模式、变速器油温(tot)、变速器涡轮速度(ts)、变矩器旁通离合器34状态(tcc)、减速或换挡模式(mde)、电池温度、电压、电流或荷电状态(soc)。

由控制器50执行的控制逻辑或功能可由一个或多个附图中的流程图或类似图表示。这些图提供了代表性的控制策略和/或逻辑，该控制策略和/或逻辑可使用一个或多个处理策略来实现，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所示的各种步骤或功能可按所示顺序执行、并行执行，或者在某些情况下省略。尽管没有总是明确说明，但是本领域普通技术人员将认识到，可以根据所使用的特定处理策略重复执行所示步骤或功能中的一个或多个。类似地，处理次序不一定是实现本文所述的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。控制逻辑可主要在由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(例如控制器50)执行的软件中实现。当然，控制逻辑可在一个或多个控制器中的软件、硬件或软件和硬件的组合中实施，这取决于特定应用。当在软件中实施时，控制逻辑可被提供在存储有数据的一个或多个计算机可读存储装置或介质中，所述数据表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或指令。计算机可读存储装置或介质可以包括多个已知物理装置中的一个或多个，所述物理装置利用电、磁性和/或光学存储装置来保存可执行指令和相关校准信息、操作变量等。

车辆驾驶员使用加速踏板52来提供需求扭矩、功率或驱动命令以推进车辆。通常，踩下和释放加速踏板52产生加速踏板位置信号，该信号可由控制器50分别解释为对增加功率或减小功率的需求。车辆驾驶员还使用制动踏板58来提供需求制动扭矩以减慢车辆。通常，踩下和释放制动踏板58产生制动踏板位置信号，该信号可由控制器50解释为对降低车速的需求。基于来自加速器踏板52和制动踏板58的输入，控制器50命令扭矩进入发动机14、m/g18和摩擦制动器60。控制器50还控制齿轮箱24内的换挡正时，以及分离离合器26和变矩器旁通离合器34的接合或脱离。与分离离合器26一样，变矩器旁通离合器34可以在接合位置与脱离位置之间的范围内调节。除了由泵轮和涡轮之间的液力联接产生的可变滑差之外，这也在变矩器22中产生可变滑差。替代地，依据特定应用，变矩器旁通离合器34可以在不使用调节后的操作模式的情况下被操作为锁定或打开。

为了用发动机14驱动车辆，分离离合器26至少部分地接合以将发动机扭矩的至少一部分通过分离离合器26传递到m/g18，然后从m/g18传递通过变矩器22和齿轮箱24。m/g18可以通过提供附加的功率使轴30转动来辅助发动机14。该操作模式可以被称为“混合动力模式”或“电动辅助模式”。

为了以m/g18作为唯一功率源来驱动车辆，除了分离离合器26将发动机14与动力传动系统12的其余部分相互隔离之外，功率流保持相同。在此期间，发动机14中的燃烧可被禁用或以其他方式关闭以便节省燃料。牵引电池20通过布线54将存储的电能传输到可包括例如逆变器的电力电子器件56。电力电子器件56将来自电池20的dc电压转换为将由m/g18使用的ac电压。控制器50命令电力电子器件56将来自电池20的电压转换为提供给m/g18的ac电压以向轴30提供正扭矩或负扭矩。该操作模式可以被称为“纯电动”或“ev”操作模式。

在任何一种操作模式中，m/g18都可充当马达并为动力传动系统12提供驱动力。替代地，m/g18可以充当发电机并将来自动力传动系统12的动能转换成电能以存储在电池20中。例如，当发动机14为车辆10提供推进功率时，m/g18可充当发电机。m/g18可另外在再生制动期间充当发电机，在再生制动中，来自旋转车轮42的扭矩和旋转(或运动)能量或功率向回传递通过齿轮箱24、变矩器22(和/或变矩器旁通离合器34)，并被转换成电能存储在电池20中。

应该理解的是，图1中所示的示意图仅仅是示例性的，而不旨在是限制性的。可设想其他配置，其利用发动机和马达的选择性接合以通过变速器传输。例如，m/g18可以偏离曲轴28，可提供附加马达来起动发动机14，和/或m/g18可以设置在变矩器22与齿轮箱24之间。在不脱离本公开的范围的情况下，可设想其他配置。

应理解，本文描述的车辆配置仅是示例性的并且不意图进行限制。其他电动或混合动力电动车辆配置应被解释为如本文所公开的。其他电动或混合动力车辆配置可以包括但不限于串联混合动力车辆、并联混合动力车辆、串联并联混合动力车辆、插电式混合动力电动车辆(phev)、燃料电池混合动力车辆、电池电动车辆(bev)或本领域普通技术人员已知的任何其他电动或混合动力车辆配置。

参考图2，示出了电机的定子62。更具体地，定子62可为上述m/g18的定子。为了说明的目的，已经移除了电机的转子，所述转子通常设置在由定子62限定的内腔64内并且被配置为在内腔64内围绕旋转轴线66旋转。定子62包括芯68和线圈绕组70阵列，所述线圈绕组相对于旋转轴线66以径向配置布置。更具体地，芯68限定内腔64，并且线圈绕组70阵列设置在内腔64内。线圈绕组70阵列固定到芯68并从芯68以径向配置向内伸入腔64中。

定子62可包括围绕旋转轴线66径向延伸的外周表面72。更具体地，外周表面72可为芯68的外表面。定子62还可包括前轴向端74和后轴向端76。更具体地，前轴向端74和后轴向端76可包括沿着旋转轴线66分别限定定子62的前端和后端的芯68和/或线圈绕组70的任何表面或特征。

背板78可固定到定子62的前轴向端74或后轴向端76。在示出的实施例中，背板78固定到定子62的前轴向端74。被配置为将线圈绕组70电连接到电源(例如，电池20，经由电力电子器件56)的终端线80可固定到背板78。更具体地，沿着终端线80的端部设置的电触头82被配置为将线圈绕组70电连接到电源。背板78可由诸如塑料的绝缘材料制成以防止相邻的终端线80彼此电连接并确保每条终端线80仅连接到线圈绕组70的一个相(即，确保每条终端线80仅连接到线圈绕组70的相中的一个并与线圈绕组70的其他相绝缘)。

用于电机(或更具体地，用于电机的定子62)的冷却系统可包括冷却剂管84。冷却剂管84可形成沿着定子62的前轴向端74或后轴向端76来引送的回路。在示出的实施例中，冷却剂管84形成沿着定子62的前轴向端74来引送的回路。更具体地，由冷却剂管84形成的回路可沿着限定定子62的前轴向端74或后轴向端76的平面来引送。冷却剂管84和由冷却剂管84形成的回路可邻近于径向配置的线圈绕组70的阵列。更具体地，冷却剂管84和由冷却剂管84形成的回路可以是环状或环形的，使得冷却剂管84反映线圈绕组70的径向配置。冷却剂管84可固定到背板78的背面。冷却剂管可设置在背板78和线圈绕组70阵列之间。替代地，管84可与邻近于线圈绕组70阵列的背板78成一体。

参考图3，示出了定子62的局部视图，其中背板78被移除。为了说明的目的，图3中已移除背板78。更具体地，图3中已移除背板78，以进一步示出冷却剂管84的细节。冷却剂管84限定入口孔86，所述入口孔86被配置为接收冷却剂。更具体地，入口孔86可连接到加压管线(未示出)，所述加压管线被配置为将变速器流体(其可充当冷却剂)从齿轮箱24输送到冷却剂管84。

冷却剂管84还限定多个出口孔88，所述多个出口孔88被配置为将冷却剂引导到线圈绕组70上。更具体地，出口孔88被配置为将冷却剂在相对于定子为轴向的方向上(例如，在沿着旋转轴线66进入图3的页面的方向上)以及在相对于回路基本上垂直的方向上(例如，在相对于定子62的轴向端或由冷却剂管84形成的回路的引送所沿着的平面基本上垂直的方向上)引导到线圈绕组70上。基本上垂直可指与精确垂直成正或负30°的任何增量值。多个孔88的子集被配置为将冷却剂引导到相邻线圈绕组70之间的空间90中。被配置为将冷却剂引导到相邻线圈绕组70之间的空间90中的多个孔88的子集在图3中示出为每隔一个出口孔88与相邻线圈绕组70之间的空间90中的一个重叠。

入口孔86的横截面积可大于多个出口孔88的横截面积的总和。当冷却剂被引入到入口孔86中时，入口孔86的横截面积与多个出口孔88的横截面积的总和之间的差允许冷却剂管84内的压力增加。压力的增加继而使得冷却剂从多个出口孔88流出或“喷出”到线圈绕组70上的速度和质量流率增加。被引导到线圈绕组上的冷却剂的质量流率的增加导致更多的热量被除去并且线圈绕组的冷却增加。

在说明书中使用的措词是描述性措词而非限制性措词，并且应当理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的其他实施例。虽然各种实施例就一个或多个期望特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但是所属领域一般技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现取决于具体应用和实现方式的期望整体系统属性。因此，描述为关于一个或多个特性相较于其他实施例或现有技术实现不太期望的实施例并不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。

根据本发明，提供一种车辆，所述车辆具有：电机，所述电机被配置为推进所述车辆并且具有定子，所述定子包括以径向配置布置的绕组阵列；以及冷却剂管，所述冷却剂管形成沿着所述定子的轴向端来引送并邻近于所述阵列的回路，所述管限定被配置为接收冷却剂的入口孔和被配置为将所述冷却剂引导到所述绕组上的多个出口孔。

根据一个实施例，所述入口孔的横截面积大于所述多个出口孔的横截面积之和。

根据一个实施例，所述多个孔的子集被配置为将冷却剂引导到相邻绕组之间的空间中。

根据一个实施例，所述出口孔被配置为将冷却剂在相对于所述定子为轴向且相对于所述回路基本上垂直的方向上引导到所述绕组上。

根据一个实施例，本发明的特征还在于背板，所述背板固定到所述定子的所述轴向端，并且其中所述冷却剂管固定到所述背板。

根据一个实施例，本发明的特征还在于终端线，所述终端线被配置为将所述绕组连接到电源，并且其中所述终端线固定到所述背板。

根据一个实施例，所述冷却剂管在形状上是环形的。

根据本发明，提供一种电机定子，所述电机定子具有：芯，所述芯限定内腔；绕组阵列，所述绕组阵列以径向配置设置在所述腔内；以及环形冷却剂管，所述环形冷却剂管沿着所述定子的轴向端设置并邻近于所述阵列，所述管限定被配置为接收冷却剂的入口孔和被配置为将所述冷却剂引导到所述绕组上的多个出口孔。

根据一个实施例，所述入口孔的横截面积大于所述多个出口孔的横截面积之和。

根据一个实施例，所述多个孔的子集被配置为将冷却剂引导到相邻绕组之间的空间中。

根据一个实施例，所述出口孔被配置为将冷却剂在相对于所述定子为轴向且相对于所述管基本上垂直的方向上引导到所述绕组上。

根据一个实施例，本发明的特征还在于背板，所述背板固定到所述定子的所述轴向端，并且其中所述冷却剂管固定到所述背板。

根据一个实施例，本发明的特征还在于终端线，所述终端线被配置为将所述绕组连接到电源，并且其中所述终端线固定到所述背板。

根据本发明，提供一种用于电机的冷却系统，所述冷却系统具有：冷却剂管，所述冷却剂管沿着电机定子的轴向端来引送并形成邻近于径向配置的定子绕组的阵列的回路，所述管限定被配置为接收冷却剂的入口孔和被配置为将所述冷却剂引导到所述绕组上的多个出口孔。

根据一个实施例，所述入口孔的横截面积大于所述多个出口孔的横截面积之和。

根据一个实施例，所述多个孔的子集被配置为将冷却剂引导到相邻绕组之间的空间中。

根据一个实施例，所述出口孔被配置为将冷却剂在相对于所述定子为轴向且相对于所述回路基本上垂直的方向上引导到所述绕组上。

根据一个实施例，本发明的特征还在于背板，所述背板固定到所述定子的所述轴向端，并且其中所述冷却剂管固定到所述背板。

根据一个实施例，本发明的特征还在于终端线，所述终端线被配置为将所述绕组连接到电源，并且其中所述终端线固定到所述背板。

根据一个实施例，所述冷却剂管在形状上是环形的。