CN103141015A - 电机冷却系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供一种电机模块，其包括具有定子的电机和至少部分地包围电机的壳体。壳体包括至少两个壳体构件，这两个壳体构件联接在一起并且基本上将电机固定在壳体内。电机模块还包括冷却剂套，该冷却剂套至少部分地由定子的外径和壳体的内径部分限定。

Description

电机冷却系统和方法
相关专利申请
该国际申请要求2010年9月29日提交的美国专利申请No.12/893,698的优先权，该专利申请的整个以引用方式并入本文中。
背景技术
常规的油冷电机模块包括钢罐，电机安装到该钢罐中。钢罐继而安装到铸造铝壳体中。在钢罐的外径和铸造铝壳体的内径之间有意存在几毫米的径向间隙。这形成油套，油套在传统上围绕定子叠片堆的外径。油从单个入口流入到该套区域中，分成两股流动，绕油套周向地流动，然后通过钢罐中一系列孔离开油套。孔通常指向电机的定子端线匝，从而油喷射到每个定子端线匝上。然后油通过重力作用向下流到围绕电机底部的排出装置。
发明内容
一些实施例提供电机模块，其包括具有定子的电机和至少部分地包围电机的壳体。壳体包括至少两个壳体构件，这两个壳体构件联接在一起并且基本上将电机固定在壳体内。电机模块还可以包括冷却剂套，该冷却剂套至少部分地由定子的外径和壳体的内径部分限定。
一些实施例提供电机模块，其包括具有定子的电机和至少部分地包围电机的壳体。壳体包括至少两个壳体构件，这两个壳体构件联接在一起并且基本上将电机固定在壳体内。壳体还包括压痕部，该压痕部在定子的轴向端部附近基本上沿着定子的周边定位。压痕部提供基本上顺着定子的外径的一部分的轴向流动路径和基本上顺着定子的轴向侧部的一部分的径向流动路径。
一些实施例提供一种用于冷却电机模块的方法。该方法可以包括：提供电机，该电机包括具有定子端线匝的定子；以及提供壳体，该壳体限定了电机腔体并且至少部分地包围电机。壳体可以包括联接在一起的至少两个壳体构件，其中至少两个壳体构件中的至少一个可以包括冷却剂入口和冷却剂通路。该方法还可以包括：提供冷却剂套，该冷却剂套至少部分地由定子的外径和壳体的内径部分限定；以及绕冷却剂套基本上沿周向定位多个孔口。冷却剂通路可以流体地连接冷却剂入口和冷却剂套，并且多个孔口可以与至少电机腔体和冷却剂套流体连通。该方法还可以包括：将冷却剂引入到冷却剂入口中；使冷却剂循环通过冷却剂通路且循环到冷却剂套中；以及使得冷却剂的至少一部分通过多个孔口进入到电机腔体中。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的电机模块的前横截面图。
图2A为图1的电机模块的侧横截面图。
图2B为图2的电机模块沿着线段A-A的局部前横截面图。
图2C为图2的电机模块沿着线段B-B的局部前横截面图。
图2D为图2的电机模块沿着线段C-C的局部前横截面图。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解本发明在其应用中并不受限于在下文描述中提及的或下列附图中所示的结构细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例并能够以各种方式实践或实施。另外应当理解的是，本文中所用的用语和术语的目的是为了进行说明，不应被认为是限制性的。本文中所用的“包括”、“包含”或“具有”以及它们的变化形式意在涵盖其后所列举的项目及其等同项目以及附加项目。除非指明或另外限定，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变型按广义使用，均涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和联接。另外，“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接。
以下的描述是为了使得本领域技术人员能够制造和利用本发明的实施例。对所示实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本发明的实施例的情况下，本文的一般性原理可以应用于其它实施例和应用。因此，本发明的实施例并不是被限制为所示的实施例，而是具有与本文所公开的原理和特征一致的最宽泛的范围。下面的详细描述应参考附图来阅读，其中不同附图中的相同元件具有相同的附图标记。未必按比例绘制的各附图示出了所选的实施例，并不意在限制本发明的实施例的范围。本领域技术人员将会认识到，本文所提供的例子具有许多有用的替代形式并且落在本发明的实施例的范围内。
图1示出了根据本发明一个实施例的电机模块10的一部分。电机模块10可以包括壳体12，该壳体12包括第一壳体构件14和第二壳体构件16。在一些实施例中，可以采用多于两个的壳体构件（未示出）。电机18可以容纳在电机腔体20中，该电机腔体20至少部分地由壳体构件14、16限定。壳体12可以至少部分地包围电机18。壳体构件14、16可以经由一个或多个紧固件（未示出）或另外的合适联接方式联接，以将电机18包封在电机腔体20内。在一些实施例中，壳体构件14、16可以包括铸造铝。另外，在一些实施例中，壳体构件14、16可以为传动装置壳体（未示出）的部分。
电机18可以包括转子22、定子24、定子端线匝26和轴承28，并且可以绕主输出轴30设置。定子24可以包围转子22，并且在转子22和定子24之间可以存在径向气隙31。在一些实施例中，电机18还可以包括转子毂32，或者可以具有“无毂”设计（未示出）。电机18可以（非限制性地）为电动马达（例如混合式电动马达）、发电机或车辆交流发电机。在一个实施例中，如图1所示，电机18可以为感应式皮带-交流发电机-启动器（BAS）。在另一个实施例中，电机18可以是用于混合电动车的高压发针（HVH）电动马达。
电机18的各个部件，例如但不限于定子24、定子端线匝26和转子22，在电机18操作期间可能产生热。这些部件可以被冷却，以增强电机18的性能并且提高电机18的使用寿命。
如图1所示，电机模块10可以包括冷却剂套34。在一些实施例中，冷却剂套34的一部分可以被铸造到各个壳体构件14、16中。例如，如图1和2B-2D所示，冷却剂套34可以形成在定子24的外径和壳体构件14、16的内径部分之间。冷却剂（例如马达油、液压流体油或类似流体）可以循环通过冷却剂套34，以帮助冷却定子24。在一些实施例中，利用定子和壳体构件14、16形成冷却剂套34可以不需要如某些常规电机模块中所用的单独罐或套筒构件。
冷却剂可以通过冷却剂通路36被引入到冷却剂套34中。更具体地，冷却剂通路36可以将冷却剂套34与冷却剂入口38流体地连接。在一些实施例中，冷却剂通路36和冷却剂入口38可以与壳体构件14、16之一形成为一体。例如，如图1和2B所示，冷却剂通路36和冷却剂入口38可以形成在第一壳体构件14内。冷却剂入口38可以经由常规连接软管或类似物（未示出）与流体源流体连通。
在一些实施例中，壳体构件14、16可以具有基本上相同的轴向长度。因此，壳体构件14、16可以沿着定子24的轴向长度在中心点附近联接在一起。在其它实施例中，壳体构件14、16可以具有不同的轴向长度。壳体构件14、16可以沿着定子24的轴向长度在中心点处或不同点处联接，使得壳体构件14、16两者均可以与定子形成冷却剂套34。壳体构件14、16均可以靠着定子24的轴向端部和/或轴向侧部进行压配合或摩擦配合，如图1所示，以大致提供冷却剂套34和电机腔体20之间的密封件，并且帮助将电机18固定或轴向定位在电机腔体20内。更具体地，壳体构件14、16可以具有：第一内径40，其小于定子24的外径（例如形成电机腔体20内侧的内壁）；第二内径42，其基本上等于定子24的外径（例如大致形成冷却剂套34和电机腔体20之间的密封件）；以及第三内径44，其大于定子24的外径（例如形成冷却剂套34的壁）。如图1所示，O形环46可以定位成提供壳体构件14、16之间的密封件，从而基本上防止冷却剂套34内的冷却剂泄露到壳体12外侧。
在一些实施例中，壳体构件14、16可以包括定位在冷却剂套34的轴向端部处的多个铸造压痕部47，如图1、2A和2D所示。当电机18定位在壳体12中时，压痕部47可以在壳体构件14、16和定子24之间提供多个喷射狭槽或孔口48。如图2A所示，多个孔口48可以绕冷却剂套34沿周向定位。如图1和2D所示，多个孔口48中的每个孔口都沿着定子24的外边缘从冷却剂套34沿轴向延伸，然后沿径向向内延伸，以允许冷却剂套34和电机腔体20之间的流体连通。由于多个孔口48中每个孔口中的沿径向向内的线匝，使得流过孔口48的冷却剂可以被散布到定子端线匝26上或附近，以帮助冷却定子端线匝26。由于多个孔口48中每个孔口中的沿径向向内的线匝的90度弯曲，使得多个孔口48两侧的压降可以远高于直的孔口或狭槽。因此，壳体12可以包括更多的孔口48，以便与具有直的孔口的壳体相比，更加均匀地冷却定子端线匝26。
在电机18操作期间，冷却剂可以通过冷却剂入口38和冷却剂通路36散布到冷却剂套34中。冷却剂可以分为两股流动，并且绕冷却剂套34沿周向流动，以帮助冷却定子24。冷却剂的至少一部分可以通过孔口48而强制（即通过冷却剂套34的流体压力）从冷却剂套34离开，并且喷射到定子端线匝26上或附近，以帮助冷却定子端线匝26。在散布到电机腔体20中定子端线匝26上或附近之后，冷却剂可以由于重力作用而朝向电机腔体20的底部流动，从而随着其向下流动而冷却电机的各个部件，例如但不限于转子22、定子24、转子毂32和轴承28。排出装置（未示出）可以定位在电机腔体20的底部附近，以将冷却剂排出而回到流体源，冷却剂在该流体源处可以被冷却并且循环回到冷却剂套34。
本领域技术人员将会理解，虽然以上已经结合具体实施例和例子描述了本发明，但是本发明并不受限于此，所附的权利要求涵盖了从实施例、例子和用途衍生的其它实施例、例子、用途、修改和变更。本发明的各种特征和优点在下列权利要求书中给出。

Claims (20)

1.一种电机模块，其包括：
电机，所述电机包括定子；
壳体，所述壳体至少部分地包围所述电机，所述壳体包括至少两个壳体构件，所述至少两个壳体构件联接在一起并且将所述电机大致固定在所述壳体内；以及
冷却剂套，所述冷却剂套至少部分地由所述定子的外径和所述壳体的内径部分限定。
2.根据权利要求1所述的电机模块，其还包括多个孔口，所述多个孔口形成在所述定子和所述壳体之间，并且绕所述冷却剂套的至少一部分大致沿周向定位；
所述多个孔口与所述冷却剂套流体连通；并且
所述多个孔口至少沿大致轴向向外的方向和大致径向向内的方向延伸离开所述冷却剂套。
3.根据权利要求2所述的电机模块，其中所述至少两个壳体构件中的每一个都包括至少第一内径、第二内径和第三内径；
所述第一内径小于所述定子的外径；
所述第二内径大致等于所述定子的外径；并且
所述第三内径大于所述定子的外径，其中至少部分地限定了所述冷却剂套的所述壳体的所述内径部分包括所述第三内径。
4.根据权利要求2所述的电机模块，其中所述壳体包括冷却剂入口和冷却剂通路，所述冷却剂通路流体地连接所述冷却剂套和所述冷却剂入口。
5.根据权利要求2所述的电机模块，其中所述至少两个壳体构件包括第一壳体构件和第二壳体构件，
所述第一壳体构件和所述第二壳体构件具有大致相等的轴向长度；并且
所述第一壳体构件和所述第二壳体构件沿着所述定子的轴向长度在中心点附近联接在一起。
6.根据权利要求2所述的电机模块，其中所述壳体至少部分地限定了电机腔体，所述多个孔口至少与所述电机腔体和所述冷却剂套流体连通。
7.根据权利要求6所述的电机模块，其还包括排出装置，所述排出装置定位在所述电机腔体的底部附近。
8.根据权利要求6所述的电机模块，其中冷却剂能够从所述冷却剂入口，穿过冷却剂通路，散布到所述冷却剂套中，并且能够穿过所述多个孔口散布到所述电机腔体中。
9.根据权利要求8所述的电机模块，其中所述定子包括定子端线匝，并且所述孔口被定位成将冷却剂大致散布到所述定子端线匝上或者大致散布到所述定子端线匝附近。
10.一种电机模块，其包括：
电机，所述电机包括定子；以及
壳体，所述壳体至少部分地包围所述电机，所述壳体包括至少两个壳体构件，所述至少两个壳体构件联接在一起并且将所述电机大致固定在所述壳体内，
所述壳体包括压痕部，所述压痕部大致沿着所述定子的周边定位在所述定子的轴向端部附近，所述压痕部提供基本上顺着所述定子的外径的一部分的轴向流动路径和基本上顺着所述定子的轴向侧部的一部分的径向流动路径。
11.根据权利要求10所述的电机模块，其中所述至少两个壳体构件中的每一个都包括至少第一内径、第二内径和第三内径；
所述第一内径小于所述定子的外径，并且位于所述定子的轴向外侧；
所述第二内径大致等于所述定子的外径，并且被定位成与所述定子的轴向端部相邻；并且
所述第三内径大于所述定子的外径，并且大致位于所述定子的径向外侧，其中冷却剂套至少部分地由所述定子的外径和所述壳体的所述第三内径限定。
12.根据权利要求11所述的电机模块，其中所述壳体的所述压痕部在所述压痕部和所述定子之间形成孔口。
13.根据权利要求10所述的电机模块，其中所述至少两个壳体构件包括第一壳体构件和第二壳体构件，所述第一壳体构件和所述第二壳体构件具有大致相等的轴向长度；并且所述第一壳体构件和所述第二壳体构件沿着所述定子的轴向长度在中心点附近联接在一起。
14.根据权利要求12所述的电机模块，其中所述壳体至少部分地限定了电机腔体，并且所述多个孔口与所述电机腔体和所述冷却剂套流体连通。
15.根据权利要求14所述的电机模块，其还包括排出装置，所述排出装置定位在所述电机腔体的底部附近。
16.根据权利要求14所述的电机模块，其中冷却剂能够散布到所述冷却剂套中，并且所述冷却剂套中的冷却剂的至少一部分穿过所述孔口散布到所述电机腔体中。
17.根据权利要求16所述的电机模块，其中所述定子包括定子端线匝，并且所述孔口被定位成将冷却剂大致散布到所述定子端线匝上或者大致散布到所述定子端线匝附近。
18.一种用于冷却电机模块的方法，其包括：
提供电机，所述电机包括定子，所述定子包括定子端线匝；
提供壳体，所述壳体限定了电机腔体并且至少部分地包围所述电机，所述壳体包括联接在一起的至少两个壳体构件，并且所述至少两个壳体构件中的至少一个包括冷却剂入口和冷却剂通路；
提供冷却剂套，所述冷却剂套至少部分地由所述定子的外径和所述壳体的内径部分限定，所述冷却剂通路流体地连接所述冷却剂入口和所述冷却剂套；
绕所述冷却剂套大致沿周向定位多个孔口，所述多个孔口至少与所述电机腔体和所述冷却剂套流体连通；
将冷却剂引入到所述冷却剂入口中；
使冷却剂循环通过所述冷却剂通路，并且循环到所述冷却剂套中；以及
使冷却剂的至少一部分通过所述多个孔口进入到所述电机腔体中。
19.根据权利要求18所述的用于冷却电机模块的方法，其还包括：在冷却剂离开所述多个孔口之后，将冷却剂至少部分地大致喷射到所述定子端线匝上或大致喷射到所述定子端线匝附近。
20.根据权利要求19所述的用于冷却电机模块的方法，其还设有排出装置，所述排出装置定位在所述电机腔体的底部附近。
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