CN103959615A - 包括借助于传热流体和润滑流体冷却的车辆驱动组件 - Google Patents

Abstract

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）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）安装成能够经由轴承（12、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）。组件的车轮（15）包括从动轴（17），所述从动轴（17）适合与马达的转子（14）接合，所述热管（1）在轴向上从转子（14）延伸进入从动轴（17）。

Description

包括借助于传热流体和润滑流体冷却的车辆驱动组件

技术领域

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

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。

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。

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。

专利申请WO2004/107535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。

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。

文献JP2009190578描述了一种车轮，所述车轮中并入了电动马达。马达连接至车轮从而能够使车轮转动。热管设置在马达中。该热管以这样的方式设置，从而带走车轮中的马达的热，并且将热转移至马达和车轮外部。该文献仅涉及马达设置在车轮内部的布置。

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

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。

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。

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滚动轴承的介入而在定子中旋转，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，马达的转子设置有热管，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，组件的车轮包括从动轴，所述从动轴被设计成与马达的转子协作，热管沿轴向从转子延伸进入从动轴，电动马达设置在车轮的外部上并且热管的冷凝区域位于车轮的从动轴的内部。

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，所述热管从位于滚动轴承和密封件的内部的蒸发区域沿轴向延伸并且朝向从动轴朝向引入到从动轴中的冷凝区域延伸。热管用于从马达的热区域中收集热能并且将热能传输至车轮中的另一侧（冷却区域）。

在通常已知的解决方案中，热管以这样的方式设置，从而收集容纳在车轮中的电动马达的热并且将热传输至马达外部和车轮外部。本发明的解决方案一方面计划将电动马达设置在车轮的外部，并且使热管的冷凝区域位于车轮的从动轴的内部（并且因此在车轮的内部）。

该解决方案使得有可能不仅冷却马达的磁性部分，而且冷却轴的邻近车轮的滚动轴承内部的和密封件内部的部分。

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热能排出。

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。

根据一个有利的实施方案，蒸发区域位于基本上对应于马达的内部滚动轴承的部分中。

有利地，热管的轴线与转子的轴线同轴。

有利地通过适配器中提供的油浴冷却从动轴。

还有利地，热管为圆锥形，较宽部分位于与蒸发区域相同的一侧。

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。

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（alpha）。

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。

根据又一个实施方案，热管为两个部分，每个部分设置有蒸发区域和冷凝区域，所述蒸发区域靠近所述两个部分之间的接合部，所述冷凝区域一方面设置在外部滚动轴承的区段中，另一方面设置在从动轴的范围内。

根据所述实施方案的一个有利的替代形式，热管的两个部分基本上在内部滚动轴承的区域中分离。

本发明还提供用于上述驱动组件的电动马达，所述电动马达包括热管，所述热管沿轴向从转子延伸进入从动轴。

根据一个有利的实施方案，冷凝区域位于从动轴中，通过设置在适配器中的油浴来冷却从动轴。

附图说明

在如下描述中给出所有实施方案的细节，通过图1至6进行补充，图1至6仅以非限制性实施例的方式给出，其中：

-图1为热管的操作原理的示例图；

-图2为通过电动车辆驱动组件的横截面；

-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；

-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；

-图5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

-图6为驱动组件的电动马达转子或从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

如图1中示意性所示，热管1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）返回至热部分（液体在所述热部分中蒸发）。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。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。

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。

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。

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。热管也可以由单个洞组成，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。

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。

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设置在电动马达11和车轮15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为可能劣化的零件。

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。

如图3中的马达的横截面所示，插入类型的热管6安装在在马达的转子14中和在从动轴17中形成的两个外壳中。热管的蒸发区域设置在转子14的大体中间部分中，从而将热能排入到设置在从动轴17中的冷凝区域3中，从动轴17比马达轴更冷。有利地通过变速箱壳体中包含的油排出热能。为了良好地换热，经由特别的高温接触化合物实现热管/轴连接。热管通过马达和从动轴的各自的端部在横向上保持就位。

当马达的整体构造不太促进热能的排出时，两个钻孔类型的热管5的组合允许优化所获得的输出，如在图4的实施例中所示。热管的两个蒸发区域2设置在最热的区域中，即径向上在滚动轴承12和密封件的内部并在转子14中。热在被修改以为了更好的冷却效率的转子14的入口处和离开浸在油壳中的从动轴17时被排出，所述油壳的温度低于待冷却区域的温度。实施时仅需要形成两个钻孔。通过在其中安装两个轴的方式提供横向定位。为了良好地换热，经由热接触化合物实现热管/轴连接。由于存在两个蒸发区域2和两个冷凝区域3，该解决方案使得有可能获得极好的冷却性能。

图5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包括在锥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。

图6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设置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。

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。

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。

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。

Claims (10)

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）安装成能够通过滚动轴承（12、13）的介入而在定子（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（1），所述热管（1）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），所述组件的车轮（15）包括从动轴（17），所述从动轴（17）被设计成与所述马达的转子（14）协作，所述热管（1）在轴向上从所述转子（14）延伸进入所述从动轴（17），其特征在于，所述电动马达（11）设置在所述车轮（15）的外部并且特征在于所述热管（1）的冷凝区域（3）位于所述车轮的从动轴（17）的内部。

2.根据权利要求1所述的驱动组件，其中所述蒸发区域（2）位于基本上对应于所述马达的内部滚动轴承（12）的部分中。

3.根据权利要求1或2任一项所述的驱动组件，其中通过在适配器（16）中提供的油浴来冷却所述从动轴（17）。

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（1）的轴线与所述转子（14）的轴线（A-A）同轴。

5.根据权利要求1至4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。

6.根据权利要求1至4任一项所述的驱动组件，其中多个热管（1）沿着马达轴的外围在周向上分布。

7.根据权利要求1至4任一项所述的驱动组件，其中所述热管为两个部分，每个部分设置有蒸发区域（2）和冷凝区域（3），所述蒸发区域（2）靠近所述两个部分之间的接合部，所述冷凝区域（3）一方面设置在所述外部滚动轴承（13）的区段中，另一方面设置在从动轴（17）的范围中。

8.根据权利要求7所述的驱动组件，其中所述热管的两个部分基本上在内部滚动轴承（12）的区域中分离。

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（1），所述热管（1）在轴向上从转子（14）延伸进入从动轴（17）。

10.根据权利要求9所述的电动马达（11），其中冷凝区域（3）位于从动轴（17）中，通过在适配器（16）中提供的油浴来冷却从动轴（17）。