CN107204676B - 具有增强电机端部绕组传热的整体式嵌入件的包覆成型件 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有增强电机端部绕组传热的整体式嵌入件的包覆成型件。一种电机包括定子。所述定子具有限定在多个叠层突起之间的多个槽。多个导线绕组设置在所述槽中。所述导线绕组形成所述定子的相应端部处。盖围绕端部绕组设置。冷却剂腔限定在所述盖的内表面和所述定子之间。所述盖包括从所述内表面延伸到所述冷却剂腔中的多个扰流构件。

Description

具有增强电机端部绕组传热的整体式嵌入件的包覆成型件

技术领域

本公开涉及电机，更具体地，涉及电机的冷却。

背景技术

电机(或者可称为马达和/或发电机)通常包括转子和定子。定子包括可被供应电流以产生磁场的多个电线圈绕组。转子通过(例如)永磁体或经由另一组电线圈绕组产生另一旋转的磁场。为了获得增强的性能并延长电机的寿命，可期望冷却线圈绕组。

发明内容

根据本公开的一种电机包括定子。所述定子中限定有多个槽。多个导线绕组设置在所述槽中。所述导线绕组在所述定子的端部形成端部绕组；盖围绕所述端部绕组设置。冷却剂腔限定在所述盖的内表面和所述定子之间。所述盖包括从所述内表面延伸到所述冷却剂腔中的多个扰流构件。

根据至少一个实施例，所述电机包括延伸穿过所述盖并与所述冷却剂腔流体连通的多个冷却剂通道。冷却剂供应管结合到所述冷却剂通道中的至少一个。所述冷却剂供应管被构造成将冷却剂流体提供至所述冷却剂腔。所述冷却剂流体可包括烃类润滑剂。

根据至少一个实施例，所述盖大体上呈具有第一圆周部分和第二圆周部分的圆环。所述第一圆周部分具有从所述内表面延伸的多个扰流构件。所述第二圆周部分不具有从所述内表面延伸的多个扰流构件。

根据至少一个实施例，所述盖包括外壳和中间壳。在这样的实施例中，具有扰流构件的内表面是所述中间壳的内表面。所述中间壳还具有中间壳外表面，并且所述外壳具有外壳内表面。另一冷却剂腔限定在所述外壳内表面和所述中间壳外表面之间。所述另一冷却剂腔与所述冷却剂腔流体连通。

根据至少一个实施例，所述盖包含环氧树脂材料。

根据至少一个实施例，所述多个扰流构件与所述盖形成整体单元。

根据本公开的一种冷却电机的方法包括设置电机。所述电机包括其中限定有槽的定子和设置在所述槽中的导线绕组。所述导线绕组在所述定子的相对端部处形成端部绕组。所述方法还包括：围绕所述端部绕组设置盖以在所述盖的内表面和所述定子之间限定冷却剂腔。所述盖包括从所述内表面延伸到所述冷却剂腔中的多个扰流构件。

根据至少一个实施例，冷却电机的方法还包括：将冷却剂流体提供至所述冷却剂腔。根据实施例的变型，所述盖包括延伸穿过所述盖并与所述冷却剂腔流体连通的多个冷却剂通道和结合到所述冷却剂通道中的至少一个的冷却剂供应管。在这样的实施例中，提供冷却剂流体包括经由所述冷却剂供应管提供冷却剂流体。

根据本公开的一种电动马达包括定子。所述定子具有第一端部、第二端部以及从所述第一端部延伸至所述第二端部的中央部分。所述中央部分具有从所述中央部分延伸的突起，在所述突起之间限定槽；多个导线绕组设置在所述槽中。所述多个导线绕组包括靠近所述定子的第一端部和第二端部的端部绕组。所述电动马达包括围绕所述端部绕组设置的至少一个罩。所述罩具有内表面，冷却剂腔限定在所述内表面和所述定子之间。所述罩包括从所述内表面延伸到所述冷却剂腔中的多个湍流产生构件。

根据本公开的一种电动马达包括：定子，所述定子具有第一端部、第二端部以及从所述第一端部延伸至所述第二端部的中央部分，所述中央部分具有从所述中央部分延伸的突起，在所述突起之间限定槽；多个导线绕组，设置在所述槽中；端部绕组，靠近所述定子的第一端部和第二端部。至少一个盖，围绕所述端部绕组设置，所述盖具有内表面，冷却剂腔限定在所述内表面和所述定子之间，所述盖包括从所述内表面延伸到所述冷却剂腔中的多个湍流产生构件。

根据至少一个实施例，所述电动马达还包括多个冷却剂通道和冷却剂供应管，所述多个冷却剂通道延伸穿过所述盖并与所述冷却剂腔流体连通，所述冷却剂供应管结合到所述冷却剂通道中的至少一个并被构造成将冷却剂流体提供至所述冷却剂腔。

根据至少一个实施例，所述冷却剂流体包括烃类润滑剂。

根据至少一个实施例，所述盖大体上呈具有第一圆周部分和第二圆周部分的圆环，所述第一圆周部分具有从所述内表面延伸的多个湍流产生构件，所述第二圆周部分不具有从所述内表面延伸的多个湍流产生构件。

根据至少一个实施例，所述盖包括外壳和中间壳，所述内表面是所述中间壳的内表面，所述中间壳还具有中间壳外表面，所述外壳具有外壳内表面，另一冷却剂腔限定在所述外壳内表面和所述中间壳外表面之间，所述另一冷却剂腔与所述冷却剂腔流体地连通。

根据至少一个实施例，所述盖包含环氧树脂材料。

根据至少一个实施例，所述多个湍流产生构件与所述盖形成整体单元。

根据本公开的实施例提供多个优点。例如，本公开提供一种用于电机的端部绕组的冷却装置，其为全部的端部绕组提供一致的冷却、避免可能会使电机劣化的热点。这可提高可靠性，进而增加客户满意度。

当以下结合附图对优选实施例进行详细描述时，本公开的上述优点和其它优点及特征将更加明显。

附图说明

图1是根据本公开的电动车辆的示意图；

图2是示例性电机的透视图；

图3A至图3C是根据本公开的用于电机的冷却装置的实施例的各个视图；

图4至图7是根据本公开的用于电机的冷却装置的各个可选实施例的截面视图；

图8是根据本公开的用于电机的冷却装置的可选实施例的截面视图；以及

图9是示出根据本公开的冷却电机的方法的流程图。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可以以各种可替代形式实现。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。

图1描绘了插电式混合动力电动车辆(PHEV)(在此称为车辆12)的示例的示意图。虽然图1描绘了PHEV，但在本发明的范围内的实施例可以适当地在全混合动力电动车辆(FHEV)、轻度混合动力电动车辆(MHEV)、电池电动车辆(BEV)或其他类型的车辆中实施。

车辆12可包括机械地连接至混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14能够作为马达和/或发电机运转。此外，混合动力传动装置16可机械地连接至发动机18。混合动力传动装置16还可机械地连接至驱动轴20，驱动轴20机械地连接至车轮22。当发动机18开启或关闭时，电机14可提供推进和减速能力。电机14还可用作发电机并且可以通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失的能量而提供燃料经济性效益。由于在特定状况下混合动力电动车辆12可以以电动模式或混合动力模式运转以减小车辆12的总燃料消耗，因此电机14还可提供减小的污染排放。

牵引电池或电池组24存储并提供可由电机14使用的能量。牵引电池24可从牵引电池24内的一个或更多个电池单元阵列(有时称为电池单元堆)提供高电压直流(DC)输出。电池单元阵列可包括一个或更多个电池单元。牵引电池24可通过一个或更多个接触器(未显示)电连接至一个或更多个电力电子模块26。一个或更多个接触器可在打开时将牵引电池24与其它部件隔离并在闭合时将牵引电池24连接至其它部件。电力电子模块26还可电连接至电机14并在牵引电池24和电机14之间提供双向传输电能的能力。例如，牵引电池24可提供直流(DC)电压而电机14可能需要三相交流(AC)电压运转。电力电子模块26可以将DC电压转换为电机14需要的三相AC电压。在再生模式中，电力电子模块26可将来自用作发电机的电机14的三相AC电压转换为牵引电池24需要的DC电压。本文描述的部分同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可以是连接至电机14的齿轮箱并且可以没有发动机18。

牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还可为其它车辆电气系统提供能量。DC/DC转换器模块28可将牵引电池24的高电压DC输出转换为与其它车辆负载兼容的低电压DC供应。其它高电压负载(诸如，压缩机和电加热器)可直接连接到高电压而不使用DC/DC转换器模块28。低电压系统可电连接至辅助电池30(例如12V电池)。

电池电气控制模块(BECM)33可与牵引电池24通信。BECM 33可用作牵引电池24的控制器并且还可包括管理每个电池单元的温度和荷电状态的电子监测系统。牵引电池24可具有温度传感器31，诸如热敏电阻或其它温度计。温度传感器31可与BECM 33通信以提供关于牵引电池24的温度数据。温度传感器31还可位于牵引电池24内的电池单元上或其附近。还可以设想使用一个以上的温度传感器31监测电池单元的温度。

牵引电池24可通过外部电源36进行再充电。外部电源36可以连接至电源插座。外部电源36可电连接至电动车辆供电设备(EVSE)38。EVSE 38可提供调节和管理电源36和车辆12之间的电能传输的电路和控制。外部电源36可将DC或AC电功率提供至EVSE 38。EVSE38可具有用于插入车辆12的充电端口34的充电连接器40。充电端口34可以是配置为从EVSE38传输电力至车辆12的任何类型的端口。充电端口34可电连接至充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可调节从EVSE 38供应的电力以将适合的电压和电流水平提供至牵引电池24。电力转换模块32可以与EVSE 38交互以协调至车辆12的电力输送。EVSE连接器40可具有与充电端口34的对应凹入(recess)匹配的插脚。

所讨论的各个部件可具有控制和监测部件的运转的一个或更多个关联的控制器。控制器可以经由串联总线(例如控制器局域网(CAN))或经由离散导体进行通信。

图2示出了用于电气化车辆的电机100的示例。电机100包括定子芯102和转子106。一些电气化车辆可包括两个这样的电机。其中一个电机可主要用作马达，另一个电机可主要用作发电机。马达可运转用于将电力转换为机械动力，发电机可运转用于将机械动力转换为电力。定子芯102可由焊接在一起的多个叠层钢段制成。定子芯102可限定内表面108和腔体110。转子106可具有适于布置在腔体110内并在腔体110内运转的尺寸。轴(未示出)可以可操作地连接到转子106以驱动转子106旋转。

多个槽112沿着内表面108设置。槽112可形成在(例如)从内表面108向内延伸的多个齿之间。绕组120可设置在槽112内。每个线路或每个相位的绕组120均为设置到一个相应的槽112中然后在相应的槽112的端部附近转向180度然后沿着另一个槽112延伸的连续导线。可在每个槽112中设置多个绕组。在电机马达示例中，电流可被供给到绕组120以获得转子106上的旋转力。在电机发电机示例中，通过转子106的旋转而在绕组120上产生的电流可被移走以对车辆部件供电。在定子102的每个端部，端部绕组126形成在导线绕组120的导线从槽112伸出并从一个相应的槽112转向180度到另一个槽112的区域中。在电机100的操作期间，热可沿着绕组120和端部绕组126产生。

用于端部绕组的一种已知的冷却构造包括用于通过变速器壳体中的孔将冷却剂滴落到端部绕组上的装置。另一种构造包括从转子喷射冷却剂。然而，在一些情况下，这两种策略都可能造成不一致的冷却剂覆盖在端部绕组上。因此，热点(例如，端部绕组上具有相对较高温度的区域)会因冷却剂分散的不均匀性而出现。

其他冷却方案可包括靠近定子布置风扇以冷却端部绕组。另一种冷却方案可包括利用导电环氧树脂完全灌封端部绕组并随后经由环氧树脂的传导移除热。这些方案会造成从端部绕组移除的热不充分。又一种冷却方案可包括在壳体和定子之间设置水套。但是，水套可能不会给端部绕组提供充分的冷却。

现参照图3A至图3C，示出了根据本公开的冷却系统。图3A示出了根据本公开的冷却系统的透视图，图3B和图3C分别示出了3B-3B截面和3C-3C截面。

定子140具有从定子140的端部延伸的多个端部绕组142。罩144结合到定子140的端部。罩144可大体上呈U形，由此与定子140配合以在罩144和定子140之间限定内部腔体或腔146。如图3A和3B所示，罩144大体上是环形的。

嵌入件148设置在腔146内并结合到罩144。嵌入件148包括突出到腔146中的多个拉长的扰流构件150。在本实施例中，扰流构件150的轮廓大体上为三角形，例如，金字塔形或楔形突起。在各个实施例中，扰流构件150以切向的行和轴向的列布置，例如，以规则网格或偏移网格模式设置。如图3C中所示，扰流构件150可沿着嵌入件148的全部内表面设置。在可选的实施例中，扰流构件可仅沿着嵌入件的内表面的一部分设置。如下面将更具体地讨论的，在可选的实施例中，扰流构件可具有其它轮廓形状。

冷却剂流体152设置在腔146内并循环经过罩144。扰流构件150在冷却剂流体152的流动中产生湍流，这进而增强了端部绕组142和冷却剂流体152之间的热传递。

第一孔或冷却剂通道154流体地结合到冷却剂供应管156以供应冷却剂152。第二孔或冷却剂通道158流体地结合到冷却剂回流管160。因此，冷却剂152可从流体源(未示出)循环通过冷却剂供应管156、经过罩144并通过回流管160返回到流体源。

冷却剂152优选地包括介电流体，诸如，烃类润滑剂。在优选的实施例中，冷却剂152包括变速器油。然而，也可使用其他冷却剂流体成分。

在可选的实施例中，相对于图3B的实施例中示出的冷却剂通道，可设置额外的冷却剂通道和/或在不同位置设置冷却剂通道。

罩144优选地由塑性材料制成，诸如环氧树脂。

类似地，嵌入件148可由诸如环氧树脂的塑性材料制成。在这样的实施例中，罩144和嵌入物148可被共同模制成整体单元。

在可选的实施例中，嵌入件148可由不同的材料制成。在这样的实施例中，可在固化环氧树脂之前通过将嵌入件148插入到罩144的环氧树脂中而将嵌入件148结合到罩144。

组装后的罩144和嵌入件148可被统称为盖。

现参照图4至图7，示出了冷却装置的各个可选实施例。为了方便，仅示出了各个实施例的各自的嵌入件部分。如图3中大体上所示的，在实践中，这些实施例的各自的嵌入件可以与盖和定子结合使用。

现参照图4，示出了包括嵌入件162的实施例。嵌入物162包括多个扰流构件164。在本实施例中，扰流构件164的轮廓大体上为矩形，例如，形状大体上为通过挤压形成的矩形。

现参照图5，示出了包括嵌入件166的实施例。嵌入件166包括多个扰流构件168。在本实施例中，扰流构件168具有锥形轮廓，例如，形状大体上为通过挤压形成的梯形。

现参照图6，示出了包括嵌入件170的实施例。嵌入件170包括多个扰流构件172。在本实施例中，多个扰流构件172包括不同高度的扰流构件，例如，朝向嵌入件170的内部终止于不同的竖直位置和水平位置。例如，多个扰流构件172可包括终止于第一竖直位置的第一数量的扰流构件174和终止于第二竖直位置的第二数量的扰流构件176，且第一竖直位置与第二竖直位置不同。

现参照图7，示出了包括嵌入件178的实施例。在本实施例中，嵌入件178包括外壳180和中间壳182。中间壳182将嵌入件的内部划分为外区域184和内区域186。多个扰流构件188从中间壳182的内表面延伸以伸入到内区域186中。中间壳182通过支架190从外壳180支撑。冷却剂192可经由延伸穿过中间壳182并将外区域184和内区域186流体结合的通道194在外区域184和内区域186之间循环。因此，外区域184可用作围绕嵌入件178分配冷却剂192的集液室(plenum)，而内区域186的扰流构件188引起湍流以使热传递更高效。因此，这样的实施例促进均匀流动，进而促进均匀冷却。

现参照图8，以截面示出了根据本公开的用于电机的冷却装置的可选实施例。在本实施例中，设置了环形罩144’。罩144’限定内腔146’。嵌入件148’设置在腔146’内并结合到罩144’。嵌入件148’包括第一角部分196和第二角部分198。多个拉长的扰流构件150’从第一角部分196突出到腔146’中，然而没有拉长的扰流构件从第二角部分198突出。因此，第二角部分198包括中空腔。这样的实施例可更便宜并且更容易制造，并且仍可满足特定实施例的热需求。

现参照图9，以流程图的形式示出了根据本公开的冷却电机的方法。

如在框200处所示，设置电机。电机包括具有槽的定子和设置在槽中并形成端部绕组的导线绕组。

如在框202处所示，围绕端部绕组设置盖以在盖的内表面和定子之间限定冷却剂腔。盖包括从内表面延伸到冷却剂腔中的多个扰流构件。

如在框204处所示，将冷却剂流体提供至冷却剂腔。这可包括经由冷却剂供应管提供冷却剂流体，冷却剂供应管结合到延伸穿过所述盖的冷却剂通道并与冷却剂腔流体连通。

可见，本公开提供用于电机的端部绕组的冷却装置，该装置为全部的端部绕组提供一致的冷却、避免产生可能使电机劣化的热点。这可以提高可靠性，进而增加客户满意度。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并非意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，说明书中所使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。此外，可组合各种实施的实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (10)

1.一种电机，包括：

定子，限定有多个槽；

多个导线绕组，设置在所述槽中并形成端部绕组；以及

盖，围绕端部绕组设置并在所述盖的内表面和定子之间限定冷却剂腔，所述内表面包括径向延伸内表面和轴向延伸内表面，所述盖包括从所述径向延伸内表面和所述轴向延伸内表面延伸到所述冷却剂腔中的多个扰流构件。

2.如权利要求1所述的电机，还包括：

多个冷却剂通道，延伸穿过所述盖并与所述冷却剂腔流体连通；

冷却剂供应管，结合到所述冷却剂通道中的至少一个并被构造为将冷却剂流体提供至所述冷却剂腔。

3.如权利要求2所述的电机，其中，所述冷却剂流体包括烃类润滑剂。

4.如权利要求1所述的电机，其中，所述盖大体上呈具有第一圆周部分和第二圆周部分的圆环，所述第一圆周部分具有从内表面延伸的多个扰流构件，所述第二圆周部分不具有从内表面延伸的多个扰流构件。

5.如权利要求1所述的电机，其中，所述盖包括外壳和中间壳，所述内表面是所述中间壳的内表面，所述中间壳还具有中间壳外表面，所述外壳具有外壳内表面，另一冷却剂腔限定在所述外壳内表面和所述中间壳外表面之间，所述另一冷却剂腔与所述冷却剂腔流体连通。

6.如权利要求1所述的电机，其中，所述盖包含环氧树脂材料。

7.如权利要求1所述的电机，其中，所述多个扰流构件与所述盖形成整体单元。

8.一种冷却电机的方法，包括：

设置电机，所述电机包括其中限定有槽的定子和设置在所述槽中并形成端部绕组的导线绕组；以及

围绕所述端部绕组设置盖，以在所述盖的内表面和所述定子之间限定冷却剂腔，所述内表面包括径向延伸内表面和轴向延伸内表面，所述盖包括从所述径向延伸内表面和所述轴向延伸内表面延伸到所述冷却剂腔中的多个扰流构件。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述盖包括多个冷却剂通道和冷却剂供应管，所述多个冷却剂通道延伸穿过所述盖并与所述冷却剂腔流体连通，所述冷却剂供应管结合到所述冷却剂通道中的至少一个，其中，经由所述冷却剂供应管将冷却剂流体提供至所述冷却剂腔。

10.一种电动马达，包括：

定子，具有第一端部、第二端部以及从所述第一端部延伸至所述第二端部的中央部分，所述中央部分具有从所述中央部分延伸的突起，在所述突起之间限定槽；

多个导线绕组，设置在所述槽中；

端部绕组，靠近定子的第一端部和第二端部；以及

至少一个盖，围绕所述端部绕组设置，所述盖具有内表面，所述内表面包括径向延伸内表面和轴向延伸内表面，冷却剂腔限定在所述内表面和所述定子之间，所述盖包括从所述径向延伸内表面和所述轴向延伸内表面延伸到所述冷却剂腔中的多个湍流产生构件。

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