CN107565757A - 利用涂层材料进行的冷却剂流分布 - Google Patents

Abstract

本公开涉及利用涂层材料进行的冷却剂流分布。公开了一种电子装置，包括控制电子装置中或电子装置上的冷却剂流的疏水或疏油涂层。在至少一个实施例中，提供了一种电机，该电机包括：定子芯，限定有腔；绕组，设置在腔内并包括从腔突出的端绕组；疏油涂层的一个或更多个层，覆盖在端绕组上并被构造为控制端绕组上的冷却剂流。一种方法可包括：将疏油涂层的一个或更多个层涂覆到电机定子的端绕组，使得所述一个或更多个层控制端绕组上的冷却剂流。所述一个或更多个层可限定冷却剂流动路径，所述流动路径可将冷却剂引导到电机的需要额外冷却的区域，诸如热点或中性点。

Description

利用涂层材料进行的冷却剂流分布

技术领域

本公开涉及例如在电机和/或逆变器中使用涂层材料进行冷却剂流分布。

背景技术

诸如电机和电力逆变器的电子装置的功率密度正在持续增大以满足降低重量和成本的目标。为了满足这些目标，提高电子装置的效率和性能通常是重要的。电机的性能和效率通常受到铜绕组的温度约束和/或应克服气隙中的摩擦损失的最大电流的限制。对于电机热管理，在电机的端绕组上保持均匀的冷却剂(例如，水/乙二醇、油或自动变速器流体)流来消除局部热点会是重要的。由于部件的焊接材料会因超过温度极限而受损，因此电力逆变器的性能和效率通常受到绝缘栅双极晶体管(IGBT)和/或二极管的热约束的限制。对于逆变器热管理，可使用液体冷却板来冷却逆变器内部的部件，诸如IGBT、二极管、焊料层(solder layer)等。

发明内容

在至少一个实施例中，提供了一种电机。所述电机可包括：定子芯，限定有腔；绕组，设置在腔内并包括从腔突出的端绕组；疏油或疏水涂层的一个或更多个层，覆盖在端绕组上并被构造为控制端绕组上的冷却剂流。

所述一个或更多个层可包括限定冷却剂流动路径的两个间隔开的层。可在冷却剂流动路径内设置亲油或亲水涂层的层，并且所述亲油或亲水涂层的层覆盖在端绕组上。在一个实施例中，冷却剂流动路径被构造为将冷却剂引导到端绕组的中性点。所述两个间隔开的层可限定主冷却剂流动路径，并且疏油或疏水涂层的一个或更多个另外的层可设置在主冷却剂流动路径的一部分之内以形成一条或更多条次级流动路径。可设有至少两条次级流动路径，并且每条次级流动路径可被构造为将冷却剂引导到端绕组的热点或中性点。所述两个间隔开的层之间的间隔可沿着冷却剂流动路径的长度包括拐点。

在一个实施例中，所述一个或更多个层的第一层是位于端绕组的上半部上的弧线并被构造为延长冷却剂与端绕组的上半部的接触时间。所述一个或更多个层还可包括与第一层分离并形成在端绕组的下半部上的第二弧线。在另一个实施例中，所述一个或更多个层包括被设置在端绕组中的间隙的任一侧上并被构造为防止冷却剂流通过所述间隙的两个层。所述疏油或疏水涂层可以是分别与油基或水基冷却剂具有至少150度的接触角的超疏油或超疏水涂层。

在至少一个实施例中，提供了一种方法，包括：将疏油或疏水涂层的一个或更多个层涂覆到电机定子的端绕组，使得所述一个或更多个层控制端绕组上的冷却剂流。

所述一个或更多个层可包括限定冷却剂流动路径的两个间隔开的层。所述冷却剂流动路径可被构造为将冷却剂引导到端绕组的热点或中性点。在一个实施例中，所述两个间隔开的层限定主冷却剂流动路径，并且所述方法还包括：在主冷却剂流动路径的一部分之内涂覆疏油或疏水涂层的一个或更多个另外的层，以形成一条或更多条次级流动路径。在另一个实施例中，所述方法还可包括：在所述冷却剂流动路径中涂覆亲油或亲水涂层的一个或更多个层。所述一个或更多个层的第一层可作为弧线被涂覆在端绕组的上半部上，并可延长冷却剂与端绕组的上半部的接触时间。在一个实施例中，疏油或疏水涂层的层被涂覆在端绕组中的间隙的两侧上并防止冷却剂流通过间隙。可通过喷涂来涂覆所述疏油或疏水涂层的一个或更多个层。

在至少一个实施例中，提供一种方法，所述方法包括：将疏油或疏水涂层的一个或更多个层以及亲油或亲水涂层的一个或更多个层涂覆到电机的端绕组，并将冷却剂施加到端绕组，使得疏油/疏水层和亲油/亲水层控制端绕组上的冷却剂流并将冷却剂引导到端绕组的热点。

附图说明

图1A是示出电气化车辆的示例的示意图；

图1B是电机的示例的透视图；

图2是具有至少150度接触角的超疏水或超疏油涂层表面上的水滴的示意图；

图3是在两个排斥性涂层之间形成的冷却剂通道的示例的俯视图；

图4是根据一个示例的由排斥性涂层形成的冷却剂通道的照片；

图5A、图5B、图5C、图5D、图5E和图5F分别是可利用排斥性涂层形成的冷却剂通道的形状或图案的示例，包括直的、曲折的、渐缩的、渐扩的、先渐缩后渐扩的和先渐扩后渐缩的；

图6是根据实施例的包括排斥性涂层的线和对冷却剂流产生的效果的定子端绕组的端视图；

图7是根据实施例的在其上涂覆有排斥性涂层以形成叉状冷却剂流动路径的定子端绕组的透视图；

图8是根据实施例的在其上涂覆有排斥性涂层以形成先渐缩后渐扩(例如，沙漏形)的冷却剂流动路径的定子端绕组的透视图；

图9是根据实施例的在其上涂覆有排斥性涂层以形成先渐扩后渐缩的流动路径的定子端绕组的透视图；

图10是根据实施例的在其上均具有排斥性涂层以防止冷却剂通过两者之间的间隙下落的两个相邻绕组的端视图；

图11是根据实施例的在其上具有排斥性涂层以防止冷却剂通过其间的间隙下落的定子端绕组的侧视图；

图12是根据实施例的在其上具有排斥性涂层以防止冷却剂通过其间的间隙下落的发卡式端绕组的透视图；

图13是根据实施例的包括多条排斥性涂层的线以便于在入口和出口处进行冷却剂分布的冷却板(例如，用于电力逆变器)的示意性局部截面图；

图14A是根据实施例的不具有排斥性涂层且示出了回流区的形成的冷却板的通道中的转弯的示意性俯视图；

图14B是根据实施例的在拐角处具有排斥性涂层且示出了回流区的消除的冷却板的通道中的转弯的示意性俯视图；

图15是根据实施例的在通道壁的顶表面上具有排斥性涂层以防止冷却剂在通道与冷却板盖之间流动的冷却板的示意性局部截面图。

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，所公开的实施例仅是本发明的示例，这些实施例可按照各种可替代的形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以多种形式应用本发明的代表性基础。

图1A描绘了在此称为车辆12的PHEV的示例的示意图。车辆12可包括机械地连接到混合动力变速器16的一个或更多个电机14。电机14能够作为马达或发电机运转。此外，混合动力变速器16可机械地连接到发动机18。混合动力变速器16还可机械地连接到驱动轴20，驱动轴20机械地连接到一组车轮22。电机14能够在发动机18开启或关闭时提供推进和减速的能力。电机14还可用作发电机并可通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量而提供燃料经济效益。由于混合动力电动车辆12可在某些状况下以电动模式或混合动力模式运转以减少车辆12的总燃料消耗，因此电机14还可减少污染物排放。

牵引电池或电池组24储存并提供可供电机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(未示出)电连接到一个或更多个电力电子模块26。一个或更多个接触器在断开时将牵引电池24与其它部件隔离，并在闭合时将牵引电池24连接到其它部件。电力电子模块26还可电连接到电机14，并在牵引电池24与电机14之间提供双向传输电能的能力。例如，牵引电池24可提供DC电压而电机14可能需要三相AC电压以运转。电力电子模块26可将DC电压转换为电机14所需的三相AC电压。在再生模式下，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所需的DC电压。这里的部分描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力变速器16可以是连接到电机14的变速箱并且发动机18可不存在。

牵引电池24除提供用于推进的能量之外，还可提供用于其它车辆电力系统的能量。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)可在不使用DC/DC转换器模块28的情况下直接连接到高电压。低电压系统可电连接到辅助电池30(例如，12V电池)。

电池电力控制模块(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可具有诸如热敏电阻或其它温度仪的温度传感器31。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内的电池单元上或附近。还可预期可用于监测电池单元温度的一个以上的温度传感器31。

车辆12可以是例如包括用于PHEV、FHEV、MHEV或BEV的部件的电气化车辆。牵引电池24可通过外部电源36进行再充电。外部电源36可连接至电插座。外部电源36可电连接到电动车辆供电设备(EVSE,electric vehicle supply equipment)38。EVSE 38可提供电路和控制以调节并管理电源36和车辆12之间的电能传输。外部电源36可向EVSE 38提供DC电力或AC电力。EVSE 38可具有用于插入到车辆12的充电端口34中的充电连接器40。充电端口34可以是被构造为将电力从EVSE 38传输到车辆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可以调节从EVSE 38供应的电力，以向牵引电池24提供合适的电压和电流水平。电力转换模块32可与EVSE 38相互作用，以协调至车辆12的电力传输。EVSE连接器40可具有与充电端口34的对应的凹入匹配的插脚。所讨论的各种部件可具有一个或更多个相关联的控制器，以控制并监测部件的操作。控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由离散的导体进行通信。

用于电机的热管理组件的当前示例可出于冷却的目的而将油引导到电机的局部。油可被滴到或喷到电机的导线端绕组上。然而，这种做法可能因施加到端绕组的冷却剂流的不均匀性而在冷却端绕组时不是非常有效。风冷热管理组件是协助管理电机的热状况的另一示例性组件。在该示例中，出于冷却的目的，风扇或鼓风机可被定位成与端绕组邻近，以将空气推送到端绕组。

图1B示出了用于电气化车辆的电机(在此总体上称为电机100)的示例。电机可包括定子芯102和转子106。电气化车辆可包括两个电机。一个电机可主要作为马达运转，另一个电机可主要作为发电机运转。马达可运转以将电力转换为机械功率，发电机可运转以将机械功率转换为电力。定子芯102可限定有内表面108和腔110。转子106可具有设置在腔110内且在腔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。

绕组120可设置在定子芯102的腔110内。在电机作为马达运转的示例中，电流可输送到绕组120以在转子106上获得旋转力。在电机作为发电机运转的示例中，通过转子106的旋转而在绕组120中产生的电流可被转移以对车辆部件供电。绕组120的一部分(在此称为端绕组126)可从腔110突出。在电机100运转期间，可沿绕组120和端绕组126产生热。

在至少一个实施例中，本公开包括涂覆一个或更多个涂层以影响、改变和/或控制电子装置(诸如电机或电力逆变器)上的冷却剂分布。涂层可以是(超)疏水和/或(超)疏油涂层，或者(超)亲水和/或(超)亲油涂层。疏水涂层和疏油涂层分别是排斥水和油或者与水和油具有非常大的接触角的那些涂层。亲水涂层和亲油涂层分别是吸引水和油或者与水和油具有非常小的接触角的那些涂层。参照图2，示出了在超疏水/超疏油涂层上水或油(例如，自动变速器流体(ATF))的液滴的示意图。如图所示，液滴因涂层的排斥性而在涂层上形成了近乎完美的球体。超疏水/超疏油涂层可使水/油的液滴与涂层形成150度或更大的接触角。相反，在超亲水和超亲油涂层上，液滴在涂层上面扩散开并形成近乎均匀的层。超亲水/超亲油涂层可使水/油的液滴与涂层形成25度或更小的接触角。

根据本公开，可使用任何合适的疏水涂层、疏油涂层、超疏水涂层或超疏油涂层。通常，这种涂层可与水或油具有大的接触角。疏水/疏油材料通常可以是那些形成至少90度(诸如至少100度、110度、120度、130度或140度)的接触角的材料，而超疏水/超疏油材料通常可以是那些与水/油形成至少150度的接触角的材料。由于纳米级表面构造，涂层可形成如此大的接触角。例如，涂层的表面可覆盖有非常小的突起，使涂层粗糙度为纳米级。突起之间的间隙可存有空气并且非常不利于液体润湿表面。类似地，根据本公开，可使用任何合适的亲水涂层、亲油涂层、超亲水涂层或超亲油涂层。通常，这种涂层可与水或油具有小的接触角。亲水/亲油材料通常可以是那些形成最大50度的接触角(诸如最大40度或30度)的材料，而超亲水/超亲油材料通常可以是那些与水/油形成25度或更小的接触角的材料。

在第2013/0109261、2012/0009396、2010/0314575、2012/0045954和2006/0029808号美国专利公布以及第8,007,638、6,103,379、6,645,569、6,743,467、7,985,451、8,187,707、8,202,614、7,998,554、7,989,619、5,042,991、8,361,176、8,258,206、6,458,867、6,503,958和6,723,378号美国专利以及第WO2013/058843号国际公布中提供了各种(超)疏水/疏油成分和(超)亲水/亲油成分及处理方法的示例，它们所公开的内容通过引用被包含于此。

可利用任何合适的方法将(超)疏水/疏油涂层涂覆到电子装置，方法可取决于涂层自身的成分。在一个实施例中，可通过喷涂来涂覆涂层。在另一个实施例中，可利用沉积(诸如物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD))的形式来涂覆涂层。在另一个实施例中，可将涂层物理地转移到电子装置，诸如通过滚压(roll)或刷涂(brush)。无论采用何种涂覆方法，都可使用掩模来仅涂覆某些期望的区域。

参照图3和图4，示出了疏水/疏油(在下文中称为“排斥性”)涂层形成诸如冷却剂(例如，水或ATF)的液体的流动路径50的示意性示例和实验样本。流动路径50可由排斥性涂层的一个或更多个线、带、层或区域52形成。在图3中示出的示例中，两条间隔开的线52形成流动路径50。线52可均匀地间隔开以形成具有恒定或基本上恒定的宽度的流动路径50。然而，在其它实施例中，流动路径50可具有非恒定的宽度。线52可被构造为形成具有任意形状或图案的流动路径50。在图3中示出的实施例中，线52用于曲折的流动路径50，其还可称为弯曲的流动路径50、迂回的流动路径50、蜿蜒的流动路径50或振荡的流动路径50。

在至少一个实施例中，排斥性涂层的线52可形成不具有任何凸起的壁或凹陷/凹入的通道的流动路径50。即，可单纯由于涂层对液体(例如，冷却剂)的排斥性而形成流动路径50。因此，排斥性涂层的线、带等的使用可在不需要相对大的物理屏障(诸如通道壁或者通道沟或槽)的情况下允许控制或影响冷却剂的流动。作为替代，可使用薄的涂层来控制/影响冷却剂的流动。如图4所示，涂层可非常薄，以相对于被控制的冷却剂的高度而言基本上是均匀的或者与被涂覆的表面齐平。例如，涂层的厚度可小于1mm，诸如小于500μm、250μm、100μm、50μm、25μm或15μm。

在至少一个实施例中，除排斥性涂层的线52之外，还可涂覆亲水或亲油涂层54以形成流动路径50。在一个实施例中，流动路径50的至少一部分区域可以使用亲水或亲油涂层(在下文中称为“润湿涂层”)来涂覆。例如，流动路径50的整个区域都可以使用润湿涂层来涂覆。在另一个实施例中，可在流动路径50内涂覆润湿涂层的线。例如，可涂覆与排斥性涂层的线52平行的线。因此，润湿涂层可进一步帮助控制流动路径中的冷却剂的流动。排斥性涂层的线52可形成流动路径50的外边界，而润湿涂层促使冷却剂沿着期望的方向流过润湿涂层。

参照图5A至图5F，示出了可利用排斥性涂层形成的不同形状和图案的流动路径50的示例。然而，示出的图案仅为示例，可根据期望的流动路径而形成其它图案。图5A示出了具有恒定宽度的直的流动路径50，其可由间隔开且平行的排斥性涂层的线52形成。图5B示出了曲折的流动路径50，其还可称为弯曲的流动路径50、迂回的流动路径50、蜿蜒的流动路径50或振荡的流动路径50。该流动路径可由间隔开的线52形成。线52的各段可以是平行的，使得流动路径50具有恒定宽度，然而这不是必需的。图5C示出了渐缩的流动路径50，其中流动路径的宽度沿一个方向(例如，如图所示，从上到下)变小。图5D示出了渐扩的流动路径50，其中流动路径的宽度沿着一个方向(例如，如图所示，从上到下)变大。图5E示出了在一定距离内渐缩或变窄随后在拐点处渐缩终止然后渐扩或变宽的流动路径50。这可称为沙漏形流动路径。图5F示出了在一定距离内渐扩或变宽随后在拐点处渐扩终止然后渐缩或变窄的流动路径50。这可称为隆起形流动路径。类似于参照图3至图4描述的上文，还可在流动路径50中涂覆润湿涂层54，然而这不是必需的。

参照图3至图5示出和描述的示例涉及流动路径，其中存在两条间隔开的涂层的线或带以形成一条流动路径。然而，可存在更少的线(例如，一条)或者可存在更多的线(例如，三条或更多)来控制诸如冷却剂的液体的流动。例如，可将单条线52涂覆到表面，来防止或减少液体流越过该线和/或者将液体保持在该线的一侧。在其它示例中，可将三条或更多条线52涂覆到表面，以建立多条流动路径50。在一个实施例中，可将单条流动路径50分为多条流动路径，诸如两条(两岔的)、三条(三岔的)或更多条流动路径。当然，还可使用多组线52来形成多条离散的流动路径50。类似地，可涂覆润湿涂层54的线、层或带，以引导或促使冷却剂沿着涂层54的方向或路径流动。润湿涂层54可与排斥性涂层结合使用以更好地控制冷却剂流。

在至少一个实施例中，排斥性涂层可用于在电机(诸如电机100)上形成一条或更多条冷却剂流动路径50。例如，排斥性涂层可用于在电机的绕组120(诸如端绕组126)上形成流动路径50。在电机运转期间，可将冷却剂(诸如油基冷却剂(例如，ATF))引导到端绕组126上，以从端绕组126去除热。根据特定的电机的设计，可以以各种方式将冷却剂引导到端绕组126上。在一些设计中，可将冷却剂泵送或以其它方式释放到端绕组126上。可在端绕组的顶部或在端绕组的上部引入冷却剂，并且允许冷却剂通过重力下落以冷却端绕组的下部。

参照图6，示出了电机端绕组126的端视图的示意性示例。在所示出的示例中，可在中央的一侧将冷却剂引导到端绕组126的顶部128上，如箭头130所指示的。可以以一定角度引入冷却剂，使得冷却剂流在接触端绕组126时具有水平分量和竖直分量。这不但可使冷却剂围绕端绕组126的顶部流动并流动到相对侧，而且还可使冷却剂沿着引入冷却剂的那侧流动，如箭头132所指示的。

在一个实施例中，可将排斥性涂层涂覆到端绕组126，以控制或影响冷却剂在端绕组126上的流动。可使用排斥性涂层来形成流动路径，与不存在涂层的情况相比，该流动路径在端绕组上提供更均匀的冷却剂流。排斥性涂层还可用于将冷却剂导向或引导到需要增强的冷却的区域或如果不调节冷却剂流就可能接受不到足够的冷却的区域。例如，接受不到足够的冷却的区域可形成称为“热点”的区域。可能需要额外的冷却剂流或从额外的冷却剂流获益的其它区域可包括中性点。中性点可以是三相电动马达的所有三相导线的连接处。由于中性点将所有导线连接于一点，因此热会集中在那个点并会形成一种类型的热点。

在图6中示出的实施例中，涂覆排斥性涂层的线52以在端绕组126的某些部分增加冷却剂流。线52可被布置为围绕端绕组延伸的弧。例如，弧可与端绕组同心(例如，与端绕组共享中心的圆或圆弓)。在示出的实施例中，一个线52’可位于端绕组的顶部128并且可以是位于端绕组的中间点(例如，端绕组的内径与外径之间的中间位置)处或附近的同心弧。如图6所示，该线52’可增加线52’上方的区域134中的冷却剂流。由于涂层的排斥性(例如，疏油)，诸如ATF的冷却剂可保持在端绕组126上的线52’上方而不会因重力而立即下落或向下滴落。相反，冷却剂可沿着端绕组126的顶部流动并沿着与冷却剂被引入的位置(例如，箭头130)相对的一侧流动。因此，排斥性涂层的线52’可增加在区域134中端绕组与冷却剂接触的时间和/或冷却剂流，结果改善了区域134中的散热。与上面类似地，区域134还可包括润湿涂层54的线、层、带等，以进一步促使冷却剂在区域134上流动。可使用润湿涂层54涂覆区域134的一部分或全部。

除线52’之外或替代线52’，还可将一条或更多条额外的线52涂覆到端绕组126。例如，可将线52”涂覆到端绕组126的底部136。与线52’类似，线52”可以是弧并可与端绕组同心。线52”也可位于绕组的中间点处。在示出的实施例中，线52”可位于端绕组的与冷却剂被引入的那侧(例如，箭头130)相对的一侧上。然而，与线52’类似，线52”可位于与冷却剂被引入的那侧相同的一侧或居中。将线52”定位在冷却剂入口的相对侧可进一步促成均匀的冷却剂流，特别是当线52’存在时。线52”可使留在线52’上方的冷却剂继续水平地运动穿过端绕组126，而不是竖直地向下滴落。在线52’与线52”之间可存在间隙区域138。该间隙区域可位于端绕组126的高度方向的中间区域中。在来自区域134的冷却剂沿端绕组流动时，一些冷却剂将被线52”进一步径向地向外引导到区域140，同时一些冷却剂将被线52”径向地向内引导到区域142。与冷却剂被保持在线52’上方类似，区域142中的冷却剂可被保持在线52”上方，而不向下流动。这可增加该区域中流向端绕组的冷却剂流和/或增加该区域中冷却剂与绕组的接触时间。与区域134类似，在区域140和/或区域142上可涂覆有润湿涂层54。

虽然在图6中示出并描述了两条线52’和52”，但是可以有更少(例如，一条)或更多(例如，三条或更多条)的线52。基于本公开，本领域普通技术人员将理解，可基于具体的电机的设计来设置线52，从而引导冷却剂或增加冷却剂与端绕组126的可从中获益的区域的接触时间。虽然线52以实线示出，但它们可以是虚线或断断续续的线，使得在线中存在允许一些冷却剂流过的间隙。这可允许处于线的另一侧的端绕组仍能接收冷却剂流。此外，虽然涂层可防止一定体积或流量的冷却剂穿过线，但是在一定的体积或流量下，一部分冷却剂可通过克服排斥力而穿过线。

参照图7至图9，示出了用于影响冷却剂流的排斥性涂层的其它示例。示出的实施例均包括至少两条排斥性涂层的线62，以在电机100的端绕组126上形成至少一个流动路径60。在图7的实施例中，流动路径60可包括单流部60’，单流部60’分流或分岔为两条次级流动路径60”。流动路径60可包括排斥性涂层的两个间隔开的外线62，其可限定单流部60’和次级流动路径60”两者的外边界。可在外线62之间设置两条内线62’用于限定次级流动路径60”的内边界。内线62’可始于交叉点64处并且彼此叉开以形成次级流动路径60”的内边界。因此，在图7中示出的实施例中，冷却剂可从端绕组126的顶部向下流动通过流动路径60的单流部60’，随后可在端绕组126的底部分流到两条次级流动路径60”中。然而，应理解的是，流动路径的特定方位和分流的位置仅为示例而非限制。例如，次级流动路径60”可面向绕组的顶部，独立地接收冷却剂，随后在绕组的底部将冷却剂汇流到单流部60’。

如图7所示，次级流动路径60”可被构造为引导冷却剂使得冷却剂接触和/或流过热点66。如本领域普通技术人员已知的，热点可由于各种原因而在绕组中产生。热点可因诸如绕组图案、绕组密度、电流密度、暴露于空气或冷却剂的程度、与中央绕组或其它散热片的接近度的因素或其它因素而产生。基于电机的设计，热点66可位于可预测的位置。因此，流动路径60可被构造为使得多余的冷却剂被输送到热点66或使得热点66与绕组的其它区域类似地接收冷却剂流。如图7所示，次级流动路径60”均可被构造为将冷却剂引导到热点66。与参照图3至图4描述的上文类似，还可在流动路径60、60’和/或60”内涂覆润湿涂层，以进一步促使冷却剂流过。

参照图8，在所示出的实施例中，两条间隔开的排斥性涂层的线72在电机100的端绕组126上形成流动路径70。在该实施例中，线72之间的间隔随着线从端绕组的顶部朝向端绕组的底部延伸而改变。线间隔可沿着端绕组的第一区域74减小，使得流动路径70在第一区域74中变窄。在拐点76处，线间隔(例如，流动路径宽度)可以处于(局部)最小值，并且线间隔可开始增大以形成第二区域78，在第二区域78中流动路径70变宽。这种线间隔图案可称为先渐缩后渐扩的图案或沙漏形图案。与图7类似，流动路径70的图案可被构造为将冷却剂引导到在图8中被示出为位于第二区域78(例如，渐扩部)内的热点66。与参照图3至图4描述的上文类似，还可在流动路径70内涂覆润湿涂层，以进一步促使冷却剂流过。

参照图9，在所示出的实施例中，两条间隔开的排斥性涂层的线82在电机100的端绕组126上形成流动路径80。在该实施例中，线82之间的间隔随着线从端绕组的顶部朝向端绕组的底部延伸而改变。线间隔可沿着端绕组的第一区域84增大，使得流动路径80在第一区域84中变宽。在拐点86处，线间隔(例如，流动路径宽度)可以处于(局部)最大值，并且线间隔可开始减小以形成第二区域88，在第二区域88中流动路径80变窄。这种线间隔图案可称为先渐扩后渐缩图案或隆起图案。与图7和图8类似，流动路径80的图案可被构造为将冷却剂引导到在图9中被示出为位于拐点86(例如，隆起部)处或附近的热点66。与参照图3至图4描述的上文类似，还可在流动路径80内涂覆润湿涂层，以进一步促使冷却剂流过。

在上面描述的实施例中，端绕组(例如，铜绕组)被描述为被排斥性涂层覆盖或涂覆，然而，涂层还可延伸遍及与端绕组相关的其它附件或辅助材料或部件。例如，附件或辅助材料可包括支撑材料或紧固件，诸如保持金属(例如，铜)绕组就位的带或系带。这些材料可设置在端绕组的外表面上以固定端绕组。因此，排斥性涂层的线(诸如线52、62、72和82)可横跨金属绕组和支撑材料两者，以形成流动路径(例如，50、60、70和80)。因此，流动路径还可延伸遍及金属绕组和支撑材料两者。因此，如在此使用的，被描述为延伸遍及绕组或端绕组的涂层的线、带等还可延伸遍及与绕组或端绕组相关联的附件或辅助材料。

参照图10至图12，排斥性涂层还可用于防止液体(例如，诸如水或油的冷却剂)下落或穿过两个表面之间的间隙或通道。这两个表面可以是电机(诸如电机100)的部件的表面。例如，表面可以在相邻近的绕组(例如，端绕组)或相邻近的金属条(例如，铜条)上。在图10中示出的实施例中，存在以横截面形式示出的两个相邻近的表面90。表面90可朝向彼此倾斜，使得它们之间的间隙92在其底部比在其顶部更窄。因此，在没有任何屏障的情况下，液体(例如，冷却剂)可在两个表面之间流动并通过底部的间隙92下落。然而，通过将排斥性涂层的层94涂覆在每个表面90的底部处或附近，可防止冷却剂通过间隙92下落(或者较少量的冷却剂可通过间隙92下落)。因此，涂覆层94可允许冷却剂在两个表面之间的间隙之上流动，这可增加表面上面的流动和/或经过表面的流动。

参照图11，示出了电机100的端绕组126的侧视透视图。箭头96指示围绕端绕组126的周向的冷却剂的流动。与上面类似，在没有屏障的情况下，冷却剂可通过各个绕组束之间的间隙92自由下落，这会减小冷却剂与绕组的接触时间并减少从绕组去除的热。然而，如果将排斥性涂层的层94涂覆在间隙92的任意一侧上，则可防止冷却剂(例如，ATF)通过间隙92下落，或者少量的冷却剂可通过间隙92下落。虽然在图11中示出了一对层94，但是可存在多对层94。例如，每个间隙92可在任意一侧上具有层94。可选地，某些间隙92(诸如那些倾向于有大量的冷却剂经其下落的间隙或期望增加冷却剂接触时间的区域中的间隙)可在每侧上具有层94。在一个实施例中，端绕组126的上半部上的多个间隙92可包括位于任意一侧上的层94，以促使冷却剂围绕绕组的周向流动而不是通过间隙92立即下落。与参照图3至图4描述的上文类似，还可将润湿涂层涂覆到端绕组126以进一步促使冷却剂沿着箭头96所指的路径流动。例如，可涂覆与箭头96平行和/或与排斥性涂层的层94垂直的润湿涂层。

参照图12，示出了不同类型的端绕组126(称为发卡式绕组)的示意图。发卡式绕组是本领域已知的绕组类型并且将不详细描述。总体来说，传统的绕组的铜线可以被金属(例如，铜)带或条98取代。与图11中示出的绕组束类似，在相邻的带98之间可存在间隙92，冷却剂可通过该间隙92下落。因此，可将排斥性涂层的层94涂覆到间隙92的任意一侧上的带98，以防止冷却剂经间隙下落或减小下落的量。如所示出的，可将层94涂覆到带的侧边缘(例如，垂直于顶表面的侧边缘)，或者可将层94涂覆到带98的处于顶表面上的边缘，或这两者。与图11的实施例类似，间隙(诸如在端绕组的上半部的那些间隙)中的一些或全部可在任意一侧上具有层94。

因此，可在电机热管理中利用(超)疏水和/或疏油涂层材料和/或(超)亲水或亲油涂层材料。这些涂层材料的使用可在不需要额外的冷却剂回路和泵功率(可需要额外的成本并且可导致效率损失)的情况下使流动均匀分布。此外，由于端绕组温度的降低，涂层材料可通过消除局部热点并减小功率损失来提高电机的可靠性。此外，可因超疏水/疏油涂覆表面而实现电机尺寸的减小。

如上所述，还可将排斥性涂层涂覆到电力逆变器冷却系统，诸如冷却板。参照图13至图15，示出了冷却板200的实施例，冷却板200包括用于控制或影响冷却板200中的冷却剂流的排斥性涂层。图13示出了具有入口202和出口204的冷却板200的示意性示例。入口202与出口204之间可以是冷却区或热传递区206。在入口202与冷却区206之间可存在扩流区208，在冷却区206与出口204之间可存在汇流区210。在一个实施例中，入口202和/或出口204可比冷却区206窄(例如，宽度更小)。因此，扩流区208的宽度可从入口202到冷却区206增大，和/或汇流区210的宽度可从冷却区206到出口204减小。所述增大或减小可以是连续的，然而这不是必需的。例如，这种增大/减小的速率可以是恒定的(例如，如所示出的直线)或者可以是非恒定的(例如，曲线或指数)。

由于入口202和/或出口204可比冷却区206更窄，因此从入口流出和/或流入出口的冷却剂流会是不均匀的。为了提高冷却剂流分布的均匀性，在扩流区或汇流区中可包括诸如通道壁或流动台阶的物理屏障。然而，这会导致冷却板200内的压降增大，这会需要增加冷却剂的泵功率。这种压降和泵功率的增加会降低冷却系统的效率。

参照图13，已发现上面描述的排斥性涂层的线212可用于提高扩流区和/或汇流区中的冷却剂流的均匀性。如图所示，可将排斥性涂层的一条或更多条线212涂覆在扩流区208和/或汇流区210中。在扩流区208中，线可至少部分地重新引导来自入口202的流动，使其在到达冷却区206时扩散开。例如，可存在多条线212，线212中的至少一些从入口202朝向冷却区206成扇形散开(fan out)。一部分线212可从邻近入口202的区域延伸到邻近冷却区206的区域。与扩流区208的渐扩宽度类似，一些线212可沿着从入口202到冷却区206的方向向外延伸。线212可形成在入口202与冷却区206之间延伸的一条或更多条(例如，多条)流道214。除从入口202延伸到冷却区206的线212之外，还可存在将流道214细分为次级或较小的流道216的额外的较短的线212。

在汇流区210中，线可至少部分地重新引导来自冷却区206的流动，使其朝向出口204汇聚或缩窄。例如，可存在多条线212，线212中的至少一些从出口204朝向冷却区206成扇形散开。可选地，线212可被描述为朝向出口204成漏斗形汇聚。一部分线212可从邻近出口204的区域延伸到邻近冷却区206的区域。与汇流区210的变窄或渐缩宽度类似，线212中的一些可沿着从冷却区206到出口204的方向向内延伸。线212可形成在出口204与冷却区206之间延伸的一条或更多条(例如，多条)流道214。除从出口204延伸到冷却区206的线212之外，还可存在将流道214细分为次级或较小的流道216的额外的较短的线212。与参照图3至图4描述的上文类似，还可在流道214和/或流道216内涂覆润湿涂层218(例如，与润湿涂层54类似)，以进一步促使冷却剂流过。例如，可(诸如以线或连续的层的形式)将润湿涂层218涂覆到一部分或所有的流道214/流道216。因此，润湿涂层218可进一步有助于冷却剂在流道中的扩散/汇集。

参照图14A和图14B，还可将排斥性涂层涂覆到冷却板200内的内冷却剂通道220，以改善在内冷却剂通道220中的流动。图13中示出的冷却区206可包括一条或更多条冷却剂通道220，冷却剂流经冷却剂通道220以进行热交换。冷却剂通道220通常可形成(相对于从入口到出口的直线路径)增大冷却剂与冷却板的接触时间的蜿蜒的、弯曲的和/或迂回的形状。任何合适的通道形状或路径可用于所公开的冷却板200。通常，在通道220内将包括具有相对大的角度的至少一个转弯。在图14A和图14B所示的示例中，通道壁222形成具有180度角的转弯(例如，方向完全相反)。然而，示出的转弯仅为示例，其它转弯角是可能的。

如图14A所示，已发现冷却剂通道220中的大的转弯会产生冷却剂停滞和/或回流(例如，形成涡流)的区域。这些区域(在此称为回流区224)会因通道壁222处的低滑移状况或无滑移状况而产生。这些状况可由通道220中相对大的角度的转弯产生。如图14A所示，在大角度的转弯的拐角226处可产生回流区224。因此，在冷却板200操作期间，一部分冷却剂会滞留在回流区224中并会降低冷却板200的效力和/或效率。

参照图14B，已发现将排斥性涂层的一个或更多个层228布置在通道220的拐角226处可将壁222从无/低滑移状况变为滑移状况，从而减小或消除回流区224。在两个壁222相交而形成拐角226的一个实施例中，可在壁222的相交点处或附近将排斥性涂层的层228涂覆到一个或两个壁222。术语“拐角”并不一定意味着90度交叉，而是可指两个壁以一定角度(例如，45度至135度、60度至120度或75度至105度)相交。在图14B示出的实施例中，在通道220的外壁222中形成有两个90度的拐角。在拐角226的任意一侧将排斥性涂层的层228涂覆在壁222上。如所示出的，排斥性涂层的层228可防止回流区224的形成并可使大部分或所有冷却剂继续围绕转弯流动而不停滞。在通道220中存在相对小的转弯的区域中，可不涂覆涂层。因此，通过将液体排斥性涂层涂覆在具有急转弯的区域中，冷却板冷却区中的冷却剂可更均匀地流动，并且可更有效地和/或更高效地执行冷却。与参照图3至图4所描述的上文类似，还可在通道220内涂覆润湿涂层218以进一步促使冷却剂流经通道220。例如，可(诸如以线或连续的层的形式)将润湿涂层218涂覆到一部分或整个通道220。在一个实施例中，可沿着弧形方向在由流动箭头所指示的区域中涂覆润湿涂层218。因此，润湿涂层218可进一步有助于冷却剂流通过通道220，使得冷却剂不滞留在回流区224中。

参照图15，示出了冷却板的冷却区的局部剖视俯视图的示例。如参照图14A和图14B所描述的，冷却区可包括由壁222形成的通道220。箭头230指示流经通道220的冷却剂流的方向。为了封住通道220，冷却板可包括被构造为接触壁222的顶表面234的盖232，从而将一条通道220与另一条通道220阻隔开。然而，在实践中已经发现，在壁222的顶表面234与盖232之间会产生小的间隙。盖232可以是刚性的或半刚性的板或片。在制造期间，壁222和/或盖232的公差的小变化会使盖232不能完全截断盖232与壁222的顶表面234之间的冷却剂流。如果存在这种间隙，则会降低冷却板冷却的效率和/或效力。例如，间隙会允许入口处或附近的相对冷的冷却剂与出口处或附近的相对热的冷却剂混合。间隙还会允许冷却剂采取从入口到出口的更加直接的路径而不完全地流经通道220(如上所述，该通道220可被构造为蜿蜒的、弯曲的等以增加冷却剂的接触时间)。

在至少一个实施例中，已发现排斥性涂层(例如，上面描述的疏水或疏油涂层)可用作间隙填充物和/或屏障，以防止冷却剂的交叉流动(cross-flow)。可将排斥性涂层的层236涂覆到壁222的顶表面234。因此，即使在顶表面234与盖232之间存在间隙，也可防止冷却剂通过间隙进入另一通道220。除将涂层涂覆到顶表面234之外或者作为替代，可将层236涂覆到盖232的下侧的在装配冷却板时与顶表面234的位置相对应的区域中。

因此，可将(超)疏水和/或疏油涂层材料和/或(超)亲水和/或亲油涂层材料用于逆变器热管理。这些涂层材料的使用可在不添加物理通道壁或台阶和泵功率的情况下允许均匀的流动分布。这些添加会增大成本、增大压降并增大效率损失。此外，涂层可通过消除局部热点和/或(由于减小了由局部热点引起的部件升温而)减小功率损失来提高逆变器系统的可靠性。

尽管上面描述了示例性实施例，但不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，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以作出各种改变。此外，可以组合实施的各个实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (13)

1.一种电机，包括：

定子芯，限定有腔；

绕组，设置在腔内并包括从腔突出的端绕组；

疏油或疏水涂层的一个或更多个层，覆盖在端绕组上并被构造为控制端绕组上的冷却剂流。

2.如权利要求1所述的电机，其中，所述一个或更多个层包括限定冷却剂流动路径的两个间隔开的层。

3.如权利要求2所述的电机，其中，在冷却剂流动路径内设置有亲油或亲水涂层的层，所述亲油或亲水涂层的层覆盖在端绕组上。

4.如权利要求2所述的电机，其中，冷却剂流动路径被构造为将冷却剂引导到端绕组的中性点。

5.如权利要求2所述的电机，其中，所述两个间隔开的层限定主冷却剂流动路径，并且疏油或疏水涂层的一个或更多个另外的层被设置在主冷却剂流动路径的一部分之内以形成一条或更多条次级流动路径。

6.如权利要求5所述的电机，其中，设置有至少两条次级流动路径，并且每条次级流动路径均被构造为将冷却剂引导到端绕组的热点或中性点。

7.如权利要求2所述的电机，其中，所述两个间隔开的层之间的间隔沿着冷却剂流动路径的长度具有拐点。

8.如权利要求1所述的电机，其中，所述一个或更多个层中的第一层是位于端绕组的上半部上的弧线，并被构造为延长冷却剂与端绕组的上半部的接触时间。

9.如权利要求8所述的电机，其中，所述一个或更多个层还包括与第一层分离并形成在端绕组的下半部上的第二弧线。

10.如权利要求1所述的电机，其中，所述一个或更多个层包括被设置在端绕组中的间隙的任一侧上并被构造为防止冷却剂流通过所述间隙的两个层。

11.如权利要求1所述的电机，其中，所述疏油或疏水涂层是分别与油基或水基冷却剂具有至少150度的接触角的超疏油或超疏水涂层。

12.一种方法，包括：

将疏油或疏水涂层的一个或更多个层涂覆到电机定子的端绕组，使得所述一个或更多个层控制端绕组上的冷却剂流。

13.一种方法，包括：

将疏油或疏水涂层的一个或更多个层和亲油或亲水涂层的一个或更多个层涂覆到电机的端绕组；

将冷却剂施加到端绕组，使得疏油或疏水层以及亲油或亲水层控制端绕组上的冷却剂流并将冷却剂引导到端绕组的热点。