CN107800211B - 利用涂层材料的冷却剂流动分布 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及利用涂层材料的冷却剂流动分布。一种车辆动力传动系统包括：定子，限定具有内径部分的圆形开口；转子，在所述圆形开口内旋转，使得在所述内径部分处在转子表面和定子之间形成间隙。所述动力传动系统还包括排斥剂，所述排斥剂涂覆在定子和转子表面上，以控制所述间隙中的流体流动。

Description

利用涂层材料的冷却剂流动分布
技术领域
本申请总体上涉及一种混合动力电动车辆的电机，在该电机中定子表面和转子表面涂覆有疏油材料，以有助于在定子表面和转子表面之间的间隙中的冷却剂流动。
背景技术
诸如电机和电力逆变器的电子装置的功率密度在不断增加，以满足重量和成本降低的目标。为了满足这些目标，通常重要的是提高电子装置的效率和性能。电机的性能和效率通常受限于铜绕组上的温度约束和/或应克服空气间隙中的摩擦损失的最大电流。对于电机热管理，重要的可以是在电机的端部绕组上保持均匀的冷却剂流动(例如，水/乙二醇、油或自动变速器流体)以去除局部热点(localized hot spots)。电力逆变器的性能和效率通常受限于绝缘栅双极晶体管(IGBT)和/或二极管中的热约束。对于逆变器热管理，可使用液体冷板来冷却逆变器内部的部件(诸如，IGBT、二极管、焊料层等)。
发明内容
一种电机包括：定子，限定具有内径部分的圆形开口；转子，被构造为在所述圆形开口内旋转，使得在转子和定子之间形成间隙；以及位于转子和定子上的疏油或疏水涂层。所述涂层被构造为增加润滑流体和与润滑流体接触的转子和定子之间的接触角，以控制润滑流体的流动。
一种车辆动力传动系统包括：定子，限定具有内径部分的圆形开口；转子，被构造为在所述圆形开口内旋转，使得在所述内径部分处在转子表面和定子之间形成间隙；以及排斥剂，涂覆在定子和转子表面上，所述排斥剂被构造为控制所述间隙中的流体流动。
一种方法包括：将一层或更多层的疏油或疏水涂层涂覆到电机的定子的内径部分，使得所述一层或更多层的疏油或疏水涂层控制由定子限定的空腔内的流体的流动。
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分解图。
图1C是示出了壳体和从壳体部分地分解出来的盖的电机组件的透视图。
图1D是图1C的电机组件的一部分的剖切形式的侧视图。
图2是在超疏水或超疏油涂层表面上的具有至少140度的接触角的水或油的液滴的图示。
图3是在超亲水或超亲油涂层表面上的具有小于25度的接触角的水或油的液滴的图示。
图4是形成在两个排斥涂层之间的冷却剂通道的示例的俯视图。
图5是根据一个示例的由排斥涂层形成的冷却剂通道的照片。
图6是具有部分螺旋的定子齿和在转子中相对应地定向的永磁体的电机的示例的透视分解图。
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。
一些电机(例如用于混合动力车辆或电动车辆的电机)在恶劣的条件下运转。恶劣的条件可包括温度、湿度、气流和碎屑。恶劣的条件可归因于会进一步使电机的要求(诸如对尺寸、构造、输入功率和输出功率的约束)恶化的环境因素。为了帮助减少在电机的运转期间产生的热，可使用冷却系统。冷却系统可包括在电机的绕组和部件周围流动的流体。在一些情况中，流体与电机的绕组和部件接触。流体可随后循环(例如)通过散热器，以从电机移除一些热。例如，在一些汽车系统中，利用围绕绕组和部件循环并随后循环到散热器的自动变速器流体(ATF)来冷却电机。在一些实施例中，冷却剂通道用于引导该流动通过电机的定子。通常，电机被构造为使得在定子内旋转的转子和定子齿之间形成间隙，因此，转子和定子之间的旋转阻力和摩擦的降低是提高电机性能的重要因素。旋转阻力包括空气或其它液体与转子表面的摩擦。
在此，通过涂覆包括排斥涂层和润湿涂层的先进涂层材料来降低转子旋转阻力和摩擦。例如，排斥涂层(以下为“排斥剂”)包括疏油的、超疏油的、疏水的和超疏水的涂层。润湿涂层(以下为“润湿剂”)包括亲油的、超亲油的、亲水的和超亲水的涂层。排斥涂层和润湿涂层两者都可被涂覆到电机以提高效率。例如，具有利用油基的ATF来进行冷却的电机的混合动力车辆可具有涂覆有疏油或超疏油材料的定子齿，同时转子外径部分也涂覆有疏油或超疏油材料。这将增加ATF在定子齿和转子外径部分上的接触角，使得在定子和转子之间的间隙中的流体(例如，ATF)的摩擦将会降低。在另一实施例中，定子和转子定向可包括部分螺旋构造，以有助于流体在定子和转子之间的间隙中流动。在又一实施例中，可将亲油材料涂覆到定子齿之间的绕组，以将流体汲取到绕组，从而有助于去除热并有助于从定子齿和转子外径部分之间的间隙去除流体。
图1A描绘了PHEV(在此称为车辆12)的车辆动力传动系统的示例的示意图。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机械地连接至一组车轮22。电机14可在发动机18开启或关闭时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还可提供减少的污染排放。
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DC电压而电机14可能需要三相AC电压来运转。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。本文描述的这些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DC输出而不使用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。还可以设想可使用一个以上的温度传感器31监测电池单元的温度。
车辆12可以是包括用于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可以连接至电插座。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。EVSE 38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可以是配置为将电力从EVSE38传输至车辆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操作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)、本地互联网络(LIN)或以太网)或经由离散导体进行通信。
为了冷却的目的，用于电机的热管理组件的当前示例可将油基冷却剂或极性流体(诸如，非导电性水基流体)引入到电机的多个部分。油或流体可被滴落或喷射到电机的线端绕组上，或者可在定子内流动。然而，由于在将冷却剂流应用到端部绕组和定子时冷却剂流的不均匀性，这种做法可能不会非常有效地冷却端部绕组和定子。空气冷却式热管理组件是协助管理电机的热状况的组件的另一示例。在这个示例中，为了冷却的目的，可将风扇或鼓风机定位在端部绕组和冷却剂通道附近以向端部绕组和冷却剂通道推送诸如空气或液体的流体。
图1B示出了用于电气化车辆的电机的示例，在此总体上称为电机100。电机包括定子芯102和转子106，定子芯102具有定子齿104和位于定子齿104之间的间隙105。定子绕组位于间隙105中，并且定子绕组围绕各个定子齿104缠绕使得在定子齿中产生与转子106协作的场。基本地，电机包含极，例如，两极电机具有一对磁极(北极和南极)并且通常被称为2-极马达。在一些实施例中，定子绕组是北极和南极，并且多个定子绕组的数量可以是从2到12之间的范围内的合适数量的极，诸如4极、6极或8极。通常，马达不会配置超过12极。除了多个极之外，电机可具有一定数量范围的定子齿104，例如，通常电机的定子齿104的数量范围可以是6至48个定子齿104，诸如9、12、15、18、21、24、27、30和其它3的倍数个定子齿104，并且在一些构造中定子齿104的数量可以更多。具有48个定子齿的电机通常被构造为使每个齿相对于前一个齿偏移大约7.5度，以在齿之间提供通道以用于引导流体在通道中流动。
电气化车辆可包括两个电机。其中一个电机可主要起马达的作用，另一个电机可主要起发电机的作用。马达可操作为将电力转换成机械动力，发电机可操作为将机械动力转换成电力。然而，电机通常可以作为发电机和马达两者操作。电机包括定子芯102和转子106。定子芯102可基于定子的内径部分限定圆形开口的圆周108以及空腔110。转子106可具有适于安装在空腔110内并在空腔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围绕中心轴线109旋转。当转子106设置在空腔110内时，在定子齿104的表面和转子106的外径部分之间形成间隙。定子齿的表面形成围绕电机100的中心轴线109的圆周108，该圆周限定空腔110，空腔110具有适于使转子106安装在空腔110内的尺寸，从而在转子106的外表面和通过由定子齿形成的内径部分限定的定子的内圆周之间产生间隙。
绕组120可设置在定子芯102的间隙105内。在操作为马达的电机中，例如，电流可被供应到绕组120以感应出磁场，磁场产生作用在转子106上的旋转力。可选地，电机可被配置为发电机，使得通过来自转子106的电场的旋转而在绕组120中感应出电流。绕组120的多个部分(在此称为端部绕组126)可从空腔110突出。在电机100的操作期间，热可沿着定子齿104之间的绕组120经过的间隙105以及在端部绕组126处产生。绕组120流过电流也产生由定子齿104引导以在转子106上施加力的磁场。为了去除在沿着定子齿104之间的间隙105定位的绕组120中以及端部绕组126处产生的热，冷却剂可从散热器流出、围绕并通过定子102流动并流回到散热器。
在此，将排斥剂涂覆到定子齿104(即，空腔的内径部分)的表面上并涂覆到转子的外径部分的表面上可用于减小转子106在空腔110内旋转的摩擦。通过增大接触角，流体与表面接触的面积减小，从而减小摩擦。在另一实施例中，诸如疏油、超疏油、疏水或超疏水的排斥剂被涂覆到定子齿104表面，同时诸如亲油、超亲油、亲水或超亲水的润湿涂层被涂覆到位于定子齿104之间的间隙105中的绕组。这种构造通过定子齿104之间的间隙105形成通道，同时将流体从定子齿104和转子106表面之间的空间排除。另外，在另一实施例中，可通过转子606上的涂层的线形成螺旋形螺旋以形成阿基米德螺旋构造，从而促进形成在定子齿104之间的间隙105中的通道中的流体的运动。
图1C示出了保持车辆部件的壳体的示例，在此称为壳体130。可保持在壳体130内的车辆部件的示例包括电机(诸如，电机100)或车辆变速器。盖140可固定到壳体130。盖140可在盖140的外表面151上限定一个或更多个特征以协助管理端部绕组139以及盖141内包含的流体的热状况。图1D示出了图1C的一部分的剖视图。盖140可与定子芯141布置为使得通道149由盖140限定以容纳从定子芯141延伸的端部绕组139。例如，由盖140限定的通道149可具有适于使从定子芯141突出的端部绕组139可设置在通道149中的尺寸。转子155可以可操作地结合到定子芯141，并且转子155可被构造为在由定子芯形成的空腔内自由旋转。在这个剖视图中，空气间隙112形成在转子155和定子芯141之间，更具体地，空气间隙112形成在转子155的外径部分(也可称为外表面)和定子芯141的齿的内径部分之间。通常，空气间隙112非常小以使转子155和定子芯141的磁场的相互作用最大化。空气间隙112还可被构造为使得可将一个或更多个涂层(诸如，(超)疏水涂层、(超)疏油涂层)涂覆到转子155的外径部分和定子芯141的齿的内径部分并仍允许转子155在定子芯141内自由旋转。
在此，涂覆一个涂层或多个涂层可影响、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)疏水涂层、(超)疏油涂层、(超)亲水涂层或(超)亲油涂层。疏水涂层和疏油涂层分别是排斥水和油的涂层或是与水和油具有非常高的接触角的涂层。亲水涂层和亲油涂层分别是吸引水和油的涂层或是与水和油具有非常低的接触角的涂层。参照图2，示出了在超疏水/超疏油涂层204上的水或油(例如，自动变速器流体，ATF)的液滴202的图示。如图所示，液滴202由于涂层的排斥性而在涂层上形成了几乎完美的球体。超疏水/超疏油涂层可使水/油的液滴与涂层形成140度或更高的接触角。相比之下，图3是示出在超亲水/超亲油涂层304上的水或油(例如，自动变速器流体，ATF)的液滴302的图示。在超亲水涂层和超亲油涂层上，液滴展开并在涂层顶部上形成几乎平坦的层。超亲水/超亲油涂层可使水/油的液滴与涂层形成25度或更低的接触角。
流体可包括诸如自动变速器流体(ATF)、发动机油或散热器冷却剂的润滑流体。针对变速器和变速器的具体要求(诸如，阀操作、制动带摩擦)、变矩器操作和常规齿轮润滑对ATF进行优化。在变速器的一些实施例中，变速器冷却器可用于帮助冷却变速器流体和部件。通常，可将摩擦改性剂添加到诸如ATF的润滑剂中以降低所润滑部件的表面摩擦。通常，摩擦改性剂是对金属表面具有高亲和力并具有长烷基链的极性化合物。例如，甘油单油酸酯是摩擦改性剂的常见示例。
根据本公开，可以使用任何适合的疏水、疏油、超疏水或超疏油涂层。通常，这样的涂层可以与水或油具有高的接触角。疏水/疏油材料通常是可以与水/油形成至少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/超疏油材料通常是可以与水/油形成至少140度(诸如，至少145度、150度、155度、160度或170度)的接触角的材料。涂层可形成如此高的接触角归因于纳米级表面结构。例如，涂层的表面可覆盖有非常小的突起，使涂层的粗糙度为纳米级。突起之间的间隙可吸入空气并使其对液体润湿表面有很大的不利影响。类似地，根据本公开，可使用任何适合的亲水、亲油、超亲水或超亲油涂层。通常，这样的涂层可与水或油具有低的接触角。亲水/亲油材料通常可以是与水/油形成至多50度(诸如，至多45度、40度、35度或30度)的接触角的材料，而超亲水/超亲油材料通常可以是与水/油形成25度或更小(诸如，至多20度、15度或10度)的接触角的材料。例如，诸如氟碳化合物和氟化聚合物的一些含氟化合物(诸如聚四氟乙烯)是疏油和疏水的。
在第2013/0109261号、第2012/0009396号、第2010/0314575号、第2012/0045954号和第2006/0029808号美国专利公开，还在第8,007,638号、第6,103,379号、第6,645,569号、第6,743,467号、第7,985,451号、第8,187,707号、第8,202,614号、第7,998,554号、第7,989,619号、第5,042,991号、第8,361,176号、第8,258,206号、第6,458,867号、第6,503,958号和第6,723,378号美国专利中以及还在第WO2013/058843号国际公开中提供了多种(超)疏水/疏油和(超)亲水/亲油组合物和处理方法的示例，其公开内容通过引用包含于此。
可使用任何适合的方法(可取决于涂层本身的组分)将(超)疏水/疏油涂层涂覆到电子装置。在一个实施例中，可通过喷涂来涂覆涂层。在另一实施例中，可利用沉积的形式(诸如，物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD))来涂覆涂层。在另一实施例中，可将涂层(诸如，通过辊涂或刷涂)物理地转移到电子装置。无论何种涂覆方法，掩模可仅用于涂层的特定期望的区或区域。
图2是涂层204上的流体的液滴202的图示，诸如在超疏水涂层上的水的液滴或在超疏油涂层上的油的液滴，其在表面和流体之间产生至少140度的接触角。这个图示和角的测量可利用接触角测试仪(诸如，由美国KINO开发的SL150系列的接触角测试仪)来提供和测试。
图3是涂层304上的流体的液滴302的图示，诸如在超亲水涂层上的水的液滴或在超亲油涂层上的油的液滴，其在表面和流体之间产生小于25度的接触角。
参照图4和图5，示出了疏水/疏油涂层形成用于液体(诸如冷却剂(例如，水或ATF))的流动路径402的示意性示例和实验样品。流动路径402可由一个或更多个排斥涂层的线、带、层或区域404形成。在此，通道形成在第一排斥涂层404A和第二排斥涂层404B之间。在图4中示出的示例中，两条间隔开的线404A、404B形成流动路径402。线404可均匀地间隔开以形成具有恒定宽度或基本恒定的宽度的流动路径402。然而，在其它实施例中，流动路径402可具有非恒定的宽度。线404可被构造为形成具有任何形状或图案的流动路径402。在图4中示出的实施例中，线404A、404B形成之字形(zig-zag)流动路径，其还可称为弯曲的、蛇形的、蜿蜒的或振荡的流动路径。
在至少一个实施例中，排斥涂层的线404可在没有任何升高的壁或下沉/雕刻式(carved)的通道的情况下形成流动路径402。即，流动路径402可以仅由于涂层对液体(例如，冷却剂)的排斥而形成。因此，排斥涂层的线、带等的使用可允许在不需要相对大的物理屏障(诸如，通道壁或通道沟槽或槽)的情况下控制或影响冷却剂的流动。取而代之的是，可使用薄涂层来控制/影响冷却剂的流动。如图5中所示，涂层可以非常薄，以使涂层相对于被控制的冷却剂的高度来说是基本上平坦的或者与涂覆涂层的表面齐平。例如，涂层可具有小于1mm的厚度，诸如小于500μm、250μm、100μm、50μm、25μm或15μm。
在至少一个实施例中，除了排斥涂层的线404之外，还可涂覆亲水或亲油涂层406以形成流动路径402。在一个实施例中，流动路径402的区域的至少一部分可被涂覆亲水或亲油涂层(以下为“润湿涂层”)。例如，流动路径402的全部区域可被涂覆润湿涂层。在另一实施例中，润湿涂层的线可涂覆在流动路径402内。例如，可涂覆与排斥涂层的线404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。排斥涂层的线404可形成流动路径402的外边界，而润湿涂层406激励冷却剂沿着期望的方向流过流动路径402。
参照图4至图5示出和描述的涂覆涂层的示例与由两个间隔开的涂层线或带形成一个流动路径的流动路径有关并包括定子芯和转子的涂层。在一个实施例中，可将如元素404A和404B所示的线涂覆到转子。该线可以与转子的旋转轴线平行，或者该线可以形成部分螺旋的图案(诸如，阿基米德螺旋构造)，以有助于流体移动穿过转子的表面，从而有助于冷却通过电机的流体、有助于电机的流体的移动和去除。然而，可以存在更少的线(例如，一个)或可以存在更多的线(例如，三个或更多)来控制液体(诸如，冷却剂)的流动。例如，可将单个线404A涂覆到表面以防止或减少液体流动穿过那个线，和/或保持液体在线的一侧上。在其它示例中，可将三个或更多个线404A和404B涂覆到表面以形成多个流动路径402。在一个实施例中，单个流动路径402可被分成多个流动路径，诸如两个(分叉的)、三个(三叉的)或更多个流动路径。当然，还可使用多组的线404A和404B来形成多个离散的流动路径402。类似地，可涂覆润湿涂层406的线、层或带以吸引或激励冷却剂沿着涂层406的方向或路径流动。可以将润湿涂层406与排斥涂层结合使用以更好地控制冷却剂流动。
在至少一个实施例中，排斥涂层可用于在电机(诸如，电机100)上形成一个或更多个冷却剂流动路径402。例如，排斥涂层可用于在绕组120(诸如，电机的端部绕组126)上形成流动路径402。在电机的操作期间，冷却剂(诸如，油基冷却剂(例如，ATF))可被引入到端部绕组126上以从端部绕组去除热。根据具体电机的设计，冷却剂可以以多种方式被引导到端部绕组126上。在一些设计中，冷却剂可被泵送或以其它方式释放到端部绕组126上。可在端部绕组的顶部处或在端部绕组的上部上引入冷却剂，并允许冷却剂通过重力下落以经过并被引入到形成在定子齿之间的通道中，在通道中，冷却剂的移动基于涂层的旋转和表面张力而发生，以冷却转子和定子芯。
图6示出了用于电气化车辆的电机的示例，在此大体上称为电机600。电机包括定子芯602和转子606，定子芯602具有定子齿604和位于定子齿604之间的间隙605。定子绕组位于间隙605中，并且定子绕组围绕各个定子齿604缠绕，使得在定子齿中产生与转子606协作的场。类似于图1B，电机包含极，例如，两极电机具有一对磁极(北极和南极)并且通常被称为2-极马达。在一些实施例中，定子绕组是北极和南极，并且多个定子绕组可以是从2到12之间的范围内的合适数量的极，诸如4极、6极或8极。通常，马达不会配置超过12极。除了多个极之外，电机可具有一定数量范围的定子齿604，例如，通常电机的定子齿604的数量范围可以是从6至48个定子齿604，诸如9、12、15、18、21、24、27、30和其它3的倍数，并且在一些构造中可以更多。具有48个定子齿的电机通常被构造为使每个齿相对于前一个齿偏移大约7.5度。
电气化车辆可包括两个电机，通常，电机可作为发电机和马达两者操作。然而，在一些实施例中，其中一个电机可作为马达起作用更高效，另一个电机可作为发电机起作用更高效。马达可操作为将电力转换成机械动力，发电机可操作为将机械动力转换成电力。定子芯602可基于定子的内径部分限定圆周608以及空腔610。转子606可具有适于安装在空腔610内并在空腔610内运转的尺寸。轴(未示出)可以可操作地连接到转子606以驱动转子606围绕中心轴线609旋转。当将转子606设置在空腔610内时，在定子齿604的表面和转子606的外径部分之间形成间隙。定子齿的表面形成围绕电机600的中心轴线609的圆周608，该圆周限定空腔610，空腔610具有适于使转子606安装在空腔610内的尺寸，从而在转子606的外表面和通过由定子齿限定的定子的内径部分之间产生间隙。
绕组可设置在定子芯602的间隙605内。在操作为马达的电机中，例如，电流可被供应到绕组以感应出磁场，该磁场产生作用于转子606的旋转力。可选地，电机可被配置为发电机，使得通过来自转子606的电场的旋转而在绕组中感应出电流。在电机600的操作期间，热会沿着定子齿604之间的绕组经过的间隙605产生。绕组流过电流也产生由定子齿604引导以在转子606上施加力的磁场。为了去除沿着定子齿604之间的间隙605定位的绕组中产生的热，冷却剂可从散热器开始流出、围绕并通过定子602流动并流回到散热器。
在此，将排斥剂涂覆到定子齿604(即，空腔的内径部分)的表面上并涂覆到转子606的外径部分的表面上可用于减小转子606在空腔610内旋转的摩擦。通过增大接触角，流体与表面接触的面积减小，从而减小摩擦。在另一实施例中，可沿着由空腔的内径部分限定的圆周608将诸如疏油、超疏油、疏水或超疏水的排斥剂涂覆到定子齿604的表面，同时将诸如亲油、超亲油、亲水或超亲水的润湿涂层涂覆到位于定子齿604之间的间隙605中的绕组。这种构造在定子齿604之间的间隙605中形成通道，同时从定子齿604和转子606表面之间的空间排斥流体。另外，定子齿604的定向相对于定子芯602的中心轴线609成角612A。定子齿604的角612A使相同角的通道形成在定子齿604之间的绕组经过的间隙605中。角612A使得定子齿604形成将排斥剂涂覆到其上的部分螺旋表面。成角612A的这个部分螺旋表面还改善被捕获在转子606和定子齿604的表面的内径部分之间的空气间隙中的流体的流动。类似地，转子606具有与定子齿的角612A匹配的对应的角612B。转子606的角612B和定子齿604的角612A可小于20度，诸如小于或等于15度、10度、5度、2度或1度。另外，在另一实施例中，可通过转子606上的涂层的线形成螺旋形螺旋线以形成阿基米德构造，从而促进形成在定子齿604之间的间隙605中的通道中的流体的移动。
排斥涂层还可用于防止液体(例如，诸如水或油的冷却剂)下落或经过两个表面之间的空气间隙。这两个表面可以是电机(诸如电机600)的部件的表面。例如，这两个表面可以是定子齿表面和转子表面。
因此，可将(超)疏水和/或(超)疏油涂层材料和/或(超)亲水或(超)亲油涂层材料用在电机热管理中。这些涂层材料的使用可在没有额外的冷却剂回路和泵动力(额外的冷却剂回路和泵动力会需要额外的成本并会导致效率损失)的情况下允许均匀的流动分布。此外，涂层材料可通过消除局部热点并因降低端部绕组温度而减小功率损失来提高电机的可靠性。另外，可由于具有超疏水/超疏油涂层的表面而实现电机尺寸的减小。
已经发现冷却剂通道中的大转弯会引起冷却剂滞留和/或再循环(例如，形成漩涡)的区或区域。形成这些区域(在此称为再循环区域)可归因于通道壁处低滑移或无滑移状况。这些状况可因通道中相对高角度的转弯引起。再循环区域可在高角度转弯的拐角中出现。因此，在冷板的操作期间，冷却剂的一部分会在再循环区域中被卡住，并且会降低冷板的有效性和/或效率。进而，使用部分螺旋的定子齿表面可有助于改善流动并引导该流动沿着定子芯602内的通道和定子齿604之间的间隙605中的通道。
类似于上面关于图4至图5的内容，还可在通道内涂覆润湿涂层，以进一步促进冷却剂流动通过通道。例如，可将润湿涂层(诸如，以线的形式或连续层的形式)涂覆到通道的一部分或全部。在一个实施例中，可沿着弧形的方向将润湿涂层涂覆在由流动箭头指示的区域内。因此，润湿涂层可进一步促进冷却剂流动通过通道，以使冷却剂不会卡在再循环区域中。
在至少一个实施例中，已经发现排斥涂层(例如，上面描述的疏水或疏油涂层)可用作间隙填料和/或屏障以防止冷却剂交叉流动。可将排斥涂层的层涂覆到定子齿104或604的顶表面。因此，即使在定子齿的顶表面和转子106或606之间存在间隙，冷却剂可以通过被引导到形成在定子齿104或604之间的通道以及定子齿104或604之间的间隙105或605中而被排斥经过空气间隙。除了将涂层涂覆到定子齿104或604的顶表面之外或者替代地，可将涂层涂覆到定子齿104或604的侧面，以进一步促进形成在定子齿104或604之间的通道和定子齿104、604之间的间隙105或605中的流体的流动。
因此，可将(超)疏水和/或超(疏油)涂层材料和/或(超)亲水和/或(超)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增设物理的通道壁或阶梯以及泵动力的情况下允许均匀的流动分布。这些增设可增加成本、增加压降并增加效率损失。此外，涂层可通过消除局部热点和/或因减少由局部热点引起的部件温度增加而减小功率损失来提高逆变器系统的可靠性。
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 (16)

1.一种电机，包括：
定子，限定具有内径部分的圆形开口，所述定子还限定沿着所述内径部分的具有多个表面的多个齿；
转子，被构造为在所述圆形开口内旋转，使得在转子和定子之间形成间隙；
位于转子和定子上的疏油或疏水涂层，被构造为增加润滑流体和与润滑流体接触的转子和定子之间的接触角，以控制所述间隙中的流体的流动；以及
亲油或亲水涂层，涂覆到围绕所述齿的绕组，使得沿着所述亲油或亲水涂层在涂覆有疏油或疏水涂层的齿之间形成通道，以控制经过所述绕组的流体流动，其中，所述绕组被构造为在所述齿中产生磁场。
2.如权利要求1所述的电机，其中，所述定子还限定沿着所述内径部分的形成部分螺旋表面的齿，其中，所述疏油或疏水涂层控制沿着所述部分螺旋表面的流体的流动。
3.如权利要求1所述的电机，其中，所述疏油或疏水涂层是在流体的液滴与沿着定子的内径部分的表面之间形成大于140°的接触角的超疏油或超疏水涂层。
4.如权利要求1所述的电机，其中，所述疏油或疏水涂层是氟化聚合物。
5.如权利要求1所述的电机，其中，所述疏油或疏水涂层是聚四氟乙烯。
6.如权利要求1所述的电机，其中，所述流体是自动变速器流体。
7.一种车辆动力传动系统，包括：
定子，限定具有内径部分的圆形开口，所述定子还限定沿着所述内径部分的具有多个表面的多个齿；
转子，被构造为在所述圆形开口内旋转，使得在所述内径部分处在转子表面和定子之间形成间隙；
排斥剂，涂覆在定子和转子表面上，所述排斥剂被构造为控制所述间隙中的流体流动；以及
亲油或亲水涂层，涂覆到围绕所述齿的绕组，使得沿着所述亲油或亲水涂层在涂覆有排斥剂的齿之间形成通道，以控制经过所述绕组的流体流动，其中，所述绕组被构造为在所述齿中产生磁场。
8.如权利要求7所述的车辆动力传动系统，其中，所述流体是自动变速器流体。
9.如权利要求7所述的车辆动力传动系统，其中，所述排斥剂在定子和转子表面上形成疏油或疏水涂层。
10.如权利要求7所述的车辆动力传动系统，其中，所述定子还限定沿着所述内径部分的形成部分螺旋表面的齿，其中，所述排斥剂控制沿着所述部分螺旋表面的流体的流动。
11.如权利要求10所述的车辆动力传动系统，其中，所述排斥剂是在流体的液滴与沿着定子的内径部分的表面之间形成大于140°的接触角的超疏油或超疏水涂层。
12.一种控制电机中的流体流动的方法，包括：
将一层或更多层的疏油或疏水涂层涂覆到电机的定子的内径部分，使得所述一层或更多层的疏油或疏水涂层控制由定子限定的空腔内的流体的流动，其中，所述定子限定沿着所述内径部分的具有多个表面的多个定子齿；
将一层或更多层的亲油或亲水涂层涂覆到围绕定子齿的用于在定子齿中形成磁场的绕组，使得沿着亲油或亲水涂层在具有疏油或疏水涂层的定子齿之间形成通道，以控制经过所述绕组的流体流动。
13.如权利要求12所述的控制电机中的流体流动的方法，其中，所述疏油或疏水涂层排斥在沿着所述内径部分的多个表面和所述空腔内的转子表面之间的间隙中的流体的流动。
14.如权利要求13所述的控制电机中的流体流动的方法，其中，所述定子还限定沿着所述内径部分的形成部分螺旋表面的齿，其中，疏油或疏水涂层排斥在沿着所述内径部分的多个表面和所述空腔内的转子表面之间的间隙中的流体的流动，并控制沿着所述部分螺旋表面的流体的流动。
15.如权利要求12所述的控制电机中的流体流动的方法，其中，一层或更多层的疏油或疏水涂层包括限定冷却剂流动路径的两个间隔开的层。
16.如权利要求15所述的控制电机中的流体流动的方法，其中，所述方法还包括：在所述冷却剂流动路径中涂覆一层或更多层的亲油或亲水涂层。
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