CN108702063A - 一种用于冷却电机的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷却电机(3)的设备。电机(3)包括围绕旋转轴线(4a)可旋转地布置的转子(5)、包括布置在转子(5)的径向外侧的定子绕组(6b)的定子(6)、包围转子(5)和定子(6)的壳体(2)、被配置为从壳体(2)排出冷却流体的至少一个排放孔(11)、被配置为将冷却流体喷洒在定子绕组(6b)上的至少一个喷洒装置(8‑10)、以及被配置为将冷却流体泵送至喷洒装置(8‑10)的泵(14)。所述设备包括控制单元(18)，所述控制单元被配置为当电机(3)运转时接收定子绕组(6b)的至少一个位置中的温度的信息并且控制泵(14)，使得其将具有与定子绕组(6b)的所估算的温度有关的流量的冷却流体泵送至喷洒装置(8‑10)。

Description

一种用于冷却电机的设备

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于冷却电机的设备。

背景技术

混合动力车辆的动力传动系可以由电机和燃式发动机提供动力。电机用作发动机并在某些运转状态期间(诸如在空转状态期间、车辆的低速和加速期间)提供动力。在某些运转状态期间，电机作为发电机运转，其向电池供应电能。当电机作为发动机或发电机运转时，电机运转。在电机不作为发电机运转的同时，燃式发动机可以在车辆的某些运转状态期间独立地为车辆提供动力。在这种运转状态期间，电机不运转。电机在运转时被加热。混合动力车辆中的电机的常规冷却可以通过被引导经过包围电机的壳体的外表面的空气或水来执行。更有效的冷却方法是将油喷洒在定子绕组上。

US2011/0148229示出了一种包括布置在壳体中的转子和定子的电机。在电机的运转期间，多个冷却装置在定子上产生冷却剂喷雾。集液盘在壳体的底部处接收所供应的冷却剂。冷却剂排出口安装在集液盘的最低点处。冷却剂排出口将冷却剂引导至冷却剂储存器。冷却剂泵将冷却剂从冷却剂储存器泵送至冷却剂喷洒装置。冷却液溢流器限定集液盘中的最高冷却剂液位。当电机不运转时，泵将少量的冷却剂流供给至冷却剂喷洒装置，使得在壳体中不产生冷却剂液位。当电机运转时，泵将较大量的冷却剂流供给至冷却剂喷洒装置，使得在壳体中产生润湿转子的冷却剂液位。在这种情况下，转子将冷却剂分布在壳体中，这导致电机的有效冷却。然而，电机在运转期间接收相对大的阻力损失，因为在电机的运转期间，转子与壳体中的冷却剂持续接触地旋转。

发明内容

本发明的目的是建立一种设备，其以避免不必要的损失的方式提供电机的有效冷却。

该目的理由在前言中限定的设备来实现，其特征在于在权利要求1的特征部分中限定的特征。电机中的温度升高基本上限于特定部件，尤其是定子绕组。因此，有效的是通过将冷却流体喷射在定子绕组上来冷却电机。冷却流体可以是合适的油。定子绕组的冷却需求在不同运转状态期间变化。通常，冷却需求随着定子的温度而增加。定子绕组的冷却取决于冷却流体到定子绕组的流量。然而，与较低的流量相比，需要更多的泵送能量来将更大的流量供应至定子绕组。

控制单元可以访问与定子绕组的不同温度下的合适流量有关的所存储的信息。控制单元可以基本上连续地接收定子绕组的温度信息。在到喷洒装置的冷却流量与定子绕组的特定温度下的合适流量不同的情况下，控制单元控制泵使得流量调节至期望值。在这种情况下，可以当电机高负载时提供定子绕组的有效冷却，并且在电机低负载时节省泵送能量。

根据本发明的实施方式，泵被配置为当电机运转时提供冷却流体流量，在壳体中产生与定子绕组的温度相关的冷却流体液位。壳体的排放孔具有确定冷却剂流体流出壳体的流量的尺寸。因此，为了在壳体中产生冷却流体液位，必须向壳体提供比经由排放孔离开壳体的流量更大的流量。随着壳体中冷却流体液位的增加，通过排放孔的出口流量略有增加。由于这个事实，可以确定泵送至壳体的冷却流体流量与壳体中的冷却流体液位之间的关系。

根据本发明的实施方式，泵被配置为在定子绕组的第一温度下提供在壳体中产生冷却流体液位的流量，冷却流体在所述冷却流体液位处覆盖定子绕组的最低定位部分的至少一部分。常常困难的是提供定子绕组的最低定位部分的有效冷却。在这种情况下，获得定子绕组的最低定位部分的非常有效的冷却，因为其具有与冷却流体恒定接触的部分。可以通过调节壳体中的冷却流体液位来改变定子绕组的通过冷却流体覆盖的部分的尺寸。

根据本发明的实施方式，泵被配置为在定子绕组的第二温度下提供在壳体中产生冷却流体液位的流量，冷却流体在所述冷却流体液位处与转子接触。在这种情况下，转子将会将冷却流体在壳体中到处喷洒，使得其与定子绕组的定位在比冷却流体液位更高液位处的部分接触。在这种情况下，定子绕组的基本上所有部分都通过冷却流体接收非常有效的冷却。当定子绕组具有高温时，适合在壳体中产生这样的冷却流体液位，以增加定子绕组的冷却。当定子绕组的温度已降低到更平常的温度时，常常可以产生不与转子接触的冷却流体液位，以减少电机的阻力损失。

根据本发明的实施方式，泵被配置为在定子绕组的第三温度下提供在壳体中基本上不产生冷却流体液位的流量。在定子绕组的温度降低的情况下，可以降低泵送至喷洒装置的流量。降低的流量导致壳体中的降低的冷却流体液位。在到壳体的流量降低到低于经由排放孔离开壳体的流量的水平的情况下，壳体中将没有冷却流体液位。通过到壳体的如此低的流量，节省了泵送能量。

根据本发明的实施方式，所述泵能够以基本无级的方式调节到喷洒装置的冷却流体流动。在这种情况下，可以高精度地调节壳体中的冷却流体液位。或者，控制单元可以控制泵，使得其被限制为提供多个预定值的流量。

根据本发明的实施方式，控制单元被配置为控制泵，使得其将一流量泵送至壳体，以将定子绕组的温度维持在预定温度范围内。在定子绕组的温度高于温度范围的最高温度的情况下，泵可以向壳体提供产生与转子接触的冷却流体液位的高流量。在定子绕组的温度低于温度范围的最低温度的情况下，泵可以提供在壳体中基本上不产生冷却流体液位的低流量。

根据本发明的实施方式，其包括被配置为感测定子绕组在至少一个位置中的温度的温度传感器。在这种情况下，控制单元接收与定子绕组的至少一部分中的温度有关的可靠信息。或者，控制单元被配置为接收与电机的至少一个运转参数有关的信息并且借助于该运转参数确定定子绕组的温度。控制单元可以接收与电机的运转参数(诸如扭矩和速度)有关的信息。借助于该信息，可以确定定子绕组的温度和定子绕组的冷却需求。

根据本发明的实施方式，喷洒装置被配置为将冷却流体喷洒在定子绕组的布置在定子的上半部处的部分上。常常足够的是将冷却流体喷洒在定子绕组的某些上部部分上。所喷射的冷却流体冷却上部部分，于是冷却流体沿着定子绕组的下部定位部分向下流动。实际上，撞击定子绕组的上部部分的一部分冷却流体从定子绕组弹回。该冷却流体可以撞击壳体的壁，其在所述壁处向下流动而不从定子绕组的下部定位部分吸收任何热量。在这种情况下，存在定子绕组的最低定位部分接收不充分冷却的风险。在这种情况下，特别重要的是在壳体中产生与起动绕组的下部的至少一部分接触的冷却流体液位。

根据本发明的实施方式，壳体包括被配置为限定壳体中的最大冷却流体液位的至少一个另外的排放孔。这种至少一个另外的排水装置布置在壳体中的特定液位处。高于所述液位的多余冷却流体经由所述至少一个排放孔从壳体排出。因此，这种排放孔以简单且可靠的方式限定壳体中的最大冷却流体液位。可以在壳体中布置处于不同高度液位处的排放孔，以在壳体中实现进一步的冷却流体液位。可以将排放孔布置在适当液位处，以防止泵排干。

根据本发明的实施方式，控制单元可以被配置为当电机不运转时控制泵，使得其泵送在壳体中基本上不产生冷却流体液位的流量。当电机不提供任何扭矩的时间期间，其不运转。在这些时间期间，定子绕组没有冷却需求，并且可以将在壳体中基本上不产生冷却流体液位的最小流量泵送至壳体。

根据本发明的实施方式，所述设备可以被包括在车辆的动力传动系中的电机中。在这种情况下，电机可以用作电动机以及发电机。电机当其提供扭矩时运转。车辆可以是通过电机和燃式发动机提供动力的混合动力车辆。

附图说明

下面参考附图通过实施例描述本发明的优选实施方式，其中：

图1示出了用于冷却电机的设备

图2示出了图1中的平面A-A中的横截面图。

具体实施方式

图1示出了示意性指示的混合动力车辆1和包围电机3的壳体2。可旋转轴4延伸穿过壳体2的第一侧壁2a和壳体2的第二侧壁2b。周边壁2c连接侧壁壳体2的侧壁2a，2b。轴4借助于轴承2d相对于侧面2a，2b可旋转地设置。电机3以常规方式包括转子5和定子6。转子5包括通过转子轮毂5b支撑的转子芯5a。转子轮毂5b借助于花键连接件固定在可旋转轴4上。或者，其可以布置在行星齿轮的齿圈上。转子5和轴4围绕共同旋转轴线4a旋转。定子6包括定子芯6a、布置在壳体2的周边壁2c的内侧上的定子绕组6b、和罩6c。示意性指示的燃式发动机7也连接到轴4。冷却流体(示例为合适的油)被供应到壳体2。油冷却并且润滑壳体1中的部件。油通道8布置在壳体2中的周边壁2c与罩6c之间的径向空间中。油经由壳体2中的入口孔10以正压力被供应至油通道8。油通道8包括罩6c中的多个出口导管9。油经由出口导管9被喷洒向定子绕组6b的定位在定子6的上半部处的多个部分。

壳体2包括定位在壳体2的最低位置处的排放孔11。排放孔11经由排放管线12连接到油接收器13。泵14将油从油接收器13经由油管线15泵送至壳体2中的油通道8。油管线15包括恒温器16。在油的温度低于恒温器16的调节温度的情况下，恒温器16在不冷却的情况下将油引导至壳体2。在油的温度高于恒温器16的调节温度的情况下，恒温器16在将油引导至壳体2之前将其引导至冷却器17。控制单元18被配置为控制泵14的速度以及被泵送至壳体2的油的流量。温度传感器19被配置为感测定子绕组6b的至少一部分中的温度。控制单元18从温度传感器19接收与定子绕组6b的温度有关的信息。此外，控制单元18接收与扭矩有关的信息20。信息20还可以包括其他运转参数，诸如电机3的速度。控制单元18能够借助于这些运转参数确定定子绕组6b的温度。控制单元还可以从第二温度传感器21接收与被泵送至壳体2的油的温度有关的信息。

图2示出了图1中的平面AA中的横截面图。在此可见，壳体2包括布置在壳体2的上部中的不同位置的的多个出口导管9。两个另外的排放孔22a，22b限定壳体2中的最大油位L_max。最大油位L_max定位在高于转子5的最低位置的液位处。因此，当壳体2中存在最大油位L_max时，转子5与油接触。壳体中的油位L可以在当壳体2中基本没有油位时的最小油位L_min与高达最大油位L_max之间调节。在图中指示了另一个油位L，其中油与定子绕组6b的下部部分接触但是不与转子5接触。

电机3当其作为电动机运转并且为混合动力车辆1提供动力时运转。电机3当其作为发电机运转并且对混合动力车辆1中的电池充电时也运转。电机3当其运转时被加热并且需要冷却。在当混合动力车辆1正在运行并且电机3不作为电动机或发电机运转的状态期间，其不运转。在这种情况下，电机的冷却需求基本上可以忽略不计。在混合动力车辆1中，在当燃式发动机7独立地为混合动力车辆1提供动力同时电池未充电时的情况期间，电机可能相对频繁地不运转。

在混合动力车辆1的运转期间，控制单元18可以从温度传感器19接收与定子绕组6b的温度有关的信息。控制单元18访问所存储的信息18a，所述信息将到壳体2的预定油流量限定为定子绕组6b的温度的函数。定子绕组6b的温度与定子绕组6b的冷却需求密切相关。定子绕组6b的合适温度处于例如可以是90°-110°的特定温度范围内。控制单元18被配置为基本上连续地接收与电机3的扭矩有关的信息20。信息20还可以包括其他运转参数，诸如电机3的速度。控制单元18还可以借助于与所述运转参数有关的信息20确定定子绕组6b的温度。控制单元18还可以基本上连续地从第二温度传感器21接收与被引导至壳体2的油的温度有关的信息。电机2的冷却能力也与油的温度有关。控制单元18基本上连续地接收与电机3的扭矩有关的信息20。在电机3的扭矩与零不同的情况下，控制单元18注意到电机3运转。在电机3为零的情况下，控制单元18注意到电机不运转。

在电机3运转并且定子绕组6b的温度低于上述示例性温度范围中的最低温度的情况下，电机3存在低冷却需求。控制单元18控制泵14，使得其提供经由油管线15到壳体2的相对低流量的油。低流量的油经由入口孔10进入油通道8。油通过出口导管9被喷洒在定子绕组6b的定位在定子6的上半部处的多个部分上。油撞击并且冷却定子绕组6b的所述上部部分。优选地，相对大部分的油将保留在定子绕组6b上。该部分油沿着定子绕组6b向下流动并且冷却定子绕组6b的下部部分。油被收集在壳体2的底部部分上。油经由排放孔11离开壳体。在这种情况下，到壳体2的油的流量低于排放孔11的流量能力。因此，在壳体2中将会基本上没有油位L_min。油从壳体2经由排放管线12流动至油接收器13。由于冷却需求低，因此可以将低流量的油引导至壳体2并且节省泵送能量。

在电机3运转并且定子绕组6b的温度处于上述特定温度范围内的情况下，电机3存在中等冷却需求。控制单元18控制泵14，使得其将中等流量的油经由油管线15泵送至壳体2。在这种情况下，由于更高流量的油被喷洒在定子绕组6b上，所以接收定子绕组6b的较高冷却。同样在该温度范围内，冷却需求和到壳体的流量可以随着定子绕组6b的温度而变化。在所有情况下，到壳体2的油的中等流量将会略高于通过排放孔11的油的流量。然而，通过排放孔11的油的出口流量随着壳体2中的油位L而略微增加。由于这一事实，可以确定到壳体2的油的流量与壳体2中的油位L之间的关系。在这种情况下，中等油位L被供应至壳体2，产生油位L，油在所述油位L处覆盖定子绕组6b的最低定位部分的至少一部分。当油被喷洒在定子绕组6b的定位在定子6的上半部处的部分上时，存在定子绕组6b的定位在定子的下半部处的部分特别是定子绕组6b的最低定位部分接收不良冷却的风险。在这种情况下，定子绕组6b的最低定位部分的冷却将会显著增加，因为其或多或少通过油覆盖。可以基本上连续地调节油的流量和壳体2中的油位L，以便以高精度提供定子绕组6b的期望冷却。

在电机3运转并且定子绕组6b的温度高于上述示例性温度范围中的最高温度的情况下，电机3存在高冷却需求。控制单元18控制泵14，使得其将高流量的油经由油管线15泵送至壳体2。高流量的油提供定子绕组6b的有效冷却。到壳体2的油的高流量显著高于通过排放孔11的油流量。因此，在壳体2中产生最大油位L_max。最大油位L_max通过两个另外的排放孔22a，22b限定。另外的排放孔22a，22b和普通排放孔11的总流量容量大于被泵送至壳体2的高流量。因此，软管2中的油位将不会高于最大油位L_max。最大油位L_max定位在高于转子5的最低部分的液位处。因此，转子5将油在壳体中到处喷洒，因此进一步增加定子绕组6b的冷却。

上述冷却装置随着时间的推移导致定子绕组6b中的更均匀的温度以及允许更好地优化电机3并且提供更好的车辆特性的驱动模式。在高冷却需求下改善冷却性能。由于控制单元18控制泵14的速度，因此冷却性能不受车辆1的速度影响。获得定子绕组6b的最低定位部分的非常有效的冷却。当存在低或中等的冷却需求时，油中没有阻力损失。

本发明决不限于附图所涉及的实施方式，而是可以在权利要求的范围内自由变化。可以相对于定子绕组的温度以基本上任意的方式改变到壳体的油的流量，以实现定子绕组6b的有效冷却。电机可以连接到纯电动车辆中的电动动力系。

Claims (12)

1.一种用于冷却电机(3)的设备，其中电机(3)包括围绕旋转轴线(4a)可旋转地布置的转子(5)、包括布置在转子(5)的径向外侧的定子绕组(6b)的定子(6)、包围转子(5)和定子(6)的壳体(2)、被配置为从壳体(2)排出冷却流体的至少一个排放孔(11)、被配置为将冷却流体喷洒在定子绕组(6b)上的至少一个喷洒装置(8-10)、以及被配置为将冷却流体泵送至壳体(2)的泵(14)，其特征在于，所述设备包括控制单元(18)，所述控制单元被配置为当电机(3)运转时接收定子绕组(6b)的至少一个位置中的温度的信息并且控制泵(14)，使得其提供作为定子绕组(6b)的温度的函数的到壳体(2)的冷却流体流量以及在壳体(2)中产生与定子绕组(6b)的温度有关的冷却流体液位(L)的流量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，泵(14)被配置为在定子绕组(6b)的第一温度下提供在壳体(2)中产生使冷却流体覆盖定子绕组(6b)的最低定位部分的至少一部分的冷却流体液位(L)的流量。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，泵(14)被配置为在定子绕组(6b)的高于第一温度的第二温度下提供在壳体(2)中产生使冷却流体与转子(5)接触的冷却流体液位(L)的流量。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，泵(14)被配置为在定子绕组(6b)的低于第一温度的第三温度下提供在壳体(2)中基本上不产生冷却流体液位(L)的流量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，泵(14)能够以基本无级的方式调节流量。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，控制单元(18)被配置为控制泵(14)，使得其将一流量泵送至壳体(2)，以将定子绕组(6b)的温度维持在预定温度范围内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其包括被配置为感测定子绕组(6b)的温度的温度传感器(15)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，控制单元(18)被配置为接收与电机(3)的至少一个运转参数有关的信息(20)并且借助于所述运转参数确定定子绕组(6b)的温度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，喷洒装置(8-10)被配置为将冷却流体喷洒在定子绕组(6b)的布置在定子(6)的上半部处的部分上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，壳体(2)包括被配置为在壳体(2)中限定最大冷却流体液位(L_max)的至少一个另外的排放孔(19a，19b)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，控制单元(18)被配置为在电机(3)不运转时控制泵(14)，使得其向壳体(2)泵送在壳体(2)中基本上不产生冷却流体液位(L)的流量。

12.一种车辆，其包括根据前述权利要求1-11中任一项所述的设备。