CN109075663A

CN109075663A - 带有封闭定子的液体冷却电机

Info

Publication number: CN109075663A
Application number: CN201780028067.8A
Authority: CN
Inventors: J-P.德克斯特拉泽; E.拉图利佩; Y.菲利伯特; M.霍勒
Original assignee: TM4 Inc
Current assignee: Dana TM4 Inc
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2037-04-11
Also published as: US10826353B2; EP3443644B1; WO2017177321A1; CN109075663B; CA3019187A1; EP3443644A1; KR20180134348A; US20190229583A1; EP3443644A4; JP2019514326A

Abstract

液体冷却电机的一实施例设置有封闭定子，并且包括冷却组件，该冷却组件构造成允许冷却液体在封闭定子的线圈接收槽中流动，从而冷却位于其中的线圈。

Description

带有封闭定子的液体冷却电机

技术领域

本公开总体涉及电机。更具体地，本公开涉及一种设有封闭定子的液体冷却电机。

背景技术

电机、电动机或发电机在本领域中是公知的。而且众所周知，电机产生作为副产物的热量，并且必须以某种方式从机器中提取该热量以改善机器的性能和/或防止其早期退化。

电机通常是空气冷却的。这通常通过在机器主体中设置孔以迫使空气从其通过来完成。这种冷却组件的效率通常很差，因为空气通常是低效冷却介质。此外，一些电机在这样的环境中操作，使得不可能为电机提供允许空气在其中的孔。因此，还设计了用于电机的液体冷却组件。

一些永磁电机设置有内部定子和通常包围定子的外部转子。在这种情况下，定子具有大致圆柱形主体，并且线圈安装到圆柱形主体上，以便向外产生与外部设置的转子相互作用的磁场。由于热量通常在一定程度上被转子包围的定子中产生，因此可能难以将液体冷却组件安装在这种外部转子电机的封闭定子内。

发明内容

因此，通过在定子周围提供外壳并在外壳中提供冷却液体路径，解决了冷却电机内部定子的困难。在一些实施例中，加热的冷却液体可以通过与电机壳体相关联的外部冷却装置冷却。

根据示例性实施例，提供了一种液体冷却电机，包括：内部定子，其具有内表面和设置有线圈接收槽的外表面；与所述内部定子同轴的外部转子；和定子冷却组件，其具有与定子的内表面接触的内部部分、与定子的外表面接触以密封线圈接收槽的外部套管、以及将内部部分和外部套管互连的中间部分；所述中间部分构造成允许冷却液体在所述内部部分和线圈接收槽之间流动；所述定子冷却组件包括入口和出口。

通过阅读仅以示例方式参考附图给出的本发明的示例性实施例的以下非限制性描述，其他目的、优点和特征将变得更加明显。

附图说明

在附图中：

图1是根据第一示例性实施例的包括封闭定子的电机的分解视图；

图2是图1的电机的封闭定子的透视图；

图3是沿图2中的线3-3截取的剖视图；

图4是沿图3中的线4-4截取的剖视图；

图5是图1的电机的局部分解透视图；

图6是壳体的透视图；

图7是液体冷却组件的内部部分的透视图；

图8是根据第二示例性实施例的包括封闭定子的电机的分解视图；

图9是图8的电机的液体冷却组件的内部部分的透视图；

图10是图8的电机的剖视图，其中壳体和线圈已被移除；以及

图11是沿图10中的线11-11截取的定子的剖视图。

具体实施方式

当与权利要求和/或说明书中的术语“包括”结合使用时，词语“一”或“一个”的使用可以表示“一个”，但是它也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或一个以上”的含义一致。类似地，词语“另一个”可以表示至少第二或更多。

如在本说明书和权利要求中所使用，词语“包括”(及其任何形式的变体)、“具有”(及其任何形式的变体)或“包含”(以及任何形式的变体)是包容性的或开放式的，不排除其他未列举的元件或过程步骤。

表述“电机”在本文和所附权利要求中应当被广义地解释为包括电动机、发电机等。

表述“连接”和“相关联”应当在本文和所附权利要求中广义地解释为包括机械零件或部件之间的任何协作或被动关联。例如，这些部件可以通过直接联接而连接或相关联在一起，或者使用其间的其他部件而间接地连接。

一般而言，本文描述的是液体冷却电机，其设置有封闭定子，允许冷却液体接触其内表面和外表面。

首先参考附图中的图1至7，现在将描述根据第一示例性实施例的液体冷却电机10。

从图1中可以看出，其以分解图示出了电机10，液体冷却电机10包括内部定子12、转子14、基座16和壳体18。

内部定子12包括堆叠叠片20，叠片20设置有内表面22和外表面24，外表面24具有纵向线圈接收槽25以允许线圈26插入其中。

内部定子12还包括包围叠片20和线圈26的定子冷却组件。更具体地，定子冷却组件包括：内部部分28，其构造和尺寸设计成插入堆叠叠片20中；外部套管30，其构造和尺寸设计成应用于叠片20的外表面；连接元件32，其用于将外部套管30不可渗透地安装到基座16；以及中间部分34，其以流体密封的方式将内部部分28互连到外部套管30。当然，提供O形环36、38和夹子40以将各种元件安装在一起并提供流体密封性。

示意性地示出了转子14。

壳体18包括外部散热片42，其设计成增加壳体和环境之间的对流热传递，从而改善由定子冷却组件供应的加热的冷却液体的冷却。如下文所述，壳体18包括液体冷却装置，以使液体在其中循环。

图2以透视图示出了封闭定子12。

图3以截面图示出了定子冷却组件中的冷却液体的流动。从箭头90可以看出，冷却液体通过导管43(限定冷却组件的入口)进入内部部分28，导管43与基座16的入口45对齐。从图7中可以更好地看出，图7以透视图示出了冷却组件的内部部分28，导管43通向周向通道44，纵向通道46连接到周向通道44。因此，通道44可被视为歧管。每个纵向通道46终止于弯曲部48。因此，进入冷却组件的内部部分28的冷却液体在经由弯曲部48离开内部部分28之前通过通道44和46朝向堆叠叠片20的内表面22导向以进入中间部分34。

从图3中可以看出，中间部分34具有弯曲的内表面50，以将冷却液体引向堆叠叠片20的外表面。弯曲的内表面50还允许通常超过叠片堆叠20的线圈头(未示出)的空间。因此，线圈头也通过冷却液体的流动冷却。

从图4中可以更好地看出，经由弯曲部48离开通道46的冷却液体进入线圈26之间的空间，从而冷却线圈和叠片堆叠的外表面(参见箭头101)。

返回到图3，然后冷却液体在设置在连接元件32中的圆柱形腔室52中流动，然后通过孔53以加热的冷却液体排出，孔53限定冷却组件在基座16中的储存器54中的出口。

现在转到附图的图5和图6，在液体冷却电机10的该第一示例性实施例中，壳体18包括用于冷却加热的冷却液体的冷却装置。现在将描述该冷却装置。

从这些图中可以看出，壳体18通常是圆柱形的并且包括外部散热片42。壳体18的中心孔的直径使得当电机10组装时转子14可自由旋转。

壳体18设置有冷却装置，该冷却装置包括在图6中以虚线示出的整体形成的纵向冷却通道56。

壳体18的近端纵向端部58包括五(5)个凹槽60(以虚线示出)，其构造和尺寸设计成接收构造成互连两个相邻冷却通道56的路径形成盖62。类似地，壳体18的远端纵向端部64包括六(6)个凹槽66，其构造和尺寸设计成接收也构造成互连两个相邻冷却通道56的路径形成盖62。实际上，从该图中可以看出，凹槽60和66的尺寸、形状和位置使得每个凹槽与两个相邻的纵向冷却通道56对齐。

因此，当盖62在凹槽60和66中就位时，冷却装置完成，并且在入口68和出口70之间形成液密冷却路径。

由于壳体18由导热材料制成，例如铝或铝合金，进入入口的加热的冷却液体(参见箭头102)在其通过冷却路径的同时被冷却，因为热量被壳体18吸收，壳体18本身通过来自散热片42的对流热传递而被冷却。因此，通过出口70离开壳体18的冷却液体(参见箭头104)比通过入口70进入的液体更冷。

本领域技术人员将容易理解，通道56和散热片42都可以与所示的通道和散热片不同。

图5示出了基座16和壳体18的互连。基座包括出口72，出口72与腔室54流体连接，以允许加热的冷却液体从腔室54流到壳体18的入口68。

应注意，由于基座16本身由导热材料制成，因此它还吸收冷却液体的一些热量并增加电机10的热惯性。

壳体18的出口70通过基座16中的孔74延伸，允许冷却的冷却液体通过孔74离开基座16(参见箭头106)。因此，泵送机构108(在图5中示意性地示出)可以可选地设置在基座的出口74和入口43之间，以在定子冷却组件和壳体18的冷却装置中产生冷却液体的流动。本领域技术人员将理解，泵送机构108可以与电机10分离或者可以与其集成，例如通过使用齿轮转子泵(未示出)。

图5还分别示出了基座16和壳体18中的安装孔76和78，其允许冷却装置牢固地安装到基座16。

本领域技术人员还将理解，补充冷却装置(未示出)可与泵送机构108相关联，以允许从电机10外部进一步冷却冷却流体。

还应注意，液体冷却装置中的通道的配置可以与本文所示的纵向通道不同。类似地，设置在壳体上的散热片的配置可以与本文所示和所述的散热片的配置不同。

现在转到附图的图8至图11，将描述根据第二示例性实施例的电机100。应注意，图8中未示出电机100的壳体。由于上文描述的电机100和电机10是类似的，并且为了简洁目的，下文将仅描述这些机器之间的差异。

图8以分解透视图示出了电机100。机器100包括内部定子102、转子104和基座106。

内部定子102包括堆叠叠片108，叠片108设置有内表面110和外表面，外表面具有纵向线圈接收槽，以允许线圈112插入其中。

内部定子102还包括包围叠片108和线圈112的定子冷却组件。更具体地，定子冷却组件包括：内部部分114，其构造和尺寸设计成插入堆叠叠片108中；外部套管116，其构造和尺寸设计成应用于叠片108的外表面；连接元件118，其用于将外部套管116不可渗透地安装到基座106；以及中间部分120，其以流体密封的方式将内部部分114互连到外部套管116。当然，提供O形环120-126和夹子128以将各种元件安装在一起并提供流体密封性。

从该图中可以看出，定子102的线圈布置与定子12的线圈布置不同，因为它由交错线圈构成。

机器100和机器10之间的差异之一是冷却组件的内部部分114的形状。

图9以透视图示出了内部部分114，而图10示出了组装的电机100的剖视图。

从这些图中看到，内部部分114包括与基座106流体连通的纵向导管130，以接收冷却流体。导管130通向对纵向通道134敞开的侧向孔132。周向通道136用作歧管，因为它将来自通道134的冷却流体分配到三个远端纵向通道138(图9中仅示出了2个)，从而允许冷却流体从内部部分114流到中间部分120。

从图10中可以看出，冷却流体的流动从基座106开始，进入导管130(参见箭头190)，通过侧向孔132，在通道134和堆叠叠片108的内表面之间流动(参见箭头192)，填充由周向通道136和叠片108的内表面110产生的空腔，流过通道138(参见箭头194)，然后被中间部分120重定向(参见箭头196)到线圈和套管116之间的空间，并通过连接元件118返回到基座106(参见箭头198)。如本领域技术人员将理解的，基座包括孔140，孔140从连接元件118接收冷却流体。

本领域技术人员将理解，周向通道136增加了冷却流体与堆叠叠片108的内部表面110之间的接触表面，从而改善了热量提取。

简要地转到图11，图11是沿图10中的线11-11截取的剖视图，通过箭头196示意性地示出了内部部分114和套管116之间的冷却流体的流动。

应注意，虽然本文描述了永磁电机，但是其他类型的电机可受益于本教导。

应当理解，具有封闭定子的液体冷却电机在其应用中不限于附图中所示和上文所述的结构和部件的细节。具有封闭定子的液体冷却电机能够具有其他实施例并且能够以各种方式实施。还应理解，本文使用的措辞或术语是出于描述而非限制的目的。因此，尽管上文已经通过其示例性实施例描述了具有封闭定子的液体冷却电机，但是在不脱离其精神、范围和本质的情况下，可以对其进行修改。

提供以下编号的条款作为补充说明。

条款1.一种液体冷却电机，包括：

内部定子，其具有内表面和设置有线圈接收槽的外表面；

与所述内部定子同轴的外部转子；

定子冷却组件，其具有与定子的内表面接触的内部部分、与定子的外表面接触以密封线圈接收槽的外部套管、以及将内部部分和外部套管互连的中间部分；所述中间部分构造成允许冷却液体在所述内部部分和线圈接收槽之间流动；所述定子冷却组件包括入口和出口。

条款2.如条款1所述的液体冷却电机，还包括冷却装置，用于冷却冷却液体；所述冷却装置包括与定子冷却组件的出口相关联的入口和与定子冷却组件的入口相关联的出口。

条款3.如条款2所述的液体冷却电机，还包括封闭所述内部定子和外部转子的壳体；所述冷却装置与所述壳体相关联。

条款4.如条款2和3中任一项所述的液体冷却电机，还包括泵送机构，其将所述定子冷却组件和冷却装置中的一个的入口互连到所述定子冷却组件和冷却装置中的另一个的出口以在其间产生液体流动。

条款5.如条款3和4中任一项所述的液体冷却电机，其中，所述壳体包括外部散热片。

条款6.如条款2至5中任一项所述的液体冷却电机，其中，所述冷却装置包括设置在壳体中的纵向通道、通向相邻通道的凹槽以及当插入凹槽时互连相邻通道的路径形成盖。

条款7.如前述条款中任一项所述的液体冷却电机，其中，所述冷却组件的入口与所述内部部分相关联，所述冷却组件的出口与所述外部套管相关联。

条款8.如前述条款中任一项所述的液体冷却电机，还包括基座，所述定子和定子冷却组件安装到该基座。

条款9.如条款8所述的液体冷却电机，还包括将外部套管互连到基座的连接元件。

条款10.如条款9所述的液体冷却电机，其中，所述定子冷却组件的入口与其内部部分相关联，并且其中，所述定子冷却组件的出口与所述连接元件相关联。

条款11.如前述条款中任一项所述的液体冷却电机，其中，所述定子冷却组件的内部部分包括具有外表面的圆柱形元件，该外表面设置有限定歧管并允许冷却液体接触定子的内表面的通道。

条款12.如前述条款中任一项所述的液体冷却电机，其中，所述中间部分包括将所述内部部分和外部套管互连的弯曲内表面。

条款13.如前述条款中任一项所述的液体冷却电机，还包括封闭所述内部定子和外部转子的壳体。

Claims

1.一种液体冷却电机，包括：

内部定子，其具有内表面和设置有线圈接收槽的外表面；

与所述内部定子同轴的外部转子；

2.如权利要求1所述的液体冷却电机，还包括冷却装置，用于冷却冷却液体；所述冷却装置包括与定子冷却组件的出口相关联的入口和与定子冷却组件的入口相关联的出口。

3.如权利要求2所述的液体冷却电机，还包括封闭所述内部定子和外部转子的壳体；所述冷却装置与所述壳体相关联。

4.如权利要求2所述的液体冷却电机，还包括泵送机构，其将所述定子冷却组件和冷却装置中的一个的入口互连到所述定子冷却组件和冷却装置中的另一个的出口以在其间产生液体流动。

5.如权利要求3所述的液体冷却电机，其中，所述壳体包括外部散热片。

6.如权利要求3所述的液体冷却电机，其中，所述冷却装置包括设置在壳体中的纵向通道、通向相邻通道的凹槽以及当插入凹槽时互连相邻通道的路径形成盖。

7.如权利要求1所述的液体冷却电机，其中，所述冷却组件的入口与所述内部部分相关联，所述冷却组件的出口与所述外部套管相关联。

8.如权利要求1所述的液体冷却电机，还包括基座，所述定子和定子冷却组件安装到该基座。

9.如权利要求8所述的液体冷却电机，还包括将外部套管互连到基座的连接元件。

10.如权利要求9所述的液体冷却电机，其中，所述定子冷却组件的入口与其内部部分相关联，并且其中，所述定子冷却组件的出口与所述连接元件相关联。

11.如权利要求1所述的液体冷却电机，其中，所述定子冷却组件的内部部分包括具有外表面的圆柱形元件，该外表面设置有限定歧管并允许冷却液体接触定子的内表面的通道。

12.如权利要求1所述的液体冷却电机，其中，所述中间部分包括将所述内部部分和外部套管互连的弯曲内表面。

13.如权利要求1所述的液体冷却电机，还包括封闭所述内部定子和外部转子的壳体。