CN111279592A - 具有转子冷却的混合式马达组件及其方法 - Google Patents

具有转子冷却的混合式马达组件及其方法 Download PDF

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CN111279592A
CN111279592A CN201880070519.3A CN201880070519A CN111279592A CN 111279592 A CN111279592 A CN 111279592A CN 201880070519 A CN201880070519 A CN 201880070519A CN 111279592 A CN111279592 A CN 111279592A
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格雷戈里·黑克
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Abstract

混合式马达组件，包括：旋转轴线；扭矩转换器；电动马达，包括定子和转子；以及转子承载件。扭矩转换器包括：盖，被布置成接收扭矩；叶轮，不可旋转地连接至盖；以及涡轮，与叶轮流体连通。转子承载件连接至转子并且包括冷却室。该冷却室至少部分地由转子界定，冷却室相对于定子密封并且冷却室被布置成接收冷却流体。

Description

具有转子冷却的混合式马达组件及其方法
技术领域
本公开内容涉及包括扭矩转换器和电动马达的混合式马达组件，特别地涉及转子承载件装置，该转子承载件装置使得能够使用用于扭矩转换器的供给油来冷却用于电动马达的转子，同时保持用于电动马达的定子的干燥环境。
背景技术
已知的是，使用自动变速器流体(ATF)来冷却用于机动车辆的混合组件中的电动马达。美国专利第7,173,358号和第4,311,932号公开了转子冷却。特别地，ATF被泵送通过用于变速器的输入轴以穿过电动马达中的转子流出并且喷射电动马达中的定子端绕组。然后，ATF返回至变速器贮槽。前述布置由于来自转子与定子之间的马达间隙中的ATF的阻力和扭矩转换器上的阻力而导致显著的功率损耗，这是因为扭矩转换器必须通过所喷射的ATF来旋转。此外，可能需要较大的泵来以低的发动机速度向转子和变速器供应足够的冷却油。在对转子进行冷却之后，流体绕过变速器油冷却器回流至变速器贮槽。然而，流体吸收了显著的热，这增加了贮槽中的温度并且降低了流体的冷却能力。
发明内容
根据本文所示的方面，提供了一种混合式马达组件，包括：旋转轴线；扭矩转换器；电动马达，包括定子和转子；以及转子承载件。扭矩转换器包括：盖，被布置成接收扭矩；叶轮，不可旋转地连接至盖；以及涡轮，与叶轮流体连通。转子承载件连接至转子并且包括冷却室。冷却室至少部分地由转子界定，冷却室相对于定子密封，并且冷却室被布置成接收冷却流体。
根据本文所示的方面，提供了一种混合式马达组件，包括：旋转轴线；扭矩转换器；电动马达；转子承载件和法兰。扭矩转换器包括：盖，被布置成接收扭矩；叶轮，不可旋转地连接至盖；以及涡轮，与叶轮流体连通。电动马达包括定子和转子。转子承载件连接至转子并且包括至少部分地由转子界定的冷却室。法兰不可旋转地连接至转子，并且法兰包括：输入通道，所述输入通道与冷却室流体连通并且被布置成接收冷却流体；以及输出通道，所述输出通道与冷却室流体连通并且被布置成排出冷却流体。
根据本文所示的方面，提供了一种操作混合式马达组件的方法，该方法包括：将冷却流体从变速器输入轴中的第一通道传送至法兰中的输入通道，该法兰不可旋转地连接至变速器输入轴；使冷却流体从输入通道流过冷却室，该冷却室至少部分地由用于电动马达的转子以及不可旋转地连接至转子和法兰的转子承载件来界定；使冷却流体从冷却室通过法兰中的输出通道流至变速器输入轴中的第二通道；以及使冷却流体从第二通道流入至扭矩转换器中，该扭矩转换器包括：盖，被布置成接收扭矩；叶轮，不可旋转地连接至盖；以及涡轮，与叶轮流体连通。
附图说明
仅通过示例、参照所附示意图来公开各种实施方式，在所附示意图中相应附图标记指代相应的部分，在附图中：
图1是混合式马达组件的局部截面图；
图2是图1所示的扭矩转换器的细节；
图3是图1中区域3的细节；
图4是大体上沿图1中的线4-4的截面图；
图5是图1所示的内承载件的透视图；
图6是图1所示的外承载件的透视图；
图7是具有定子冷却套的混合式马达组件的局部截面图；
图8是用于混合式马达组件的法兰的细节；以及
图9是展示在本申请中使用的空间术语的圆柱坐标系的透视图。
具体实施方式
首先，应当理解，在不同附图视图上的相似附图标记标识本公开内容的相同或功能上相似的结构元件。应当理解，所要求保护的公开内容不限于所公开的方面。
此外，应当理解，本公开内容不限于所描述的特定方法、材料和修改，并且因此当然可以改变。还应当理解，本文使用的术语仅出于描述特定方面的目的，而不旨在限制本公开内容的范围。
除非另有限定，否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有如与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。应当理解，与本文描述的那些方法、设备或材料类似或等效的任何方法、设备或材料可以在本公开内容的实践或测试中使用。
图9是展示在本申请中使用的空间术语的圆柱坐标系10的透视图。在圆柱坐标系的上下文中至少部分地描述了本申请。该坐标系10包括旋转轴线或纵向轴线11，用作随后的方向术语和空间术语的参考。相反的轴向方向AD1和AD2平行于轴线11。径向方向RD1与轴线11正交并且离开轴线11。径向方向RD2与轴线11正交并且朝向轴线11。相反的周向方向CD1和CD2由绕轴11线旋转例如分别顺时针旋转和逆时针旋转的特定半径R(与轴线11正交)的端点限定。
为了阐明空间术语，使用了对象12、13和14。作为示例，轴向表面诸如对象12的表面15A由与轴线11共面的平面形成。然而，平行于轴线11的任何平面表面都是轴向表面。例如，平行于轴线11的表面15B也是轴向表面。轴向边缘由平行于轴线11的边缘诸如边缘15C形成。径向表面诸如对象13的表面16A由与轴线11正交并且与半径例如半径17A共面的平面形成。径向边缘与轴线11的半径共线。例如，边缘16B与半径17B共线。对象14的表面18形成周向表面或圆筒形表面。例如，由半径20限定的圆周19穿过表面18。
轴向移动沿轴向方向AD1或AD2。径向移动沿径向方向RD1或RD2。周向移动或旋转移动沿周向方向CD1或CD2。副词“轴向地”、“径向地”和“周向地”分别指的是平行于轴线11的移动或取向，与轴线11正交的移动或取向，以及绕轴线11的移动或取向。例如，轴向设置的表面或边缘沿方向AD1延伸，径向设置的表面或边缘沿方向RD1延伸，并且周向设置的表面或边缘沿方向CD1延伸。
图1是混合式马达组件100的局部截面图。
图2是图1所示的扭矩转换器的细节。应当根据图1和图2查看以下内容。混合式马达组件100包括扭矩转换器102、电动马达104、转子承载件106和法兰108。在示例实施方式中，法兰108与承载件106分开地形成并且不可旋转地连接至承载件106。在示例实施方式(未示出)中，法兰108与承载件106(承载件106的一部分)形成一体。扭矩转换器102包括：盖110，被布置成接收扭矩；叶轮112，不可旋转地连接至盖110，并且该叶轮112包括至少一个叶轮叶片114；以及涡轮116，与叶轮112流体连通，并且该涡轮116包括至少一个涡轮叶片118。电动马达104包括定子120和转子122。转子承载件106不可旋转地连接至转子122并且转子承载件106包括被布置成接收冷却流体CF的至少一个冷却室124。冷却室124至少部分地由转子122界定。在示例实施方式中，冷却室124相对于定子120例如被密封件125密封，并且冷却室124相对于马达间隙126例如被密封件125密封。间隙126径向地设置在转子122与定子120之间，如本领域已知的。
冷却流体CF可以是本领域已知的任何冷却流体，例如自动变速器流体。所谓的“相对于定子120密封”意味着冷却流体CF不会从室124流出而与定子120接触。所谓的“相对于马达间隙126密封”意味着流体CF不会从室124流出而进入间隙126中。因此，定子120在干燥环境中操作并且不存在由于间隙126中的流体而引起的粘性阻力。换句话说，定子120和马达间隙126与室124和流体CF隔离。所谓的“不可旋转地连接”的部件意味着：部件被连接成使得每当部件之一旋转时，就会使所有部件都旋转；并且部件之间的相对旋转是不可能的。不可旋转地连接的部件相对于彼此的径向移动和/或轴向移动是可能的，但不是必需的。
法兰108包括输入通道128和输出通道130。通道128和通道130与室124流体连通。也就是说，通道128和通道130向室124开口。通道128被布置成从变速器输入轴TIS中的通道CH1接收冷却流体CF并且将该流体CF传送至室124，以对转子122进行冷却。通道130使来自室124的流体CF流出并且将流体CF排出至轴TIS中的通道CH2。通道CH1相对于通道CH2密封。在示例实施方式中，通道128和130轴向对齐并且轴向偏移。在示例实施方式(未示出)中，通道128和130既轴向偏移又周向偏移。
转子122被布置成不可旋转地连接至变速器输入轴TIS。扭矩转换器102被布置成从通道CH2接收流体CF作为用于扭矩转换器102的供给流体。例如，流体CF流入至扭矩转换器102中并且流过由叶轮112和涡轮116形成的环形曲面132。
在示例实施方式中，扭矩转换器102是三通扭矩转换器，并且扭矩转换器102包括锁止离合器134、施加室136、释放室138和扭转减振器140。离合器134包括活塞板142。室136至少部分地由活塞板142和背板143形成。流体CF从通道CH2流入至室138中。对于针对扭矩转换器102的锁止模式，其中盖110与板142接合，特别地，盖110不可旋转地连接至活塞板142，流体F1从部分地由定子轴SS和轴TIS形成的通道CH3流至室136。来自室136中的流体F1沿方向AD1的力FC1比来自室138中的流体CF沿方向AD2的力FC2大，从而使活塞板142沿轴向方向AD1移位，以将板142和用于减振器140的输入板144与盖110不可旋转地连接。
然后，扭矩从盖110流至输出轮毂145，该输出轮毂145被布置成通过减振器140不可旋转地连接至轴TIS，如本领域已知的。室138在锁止模式下与环形曲面132流体连通，也就是说，在锁止模式期间，流体CF从室138流入至环形曲面132中。例如，流体CF从室138流出并且通过设置在活塞板142与盖110之间的摩擦材料FM中的凹槽(未示出)流至环形曲面132。流体CF离开环形曲面132至通道CH4。通道CH4至少部分地由轮毂146和轴SS形成。轮毂146不可旋转地连接至叶轮外壳147。外壳147不可旋转地连接至盖110。
对于扭矩转换器模式，力FC2大于力FC1，例如，流体F1的至少一部分从室136流出，从而使活塞板142沿与方向AD1相反的轴向方向AD2移位并且与盖110断开连接。然后，扭矩从盖110流至叶轮112，如本领域已知的。
图3是图1中区域3的细节。
图4是大体上沿图1中的线4-4的截面图。
图5是图1所示的内承载件148的透视图。
图6是图1所示的外承载件150的透视图。应当根据图1至图6查看以下内容。在示例实施方式中，转子承载件106包括内承载件148和外承载件150。在示例实施方式中，组件100包括多个冷却室124。针对室124的上述讨论适用于多个室124中的每一个。每个室124由承载件148中的相应通道152和承载件150的径向内表面156中的相应部分154形成。例如，承载件148的径向外表面160中的部分158被相应通道152部分地围绕。部分154和部分158可以接触以防止流体CF在部分154与部分158之间的流动，或者部分154和部分158可以稍微分离以使得流体CF能够在部分154与部分158之间流动。在示例实施方式中，在两种情况下，流体CF相对于定子120和马达间隙126密封。
在示例实施方式中，法兰108包括单个通道128。每个室124包括输入端口162。输入端口162经由通道163与通道128在法兰108与承载件148之间径向地流体连通。因此，流体CF流过通道128到通道163并且流过通道163到输入端口162和室124。在示例实施方式中，法兰108包括单个通道130。通道124的输出端口164经由通道165与通道130在法兰108与承载件148之间径向地流体连通。因此，冷却流体CF从室124和端口164通过通道165流至通道130。
在示例实施方式中，承载件148包括本体部分166、法兰168和突耳170。部分166包括表面160和凹槽152。法兰168从本体部分166径向地向外延伸。突耳170沿轴向方向AD1从本体部分166延伸。在示例实施方式中，承载件150包括本体部分172、法兰174和开口176。法兰174的部分178径向地向外延伸超过本体部分172。法兰174的部分180径向地向内延伸超过本体部分172并且法兰174的部分180包括开口176。突耳170设置在开口176中，以将承载件148固定地连接至承载件150。
本段涉及图1和图2所示的扭矩转换器102的示例配置。扭矩转换器102包括定子182、轮毂184、通道186和通道188。通道186连接至室136；通道186被布置成连接至通道CH3并且至少部分地由轮毂184界定。通道188连接至室138；通道188被布置成连接至通道CH2并且形成在盖110与轮毂184之间。减振器140包括：至少一个弹性元件190，其与板144接合；板191，其与元件190接合；板192，其不可旋转地连接至板191并且与至少一个弹性元件193接合；以及输出法兰194，其与元件193接合并且不可旋转地连接至输出轮毂145。通道196形成在轮毂145中并且通道196将通道186和通道CH3连接。摆式减震器197连接至减振器140和涡轮116。
组件100可以与本领域已知的任何液压系统一起使用，以供应冷却流体CF和流体F1。例如：集成在组件100例如壳体198中的变速器泵；单独的变速器泵；或者偏离轴线驱动的变速器泵、发动机。
图7是具有定子冷却套的混合式马达组件100的局部截面图。在示例实施方式中，组件100包括绕定子120径向地设置的冷却套199。冷却套199通过本领域中已知的任何手段进行冷却，包括但不限于水冷却或油冷却。当定子120与冷却流体CF隔离或者相对于冷却流体CF密封时，套199提供对定子120的冷却，同时保持用于定子120的干燥环境。
图8是用于混合式马达组件100的法兰108的细节。在示例实施方式中，如图8所示，为了减小法兰108的轴向范围，通道130与通道128径向对齐并且相对于通道128周向地偏移。例如，以旋转轴线AR为中心并且与旋转轴线AR正交的圆C1穿过通道128和通道130。在图8的示例中，通道128和通道130周向地偏移180度。应当理解，通道128和通道130可以周向地偏移其他角度。
应当根据图1至图8查看以下内容。以下描述了用于操作混合式马达组件例如混合式马达组件100的方法。尽管为清楚起见，该方法被呈现为一系列步骤，但是除非明确说明，否则不应根据该序列来推断顺序。第一步骤，将冷却流体例如流体CF从变速器输入轴中的第一通道例如轴TIS中的通道CH1传送至法兰中的输入通道例如法兰108中的通道128，所述法兰不可旋转地连接至变速器输入轴。第二步骤，使冷却流体从输入通道流过冷却室例如室124，该冷却室至少部分地由用于电动马达的转子例如用于马达104的转子122以及不可旋转地连接至转子和法兰的转子承载件例如承载件106来界定。第三步骤，使冷却流体从冷却室通过法兰中的输出通道例如通道130流至变速器输入轴中的第二通道例如通道CH2。第四步骤，使冷却流体从第二通道流入至扭矩转换器中例如扭矩转换器102中，扭矩转换器包括：盖，例如盖110，被布置成接收扭矩；叶轮，例如叶轮112，不可旋转地连接至盖；以及涡轮，例如涡轮116，该涡轮与叶轮流体连通。
在示例实施方式中，使冷却流体从输入通道流过冷却室包括：将冷却流体相对于电动马达的定子例如定子120密封；或者将冷却流体相对于转子与定子之间的马达间隙例如马达间隙126密封。
在示例实施方式中，使冷却流体从第二通道流入至扭矩转换器中包括：使冷却流体流过由叶轮和涡轮形成的环形曲面，例如，环形曲面132。在示例实施方式中，使冷却流体从第二通道流入至扭矩转换器中包括：使冷却流体流过用于扭矩转换器的释放室例如室138，该释放室至少部分地由盖和用于扭矩转换器的锁止离合器的活塞板例如用于离合器134的板142界定。
在示例实施方式中：第五步骤，利用用于扭矩转换器的施加室中的流体例如室136中的流体F1并且利用第一力例如力FC1使活塞板沿第一轴向方向例如方向AD1移位，该施加室至少部分地由活塞板界定；第六步骤，将活塞板与盖不可旋转地连接；第七步骤，减小第一力；第八步骤，利用释放室中的冷却流体使活塞板沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向例如方向AD2移位；以及第九步骤，使活塞板与盖脱离。
应当根据图1至图8查看以下内容。以下描述了用于操作混合式马达组件100的方法。第一步骤，在冷却室124中接收冷却流体CF。第二步骤，将定子120相对于冷却流体CF密封。
应当根据图1至图8查看以下内容。以下描述了用于操作混合式马达组件100的方法。第一步骤，通过输入通道128接收冷却流体CF。第二步骤，将冷却流体CF从冷却室124排出通过输出通道130。
组件100和使用组件100的方法解决了上述问题。例如，将流体CF引导通过室124并且然后引导至扭矩转换器102作为用于扭矩转换器102的冷却和供给流体，而不是将冷却流体诸如自动变速器流体泵送通过用于变速器的输入轴，以穿过马达中的转子流出并且喷射电动马达中的定子端绕组。此外，密封件125将定子120和间隙126相对于流体CF密封，使得例如具有冷却套199的马达104能够在干燥环境中操作并且消除来自间隙126中流体的阻力。此外，扭矩转换器100也在干燥的环境中操作，从而消除了由于转换器100通过冷却流体的旋转引起的损耗。同样，不需要较大的泵来以低的发动机速度向转子和变速器供应足够的冷却油。因此，大大降低了与对转子进行冷却的已知方法相关联的功率损耗。此外，流体CF在(绕过变速器油冷却器)对转子122进行冷却之后不回流至变速器贮槽。相反，在返回至变速箱润滑回路和贮槽之前，将流体CF(例如，经由通道CH3)引导通过变速器冷却器，从而降低贮槽中的流体温度。
应当理解，上述公开的各方面和其他特征和功能或其替代可以被期望地组合到许多其他不同的系统或应用中。本领域技术人员随后可以在本文进行各种当前未预见的或未预期的替代、修改、变型或改进，这些替代、修改、变型或改进也旨在被所附权利要求书所涵盖。
附图标记列表
10 圆柱坐标系
11 旋转轴线
AD1 轴向方向
AD2 轴向方向
RD1 径向方向
RD2 径向方向
CD1 周向方向
CD2 周向方向
R 半径
12 对象
13 对象
14 对象
15A 表面
15B 表面
15C 边缘
16A 表面
16B 边缘
17A 半径
17B 半径
18 表面
19 圆周
20 半径
C1 圆
CF 冷却流体
CH1 通道
CH2 通道
CH3 通道
CH4 通道
F1 流体
FC1 力
FC2 力
FM 摩擦材料
SS 定子轴
TIS 变速器输入轴
100 混合式马达组件
102 扭矩转换器
104 电动马达
106 转子承载件
108 法兰
110 盖
112 叶轮
114 叶轮叶片
116 涡轮
118 涡轮叶片
120 定子
122 转子
124 冷却室
125 密封件
126 马达间隙
128 输入通道
130 输出通道
132 环形曲面
134 锁止离合器
136 施加室
138 释放室
140 扭转减振器
142 活塞板
143 背板
144 输入板
145 输出轮毂
146 轮毂
147 叶轮外壳
148 内承载件
150 外承载件
152 承载件148中的通道
154 内表面156的径向部分
156 承载件150的径向内表面
158 承载件148的径向外表面的部分
160 承载件148的径向外表面，
162 输入端口
163 通道
164 输出端口
165 通道
166 承载件148的本体部分
168 承载件148的法兰
170 用于承载件148的突耳
172 承载件150的本体部分
174 承载件150的法兰
176 承载件150的开口
178 法兰174的部分
180 法兰174的部分
182 定子
184 轮毂
186 通道
188 通道
190 弹性元件
191 板
192 板
193 弹性元件
194 输出法兰
196 通道
197 摆式减震器
198 壳体
199 冷却套

Claims (10)

1.一种混合式马达组件，包括：
旋转轴线；
扭矩转换器，包括：
盖，被布置成接收扭矩；
叶轮，不可旋转地连接至所述盖；以及
涡轮，与所述叶轮流体连通；
电动马达，包括定子和转子；以及
转子承载件，所述转子承载件连接至所述转子并且包括冷却室，所述冷却室：
至少部分地由所述转子界定；
相对于所述定子密封；并且
被布置成接收冷却流体。
2.根据权利要求1所述的混合式马达组件，还包括：
与所述转子承载件接触的至少一个密封件，所述至少一个密封件将所述冷却室相对于所述定子密封。
3.根据权利要求1所述的混合式马达组件，其中，所述冷却室被布置成：
从变速器输入轴中的第一通道接收所述冷却流体；并且
将所述冷却流体排出至所述变速器输入轴中的第二通道。
4.根据权利要求1所述的混合式马达组件，还包括：
法兰，不可旋转地连接至所述转子，并且所述法兰包括：
输入通道，所述输入通道与所述冷却室流体连通并且被布置成接收所述冷却流体；以及
输出通道，所述输出通道与所述冷却室流体连通并且被布置成排出所述冷却流体。
5.根据权利要求4所述的混合式马达组件，其中，
所述输入通道被布置成从变速器输入轴中的第一通道接收所述冷却流体；
所述输出通道被布置成将所述冷却流体排出至所述变速器输入轴中的第二通道；以及
所述法兰被布置成不可旋转地连接至所述变速器输入轴。
6.根据权利要求4所述的混合式马达组件，其中：
所述输入通道相对于所述输出通道轴向地偏移；或者
所述输入通道相对于所述输出通道周向地偏移；或者
所述输入通道与所述输出通道对齐，使得以所述旋转轴线为中心的圆穿过所述输入通道和所述输出通道。
7.根据权利要求4所述的混合式马达组件，其中，所述扭矩转换器被布置成从所述输出通道接收所述冷却流体。
8.根据权利要求4所述的混合式马达组件，其中，
所述扭矩转换器包括由所述叶轮和所述涡轮形成的环形曲面；以及
所述环形曲面被布置成从所述输出通道接收所述冷却流体。
9.根据权利要求4所述的混合式马达组件，其中，
所述扭矩转换器包括：
锁止离合器，包括活塞板；以及
释放室，至少部分地由所述盖和所述活塞板界定；
所述释放室被布置成从所述输出通道接收所述冷却流体；以及
对于针对所述扭矩转换器的扭矩转换器模式，所述释放室中的所述冷却流体被布置成使所述活塞板沿第一轴向方向轴向地移位，以使所述活塞板与所述盖脱离。
10.根据权利要求9所述的混合式马达组件，其中：
所述扭矩转换器包括施加室，所述施加室至少部分地由所述活塞板界定；
对于针对所述扭矩转换器的锁止模式，所述施加室被布置成接收流体以使所述活塞板沿与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向移位，以使所述活塞板与所述盖接合；
所述扭矩转换器包括由所述叶轮和所述涡轮形成的环形曲面；以及
对于所述锁止模式，所述释放室与所述环形曲面流体连通。
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