CN111357174B - 用于电动机器的油冷却的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动机器(ME)的油冷却的系统，该系统包括：冷却回路(OC)，该冷却回路用于使冷却液与该电动机器(ME)的主动部件接触；箱(OT)，该箱用于收集已经冷却了主动部件的冷却液；泵(OP)，该泵被用于将冷却液重新注入主动部件的上游；以及热交换器(HE)。该冷却回路(OC)包括旁路支路(BD)，该旁路支路使在这些主动部件上游的一部分冷却液偏离以便流入该箱(OT)中而不会经过这些主动部件，该箱(OT)的液体容量保持恒定。该冷却系统包括用于根据温度阈值打开和关闭该旁路支路(BD)的装置(MA)。

Description

用于电动机器的油冷却的系统

本发明涉及电工领域和汽车领域，并且更确切地涉及一种用于冷却通过油型介电冷却液进行冷却的电动机器的系统。

在用于通过使油在这些电动机器的主动部件(尤其是这些主动部件的绕组)上循环来冷却牵引电动机器的系统中，热交换器用于将油的温度保持在温度阈值之下。这使得能够保证排空机器的热损耗，使得机器不会过热。在热交换器级指定了相对较高的油流量，以回收表示运行中的牵引电动机器的一定量的热能。现在，从特定的运行状态开始增加油流量不利于电动机器的运行，因为这会导致由油引起的摩擦造成的损耗增加。

文献FR3030383提出使用与用于润滑布置在电动机器输出端处的减速齿轮的冷却油相同的冷却油来冷却电动机器，这样使得可以在低发动机速度下快速提高油的温度并且减少摩擦造成的损耗。但是，为了保持在高发动机速度下的有效冷却，所使用的油量必须相当大，这又意味着存在摩擦造成的高损耗。

文献JP2016201959描述了一种用于电动机器的油冷却系统，该电动机器包括具有磁体的定子和转子，其中，供给用于冷却定子的油通过阀部分地偏离到与主油箱分离的辅油箱中，该阀在启动热力发动机时保持打开以加速对油的加热。

本发明的一个目的是通过提供一种用于冷却电动机器的系统来弥补现有技术的至少一些缺点，该系统实现了在用于在热交换器级冷却在电动机器中循环的油的高油流量与用于减少电动机器中由摩擦造成的损耗的低油流量之间的折衷。

为此，本发明提出了一种用于冷却电动机器的系统，该电动机器包括定子和转子，所述冷却系统包括：

-冷却回路，该冷却回路被适配用于使油型冷却液与所述电动机器的主动部件接触；

-箱，该箱被适配用于收集已经冷却了所述主动部件的冷却液；

-泵，该泵被适配用于将所述冷却液重新注入所述主动部件的上游；

-以及热交换器，

所述冷却系统的特征在于，所述冷却回路包括旁路支路，该旁路支路被适配用于使在所述主动部件上游循环的一部分冷却液偏离、并使这些冷却液直接流入该箱中而不会经过所述主动部件，所述冷却系统包括用于根据温度阈值打开和关闭所述旁路支路的装置。

由于本发明，在低温情况下注入到冷却回路上游的电动机器的主动部件上的油量要比在高温情况下大。因此，油被更快地加热，从而限制了摩擦造成的损耗。尽管如此，在热交换器级油流量仍然保持较高，这使得在高温下的冷却是高效的。在低电动机速度下，该油可以在被重新注入到电动机器中之前在电动机器的输出减速齿轮级进行加热，以进一步减少摩擦造成的损耗。与现有技术相比，在本发明中，当电动机器正在运行时，贮存器中的液体容量保持恒定，即仅有一个油箱，这使得系统成本更低。

根据本发明的冷却系统的一个有利特征，所述打开和关闭装置由电磁阀或恒温器组成，该电磁阀或恒温器被适配用于一旦冷却液的温度达到所述温度阈值就允许该冷却液流入所述旁路支路。使用冷却液的温度以及利用该温度数据轻松地控制的打开和关闭装置使得可以简化系统的生产及其成本。

根据本发明的另一个有利特征，所述旁路支路隐入到壳体端壁或封装所述电动机器的壳体中。替代性地，所述旁路支路由电动机器的壳体外部的柔性管提供。

还有利的是，所述冷却回路包括：

-位于所述电动机器的定子的周边的喷射器，该喷射器被适配用于利用冷却液喷洒所述定子的纵向外表面的中心部分；

-以及固定到所述电动机器的壳体端壁上的喷射器，该喷射器被适配用于喷洒该电动机器的转子的绕组头。

因此，这些主动部件被有效地冷却。特别是由于转子的离心力，喷洒到转子的绕组头上的油也被喷洒到定子的绕组头上，这使得可以冷却定子的端部。此外，定子的芯由位于定子的周边的喷射器冷却，该喷射器的流量允许其喷洒的油循环并散布在定子的叠片堆周围而没有时间渗透到气隙中。

还有利的是，冷却回路包括所述电动机器的壳体端壁中的通道，该通道被适配用于向被适配用于喷洒固定到所述壳体端壁上的轴承的喷射器供给冷却液。因此，用于冷却的油还被用于润滑轴承，这降低了电动机器的生产成本。

还有利的是，所述通道还被适配用于向固定到所述壳体端壁上、并且被适配用于喷洒该电动机器的转子的绕组头的所述喷射器供给冷却液。这种精巧的实施方式允许经由穿过机器的壳体端壁的单个通道对喷洒转子的绕组头的喷射器进行供给并且对轴承进行润滑。

冷却回路优选地包括多个喷射器，这些喷射器相对于垂直于该电动机器的纵向轴线的平面对称地放置、并且位于所述电动机器的壳体端壁与封装所述电动机器的壳体之间的中间位置。因此，仅具有三个喷射器(两个喷洒转子的绕组头并且一个喷洒定子的中心)的电动机器以较低的成本被有效地冷却。

有利地，所述打开和关闭装置由三通恒温阀组成，该三通恒温阀布置在所述热交换器的上游、并且被适配用于：

-使离开所述主动部件上游的泵的所述冷却液绕过所述热交换器而不使该冷却液经过所述旁路支路；

-或者使所述冷却液流入所述热交换器，该热交换器在下游连接至一支路，该支路一方面向该电动机器的所述主动部件供给所述冷却液，并且另一方面向所述旁路支路供给所述冷却液。

例如，所述恒温阀包括：蜡囊，该蜡囊固定到所述阀的固定部件上；所述阀的腔室，该腔室将所述固定部件与所述蜡囊的至少一个移动部件分开；并且形成在所述蜡囊中的凹槽或孔允许所述冷却液在所述腔室与所述冷却回路之间通过。这个变体实施例的成本相对较低。

本发明还涉及根据本发明的冷却系统与相关联电动机器的组合，以及包括根据本发明的牵引电动机器的电动或混合动力车辆与根据本发明的用于冷却所述牵引电动机器的系统的组合。

通过阅读参照附图所描述的优选实施例，其他特征和优点将变得清楚，在附图中：

-图1示出了根据本发明的这个优选实施例的用于冷却电动机器的系统；

-图2示出了根据本发明的处于第一构型的冷却系统；

-图3示出了根据本发明的处于第二构型的冷却系统；

-图4示出了根据本发明的变体实施例的处于第一构型的冷却系统；

-图5示出了根据本发明的这个变体实施例的处于第二构型的冷却系统；

-图6示出了在本发明的这个变体实施例中使用的处于第一构型的三通阀；

-并且图7示出了在本发明的这个变体实施例中使用的处于第二构型的三通阀。

根据图1中示出的本发明的优选实施例，根据本发明的冷却系统被适配用于冷却在电动或混合动力车辆的截面中示出的电动机器ME，该电动机器ME特别地包括：

-定子STA，该定子主要由磁叠片堆和插入叠片堆的凹口中的铜绕组构成；

-转子ROT，该转子在本发明的这个实施例中主要由形成突出的磁极的磁叠片堆和围绕这些磁极缠绕的铜绕组构成；

-以及转子轴，该转子轴一方面固定到转子ROT上，并且另一方面经由轴承RO固定到电动机器的壳体CA上。

根据本发明的使用油的冷却系统用于冷却电动机器ME的由转子ROT和定子STA组成的主动部件。为此，冷却系统特别地包括：

-冷却回路OC，该冷却回路使油与电动机器ME的主动部件接触；

-油箱，该油箱收集已经冷却了电动机器ME的主动部件并在重力作用下下降到位于电动机器ME底部的油箱OT中的油；

-泵OP，该泵将包含在油箱OT中的油重新注入电动机器ME的主动部件上游；

-以及水-油交换器HE，该水-油交换器在从泵OP接收到的油被重新注入电动机器ME的主动部件上游之前使油冷却。

为此，冷却回路OC包括由离开交换器HE的管形成的部分，该部分向位于电动机器ME的上部部件中的四个入口供给冷却的油：

-第一入口位于电动机器ME的壳体端壁上，该壳体端壁在正交于电动机器ME的纵向方向L的平面中形成电动机器ME的竖直壁CA。该第一入口向通道P1供给在交换器级冷却的一部分油，该通道形成在壳体端壁中并且一方面通向面对电动机器ME的转子轴的轴承RO之一放置的喷射器IB、而另一方面通向面对转子的绕组头放置的喷射器IR。这个通道P1基本上是竖直远及喷射器IB的，并且在该喷射器IB的上游包括横向支路，该横向支路通向固定到壳体端壁上的喷射器IR。

-第二入口向圆形通道P3供给在交换器级冷却的一部分油，该圆形通道隐入到电动机器ME的壳体CA中并且直接通向油箱OT而不经过电动机器ME的主动部件。这个通道P3是半圆形的、并且在图1中被定子STA和转子ROT部分地掩盖，该通道围绕该定子和该转子延伸。在本发明的意义上，该通道形成了油旁路支路的一部分。

-第三入口向喷射器IS供给在交换器HE级冷却的一部分油，该喷射器基本上位于电动机器ME的壳体CA的上部纵向部件的中间。

-第四入口向通道P2供给在交换器HE级冷却的一部分油，该通道形成在封装电动机器ME的壳体中。这个封装壳体形成了壳体CA的第二竖直壁，该第二竖直壁相对于与电动机器ME的纵向轴线L正交并且基本上在转子轴中间与转子轴相交的平面与壳体端壁对称地布置。这个通道P2一方面向面对电动机器ME的转子轴的轴承RO之一放置的另一个喷射器IB供给电动机器ME的主动部件上游的一部分油，并且另一方面向面对转子的绕组头放置的另一个喷射器IR供给该油。这个通道P2遵循封装壳体的形状或多或少地竖直地隐入到封装壳体中、远及喷射器IB，并且在喷射器IB的上游包括横向支路，该横向支路通向固定到封装壳体上的喷射器IR。

喷射器IS、IR和IB相对于与电动机器ME的纵向轴线L正交并且在转子轴中间与转子轴相交的平面基本上对称的布置使得能够冷却并且均匀润滑电动机器ME。特别地，喷射器IS的布置和流量使得能够喷洒定子的叠片堆，从而使得油在该叠片堆的外表面上扩散而不会深深地进入到叠片中。因此，定子的芯被冷却，而没有油渗透到电动机器ME的气隙中。

应当注意的是，在本申请中，术语“基本上”是指“足够接近”，相对于以这种方式限定的方向或位置在10％的范围内。

在冷却了定子STA和转子ROT之后，来自喷射器IS和IR的油在重力作用下下降到油箱OT中。与此并行，来自润滑喷射器IB的油也在重力作用下下降到油箱中。润滑喷射器的流量被调整为使其低于冷却喷射器的流量。

冷却回路OC通过包括滤油器和从箱到泵OP的管道的系统来供油，该系统本身通过向油-水交换器HE供给泵送的油的管道连接。

如图2所示，其示出了电动机器ME在低温下运行期间的油循环，冷却回路OC的旁路支路BD包括通道P3和通道P3上游的电磁阀MA。在电动机器ME的这种运行模式中，油的温度低于温度阈值，该温度阈值在此设定为40℃(摄氏度)。替代性地，这个阈值是从30℃至50℃的温度范围的一部分。电磁阀MA由控制电子单元控制，使得在低于此温度阈值时电磁阀是被打开的。因此，当油的温度低于这个阈值时，在电动机器ME的主动部件上游供给的所有油都被用于冷却和润滑电动机器ME，从而确保对油的快速加热，以防止摩擦造成的高损耗。

此外应当注意的是，在图2的这个变体实施例中，交换器HE的出口处的Y形支路一方面向油入口供给油，从而使得能够将油供给到冷却喷射器和润滑喷射器，并且另一方面向旁路支路BD供给油，此处的旁路支路是在电动机器的壳体中产生的，但是替代地可以由该壳体外部的柔性管提供。

在图3所示的电动机器ME在高温下的另一种运行模式中，油的温度高于40℃。高于这个温度阈值时，电磁阀MA由控制电子单元控制，使得在高于此温度阈值时电磁阀是被关闭的。因此，当油的温度高于这个阈值时，在电动机器ME的主动部件上游供给的一部分油被直接偏离到油箱OT中，而不会经过电动机器ME的主动部件。这些偏离的油优选地形成了离开交换器HE的油流量的50％至60％。因此，在高温下，在这个牵引机器中，在主动部件中每分钟循环2升，并且在旁路支路中每分钟循环约2至3升。因此，改善了交换器级的冷却，并防止了电动机器进入会限制驾驶员可用的扭矩的降级模式。

此外，图3示出了冷却回路OC的变体实施例：电动机器的单个入口用于向主动部件供油。这个位于壳体或封装壳体上的入口向具有两个通道的支路供油：封装壳体中的竖直通道，用于供给第一喷射器以冷却转子，并且供给第一喷射器以润滑第一轴承；以及通向壳体的圆柱形主要部分的水平通道，用于供给定子的喷射器然后供给第二喷射器以冷却转子，并且供给第二喷射器以润滑第二轴承。用于冷却转子和用于润滑轴承的喷射器的不同直径产生了用于冷却转子和用于润滑轴承的不同的流量。

图4示出了根据本发明的变体实施例的冷却系统，其中，用于打开和关闭旁路支路BD的装置MA由三通恒温阀组成。在本发明的这个变体实施例中，这个阀布置在热交换器HE的上游、并且用于：

-使离开泵OP的油通过绕过热交换器HE而经过主动部件的上游，而不使该油经过旁路支路BD；

-或者使油进入热交换器HE，该热交换器在下游连接至一支路，该支路一方面向电动机器ME的主动部件供油，并且另一方面向旁路支路BD供油。

这个变体实施例使得能够绕过热交换器HE(不需要使用阀VB来绕过交换器HE，如图2和3中的虚线所示)，并且使得能够在启动牵引电动机器ME时加速油的温度的升高。

因此，在图4中与电动机器ME在低温下的运行相对应的第一构型中，油的温度低于温度阈值(在此设定为40℃)，阀MA允许油仅流入绕过交换器HE、并向机器的主动部件供油的支路，而不会经过旁路支路BD。因此，当油的温度低于这个阈值时，在电动机器ME的主动部件上游供给的所有油都被用于冷却和润滑电动机器ME、并且不被交换器HE冷却，从而确保对油的快速加热，以防止摩擦造成的高损耗。

在图5所示的这个变体实施例的第二构型中，与电动机器ME中高温下的运行相对应，油的温度高于40℃。在高于这个温度阈值时，阀MA允许油仅经过交换器HE。因此，交换器HE冷却油并使该油流到一支路中的出口，该支路一方面将油分配至机器ME的主动部件的上游，并且另一方面将油分配到旁路支路BD中。因此，当油的温度高于这个阈值时，在电动机器ME的主动部件上游供给的一部分油被直接偏离到油箱OT中，而不会经过电动机器ME的主动部件。因此，改善了交换器HE级的冷却，并防止了电动机器进入会限制驾驶员可用的扭矩的降级模式。

图6示出了处于与图4相对应的变体实施例的第一构型的恒温阀MA，此处是具有蜡囊MP的恒温阀。油的温度低于40℃阈值，固定到阀MA的固定部件FP上的蜡囊MP尚未膨胀、并且阻止了油流到交换器HE而允许油流到绕过交换器以直接在电动机器ME的主动部件上游供油的支路。

图7表示处于与图5相对应的变体实施例的第二构型的恒温阀MA。油的温度高于40℃阈值，固定到阀MA的固定部件FP上的蜡囊MP已经膨胀、并且阻止了油流到绕过交换器HE以直接在电动机器ME的主动部件上游供油的支路而允许油流到热交换器HE。在蜡囊MP膨胀期间，阀MA的腔室CV中的压力变化。这个腔室CV中的油与油回路OC中的油之间的压力差容易防止蜡囊MP的移动。为了解决这个问题，在蜡囊MP中形成凹槽，以在进入阀MA的油入口AO级重新平衡阀MA的腔室CV与油回路OC之间的压力。这个凹槽GR允许油在腔室CV与油回路OC之间顺利通过。替代性地，在蜡囊MP中形成通孔，从而允许油在腔室CV与油回路OC之间通过。

应当注意的是，尽管在这个优选实施例中使用的冷却液是油，但是在本发明背景下当然可以使用适合用于冷却电动机器的主动部件的任何其他介电冷却液。还可以设想其他实施例，其中用于关闭或打开旁路支路的装置例如是恒温器而不是电磁阀、或者是交换器下游的三通阀，或者其中控制这些打开和关闭装置的温度是转子和/或定子的测量温度(在这种情况下考虑两个阈值温度，一旦转子或定子达到其相关联的临界温度，旁路支路便开始运行)。此外应当注意的是，本发明还可以应用于具有永磁体转子的电动机器，这种情况下的喷射器IR喷洒转子的磁体的侧向面而不是转子的绕组头。

Claims (10)

1.一种电动机器和用于冷却该电动机器的冷却系统的组合，该电动机器包括定子和转子，所述冷却系统包括：

-冷却回路，该冷却回路被适配用于使油型冷却液与所述电动机器的主动部件接触；

-箱，该箱被适配用于收集已经冷却了所述主动部件的冷却液；

-泵，该泵被适配用于将所述冷却液重新注入所述主动部件的上游；

-以及热交换器，

其特征在于，所述冷却回路包括旁路支路，该旁路支路被适配用于使在所述主动部件上游循环的一部分冷却液偏离、并使这些冷却液直接流入该箱中而不会经过所述主动部件，当电动机器正在运行时，该箱中的液体容量保持恒定，所述冷却系统包括用于根据温度阈值打开和关闭所述旁路支路的打开和关闭装置，所述打开和关闭装置是电磁阀、恒温器或三通恒温阀，该电磁阀、恒温器或三通恒温阀被适配用于一旦冷却液的温度变得高于所述温度阈值就允许该冷却液流入所述旁路支路。

2.如权利要求1所述的组合，其特征在于，所述旁路支路隐入到壳体端壁或封装所述电动机器的壳体中。

3.如权利要求1所述的组合，其特征在于，所述旁路支路由所述电动机器的壳体外部的柔性管提供。

4.如权利要求1至3中任一项所述的组合，其特征在于，所述冷却回路包括：

-位于所述电动机器的定子的周边的第一喷射器，该第一喷射器被适配用于利用冷却液喷洒所述定子的纵向外表面的中心部分；

-以及固定到所述电动机器的壳体端壁上的第二喷射器，该第二喷射器被适配用于喷洒该电动机器的转子的绕组头。

5.如权利要求4所述的组合，其特征在于，该冷却回路包括所述电动机器的壳体端壁中的通道(P1)，该通道被适配用于向被适配用于喷洒固定到所述壳体端壁上的轴承的第三喷射器供给冷却液。

6.如权利要求5所述的组合，其特征在于，所述通道(P1)还被适配用于向固定到所述壳体端壁上、并且被适配用于喷洒该电动机器的转子的绕组头的所述第二喷射器供给冷却液。

7.如权利要求5所述的组合，其特征在于，所述第一喷射器、第二喷射器、第三喷射器相对于垂直于该电动机器的纵向轴线(L)的平面对称地放置、并且位于所述电动机器的壳体端壁与封装所述电动机器的壳体之间的中间位置。

8.如权利要求1至3中任一项所述的组合，其特征在于，所述打开和关闭装置由三通恒温阀组成，该三通恒温阀布置在所述热交换器的上游、并且被适配用于：

-使离开所述主动部件上游的泵的所述冷却液绕过所述热交换器而不使该冷却液经过所述旁路支路；

-或者使所述冷却液流入所述热交换器，该热交换器在下游连接至一支路，该支路一方面向该电动机器的所述主动部件供给所述冷却液，并且另一方面向所述旁路支路供给所述冷却液。

9.如权利要求8所述的组合，其特征在于，所述恒温阀包括：蜡囊，该蜡囊固定到所述阀的固定部件上；所述阀的腔室，该腔室将所述固定部件与所述蜡囊的至少一个移动部件分开；并且在于形成在所述蜡囊中的凹槽或孔允许所述冷却液在所述腔室与所述冷却回路之间通过。

10.一种电动或混合动力车辆，该电动或混合动力车辆包括如权利要求1至9中任一项所述的电动机器和用于冷却该电动机器的冷却系统的组合。

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