CN113646198B - 冷却和润滑电动或混合动力机动车辆的电动传动系的设备 - Google Patents

Abstract

一种设备，用于冷却车辆的传动系，该传动系包括具有绕线转子的电机(10)和联接到该电机的减速器(20)，该设备包括：‑用于冷却该电机的油冷却回路(30)，所述回路包括热交换器(36)，该热交换器连接到油储器(31)和水回路，该水回路连接该传动系的经过该车辆的散热器的构件；‑以及用于调整在该交换器的出口处向分配回路(37‑40)供应的油流的温度的装置，该分配回路将油喷射到用于加热该电机的元件；‑用于润滑减速器的回路，所述回路包括壳体(21)，该壳体的基部形成了用于润滑减速器的存油器(22)；‑交换器的出口处的分流管道(41)，该分流管道用于输送与壳体的基部接触的经温度调整的油的一部分，以便使存油器的油冷却。

Description

冷却和润滑电动或混合动力机动车辆的电动传动系的设备

本发明涉及一种用于冷却和润滑电动传动系的设备，此类型的电动传动系包括具有绕线转子的电机和联接到电机的减速器。

随着旨在用于电动或混合动力机动车辆的应用的电机功率密度的增大，提高这些机器的冷却效率已成为关键问题。在已知的解决方案中，通过将油直接喷射到机器的发热元件上进行冷却是特别有利的。

专利文献WO 2018/206890公开了一种具有绕线转子的电机的油冷却回路，该油冷却回路确保电动机的转子、定子以及接头和轴承的冷却。它还确保接头和轴承的润滑。该回路包括：热交换器，该热交换器一方面连接到用于例如从经过车辆的水/空气交换散热器的水回路移除冷却液的管道，并且另一方面连接到用于移除油的管道，该用于移除油的管道来自布置在电机的下部部分中的油储器；以及控制装置，该控制装置使得能够在交换器的出口处向冷却回路的油分配回路供应在温度方面受到控制的油流，该油分配回路旨在将在温度方面受到控制的油从热交换器喷射到电机的发热元件上，同时以这种方式喷射的油通过重力被回收到油储器中。

特别地，使在交换器的出口处分配的油的温度能够被控制的装置包括恒温阀，该恒温阀通过蜡囊被激活，该蜡囊放置在马达的油冷却回路上，以便当在冷却回路中循环的油的温度低于温度阈值时，使与此马达相关联的热交换器短路。当电动机在低温下启动时，热交换器的这种短路特别能够使油的温度升高得以加速。相反，当油的温度高于温度阈值时，阀允许油仅向热交换器传送，这样将对离开储器的油(在其冷却之后返回到马达的发热元件的上游的分配回路之前)进行冷却。并且，当油的温度高于此阈值时，热交换器的输出端处的油流的一部分可以被直接分流到布置在机器下方的油储器中，而不经过机器的发热元件，以便促进高温交换器的区域中的油的冷却。

然而，将阀与蜡恒温器集成在油回路中以便使交换器能够在低温操作期间短路并且在热操作期间将油直接返回到油储器而不经过机器的发热元件的原理具有既定的数个缺点。首先，这种布置在涉及蜡恒温器的操作的可靠性方面带来风险，这一方面可能与蜡囊与冷却回路中使用的油的相容性有关，并且另一方面可能与用于控制蜡恒温器的操作温度的范围有关。此外，将蜡恒温器集成在油回路中需要使用压力传感器以便执行恒温器的诊断，特别是以便确保阀中的油和油回路中的油之间的压力差不会阻止蜡囊的移动。如果蜡恒温器堵塞，那么机器存在安全风险。

此外，从包括具有与减速器相关联的绕线转子的电机的电动传动系的冷却系统，特别是经由专利文献EP 3363103中给出的示例，已知将在电机的输出端处联接的减速器的润滑油用于电机的发热元件的直接冷却。以这种方式，此文献描述了一种电机和一种减速器，该电机和该减速器由在共享机器的冷却油和减速器的润滑油的回路中流动的相同油进行冷却。将减速器的润滑油用于冷却该机器的发热元件，这使油的温度能够在低速下迅速升高，并且使摩擦损失能够减小。然而，当相同油用于减速器和电机时，减速器的污染物(典型地从减速器的齿轮机构脱落的细小金属颗粒对油的污染)由于公用油携带的这些金属颗粒与电动机的线圈的铜线之间产生的磨损接触而具有影响带有缠绕线圈的马达的电绝缘的风险。

此外，在开发应用于电动或混合动力车辆的后桥的这种电动传动系的上下文中，减速器的润滑油的冷却是有问题的。这是因为如同在上述文献WO 2018/206890中给出的示例中，在电机的冷却回路中循环的油可以通过油/水热交换器(该油/水热交换器布置在机器的油冷却回路中并且与车辆的水回路以及水/空气交换散热器相关联)来冷却。相反，关于在减速器中产生的热量，如果需要经由气流排放热量，那么在应用于车辆的后桥的情况下，可能发现车辆的后发动机罩下方的此气流不足以确保期望的热交换。

因此，本发明的目标是提供一种设备，用于冷却和润滑电动或混合动力机动车辆的电动传动系，该电动传动系包括具有绕线转子的电机以及联接到该机器的减速器，该设备至少部分没有上文所阐述的限制。

为此，本发明涉及一种设备，用于冷却和润滑电动或混合动力机动车辆的电动传动系，该电动传动系包括具有绕线转子的电机和联接到该机器的减速器，该设备包括：

该电机的被供应有油的冷却回路，该冷却回路包括：热交换器，该热交换器一方面连接到用于移除来自冷却液回路的冷却液的管道，该冷却液回路连接电动传动系的经过该车辆的散热器的构件，并且该热交换器另一方面连接到用于移除油的管道，该用于移除油的管道来自布置在该电机的下部部分中的油储器；以及控制装置，以便在该热交换器的输出端处向该冷却回路的油分配回路供应在温度方面受到控制的油流，该油分配回路能够将在温度方面受到控制且来自该热交换器的该油喷射到该电机的发热元件上，同时以这种方式喷射的该油被回收到该油储器中，

该设备还包括：

该减速器的润滑回路，该润滑回路包括壳体，该减速器布置在该壳体内部，该壳体的基部的形状被确定成构成存油器，通过移动该减速器的与该存油器接触的元件的旋转产生的一定体积的油，该存油器使该减速器能够被润滑，

该设备的特征在于，该设备在该热交换器的输出端处包括分流管道，该分流管道能够将在温度方面受到控制且来自该热交换器的该油的一部分输送到热交换管道的网络的入口，这些热交换管道被布置成与该减速器的壳体的基部接触，以便使该存油器的油能够冷却，热交换管道的该网络的输出端连接到该油储器。

以这种方式，来自电机的冷却回路的热交换器的受控冷却油被用于移除减速器由于油/油热交换管道的网络而产生的热量，从而确保一方面减速器中所包含的润滑油与另一方面电机的冷却油之间的热交换，而不需要在机器与减速器之间共享油、或者将另一具体交换器作为专用于减速器的水/油交换器来安装。换句话说，由冷却液回路(典型地是水回路)补充的油/液冷却热交换器和车辆的水/空气交换散热器可以在电机与减速器之间共享，以便移除在机器和减速器中产生的热量。

根据实施例，热交换管道形成在减速器的壳体中。换句话说，它是集成在减速器中的系统。

根据另一实施例，热交换管道相对于减速器的壳体是在外部。

有利地，该冷却回路包括能够从油储器吸入油的油泵，该油泵连接到油移除管道。

有利地，该控制装置包括阀，该阀布置在该冷却液回路中在连接到该热交换器的冷却液移除管道的上游，该阀一方面连接到该移除管道，并且另一方面连接到从该冷却液回路抽头以便使该热交换器短路的分流支路，该阀至少能够使在该冷却液回路中流动的该冷却液的一部分能够根据环境温度分流到该分流支路中。

有利地，该阀布置在该冷却液回路中在该电动传动系的功率逆变器与该热交换器之间。

有利地，该阀可以是由蜡囊或电磁阀激活的恒温阀。

有利地，该冷却回路的油分配回路包括：油入口通道，这些油入口通道能够相对于布置在该电机的转子的一侧和另一侧的接头和轴承输送该油；以及柔性喷嘴，这些柔性喷嘴固定到这些油入口通道并旨在控制从这些通道排放到这些接头和轴承的该油流。

有利地，该冷却回路的油分配回路包括油入口通道，这些油入口通道能够相对于定子的周边输送该油，这些通道相对于该定子的纵向中心轴线以远端方式在位于该定子的周边的两个相对喷嘴中开放。

本发明还涉及一种电动或混合动力机动车辆，该电动或混合动力机动车辆包括：电动传动系，该电动传动系包括具有绕线转子的电机和联接到该机器的减速器；以及如上所述的用于冷却和润滑该传动系的设备。

将从借助非限制性示例并且参照附图所给出的以下说明了解本发明的其他特征和优点，在这些附图中：

[图1]是根据本发明的一个实施例的电动传动系的冷却和润滑设备的示意性图示；

[图2]是冷却液回路的示意性图示，该冷却液回路经过车辆的散热器并且联接到图1的设备的冷却回路的热交换器。

根据图1所展示的实施例，提供根据本发明的冷却和润滑设备以便冷却电机10，电动或混合动力机动车辆的旨在应用于车辆后桥的电动传动系的机械减速器20被连接到该电机。

电机10尤其是由定子11和转子12构成，该定子设有气缸盖，该转子由突出的磁极构成，铜线圈13围绕该转子缠绕。转子12安装在轴14上，该轴一方面固定到转子并且另一方面经由轴承和接头16而固定到电机的壳体15。

机械减速器20集成在减速器壳体21中，并且联接在转子轴14的出口处。减速器由齿轮的总成构成，这些齿轮旨在改变电机的转速和扭矩。润滑油存油器22被包含在减速器壳体21内部、在壳体的基部的区域中，并且旨在使减速器的元件能够借助于通过总成出现的起泡(换句话说，由于通过减速器的与存油器接触的元件的旋转产生的一定体积的油的运动)而被润滑和冷却。

此外，本发明的设备包括电机10的油冷却回路30，该油冷却回路旨在对机器的发热元件(这些发热元件是转子12和定子11)进行冷却，并且对元件(这些元件是其上安装了转子轴的轴承和接头16)进行冷却和润滑，这种冷却和润滑是通过在这些元件上喷射油来进行。为此，冷却回路30在下方包括油储器31，该油储器布置在电机的壳体的下部部分中并且旨在存放电机的冷却油32的储备。油出口管道33在储器31外部开放，并且连接到油泵34，该油泵使储存在储器31中的冷却油能够被吸入。油泵34在其输出端处连接到油移除管道35，该油移除管道将由泵34移除的油输送到热交换器36中，该热交换器旨在于在将从油移除管道35接纳的油朝向油分配回路重新注入之前将该油冷却，该油分配回路使在热交换器36处冷却的油能够被输送并直接喷射到电机的发热元件上。以这种方式喷射的油回收了机器产生的热量，并且然后通过重力返回到储器31。

机器的冷却回路的油分配回路包括朝向定子37的入口，油入口通道38(这些油入口通道能够相对于布置在电机的转子12的一侧和另一侧的接头和轴承16的壳体输送冷却的油)从该入口分配。这些通道优选地设有柔性喷嘴，这些柔性喷嘴固定到这些油入口通道，以便使从这些通道朝向接头和轴承16的壳体排放的油流能够受到控制。这些油入口通道38还被配置成将冷却的油朝向喷射器39输送，这些喷射器位于转子12的一侧和另一侧、与转子的线圈头相对。

此外，朝向油分配回路的定子的入口37能够相对于定子的周边输送油。优选地，该入口连接到通道40，这些通道相对于定子的纵向中心轴线以远端方式在位于定子的周边的两个相对喷嘴中开放。因此，由于以这种方式定位的这两个喷嘴，与油将基本上喷射在定子的中心的布置形成对比，喷射的油只有一部分将与定子的气缸盖的表面接触，而另一部分将直接流向储器。这有利地使以这种方式喷射的油的加热受到限制，其对油的耐久性很重要。此外，由两个相对喷嘴喷射并流向储器而不与定子的气缸盖的表面接触的油是来自热交换器36的冷却的油，使得通过与储器中所包含的较热的油相混合，它将有助于降低储存在储存器中的冷却油的整体温度。

为了对来自泵34的经由油移除管道35的油进行冷却，热交换器36连接到冷却液移除管道51，这种类型的冷却液移除管道例如具有水和防冻剂的混合物，该混合物来自将电动传动系的构件连接到热交换器36的冷却液回路。参考图2，旨在对冷却油进行冷却的热交换器36因此是水/油交换器，该水/油交换器固定在电动传动系的区域中，并且经由经过车辆的水/空气交换散热器53的水回路50与电动传动系的其他构件共享。水/油交换器36的水出口52提供的水的温度比管道51的构成油/水交换器36的水入口的区域中的水的温度高，水然后将经由热交换器36从油移除热量。以这种方式被加热且来自热交换器36的水出口52的水被朝向车辆的水/空气交换散热器53输送以被冷却，接着经由水回路50而供应到水泵54，该水泵在其出口处经由车辆的电动传动系的其他构件连接到热交换器36的水入口51，这些构件是用于向电机供应电力的充电器55、DC/DC转换器56和功率逆变器57的单元。以这种方式，水泵54确保各元件之间的循环，并且散热器53确保空气对水的冷却。

如上文所解释，机器的冷却油被用于润滑机器的接头和轴承。现在，在低温下，特别是在-30℃到+5℃的温度范围内，所使用的油非常粘稠，这对所需的润滑功能是不利的。如果没有这种润滑，机器的接头和轴承部件在第一次滚动移动时会有缺陷，因此需要将少量油送到这些部件上。

此外，在低温下，在机器的冷却回路的水/油交换器36的区域中，在由车辆的散热器和寒冷环境冷却的水回路中流动的水将有助于将经过交换器36的油保持低温。喷射到机器的发热元件上的油保持低温导致存在热冲击，特别是对于在操作期间转子的变热的线圈的表面来说。这些热冲击对线圈的耐久性有害，并可能导致电机过早停止使用。并且，由于合成的摩擦损失的增加，油在低温下的较大粘度不利于电机的操作。

此外，在机器的高温操作期间，特别是温度高于5℃时，用热油冷却机器还涉及其他问题。以这种方式，为了确保在冷却回路的交换器的区域中进行有效的水/油热交换，并且因此为了确保充分排放机器的热损失，有必要在热交换器处指定相当大的油流速。现在，由于油，从具体操作速度开始的油流速的增加将在机器中产生摩擦损失，特别是因为油可能被截留在气隙中。

因此，为了克服这些问题，考虑到机器的温度和操作条件，有必要能够控制输送到电机上游的油的温度，以便冷却和润滑电机。

这些控制装置有利地包括集成在水回路50中的控制阀58，该控制阀联接到电机的冷却回路的水/油交换器36。阀58被集成在此水回路50中在功率逆变器单元57与水/油交换器36之间。此阀58被布置成紧靠在水/油交换器36的水入口51的上游，并且一方面连接到此水入口51，并且另一方面连接到分流支路59，该分流支路从水回路抽头以便使水/油交换器36短路。因此，该阀是三通阀，这使水的循环或通过能够在水回路的分支的水管道和来自水/油交换器36的水入口51的两个管道中的一个或另一个以及使水/油交换器36短路的分流支管59之间受到控制。以这种方式，根据环境温度，阀58至少能够使到达水/油交换器36的水的一部分能够被分流到分流支路59中。因此，此阀58的功能是根据温度而控制经过水/油交换器36的水流，并因此在温度方面控制经过水/油交换器的油的流速。阀58例如是由电子控制单元控制的电磁阀，或者是恒温阀，该恒温阀包括例如由蜡囊激活的恒温器，该蜡囊使通往对应通道的通路能够被阻塞或打开。

以这种方式，在电机的低温下操作模式中，水的温度低于温度阈值，阀58能够允许水仅在使水/油交换器36短路的分流支路59中通过，水因此被直接输送到空气/水散热器53的入口，或者在一种变型中，允许低流速的水被送到水/油交换器。以这种方式，阀58使水在水回路50与水/油交换器36之间的循环被阻止，或者在一种变型中，当水温低于与机器在低温下的操作条件相对应的预定温度阈值时，仅实现水朝向交换器的非常低的流速。以这种方式，在温度升高阶段期间，只要温度低于此阈值，电机的被输送到电机的发热元件上游的冷却油就不会被水/油交换器冷却、或者根据变型极少被冷却，这样确保了在低温下这些操作条件下油的迅速加热。因此，在这种操作模式下对阀58的控制使水/油交换器能够在温度升高阶段期间通过仅控制水在分流支路59中的循环而短路。

由于这种布置，有利地避免了与低温下油的粘度相关联的油泵34的过热。因此提高了泵的耐用性，而不需要使其尺寸过大。此外，由于油在低温下的迅速加热，防止了油与机器的被喷射油的线圈的表面之间的热冲击。摩擦损失也因而显著降低。

应注意，水回路的其他部件(充电器/DC-DC转换器/功率逆变器)的冷却限制无法设想使进入水/油交换器的水的流速能够经由回路的水泵来控制。因此，就此而言，将阀58添加到水回路是特别有利的。

在热电机的一种操作模式(该操作模式对应于水的温度高于预定温度阈值的操作模式)中，阀58在此模式中能够允许到达的水仅在交换器36的水入口51的区域中朝向水/油交换器36传送。换句话说，水/油交换器36在这种模式下不短路，并且水/油交换器36因此对机器的来自油泵的冷却油进行冷却，该冷却油将被分配到机器的发热元件。为了提高油在水/油交换器的区域中的冷却的效率，可以控制水泵54，以便提供将经过水/油交换器36的额外水流，因此交换器处的冷却得到改善，而不需要在交换器处增大油流速，这否则将会增加摩擦损失。

因此，阀58被放置在电动传动系的水回路50上，以便当离开水回路的水的温度低于预定温度阈值时，使电机的冷却回路的水/油交换器36短路，否则，使所有的水经过水/油交换器，以便使来自机器的冷却油在冷却后在其返回到机器之前冷却。

如上文所解释，在交换器36的输出端处，在温度方面受到控制并且来自交换器36的冷却油被供应到油分配回路37-40，该回路使由热交换器36供应的油能够被输送并喷射到电机的发热元件上。

根据本发明，冷却和润滑设备还包括分流管道41，该分流管道的入口在热交换器36的输出端处抽头，以便将来自热交换器36的受控油的一部分输送到热交换管道的网络42的入口，这些热交换管道被布置成与减速器20的壳体21的基部接触，以便使来自减速器的润滑油存油器的油能够冷却。这是因为，在操作期间，减速器20产生热量，该热量必须被排放以便确保减速器的机械部件的良好润滑并防止减速器的润滑油过热。以这种方式，流经与减速器20的壳体的基部接触的热交换管道的网络42的油(该油在温度方面受到控制并且来自热交换器36)将使减速器的壳体的基部处所包含的油的热量能够被移除，这本身使减速器的热损失的排放能够得到确保。换句话说，来自热交换器36的油被输送以便与减速器中所包含的油进行所期望热交换的热交换管道的网络42构成了用于冷却减速器中所包含的油的油/油交换器。因此，油/油交换器42的出口经由将油输送到储器31的出口管道43而连接到被布置在电机下方的冷却油储器31。

分流管道41(其用于将机器的冷却油从交换器36的出口输送到带有减速器的润滑油的油/油交换器)可以是相对于减速器的壳体的外管道或内管道。并且，被布置成与减速器的壳体的基部接触以便形成油/油交换器的热交换管道形成在减速器壳体中或外部。

Claims (10)

1.一种设备，用于对电动或混合动力机动车辆的电动传动系进行冷却和润滑，该电动传动系包括具有绕线转子的电机(10)以及联接到该电机的减速器(20)，该设备包括：

该电机的被供应有油的冷却回路(30)，该冷却回路包括：热交换器(36)，该热交换器一方面连接到用于移除来自冷却液回路(50)的冷却液的管道(51)，该冷却液回路连接该电动传动系的经过该车辆的散热器(54)的构件，并且该热交换器另一方面连接到用于移除油的管道(35)，该用于移除油的管道来自布置在该电机(10)的下部部分中的油储器(31)；以及控制装置，以便在该热交换器的输出端处向该冷却回路的油分配回路(37-40)供应在温度方面受到控制的油流，该油分配回路能够将在温度方面受到控制且来自该热交换器的该油喷射到该电机的发热元件上，同时以这种方式喷射的该油被回收到该油储器中，

该设备还包括：

该减速器的润滑回路，该润滑回路包括壳体(21)，该减速器布置在该壳体内部，该壳体的基部的形状被确定成构成存油器(22)，通过该减速器的与该存油器接触的元件的旋转产生的一定体积的油，该存油器使该减速器能够被润滑，

该设备的特征在于，该设备在该热交换器(36)的输出端处包括分流管道(41)，该分流管道能够将在温度方面受到控制且来自该热交换器(36)的该油的一部分输送到热交换管道的网络(42)的入口，这些热交换管道被布置成与该减速器的壳体的基部接触，以便使该存油器的油能够冷却，热交换管道的该网络(42)的输出端连接到该油储器(31)。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，这些热交换管道形成在该减速器的壳体(21)中。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，这些热交换管道相对于该减速器的壳体(21)是在外部。

4.如权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，该冷却回路包括能够从该油储器(31)吸入油的油泵(34)，该油泵连接到用于移除油的管道(35)。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该控制装置包括阀(58)，该阀布置在该冷却液回路(50)中在连接到该热交换器(36)的用于移除该冷却液的管道(51)的上游，该阀(58)一方面连接到用于移除该冷却液的管道(51)，并且另一方面连接到从该冷却液回路(50)抽头以便使该热交换器(36)短路的分流支路(59)，该阀至少能够使在该冷却液回路中流动的该冷却液的一部分能够根据环境温度分流到该分流支路(59)中。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，该阀(58)布置在该冷却液回路中在该电动传动系的功率逆变器(57)与该热交换器(36)之间。

7.如权利要求5或6所述的设备，其特征在于，该阀(58)是由蜡囊或电磁阀激活的恒温阀。

8.如权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，该冷却回路的油分配回路包括：第一油入口通道(38)，这些第一油入口通道能够相对于布置在该电机的转子的一侧和另一侧的接头和轴承(16)输送该油；以及柔性喷嘴，这些柔性喷嘴固定到这些第一油入口通道并旨在控制从这些通道排放到这些接头和轴承的该油流。

9.如权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，该冷却回路的油分配回路包括第二油入口通道(40)，这些第二油入口通道能够相对于定子(11)的周边输送该油，这些第二油入口通道相对于该定子的纵向中心轴线以远端方式在位于该定子的周边的两个相对喷嘴中开放。

10.一种电动或混合动力机动车辆，包括：电动传动系，该电动传动系包括具有绕线转子的电机和联接到该电机的减速器；以及如权利要求1-9之一所述的用于冷却和润滑该电动传动系的设备。