CN114556752A - 具有提高效率的驱动模块 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆(10)的驱动模块(20)，其包括电机(24)、逆变器(22)、齿轮组件(26)和冷却系统。与逆变器热耦合的第一壳体构件(50)具有第一组热交换表面(52)，与电机热耦合的第二壳体构件(40)具有第二组热交换表面(42)。第一组和第二组热交换表面各自伸入到由外部供应的液体冷却剂冷却的内部体积(44)，由此限定热交换器。用于收集用于冷却电机的油的下油池(54)还可包括伸入同一热交换器的热交换表面(56)。变速箱可以包括升高的油池(84)，其由在电机上循环油的同一油泵供应，其中升高的油池依靠重力将油供给到变速箱内的选定表面上。螺线管启动阀组件(78)可以与可变容量油泵(76)一起使用，以独立地改变两种不同应用的油供应。

Description

具有提高效率的驱动模块

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年11月2日提交的题为“VEHICLE POWER DRIVE MODULE WITHINTEGRATED LIQUID TO LIQUID HEAT EXCHANGER”的美国临时专利申请No.62/929,844以及2019年11月4日提交的题为“DRIVE MODULE WITH IMPROVED EFFICIENCY”的美国临时专利申请No.62/930,028的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

电动和混合动力车辆越来越多地使用包括电机、逆变器和变速箱的模块。这样的模块在运转期间会产生大量的热量，并且需要对这些模块的冷却进行改进。

发明内容

本申请公开了一种用于电动或混合电动车辆的集成电机、逆变器和变速箱模块的热系统。该系统使用外部流体冷却剂和内部流体冷却剂。在示例性实施例中，外部流体冷却剂是水-乙二醇(WEG)冷却剂，例如在机动车辆中使用的常规冷却剂并且通常称为“防冻剂”。在示例性实施例中，内部流体冷却剂是冷却电机、齿轮组件和可旋转支撑电机和齿轮组件的轴承的油。

本发明在其一种形式中包括用于车辆的驱动模块，其中该模块包括：电机；电压源逆变器，所述电压源逆变器可操作地与电机耦合；以及用于所述模块的冷却系统，该冷却系统包括与逆变器热耦合并具有第一组热交换表面的第一壳体构件、与所述电机热耦合并具有第二组热交换表面的第二壳体构件，该第一和第二组热交换表面各自伸入到内部体积中，由此引入到内部体积中的液体冷却剂从第一和第二组热交换表面中去除热量。

在一些实施例中，驱动模块还包括：油泵，该油泵循环油以冷却电机，其中油以重力供给的方式收集在下油池中，在下油池中供应油泵；第三壳体构件，其限定下油池的壁并与收集在油池中的油热耦合，所述第三壳体构件还包括第三组热交换表面，该第三组热交换表面伸入到在其中液体冷却剂循环的内部空间中。

在包括油泵的一些实施例中，第三壳体构件还可包括第四组热交换表面，所述第四组热交换表面伸入到下油池中。在这样的实施例中，第三组和第四组热交换表面可以彼此相对设置并且沿相反方向伸出。

在包括油泵的一些实施例中，油泵可以使油围绕电机的定子芯循环，并且定子芯的径向外表面可以限定多个热交换散热片。

在包括油泵的一些实施例中，驱动模块还可包括：与电机可操作耦合的齿轮组件；以及上油池，其中油泵将油供应到上油池并且油从上油池通过重力供给到齿轮组件。在这样的实施例中，油泵可以是可变容量油泵，其中油泵与至少一个螺线管操作阀可操作地耦合，至少一个螺线管操作阀调节由油泵供应到电机和上油池的油的相对比例。在一些实施例中，上油池限定一个或多个开口，该开口通过重力将油供应到齿轮组件上的选定表面。选定表面可以包括设置在齿轮和轴承上的表面。至少一个壳体构件还可限定用于将油从上油池引导至选定表面之一的油槽。

在驱动模块的一些实施例中，限定用于接收液体冷却剂的内部体积的外边界的壳体构件限定具有平行六面体形状的外边界，并且限定用于接收与电机热连通的液体冷却剂的内部体积的壳体构件限定具有圆柱形状的内部体积的内边界，并且其中第一组、第二组和第三组热交换表面都限定了伸入到内部体积中的散热片，其中伸入到内部体积中的散热片限定了冷却剂流动通路，其中冷却剂流动通路具有变化的尺寸，但在垂直于流体流过通路的方向的平面中限定恒定截面积。

本发明在其另一种形式中包括一种油冷式组件，该油冷式组件包括：至少一个发热构件；油泵，该油泵使得油循环以冷却发热构件，其中油通过重力收集在下油池中，并且其中下油池向泵供应油；冷却组件，其中液体冷却剂循环通过冷却组件的内部体积以从热耦合到发热构件的壳体构件中去除热量；并且其中由与收集在下油池中的油热耦合的油池壳体构件部分地限定下油池，所述油池壳体构件包括第一组热交换表面，该第一组热交换表面伸入到液体冷却剂在其中循环的内部空间，从而液体冷却剂从油池壳体构件中去除热量。

在一些实施例中，油池壳体构件包括第二组热交换表面，该第二组热交换表面伸入到收集在下油池中的油中，从而使油池壳体构件与油热耦合。

在一些实施例中，发热构件是电机。

在一些实施例中，油冷式组件适于向第二应用供应油，并且其中油泵是可变容量油泵，并且其中油冷式组件还包括设置在油泵和发热构件以及第二应用之间的螺线管启动阀组件，其中从泵排出的油由螺线管启动阀组件分开并且分开的流被将油供应到发热构件的第一排油管线和将油供应至第二应用的第二排油管线输送，螺线管启动阀组件还包括至少一个螺线管启动阀，该螺线管启动阀在第一和第二排油管线之间可调节地分配从泵排放的油。

在这样的实施例中，发热构件可以呈电机的形式并且还可以包括与电机驱动耦合的齿轮装置，其中该齿轮装置是第二应用。

在一些实施例中，至少一个螺线管启动阀包括设置在第一排油管线中的第一螺线管启动阀和设置在第二排油管线中的第二螺线管启动阀。在其他实施例中，至少一个螺线管启动阀仅由单个螺线管启动阀组成。

在包括齿轮装置的那些实施例中，齿轮装置可以设置在变速箱组件中，该变速箱组件包括上油池，其中第二排油管线将油供应到上油池并且上油池限定一个或多个开口，开口通过重力向变速箱组件内的选定表面供油。在一些实施例中，选定表面设置在齿轮和轴承上，并且变速箱的至少一个壳体构件限定用于将油从上油池引导至选定表面之一的油槽。

本发明在其另一种形式中包括：变速箱组件，该变速箱组件包括齿轮装置，该齿轮装置包括至少两个齿轮构件和由轴承支撑的旋转轴；以及上油池，其中油泵将油供应到上油池，并且上油池限定一个或多个开口，所述开口通过重力将油供应到变速箱组件内的齿轮装置的选定表面。

在一些实施例中，选定表面包括设置在齿轮构件和轴承上的表面，并且变速箱的至少一个壳体构件限定用于将油从上油池引导至选定表面之一的油槽。

在一些实施例中，组件适于向第二应用供应由油泵排出的油，并且其中油泵是由下油池供给的可变容量油泵，该下油池通过重力从变速箱组件和第二应用收集油，变速箱组件还包括螺线管启动阀组件，所述螺线管启动阀组件设置在油泵和上油池以及第二壳体之间，其中从泵排出的油被螺线管启动阀组件分开，分开的流被将油供应到上油池的第一排油管线和将油供应至第二壳体的第二排油管线输送，并且螺线管启动阀组件还包括至少一个螺线管启动阀，该螺线管启动阀在第一和第二排油管线之间可调节地分配从泵排出的油的比例。

在其又一种形式中，本发明包括用于可调节地供应两个独立应用的油泵组件，其中该组件包括：向第一应用和第二应用供应油的可变容量油泵；螺线管启动阀组件，所述螺线管启动阀组件设置在油泵与第一和第二应用之间，其中从油泵排出的油由螺线管启动阀组件分开，分开的流被将油供应到第一应用的第一排油管线和将油供应至第二应用的第二排油管线输送，并且螺线管启动阀组件还包括至少一个螺线管启动阀，该阀在第一和第二排油管线之间可调节地分配从泵排出的油的比例。

在油泵组件的一些实施例中，至少一个螺线管启动阀包括设置在第一排油管线中的第一螺线管启动阀和设置在第二排油管线中的第二螺线管启动阀。在油泵组件的其他实施例中，至少一个螺线管启动阀仅由单个螺线管启动阀组成。

在一些实施例中，油泵组件还包括控制电路，该控制电路控制油泵的操作以调节泵的排放率，并控制螺线管启动阀组件的操作以调节由第一和第二排油管线分配的油的相对量，从而独立地调节第一和第二排油管线中油的流量。

附图说明

专利或申请文件包含至少一幅以彩色绘制的图。专利局将在请求和支付必要的费用时提供本专利或专利申请出版物的带彩色附图的副本。

本发明的上述和其他特征以及实现它们的方式将变得更加显而易见，并且本发明本身将通过结合附图参照本发明实施例的以下描述而得到更好的理解，其中：

图l是动力驱动模块的透视图。

图2是动力驱动模块的另一透视图。

图3是动力驱动模块的示意剖视图。

图4是形成下油池的壳体构件的透视图。

图5是具有带散热片的定子芯的电机的侧视图。

图6是变速箱和油泵组件的局部示意图。

图7是动力驱动模块的俯视图。

图8是动力驱动模块的侧视图。

图9是动力驱动模块的端视图。

图10是动力驱动模块的示意剖视图。

图11是动力驱动模块的另一示意剖视图。

图12是动力驱动模块的另一示意剖视图。

图13是逆变器和逆变器基板的透视图。

图14是逆变器基板和连接到该逆变器的定子相引线的透视图。

图15是逆变器基板和定子相引线的端视图。

图16是移除了逆变器板的电机壳体的透视图。

图17是变速箱和油泵组件的透视图。

图18是变速箱和油泵组件的另一透视图。

图19是变速箱和油泵组件的另一透视图，其示出了铸入壳体中的油槽，该油槽将油从未加压的上油池引导到轴承上。

图20是变速箱的俯视图，其示出了上油池中的开口，用于将油引导到变速箱内的选定区域上。

图21是电机壳体和变速箱组件的分解透视图。

图22是示出油循环模式的电机定子的透视图。

图23是示出油循环模式的电机定子的侧视图。

图24是电机壳体的透视图。

图25是电机壳体的端视图。

图26是电机壳体的剖视图。

图27是示出油泵不运转时的油量的透视图。

图28是示出油泵不运转时的油量的另一透视图。

图29是示出油泵运转时的油量的侧视图。

图30是示出油泵运转时的油量的透视图。

图31是示出电机壳体内的WEG冷却剂体积的透视图。

图32是示出电机壳体内的WEG冷却剂体积的另一透视图。

图33是示出WEG冷却剂的流动的透视图。

图34是示出电机定子周围的油流动的透视图。

图35是示出WEG冷却剂流动的俯视图。

图36是WEG冷却剂体积的示意端视图。

图37是模块的局部侧视图。

图38是沿图37中所示的剖面线截取的仅示出WEG冷却剂体积的剖视图。

图39是沿图37所示的剖视图截取的模块的剖视图。

图40是电机壳体的正透视图。

图41包括所有电机壳体的中央侧视图、正视图和后视图、俯视图和仰视图。

图42是电机壳体的后透视图。

图43是变速箱壳体的透视图和上油池的细节视图。

图44是示出用于循环WEG冷却剂和油的体积的透视图。

图45是示出用于循环WEG冷却剂和油的体积的另一透视图。

图46是示出油循环通过的体积的透视图。

图47是示出WEG冷却剂所占体积的透视图。

图48是具有电机和逆变器但没有一体式变速箱的替代实施例的示意图。

图49是采用具有热交换特性的下油池的替代实施例的示意图。

图50是具有带下油池的变速箱的替代实施例的示意图。

图51是采用动力驱动模块的车辆的示意图。

图52是油循环系统的示意图。

图53是替代油循环系统的示意图。

图54是电机和逆变器的示意图。

对应的附图标记在多个视图中指示对应的部分。尽管本文所阐述的示例以一种形式说明了本发明的实施例，但以下公开的实施例并不旨在穷举或被解释为将本发明的范围限制为所公开的精确形式。

具体实施方式

WEG-油热交换器由电机壳体形成，从而提高系统的热效率并降低成本。变速箱具有新颖的上油池，其可选择性地将油施加到轴承和齿轮上。与通过从齿轮甩出油而将油溅到整个壳体的传统方法相比，这种方法减少了在壳体内分配油所需的能量。

在示例性实施例中，冷却油的内部循环由电动泵驱动，该电动泵具有可变速度和占空比以调节流量与对冷却油的需要相匹配，从而通过最小化泵送损失来提高系统效率。

油用于冷却齿轮和电机，并且在示例性实施例中通过采用螺线管控制阀基于对冷却油的需求来调节从泵到电机的油流，从而进一步减少损失。

示例性实施例提供了若干有用的特征。例如，在示例性实施例中，耦合到逆变器和电机的热交换表面都伸入到相同的空间中，使得外部WEG冷却剂同时冷却电机和逆变器。在示例性实施例中，从逆变器传递热量的第一组散热片伸入到冷却剂体积中，并且从电机传递热量的第二组散热片伸入到相同的冷却剂体积中，其中第一和第二冷却散热片共同限定冷却剂通路且交替布置在冷却剂体积内以限定该通路。

传统上，当使用WEG冷却剂来冷却逆变器和电机时，WEG冷却剂将依次冷却逆变器和电机，其中WEG冷却剂首先流向并流过用于逆变器的冷却系统，然后在离开逆变器冷却系统之后，流入并流过用于电机的冷却系统。

在示例性实施例中，WEG冷却剂还用于冷却内部油，该内部油用于冷却和润滑电机和齿轮组件。

这些与用于冷却电机和齿轮组件的WEG冷却剂直接接触的冷却特征由电机的铸造壳体和底部油池形成。铸造壳体和油池在与WEG冷却剂接触的表面相反的表面上直接接触油。这种布置通过降低将热量从油传递到WEG冷却剂所需的热梯度来提高热效率。

此外，通过将这种热交换器功能直接集成到示例性实施例的铸铝壳体中并直接冷却底部油池中的油，不再需要安装到驱动模块外部的单独且昂贵的WEG-油热交换器。此外，示例性实施例的这些特征不仅单独提供价值，而且还协同工作以创建用于整个模块的节能而功率密集且廉价的热设计。

例如，传统上将油从油池泵送到外部热交换器以冷却油。该示例性实施例不仅消除了对这种外部热交换器的需要，而且还减少了对油泵的需求，从而降低了油泵所需的最大容量，而且还降低了在系统运行期间运行油泵所需的能量。

示例性实施例还采用具有定子芯的电机，其中定子芯的径向外表面带有肋或散热片，其中一些叠层具有比其他叠层更大的直径，而不是光滑的圆柱形径向外表面，从而提供用于与定子芯的带散热片径向外表面直接接触的油流，而且还提供相对较大的表面积供油接触。这种布置比定子芯安装在壳体内并且油通过壳体间接冷却定子芯的布置提供了更高的热效率。这种布置还减少了对泵送冷却油的需求，从而减少了泵送能量损失。如下文进一步讨论，示例性实施例的热效率在多种运转条件下允许单独的WEG冷却剂足以冷却电机，而无需使用油泵使油围绕定子芯循环。

示例性实施例的另一个有利特征是用于变速箱的上油池。使用升高的油池允许将油通过重力直接供给到需要此类油来润滑和/或冷却的特定目标区域。使用这种升高的油池是通过使用油泵来实现。与仅具有位于壳体内部底部的油池的飞溅冷却设计相比(在该飞溅冷却设计中通过使得旋转齿轮穿过收集在油池中的油来搅拌和抛甩油而使得油散布整个壳体内部以用于润滑和冷却)，使用示例性实施例的升高的油池提高了系统的效率。通过减少循环油所需的能量和消除油在不需要冷却或润滑的表面上的飞溅来实现这种效率的提高。在示例性实施例中，油泵与电机共用，以为电机和齿轮组件循环油。油泵是电控的并且具有可变的速度和占空比，使其可以与需求匹配地运行。此外，在示例性实施例中使用螺线管来调节从泵到电机和变速箱的升高的油池的油的相对流动。这允许为电机和变速箱调整油流，以满足各自的单独需求，从而有效地运转油泵。

系统效率的这些改进在混合动力和电动车辆中特别有利，这是因为这样的效率降低了由系统产生的电负载，例如由油泵产生的负载。这些效率继而减少了施加在车辆电池组上的负载，从而可以增加车辆的电动行驶里程和/或降低电池组的必要容量。

现在转到对附图的讨论，图1和2提供了模块20的外部视图。模块20包括电压源逆变器组件22、电机组件24和变速箱组件26。如图54的示意图所示，逆变器组件22包括电压源逆变器电路220和用于控制电机24的运转的控制电路222。DC电压源23(例如车辆电池或电池组)可操作地连接到逆变器22。

电机24在示例性实施例中是内部永磁体电机，但是本公开也可以采用电机的替代形式。例如，所描绘的电机24是三相电机，然而，替代实施例可以采用具有不同相数的电机。代替具有带永磁体的转子的电机，也可以使用替代设计，例如感应电机。类似地，虽然电机24示出了以星形或Y形构造连接的定子相，但是电机24不限于这种类型的构造并且可以替代地在相之间采用三角形连接。本领域普通技术人员将认识到电机24的各种其他替代实施例也可以与模块20一起使用。

电机24可选择性地作为电动机运转以向车辆的传动系统提供扭矩，或作为发电机运转以向车辆的电气系统提供电流和/或为车辆的电池组再充电。当电机24作为电动机运转时，逆变器22将DC电流转换成AC电流并且将AC电流提供给电机24。当电机24作为发电机运转时，例如在再生制动期间，电机24产生电流。在所示实施例中，电机22是三相电机并且三个定子相中的每一个均通过定子引线104连接到逆变器电路220。控制电路222在操作电机时通过控制信号线224控制电路220的运转。

在所示实施例中，逆变器电路包括用于电机的每一相的高侧开关和二极管以及低侧开关和二极管。开关可以采用场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及诸如双极结晶体管(例如NPN或PNP晶体管)的替代开关机制的形式。开关由控制电路222控制，该控制电路222可以采用处理器的形式，其中电线224将脉宽调制(PWM)信号传送到各个开关，从而控制开关的操作。也可以使用本领域普通技术人员已知的逆变器电路和控制的其他变体。

逆变器电路220和控制电路222安装在基板50上，该基板50从电路220、222吸收热量。在所示实施例中，基板50是铸铝壳体构件并包括与电路220、222相对定位的形式为散热片52的一组热交换表面，由此电路220、222产生的热量可以通过壳体构件50传递到WEG，如下文进一步讨论的那样。

在所示实施例中，控制电路222还通过电信号/数据通信线226连接到车辆电子控制单元(“ECU”)230，由此ECU230可以将模块20的运行与其他车辆功能协调。

变速箱组件26包括将电机24耦接到输出轴28的齿轮组件。输出轴28又与车辆的驱动系统耦接，由此输出轴28可以在电机24作为电动机运行时向驱动系统29贡献扭矩，而可以在电机24作为发电机运行时由驱动系统驱动以向电机24提供扭矩。应当注意，附图将电机24仅称为电动机，但这并不意味着电机24只能作为电动机运行。

图51提供了如何将模块20集成到车辆10中的示意图。在该示例中，车辆10包括车轮27并且轴28耦接到车辆10的驱动系统29，该驱动系统29驱动车轮27中的一个或多个，如图51示意性所示。车辆10还包括传统散热器形式的热交换器105，其将循环通过模块20的WEG冷却剂冷却。由散热器105冷却的WEG冷却剂也可用于冷却图51中未示出的其他车辆部件。

图3提供了垂直于电机24的转子轴30的模块20的剖视图。电机24的转子32安装在轴30上，定子34围绕转子32。如图5所示，定子34包括定子芯36和绕组38，该绕组38从定子芯36的轴向端部伸出以形成端环。定子34安装在壳体构件40内。壳体构件40围绕并牢固地接合定子芯36的径向外表面，从而将定子34安装在壳体构件40中并且使壳体构件40与定子34热耦合。壳体构件40的面向内的表面限定了用于使冷却油循环以冷却电机24的冷却油通路，如下面进一步讨论的那样。壳体构件40的面向外的表面限定了一组呈散热片42形式的热交换表面。散热片42伸入电机壳体的内部空间44，液体WEG冷却剂循环通过该内部空间44，从而提供一体式热交换器。

该一体式热交换器的内部空间44包括上室46和下室48。从壳体构件40伸出的散热片42伸入该一体式热交换器的上室46和下室48中。壳体构件50热耦合到逆变器22并形成逆变器22的基板，并且用作安装在其上的逆变器和控制电路的散热器。散热片52与基板50一体形成并伸入一体式热交换器的内部体积的上室46中。因此，循环通过上室46的冷却剂从散热片42和52带走热量，从而同时冷却逆变器组件22和电机24。

下油池54设置成收集围绕电机24循环的油，并且在图3和4能够观察到。图4中所示的下油池壳体可以由单个一体铸件或若干部件形成。有利地，单个一体式壳体构件用于形成下油池54的顶壁，一组热交换表面(如散热片56)从该顶壁伸入下室48，另一组热交换表面(如散热片58)从该顶壁伸入下油池54。四个开口60为油提供返回下油池54的通道。

下面进一步讨论的油泵用于将油泵入由壳体构件40形成的下分配通道62中。然后如图5中的箭头63所示迫使该油沿着定子芯36的径向外表面向上，由此油从定子芯带走热量。在定子芯36的上边缘，油移动到形成在壳体40中的槽64中，从而流到定子芯36的轴向端部，在那里油向下流动接触定子绕组38的端环，如图5中的箭头65所示。参照图5可以最佳地理解，定子芯36由多个堆叠的叠层形成，在示例性实施例中，这些叠层具有两种不同的直径，使得更大直径的叠层形成从定子芯36径向向外伸出的散热片66形式的热交换表面。各个散热片可以由单个叠层或多个叠层形成。例如，五个或一些其他数量的大叠层可以连续堆叠以形成散热片66，然后五个或一些其他数量的较小直径叠层可以堆叠以在散热片66之间形成槽68。油被迫沿着散热片66之间的槽68如箭头63所示向上流动。(注意，在附图文字中，定子芯36也称为定子铁芯)。

图6示出了变速箱组件26和油泵组件70。为了图形清晰起见，图6将变速箱壳体72描绘为半透明的。类似于示例性实施例的其他壳体构件，壳体构件72由例如铝的铸造金属材料形成。可替代地采用用于形成一些或所有壳体构件的各种其他方法和材料。

如在图17和图18中最好地看到，油泵76通过进油通道74从下油池54接收油。从泵76排出的油由滤油器77接收，该滤油器在油被供给到电机壳体或变速箱壳体之前对油进行过滤。螺线管致动阀组件78接收过滤后的油并将流分成两个单独的流，即，流道80通向电机壳体40的分配通道62，供应管82通向升高的油池84。

油泵76是可变容量油泵，其由位于逆变器组件22中的控制电路控制。改变油泵76容量的能力以及改变由螺线管致动阀组件78提供的引导至分配通道62和上油池84的排放油流的相对比例的能力，允许流向分配通道62和上油池84的油流被独立控制和调节以满足驱动模块的当前运转状态所需的特定要求。这与尺寸设置成且连续运转以满足对油泵的最高要求的油泵相比更有利并且更有效。它也比采用更低油池的变速箱冷却和润滑系统更有效，该更低油池通过齿轮不断搅拌和飞溅油以将油分布在整个变速箱中而分布。

返回图6，齿轮86安装在转子轴30的延伸长度上，并与安装在输出轴28上的齿轮88啮合。注意，齿轮86、88在图中以简化形式显示，而没有示出齿轮的各个齿轮齿，所述齿轮啮合在一起，从而将齿轮可操作地耦合在一起。由于齿轮86、88的运行，输出轴28将以比转子轴30更高的转速旋转。

上油池84的运行最好参考图6、19、20和43来理解。如上所述，油泵76通过供应管线82将油供应到上油池84。分隔构件92(在图中也称为保持板)安装在变速箱壳体72的上部以形成升高的油池84。与加压的分配管道62不同，升高的油池84是未加压的。分隔构件92包括开口94以允许油池84中的油通过重力从油池84供给到变速箱组件的选定表面上，例如齿轮构件86、88和旋转地支撑轴28、30的轴承96。开口94可以直接定位在接收油的表面上方，或者油槽90或类似的路径结构可用于将油引导到需要施加油的表面上。油也可以通过分隔构件92和壳体72之间的间隙从油池84分散。图43中的箭头95示意性地描绘了从油池84重力供给的油流。

图11和12提供了模块20的剖视图。图11描绘了沿着穿过转子轴30的旋转轴线的竖直定向平面的剖视图。如图11所示，定子引线104从定子绕组38延伸到逆变器组件22，从而可操作地将电压源逆变器与电机24耦合。

在图11中还描绘了解析器98，其感测转子轴30的旋转位置并可用于确定轴30和安装在其上的转子32的旋转速度和/或旋转位置。信号线(未示出)将解析器98与位于壳体外部的连接器100连接起来。连接器100允许将电缆连接到其上以将解析器98产生的信号传送到逆变器组件22内的控制电路以及车辆的其他控制和传感电路，例如ECU230。图12是模块20沿通过轴30的旋转轴线的水平面的剖视图。在该图中可以看到连接热交换器的上室46和下室48的通路102。

逆变器组件22在图13-15中示出。如上所述，逆变器和控制电路安装在铸铝基板50上，该铸铝基板50具有从其延伸的一体铸造散热片52。散热片52伸入上室46，在该上室46它们被循环通过电机壳体的WEG冷却剂冷却。定子引线104(在图14和15中示意性地描绘)延伸穿过基板50中的开口并与电压源逆变器电路连接。供定子引线104伸出的开口被密封以防止油通过其迁移。

在示例性实施例中，电机壳体40由铸铝制成，并且可以在图16、21、24、25、41和42以及其他图中看到。图16提供了移除基板50的壳体40的透视图。在图16中可以看到两个返回开口60，油通过返回开口60返回到下油池54和分配通道62。O形密封圈用于壳体构件之间的连接处，在该处需要密封接头并且这种密封件可以置于壳体中的槽中。图41和42提供了壳体40的多个视图并且还显示了与壳体40的其余部分分离的后盖41。图24和25示出了其中安装有电机24的壳体40。图21提供了透视图，其显示了电机和壳体以及变速箱组件和其壳体之间的关系。图21还显示了附接到壳体40的下油池54。

现在参考图22、23和27-30讨论使用油冷却电机24和润滑壳体40内的轴承96。图23示出了如何相对于定子36向上和向外泵送油。这允许油在从定子芯36和定子绕组38的端环滴落时吸收热量。然后热量从油通过下油池54上的散热片56和58传递给WEG冷却剂。壳体40还通过散热片42将热量从定子芯36直接传递给WEG冷却剂。也可以通过其他途径将少量热量从电机24传递到WEG冷却剂。分配在壳体40内的油还润滑布置在该空间内的轴承96并冷却这些轴承。这种布置(即使用由循环油润滑和冷却的开式轴承96)比使用填充有油脂的密封轴承更有效。

因为WEG冷却剂通过壳体40从电机24吸收热量，而这种热量没有通过油传递，所以当电机24在相对低的负载下运行时，直接通过壳体40向WEG冷却剂进行的热传递将足以将电机24保持在可接受的温度，并且不需要使油循环通过壳体40来冷却电机24。然而，如果使用开式轴承，可能需要循环少量油以用于润滑。

当油没有通过油泵主动地循环通过壳体40时，油将沉降在由壳体40限定的内部空间的下部。图27和28示出了当油泵没有使油在壳体40内主动循环时，壳体40内的体积110将被油占据。

图29和30示出了当油泵使油主动循环通过壳体40时油循环通过的壳体40的内部体积112。注意当油主动循环时油不会同时填充整个体积112而是可以一直在该体积内发现。

现在转到图31和32，描绘了WEG冷却剂循环通过壳体的体积114。冷却剂通过入口106进入壳体40，沿着蜿蜒路径116，然后通过出口108离开壳体40。WEG冷却剂以相对较低的温度进入壳体40，并在其通过壳体40时吸收热量后以较高温度通过出口108排出。在模块20的外部，WEG冷却剂被输送到热交换器105，在该热交换器105处WEG冷却剂冷却，然后返回入口106。例如，在混合动力车辆中(该混合动力车辆具有用作冷却用于冷却内燃机的WEG冷却剂的热交换器的传统散热器)，该发动机冷却剂系统的WEG冷却剂也可用于通过使WEG冷却剂循环通过壳体40来冷却驱动模块20。当然，散热器需要成适当尺寸，用于冷却发动机和模块20以及任何其他对系统施加负载的部件。没有内燃机的电动车辆通常也包括类似于传统散热器的热交换器，用于从用于冷却车辆的各种部件的液体冷却剂(例如WEG冷却剂)去除热量。模块20可以作为这些部件之一被包括在这样的系统中。

从示出示例性实施例的图中可以看出，WEG冷却剂体积116和限定体积116的壳体40两者都具有平行六面体形状。传统上，围绕诸如壳体40的电机的冷却剂循环壳体通常是圆柱形的以模仿定子芯的外形。因为壳体40限定了平行六面体形状，所以伸入到冷却剂循环体积中的散热片的高度变化。当构造散热片以限定蜿蜒路径116时，路径的宽度被改变以解决高度的这种变化，使得流动路径的截面积保持基本恒定，从而沿着流动路径116循环的流体保持基本恒定的速度。换句话说，冷却剂流动通路的尺寸(例如高度和宽度)是可变的，但是通路在垂直于流体流过通路的方向的平面中限定了恒定的截面积。换言之，通路116在垂直于线116和图38的其他流动方向线的平面中的截面积基本保持恒定。在这点上，应当注意，流体通路可以由相邻散热片之间的若干平行空隙限定。例如，在图38中，连续流线116表示通路的大致路径，并且位于散热片之间的各个通道中的较小流动方向箭头显示了如何在路径的不同点处在所示实施例中由两个相邻通道、四个相邻通道和六个相邻通道形成该通路。

参考图38可以最好地理解如何在蜿蜒路径116中形成弯曲部。该图示出了上室46中的WEG冷却剂体积114。由附图标记118和120指示的屏障由散热片形成，该散热片一直延伸到内部体积的侧壁以迫使流体转向并平行于散热片流动。如上所述，选择放置这些屏障的位置以保持蜿蜒流动路径116的一致截面积。屏障118、120的位置还决定了在通路的每个转弯处有多少平行的相邻通道将形成流体通路。

应当注意，允许冷却剂在散热片的远侧末端上的一些泄漏。使远侧末端接合相对壁以防止这种泄漏将需要将散热片尺寸保持在严格的公差范围内，而且在考虑散热片相对于壳体的其余部分的不同热膨胀方面也增加了显著的复杂性。

图44-47示出了当油泵主动循环油时的WEG冷却剂体积114和油体积112。参考这些图可以理解的是，所公开的模块提供了一种紧凑的组件，该组件提供了通过WEG冷却剂进行的有效热传递和去除。从这些图中也可以看出，WEG冷却剂还充当热缓冲器，其中设置在模块中的WEG冷却剂的质量具有相对高的热容量，由此它非常适合吸收由电机24的运转产生的临时热尖峰。

应当注意，所公开的实施例包括若干不同的特征，并且这些特征可以用在不包括所有这些特征的替代实施例中，并且这些特征可以以各种其他组合进行组合。

因此，例如，逆变器22和电机24可以使用基板50和壳体40与电机24耦合在一起，而无需将变速箱一体地安装在壳体40上，如图48中示意性地描绘。需要对壳体40进行一些轻微的修改，以考虑到变速箱的拆卸和油泵的重新定位。在这样的实施例中，下油池不一定必须具有与下油池54相同的热交换优点。转子轴30将附接到外部变速箱或其他合适的应用。

还可以利用下油池54的有利热交换特性，其中它包括与油热耦合的壳体构件，例如通过散热片，并且其中该壳体构件还具有与液体冷却剂、与除示例性电机之外的其他发热品和/或与和示例性实施例的模块不同的替代模块一起使用的油冷电机交换热的热交换表面。图49示出了油池54与电机24的壳体的使用，该电机24具有水套和相关联的油泵，但没有模块20的全套有利特征。

还可以在独立的变速箱中或变速箱的替代组合中利用变速箱组件26的上油池的有利特征。例如，独立变速箱可以包括上油池84，其中油泵将油供应到上油池，其中上油池限定一个或多个开口，该开口通过重力将油供应到变速箱内的选定表面。油池也可以使用铸造在变速箱壳体中的一体油槽。这种上油池可以配备有其自己的油泵，该油泵不一定必须是可变容量油泵。

具有上油池84的这种变速箱还可以有利地与另一壳体中的另一油冷却和/或润滑装置配对，其中下油池通过重力从另一壳体和变速箱壳体收集油。由下油池供给的可变容量油泵然后可以与具有螺线管操作阀的阀组件可操作地联接，该螺线管操作阀可操作以调节由油泵供应到另一壳体和变速箱的油的相对比例，如图50示意性所示。替代地，如果不需要调节供给到两个不同壳体的油的比例，则可以使用更简单的油泵组件将固定比例和/或固定量的油供给到两个壳体。

也可以参照图50来理解，油泵组件70可以与一对替代的用油应用一起使用并且在使用中不限于所示的模块20。使用与螺线管致动比例阀耦合的可变容量泵允许组件70独立地调节油对于两个单独终端用途的排放，并且这种能力可以用于示例性实施例所示之外的其他应用中。

图52和53示出了油泵组件的两个替代实施例，其包括可变容量油泵76和用于供应两种不同应用的螺线管启动阀组件78。在图1和2的示意图中，两个应用是电机24和变速箱26的齿轮装置。附图代表另一个实施例。在所有这些实施例中，螺线管启动阀组件将从泵排出的油分成两条不同的油路，并且包括至少一个螺线管启动阀以调节排出的油在两条不同的油路之间的相对比例。当与可变排放油泵结合使用时，这种布置允许独立调整两条不同油路的每条油路中的流量。更具体地说，可变容量油泵被控制成以对应于两种不同应用的组合油需求的流量排放油，然后螺线管启动阀组件将在供给应用的两条油路之间分配由泵排放的油的比例，以匹配两个应用的个性化需求。

在图6和17-19所示的实施例中，螺线管启动阀组件包括滑阀形式的单个螺线管启动阀。控制阀的螺线管进而由控制电路222控制，但也可以由位于不同位置的控制电路控制，例如由位于模块20上或模块20中的第二控制器或由ECU 230控制。该实施例的单个滑阀接收由油泵排出的全部油，然后分流并将其排放到排油管线80、82。通过螺线管重新定位阀体内的阀芯来调节排入管线80、82中的油的相对量。

图52示意性地描绘了替代的螺线管启动阀组件78，其包括两个螺线管启动阀79。在该实施例中，从泵76排放的油被静态配件分开，并且所产生的排油管线80、82中的每一个都包括螺线管启动阀79。阀79可调节地被限制或打开，通过协调泵76的排放率和由阀79限定的开放通路的相对尺寸以将该排放率在油管线80、82之间成比例，每个管线80、82中的油流量可以独立调整以满足电机24和变速箱26的需要。

图53示出了螺线管启动阀组件78的另一实施例。在该实施例中，仅采用了一个螺线管启动阀79。还应注意的是，虽然图52象征性地描绘了两个螺线管启动阀79，但图53提供了合适的螺线管启动阀的更客观描述的表示。本领域普通技术人员将理解可以使用多种替代的螺线管启动阀来提供如本文所述的螺线管启动阀组件。

如在图53的描绘中可以看出，螺线管启动阀79包括螺线管线圈791和螺线管柱塞792，该螺线管柱塞792还用作具有一体阀头的阀杆。线圈791由控制电路222或用于控制螺线管启动阀组件78的运转的其它电路有选择地通电。通过有选择地给线圈791通电，螺线管柱塞792可以伸出和缩回。当完全伸出时，它将使一体阀头与位于阀体793内的阀座794接合，从而防止油排放到管线80中并将泵76排放的所有油引导到排油管线75至管线82中。

在该实施例中，如果泵76在运转，将总是有一些油被排放到管线82中。这种类型的布置在两种应用中的一种也将需要至少最少量的油的情况下是有用的。例如，在某些应用中，一种应用(例如变速箱)可能总是需要油来进行润滑，并且可能只是周期性地需要油来排热。在图53中，电机24仅将油用于散热目的，因此，仅当其需求大到需要使用油来去除热量时才需要向其供应油。在需求较低的条件下，电机可能不需要使用油来去除热量。阀79可以防止在这种较低需求情况下不必要地向电机24供应油，从而提供整个系统的有效运行。

虽然本发明已经被描述为具有示例性设计，但是本发明可以在本公开的精神和范围内进一步修改。因此，本申请旨在涵盖使用其一般原理的本发明的任何变化、使用或修改。

Claims (27)

1.一种用于车辆(10)的驱动模块(20)，所述驱动模块包括：

电机(24)；

电压源逆变器(22)，所述电压源逆变器与所述电机(24)能够操作地耦合；以及

用于所述驱动模块的冷却系统，所述冷却系统包括第一壳体构件(50)和第二壳体构件(40)，第一壳体构件(50)与所述逆变器热耦合并具有第一组热交换表面(52)，第二壳体构件(40)与所述电机热耦合并且具有第二组热交换表面(42)，所述第一组热交换表面和第二组热交换表面各自伸入到内部体积(44)中，由此引入到所述内部体积中的液体冷却剂从所述第一组热交换表面和第二组热交换表面去除热量。

2.根据权利要求1所述的驱动模块，所述驱动模块还包括：

油泵(76)，所述油泵使油循环以冷却所述电机，其中油以重力供给的方式被收集在下油池(54)中，在所述下油池中供应所述油泵；和

第三壳体构件(54)，所述第三壳体构件限定所述下油池的壁并与收集在所述下油池中的油热耦合，所述第三壳体构件还包括伸入到所述内部空间中的第三组热交换表面(56)，所述液体冷却剂在所述内部空间内循环。

3.根据权利要求2所述的驱动模块，其中，所述第三壳体构件还包括第四组热交换表面(58)，所述第四组热交换表面伸入到所述下油池中。

4.根据权利要求3所述的驱动模块，其中，所述第三组热交换表面(56)和所述第四组热交换表面(58)彼此相对设置并且沿相反方向伸出。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的驱动模块，其中，所述油泵使油围绕所述电机的定子芯(36)循环，并且其中，所述定子芯的径向外表面限定多个热交换散热片(66)。

6.根据权利要求2所述的驱动模块，所述驱动模块还包括与所述电机能够操作地耦合的齿轮组件(86，88，96)；以及

上油池(84)，其中所述油泵将油供应到所述上油池，并且油通过重力从所述上油池供给到所述齿轮组件。

7.根据权利要求6所述的驱动模块，其中，所述油泵是可变容量油泵，并且所述油泵与至少一个螺线管操作阀(79)能够操作地耦合，所述至少一个螺线管操作阀调节由所述油泵供应到所述电机和所述上油池的油的相对比例。

8.根据权利要求7所述的驱动模块，其中，所述上油池限定一个或多个开口(94)，所述开口(94)通过重力将油供应到所述齿轮组件上的选定表面。

9.根据权利要求8所述的驱动模块，其中，所述选定表面包括设置在齿轮(86，88)和轴承(96)上的表面。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的驱动模块，其中，至少一个壳体构件限定了用于将油从所述上油池引导至所述选定表面之一的油槽(90)。

11.根据权利要求1-4或6-9中任一项所述的驱动模块，其中，限定用于接收所述液体冷却剂的所述内部体积(44，114)的外边界的所述壳体构件限定了具有平行六面体形状的外边界，并且限定用于接收与所述电机热连通的所述液体冷却剂的所述内部体积的所述壳体构件限定了具有圆柱形形状的所述内部体积的内边界，并且其中所述第一组热交换表面(42)、第二组热交换表面(52)和第三组热交换表面(56)都限定了伸入到所述内部体积中的散热片，其中伸入到所述内部体积中的所述散热片限定冷却剂流动通路(116)，所述冷却剂流动通路具有可变的尺寸并且在垂直于流体流过所述冷却剂流动通路的方向的平面中限定恒定的截面积。

12.一种油冷式组件，所述油冷式组件包括：

至少一个发热构件(24)；

油泵(76)，所述油泵使油循环以冷却所述发热构件，其中油通过重力收集在下油池(54)中并且其中所述下油池向所述油泵供应油；

冷却组件，其中液体冷却剂循环通过所述冷却组件的内部体积(44)以从热耦合到所述发热构件的壳体构件(40)去除热量；并且

其中所述下油池(54)部分地由与收集在所述下油池中的油热耦合的油池壳体构件限定，所述油池壳体构件包括伸入到内部空间(44)中的第一组热交换表面(56)，液体冷却剂在所述内部空间中循环，由此所述液体冷却剂从所述油池壳体构件去除热量。

13.根据权利要求12所述的油冷式组件，其中，所述油池壳体构件包括第二组热交换表面(58)，所述第二组热交换表面(58)伸入到收集在所述下油池中的油中，从而将所述油池壳体构件与油热耦合。

14.根据权利要求13所述的油冷式组件，其中，所述发热构件是电机。

15.根据权利要求12或13中任一项所述的油冷式组件，其中，所述油冷式组件适于向第二应用(26)供应油，并且其中，所述油泵是可变容量油泵，并且其中，所述油冷式组件进一步包括设置在所述油泵和所述发热构件以及所述第二应用之间的螺线管启动阀组件(78)，其中从所述泵排出的油由所述螺线管启动阀组件分开，分开的流由将油供应到所述发热构件的第一排油管线(80)和将油供应到所述第二应用的第二排油管线(82)输送，并且所述螺线管启动阀组件还包括至少一个螺线管启动阀(79)，所述螺线管启动阀在所述第一排油管线和第二排油管线之间能够调节地分配由所述泵排放的油的比例。

16.根据权利要求15所述的油冷式组件，其中，所述发热构件是电机并且还包括与所述电机驱动耦合的齿轮装置，并且其中所述齿轮装置是所述第二应用。

17.根据权利要求16所述的油冷式组件，其中，所述至少一个螺线管启动阀包括布置在所述第一排油管线中的第一螺线管启动阀和布置在所述第二排油管线中的第二螺线管启动阀。

18.根据权利要求16所述的油冷式组件，其中，所述至少一个螺线管启动阀仅由单个螺线管启动阀组成。

19.根据权利要求16所述的油冷式组件，其中，所述齿轮装置布置在变速箱组件中，所述变速箱组件包括上油池(84)，其中所述第二排油管线将油供应到所述上油池并且所述上油池限定一个或多个开口(94)，所述开口通过重力向所述变速箱箱组件内的选定表面供油。

20.根据权利要求19所述的油冷式组件，其中，所述选定表面设置在齿轮(86，88)和轴承(96)上，并且所述变速箱的至少一个壳体构件限定用于将油从所述上油池引导到所述选定表面之一的油槽(90)。

21.一种变速箱组件(26)，所述变速箱组件包括：

齿轮装置，其包括至少两个齿轮构件(86，88)和由轴承(96)支撑的旋转轴(28，30)；以及

上油池(84)，其中油泵(76)向所述上油池供应油，并且所述上油池限定一个或多个开口(94)，所述开口通过重力将油供应到所述变速箱组件内的所述齿轮装置的选定表面。

22.根据权利要求21所述的变速箱组件，其中，所述选定表面包括设置在所述齿轮构件(86，88)和所述轴承(96)上的表面，并且所述变速箱的至少一个壳体构件限定了用于将油从所述上油池引导到所述选定表面之一的油槽(90)。

23.根据权利要求20或21中任一项所述的变速箱组件，其中，所述变速箱组件适于向第二应用(24)供应由所述油泵排出的油，并且其中，所述油泵是由下油池(54)供给的可变容量油泵，所述下油池通过重力从所述变速箱组件和所述第二应用收集油，并且所述变速箱组件还包括设置在所述油泵和所述上油池以及所述第二壳体之间的螺线管启动阀组件(78)，其中从所述油泵排出的油由所述螺线管启动阀组件分开，分开的流由将油供应到所述上油池的第一排油管线(82)和将油供应到所述第二壳体的第二排油管线(80)输送，所述螺线管启动阀组件(78)还包括至少一个螺线管启动阀(79)，所述螺线管启动阀在所述第一排油管线和第二排油管线之间能够调节地分配从所述泵排放的油的比例。

24.一种用于可调节地供应两个单独应用的油泵组件(70)，所述油泵组件包括：

可变容量油泵(76)，其向第一应用(24)和第二应用(26)供应油；和

螺线管启动阀组件(78)，所述螺线管启动阀组件设置在所述油泵与所述第一应用和第二应用之间，其中从所述油泵排出的油被所述螺线管启动阀组件分开，分开的流由将油供应到所述第一应用的第一排油管线(80)和将油供应到所述第二应用的第二排油管线(82)输送，并且所述螺线管启动阀组件还包括至少一个螺线管启动阀(79)，其在所述第一排油管线和所述第二排油管线之间能够调节地分配从所述泵排放的油的比例。

25.根据权利要求24所述的油泵组件，其中，所述至少一个螺线管启动阀包括布置在所述第一排油管线中的第一螺线管启动阀和布置在所述第二排油管线中的第二螺线管启动阀。

26.根据权利要求24所述的油泵组件，其中，所述至少一个螺线管启动阀仅由单个螺线管启动阀组成。

27.根据权利要求24-26中任一项所述的油泵组件，所述油泵组件还包括控制电路(222)，所述控制电路控制所述油泵的运转以调节所述油泵(76)的排放率并控制所述螺线管启动阀组件(78)的运转以调节由所述第一排油管线(80)和第二排油管线(82)分配的油的相对量，从而独立地调节所述第一排油管线和第二排油管线中油的流量。

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