CN115589116A - 用于电机的经增强热传递特性的亲油表面处理 - Google Patents

用于电机的经增强热传递特性的亲油表面处理 Download PDF

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Abstract

提出用于电机的亲油表面处理、用于制成/使用此类电机的方法以及采用牵引马达的车辆，牵引马达具有在选定表面上经过亲油处理的定子绕组。一种电机包括带有直冷式热管理系统的外部壳体，直冷式热管理系统流体地连接到壳体以向其循环冷却剂流体。附接到壳体的定子组件包括定子芯部，定子芯部带有安装到定子芯部的一个或多个电磁绕组。转子组件邻近定子组件可移动地安装到壳体。转子组件包括转子芯部，转子芯部带有例如跨越气隙与绕组间隔开地安装到转子芯部的一个或多个磁体。定子组件的选定部件具有经过亲油表面处理的目标表面，亲油表面处理扩大目标表面的润湿面积并增加接触目标表面的冷却剂流体的冷却剂质量。

Description

用于电机的经增强热传递特性的亲油表面处理
技术领域
本公开通常涉及电机。更具体来说，本公开的方面涉及用于增强油冷式电动牵引马达的热传递特性的表面特征。
背景技术
现行生产的机动车辆（诸如现代汽车）最初配备有操作成推进车辆并且为车辆的车载电子器件供电的动力传动系。例如，在汽车应用中，车辆动力传动系通常以原动机为代表，原动机通过自动或手动换挡的动力变速器将驱动扭矩传送到车辆的最终驱动系统（例如，差速器、车轴、拐角模块、车轮等等）。由于汽车容易获得并且具有相对便宜的成本、轻重量和整体效率，因此其在历史上一直由往复活塞式内燃发动机(ICE)组件提供动力。作为一些非限制性示例，此类发动机包括压缩点火(CI)柴油发动机、火花点火(SI)汽油发动机、二冲程、四冲程和六冲程架构以及旋转发动机。另一方面，混合电动和全电动（总称为“电驱动”）车辆利用替代动力源来推进车辆，并且因此，针对牵引动力最小化或消除对基于化石燃料的发动机的依赖。
俗称为“电动汽车”的全电动车辆(FEV)是一类电驱动车辆配置，其从动力传动系系统完全省略内燃发动机和附带周边部件，从而仅依赖于可再充式能量存储系统(RESS)和牵引马达进行车轮推进。在基于蓄电池的FEV中，基于ICE的车辆的发动机组件、燃料供应系统和排气系统被替代为单个或多个牵引马达、牵引蓄电池组以及蓄电池冷却和充电硬件。与此相反，混合电动车辆(HEV)动力传动系采用多个牵引动力源来推进车辆，最常见的是结合蓄电池供电或燃料电池供电的牵引马达来操作内燃发动机组件。由于混合式电驱动车辆能够从除发动机以外的源获得其动力，因此，在车辆由电动马达推进时，可以全部或部分关闭HEV发动机。
高压(HV)电气系统管控牵引马达与存储并供应用于操作许多混合和全电动动力传动系的必需电力的可再充电式牵引蓄电池组之间的电力传送。当代牵引蓄电池组可以将蓄电池单元的堆（例如，8-16个单元/堆）分组成单独的蓄电池模块（例如，10-40个模块/组），其串联或并联电气互连，并且例如通过蓄电池组壳体或支撑托盘安装到车辆底盘上。前端DC至DC电源转换器位于HV电动系统的蓄电池侧上，其电连接到牵引蓄电池组，以便增加供应到主DC总线和DC至AC功率逆变器模块(PIM)的电压。高频率大容量电容器可以布置成跨越HV主DC总线的正负端子以提供电气稳定性并且存储补充电能。专用电子蓄电池控制模块(EBCM)通过与动力传动系控制模块(PCM)和每一马达的功率电子器件封装件的协同操作管控蓄电池组和牵引马达的操作。
在现代电驱动车辆动力传动系中存在用于牵引马达的三种主要类型的电机：有刷直流(DC)马达、无刷DC永磁体(PM)马达和多相交流(AC) PM马达。ACPM马达是使用带有多相电磁绕组的定子和支承永磁体布置的可旋转转子将电能转换成旋转机械能的电机。在径向磁通PM马达设计中，支承磁体的转子可以同轴嵌套在定子内部，并且定子不可移动地安装在马达壳体内部。可替代地，PM马达可以采用轴向磁通布置，其中定子和转子是面向的同轴圆盘。具有多个表面安装或内部安装的永磁体的转子与定子分开小气隙。转子的旋转受到由通过定子绕组的电流产生的磁场的影响，所述磁场与由转子的永磁体产生的磁场相互作用。在PM马达的操作期间，旋转转子的旋转摩擦和电磁定子的电阻产生大量的热。为提高马达效率并增加马达的预期操作寿命，可以通过空冷、水冷或油冷式热管理系统减轻由转子和定子产生的热。
发明内容
本文中呈现一种用于电机的亲油表面处理、用于制成和使用经过亲油表面处理的电机的方法以及采用牵引马达的电驱动车辆，所述牵引马达具有多相定子绕组，所述多相定子绕组带有经过亲油处理的目标表面。在非限制性示例中，多相电动马达/发电机单元(MGU)采用直接油冷式热管理系统，其带有包入同心对准的转子和定子的轴向端部的冷却剂夹套。加压或重力供给的介电油从专用或公用油槽体积泵送到冷却剂夹套中；所述油被引导跨越多相绕组的从定子的轴向端部突出的发夹冠部（也称为“端匝”）。为增加绕组的目标表面上的冷却剂质量、表面能和润湿面积，在整个多相定子绕组上方或者向发夹冠部和/或腿部的选定段施加亲油涂层或表面纹理化。亲油表面处理可以包括紫外线(UV)臭氧处理、UV/等离子体/火焰/酸性表面蚀刻和/或无机硅烷或十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)的化学沉积。所述表面处理可以施加在树脂涂层、清漆涂层或施加到目标表面上的其它介电层上方。另外，通过选择性地减小油与目标表面之间的接触角，存在可见的油分布增加，同时伴随总润湿面积的增加以及峰值和平均温度的降低。
至少一些所公开构思的附带益处包括帮助提高系统冷却效率的用于电机的亲油表面处理。例如，通过增加目标表面的润湿面积和冷却剂质量，用于维持经校准最大或平均操作温度的必需冷却剂流体减少，这实现了系统冷却剂充注的所产生的减少。在热管理系统中存在较少冷却剂的情况下，用于操作系统泵的能量消耗减少，这导致总体车辆效率的提高和增加的可行驶里程。另外，减小介电油与目标表面之间的接触角（例如，减小至约35度或更小）提供跨越邻近目标表面的油分布的可测量增加，同时有总润湿面积的显著增加以及峰值和平均温度的伴随降低。
本公开的方面涉及在一个或多个目标表面上经过亲油表面处理的电机，诸如马达、发电机、变压器、电感器、功率计、转换器等等。举例来说，代表性电机包括保护性外部壳体，其由直冷式热管理系统选择性地冷却。所述热管理系统流体地连接到所述外部壳体并且可操作成向其循环冷却剂流体，诸如工程全浸液体冷却剂或润滑介电变速器油。定子组件附接到外部壳体，所述定子组件包括安装到静止定子芯部的一个或多个电磁绕组，诸如多相U形发夹式绕组。转子组件邻近定子组件例如可移动地安装在外部壳体内。对于至少一些应用，转子组件可旋转地安置在定子组件的内部，并且因此由定子组件包围。转子组件包括与定子绕组以间隔开的关系安装到转子芯部的一个或多个磁体，诸如单独的永磁体棒。定子组件包括经过亲油表面处理的一个或多个目标表面，所述亲油表面处理被设计成扩大目标表面的润湿面积，同时还增加接触目标表面的冷却剂流体的冷却剂质量。
本公开的额外方面涉及采用牵引马达的机动车辆，所述牵引马达带有经过亲油表面处理的多相定子绕组。如本文中所使用的，术语“车辆”和“机动车辆”可以互换且同义地使用以包括任何相关的车辆平台，诸如客车（ICE、HEV、FEV、FCH、全部和部分自主客车等等）、商用车辆、工业车辆、履带式车辆、越野和全地形车辆(ATV)、摩托车、电动自行车、电动踏板车、农用装备、船只、飞机等等。对于非汽车应用，所公开的构思可以用于任何逻辑相关的用途，包括独立发电站、商业或住宅发电机、泵送装备、机床、电器等等。在示例中，机动车辆包括带有乘客舱的车辆车身、可旋转地安装到车辆车身（例如，经由耦接到一体式底盘或车架车身式底盘的车轮拐角模块）的多个车轮以及其它标准原始装备。对于电驱动车辆应用，一个或多个电动牵引马达单独操作（例如，对于FEV动力传动系）或者结合内燃发动机组件操作（例如，对于HEV动力传动系）以选择性地驱动所述车轮中的一者或多者，从而推进所述车辆。
继续对以上示例的论述，每一牵引马达包括马达壳体，其流体地连接到专用或共享直接油冷式热管理系统以从其接收介电油。刚性地安装在马达壳体内部的定子组件包括环状定子芯部，其带有中空中心和围绕所述定子芯部沿周向间隔开的多个定子槽。一系列U形电磁发夹式绕组至少部分封装在定子槽内部。转子组件可旋转地安置在环状定子芯部的中空中心内部，转子组件包括圆柱形转子芯部，所述圆柱形转子芯部带有围绕所述转子芯部沿周向间隔开的多个转子槽。永磁体阵列与发夹式绕组以间隔开的关系至少部分安装在转子槽内部。每一发夹式绕组具有经过亲油表面处理的一个或多个目标表面，所述亲油表面处理扩大目标表面的润湿面积，同时伴随增加接触目标表面的冷却剂流体的冷却剂质量。
本公开的其它方面涉及用于制成或使用任何所公开电机、PM马达和/或车辆的制造过程、控制逻辑和计算机可读介质(CRM)。在示例中，提出一种用于组装电机的方法。此代表性方法以任何次序并且以与任何上文和下文公开的选项和特征的任何组合包括：提供电机的外部壳体；将直冷式热管理系统流体地连接到所述外部壳体以向其循环冷却剂流体；将定子组件附接到所述外部壳体，所述定子组件包括定子芯部和安装到所述定子芯部的电磁绕组；向定子组件的目标表面施用亲油表面处理，所述亲油表面处理被配置成扩大目标表面的润湿面积并增加接触目标表面的冷却剂流体的冷却剂质量；以及邻近定子组件可移动地安装转子组件，所述转子组件包括转子芯部和与所述绕组间隔开地安装到所述转子芯部的磁体。
对于任何所公开的电机、车辆和方法，仅定子组件的电磁绕组包括经过亲油表面处理的目标表面。在更具体、但限制性的示例中，电磁绕组制造有从发夹冠部突出的一对发夹腿部；这些发夹腿部延伸穿过定子芯部中的定子槽。在此情况下，仅发夹冠部和/或从定子芯部的轴向端部凸出的腿部的暴露段包括经过亲油表面处理的目标表面。在亲油表面处理之前、同时或之后，每一绕组可以任选地覆盖有清漆涂层，例如，以使绕组与污染物隔绝以便促进热量耗散。
对于任何所公开的电机、车辆和方法，亲油表面处理包括施用到电磁绕组上的UV臭氧处理。可以期望，仅发夹冠部和从定子芯部凸出的腿部的暴露段具有UV臭氧处理，其可以施用到清漆涂层上。作为仍另一选项，亲油表面处理可以包括施加到电磁绕组上的无机化合物的化学沉积处理。所述无机化合物可以包括硅烷基材料和/或十二烷基三甲氧基硅烷基材料。可以期望，仅发夹冠部和腿部的暴露段具有无机化合物表面处理，其可以经由化学沉积施加到清漆涂层上。所述表面处理可以具有约5微米至约0.1毫米的厚度。
对于任何所公开的电机、车辆和方法，亲油表面处理包括表面蚀刻，所述表面蚀刻具有施加到绕组上的各向同性图案。所述表面蚀刻可以包括紫外线蚀刻、等离子体蚀刻、火焰蚀刻和/或酸性蚀刻。可以期望，仅发夹冠部和腿部的暴露段包括表面蚀刻，其可以施用到清漆涂层上。所述表面蚀刻可以包括一系列相互平行的凹槽，所述凹槽中的每一者凹入到发夹冠部/腿部的暴露段中。
以上发明内容并不代表本公开的每一个实施例或每一个方面。相反，结合附图和所附权利要求书，根据用于执行本公开的说明性示例和模式的以下具体实施方式，本公开的以上特征和优点以及其它特征和附带优点将容易显而易见。此外，本公开明确包括上文和下文描述的元件和特征的任何和所有组合和子组合。
本发明还包括如下技术方案。
技术方案1. 一种电机，其包括：
外部壳体；
直冷式热管理系统，所述直冷式热管理系统流体地连接到所述外部壳体并且被配置成向其循环冷却剂流体；
定子组件，所述定子组件附接到所述外部壳体并且包括定子芯部，所述定子芯部带有安装到所述定子芯部的电磁绕组；以及
转子组件，所述转子组件能够相对于所述定子组件移动并且包括转子芯部，所述转子芯部带有与所述绕组以间隔开关系安装到所述转子芯部的磁体，
其中，所述定子组件具有经过亲油表面处理的目标表面，所述亲油表面处理被配置成扩大所述目标表面的润湿面积并增加接触所述目标表面的冷却剂流体的冷却剂质量。
技术方案2. 根据技术方案1所述的电机，其中，仅定子组件的电磁绕组包括经过亲油表面处理的目标表面。
技术方案3. 根据技术方案2所述的电机，其中，所述电磁绕组包括发夹冠部，所述发夹冠部带有从所述发夹冠部突出并且延伸穿过所述定子芯部中的定子槽的一对发夹腿部，并且其中，仅所述发夹冠部和从所述定子芯部凸出的腿部的暴露段包括经过亲油表面处理的目标表面。
技术方案4. 根据技术方案1所述的电机，其中，所述亲油表面处理包括施用到所述电磁绕组上的紫外线(UV)臭氧处理。
技术方案5. 根据技术方案4所述的电机，其中，所述绕组包括发夹冠部，所述发夹冠部带有从所述发夹冠部突出并且延伸穿过所述定子芯部中的定子槽的一对发夹腿部，并且其中，仅所述发夹冠部和从所述定子芯部凸出的腿部的暴露段包括清漆涂层，其中，向所述清漆涂层施用UV臭氧处理。
技术方案6. 根据技术方案1所述的电机，其中，所述亲油表面处理包括施加到所述电磁绕组上的无机化合物的化学沉积处理。
技术方案7. 根据技术方案6所述的电机，其中，所述无机化合物包括硅烷基材料和/或十二烷基三甲氧基硅烷基材料。
技术方案8. 根据技术方案7所述的电机，其中，所述绕组包括发夹冠部，所述发夹冠部带有从所述发夹冠部突出并且延伸穿过所述定子芯部中的定子槽的一对发夹腿部，并且其中，仅所述发夹冠部和从所述定子芯部凸出的腿部的暴露段包括清漆涂层，其中，向所述清漆涂层施加无机化合物。
技术方案9. 根据技术方案7所述的电机，其中，所述无机化合物具有约5微米至约0.1 mm的厚度。
技术方案10. 根据技术方案1所述的电机，其中，所述亲油表面处理包括表面蚀刻，所述表面蚀刻具有施加到所述绕组上的各向同性图案。
技术方案11. 根据技术方案10所述的电机，其中，所述表面蚀刻是紫外线蚀刻、等离子体蚀刻、火焰蚀刻和/或酸性蚀刻。
技术方案12. 根据技术方案11所述的电机，其中，所述电磁绕组包括发夹冠部，所述发夹冠部带有从所述发夹冠部突出并且延伸穿过所述定子芯部中的定子槽的一对发夹腿部，并且其中，仅所述发夹冠部和从所述定子芯部凸出的腿部的暴露段包括清漆涂层，其中，向所述清漆涂层施用表面蚀刻。
技术方案13. 根据技术方案11所述的电机，其中，所述表面蚀刻包括凹入到所述发夹冠部和所述发夹腿部的暴露段中的一系列相互平行的凹槽。
技术方案14. 一种机动车辆，其包括：
车辆车身；
附接到所述车辆车身的多个车轮；以及
附接到所述车辆车身并且能够操作成驱动所述车轮中的一者或多者从而推进所述机动车辆的牵引马达，所述牵引马达包括：
马达壳体；
流体地连接到所述马达壳体并且被配置成向其循环介电油的直接油冷式热管理系统；
刚性地安装在所述马达壳体内部的定子组件，所述定子组件包括限定中空中心和多个沿周向间隔开的定子槽的环状定子芯部，以及封装在所述定子槽内部的多个U形电磁发夹式绕组；以及
能够旋转地安置在所述环状定子芯部的中空中心内部的转子组件，所述转子组件包括限定多个沿周向间隔开的转子槽的圆柱形转子芯部，以及与所述发夹式绕组以间隔开关系安装在所述转子槽内部的多个永磁体，
其中，所述定子组件的所述发夹式绕组中的每一者具有经过亲油表面处理的相应目标表面，所述亲油表面处理被配置成扩大所述目标表面的润湿面积并增加接触所述目标表面的冷却剂流体的冷却剂质量。
技术方案15. 一种组装电机的方法，所述方法包括：
提供所述电机的外部壳体；
将直冷式热管理系统流体地连接到所述外部壳体以向其循环冷却剂流体；
将定子组件附接到所述外部壳体，所述定子组件包括定子芯部和安装到所述定子芯部的电磁绕组；
向所述定子组件的目标表面施用亲油表面处理，所述亲油表面处理被配置成扩大所述目标表面的润湿面积并增加接触所述目标表面的冷却剂流体的冷却剂质量；以及
邻近所述定子组件能够移动地安装转子组件，所述转子组件包括转子芯部和与所述绕组间隔开地安装到所述转子芯部的磁体。
技术方案16. 根据技术方案15所述的方法，其中，仅定子组件的电磁绕组包括经过亲油表面处理的目标表面。
技术方案17. 根据技术方案16所述的方法，其中，所述电磁绕组包括发夹冠部，所述发夹冠部带有从所述发夹冠部突出并且延伸穿过所述定子芯部中的定子槽的一对发夹腿部，并且其中，仅所述发夹冠部和从所述定子芯部凸出的腿部的暴露段包括经过亲油表面处理的目标表面。
技术方案18. 根据技术方案17所述的方法，其中，所述亲油表面处理包括向所述发夹冠部和腿部的暴露段施用紫外线臭氧处理。
技术方案19. 根据技术方案17所述的方法，其中，所述亲油表面处理包括经由化学沉积处理向所述发夹冠部和腿部的暴露段施加无机化合物。
技术方案20. 根据技术方案17所述的方法，其中，所述亲油表面处理包括向所述发夹冠部和腿部的暴露段施加具有各向同性图案的表面蚀刻。
附图说明
图1是根据本公开的方面的配备有混合电动动力传动系的代表性电驱动车辆的示意性图示，所述混合电动动力传动系具有多相感应马达/发电机单元(MGU)，所述多相感应马达/发电机单元(MGU)带有支承经过亲油表面处理的导电发夹式绕组的发夹缠绕式定子。
图2是根据本公开的方面的带有转子组件和定子组件的代表性电动马达的示意性端视图图示，所述转子组件包括支承多个永磁体的转子芯部，所述定子组件带有支承经过亲油表面处理的多个发夹式绕组的环状定子环。
图3是带有直接油冷式热管理系统的图2的代表性电动马达的正面透视图图示。
图4是根据所公开构思的方面的图2和图3的代表性定子组件的选定部分的放大透视图图示，其中插图示出经过亲油表面处理的发夹式绕组的放大截面。
本公开的代表性实施例在附图中通过非限制性示例示出，并且在下文另外详细描述。然而，应理解，本公开的新颖方面并不限于上文枚举的附图中图示的特定形式。相反，本公开将涵盖落入如例如由所附权利要求书包括的本公开的范围内的所有修改、等效方案、组合、子组合、排列、分组和替代方案。
具体实施方式
本公开容许许多不同形式的实施例。本公开的代表性实施例示出在附图中，并且在本文中以如下理解详细描述：这些实施例提供为所公开原理的例证，而非本公开的广泛方面的限制。为此目的，例如在摘要、引言、发明内容、附图说明和具体实施方式章节中描述、但未在权利要求书中明确阐述的元件和限制不应该通过暗示、推断或以其它方式单独或共同并入到权利要求书中。此外，本文中论述的附图可能未按比例绘制，并且仅出于指导目的而提供。因此，附图中所示的特定和相对尺寸不应解释为限制性的。
出于本具体实施方式的目的，除非特别否认，否则单数包括复数、并且反之亦然；词语“和”以及“或”应该是连接词和反意连接词两者；词语“任何”和“所有”两者应该都意指“任何和所有”；并且词语“包括有”、“包含”、“包括”、“具有”及其排列应该各自意指“包括但不限于”。此外，近似词语（诸如“约”、“几乎”、“基本上”、“大致”、“大约”等等）可以各自在本文中按例如“在、接近或几乎在”、或“在0-5%内”或“在可接受制造公差内”或其任何逻辑组合的意义使用。最后，方向性形容词和副词（诸如前、后、内侧、外侧、右舷、左舷、竖直、水平、向上、向下、前部、后部、左、右等等）可以是相对于机动车辆而言的，例如当车辆在水平驾驶表面上可操作地取向时机动车辆的向前驾驶方向。
现在参考附图，其中贯穿数个视图，相似的附图标记指代相似的特征，在图1中示出代表性汽车的示意性图示，其通常以10表示，并且在本文中出于论述目的被描绘为带有平行双离合器(P2)混合电动动力传动系的客车。所图示的汽车10（在本文中也简称为“机动车辆”或“车辆”）仅是借助其可以实践本公开的新颖方面的示例性应用。同样地，本构思实践到混合电动动力传动系中的实施方案还应该理解为本文中公开的新颖构思的代表性实施方案。照此，将理解，本公开的方面可以应用于其它动力传动系架构，并入到任何逻辑相关类型的机动车辆中，并且相似地用于汽车和非汽车应用两者。最后，仅已经示出选定部件，并且将在本文中另外对其详细描述。然而，下文论述的电机和机动车辆可以包括许多额外和替代特征，以及用于执行本公开的各种方法和功能的其它可用周边部件。
代表性车辆动力传动系系统在图1中以原动机（在本文中由可重启内燃发动机(ICE)组件12和电动马达/发电机单元14表示）示出，其通过多速自动动力变速器16驱动地连接到最终驱动系统11的驱动轴15。发动机12优选地经由发动机曲轴13（“发动机输出构件”）通过扭矩将动力传送到变速器16的输入侧。发动机扭矩首先经由曲轴13传递以使发动机驱动的扭转阻尼器组件26旋转，并且伴随地通过扭转阻尼器组件26传送到发动机断开设备28。当可操作地接合时，此发动机断开设备28将通过阻尼器26从ICE组件12接收的扭矩传输到扭矩变换器(TC)组件18的输入结构。顾名思义，发动机断开设备28可以选择性地脱离以驱动地使发动机12与MGU 14（在本文中也称为“牵引马达”或简称为“马达”）、TC组件18和变速器16断开。
为推进混合动力车辆10，变速器16适于从发动机12和马达14接收牵引动力、选择性地操纵其并且将其分配到车辆的最终驱动系统11（在本文中由驱动轴15、后差速器22和一对后车轮20表示）。图1的动力变速器16、马达14和扭矩变换器18可以共享公共变速器油盘或“油槽”32以用于液压流体的供应。共享变速器泵34为流体提供足够的液压以选择性地致动变速器16、TC组件18并且对于一些实施方案是发动机断开设备28的液压激活的元件。对于至少一些实施例，可能优选的是，发动机断开设备28包括主动离合器机构（诸如控制器致动的可选择单向离合器(SOWC)或摩擦片式离合器）或被动离合器机构（诸如棘轮机构或斜撑式飞轮OWC组件）。
ICE组件12操作成例如在“仅发动机”操作模式下独立于电动牵引马达14或者例如在“车辆启动”或“马达助推”操作模式下与马达14协作推进车辆10。在图1中绘示的示例中，ICE组件12可以是任何可用或以后开发的发动机，诸如压缩点火柴油发动机或者火花点火汽油或柔性燃料发动机，其容易适于通常按每分钟转数(RPM)提供其可用功率输出。虽然在图1中未明确描绘，但是应该了解，最终驱动系统11可以采用任何可用配置，包括前轮驱动(FWD)布局、后轮驱动(RWD)布局、四轮驱动(4WD)布局、全轮驱动(AWD)布局、六乘四(6X4)布局等等。
图1还绘示了电动马达/发电机单元（“马达”）14，其经由马达支撑毂、轴或带29（“马达输出构件”）可操作地连接到水力扭矩变换器18。扭矩变换器18继而将马达14驱动地连接到变速器16的输入轴17（“变速器输入构件”）。电动MGU 14由包围圆柱形转子组件23并且与圆柱形转子组件23同心的环状定子组件21组成。电功率通过包括电导体/电缆27的高压电气系统提供到定子21，电导体/电缆27经由合适密封和绝缘馈通件（未图示）穿过马达壳体。相反地，电功率可以例如通过再生制动从MGU 14提供到车载牵引蓄电池组30。任何所图示的动力传动系部件的操作可以由车载或远程车辆控制器（诸如可编程电子控制单元(ECU) 25）管控。虽然示出为具有与单个发动机组件并联动力流连通的单个马达的P2混合电动架构，但是车辆10可以采用其它HEV动力传动系配置，包括P0、P1、P2.5、P3和P4混合动力传动系，或者可以适于BEV、PHEV、增程混合车辆、燃料电池混合车辆、FEV等等。
动力变速器16可以使用差动齿轮装置24以例如在通过可变元件发送所有或一部分其动力的同时分别选择性地实现变速器输入轴17与输出轴19之间的可变扭矩和速度比。一种形式的差动齿轮装置是周转行星齿轮布置。行星齿轮装置提供紧凑性的优点以及行星齿轮装置子集的所有成员之中的不同扭矩和速度比。传统上，可选择性地接合诸如离合器和制动器（术语“离合器”用于指代离合器和制动器两者）等液压致动的扭矩建立设备以激活上述齿轮元件，以在变速器的输入轴17与输出轴19之间建立所期望的正向和反向速度比。虽然设想为8速自动变速器，但是动力变速器16可以任选地采用其它功能适当的配置，包括无级变速器(CVT)架构、自动化手动变速器等等。
图1的液力扭矩变换器组件18充当用于使发动机12和马达14与动力变速器16的内部周转齿轮装置24可操作地连接的流体耦接器。与带叶片涡轮机38并置的带叶片叶轮36布置在扭矩变换器组件18的内部流体室内。叶轮36安置成与涡轮机38并置串联动力流流体连通，其中定子（未示出）插置在叶轮36与涡轮机38之间以选择性地改变其间的流体流动。转矩经由TC组件18从发动机和电动机输出构件13、29到变速器16的传送通过由叶轮和涡轮机36、38叶片的旋转导致的TC的内部流体室内部的液压流体（例如变速器油）的搅拌来激励。为保护这些部件，扭矩变换器组件18构造有TC泵壳体，TC泵壳体主要由变速器侧泵壳40限定，变速器侧泵壳40例如经由电子束焊接、MIG或MAG焊接、激光焊接等等固定地附接到发动机侧泵盖42，使得工作液压流体室形成在其之间。
图2图示电机114的另一示例，其采用磁性材料来与导电绕组交换电磁力以将电能转换成机械能。如下文所论述的，电机114利用嵌套在其中并且包围支承PM的同步磁阻转子组件118的多相发夹缠绕式定子组件116。虽然可相似地用于汽车和非汽车应用中，但是图2的电机114可以特别适于在混合电动动力传动系中用作带有发动机（例如，ICE组件12）的牵引马达（例如，图1的马达14），并且在至少发动机起动模式、再生充电模式和扭矩辅助模式下操作。电机114可以被设计成实现：相对高的效率，在经校准输出功率和速度范围内诸如至少约85%效率；相对高的功率密度（例如，大于约1500瓦/升）和扭矩密度（例如，大于约5牛顿-米/升）；相对宽的峰值功率范围（例如，约4至6千瓦或更大）；至少约18,000 rpm的最大速度；减小的质量和惯性（例如，用于对用户输出需求的快速动态响应）；并且适合相对小的封装空间。电机114可以采用各种替代实施例（包括替代转子组件架构和/或替代定子组件架构）来满足类似或替代的操作参数。
继续参考图2，定子组件116与转子组件118同轴并且环绕转子组件118，同时在其间维持小气隙115。根据所图示的示例，此气隙115可以不小于约0.2毫米(mm)并且不大于约1.0 mm，例如，以便最大化功率输出并且最小化由转子组件118支承的永磁体120的数目以提供所期望的功率输出。图2的代表性定子和转子组件116、118（其两者都被描绘为具有大致环状形状的截头直圆柱体）围绕电机114的纵向中心轴线A同心地对准。定子组件116具有中空定子芯部122，转子组件118嵌套在其中；转子组件118具有例如键接、花键连接、焊接等等到马达轴（例如，图1的马达输出构件29）的中空转子芯部124。保护性马达壳体可以环绕定子主体126的外周边并且可以支撑电机114的马达轴。
图2的转子组件118制作有用于支撑围绕转子芯部124沿周向间隔开的多个永磁体120（在所图示的示例中，二十四(24)个PM）的转子主体128。具体来说，转子主体128被冲压、精密机加工和组装有布置在径向间隔开的阻隔层（例如，四个不同阻隔层）中的多个转子槽130。槽130的第一阻隔层130A可以最靠近于转子主体128的内周边定位，而槽130的第四阻隔层130D可以比其它阻隔层离转子主体的内周边最远地定位。槽130的第二阻隔层130B可以径向插置在第一与第三阻隔层130A、130C之间，而槽130的第三阻隔层130C可以径向插置在第二与第四阻隔层130B、130D之间。对于至少一些实施例，仅选定的阻隔层（例如，第一和第三阻隔层130A、130C）可以容纳磁体120，而其它选定的阻隔层（例如，第二和第四阻隔层130B、130D）并不容纳磁体120，并且因此充当通量阻隔件。在其它实施例中，仅一个或所有阻隔层可以包括其中存储永磁体的槽。转子主体128可以由包括高级钢材料在内的金属材料制作而成，其被工程设计成将高速旋转应力维持在预先确定的限制内。
图2的定子组件116制作有定子主体126，定子主体126具有围绕定子主体126沿周向间隔开的多个轴向细长且径向对准的定子槽132（例如，总共60个槽）。每一定子槽132沿着电机114的旋转轴线A纵向延伸穿过定子主体126。定子槽132容纳导电多相定子绕组134的互补腿部。定子绕组134（在本文中也称为“发夹式绕组”）可以被分组成若干不同组，所述组中的每一者可以承载相同数目个电流相，例如三个、五个、六个或七个相。另外，定子绕组134可以轴向延伸超过定子主体126的纵向端部。定子主体126的外直径与定子组件116的轴向长度（即，并不包括定子绕组134的任何延伸部分的主体的纵向端部之间沿着轴线A的距离）的比可以不小于1.5并且不大于3.5，例如，以满足电机114的特定应用的预先确定的封装空间约束。
为了易于制造、简化组装和增加成本节省，可以期望，所有永磁体120都共享相同的矩形多面体形状。然而，应该认识到，任何一个或多个或所有PM主体可以采用无数形状和大小，包括其它多面体块型磁体、环形（环状）磁体、面包条块型磁体（具有邻接半椭圆形截面的四边形截面的横截面）、弯曲拼块磁体等等。在一个非限制性示例中，每一永磁体120可以具有约1.5 mm至2.5 mm的厚度以装配在具有互补尺寸的槽130内。在至少一个实施例中，由电机114使用的磁体材料的总质量（即，所有磁体120的质量）可以为约150克至约250克。电机114的永磁体120可以全部由相同材料制作而成，诸如钕铁硼(NdFeB)；可替代地，任何一个或多个或所有磁体120可以采用不同材料，诸如钐钴(SmCo)、铝镍钴(AlNiCo)或稀土磁体材料的任何组合。
类似于图2的永磁体120，可以期望所有多相定子绕组134共享相同构造，包括材料组成、制造方法和最终几何形状。每一定子绕组134可以由整体棒状导体制作而成，所述棒状导体形成为由一对发夹腿部133（图3）限定的U形几何形状，发夹腿部133相互平行并且从曲线发夹冠部135（图4）的相对端部突出。发夹腿部133插入到定子主体126的槽132中，其中每一腿部133延伸穿过不同定子槽132，使得发夹冠部135（也称为“端匝”）在数个定子槽132上方延伸（例如，冠部可以延伸跨越三个、四个或五个槽）。发夹定子绕组134的组137可以相对于邻近发夹以“错列”或“交错”模式插入，如图3中最佳所示。任何给定定子槽132可以包括多个发夹腿部133（例如，在图2的所图示示例中，是四个）。一旦所有发夹式绕组134都插入到定子主体126的槽132中，从定子芯部122的纵向端部突出的发夹腿部133的端部弯折；然后对每一绕组134进行电气连接。
在电机114例如按再生充电模式的操作期间，转子组件118经由马达轴旋转，而定子组件116保持相对静止。这样做的话，永磁体120移动经过多相定子绕组134；由永磁体120发射的磁场通过电磁感应在绕组134中产生电流。所述感应电流可以用于为负载供电（例如，对图1的牵引蓄电池组30再充电）。相反地，在电机114例如按发动机起动模式、EV马达驱动模式或扭矩辅助模式的操作期间，电流由合适的电源（例如，牵引蓄电池组30）供应到定子绕组134。使所供应的电流通过多相定子绕组134将在定子齿136处产生磁场。从定子齿136输出的磁场与转子组件118中的永磁体120相互作用，使得转子主体128和所附接的马达轴旋转以产生旋转驱动力。
图3是图2的代表性电机114的透视图图示，其可操作地连接到直接油冷式热管理系统140以选择性地冷却马达组件内的特定部件。在直冷式系统中，诸如工程全浸液体冷却剂或润滑介电变速器油（例如，从变速器油盘32泵送）的冷却剂流体142（图4）接触部件的经加热“目标”表面ST1或ST2以直接从所述部件提取热量。如上文例如关于图1所述，电机114在被配置为马达/发电机单元14时可以经由与车辆变速器16共享的公共冷却回路冷却。替代架构可以采用不与变速器16流体连通的专用冷却回路来冷却MGU 14。不管是利用公用系统还是专用系统，冷却剂流体142都通过一个或多个冷却剂流体入口144传送到电机114的保护性外部马达壳体146的冷却夹套区段中。此冷却剂流体142分布跨越多相定子绕组134的冠部和/或从定子芯部122的轴向端部凸出的腿部的暴露段。在冷却电机114之后，夹带热量的油通过马达壳体146中的一个或多个冷却剂流体出口148从电机114排出。
为了获得最大冷却效率，通常期望将最大可能体积和质量的冷却剂流体引导到被冷却部件的目标表面上。此外，由于热传递通常随润湿面积线性增加，因此通常期望将冷却剂流体引导到被冷却部件的目标表面的最大可能的接触面积上。本文中呈现亲油表面涂层和纹理化，其被工程设计为增强冷却目标部件的直接接触冷却剂流体的冷却效率。这些亲油表面处理帮助增加目标表面的表面能和润湿面积，这继而帮助使冷却剂保持在目标表面上，同时伴随目标表面上冷却剂质量的增加。如本文中所使用的，术语“润湿面积”可以被限定成包括本领域普通技术人员赋予其的普通和习惯含义，包括浸入、直接接触或者以其它方式与流体介质连接的目标表面的总表面面积。同样地，术语“亲油”可以被限定成包括本领域普通技术人员赋予其的普通和习惯含义，包括对油和油基物质具有化学亲和力、同时对水具有化学不耐受性或厌恶性的对象。
图4图示图2和图3的定子组件116的轴向端部中的一者，其示出从定子芯部122延伸的多相定子绕组134的暴露发夹冠部135。为促进定子绕组134、并且因此定子组件116和机器114的高效冷却，每一绕组134具有借助亲油表面处理制造的目标表面。在至少一些实施例中，仅发夹式绕组冠部的暴露表面经过亲油表面处理。向发夹式绕组的其它段和电机114的其它部件（诸如发夹式绕组腿部的暴露端部（图2）、定子芯部122和转子芯部124的轴向面或定子芯部122和转子芯部124的外圆周）施用亲油表面处理也在本公开的范围内。
所公开的亲油表面处理扩大其目标表面的润湿面积，同时增加接触目标表面的冷却剂流体的质量。图4内的插图是亲油表面处理的两个非限制性示例：亲油表面涂层150A和亲油表面纹理化150B。在施用亲油表面涂层150A或纹理化150B（在下文中统称为“亲油表面处理”）之前或同时，发夹式绕组134中的每一者可以覆盖有介电涂层152。介电涂层152可以是基础油和树脂清漆，其帮助保护绕组134免受污染、使绕组134绝缘以防止短路，并且促进来自绕组的组137的热量耗散。亲油表面涂层150A可以使用紫外线照射和臭氧(UV/O3)系统形成，其直接施加到电磁绕组134上，或者如图所示经由施加而间接施加到介电涂层152上。在此示例中，仅发夹腿部133和冠部135的暴露表面包括施加到介电涂层152上的UV臭氧表面涂层150A。
继续图4的论述，亲油表面涂层150A可以包括施加到电磁绕组134上的无机化合物的化学沉积处理或者对于任一本文中描述的示例可以基本上由其组成。如图示出，所述无机化合物全部或部分由硅烷基材料和/或十二烷基三甲氧基硅烷基材料形成。类似于UV臭氧示例，仅发夹腿部和/或冠部133、135的暴露段设置有施加到介电涂层152上的无机化合物表面涂层150A。亲油表面涂层150A可以具有约5微米至约0.1毫米的厚度。
每一多相定子绕组134作为基于涂层的处理的补充或替代可以用亲油表面纹理化150B加以处理。绕组134的外表面或者可替代地绕组134上的涂层152的外表面可以制作有表面蚀刻，当由油基介电冷却剂接触时，所述表面蚀刻展现各向同性润湿行为和亲油特性。所述表面蚀刻可以通过任何合适技术形成，包括紫外线(UV)蚀刻、等离子体蚀刻、火焰蚀刻和/或酸性蚀刻。仅暴露在定子芯部122的端部处的发夹腿部/冠部133、135的目标表面用介电涂层152和施用到介电涂层152上的基于表面的表面纹理化150B加以处理。根据所图示的示例，所述表面蚀刻可以以一系列相互平行的凹槽为代表，所述凹槽中的每一者凹入到发夹冠部135和腿部133的暴露段中。
已经参考所图示的实施例详细描述了本公开的方面；然而，本领域的技术人员将认识到，可以对其作出许多修改、而不背离本公开的范围。本公开并不限于本文中公开的精确构造和组成；根据前述描述显而易见的任何和所有修改、改变和变化都在由所附权利要求书限定的本公开的范围内。此外，本构思明确包括前述元件和特征的任何和所有组合和子组合。

Claims (10)

1.一种电机，其包括：
外部壳体；
直冷式热管理系统，所述直冷式热管理系统流体地连接到所述外部壳体并且被配置成向其循环冷却剂流体；
定子组件，所述定子组件附接到所述外部壳体并且包括定子芯部，所述定子芯部带有安装到所述定子芯部的电磁绕组；以及
转子组件，所述转子组件能够相对于所述定子组件移动并且包括转子芯部，所述转子芯部带有与所述绕组以间隔开关系安装到所述转子芯部的磁体，
其中，所述定子组件具有经过亲油表面处理的目标表面，所述亲油表面处理被配置成扩大所述目标表面的润湿面积并增加接触所述目标表面的冷却剂流体的冷却剂质量。
2.根据权利要求1所述的电机，其中，仅定子组件的电磁绕组包括经过亲油表面处理的目标表面。
3.根据权利要求2所述的电机，其中，所述电磁绕组包括发夹冠部，所述发夹冠部带有从所述发夹冠部突出并且延伸穿过所述定子芯部中的定子槽的一对发夹腿部，并且其中，仅所述发夹冠部和从所述定子芯部凸出的腿部的暴露段包括经过亲油表面处理的目标表面。
4.根据权利要求1所述的电机，其中，所述亲油表面处理包括施用到所述电磁绕组上的紫外线(UV)臭氧处理。
5.根据权利要求4所述的电机，其中，所述绕组包括发夹冠部，所述发夹冠部带有从所述发夹冠部突出并且延伸穿过所述定子芯部中的定子槽的一对发夹腿部，并且其中，仅所述发夹冠部和从所述定子芯部凸出的腿部的暴露段包括清漆涂层，其中，向所述清漆涂层施用UV臭氧处理。
6.根据权利要求1所述的电机，其中，所述亲油表面处理包括施加到所述电磁绕组上的无机化合物的化学沉积处理。
7.根据权利要求6所述的电机，其中，所述无机化合物包括硅烷基材料和/或十二烷基三甲氧基硅烷基材料。
8.根据权利要求7所述的电机，其中，所述绕组包括发夹冠部，所述发夹冠部带有从所述发夹冠部突出并且延伸穿过所述定子芯部中的定子槽的一对发夹腿部，并且其中，仅所述发夹冠部和从所述定子芯部凸出的腿部的暴露段包括清漆涂层，其中，向所述清漆涂层施加无机化合物。
9. 根据权利要求7所述的电机，其中，所述无机化合物具有约5微米至约0.1 mm的厚度。
10.根据权利要求1所述的电机，其中，所述亲油表面处理包括表面蚀刻，所述表面蚀刻具有施加到所述绕组上的各向同性图案。
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