CN115706484A - 用于电机的风阻损失减少和改善的热传递性能的疏油表面处理 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于电机的风阻损失减少和改善的热传递性能的疏油表面处理。呈现了用于电机的疏油表面处理、用于制造/使用这种电机的方法以及采用在选择的“非目标”表面上具有疏油处理的牵引马达的车辆。电机包括使冷却剂流体循环到电机的外壳体的直接冷却热管理系统。附接到壳体的定子组件包括定子芯，其中一个或多个电磁绕组安装到定子芯。转子组件邻近定子组件可旋转地安装到壳体。转子组件包括转子芯，其中一个或多个磁体安装到转子芯并且与（多个）绕组跨气隙间隔开。外壳体、转子组件和/或定子组件的选择的部件具有带有疏油表面处理的目标表面，该疏油表面处理减少非目标表面的润湿面积并且降低接触非目标表面的冷却剂流体的质量。

Description

用于电机的风阻损失减少和改善的热传递性能的疏油表面 处理

技术领域

本公开总体上涉及电机。更具体地，本公开的各方面涉及用于减少油冷式电动牵引马达的风阻损失和增强其热传递特性的表面特征。

背景技术

当前生产的机动车辆（诸如，现代汽车）最初配备有操作以推动车辆并为车辆的车载电子设备供电的动力总成。在汽车应用中，例如，车辆动力总成总体上以原动机为代表，该原动机通过自动或手动换挡动力变速器将驱动扭矩递送到车辆的最终驱动系统（例如，差速器、车轴、转角模块、负重车轮等）。历史上汽车一直由往复活塞式内燃发动机（ICE）组件提供动力，这是由于该内燃发动机（ICE）组件的随时可用性以及相对不贵的成本、轻便的重量和整体的效率所致。这种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，这些作为一些非限制性示例。另一方面，混合动力电动车辆和全电动车辆（统称为“电驱动车辆”）利用替代动力源来推动车辆，且因此最小化或消除了对基于矿物燃料的发动机获得牵引动力的依赖。

全电动车辆（FEV）（俗称“电动车”）是一种类型的电驱动车辆构型，其从动力总成系统中完全省略了内燃发动机和附随的外围部件，从而依赖可再充电能量存储系统（RESS）和牵引马达来实现车辆推动。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换为基于电池的FEV中的单个或多个牵引马达、牵引电池组以及电池冷却和充电硬件。相比之下，混合动力电动车辆（HEV）的动力总成采用多种牵引动力源来推动车辆，最常见的是结合电池供电的或燃料电池供电的牵引马达来操作内燃发动机组件。由于混合动力型电驱动车辆能够从除发动机以外的来源获取其动力，因此，HEV发动机可全部或部分地关闭，而车辆由（多个）电动马达推动。

高压（HV）电力系统管控在（多个）牵引马达和可再充电牵引电池组之间的电力输送，该可再充电牵引电池组储存和供应操作许多混合动力和纯电动动力总成所必需的电力。现代牵引电池组可将电池电芯的堆栈（例如，8-16个电芯/堆栈）分组为单独的电池模块（例如，10-40个模块/组），这些电池模块串联或并联电互相连接并安装到车辆底盘上，例如，通过电池组壳体或支撑托盘。位于HV电力系统的电池侧的是前端DC至DC电源转换器，其电连接到（多个）牵引电池组，以增加向主DC总线和DC至AC电源逆变器模块（PIM）的电压供应。高频大容量电容器可跨HV主DC总线的正端子和负端子布置，以提供电稳定性并储存补充电能。专用电子电池控制模块（EBCM）通过与动力总成控制模块（PCM）和每个马达的动力电子设备封装协同操作，管控（多个）电池组和（多个）牵引马达的操作。

存在三种主要类型的电机，其用于在现代电驱动车辆动力总成中的牵引马达：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承载永磁体布置的可旋转转子将电能转换为旋转机械能的电机。在径向磁通PM马达设计中，承载磁体的转子可同轴地嵌套在定子内侧，并且定子不可移动地安装在马达壳体内侧。替代地，PM马达可采用轴向磁通布置，其中定子和转子是面对的同轴盘。具有多个表面安装的或内部安装的永磁体的转子与定子以小的气隙分开。转子的旋转受到与转子的永磁体产生的磁场相互作用的、由通过定子绕组的电流流动产生的磁场的影响。在PM马达操作期间，转动的转子的旋转摩擦和电磁定子的电阻生成大量的热量。为了提高马达效率并延长马达的预期使用寿命，由转子和定子生成的热量可通过空气冷却、水冷却或油冷却热管理系统减少。

发明内容

本文中呈现的是用于电机的疏油表面处理、用于制造带有疏油表面处理的电机的方法和用于使用其方法、以及采用具有带有疏油处理的“非热”表面和径向“气隙”表面的牵引马达的电驱动车辆。在非限制性示例中，多相电动马达/发电机单元（MGU）采用带有冷却剂套的直接油冷却热管理系统，该冷却剂套装有转子和定子的选择的部段。加压或重力馈送的绝缘油从专用或公用机油箱容积泵到冷却剂套中；对于径向磁通马达，跨多相绕组的从定子的轴向端部凸出的暴露的发针形冠（也称为“端匝”）引导油。为了减少在马达组件的非目标表面上的冷却剂质量、表面能和润湿面积，将疏油涂层或表面纹理应用到冷却剂套的内表面上，转子和定子的面对的、径向间隔开的气隙表面上和/或其他选择的表面上。疏油表面处理可包括Cassie-Baxter状态（CBS）表面粗糙化，一系列凹入的、相互平行的CBS渠道、纳米颗粒SiO₂/PDDA/PFO涂层、聚四氟乙烯（PTFE）涂层或其他疏油含氟聚合物涂层。此外，通过选择性地增加油和非目标表面之间的接触角，存在油质量上的可测量增加并伴随在选择的目标表面上的总润湿面积增加以及峰值和平均马达温度的降低。

对于所公开的构思中的至少一些，附随的优点包括用于电机的疏油表面处理，其有助于提高系统冷却效率。例如，通过减少非目标表面的润湿面积和冷却剂质量，用于维持校准的最大或平均马达操作温度所必需的冷却剂流体减少，从而导致系统冷却剂充注减少。在热管理系统中较少的冷却剂的情况下，用于操作系统泵的能量消耗减少，这带来了整体车辆效率的提高和增加的行驶里程。此外，增加绝缘油和非目标表面之间的接触角（例如，至约90度或更大）提供了跨选择的非目标表面的油分布的可测量减少并且跨目标表面的油分布的对应增加。

本公开的各方面涉及在一个或多个选择的表面上带有疏油表面处理的电机，诸如马达、发电机、变压器、感应器、测力机、转换器等。举例来说，代表性的电机包括由直接冷却热管理系统选择性地冷却的保护性外壳体。热管理系统流体连接到外壳体并且可操作以使冷却剂流体循环到该外壳体，冷却剂流体诸如工程全浸入液体冷却剂或润滑绝缘变速器油。附接到外壳体的是定子组件，该定子组件包括安装到静止的定子芯上的一个或多个电磁绕组，诸如多相U形发针形绕组。转子组件邻近定子组件可移动地安装，例如以径向磁通或轴向磁通布置。对于至少一些应用，转子组件可旋转地设置在定子组件的内侧并且因此被定子组件包围。转子组件包括以与（多个）定子绕组间隔开的关系安装到转子芯的一个或多个磁体或感应绕组。外壳体、转子组件和/或定子组件每个具有带有疏油表面处理的一个或多个非目标表面，该疏油表面处理减少了非目标表面的润湿面积并且降低了接触非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，该牵引马达具有带有疏油处理的非目标表面，即“非热”表面和/或间隔开的“气隙”表面。如本文中使用的，术语“车辆”和“机动车辆”可互换并且同义地使用，以包括任何相关车辆平台，诸如乘用车辆（ICE、HEV、FEV、FCH、完全和部分自动驾驶车辆等）、商用车辆、工业车辆、履带车辆、越野和全地形车辆（ATV）、摩托车、电动自行车、电动滑板车、农用设备、船只、飞行器等。对于非汽车应用，可采用所公开的构思用于任何逻辑相关的用途，包括独立发电站、商用或家用发电机、泵送设备、机床、电器等。在示例中，机动车辆包括带有乘客舱的车身、可旋转地安装到车身（例如，经由联接到车身底盘一体型底盘或框架车身底盘的车轮转角模块）的多个负重车轮、和其他标准原装设备。对于电驱动车辆应用来说，一个或多个电动牵引马达单独操作（例如，对于FEV动力总成）或与内燃发动机组件一起操作（例如，对于HEV动力总成）以选择性地驱动负重车轮中的一个或多个以推动车辆。

继续对以上示例的讨论，每个牵引马达包括马达壳体，该马达壳体流体连接到专用或共用的直接油冷却热管理系统以从该热管理系统接收绝缘油。刚性地安装在马达壳体内侧的定子组件包括带有中空中心的环形定子芯和绕定子芯周向间隔开的多个定子狭槽。一系列U形电磁发针形绕组至少部分地封装在定子狭槽内侧。转子组件可旋转地设置在环形定子芯的中空中心内侧，该转子组件包括圆柱形转子芯，该圆柱形转子芯带有绕转子芯周向间隔开的多个转子狭槽。永磁体阵列至少部分地安装在转子狭槽内侧，与发针形绕组跨气隙间隔开。马达壳体的内表面和/或转子芯和定子芯的径向间隔开的、面对地相对表面可每个具有带有疏油表面处理的相应非目标表面，该疏油表面处理设计为减少非目标表面的润湿面积并且降低接触非目标表面的绝缘油的冷却剂质量。

本公开的其他方面涉及用于制造或使用任何所公开的电机、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，呈现了用于组装电机的方法。该代表性方法包括，以任何顺序并且以与以上和以下公开的选项和特征中的任一者的任何组合：提供电机的外壳体；将直接冷却热管理系统流体连接到外壳体以使冷却剂流体循环到外壳体；将定子组件附接到外壳体，定子组件包括定子芯和安装到定子芯的电磁绕组；将转子组件邻近定子组件可移动地安装，转子组件包括转子芯和磁体，其安装到转子芯并且与绕组跨气隙间隔开；以及将疏油表面处理应用到外壳体、转子组件和/或定子组件的非目标表面，疏油表面处理构造为减少非目标表面的润湿面积并且降低接触非目标表面的冷却剂流体的冷却剂质量。

对于任何所公开的电机、车辆和方法，“非目标”表面可包括外壳体的内表面、转子组件和定子组件的面对地相对表面、和/或其他选择的表面。在一个具体例子中，外壳体可包括主壳，其包围定子组件和转子组件二者；以及冷却剂套，其附接到主壳的轴向端部并且流体连接到直接冷却热管理系统。在该情形中，非目标表面是冷却剂套的选择的部段的内表面；疏油表面处理可覆盖该内套表面的一些或全部。在另一非限制性示例中，转子芯在定子芯的中空中心内侧同心对准。在该情形中，非目标表面包括转子芯的外直径（OD）表面和定子芯的内直径（ID）表面；疏油表面处理可覆盖基本上全部这些OD表面和ID表面。

对于任何所公开的电机、车辆和方法，疏油表面处理可包括带有多个凹槽的CBS表面粗糙化，所述凹槽在非目标表面和冷却剂流体之间形成气穴。可选地，疏油表面处理可包括带有一系列T形凹渠道的CBS表面印痕，所述T形凹渠道在非目标表面和冷却剂流体之间形成气穴。如果期望，疏油表面处理可包括含有二氧化硅（SiO₂）、聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）和/或聚二辛基芴（PFO）的纳米颗粒涂层。作为又另外的选项，疏油表面处理可包括斥油氟聚合物涂层。所公开的特征可应用于径向磁通、轴向磁通、PM和感应马达。

对于任何所公开的电机、车辆和方法，疏油表面处理可包括带有应用到非目标表面上的各向异性图案的表面刻蚀。表面刻蚀可以是等离子体刻蚀、火焰刻蚀和/或酸刻蚀。可选地，疏油表面处理可包括应用到外壳体、转子组件和/或定子组件的（多个）非目标表面上的有机化合物的化学沉积处理。有机化合物可包括二甲基甲酰胺（DMF）材料和/或己烷基材料。作为又另外的选项，疏水表面处理可应用到电机的一个或多个选择的表面，例如，用于减少抗力和风阻损失。

1. 一种电机，包括：

外壳体；

直接冷却热管理系统，所述直接冷却热管理系统流体连接到所述外壳体并且构造为使冷却剂流体循环到所述外壳体；

定子组件，所述定子组件附接到所述外壳体并且包括定子芯，其中，电磁定子绕组安装到所述定子芯；和

转子组件，所述转子组件能相对于所述定子组件移动并且包括转子芯，其中，磁体或转子绕组安装到所述转子芯，

其中，所述外壳体、所述转子组件和/或所述定子组件具有带有疏油表面处理的非目标表面，所述疏油表面处理构造为减少所述非目标表面的润湿面积并且降低接触所述非目标表面的所述冷却剂流体的冷却剂质量。

2. 根据方案1所述的电机，其中，所述非目标表面包括所述外壳体的内表面。

3. 根据方案2所述的电机，其中，所述外壳体包括包围所述定子组件和所述转子组件的主壳，以及附接到所述主壳的轴向端部并且流体连接到所述直接冷却热管理系统的冷却剂套；并且其中，所述内表面是所述冷却剂套的环形部段的内直径（ID）套表面，所述疏油表面处理覆盖基本上全部所述ID套表面。

4. 根据方案1所述的电机，其中，所述非目标表面包括所述转子组件和所述定子组件的面对地相对表面。

5. 根据方案4所述的电机，其中：所述转子芯在所述定子芯的中空中心内侧同心地对准；并且其中，所述面对地相对表面包括所述转子芯的外直径（OD）表面和所述定子芯的内直径（ID）表面，所述疏油表面处理覆盖一些或全部所述OD表面和所述ID表面。

6. 根据方案4所述的电机，其中：所述转子芯与所述定子芯轴向地间隔开；并且其中，所述面对地相对表面包括所述转子芯的转子轴向面和所述定子芯的定子轴向面，所述疏油表面处理覆盖一些或全部轴向间隔开的且面对地相对的转子轴向面和定子轴向面。

7. 根据方案1所述的电机，其中，所述疏油表面处理包括带有多个凹槽的Cassie-Baxter状态（CBS）表面粗糙化，所述凹槽构造为在所述非目标表面和所述冷却剂流体之间形成气穴。

8. 根据方案1所述的电机，其中，所述疏油表面处理包括带有一系列T形凹渠道的Cassie-Baxter状态（CBS）表面印痕，所述T形凹渠道构造为在所述非目标表面和所述冷却剂流体之间形成气穴。

9. 根据方案1所述的电机，其中，所述疏油表面处理包括含有二氧化硅（SiO₂）、聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）和/或聚二辛基芴（PFO）的纳米颗粒涂层。

10. 根据方案1所述的电机，其中，所述疏油表面处理包括斥油氟聚合物涂层。

11. 根据方案1所述的电机，其中，所述疏油表面处理包括带有应用到所述非目标表面上的各向异性图案的表面刻蚀。

12. 根据方案11所述的电机，其中，所述表面刻蚀是等离子体刻蚀、火焰刻蚀和/或酸刻蚀。

13. 根据方案1所述的电机，其中，所述疏油表面处理包括应用到所述外壳体、所述转子组件和/或所述定子组件上的有机化合物的化学沉积处理。

14. 根据方案12所述的电机，其中，所述有机化合物包括二甲基甲酰胺（DMF）材料和/或己烷基材料。

15. 一种机动车辆，包括：

车身；

附接到所述车身的多个负重车轮；和

牵引马达，所述牵引马达附接到所述车身并且能操作以驱动所述负重车轮中的一个或多个以由此推动所述机动车辆，所述牵引马达包括：

马达壳体；

直接油冷却热管理系统，所述直接油冷却热管理系统流体连接到所述马达壳体并且构造为使绝缘油循环到所述马达壳体；

定子组件，所述定子组件刚性地安装在所述马达壳体内侧，所述定子组件包括限定中空中心和多个周向间隔开的定子狭槽的环形定子芯，以及封装在所述定子狭槽内侧的多个U形电磁发针形绕组；和

转子组件，所述转子组件能旋转地设置在所述环形定子芯的所述中空中心内侧，所述转子组件包括限定多个周向间隔开的转子狭槽的圆柱形转子芯，以及安装在所述转子狭槽内侧并且与所述发针形绕组跨气隙间隔开的多个永磁体；

其中，所述马达壳体的内表面和/或所述转子芯和所述定子芯的径向间隔开的、面对地相对表面每个具有带有疏油表面处理的相应非目标表面，所述疏油表面处理构造为减少所述非目标表面的润湿面积并且降低接触所述非目标表面的所述绝缘油的冷却剂质量。

16. 一种组装电机的方法，所述方法包括：

提供所述电机的外壳体；

将直接冷却热管理系统流体连接到所述外壳体以使冷却剂流体循环到所述外壳体；

将定子组件附接到所述外壳体，所述定子组件包括定子芯和安装到所述定子芯的电磁绕组；

将转子组件邻近所述定子组件能移动地安装，所述转子组件包括转子芯和磁体或转子绕组，所述磁体或转子绕组安装到所述转子芯、与所述绕组跨气隙间隔开；和

将疏油表面处理应用到所述外壳体、所述转子组件和/或所述定子组件的非目标表面，所述疏油表面处理构造为减少所述非目标表面的润湿面积并且降低接触所述非目标表面的所述冷却剂流体的冷却剂质量。

17. 根据方案16所述的方法，其中，所述外壳体包括包围所述定子组件和所述转子组件的主壳，以及附接到所述主壳的轴向端部并且流体连接到所述直接冷却热管理系统的冷却剂套；并且其中，所述疏油表面处理覆盖基本上全部所述冷却剂套的环形部段的内直径（ID）环状表面。

18. 根据方案16所述的方法，其中，所述转子芯在所述定子芯的中空中心内侧同心地对准；并且其中，所述非目标表面包括所述转子芯的外直径（OD）表面和所述定子芯的内直径（ID）表面，所述疏油表面处理覆盖基本上全部所述OD表面和所述ID表面。

19. 根据方案16所述的方法，其中，所述疏油表面处理包括：

带有多个凹槽的Cassie-Baxter状态（CBS）表面粗糙化，所述凹槽构造为在所述非目标表面和所述冷却剂流体之间形成气穴；和/或

带有一系列T形凹渠道的CBS表面印痕，所述T形凹渠道构造为在所述非目标表面和所述冷却剂流体之间形成气穴。

20. 根据方案16所述的方法，其中，所述疏油表面处理包括：

含有二氧化硅、聚二甲基二烯丙基氯化铵和/或聚二辛基芴的纳米颗粒涂层；和/或

斥油氟聚合物涂层。

以上概述并不表示本公开的每个实施例或每个方面。相反，当结合附图和所附权利要求时，从对用于实施本公开的图示性示例和模式的以下详细描述中，本公开的以上特征和优点、以及其他特征和附随优点将容易显而易见。此外，本公开明确包括上文和下文所描述的元件和特征的任何和所有组合和子组合。

附图说明

图1是根据本公开的方面的代表性电驱动车辆的示意图示，该电驱动车辆配备有具有多相感应马达/发电机单元（MGU）的混合动力电动动力总成，该多相感应马达/发电机单元（MGU）带有利用疏油涂层和/或疏油纹理处理的一个或多个非目标表面。

图2是根据本发明的方面的代表性电动马达的示意性端视图图示，该电动马达具有承载多个永磁体的转子组件、承载多个发针形绕组的定子组件以及在一个或多个非目标表面上的疏油表面处理。

图3是图2的代表性电动马达的另一示意性端视图图示，该电动马达示出为带有接收来自直接油冷却热管理系统的绝缘油的保护性外壳体，并且带有在马达壳体的冷却剂套的内表面上的疏油表面纹理以从壳体排斥油。

图4是图2和图3的代表性电动马达的立体透视图图示，该电动马达带有在转子和定子的面对的、径向间隔开的气隙表面上的疏油涂层。

本公开的代表性实施例在附图中通过非限制性示例的方式示出并且在下文以附加的细节描述。然而，应理解，本公开的各新颖方面不限于上文枚举的附图中所图示的特定形式。相反，本公开将覆盖落入如例如由所附权利要求涵盖的本公开的范围内的所有改型、等同物、组合、子组合、排列、分组以及替代方案。

具体实施方式

本公开容许许多不同形式的实施例。本公开的代表性示例在附图中示出并且在本文中进行详细描述，应理解这些实施例被提供作为所公开原理的举例说明，对本公开的广泛方面无限制。为此目的，例如在摘要、背景技术、发明内容、附图说明和具体实施方式部分中描述但权利要求中并未明确阐述的元件和限制不应单独地或集体地通过隐含、推断或其他方式并入到权利要求中。此外，本文中讨论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将不被解释为限制性的。

为了本具体实施方式的目的，除非明确地放弃保护，否则：单数包括复数且反之亦然；词语“和”和“或”应两者都为联合的和非联合的；词语“任何”和“所有”应两者都意指“任何和所有”；并且词语“包括（including）”、“包含（containing）”、“包括（comprising）”、“具有”及其排列应各自意指“包括但不限于”。此外，例如，诸如“约”、“几乎”、“基本上”、“总体上”、“大约”等近似词语在本文中可各自在“处于、接近或几乎处于”或“在……的0-5%以内”或“在可接受的制造公差内”或其任何逻辑组合的意义上使用。最后，方向性形容词和副词（诸如，前侧、后侧、内侧、外侧、右舷、左舷、竖直、水平、向上、向下、前、后、左、右等）可相对于机动车辆，诸如当机动车辆操作性地定向在水平驾驶表面上时该机动车辆的向前驾驶方向。

现在参考附图，其中，相似的附图标记贯穿若干视图指代相似的特征，在图1中示出了代表性汽车的示意性图示，该汽车总体上被标示在10处并且为了讨论的目的而在本文中被描绘为具有平行式双离合器（P2）混合动力电动动力总成的乘用车辆。所图示的汽车10（本文中也简称为“机动车辆”或“车辆”）仅仅是示例性应用，利用该应用可实践本公开的各新颖方面。同样地，将本构思实施到混合动力电动动力总成中也应被理解为是本文中所公开的新颖构思的代表性实施方式。因而，将理解，本公开的各方面可应用于被并入到任何逻辑相关类型的机动车辆中的其他动力总成架构，并可同样地针对汽车和非汽车应用二者加以利用。最后，在附图中仅已示出机动车辆和电动马达的选定部件，并且本文中将以附加的细节来描述这些选定部件。然而，下文所讨论的电机和车辆可包括用于实施本公开的各种方法和功能的众多附加和替代性特征以及其他可用的外围部件。

代表性车辆动力总成系统在图1中被示为具有原动机（本文中由可重新起动的内燃发动机（ICE）组件12和电动马达/发电机单元（MGU）14表示），该原动机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以扭矩的方式将动力传递到变速器16的输入侧。发动机扭矩首先经由曲轴13传输以使发动机驱动的扭振减振器组件26旋转，且伴随地通过扭振减振器组件26传递到发动机断连（disconnect）装置28。该发动机断连装置28在操作性地接合时通过减振器26将从ICE组件12接收到的扭矩传输到扭矩转换器（TC）组件18的输入结构。顾名思义，发动机断连装置28可选择性地脱开，以使发动机12与MGU 14（本文中也称为“牵引马达”或简单地“马达”）、TC组件18和变速器16驱动地断连。

为了推动混合动力车辆10，变速器16适于从发动机12和马达14接收牵引动力、选择性地操纵该牵引动力并将从发动机12和马达14接收的牵引动力分配到车辆的最终驱动系统11，其本文中由驱动轴15、后差速器22和一对后负重车轮20表示。图1的动力变速器16、马达14和扭矩转换器18可共用用于供应液压流体的公共变速器油盘或“机油箱”32。共用的变速器泵34为流体提供足够的液压压力以选择性地致动变速器16、TC组件18以及对于一些实施方式，发动机断连装置28的液压启动的元件。对于至少一些实施例，可能优选的是发动机断连装置28包括主动离合机构（诸如控制器致动的可选择的单向离合器（SOWC）或摩擦片式离合器）或被动离合机构（诸如棘轮和棘爪式或斜撑式自由轮OWC组件）。

ICE组件12操作以独立于电动牵引马达14（例如，在“仅发动机”操作模式中）或与马达14协作（例如，在“车辆发动”或“马达增压”操作模式中）来推动车辆10。在图1中所描绘的示例中，ICE组件12可以是任何可用的或以后开发的发动机，诸如压缩点火柴油发动机或火花点火汽油或混合燃料（flex-fuel）发动机，其容易适于以每分钟转数（RPM）提供其可用动力输出。尽管在图1中并未明确描绘，但应了解，最终驱动系统11可采用任何可用的构型，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。

图1还描绘了电动马达/发电机单元（“马达”）14，其经由马达支撑毂、轴或皮带29操作性地连接到液力扭矩转换器18。扭矩转换器18进而将马达14驱动地连接到变速器16的输入轴17。电动MGU 14由环形定子组件21组成，该环形定子组件围绕圆柱形转子组件23并与其同心。电功率通过高压电力系统被提供到定子21，该高压电力系统包括电导体/电缆27，其经由合适的密封和绝缘馈通件（未图示）穿过马达壳体。相反，电功率可例如通过再生制动从MGU 14被提供到车载牵引电池组30。所图示的动力总成部件中的任一者的操作均可由车载或远程车辆控制器管控，诸如可编程电子控制单元（ECU）25。虽然被示为P2混合动力电动架构（带有与单个发动机组件并联动力流动连通的单个马达），但车辆10可采用其他HEV动力总成构型，包括P0、P1、P2.5、P3和P4混合动力动力总成，或者可适用于BEV、PHEV、增程型车辆、燃料电池混合动力车辆、FEV等。

动力变速器16可使用差动齿轮装置（gearing）24来分别实现变速器的输入轴17和输出轴19之间的选择性地可变的扭矩比和速度比，例如，在通过可变元件发送其全部或一部分动力时。差动齿轮装置的一种形式是周转式行星齿轮布置。行星齿轮装置提供了紧凑性以及在行星齿轮装置子集的构件当中不同的扭矩比和速度比的优点。传统上，液压致动的扭矩建立装置（诸如，离合器和制动器）可选择性地接合来启动上述齿轮元件，以便在变速器的输入轴17和输出轴19之间建立所期望的前进和倒退速度比。虽然被预想为8速自动变速器，但动力变速器16可以可选地采用其他功能上适当的构型，包括无级变速器（CVT）架构、手自一体变速器等。

图1的流体动力式扭矩转换器组件18操作为液力联轴节，以用于将发动机12和马达14与动力变速器16的内部周转式齿轮装置24操作性地连接。设置在扭矩转换器组件18的内部流体室内的是与带叶片的涡轮38并置的带叶片的叶轮36。叶轮36定位成与涡轮38串联动力流动流体连通，从而使用定子（未示出）插置在叶轮36和涡轮38之间以选择性地更改其间的流体流动。经由TC组件18从发动机12和马达14到变速器16的扭矩转移是通过对在TC的内部流体室内的液压流体（诸如，变速器油）的搅拌激励进行的，该搅拌激励由叶轮36叶片和涡轮38叶片的旋转引起。为了保护这些部件，扭矩转换器组件18构造有TC泵壳体，该TC泵壳体主要由变速器侧泵壳（shell）40限定，该泵壳（例如经由电子束焊接）固定地附接到发动机侧泵盖42，使得在其间形成工作液压流体室。

图2图示了电机114的另一示例，电机114采用磁性材料用于与导电绕组交换电磁力以将电能转换为机械能。如以下讨论的，电机114利用多相发针形缠绕定子组件116，该定子组件116嵌套在电机114中并且包围承载PM的同步磁阻转子组件118。虽然同样地可用于汽车和非汽车应用中，但图2的电机114可特别适合在混合动力电动动力总成中与发动机（例如，ICE组件12）一起用作牵引马达（例如，图1的马达14），并且至少在发动机启动模式、再生充电模式和扭矩辅助模式下操作。电机114可采用多种替代实施例，包括替代转子组件架构和/或替代定子组件架构，以满足期望的操作参数。例如，虽然示出为带有径向磁通内部永磁体（IPM）布置，但所公开的构思类似地适用于其他PM和其他径向磁通构型以及轴向磁通马达和感应马达。

继续参考图2，定子组件116与转子组件118同轴并且围绕转子组件118，并且在其之间维持小的气隙115。根据图示的示例，该气隙115可不小于约0.2毫米（mm）并且不大于约1.0 mm，例如，以便最大化动力输出并且最小化由转子组件118承载的永磁体120的数量以提供期望的动力输出。图2的代表性定子组件116和转子组件118（二者均被描绘为具有大致环形形状的截头直圆柱体）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126，转子组件118嵌套在该定子芯126中；转子组件118具有中空转子中心124，例如，其键合、花键连接、焊接等到马达轴（例如，图1的马达输出构件29）。保护性马达壳体可围绕定子116的外周边并且可例如经由径向轴承支撑电机114的马达轴。

图2的转子组件118制造有转子本体（或“转子芯”）128，用于支撑多个永磁体120（在图示的示例中为二十四（24）个永磁体），该多个永磁体120绕中空转子中心124周向地间隔开。具体地，转子本体128被冲压、精密加工并且组装有多个转子狭槽130，该转子狭槽130布置在径向间隔开的屏障层（例如，四个不同的屏障层）中。狭槽130的第一屏障层130A可定位为最靠近转子本体128的内周边，而狭槽130的第四屏障层130D可定位为与其他屏障层相比最远离转子本体的内周边。狭槽130的第二屏障层130B可在径向上插置在第一屏障层130A和第三屏障层130C之间，而狭槽130的第三屏障层130C可在径向上插置在第二屏障层130B和第四屏障层130D之间。对于至少一些实施例，仅选择的屏障层（例如，第一屏障层130A和第三屏障层130C）可容纳磁体120，而其他选择的屏障层（例如，第二屏障层130B和第四屏障层130D）不容纳磁体120并且因此用作磁通屏障。转子本体128可由金属材料制成，包括高等级钢材料，其设计为将高速旋转应力维持在预定限度内。

图2的定子组件116被制造有定子本体（或“定子芯”）126，该定子本体126具有多个轴向长形的并且径向对准的定子狭槽132（例如，总共60个狭槽），这些定子狭槽132绕中空定子中心122周向地间隔开。每个定子狭槽132沿电机114的旋转轴线A纵向延伸通过定子本体126。定子狭槽132容纳导电多相定子绕组134的互补的引线。定子绕组134（在本文中也称为“发针形绕组”）可分组为不同的组，其中的每个组可载有相同数量的电流相，诸如三相、五相、六相或七相。此外，定子绕组134可轴向延伸超出定子本体126的纵向端部。例如，定子本体126的外直径与定子组件116的轴向长度（即，沿轴线A在本体的纵向端部之间的距离，不包括定子绕组134的任何延伸部分）的比可不小于1.5且不大于3.5以满足就电机114的特定应用的预定封装空间限制。

为了易于制造、简化组装并且提高成本节约，可能期望的是所有永磁体120共用相同的矩形多面体形状。然而，应认识到的是，PM本体中的任何一个或多个或所有均可采取不计其数的形状和大小，包括其他多面体块式磁体、环形状（环形）磁体、面包条状块式磁体（横截面具有连接半卵圆形区段的四边形区段）、弯曲的瓦式磁体等。在一个非限制性示例中，每个永磁体120可具有约1.5 mm至2.5 mm的厚度以装配在具有互补尺寸的狭槽130内。在至少一个实施例中，电机114使用的磁体材料的总质量（即，所有磁体120的质量）可为约150克至约250克。电机114的所有永磁体120可由相同的材料制成，诸如钕铁硼（NdFeB）；替代地，磁体120中的任何一个或多个或所有可采用不同的材料，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，可能期望的是所有多相定子绕组134共用相同的结构，包括材料成分、制造方法和最终几何形状。每个定子绕组134可由单一棒状导体制成，该棒状导体形成为由一对发针形引线133（图4）限定的U形几何形状，该对发针形引线133彼此平行并从曲线发针形冠135（图3）的相对端部凸出。发针形引线133插入到定子本体126的狭槽132中，其中每个引线133延伸穿过不同的定子狭槽132，使得发针形冠135（也称为“端匝”）在若干定子狭槽132上延伸（例如，冠可跨三个、四个或五个狭槽延伸）。如图3中最佳可见的，发针形定子绕组134的组137可相对于邻近发针以“交错”或“交插”图案插入。任何给定的定子狭槽132可包括一些发针形引线133（例如，在图2的图示示例中为四个）。一旦所有的发针形绕组134都插入到定子本体126的狭槽132中，则发针形引线133的从定子中心122的纵向端部突出的端部被弯折；然后对每个绕组134进行电连接。

在电机114的操作期间，例如，在再生充电模式中，转子组件118经由马达轴旋转，而定子组件116保持相对静止。这样做时，永磁体120移动经过多相定子绕组134；永磁体120发出的磁场通过电磁感应在绕组134中产生电流。该感应电流可用于为负载（例如，图1的再充电牵引电池组30）供电。相反，在电机114的操作期间，例如在发动机启动模式、EV马达模式或扭矩辅助模式中，电流由合适的电源（例如，牵引电池组30）供应到定子绕组134。使供应的电流经过多相定子绕组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，使得转子本体128和附接的马达轴旋转以产生旋转驱动力。

图3图示了图2的代表性电机114，该电机114操作地连接到直接油冷却热管理系统140，其用于选择性地冷却马达组件内的产生热量的部件。在直接冷却系统中，冷却剂流体142在性质上可以是工程全浸入液体冷却剂或润滑绝缘变速器油（例如，自变速器油盘32泵送），冷却剂流体142接触一个或多个马达部件的已被加热的“目标”或“热”表面，以直接从（多个）部件中提取热量。如以上关于图1描述的，例如，当电机114构造为马达/发电机单元14时，该电机114经由与车辆变速器16共用的公共冷却回路冷却。替代架构可采用不与变速器16流体连通的专用冷却回路以冷却MGU 14。无论是使用公共系统还是专用系统，冷却剂流体142通过一个或多个冷却剂流体入口144递送到电机114的保护性外马达壳体146的冷却剂套部分中。该冷却剂流体142跨多相定子绕组134的冠和/或从定子芯122的轴向端部突出的引线的暴露部段分布。在冷却电机114之后，携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。

为了最大冷却效率，通常期望的是将最大可能体积和质量的冷却剂流体引导到被冷却的每个部件的目标表面上。此外，由于热传递通常随润湿面积线性增加，因此通常期望的是将冷却剂流体引导到被冷却的每个部件的目标表面的最大可能的接触面积上。如本文中使用的，术语“润湿面积”可定义为包括本领域普通技术人员赋予它的一般和常规含义，包括目标表面的浸入在流体介质中的、与流体介质直接接触的或以其他方式与流体介质接界的总表面积。然而，直接液体冷却的电机面临可测量的量的冷却剂流体天然地流过组件的非目标表面，并且因此不会与目标表面接界。例如，在图3中图示的重力馈送架构中，在冷却剂流体142和马达壳体146的内表面之间的分子间吸引力产生表面张力，在缺乏改善措施的情况下，该表面张力导致进入的冷却剂142“粘”到壳体146侧壁并且流到流体出口148而不接触定子绕组134并且不会从定子绕组134吸取热量。

在确保电机114在校准的温度范围内操作之外，电机114可设计为实现一组预先限定的操作特性，其可包括：相对高的效率（例如，在校准的输出动力和速度范围内至少约85%的效率）、相对高的动力密度（例如，大于约1500瓦每升）、相对高的扭矩密度（例如，大于约5牛顿米每升）以及至少约18000 rpm的最大速度。然而，对于直接液体冷却的马达来说，冷却剂流体可自由地流动通过马达机壳而没有预先限定的路径，并且因此可无意中进入定子和转子之间的气隙。一旦进入气隙，冷却剂（其天然具有比空气高得多的粘度）将增加摩擦损失并且降低马达效率。

以下讨论疏油表面处理，其化学地构造并且策略性定位以从“非目标”表面排斥冷却剂流体并将冷却剂重新引导到电机的“目标”表面。如本文中使用的，术语“疏油”可定义为包括本领域普通技术人员赋予它的一般和常规含义，包括下述物体或物质：其对油和基于油的物质化学厌恶并且因此倾向于排斥油和基于油的物质。疏油表面处理可应用于一个或多个选择的非目标表面，诸如非热表面或非接触低摩擦表面，例如，以分别提高冷却效率或减少电机的风阻损失。如本文中使用的，术语“非热（non-thermal）”可定义为包括本领域普通技术人员赋予它的一般和常规含义，包括不产生热能（即热量）的物体或表面。作为比较点，热物体的示例包括产生基于旋转摩擦的热量的转子芯128和产生基于电阻的热量的发针形绕组134。为了冷却效率和有效性的目的，通常期望的是大部分（如果不是所有的话）冷却剂流体主要接触目标热表面和物体。

如以下将在图3的讨论中描述的，可至少从马达的外壳体146的上半部分排斥冷却剂流体，并且通过外壳体146的内表面上的疏油表面处理将冷却剂流体重新引导到发针形绕组134的暴露端部。使用这样的疏油表面处理将有助于提高热表现而无需对机器硬件进行结构更改，无需添加被动流动控制装置，并且无需添加主动流动控制逻辑和硬件。如以下将在图4的讨论中描述的，通过在转子芯128的外直径（OD）表面和定子芯126的内直径（ID）表面上的疏油表面处理，可禁止冷却剂流体进入定子组件116和转子组件118之间的气隙。同时，在转子组件116和定子组件118之间抽取的任何外来冷却剂流体将通过表面处理的疏油性从气隙中排出。这样的疏油特征的实施不需要对现有机器硬件进行改型，并有助于减少在旋转的转子和静止的定子之间的抗力。

再次参考图3，马达的外壳体146的选择的非热表面以疏油表面处理完工，该疏油表面处理设计为降低每个非目标表面的表面能和润湿面积并且减少接触非目标表面的冷却剂流体的质量。在图示的示例中，非目标表面是外壳体146的内表面147或外壳体的内表面147的选择的区域。根据图示的示例，马达的外壳体146是两部分构造，其带有包围定子组件116和转子组件118的主壳150和冷却剂套152，该冷却剂套152螺栓连接、焊接或以其他方式稳固附接到主壳150的轴向端部。直接冷却热管理系统140的流体入口144通过冷却剂套152的上象限中的相应端口在重力作用下馈送冷却剂流体142。

冷却剂套152的环形部段的内直径（ID）表面147全部或部分地覆盖有疏油表面处理154A、154B。为了便于制造，整个ID表面147可以用疏油涂层或纹理处理。相反，为了最小化制造成本，可以仅对ID表面147的选择的区域进行疏油涂层或纹理处理。以示例而非限制的方式，冷却剂流体142在通过冷却剂流体出口148排放之前可自然汇集在冷却剂套152的底部象限内；因此，可以仅处理ID表面147的上半部分或上三分之二。

所公开的疏油表面处理通过下述排斥并且重新引导油：最小化其非目标表面的润湿面积并且减少接触非目标表面的冷却剂流体的质量。图3中插入的是疏油表面处理的两个非限制性示例：疏油表面粗糙化154A和疏油表面印痕154B。图3的左上角内的插入视图描绘了以多个凹槽151为特点的Cassie-Baxter状态（CBS）疏油表面粗糙化154A，该凹槽151定形状、定尺寸并且布置为在非目标表面147和冷却剂流体142之间形成气穴153。例如，CBS表面处理154A可表现出大约1.6或更大的粗糙度因子（r），在1.6或更大的粗糙度因子下表观接触角足够高以便克服Wenzel理论。随着表面粗糙度增加，由于捕获在槽151中的气穴153，所以基于液体的冷却剂变得更加难以渗透通过槽151。

图3的右上角内的插入视图描绘了带有一系列T形凹渠道155的CBS表面印痕154B，该凹渠道155定形状、定尺寸并且布置为在非目标表面147和冷却剂流体142之间形成气穴157。该图3的疏油表面处理154A、154B可刻蚀到每个非目标表面147中，并且可选地可采取各向异性图案。表面刻蚀可通过任何合适的技术形成，包括紫外（UV）刻蚀、等离子体刻蚀、火焰刻蚀和/或酸刻蚀。应理解的是，可单独地和共同地修改槽151和渠道155的形状、尺寸、位置和相对定向，以实现期望的疏油水平。所公开的疏油表面处理可应用于整个表面或可包括部分涂层以及带有图案的涂层。例如，径向磁通马达的转子表面可以用螺旋图案的疏油涂层处理，该涂层例如将有助于从气隙内侧排斥液体。对于轴向磁通马达，疏油表面处理可应用于并置的、轴向间隔开的转子表面和定子表面。如果轴向磁通马达包括一对环形转子板，每个转子板定位成与定子的相应轴向端部成面对的关系，则疏油表面处理可应用到定子的两个轴向端部面以及每个转子的面对定子的轴向面。

接下来转到图4，马达的定子组件116和转子组件118的选择的非接触、低摩擦表面覆盖有疏油表面涂层以减少摩擦并提高马达效率。在图示的示例中，在两个不同物体上存在两个非目标表面：转子芯128的外直径（OD）表面159和定子芯126的内直径（ID）表面161。如示出的，转子的OD表面159与定子的ID表面161同心并且与之跨气隙115径向间隔开。疏油表面涂层164覆盖一些或全部OD表面159和ID表面161。在该情形中，疏油表面处理164可包括纳米颗粒涂层或基本上由其组成，该纳米颗粒涂层含有二氧化硅（SiO₂）、聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）和/或聚二辛基芴（PFO）。可选地，疏油表面处理164可包括斥油氟聚合物涂层或基本上由其组成，该斥油氟聚合物涂层诸如聚四氟乙烯（PTFE）涂层。疏油表面处理164可以以其他方式包括有机化合物的化学沉积处理或基本上由其组成。该有机化合物可包括二甲基甲酰胺（DMF）材料和/或己烷基材料或基本上由其组成。

在一些实施例中，可通过指令的计算机可执行程序（诸如，程序模块）来实施本公开的各方面，所述计算机可执行程序总体上被称为由本文中所描述的控制器或控制器变型中的任一者执行的软件应用或应用程序。在非限制性示例中，软件可包括执行特定任务或实施特定数据类型的例程、程序、对象、部件和数据结构。软件可形成接口以允许计算机根据输入源做出反应。软件还可与其他代码段协作以响应于结合接收到的数据的源所接收到的数据来开始各种任务。软件可存储在各种存储器介质中的任一种上，所述各种存储器介质诸如为CD-ROM、磁盘和半导体存储器（例如，各种类型的RAM或ROM）。

此外，可利用各种计算机系统和计算机网络构型来实践本公开的各方面，各种计算机系统和计算机网络构型包括多处理器系统、基于微处理器或可编程消费性电子设备、小型计算机、大型计算机等等。另外，可在分布式计算环境中实践本公开的各方面，在所述分布式计算环境中，由通过通信网络链接的常驻和远程处理装置来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可位于包括存储器存储装置的本地和远程计算机存储介质两者中。因此，可在计算机系统或其他处理系统中结合各种硬件、软件或其组合来实施本公开的各方面。

本文中所描述的方法中的任一种均可包括机器可读指令以供由下述执行：（a）处理器、（b）控制器和/或（c）任何其他合适的处理装置。本文中所公开的任何算法、软件、控制逻辑、协议或方法均可被体现为存储在有形介质上的软件，该有形介质诸如，例如，闪存、固态存储器、硬盘驱动、CD-ROM、数字通用光盘（DVD）、或其他存储器装置。整个算法、控制逻辑、协议或方法和/或其部分可替代地由除控制器以外的装置执行和/或以可用的方式被体现在固件或专用硬件中（例如，由专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑装置（PLD）、现场可编程逻辑装置（FPLD）、离散逻辑等实施）。进一步地，虽然参考本文中所描绘的流程图来描述具体算法，但是可替代地使用许多其他方法来实施示例机器可读指令。

已参考所图示的实施例详细描述了本公开的各方面；然而，本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下可对其作出许多改型。本公开不限于本文中所公开的精确构造和组成；从前述描述显而易见的任何和所有改型、改变和变型均在如由所附权利要求限定的本公开的范围内。此外，本构思明确地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，包括：

外壳体；

直接冷却热管理系统，所述直接冷却热管理系统流体连接到所述外壳体并且构造为使冷却剂流体循环到所述外壳体；

定子组件，所述定子组件附接到所述外壳体并且包括定子芯，其中，电磁定子绕组安装到所述定子芯；和

转子组件，所述转子组件能相对于所述定子组件移动并且包括转子芯，其中，磁体或转子绕组安装到所述转子芯，

其中，所述外壳体、所述转子组件和/或所述定子组件具有带有疏油表面处理的非目标表面，所述疏油表面处理构造为减少所述非目标表面的润湿面积并且降低接触所述非目标表面的所述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，所述非目标表面包括所述外壳体的内表面。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，所述外壳体包括包围所述定子组件和所述转子组件的主壳，以及附接到所述主壳的轴向端部并且流体连接到所述直接冷却热管理系统的冷却剂套；并且其中，所述内表面是所述冷却剂套的环形部段的内直径（ID）套表面，所述疏油表面处理覆盖基本上全部所述ID套表面。

4.根据权利要求1所述的电机，其中，所述非目标表面包括所述转子组件和所述定子组件的面对地相对表面。

5.根据权利要求4所述的电机，其中：所述转子芯在所述定子芯的中空中心内侧同心地对准；并且其中，所述面对地相对表面包括所述转子芯的外直径（OD）表面和所述定子芯的内直径（ID）表面，所述疏油表面处理覆盖一些或全部所述OD表面和所述ID表面。

6.根据权利要求4所述的电机，其中：所述转子芯与所述定子芯轴向地间隔开；并且其中，所述面对地相对表面包括所述转子芯的转子轴向面和所述定子芯的定子轴向面，所述疏油表面处理覆盖一些或全部轴向间隔开的且面对地相对的转子轴向面和定子轴向面。

7.根据权利要求1所述的电机，其中，所述疏油表面处理包括带有多个凹槽的Cassie-Baxter状态（CBS）表面粗糙化，所述凹槽构造为在所述非目标表面和所述冷却剂流体之间形成气穴。

8.根据权利要求1所述的电机，其中，所述疏油表面处理包括带有一系列T形凹渠道的Cassie-Baxter状态（CBS）表面印痕，所述T形凹渠道构造为在所述非目标表面和所述冷却剂流体之间形成气穴。

9.根据权利要求1所述的电机，其中，所述疏油表面处理包括含有二氧化硅（SiO₂）、聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）和/或聚二辛基芴（PFO）的纳米颗粒涂层。

10.根据权利要求1所述的电机，其中，所述疏油表面处理包括斥油氟聚合物涂层。

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