CN1722575A - 电动机/发电机和冷却机电式变速器的方法 - Google Patents

Abstract

一种机电式变速器，包括一个支撑在转子毂上的转子，该转子毂具有至少一个形成在其中的通道，用于向所述转子提供冷却流体。优选地，冷却流体通过一个孔提供给该通道，以控制流量。转子的内径由转子毂支撑，流体由处于转子内径的转子毂汇集，用于冷却转子。优选地，通过离心力将流体从转子毂射向转子端部，然后射到围绕转子的定子的定子绕组内径侧上。也提供了一种冷却机电式变速器的方法。

Description

电动机/发电机和冷却机电式变速器的方法

相关申请的交叉文献

本申请要求于2004年3月22日提交的美国在先申请60/555141的优先权，该申请的全部内容合并于此作为参考。

技术领域

本发明涉及在混合机电式变速器中冷却马达/发电机。

背景技术

混合式电力装置在燃料节约和进一步减少排放方面还有改进的余地。混合式电力装置合并了传统的内燃机和机电式变速器，其中机电式变速器具有一个或多个系列或平行放置的电动机/发电机以及例如行星式齿轮组的齿轮装置。电动机/发电机在推进力或能量吸收(储存)方面起到促进作用，这取决于运行模式。当与任何能量转换装置一起应用时，马达/发电机的效率低于100％，并且排出一定能量，例如热。需要有效除去这种废物热量，从而达到燃料高效机动车辆的目的。

发明内容

提供了一种有效的马达冷却系统，该系统与用于行星式齿轮装置和离合器的冷却系统一体形成。在本发明的范围内，一种电动机/发电机包括支撑转子的转子毂，其中电动机/发电机具有环绕基本上环形的转子的基本上环形的定子。所述转子毂具有至少一个形成在其中的通道，从而使冷却流体流过其中用于冷却转子。优选地，一个基本上径向的通道从内端延伸穿过转子毂到达外端，并且在外端处由转子密封。一个基本上轴向的通道与该径向通道相交叉，在该径向通道中的流体可以通过离心力和/或泵送流体的压力穿过径向通道排出转子毂。

所述转子毂可以在所述径向通道内端处形成环形通道，以收集冷却流体，使其穿过该通道。转动传送元件，例如共轴线的轴，可以在其间形成一个腔，该腔中容纳压缩的流体，压缩流体穿过一个孔定量进入内端环形通道。从该腔中流出的冷却流体也可以供给到其它需要润滑的元件，例如轴承。

优选地，所述转子毂包括一径向的支撑部分和一从此处基本上轴向延伸的肩部。所述肩部具有径向向内突出的端部，从而在端部和所述径向支撑部分之间形成一肩部环形通道。从所述转子毂中的通道流出的冷却流体由所述端部收集，并射向所述肩部环形通道，从而保持在与转子内径相对的转子毂上，这是用于冷却的重要区域。离心力使汇集的流体穿过肩部端部射进在马达外壳和转子毂之间形成的间隙。流体流经该间隙，流到转子端部上，并远离转子端部射到定子绕组的内径上。直接冷却转子端部是一种从转子上除去大量热量的有效途径。由于定子绕组的内径侧难于冷却，所以尤其通过从绕组的外径向内流动的流体来进行冷却。通过直接冷却内侧的绕组，本发明提供了一种有效的方法，减少了试图压迫流体向内穿过致密的外部绕组所作的努力。

因此，一种冷却机电式变速器的方法包括将转子支撑在转子毂上，在转子毂中提供至少一个通道(例如通过机加工)，从而使冷却流体被导向穿过该通道以冷却转子。可以与该通道流体连通形成一个腔，根据该方法限制流体在所述腔到所述通道之间的流动(例如通过一个孔)。该方法可以包括，捕集在该通道的内端处由转子毂形成的环形通道中的孔提供的流体。优选地，提供一种需要润滑的部件，从该腔流出的流体也用于冷却该部件，这样就将转子冷却与变速器中的其它冷却系统相结合。该方法中还可以包括，在上面所述的肩部环形通道中汇集流体，使从环形通道流出的冷却流体穿过在马达外壳和转子毂之间的间隙，射向转子端部，然后流向定子绕组的内径。

当随附图一起考虑本发明时，从下面对用于实施本发明的最优实施方式的详细描述中，可以明显的看出本发明的上述特征和优点以及其它的特征和优点。

附图说明

图1是具有一个马达/发电机的机电式变速器的横截面示意图，其中马达/发电机配有一个由转子毂支撑的转子；和

图2是图1中马达/发电机的局部横截面示意图，示出了冷却流体的流动通道。

具体实施方式

参照附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1示出了具有中心轴线12的混合机电式变速器10。在图1中分别由A和B表示的第一和第二电动机/发电机组件14，16位于变速器10内中心轴线12的周围。如下面图2所示和说明，每个马达/发电机组件都包括一个转子，一个支撑转子的转子毂，一个定子和一个支撑定子的马达外壳。主轴20绕中心轴线12可转动地纵向设置。多个内轴承，例如内轴承22，绕主轴20同心设置，并且能够绕中心轴线转动。输入轴24设置在主轴20的前方，并且可用于从发电机向变速器10传递电力。包括在变速器10中的一个或多个离合器(分别示出的第一离合器26、第二离合器28、第三离合器30和第四离合器32)接合，使得第一、第二和第三行星式齿轮组34、36和38中的一个或多个分别互相连接，从而以各种比率向输出部件39传递电力。

参照图2，示出了一种独特的马达/发电机冷却装置。仅仅示出了第一马达/发电机组件14，第二马达/发电机组件16具有相同的结构并以相同的方式进行冷却。流向第一马达/发电机组件14的转子40的冷却油液流(由箭头表示)通过齿轮轴承和离合器润滑系统提供。流体从主轴20中的导管41流出穿过主轴20中的第一孔42，穿过一压缩间隙或第一腔44和形成在内轴承22中的第二孔46，到达转动部件之间的第二腔48。第二孔46限制流向第二腔48中的流量。穿过第二孔46的流速由以孔直径和流体压力为基础的流量方程式确定，本领域的技术人员可以很好的理解这些。这种流速的精确控制使得转子冷却相对于系统效率来说(即对于冷却需求相对于消耗用来分配冷却流体的能量来说)可以最佳化。

第一腔44形成在同心主轴20和内轴承22之间。导管41和腔44、48中的压缩流体通过一个泵(未示出)从一个流体源提供，例如一个贮油槽(未示出)，这是本领域公知的。特别地，用于冷却转子40的流体也用于冷却传动齿轮装置，例如行星式齿轮组34和止推轴承50，这在图2中很明显，第一腔44和第二腔48也与这些部件流体连通。

流过第二孔46进入第二腔48中的流体被捕捉在环形通道52中，该环形通道52在马达/发电机转子毂54的内径53上形成。然后，流体被离心地导入径向通道56(示出了一个)，优选从转子毂54的外径57处钻取该通道56。环状通道52在径向通道56的内端55处。当转子40放在转子毂54上时，径向通道56的外端58由转子40的内径60密封。平行钻取轴向通道62，并且轴向通道62与径向通道56交叉。径向通道56在转子毂54的径向支撑部分64中形成。一类似凸缘的、基本上轴向的肩部66从径向支撑部分64处延伸。

冷却流体流经径向通道56和轴向通道62，然后沿着肩部66的内径68导向。肩部66的端部70A、70B径向向内延伸，从而在径向支撑部分64和各自的端部70A、70B之间形成肩部环状套筒72A、72B。端部70A、70B捕捉从轴向通道62排出的流体，将其汇合到环状套筒72A、72B中，从而在肩部66的内径68处提供了一层流体，以消除从转子40的内径60散发的热。通过绕着肩部66的内径68提供均匀的流体分配，就可以使对转子内径60的冷却更加均匀。

流体溢出端部70A、70B，并被离心地导向在肩部66或转子毂54分别与上下两件马达外壳78A、78B之间形成的间隙76A、76B中。从间隙76A、76B排出的流体被离心地径向向外射向转子40的端部80A、80B，从而从转子40上除去多余的热量。最后，流体从转子端部80A、80B被径向向外射向定子84的马达/发电机定子绕组82A、82B的内径81，以促进冷却环形定子绕组82A、82B的内径侧。(定子84优选与马达外壳78B干涉配合，以包围转子40。)特别地，高密度的定子绕组使得在接近环形绕组外径86的定子绕组一侧引入的流体难以到达定子绕组的内径81(即，流体难以径向向内穿过绕组)。因此，通过冷却绕组的内径侧，就可以减少定子外径86的冷却，并因此提高系统效率。冷却定子绕组82A、82B后，在使流体返回到导管通道以重新开始冷却操作之前，流体被排向一个贮槽并通过散热器进行冷却，这是本领域公知的。

因此，冷却流体被传送到最重要的位置，以除去定子或转子(即转子内径、转子端部和定子绕组的内径侧)上的热量；因为将流体直接提供到这些区域，所以就会避免与其它冷却方法相关的低效率，例如喷射冷却和喷溅冷却所固有的旋转损失。另外，例如在喷溅冷却装置中需要将流体导向部件的换向器的额外结构可以不再是必要的了。

如上相关于图1和2的结构所描述的，本发明提供了一种冷却机电式变速器10的方法，该方法包括将转子40支撑在转子毂54上，在转子毂54中形成至少一个通道56、62，以使冷却流体流过用于冷却转子的通道。接下来，冷却流体被导向穿过用于冷却转子的通道。可以形成一个腔(第二腔48)与通道56、62流体连通，并依照该方法使流体限制为从该腔流向通道(例如，通过第二孔46)。该方法可以包括捕捉从环形通道52中的孔46流来的流体，其中环形通道52由通道56的内端55处的转子毂54形成。优选地，提供一需要润滑的部件(第一行星式齿轮组34和止推轴承50)，从腔44流来的流体也用于冷却该部件，这样就使马达冷却与变速器中的其它冷却系统相结合。该方法中还可以包括，在上面所述的肩部环形通道72A、72B中汇集流体，使从环形通道72A、72B流出的冷却流体穿过马达外壳78A、78B和转子毂54之间的间隙76A、76B，射向转子端部80A、80B，然后流向定子绕组82A、82B的内径81。

虽然详细描述了用于实施本发明的最优实施例，但是与本发明相关领域的技术人员能够认识到多种替换设计和实施方式，以在附加的权利要求范围内实施本发明。

Claims (20)

1.一种电动机/发电机，具有基本上环形的定子和转子，包括

一个支撑转子的转子毂，其特征在于所述转子毂具有至少一个形成在其中的通道，允许冷却流体流过其中用于冷却转子。

2.如权利要求1的电动机/发电机，其特征在于所述至少一个通道包括一个基本上径向的通道和一个基本上轴向的通道，所述径向通道与所述轴向通道相交叉，以使得冷却流体通过所述轴向通道排出所述径向通道。

3.如权利要求1的电动机/发电机，其特征在于所述至少一个通道具有一个内端；和所述转子毂在所述至少一个通道内端处形成环形通道，以收集冷却流体以流过所述至少一个通道。

4.如权利要求1的电动机/发电机，其特征在于所述转子毂具有一外径；

所述至少一个通道在所述外径处具有一外端；和

转子在所述外径处由转子毂支撑，转子因此密封所述外端以堵塞从此流过的流体。

5.如权利要求1的电动机/发电机，其特征在于所述转子毂包括一基本上径向的支撑部分和一从此处基本上轴向延伸的肩部；

所述肩部的一端径向向内突出，从而所述肩部在所述径向支撑部分和所述端部之间形成一肩部环形通道；和

从所述至少一个通道流出的冷却流体由所述端部收集，并汇集在所述肩部以冷却转子。

6.如权利要求5的电动机/发电机，其特征在于转子具有一端条，马达/发电机还包括：

一容纳转子、定子和转子毂的马达外壳；和

所述马达外壳与所述转子毂间隔开，以在其间形成间隙；和

汇集在所述肩部环形通道的流体溢出通过端部并流经所述间隙，流到转子的端条上以冷却转子。

7.一种混合机电式变速器，包括：

一电动机/发电机，包括：

一转子；

一支撑所述转子的转子毂，该转子毂在其中形成有至少一个通道；

一需要润滑的传动部件；

传动元件形成一个腔；

其特征在于，所述腔与所述需要润滑的传动部件和所述至少一个通道流体连通，以将冷却流体提供给所述需要润滑的传动部件而对其冷却，和提供给所述转子毂而将其冷却。

8.如权利要求7的混合机电式变速器，其特征在于所述传动元件包括在其间形成腔的共轴线的轴。

9.如权利要求7的混合机电式变速器，其特征在于至少一个所述传动元件形成一个孔；和所述腔通过所述孔与所述至少一个通道流体连通，以控制流向所述至少一个通道的流量。

10.如权利要求9的混合机电式变速器，其特征在于所述至少一个通道具有一内端；所述转子毂在所述内端形成一环形通道，以使得流体流经所述孔。

11.如权利要求7的混合机电式变速器，其特征在于所述转子具有一端条；变速器还包括：

一马达外壳，容纳转子、定子和转子毂且与所述转子毂间隔开，以在其间形成间隙；和

所述至少一个通道与所述间隙流体连通，从而流出所述至少一个通道的流体通过离心力流经所述间隙，并被抛向所述端条，以将其冷却。

12.如权利要求11的混合机电式变速器，其特征在于所述定子具有绕组，绕组具有一内径和一外径；和

通过离心力将流体从所述转子端部抛向所述绕组的内径，以冷却绕组。

13.如权利要求7的混合机电式变速器，其特征在于所述转子毂具有一径向支撑部分和基本上从所述径向支撑部分轴向延伸的肩部；和

所述肩部具有径向向内突出的端部，从而所述肩部在所述端部和径向支撑部分之间形成一肩部环形通道通道；所述肩部环形通道与所述至少一个通道流体连通，以将从至少一个通道流出的流体汇集到所述环形通道中，从而冷却转子。

14.一种冷却机电式变速器的方法，包括：

将转子支撑在转子毂上；

在所述转子毂中提供至少一个通道，以使冷却流体流经所述至少一个通道而冷却转子；和

将冷却流体导向穿过所述至少一个通道，从而冷却转子。

15.如权利要求14的方法，还包括：

形成一个与所述至少一个通道流体连通的腔；和

限制流体在所述腔和所述至少一个通道之间流动，以控制从所述腔流出的流体的量，来冷却转子。

16.如权利要求15的方法，还包括：

提供一与所述腔流体连通的需要润滑的传动部件，使得从所述腔流出的流体也提供给所述需要润滑的传动部件，从而将传动部件冷却。

17.如权利要求14的方法，还包括：

将从所述孔流出的流体汇集到一个环形通道中，该环形通道由所述转子毂在所述孔和所述至少一个通道之间形成。

18.如权利要求14的方法，还包括：

将流体汇集到环形通道，以冷却所述转子，所述环形通道由所述转子毂相对所述转子形成。

19.如权利要求18的方法，还包括：

将从所述环形通道流出的冷却流体径向向外抛到所述转子的端部，用于冷却所述转子的端部。

20.如权利要求19的方法，其特征在于所述转子支撑在所述定子内，所述定子包括绕组，该方法还包括：

将从所述转子的端部流出的冷却流体径向向外抛到所述绕组的内径上，用于冷却绕组。

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