CN216290395U - 电动马达系统 - Google Patents

Abstract

提供了电动马达系统。一种电动马达系统，在一个示例中，包括：转子，该转子具有多个轴向空气导管；第一平衡板，该第一平衡板定位在转子的第一轴向侧，该第一平衡板包括入口空气管道和出口空气管道；以及第二平衡板，该第二平衡板定位在转子的第二轴向侧，该第二平衡板包括入口空气管道和出口空气管道。在电动马达系统中，第一平衡板中的入口空气管道与第二平衡板中的入口空气管道径向地偏移。

Description

电动马达系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年3月31日提交的题为“电动机冷却系统和所述系统的操作方法(ELECTRIC MOTOR COOLING SYSTEM AND METHOD FOR OPERATION OF SAID SYSTEM)”的美国临时专利申请号63/002808的优先权，出于所有目的，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及电动马达(电动机)系统。

背景技术

电动马达的热力学特性影响电动马达的性能。一些电动马达采用冷却罩套(例如，水或油冷却罩套)从电动马达定子去除热量。从电动马达壳体延伸的冷却翅片也可以用于冷却电动马达。然而，在某些电动马达中，先前的空气和液体冷却装置可能无法实现内部电动马达部件的期望冷却目标。例如，在某些电动马达中，可能需要额外的定子端部绕组和转子叠片冷却。在功率密度相对较高的电动马达中，这些冷却挑战可能更为明显。

实用新型内容

为了克服上述挑战中的至少一些，提供了一种电动马达系统。在一个示例中，该系统包括具有多个轴向空气导管的转子。该系统还包括位于转子的第一轴向侧上的第一平衡板。第一平衡板包括入口空气管道和出口空气管道。具体地，在一个示例中，第一平衡板包括按序布置的多个入口和出口。该系统还包括位于转子的第二轴向侧上的第二平衡板。第二平衡板包括入口空气管道和出口空气管道。此外，在该系统中，第一平衡板中的入口空气管道与第二平衡板中的入口空气管道径向地偏移。管道的径向偏移允许通过离心力在系统中实现抽吸和排放行程。因此，当转子旋转时，发生空气通过空气管道和导管的循环，驱动转子芯部冷却。由于空气冷却，电动马达效率增加。

在另一示例中，第一平衡板中的出口空气管道可以引导空气朝向第一定子端部绕组，并且第二平衡板中的出口空气管道可以引导空气朝向第二定子端部绕组。引导气流(例如，湍流气流)靠近端部绕组允许附加的电动马达冷却，进一步增加电动马达效率。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了电动马达的端视图；

图2示出了图1中示出的电动马达中的冷却系统的截面图；

图3示出了图1中示出的电动马达中的端盖的详细视图；

图4示出了图1中示出的电动马达中的平衡板的详细视图；

图5示出了电动马达转子中的平衡板的第二示例；

图6示出了包括在图5中示出的电动马达转子中的转子芯部的详细视图；

图7示出了平衡板的第三示例；

图8示出了用于运行电动马达冷却系统的方法；以及

图9示出了电动马达中的冷却系统的另一示例。

图2-图6和图9大致按比例绘制。然而，在其它实施例中，可以使用部件的其它相对尺寸。

具体实施方式

本文描述了一种对电动马达进行高效地空气冷却的系统。该系统包括延伸通过转子的导管和转子平衡板中的管道。这些导管和管道引导空气通过转子并且在某些情况下排出定子端部绕组附近的空气以实现期望的冷却。详细地说，在一个示例中，空气可以在流过转子叠片和定子端部绕组周围时被加热，随后在其行进穿过电动马达的端盖和/或壳体的一些部段时被冷却。在某些示例中，气流可能经由离心力被动地产生。以这种方式，在某些情况下，转子和端部绕组冷却可以使用稳定系统(robust system)而不使用主动控制方案来实现。因此，与主动控制的电动马达冷却系统相比，系统成本降低并且系统可靠性升高。然而，可以理解，在一些实施例中，系统还可以包括与空冷系统同时工作的、具有主动控制泵的液体冷却系统。例如，在这种示例中，冷却剂通路可以横穿相邻于空气导管的转子芯部。如果需要，对转子芯部提供空气冷却和在某些情况下提供液体冷却使得电动马达效率能够升高。

图1示出了电动马达100的示例的截面图。可以理解，图1的截面图截取自径向对齐平面。电动马达100可以部署在各种运行环境中，包括：汽车应用(例如，轻型、中型和重型车辆)、工业设施、农业设备等。例如，在一个用例情况中，电动马达100可以集成在混合动力车辆或电池电动汽车(BEV)中。

可以取决于最终用途的设计目标，使用各种合适的电动马达构造。例如，电动马达可以是交流(AC)电动机或直流(DC)电动机。AC 电动机类型包括异步电动机(例如鼠笼式(squirrel cage)和绕线转子式 (wound rotor))和同步电动机。在某些实施例中，可以使用诸如多相的同步电动机。可以部署的多相电动机的类型包括永磁体式、同步磁阻式、混合同步式(例如，永磁体辅助同步磁阻式)、同步感应式和磁滞式。继续AC电动机的所用实例，在某些情况下，可以采用同步永磁体电动马达，这是由于其具有高转换效率。

电动马达100包括封围内部部件的壳体102。包括第一端部绕组106的定子104可以经由壳体102封围。端部绕组106可以包括多条卷绕导线或发夹导线(例如，圆导线、矩形导线、扁平导线等)，它们位于定子104的芯部外部。然而，可以理解，定子芯部还包括延伸穿过其中的导线部段。此外，定子104可以从能量储存装置108(例如，电池、电容器等)接收电能，并且在某些情况下，诸如当电动马达被设计成具有再生功能时，将电能传递到能量储存装置108。箭头110表示该能量传递。电动马达还包括转子112，其具有围绕轴线118旋转的芯部114和转子轴116。在图2-图7中也提供了旋转轴线118以供参考。可以理解，径向方向是垂直于旋转轴线118的任何方向。此外，图1-图7和图9中还提供了包括x轴、 y轴和z轴的坐标系190，以供参考。在一个示例中，z轴可以是垂直轴线， x轴可以是横向轴线，和/或y轴可以是纵向轴线。然而，在其它示例中，轴线可以具有其它定向。可以理解，电动马达可以设计成产生呈第一旋转方向的旋转输出和在某些示例中的呈第二旋转方向的旋转输出。此外，在一些示例中，电动马达可以设计成能以再生模式工作，在再生模式中电动马达接收旋转输入并且产生响应于接收的旋转输入的电能。

转子芯部114可以包括多个金属叠片115(例如，叠片磁性钢或铁)或者固体磁性金属。因此，转子芯部114包括磁交互部分(例如，永磁体或电磁体)。可以理解，在电动马达运行期间，转子112可以在定子 104保持相对静止的情况下旋转。

定子104和转子112被构造成电交互作用以产生旋转输出，并且在某些情况下，在一个用例示范中，产生响应于从诸如车辆传动系的外部源接收的旋转输入而产生电能。然而，如前所述，电动马达可以用在各种运行环境中。因此，电动马达100被构造成产生旋转输出，并且在一些示例中，在再生模式下，接收旋转输入并且生成电能输出。因此，电动马达100可以设计成从能量储存装置108接收电能，并且在某些示例中，将能量传递到能量储存装置。有线和/或无线的能量传递机制可以用于促进这种能量传递功能。

所示的第一平衡板120附接至转子芯部114。该平衡板120可以设计为考虑转子112中的不平衡。详细地说，可以选择在本文中更详细地描述的第一平衡板120和第二平衡板的质量和质量分布来平衡电动马达中的残留不平衡力。换句话说，平衡板可以提供在本文中更详细讨论的冷却气流动力学以及在一个示例中的实质性的平衡功能。图1还示出了表示图2 中所示的截面图的位置的切割平面2-2。

在另一实施例中，液体冷却系统122构造成使工作流体(例如水、水和乙二醇的混合物、油等)循环通过转子芯部114，该液体冷却系统122 可以被包括在电动马达100中。如所示的，液体冷却系统122可以包括经由箭头指示的流体通路124，流体通路124将冷却流体引导到转子芯部114 中。此外，图2中所示的流体通路240可以横穿(例如，轴向地横穿)转子芯部114。

在图9所示的另一示例中，电动马达902的壳体900可以包括翅片904。这些翅片从壳体向外延伸，并且通过自然对流和/或强制对流使得壳体能够冷却。在另一个示例中，壳体可以另外地或可选地包括一个水罩套，冷却剂循环通过该水罩套以从其去除热量。具体地，水罩套可以使冷却剂围绕壳体的外周流动。图9中所示的电动马达902与图1-图2中所示电动马达100共用其它的共同特征，并且省略了这些重叠特征的相同说明，以便简化。

与热交换器128(经由方框示意性描汇)流体联通的泵126也可以包括在液体冷却系统122中。流体管线130在泵126和热交换器128之间延伸。泵126构造成使流体循环通过通路124，并且热交换器128设计成将热量从流过其中的流体传递到周围环境。在一个示例中，泵126可以构造成对循环通过冷却剂回路的冷却剂的流量进行调节。泵126和热交换器 128可以包括的常规部件以实现上述功能。例如，泵可以包括壳体、腔室、通路、阀、活塞等。热交换器可以包括壳体、通路、热翅片等。液体冷却系统122还可以包括被构造成主动地调节流体流量的阀132。然而，在其它实施例中，可以从液体冷却系统中省略该阀。在其它实施例中，可以从电动马达100中省略液体冷却系统。

电动马达100可以联接至具有控制器152的控制系统150。控制器152包括处理器154(例如，微处理器单元和/或其它类型的电路)和存储器156(例如，随机存取存储器、只读存储器、保持活动(不失效)存储器、这些的组合等)。控制器152可以被构造成对系统部件158发送控制命令以及接收来自传感器160和其它适合部件的信号。可控部件可以包括电动马达100(例如，电动马达定子)。可以理解，可控部件可以包括致动器以使部件能够调节。传感器可以包括马达温度传感器162、转子位置传感器164等。以这种方式，控制器152可以接收指示电动马达的速度的信号，并且基于该速度信号调节电动机的输出。电动马达中的其它可控部件也可以以类似的方式工作。例如，液体冷却系统122中的泵126和阀132可以从控制器接收控制命令。此外，可以理解，控制器152可以经由有线和/或无线通信发送和接收信号。

图2示出了电动马达100的另一截面图。同样描绘了壳体102、转子112和定子104。具体地，示出了转子轴116、具有叠片115的转子芯部114和第一定子端部绕组106。定子104还包括第二端部绕组200。端部绕组定位在电动马达100的相对的轴向两侧202上。第一平衡板120与第二平衡板204被一起示出。平衡板120、204也布置在电动马达100的相对的轴向两侧202上。此外，第一平衡板和第二平衡板彼此径向地偏移开。换句话说，这些平衡板彼此旋转地偏移开。

电动马达100还包括一对端盖206、207(第一端盖206和第二端盖207)。这些端盖206、207可以从转子轴116延伸到壳体102的主体 208。以这种方式，电动马达中可以形成封壳。如图2中描绘的，轴承209、 211附接到转子轴116。轴承209、211支承并且允许转子轴旋转。可以基于电动马达设计目标选择使用滚子元件轴承、滑动轴承等。在图示实施例中，轴承209、211至少部分地封围在端盖206、207中。附加地或者替代地，轴承可以定位在端板的内侧或外侧。端盖206、207可以包括多个翅片，这些翅片将空气从端部绕组引导到转子轴附近更集中的位置。本文根据图3 更详细地描述了端盖翅片的各个方面。然而，在其它示例中，端盖206、207 可以从电动马达100中省略。

空气冷却系统210设置在外壳内。空冷系统210包括多个通路，这些通路允许空气循环通过电动马达的封壳。详细地说，示出了延伸通过转子芯部114的第一轴向空气导管212和第二轴向空气导管214。例如，轴向空气导管可以延伸通过转子芯部中的叠片。在某些情况下，引导空气轴向地通过转子叠片可减少转子中的热点，这是由于转子叠片呈现出比轴向导热更高的径向导热。此外，在一些示例中，轴向空气导管212、214可以经由存在于转子叠片中的已有的孔来形成，或者可以通过对存在于转子叠片中的孔进行扩展来形成。然而，在其它示例中，叠片的构造可以被重新设计以包括轴向空气导管。

此外，第一轴向空气导管212和第二轴向空气导管214彼此径向偏移开。第一平衡板120包括入口空气管道216和出口空气管道218。同样，第二平衡板204包括入口空气管道220和出口空气管道222。第一平衡板 120中的入口空气管道216用作第二轴向空气导管214的入口，而第二平衡板204中的出口空气管道222用作第二轴向空气导管214的出口。此外，第一平衡板120中的出口空气管道218用作第一轴向空气导管212的出口，而第二平衡板204中的入口空气管道220用作第二轴向空气导管214的入口。

在一个示例中，平衡板120、204中的出口空气管道和入口空气管道216、218、220、222可以成一定轮廓形状，以在电动马达运行期间被动地产生通过空冷系统210的气流。在这种示例中，离心力被用于驱动空冷系统210中的空气循环。详细地说，箭头224表示通过电动马达中的空气冷却系统210的气流导管、管道和其它流动区域的气流方向。可以理解，尽管箭头表示系统中的气流的大体方向，但是在更精细的尺度(granular scale)上，气流型式可能呈现更高的复杂性。

如图2所示，空气沿着第一轴向方向行进通过第一轴向空气导管 212，并且进入到第一平衡板120中的出口空气管道218中。当空气流过第一轴向空气导管212时，热量从转子芯部114传递到导管中的空气。接着，来自出口空气管道218的空气被引导到第一定子端部绕组106周围的区域 226中。以这种方式，端部绕组106的热量可以被传递到空气中，以冷却端部绕组。可以理解，在某些情况下，端部绕组仍然通过被转子芯部预热的空气而冷却，这是由于端部绕组通常比转子芯部温度高。从出口空气管道 218离开的空气的方向和速度对应于出口空气管道的轮廓。因此，可以选择出口空气管道218的几何形状(例如，截面轮廓、流出角、流入角、长度等)以实现所需的方向和速度，所述方向和速度在第一定子端部绕组106 周围的区域226中产生所需的湍流的量。在区域226中产生湍流气流允许热量从第一端部绕组106传递到第一端盖206和壳体102。以这种方式，可实现沿着壳体和端盖的空气循环的增加，促进由通过转子芯部和接近端部绕组的气流吸收的热量向周围环境的发散。

此外，从出口空气管道218离开的空气可以朝向第一端部绕组 106流动，并且随后流动通过第一端盖206中的通道(例如，径向对齐通道) 和/或靠近壳体208的第一端部绕组106周围。当空气在第一端部绕组106 周围和相邻于壳体主体208流动时，热量借助于壳体从空气传递到周围环境。

第一端盖206中的通道可以经由翅片260形成，翅片260在图 3中更详细地示出，并且在本文更详细地讨论。以这种方式引导空气通过第一端盖206允许热量从第一端部绕组106传递到第一端盖206，随后传递到周围环境。在进入区域262时，行进通过第一端盖206中的通道的空气被引导朝着转子轴116。随后，空气流入到第一平衡板120中的入口空气管道216中，随后流入到第二轴向空气导管214中。随后，空气沿轴向方向流过第二轴向空气导管214，并且流入到第二平衡板204的出口空气管道222 中。

行进通过第一轴向空气导管212和第二轴向空气导管214的空气的大体方向彼此相反。在冷却系统中具有逆流(counter-flow)布置可以增加转子芯部冷却的均匀性。离开出口空气管道222的空气再次被引导到第二端部绕组200周围的区域228。从第二端部绕组200，空气行进通过第二端盖207中的经由翅片264形成的通道，进入到靠近转子轴116的区域230 中。

空气从区域230流动到第二平衡板204中的入口空气管道220，随后再流入到第一轴向空气导管212中。空气也可以从区域230流动到第二平衡板204中的其它入口空气管道。因此，气流型式(airflow pattern) 总体上径向向外流过出口空气管道，随后向内流动通过平衡板中的入口空气管道。可以理解，气流型式可以呈现连续流动，允许空气不间断地流过电机。换句话说，经由冷却系统导管中的抽吸和排放行程来驱动连续的空气路径。因此，相对于没有连续气流型式的系统，可以实现更大的电动马达冷却。

可以理解，空气冷却系统210中的气流回路可以被基本上密封 (例如，完全闭合)。因此，该系统中的气流导管、管道等可以与电动马达周围的大气流体地隔离。因此，在一个示例中，冷却系统可以设计成大体不会产生通过定子104与转子112之间的气隙250的额外气流。详细地说，通过空冷系统210的净气流可以基本上为零(例如，0)，以避免气隙中流量的增加。以这种方式，电动马达中的额外损耗减少(例如，避免)。已经发现，通过电动马达的计算流体动力学(CFD)测试，具有本文描述特征的所用实例的空气冷却系统的电动马达具有相对较低的损耗(例如，在8000转/分钟(RPM)时为130瓦特(W)，这是相比于没有转子冷却系统的类似电机的120W而言的。因此，当部署空气冷却系统210时，电动马达可能不会经历显著的风阻损失。此外，空气冷却系统可以允许电动马达通过冷却获得扭矩增益。

在一个示例中，第一平衡板和第二平衡板120、204在几何形状和尺寸方面基本等同，但是被布置成旋转地偏移以允许转子112中的轴向空气导管具有交替的抽吸和排放的动力学。以这种方式，空气被引导而轴向地通过轴向空气导管212、214。由于抽吸和排放行程中的变化，在电动马达的凸缘处可能存在相对较高的湍流，由此增加热传递和电动马达冷却。如果电动马达设计成(如果需要)在车辆所用实例场景中在反向驱动运行模式或再生模式期间以相反方向旋转，则设计具有基本相同尺寸和轮廓板的平衡也允许空气冷却系统实现冷却功能。

此外，使第一平衡板和第二平衡板120、204旋转偏移允许第一轴向空气导管212和第二轴向空气导管214中的气流的总体方向在逆流布置中彼此相对。由于平衡板的类似尺寸和轮廓形状，电动马达的制造成本可以降低。

在图2中同样示出液体冷却系统122，具有泵126、热交换器128、阀132和流体通路124、240。详细地说，流体通路240可以布置成相邻于第一轴向空气导管212和/或第二轴向空气导管214。然而，如先前所讨论的，在一些实施例中，可以从电动马达中省略液体冷却系统。

壳体102和端盖206、207可以由金属(诸如钢、铝、这些的组合等)构成。在一个具体实例中，例如，壳体和端盖可以包括铝，这是由于铝的导热率高于钢。然而，也可以使用由钢构造的壳体和/或端盖，这是由于其具有较低成本和/或耐用性。端部绕组106、200中的导线可以由导电材料(诸如铜)构成。定子也可以由钢(例如，叠片的钢)构成。此外，平衡板120、204可以由金属(诸如钢、铝、这些的组合等)构成。此外，转子112可以由钢、铜、铝等构成。

图3描绘了第一端盖206和壳体102的主体208的详细视图。第一端盖206被示出为包括内板300，该内板300可以相邻于图2中所示的第一平衡板120。第一端盖206还包括联接至壳体102的外板302。多个翅片 260在内板300和外板302之间延伸。翅片260被设计成将空气从定子端部绕组周围的区域引导到电动马达的靠近图2中所示的平衡板120、204的入口管道的中心区域。可以理解，该气流型式允许空气在流过第一端盖206 时由于从端盖和壳体到周围环境的热传递而被冷却。具体地，在所示的实施例中，翅片260径向地对齐并且包括两个相对的平面侧。然而，已经设想了弯曲的翅片和非径向对齐的翅片布置。

可以理解，图2中所示的第二端盖207可以具有与第一端盖206 类似的尺寸和几何轮廓。如果需要，以这种方式设计端盖可以允许电动马达的生产成本降低。然而，替代地，端盖可以具有不同的尺寸和/或轮廓。当选择端盖的尺寸和形状时，可以考虑包装和其它设计目标。

图4示出了平衡板400的示例的详细视图。可以理解，图4中所示的平衡板400是图2中所示的平衡板120、204之一的示例。因此，图4 中所示的平衡板400中的结构和功能特征可以被包括在图2中所示的任何平衡板中，或者反之亦然。

平衡板400包括具有中心开口404的主体402。主体402包括第一轴向侧403和第二轴向侧405。当安装在电动马达中时，第一轴向侧403 可以相邻于转子芯部，而第二轴向侧405可以相邻于定子端部绕组和其中一个端盖。平衡板400还包括多个入口空气管道406和多个出口空气管道 408。图4以透视形式示图描绘了入口空气管道和出口空气管道，以暴露出管道的尺寸、位置和形状。入口空气管道和出口空气管道的数量可以是转子芯部中轴向空气导管的整数倍。例如，在一个所用实例场景中，转子可能具有六个空气导管以及六个或十二个入口空气管道和出口空气管道。在所描绘的实施例中，入口空气管道406和出口空气管道408沿径向方向延伸。然而，已经设想了非径向管道布置。此外，图4中所示的平衡板400具有径向对称性，以减少转子中的旋转不平衡性。然而，已经考虑了不同轮廓形状的平衡板(例如，径向不对称的板)。可以理解，在空气冷却系统中，中心开口404中的空气可以具有相对较低的压力，以驱动空气循环通过空气导管、管道等。

入口空气管道406中的每一个包括第一开口410，该第一开口410 与靠近转子轴(诸如图2中所示的转子轴116)的中心开口404流体连通。类似地，第二开口412与多个轴向空气导管(诸如图2中所示的轴向空气导管212、214)中的一个流体连通。以该布局定位入口空气管道406可允许离心力驱动气流从中心区域进入到空气导管中。在某些情况下，第二开口412可以被轮廓设计成类似于进入到气流管道中的开口，以减少冷却系统中的损失。例如，在某些情况下，空气入口管道406的第二开口412和轴向空气导管的开口可以具有圆形、卵形、弧形或楔形。然而，已经设想了多边形开口截面。每个入口空气管道406的第一开口410可以具有弧形或者其它合适的允许将空气拾取(pick-up)到对应的轴向空气导管中的轮廓形状。

此外，在一个示例中，入口空气管道406中的每一个的截面面积可以从第一开口410到第二开口412逐渐减小。然而，在其它示例中，入口空气管道406沿着它们的长度可以具有基本恒定的截面面积，或者在一些示例中，截面面积可以从第一开口到第二开口逐渐增大。入口空气管道 406中的每一个还可以包括界定这些管道的弯曲部段450和基本平面部段 452。以这种方式，管道可以被轮廓设计成可空间有效地集成到平衡板中，同时实现期望的截面面积。然而，已经考虑了替代的入口空气管道形状，诸如具有围绕其周长的弯曲边界的管道、具有多边形截面的管道等。例如，在一个用例示范中，入口空气管道可以沿着管道的至少一部分具有圆形或卵形的截面。

出口空气管道408中的每一个包括通入到定子端部绕组(诸如图 2中所示的定子端部绕组106)附近的区域的第一开口414。出口空气管道 408中的每一个也包括通入到轴向空气导管的第二开口416。在图示的实施例中，第二开口416相邻于板400的外周表面417。然而，在其它实施例中，第二开口可以与外周表面间隔开。出口空气管道408中的每个的截面面积可以从第一开口414到第二开口416逐渐减小。以这种方式，可以提高离开出口空气管道的空气的速度，以有利于定子端部绕组周围的湍流气流。然而，在其它示例中，出口空气管道的截面面积可以是基本恒定的，或者在某些示例中，沿其长度逐渐增加。

出口空气管道408中的每一个还可以包括界定这些管道的弯曲部段454和基本平面部段456。以这种方式，管道可以被轮廓设计成可空间有效地集成到平衡板中，同时实现期望的截面面积。然而，已经考虑了替代的出口空气管道形状，诸如具有围绕其周长的弯曲边界的管道、具有多边形截面的管道等。例如，在一个用例示范中，入口空气管道可以沿着管道的至少一部分具有圆形或卵形的截面。

出口空气管道408中的每一个的第一开口414可以呈现弧形或者成一定角度的其它形状，以引导定子端部绕组处的湍流气流。详细地说，在一个示例中，出口空气管道中的每一个的第一开口414可以抵靠转子叠片腔体密封(例如，完全密封)。此外，出口空气管道中的每一个的第二开口可以具有迫使气流朝向定子的端部绕组冲击的形状。以这种方式，在某些情况下，可以实现更大的定子冷却，由此增加电动马达的效率。

还可以理解，入口空气管道406中的每一个的第一开口410可以具有类似的尺寸和轮廓以避免旋转不平衡。同样，入口空气管道406中的每一个的第二开口412可以具有类似的尺寸和轮廓。然而，在其它实施例中，入口空气管道可以具有成组的开口，它们具有不同轮廓和/或尺寸，对称地布置以实现关于平衡板400的直径的对称。每个出口空气管道408的第一开口414也具有类似的尺寸和轮廓，并且每个出口空气管道的第二开口416也可以具有类似的尺寸和轮廓。然而，还设想了其中开口具有不同尺寸/轮廓的组的实施例。

入口空气管道406的第二开口412和出口空气管道408的第二开口416被示出为按序地布置成围绕平衡板400的主体402的圆周418。入口空气管道406从该圆周径向向内延伸，而出口空气管道408从该圆周径向向外延伸。然而，在其它示例中，入口空气管道中的第二开口和出口空气管道中的第二开口可以具有不同的周向位置。具体地，在一个示例中，来自入口管道的第二开口412可以比出口管道的第二开口416在径向上更靠近电动马达的旋转轴线118。

图5示出了其中与电动马达的转子502联接的平衡板500的另一示例，转子502具有芯部503。可以理解，图5中所示的平衡板500的示例可以是图2中所示的电动马达100中的平衡板120、204之一的替代方式。平衡板500包括布置成交替模式、围绕平衡板500周向延伸的入口空气管道504和出口空气管道506。详细地说，入口空气管道和出口空气管道504、 506形成在连续主体508中，连续主体508附接至转子502的轴向侧510。

在所示的实施例中，入口空气管道和出口空气管道504、506经由平衡板500中的从转子芯部503轴向向外弯曲的凸起部段形成。然而，已经设想了其它入口管道和出口管道构造。此外，在所示的实施例中，在按序的入口空气管道和出口空气管道504、506之间形成间隙520。以这种方式，与不具有间隙的板相比，平衡板的重量可以减小。然而，在其它示例中，可以在管道之间的区域中提供材料。板的部段522可以联接(例如，焊接、机械附接等)至相邻于入口空气管道和出口空气管道504、506的转子芯部503，以流体地分离管道。入口空气管道和出口空气管道504、506 同样构造成在旋转期间产生通过轴向延伸穿过转子芯部的空气导管的气流。

入口空气管道504中的每一个包括开口512，并且当被安装在电动马达中时可以相邻于转子轴周围的电动马达的中心区域。出口空气管道 506中的每一个也包括开口514，开口514设计成当被安装在电动马达中时引导空气朝向定子端部绕组周围的区域。在图示的实施例中，开口514定位成从转子芯部503的外周表面524径向向内。然而，在其它实施例中，平衡板可以延伸超出转子芯部的外周表面。

图6示出了转子芯部503的详细视图。延伸穿过多个叠片602的轴向空气导管600在图6中示出。可以理解，图5中所示的入口空气管道 504和出口空气管道506包括与轴向空气导管600流体连通的开口。与先前描述的轴向空气导管类似，空气可以沿相反的轴向方向按序地流过轴向空气导管600，这是由于转子堆叠中的平衡板的旋转偏移布置。

图7描绘了联接至转子芯部702的平衡板700的另一实施例。平衡板700包括从开口706延伸的多个百叶窗口704，当把平衡板组装在电机冷却系统中时，开口706与转子中的轴向空气导管流体连通。百叶窗口704 被轮廓设计成可引导空气朝向定子端部绕组。具体地，百叶窗口704可以被设计成基本均匀地引导空气朝向定子端部绕组。百叶窗口704被描绘为具有两个相对平面表面的壁。然而，已经设想了其它百叶窗口形状，诸如具有至少有一个弯曲表面的百叶窗口。此外，百叶窗口704示出为开放式设计。然而，已经考虑了具有封闭式设计的百叶窗口，其具有在壁之间延伸的盖。平衡板700还可以包括这样的百叶窗口，其轮廓设计成可引导空气进入到转子芯被中的轴向空气导管中的开口中。以这种方式，百叶窗口可以如先前描述的平衡板中的入口空气管道和出口空气管道那样工作。此外，在一个示例中，转子堆叠可以包括径向向内延伸的抽吸开口。在这种情况下，百叶窗口不能被用于入口管道。因此，空气可以直接进入转子芯部内部的空气腔体。

图1至图7和图9示出了具有各种部件的相对定位的示例构造。如果示出为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中，这样的元件可以分别称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，示出为彼此连续或相邻的元件可以分别是彼此连续或彼此相邻的。作为示例，放置为彼此共面地接触的组件可以称为共面地接触。作为另一示例，在至少一个示例中，定位成彼此间隔开、其间仅具有间隔而没有其它部件的元件可以被如此称呼。作为又一示例，彼此上/下、彼此相对侧或彼此左/右地示出的元件可以相对于彼此如此称呼。此外，如附图中所示，在至少一个示例中，最顶上的元件或元件的位置可称为部件的“顶部”，而最底下的元件或元件的位置可称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/ 下部、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴线并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。这样，在一个示例中，在其它元件上方示出的元件垂直地位于其它元件上方。作为又一个示例，在附图中描绘的元件的形状可以被称为具有如此形状(例如，诸如圆形的、直线的、平面的、弯曲的、圆滑的、倒角的、成角度的，等等)。此外，在一个示例中，彼此同轴的元件可以如此称呼。此外，在至少一个示例中，示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。更进一步，在一个示例中，示出为在另一个元件内或在另一个元件外的元件可以如此称呼。在其它示例中，彼此偏离的元件可以如此称呼。

图8描绘了用于运行电动马达中的冷却系统的方法800。方法800 可以由根据图1-图7和/或图9描述的冷却系统和电动马达中的任何一个来实施。然而，在其它实施例中，该方法可以由其它合适的冷却系统和电动马达来实施。该电动马达可以使用储存在非暂时存储器中的、可由控制器中的处理器执行的指令来控制。此外，这些步骤的至少一部分可以被动地实施。例如，一旦在电动马达运行期间转子旋转，则空气循环步骤可以被动地发生。

在802处，该方法包括：使空气从第一平衡板的入口空气管道到第二平衡板的出口空气管道，流过转子中的第一轴向空气导管。以这种方式，空气经由平衡板进、出转子中的轴向导管。可以理解，由转子旋转产生的离心力驱动步骤802中发生的气流型式。

接着在804处，该方法包括：使空气从第二平衡板中的出口空气管道流动到相邻于第一定子端部绕组的区域。以这种方式，第二平衡板被轮廓设计成可引导在端部绕组周围的气流(例如，湍流气流)。这样，来自端部绕组的热量可以传递到循环空气中。

接着在806处，该方法包括：使空气从相邻于第一定子端部绕组的区域流动到第二平衡板中的入口空气管道。例如，空气可以流过端盖中的通路，并且随后，在进入第二平衡板中的入口空气管道之前，流到相邻于转子轴的区域。空气可以因该气流而被冷却。更详细地，热量从流过该处的空气传递到端盖和电动马达壳体。以这种方式，实现转子芯部的冷却。

接着在808处，该方法包括：使空气沿与通过第一轴向空气导管的气流的方向相反的方向流过第二轴向空气导管。以这种方式，可以在转子芯部中实现逆流模式，由此增加转子冷却均匀性。随后，空气可以流过第二平衡板中的出口空气管，流向第二端部绕组，并且随后流过第二端盖和/或靠近壳体。可以理解，在具有附加的轴向空气导管的空气冷却系统中，在空气行进靠近/通过第二端盖和壳体之后，在步骤802-步骤808中指示的气流型式可以通过不同的轴向空气导管、管道等重复进行，直到空气到达第一轴向空气导管的入口空气管道。

在810处，在一个实例中，该方法可以可选地包括：使冷却剂流过相邻于转子的第一轴向空气导管的冷却剂通路。例如，冷却剂回路中的泵可以驱动冷却剂循环通过冷却剂通路，并且随后到达热交换器。以这种方式，冷却剂可以用于从转子芯部和流经转子芯部的空气去除附加的热量，产生附加的芯部冷却。在这样的示例中，冷却剂通路也可以布置成相邻于第二轴向空气导管，以在某些情况下实现进一步的冷却。然而，在其它示例中，步骤810可以从该方法中省略，并且电动马达冷却系统因此可以放弃液体冷却系统，由此降低冷却系统的成本和复杂性。

作为步骤810的替代方式或者作为附加步骤，该方法可以包括：使空气和/或水围绕电动马达壳体的外表面流动。例如，空气可以流动穿过从壳体延伸的热翅片，和/或水可以流过至少部分地环绕壳体的水罩套。以这种方式，可以进一步冷却电动马达以增加电动马达效率。

本文所描述的用于电动马达的空气冷却系统和方法具有这样的技术效果，即，经由降低电动马达转子芯部和端部绕组的温度来增加电动马达效率。由于使电动马达冷却，电动马达寿命也可以增加。

在以下段落中将进一步描述本发明。在一个方面中，提供了一种电动马达系统，其包括：转子，该转子具有多个轴向空气导管；第一平衡板，该第一平衡板定位在转子的第一轴向侧，该第一平衡板具有入口空气管道和出口空气管道；以及第二平衡板，该第二平衡板定位在转子的第二轴向侧，该第二平衡板具有入口空气管道和出口空气管道。

在另一方面中，提供了一种用于冷却电动马达系统的方法，该方法包括：使空气从第一平衡板的入口空气管道到第二平衡板的出口空气管道而流过转子中的第一轴向空气导管，其中，第一平衡板和第二平衡板位于转子的轴向相对两侧上；以及使空气从第二平衡板中的出口空气管道流动到相邻于第一定子端部绕组的区域。在一个示例中，该方法还可以包括：使空气从相邻于第一定子端部绕组的区域流动到第二平衡板中的入口空气管道。在另一示例中，该方法还可以包括：使空气沿与通过第一轴向空气导管的气流的方向相反的方向流过第二轴向空气导管。此外，在一个示例中，该方法还可以包括：使冷却剂流过相邻于转子的第一轴向空气导管的冷却剂通路。在还有一个示例中，该方法还可以包括：使冷却剂和/或空气在电动马达系统的壳体中或在其周围流动。在又一个示例中，“使空气从相邻于第一定子端部绕组的区域流动到第二平衡板中的入口空气管道”的方法步骤可以包括：流过相邻于转子轴的区域。

在又一个方面中，提供了一种电动马达系统，其包括：转子，该转子具有延伸穿过多个叠片的多个轴向空气导管；第一平衡板，该第一平衡板定位在转子的第一轴向侧，该第一平衡板具有入口空气管道和出口空气管道；以及第二平衡板，该第二平衡板定位在转子的第二轴向侧，该第二平衡板具有入口空气管道和出口空气管道；其中，转子被构造成在运行期间，经由离心力使空气循环通过多个轴向空气导管以及第一平衡板和第二平衡板中的入口空气管道和出口空气管道。

在任意方面或这些方面的组合中，第一平衡板和第二平衡板可以径向对称。

在任意方面或这些方面的组合中，第一平衡板中的入口空气管道和出口空气管道可以径向地延伸穿过第一平衡板，并且第二平衡板中的入口空气管道和出口空气管道可以径向地延伸穿过第二平衡板。

在任意方面或这些方面的组合中，第一平衡板中的入口空气管道可以径向向内延伸通过第一平衡板的主体，并且第一平衡板中的出口空气管道可以径向向外延伸通过所述第一平衡板的主体。

在任意方面或这些方面的组合中，多个轴向空气导管可以延伸穿过多个转子叠片。

在任意方面或这些方面的组合中，第一平衡板中的出口空气管道可以引导空气朝向第一定子端部绕组，并且第二平衡板中的出口空气管道可以引导空气朝向第二定子端部绕组。

在任意方面或这些方面的组合中，第一定子端部绕组和第二定子端部绕组可以位于定子的轴向相对两侧。

在任意方面或这些方面的组合中，第一平衡板和第二平衡板中的出口空气管道和入口空气管道可以经由多个百叶窗口形成。

在任意方面或这些方面的组合中，其中在转子运行期间，转子可以被构造成被动地产生通过多个轴向空气导管以及第一平衡板和第二平衡板中的入口空气管道和出口空气管道的气流。

在任意方面或这些方面的组合中，通过电动马达系统的净气流可以基本为零。

在任意方面或这些方面的组合中，电动马达系统还可以包括端盖和多个翅片，端盖定位在电动马达系统的轴向侧，其中，多个翅片设计成对相邻于第一定子端部绕组和端盖中的入口空气管道的空气进行引导。

在任意方面或这些方面的组合中，第一平衡板中的入口空气管道和出口空气管道可以轴向地延伸穿过第一平衡板，并且第二平衡板中的入口空气管道和出口空气管道可以轴向地延伸穿过第二平衡板。

在任意方面或这些方面的组合中，入口空气管道可以朝向旋转轴线径向向内延伸，出口空气管道背离旋转轴线径向向外延伸，并且出口空气管道中的每个在对应的定子端部绕组周围产生湍流气流。

在任意方面或这些方面的组合中，第一平衡板和第二平衡板可以各自径向地对称，并且可以布置成相对于彼此旋转地偏移。

在另一种表示中，提供了一种被动电动马达冷却系统，其包括：多个对称布置的空气管道，这些空气管道延伸穿过多个转子芯部叠片；以及平衡板，平衡板包括空气管道入口和空气管道出口，空气管道入口和空气管道出口被设计成在转子旋转期间在转子芯部的相对轴向两端产生抽吸和排放气流型式。

尽管以上已描述了各种实施例，但应当理解，它们作为示例而非限制呈现。对相关领域的技术人员来说显而易见的是，所公开的主题可以以其它特定的形式实施而不脱离本主题的精神。因此，上述实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。

注意，本文所包括的示例冷却方法可用于各种电动马达系统构造。所示出的各种动作、操作和/或功能可以以所示出的顺序、并行地来执行，或者在某些情况下被省去。同样，实现本文描述的示例性示例的特征和优点的步骤顺序不是必要的，而是为了便于说明和描述而提供。取决于被使用的特定策略，可以重复地执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。如果需要，可以省略本文所述的一个或多个方法步骤。

可以理解，本文公开的构造和例程本质上是示例性的，并且这些具体示例不应被认为是限制性的，因为可以进行多种变化。例如，上述技术可以应用于包括电动马达的各种系统。本公开的主题包括本文公开的各种系统和构造以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

如本文所使用的，除非另外指明，否则术语“大约”和“基本上”被解释为表示该范围的正负百分之五。

所附权利要求特别指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及一个元件或第一元件或其等同物。应当将这样的权利要求理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不需要也不排除两个或多个这样的元件。在本申请或相关申请中，可以通过修改本权利要求或通过提出新权利要求来主张所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合。这样的权利要求，无论是在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本公开的主题范围内。

Claims (15)

1.一种电动马达系统，包括：

转子，所述转子具有多个轴向空气导管；

第一平衡板，所述第一平衡板定位在所述转子的第一轴向侧，所述第一平衡板包括入口空气管道和出口空气管道；以及

第二平衡板，所述第二平衡板定位在所述转子的第二轴向侧，所述第二平衡板包括入口空气管道和出口空气管道；

其中，所述第一平衡板中的入口空气管道与所述第二平衡板中的入口空气管道径向地偏移。

2.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，所述第一平衡板和所述第二平衡板径向对称。

3.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，所述第一平衡板中的入口空气管道和出口空气管道径向地延伸穿过所述第一平衡板，并且所述第二平衡板中的入口空气管道和出口空气管道径向地延伸穿过所述第二平衡板。

4.根据权利要求3所述的电动马达系统，其特征在于，所述第一平衡板中的入口空气管道径向向内延伸通过所述第一平衡板的主体，并且所述第一平衡板中的出口空气管道径向向外延伸通过所述第一平衡板的主体。

5.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，所述多个轴向空气导管延伸穿过多个转子叠片。

6.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，所述第一平衡板中的出口空气管道引导空气朝向第一定子端部绕组，并且所述第二平衡板中的出口空气管道引导空气朝向第二定子端部绕组。

7.根据权利要求6所述的电动马达系统，其特征在于，所述第一定子端部绕组和所述第二定子端部绕组位于定子的轴向相对两侧。

8.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，所述第一平衡板和所述第二平衡板中的出口空气管道和入口空气管道经由多个百叶窗口形成。

9.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，在转子运行期间，所述转子被构造成被动地产生通过所述多个轴向空气导管和所述第一平衡板和所述第二平衡板中的入口空气管道和出口空气管道的气流。

10.根据权利要求9所述的电动马达系统，其特征在于，通过所述电动马达系统的净气流基本为零。

11.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，还包括端盖和多个翅片，所述端盖定位在所述电动马达系统的轴向侧，其中，所述多个翅片设计成对相邻于第一定子端部绕组和所述端盖中的入口空气管道的空气进行引导。

12.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，所述第一平衡板中的入口空气管道和出口空气管道轴向地延伸穿过所述第一平衡板，并且所述第二平衡板中的入口空气管道和出口空气管道轴向地延伸穿过所述第二平衡板。

13.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，所述转子被构造成在运行期间经由离心力使空气循环通过所述多个轴向空气导管和所述第一平衡板和所述第二平衡板中的入口空气管道和出口空气管道。

14.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，所述入口空气管道朝向旋转轴线径向向内延伸，所述出口空气管道背离旋转轴线径向向外延伸，并且所述出口空气管道中的每个在对应的定子端部绕组周围产生湍流气流。

15.根据权利要求1所述的电动马达系统，其特征在于，所述第一平衡板和所述第二平衡板各自径向地对称，并且布置成相对于彼此旋转地偏移。

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