DE102022111357A1

DE102022111357A1 - OLEOPHOBIC SURFACE TREATMENTS TO REDUCE WIND LOSS AND IMPROVE THE HEAT TRANSFER PROPERTIES OF ELECTRICAL MACHINERY

Info

Publication number: DE102022111357A1
Application number: DE102022111357.4A
Authority: DE
Inventors: SeungHwan Keum; Mei Yang; Neal Parsons; Ruth Herrera Reed
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-08-13
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2023-02-16

Abstract

Vorgestellt werden oleophobe Oberflächenbehandlungen für elektrische Maschinen, Verfahren zur Herstellung/Benutzung solcher elektrischer Maschinen und Fahrzeuge, die Fahrmotoren mit oleophoben Behandlungen auf ausgewählten „Nicht-Ziel“-Oberflächen verwenden. Eine elektrische Maschine umfasst ein direkt kühlendes Wärmemanagementsystem, das eine Kühlflüssigkeit zum Außengehäuse der elektrischen Maschine zirkulieren lässt. Eine Statorbaugruppe, die an dem Gehäuse befestigt ist, umfasst einen Statorkern mit einer oder mehreren elektromagnetischen Wicklungen, die an dem Statorkern angebracht sind. Eine Rotorbaugruppe ist neben der Statorbaugruppe drehbar an den Schläuchen angebracht. Die Rotorbaugruppe umfasst einen Rotorkern mit einem oder mehreren Magneten, die am Rotorkern befestigt und über einen Luftspalt von der/den Wicklung(en) beabstandet sind. Ausgewählte Komponenten des Außengehäuses, der Rotorbaugruppe und/oder der Statorbaugruppe haben eine Zieloberfläche mit einer oleophoben Oberflächenbehandlung, die die benetzte Fläche der Nicht-Zieloberfläche reduziert und die Masse der Kühlflüssigkeit verringert, die mit der Nicht-Zieloberfläche in Kontakt kommt.Presented are oleophobic surface treatments for electric machines, methods of making/using such electric machines, and vehicles using traction motors with oleophobic treatments on selected "non-target" surfaces. An electric machine includes a direct-cooling thermal management system that circulates a cooling liquid to the outer casing of the electric machine. A stator assembly attached to the housing includes a stator core with one or more electromagnetic windings attached to the stator core. A rotor assembly is rotatably attached to the hoses adjacent the stator assembly. The rotor assembly includes a rotor core with one or more magnets attached to the rotor core and spaced from the winding(s) by an air gap. Select components of the outer casing, rotor assembly and/or stator assembly have a target surface with an oleophobic surface treatment that reduces the wetted area of the non-target surface and reduces the mass of cooling liquid contacting the non-target surface.

Description

EINFÜHRUNGINTRODUCTION

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf elektrische Maschinen. Genauer gesagt, Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Oberflächenmerkmale zur Verringerung von Windverlusten und zur Verbesserung der Wärmeübertragungseigenschaften von ölgekühlten elektrischen Fahrmotoren.The present disclosure generally relates to electric machines. More specifically, aspects of this disclosure relate to surface features for reducing windage and improving heat transfer characteristics of oil-cooled electric traction motors.

Heutige Serienfahrzeuge, wie z. B. das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordelektronik des Fahrzeugs versorgt. Bei Kraftfahrzeugen beispielsweise besteht der Antriebsstrang in der Regel aus einer Antriebsmaschine, die das Antriebsdrehmoment über ein automatisches oder manuell geschaltetes Getriebe an das Antriebssystem des Fahrzeugs (z. B. Differential, Achswellen, Kurvenmodule, Räder usw.) überträgt. In der Vergangenheit wurden Kraftfahrzeuge mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren (ICE) angetrieben, da diese leicht verfügbar und relativ kostengünstig waren, ein geringes Gewicht aufwiesen und einen hohen Wirkungsgrad aufwiesen. Zu diesen Motoren gehören Dieselmotoren mit Selbstzündung (CI), Ottomotoren mit Fremdzündung (SI), Zwei-, Vier- und Sechstaktmotoren sowie Rotationsmotoren, um nur einige Beispiele zu nennen. Hybridelektrische und vollelektrische Fahrzeuge (zusammenfassend als „Elektroantrieb“ bezeichnet) hingegen nutzen alternative Energiequellen für den Antrieb des Fahrzeugs und minimieren oder eliminieren so die Abhängigkeit von einem auf fossilen Brennstoffen basierenden Motor für Zugkraft.Today's series vehicles, such. B. the modern automobile, are originally equipped with a powertrain that drives the vehicle and supplies the on-board electronics of the vehicle. In automobiles, for example, the powertrain typically consists of a prime mover that transmits drive torque through an automatic or manual transmission to the vehicle's propulsion system (e.g., differential, axle shafts, cornering modules, wheels, etc.). Historically, motor vehicles have been powered by reciprocating internal combustion (ICE) engines because of their ready availability, relatively low cost, low weight, and high efficiency. These engines include compression-ignition (CI) diesel engines, spark-ignition (SI) spark-ignition engines, two-, four-, and six-stroke engines, and rotary engines, to name a few. Hybrid-electric and all-electric vehicles (collectively referred to as “electric propulsion”), on the other hand, use alternative energy sources to power the vehicle, thereby minimizing or eliminating reliance on a fossil-fuel engine for tractive power.

Ein vollelektrisches Fahrzeug (FEV) - umgangssprachlich „Elektroauto“ - ist eine Fahrzeugkonfiguration mit Elektroantrieb, bei der der Verbrennungsmotor und die zugehörigen peripheren Komponenten des Antriebsstrangs vollständig entfallen und ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) und ein Fahrmotor für den Fahrzeugantrieb verwendet werden. Die Motorbaugruppe, die Kraftstoffversorgung und das Abgassystem eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor werden in einem batteriegestützten FEV durch einen oder mehrere Traktionsmotoren, ein Traktionsbatteriepaket und eine Batteriekühl- und Ladetechnik ersetzt. Hybrid-Elektrofahrzeug-Antriebsstränge (HEV) hingegen nutzen mehrere Zugkraftquellen, um das Fahrzeug anzutreiben, wobei in der Regel ein Verbrennungsmotor in Verbindung mit einem batterie- oder brennstoffzellenbetriebenen Fahrmotor betrieben wird. Da Fahrzeuge mit Elektroantrieb in der Lage sind, ihre Leistung aus anderen Quellen als dem Motor zu beziehen, können HEV-Motoren ganz oder teilweise abgeschaltet werden, während das Fahrzeug durch den/die Elektromotor(en) angetrieben wird.An all-electric vehicle (FEV) - colloquially "electric car" - is an electrified vehicle configuration that completely eliminates the internal combustion engine and associated peripheral powertrain components and uses a Rechargeable Energy Storage System (RESS) and traction motor for vehicle propulsion. The engine assembly, fuel supply, and exhaust system of an ICE vehicle are replaced in a battery-assisted FEV with one or more traction motors, a traction battery pack, and battery cooling and charging technology. Hybrid electric vehicle (HEV) powertrains, on the other hand, use multiple sources of traction to propel the vehicle, typically using an internal combustion engine in conjunction with a battery or fuel cell powered traction motor. Because electrified vehicles are capable of deriving their power from sources other than the engine, HEV engines may be partially or fully shut down while the vehicle is propelled by the electric motor(s).

Elektrische Hochspannungssysteme regeln die Stromübertragung zwischen dem/den Fahrmotor(en) und einem wiederaufladbaren Traktionsbatteriepaket, das die erforderliche Energie für den Betrieb vieler Hybrid- und vollelektrischer Antriebsstränge speichert und liefert. Ein modernes Traktionsbatteriepaket kann Stapel von Batteriezellen (z. B. 8-16 Zellen/Stapel) in einzelnen Batteriemodulen (z. B. 10-40 Module/Paket) gruppieren, die elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet und auf dem Fahrzeugchassis montiert sind, z. B. durch ein Batteriepaketgehäuse oder ein Trägerblech. Auf der Batterieseite des Hochspannungsnetzes befindet sich ein Gleichspannungswandler, der elektrisch mit der/den Antriebsbatterie(n) verbunden ist, um die Spannungsversorgung eines Haupt-Gleichspannungsbusses und eines Gleichspannungs-Wechselrichtermoduls (pim) zu erhöhen. Ein Hochfrequenz-Volumenkondensator kann zwischen dem Plus- und Minuspol des HV-Hauptgleichstrombusses angeordnet werden, um elektrische Stabilität zu gewährleisten und zusätzliche elektrische Energie zu speichern. Ein spezielles elektronisches Batteriesteuermodul (EBCM) regelt in Zusammenarbeit mit einem Antriebsstrang-Steuermodul (PCM) und der Leistungselektronik jedes Motors den Betrieb des/der Batteriepakete(s) und des/der Fahrmotoren.High-voltage electrical systems regulate power transfer between the traction motor(s) and a rechargeable traction battery pack, which stores and provides the energy required to operate many hybrid and all-electric powertrains. A modern traction battery pack may group stacks of battery cells (e.g. 8-16 cells/stack) into individual battery modules (e.g. 10-40 modules/pack) electrically connected in series or parallel and mounted on the vehicle chassis, e.g. B. by a battery pack housing or a support plate. On the battery side of the high-voltage grid is a DC-to-DC converter that is electrically connected to the traction battery(s) to boost voltage supply to a main DC bus and a DC-to-DC inverter (pim) module. A high-frequency bulk capacitor can be placed between the positive and negative terminals of the HV main DC bus to ensure electrical stability and store additional electrical energy. A dedicated battery electronic control module (EBCM), in cooperation with a powertrain control module (PCM) and each motor's power electronics, regulates the operation of the battery pack(s) and traction motor(s).

Es gibt drei Haupttypen von Elektromaschinen, die in modernen Fahrzeugantrieben mit Elektroantrieb als Traktionsmotoren verwendet werden: bürstenbehaftete Gleichstrommotoren (DC), bürstenlose DC-Permanentmagnetmotoren (PM) und mehrphasige Wechselstrommotoren (AC) PM. Ein ACPM-Motor ist eine elektrische Maschine, die mit Hilfe eines Stators mit mehrphasigen elektromagnetischen Wicklungen und einem drehbaren Rotor, der eine Anordnung von Permanentmagneten trägt, elektrische Energie in mechanische Rotationsenergie umwandelt. Bei einem PM-Motor mit radialem Fluss kann der magnettragende Rotor koaxial in den Stator eingesetzt und der Stator unbeweglich in einem Motorgehäuse montiert sein. Alternativ kann ein PM-Motor auch eine Axialfluss-Anordnung haben, bei der Stator und Rotor einander gegenüberliegende, koaxiale Scheiben sind. Der Rotor, der mehrere oberflächenmontierte oder innen montierte Dauermagnete aufweist, ist durch einen kleinen Luftspalt vom Stator getrennt. Die Drehung des Rotors wird durch ein Magnetfeld bewirkt, das durch den Stromfluss durch die Statorwicklungen erzeugt wird und mit einem Magnetfeld interagiert, das von den Permanentmagneten des Rotors erzeugt wird. Während des Betriebs eines PM-Motors entsteht durch die Rotationsreibung des sich drehenden Rotors und den elektrischen Widerstand des elektromagnetischen Stators eine beträchtliche Wärmemenge. Um den Wirkungsgrad des Motors zu verbessern und seine Lebensdauer zu erhöhen, kann die von Rotor und Stator erzeugte Wärme durch ein luft-, wasser- oder ölgekühltes Wärmemanagementsystem gemindert werden.There are three main types of electric machines used as traction motors in modern EV vehicle powertrains: brushed direct current (DC) motors, brushless DC permanent magnet (PM) motors, and polyphase alternating current (AC) PM motors. An ACPM motor is an electrical machine that converts electrical energy into rotational mechanical energy using a stator with multi-phase electromagnetic windings and a rotatable rotor that supports an array of permanent magnets. In a radial flux PM motor, the magnet-carrying rotor may be coaxially inserted into the stator and the stator immovably mounted in a motor housing. Alternatively, a PM motor can also have an axial flux arrangement, in which the stator and rotor are opposed, coaxial discs. The rotor, which has multiple surface mount or internally mounted permanent magnets, is separated from the stator by a small air gap. The rotation of the rotor is caused by a magnetic field created by current flow through the stator windings and interacting with a magnetic field created by the permanent magnets of the rotor. During the operation of a PM motor, the rotational friction of the rotating rotor and the electrical resistance of the elektromagne tical stator a considerable amount of heat. To improve motor efficiency and increase motor life, the heat generated by the rotor and stator can be reduced with an air, water or oil-cooled thermal management system.

BEGRÜNDUNGREASON

Hier werden oleophobe Oberflächenbehandlungen für elektrische Maschinen, Verfahren zur Herstellung und Verwendung von elektrischen Maschinen mit oleophoben Oberflächenbehandlungen und elektrisch angetriebene Fahrzeuge vorgestellt, die Fahrmotoren mit „nichtthermischen“ Oberflächen und radialen „Luftspalt“-Oberflächen mit oleophoben Behandlungen verwenden. In einem nicht einschränkenden Beispiel verwendet eine mehrphasige elektrische Motor-/Generatoreinheit (MGU) ein direkt ölgekühltes Wärmemanagementsystem mit einem Kühlmittelmantel, der ausgewählte Segmente des Rotors und des Stators umschließt. Dielektrisches Druck- oder Schwerkraftöl wird aus einem speziellen oder gemeinsamen Sumpfvolumen in den Kühlmantel gepumpt; bei Radialmotoren wird das Öl über die freiliegenden Haarnadelkränze (auch als „Endwindungen“ bekannt) der Mehrphasenwicklungen geleitet, die aus einem axialen Ende des Stators herausragen. Um die Masse des Kühlmittels, die Oberflächenenergie und die benetzte Fläche auf Nicht-Zieloberflächen der Motorbaugruppe zu reduzieren, wird eine oleophobe Beschichtung oder Oberflächentexturierung auf die Innenfläche des Kühlmittelmantels, die zugewandten, radial beabstandeten Luftspaltflächen von Rotor und Stator und/oder andere ausgewählte Oberflächen aufgebracht. Die oleophobe Oberflächenbehandlung kann eine Cassie-Baxter State (CBS)-Oberflächenaufrauhung, eine Reihe vertiefter, zueinander paralleler CBS-Kanäle, eine Nanopartikel-SiO₂ /PDDA/PFO-Beschichtung, eine Polytetrafluorethylen (PTFE)-Beschichtung oder eine andere oleophobe Fluorpolymerbeschichtung umfassen. Durch die selektive Vergrößerung des Kontaktwinkels zwischen dem Öl und der Nicht-Zieloberfläche kommt es außerdem zu einer messbaren Zunahme der Ölmasse mit einer gleichzeitigen Vergrößerung der gesamten benetzten Fläche auf ausgewählten Zieloberflächen sowie zu einer Verringerung der Spitzen- und Durchschnittstemperatur des Motors.Discusses oleophobic surface treatments for electric machines, methods of making and using electric machines with oleophobic surface treatments, and electrically powered vehicles that use traction motors with "non-thermal" surfaces and radial "air-gap" surfaces with oleophobic treatments. In one non-limiting example, a multi-phase electric motor/generator (MGU) unit uses a direct oil-cooled thermal management system with a coolant jacket enclosing selected segments of the rotor and stator. Dielectric pressure or gravity oil is pumped into the cooling jacket from a dedicated or common sump volume; in centrifugal motors, the oil is directed over the exposed hairpin rims (also known as “end turns”) of the polyphase windings that protrude from an axial end of the stator. To reduce coolant mass, surface energy, and wetted area on non-target surfaces of the motor assembly, an oleophobic coating or surface texturing is applied to the inner surface of the coolant jacket, the facing radially spaced air gap surfaces of the rotor and stator, and/or other selected surfaces . The oleophobic surface treatment may include a Cassie-Baxter State (CBS) surface roughening, a series of recessed, mutually parallel CBS channels, a nanoparticle SiO ₂ /PDDA/PFO coating, a polytetrafluoroethylene (PTFE) coating, or another oleophobic fluoropolymer coating . Also, by selectively increasing the contact angle between the oil and the non-target surface, there is a measurable increase in oil mass with a concomitant increase in total wetted area on selected target surfaces, and a reduction in peak and average engine temperatures.

Zu den begleitenden Vorteilen zumindest einiger der offengelegten Konzepte gehören oleophobe Oberflächenbehandlungen für elektrische Maschinen, die zur Verbesserung der Kühlleistung des Systems beitragen. Durch die Verringerung der benetzten Fläche und der Kühlmittelmasse von Nicht-Zieloberflächen wird beispielsweise die erforderliche Kühlflüssigkeit zur Aufrechterhaltung einer kalibrierten maximalen oder durchschnittlichen Motorbetriebstemperatur reduziert, was zu einer Verringerung der Kühlmittelmenge im System führt. Mit weniger Kühlmittel im Wärmemanagementsystem sinkt der Energieaufwand für den Betrieb der Systempumpen, was zu einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads des Fahrzeugs und einer höheren Reichweite führt. Darüber hinaus bewirkt die Vergrößerung des Kontaktwinkels zwischen dem dielektrischen Öl und den Nicht-Zieloberflächen (z. B. auf etwa 90 Grad oder mehr) eine messbare Verringerung der Ölverteilung auf ausgewählten Nicht-Zieloberflächen mit einer entsprechenden Zunahme der Ölverteilung auf den Zieloberflächen.Accompanying benefits of at least some of the disclosed concepts include oleophobic surface treatments for electric machines that help improve the cooling performance of the system. For example, reducing the wetted area and coolant mass of non-target surfaces reduces the coolant required to maintain a calibrated maximum or average engine operating temperature, resulting in a reduction in the amount of coolant in the system. With less coolant in the thermal management system, the energy required to operate the system pumps decreases, resulting in an improvement in overall vehicle efficiency and increased range. In addition, increasing the contact angle between the dielectric oil and the non-target surfaces (e.g., to about 90 degrees or greater) causes a measurable reduction in oil spread on selected non-target surfaces with a corresponding increase in oil spread on the target surfaces.

Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf elektrische Maschinen, wie Motoren, Generatoren, Transformatoren, Drosselspulen, Dynamometer, Umformer usw., mit oleophoben Oberflächenbehandlungen auf einer oder mehreren ausgewählten Oberflächen. Eine repräsentative elektrische Maschine umfasst beispielsweise ein schützendes Außengehäuse, das selektiv durch ein direkt kühlendes Wärmemanagementsystem gekühlt wird. Das Wärmemanagementsystem ist strömungstechnisch mit dem Außengehäuse verbunden und zirkuliert ein Kühlmittel, z. B. ein technisches Volltauch-Flüssigkühlmittel oder ein schmierendes dielektrisches Getriebeöl, in das Gehäuse. An dem Außengehäuse ist eine Statorbaugruppe angebracht, die eine oder mehrere elektromagnetische Wicklungen, wie z. B. mehrphasige U-förmige Haarnadelwicklungen, umfasst, die an einem stationären Statorkern angebracht sind. Eine Rotorbaugruppe ist neben der Statorbaugruppe beweglich montiert, z. B. in einer Radialfluss- oder Axialflussanordnung. Zumindest bei einigen Anwendungen ist die Rotorbaugruppe drehbar innerhalb der Statorbaugruppe angeordnet und somit von dieser umschlossen. Die Rotorbaugruppe umfasst einen oder mehrere Magnete oder Induktionswicklungen, die an einem Rotorkern im Abstand zu der/den Statorwicklung(en) angebracht sind. Das Außengehäuse, die Rotorbaugruppe und/oder die Statorbaugruppe weisen jeweils eine oder mehrere Nicht-Zieloberflächen mit einer oleophoben Oberflächenbehandlung auf, die die benetzte Fläche der Nicht-Zieloberfläche verringert und die Kühlmittelmasse der Kühlflüssigkeit, die mit der Nicht-Zieloberfläche in Berührung kommt, verringert.Aspects of this disclosure relate to electrical machines, such as motors, generators, transformers, inductors, dynamometers, converters, etc., having oleophobic surface treatments on one or more selected surfaces. For example, a representative electric machine includes a protective outer housing that is selectively cooled by a direct-cooling thermal management system. The thermal management system is fluidly connected to the outer housing and circulates a coolant, e.g. B. a fully submersible technical liquid coolant or a lubricating dielectric gear oil, into the housing. A stator assembly is attached to the outer housing and includes one or more electromagnetic windings, such as a coil. B. multi-phase U-shaped hairpin windings attached to a stationary stator core. A rotor assembly is movably mounted adjacent the stator assembly, e.g. B. in a radial flow or axial flow arrangement. In at least some applications, the rotor assembly is rotatably disposed within and thus enclosed by the stator assembly. The rotor assembly includes one or more magnets or induction windings mounted on a rotor core spaced from the stator winding(s). The outer housing, the rotor assembly and/or the stator assembly each have one or more non-target surfaces with an oleophobic surface treatment that reduces the wetted area of the non-target surface and reduces the coolant mass of the cooling liquid contacting the non-target surface .

Weitere Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Kraftfahrzeuge mit Fahrmotoren, die Nicht-Zieloberflächen - „nichtthermische“ Oberflächen und/oder beabstandete „Luftspalt“-Oberflächen - mit oleophoben Behandlungen aufweisen. Wie hierin verwendet, können die Begriffe „Fahrzeug“ und „Kraftfahrzeug“ austauschbar und synonym verwendet werden, um jede relevante Fahrzeugplattform einzuschließen, wie z. B. Personenfahrzeuge (ICE, HEV, FEV, FCH, voll- und teilautonome Fahrzeuge usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Raupenfahrzeuge, Geländewagen und All-Terrain-Fahrzeuge (ATV), Motorräder, E-Bikes, E-Scooter, landwirtschaftliche Geräte, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge usw. Bei nicht automobilen Anwendungen können die offengelegten Konzepte für jede logisch relevante Verwendung eingesetzt werden, einschließlich eigenständiger Kraftwerke, kommerzieller oder privater Generatoren, Pumpenanlagen, Werkzeugmaschinen, Geräte usw. In einem Beispiel umfasst ein Kraftfahrzeug eine Fahrzeugkarosserie mit einem Fahrgastraum, mehrere Räder, die drehbar an der Fahrzeugkarosserie angebracht sind (z. B. über Radeckenmodule, die an ein Unibody-Fahrgestell oder ein Body-on-Frame-Fahrgestell gekoppelt sind), und andere Standard-Erstausrüstungen. Bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb arbeiten ein oder mehrere elektrische Fahrmotoren allein (z. B. bei FEV-Antriebssträngen) oder in Verbindung mit einer Verbrennungsmotorbaugruppe (z. B. bei HEV-Antriebssträngen), um selektiv eines oder mehrere der Räder anzutreiben und das Fahrzeug voranzutreiben.Other aspects of this disclosure relate to motor vehicles with traction motors that have non-target surfaces—“non-thermal” surfaces and/or spaced “air gap” surfaces—with oleophobic treatments. As used herein, the terms "vehicle" and "motor vehicle" may be used interchangeably and interchangeably to include any relevant vehicle platform, such as: B. Passenger vehicles (ICE, HEV, FEV, FCH, fully and semi-autonomous vehicles etc.), commercial vehicles, industrial vehicles, tracked vehicles, off-road and all-terrain vehicles (ATV), motorcycles, e-bikes, e-scooters, agricultural equipment, watercraft, airplanes, etc. For non-automotive applications, the concepts disclosed may be logical for each relevant use, including stand-alone power plants, commercial or residential generator sets, pumping stations, machine tools, appliances, etc. In one example, a motor vehicle includes a vehicle body having a passenger compartment, a plurality of wheels rotatably attached to the vehicle body (e.g., via wheel corner modules coupled to a unibody chassis or body-on-frame chassis), and other standard original equipment. In electrified vehicles, one or more electric traction motors operate alone (e.g., in FEV powertrains) or in conjunction with an engine assembly (e.g., in HEV powertrains) to selectively drive one or more of the wheels and propel the vehicle .

Um die Diskussion des obigen Beispiels fortzusetzen, umfasst jeder Traktionsmotor ein Motorgehäuse, das mit einem speziellen oder gemeinsamen Wärmemanagementsystem mit direkter Ölkühlung verbunden ist, um daraus ein dielektrisches Öl aufzunehmen. Eine Statorbaugruppe, die starr im Motorgehäuse montiert ist, umfasst einen ringförmigen Statorkern mit einem hohlen Zentrum und mehreren Statorschlitzen, die in Umfangsrichtung um den Statorkern herum angeordnet sind. Eine Reihe von U-förmigen elektromagnetischen Haarnadelwicklungen sind zumindest teilweise innerhalb der Statorschlitze untergebracht. Innerhalb des hohlen Zentrums des ringförmigen Statorkerns ist eine Rotorbaugruppe drehbar angeordnet, die einen zylindrischen Rotorkern mit mehreren um den Rotorkern herum beabstandeten Rotorschlitzen aufweist. Eine Anordnung von Dauermagneten ist zumindest teilweise innerhalb der Rotorschlitze angebracht und über einen Luftspalt von den Haarnadelwicklungen beabstandet. Die Innenfläche des Motorgehäuses und/oder die radial beabstandeten, einander gegenüberliegenden Oberflächen des Rotor- und des Statorkerns können jeweils eine entsprechende Nicht-Zieloberfläche mit einer oleophoben Oberflächenbehandlung aufweisen, die dazu dient, die benetzte Fläche der Nicht-Zieloberfläche zu verringern und die Kühlmasse des dielektrischen Öls, das mit der Nicht-Zieloberfläche in Kontakt kommt, zu reduzieren.Continuing the discussion of the example above, each traction motor includes a motor housing connected to a dedicated or common direct oil-cooled thermal management system for receiving dielectric oil therefrom. A stator assembly rigidly mounted in the motor housing includes an annular stator core having a hollow center and a plurality of stator slots circumferentially disposed about the stator core. A series of U-shaped electromagnetic hairpin windings are housed at least partially within the stator slots. Rotatably disposed within the hollow center of the annular stator core is a rotor assembly having a cylindrical rotor core with a plurality of rotor slots spaced around the rotor core. An array of permanent magnets is mounted at least partially within the rotor slots and spaced from the hairpin windings by an air gap. The inner surface of the motor housing and/or the radially spaced, opposed surfaces of the rotor and stator cores may each have a respective non-target surface with an oleophobic surface treatment that serves to reduce the wetted area of the non-target surface and increase the cooling mass of the dielectric oil coming into contact with the non-target surface.

Andere Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Herstellungsverfahren, Steuerlogik und computerlesbare Medien (CRM) für die Herstellung oder Verwendung der offengelegten elektrischen Maschinen, PM-Motoren und/oder Fahrzeuge. In einem Beispiel wird ein Verfahren zum Zusammenbau einer elektrischen Maschine vorgestellt. Dieses repräsentative Verfahren umfasst, in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten offengelegten Optionen und Merkmale Bereitstellen eines Außengehäuses der elektrischen Maschine; fluidmäßiges Verbinden eines Direktkühlungs-Wärmemanagementsystems mit dem Außengehäuse, um ein Kühlfluid darin zirkulieren zu lassen; Befestigen einer Statorbaugruppe an dem Außengehäuse, wobei die Statorbaugruppe einen Statorkern und eine an dem Statorkern angebrachte elektromagnetische Wicklung umfasst; bewegliches Anbringen einer Rotoranordnung neben der Statorbaugruppe, wobei die Rotoranordnung einen Rotorkern und einen am Rotorkern angebrachten Magneten aufweist, der über einen Luftspalt hinweg von der Wicklung beabstandet ist; und Aufbringen einer oleophoben Oberflächenbehandlung auf eine Nicht-Zieloberfläche des Außengehäuses, der Rotoranordnung und/oder der Statorbaugruppe, wobei die oleophobe Oberflächenbehandlung so konfiguriert ist, dass sie einen benetzten Bereich der Nicht-Zieloberfläche reduziert und eine Kühlmittelmasse des Kühlfluids, das die Nicht-Zieloberfläche berührt, verringert.Other aspects of this disclosure relate to manufacturing methods, control logic, and computer-readable media (CRM) for making or using the disclosed electric machines, PM motors, and/or vehicles. In one example, a method of assembling an electric machine is presented. This representative method includes, in any order and in any combination with any of the options and features disclosed above and below, providing an outer housing of the electric machine; fluidly connecting a direct-cooling thermal management system to the outer housing to circulate a cooling fluid therein; attaching a stator assembly to the outer case, the stator assembly including a stator core and an electromagnetic winding attached to the stator core; movably mounting a rotor assembly adjacent the stator assembly, the rotor assembly including a rotor core and a magnet attached to the rotor core and spaced from the winding by an air gap; and applying an oleophobic surface treatment to a non-target surface of the outer housing, the rotor assembly, and/or the stator assembly, wherein the oleophobic surface treatment is configured to reduce a wetted area of the non-target surface and a coolant mass of the cooling fluid that is the non-target surface touched, diminished.

Bei allen offengelegten elektrischen Maschinen, Fahrzeugen und Verfahren kann eine „Nicht-Ziel“-Oberfläche eine Innenfläche des Außengehäuses, einander gegenüberliegende Oberflächen der Rotor- und Statorbaugruppen und/oder andere ausgewählte Oberflächen umfassen. In einem speziellen Fall kann das Außengehäuse einen Hauptmantel, der sowohl die Statorbaugruppe als auch die Rotorbaugruppe umgibt, und einen Kühlmittelmantel umfassen, der an einem axialen Ende des Hauptmantels angebracht und mit dem Wärmemanagementsystem mit Direktkühlung verbunden ist. In diesem Fall ist die Nicht-Zieloberfläche eine Innenfläche eines ausgewählten Segments des Kühlmantels; die oleophobe Oberflächenbehandlung kann einen Teil oder die gesamte innere Mantelfläche bedecken. In einem anderen, nicht einschränkenden Beispiel ist der Rotorkern konzentrisch innerhalb eines hohlen Zentrums des Statorkerns ausgerichtet. In diesem Fall umfasst die Nicht-Zieloberfläche eine Außenfläche (OD) des Rotorkerns und eine Innenfläche (ID) des Statorkerns; die oleophobe Oberflächenbehandlung kann im Wesentlichen alle diese OD- und ID-Flächen bedecken.In all disclosed electric machines, vehicles, and methods, a "non-target" surface may include an inner surface of the outer housing, opposing surfaces of the rotor and stator assemblies, and/or other selected surfaces. In a specific case, the outer case may include a main shell surrounding both the stator assembly and the rotor assembly, and a coolant jacket attached to an axial end of the main shell and connected to the direct-cooled thermal management system. In this case, the non-target surface is an inner surface of a selected segment of the cooling jacket; the oleophobic surface treatment can cover part or all of the inner surface. In another non-limiting example, the rotor core is concentrically aligned within a hollow center of the stator core. In this case, the non-target surface includes an outer surface (OD) of the rotor core and an inner surface (ID) of the stator core; the oleophobic surface treatment can cover essentially all of these OD and ID areas.

Bei allen offengelegten elektrischen Maschinen, Fahrzeugen und Verfahren kann die oleophobe Oberflächenbehandlung eine CBS-Oberflächenaufrauhung mit mehreren vertieften Rillen umfassen, die Lufttaschen zwischen der Nicht-Zieloberfläche und der Kühlflüssigkeit bilden. Optional kann die oleophobe Oberflächenbehandlung eine CBS-Oberflächenprägung mit einer Reihe von T-förmigen vertieften Kanälen umfassen, die Lufttaschen zwischen der Nicht-Zieloberfläche und der Kühlflüssigkeit bilden. Falls gewünscht, kann die oleophobe Oberflächenbehandlung eine Nanopartikelbeschichtung mit Siliziumdioxid (SiO₂), Poly(diallyldimethylammonium)chlorid (PDDA) und/oder Polydioctylfluoren (PFO) umfassen. Als weitere Option kann die oleophobe Oberflächenbehandlung eine ölabweisende Fluorpolymerbeschichtung umfassen. Die beschriebenen Merkmale können auf Radial-, Axial-, PM- und Induktionsmotoren angewendet werden.In all disclosed electric machines, vehicles, and methods, the oleophobic surface treatment may include a CBS surface roughening with a plurality of recessed grooves that create air pockets between the non-target surface and the cooling liquid. Optionally, the oleophobic surface treatment can include a CBS surface embossing with a series of T-shaped recessed channels containing air pockets between the non-target surface and the cooling liquid. If desired, the oleophobic surface treatment may include a nanoparticle coating of silicon dioxide (SiO ₂ ), poly(diallyldimethylammonium) chloride (PDDA), and/or polydioctylfluorene (PFO). As a further option, the oleophobic surface treatment may include an oleophobic fluoropolymer coating. The features described can be applied to radial, axial, PM and induction motors.

Bei allen offengelegten elektrischen Maschinen, Fahrzeugen und Verfahren kann die oleophobe Oberflächenbehandlung eine Oberflächenätzung mit einem anisotropen Muster umfassen, das auf die Nicht-Zieloberfläche aufgebracht wird. Bei der Oberflächenätzung kann es sich um eine Plasmaätzung, eine Flammenätzung und/oder eine Säureätzung handeln. Optional kann die oleophobe Oberflächenbehandlung eine chemische Abscheidungsbehandlung einer organischen Verbindung umfassen, die auf die Nicht-Zieloberfläche(n) des Außengehäuses, der Rotorbaugruppe und/oder der Statorbaugruppe aufgebracht wird. Die organische Verbindung kann ein Dimethylformamid (DMF)-Material und/oder ein Material auf Hexanbasis umfassen. Als weitere Option kann eine hydrophobe Oberflächenbehandlung auf eine oder mehrere ausgewählte Oberflächen einer elektrischen Maschine aufgetragen werden, z. B. zur Verringerung des Luftwiderstands und der Windverluste.In all disclosed electric machines, vehicles, and methods, the oleophobic surface treatment may include a surface etch with an anisotropic pattern applied to the non-target surface. The surface etch can be a plasma etch, a flame etch, and/or an acid etch. Optionally, the oleophobic surface treatment may include a chemical deposition treatment of an organic compound applied to the non-target surface(s) of the outer housing, rotor assembly, and/or stator assembly. The organic compound may comprise a dimethylformamide (DMF) material and/or a hexane based material. As a further option, a hydrophobic surface treatment can be applied to one or more selected surfaces of an electrical machine, e.g. B. to reduce air resistance and wind losses.

Die obige Zusammenfassung stellt nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung dar. Vielmehr werden die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung von anschaulichen Beispielen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden. Darüber hinaus schließt diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten beschriebenen Elemente und Merkmale ein.The summary above does not represent each embodiment or every aspect of the present disclosure. Rather, the above features and advantages as well as other features and related advantages of this disclosure will be readily apparent from the following detailed description of illustrative examples and modes for carrying out the present disclosure, when considered in conjunction with the accompanying drawings and appended claims. Furthermore, this disclosure expressly includes all combinations and sub-combinations of the elements and features described above and below.

Figurenlistecharacter list

1 Figure 12 is a schematic representation of a representative EV equipped with a hybrid electric powertrain including a multi-phase induction motor/generator (MGU) unit having one or more non-target surfaces coated with an oleophobic coating and/or a oleophobic texturing have been addressed in accordance with aspects of the present disclosure.
2 12 is a schematic end view of a representative electric motor having a rotor assembly supporting a plurality of permanent magnets, a stator assembly supporting a plurality of hairpin windings, and an oleophobic surface treatment on one or more non-target surfaces, in accordance with aspects of the present disclosure.
3 12 is another schematic end view of the representative electric motor 2 with a protective outer casing that receives dielectric oil from a direct oil cooling system, and oleophobic surface texturing on an inner surface of the motor casing cooling jacket to repel oil from the casing.
4 12 is an elevated perspective view of the representative electric motor of FIG 2 and 3 with an oleophobic coating on the opposed, radially spaced air gap faces of the rotor and stator.

Repräsentative Ausführungsformen dieser Offenbarung sind als nicht einschränkende Beispiele in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen abdecken, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie zum Beispiel von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.Representative embodiments of this disclosure are illustrated by way of non-limiting example in the drawings and are described in more detail below. However, it should be understood that the novel aspects of this disclosure are not limited to the particular forms illustrated in the drawings enumerated above. On the contrary, the disclosure is intended to cover all modifications, equivalents, combinations, sub-combinations, permutations, groupings, and alternatives falling within the scope of this disclosure, for example as encompassed by the appended claims.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Beispiele der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hier im Detail beschrieben, wobei diese Ausführungsformen als Beispiel für die offengelegten Prinzipien und nicht als Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung dienen. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Beschränkungen, die z. B. in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Zusammenfassung“, „Beschreibung der Zeichnungen“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht ausdrücklich in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch insgesamt, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung noch auf andere Weise. Darüber hinaus sind die hier besprochenen Zeichnungen möglicherweise nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu Lehrzwecken. Daher sind die in den Abbildungen dargestellten spezifischen und relativen Abmessungen nicht als einschränkend zu verstehen.This disclosure can be embodied in many different forms. Representative examples of the disclosure are illustrated in the drawings and are described in detail herein, these embodiments being exemplary of the principles disclosed and not limitations on the general aspects of the disclosure. For this purpose, elements and restrictions that e.g. B. described in the "Summary", "Introduction", "Summary", "Description of Drawings" and "Detailed Description" sections, but not expressly set out in the claims, are not incorporated into the claims, either individually or as a whole, neither by implication, nor by inference, nor otherwise. In addition, the drawings discussed herein may not be to scale and are for instructional purposes only. Therefore, the in the The specific and relative dimensions shown in the illustrations are not to be construed as limiting.

Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv; die Wörter „jeder“ und „alle“ bedeuten „jeder und alle“; und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „habend“ und Permutationen davon bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung wie „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ und dergleichen hier im Sinne von „bei, nahe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder einer beliebigen logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können sich richtungsbezogene Adjektive und Adverbien wie „vorn“, „hinten“, „innen“, „außen“, „steuerbord“, „backbord“, „vertikal“, „horizontal“, „nach oben“, „nach unten“, „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“ usw. auf ein Kraftfahrzeug beziehen, z. B. auf die Vorwärtsfahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug auf einer horizontalen Fahrfläche betrieben wird.For purposes of this detailed description, unless expressly excluded: the singular includes the plural and vice versa; the words "and" and "or" apply to both the subjunctive and the disjunctive; the words "any" and "all" mean "any and all"; and the words "including", "including", "comprising", "having" and permutations thereof each mean "including without limitation". In addition, words of approximation such as "approximately," "almost," "substantially," "generally," "approximately," and the like may be used herein to mean "at, near, or nearly at" or "within 0-5% of” or “within acceptable manufacturing tolerances” or any logical combination thereof. Finally, directional adjectives and adverbs such as "front", "back", "inside", "outside", "starboard", "port", "vertical", "horizontal", "upwards", "downwards", "Front", "rear", "left", "right" etc. refer to a motor vehicle, e.g. B. on the forward direction of travel of a motor vehicle when the vehicle is operated on a horizontal driving surface.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugsnummern auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 eine schematische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als Personenkraftwagen mit einem parallelen Hybrid-Elektro-Antriebsstrang mit zwei Kupplungen (P2) dargestellt ist. Das dargestellte Kraftfahrzeug 10 - hier auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der neuartige Aspekte der vorliegenden Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Umsetzung der vorliegenden Konzepte in einem Hybrid-Elektro-Antriebsstrang auch als eine repräsentative Umsetzung der hier offenbarten neuen Konzepte verstanden werden. Es versteht sich von selbst, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung auf andere Antriebsstrang-Architekturen angewandt, in jeden logisch relevanten Kraftfahrzeugtyp eingebaut und sowohl für automobile als auch nicht-automobile Anwendungen genutzt werden können. Schließlich sind in den Abbildungen nur ausgewählte Komponenten des Kraftfahrzeugs und des Elektromotors dargestellt und werden hier im Detail beschrieben. Nichtsdestotrotz können die im Folgenden erörterten elektrischen Maschinen und Fahrzeuge zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere verfügbare periphere Komponenten enthalten, um die verschiedenen Methoden und Funktionen dieser Offenbarung auszuführen.Referring to the drawings, in which like reference numerals refer to like features throughout the several views, 1 1 is a schematic representation of a representative motor vehicle, indicated generally at 10 and illustrated herein for purposes of discussion as a passenger vehicle having a two-clutch (P2) parallel hybrid-electric powertrain. The illustrated motor vehicle 10—also referred to herein as “motor vehicle” or “vehicle” for short—is merely one exemplary application with which novel aspects of the present disclosure may be practiced. Likewise, the implementation of the present concepts in a hybrid electric powertrain should also be understood as a representative implementation of the new concepts disclosed herein. It is understood that aspects of the present disclosure can be applied to other powertrain architectures, incorporated into any logically relevant type of automobile, and utilized for both automotive and non-automotive applications. Finally, only selected components of the motor vehicle and the electric motor are shown in the figures and are described here in detail. Nonetheless, the electric machines and vehicles discussed below may include numerous additional and alternative features and other available peripheral components to perform the various methods and functions of this disclosure.

Das repräsentative Fahrzeug-Antriebsstrangsystem ist in 1 mit einer Antriebsmaschine - hier dargestellt durch eine startfähige Verbrennungskraftmaschine (ICE) 12 und eine elektrische Motor-/Generatoreinheit (MGU) 14 - dargestellt, die über ein mehrgängiges automatisches Leistungsgetriebe 16 antriebsmäßig mit einer Antriebswelle 15 eines Achsantriebsystems 11 verbunden ist. Der Motor 12 überträgt seine Leistung, vorzugsweise in Form eines Drehmoments über eine Motorkurbelwelle 13, auf eine Eingangsseite des Getriebes 16. Das Motordrehmoment wird zunächst über die Kurbelwelle 13 übertragen, um eine motorgetriebene Torsionsdämpferbaugruppe 26 in Drehung zu versetzen, und gleichzeitig über die Torsionsdämpferbaugruppe 26 auf eine Motortrennvorrichtung 28 übertragen. Diese Motortrennvorrichtung 28 überträgt, wenn sie betriebsbereit ist, das von der ICE-Baugruppe 12 über den Dämpfer 26 empfangene Drehmoment auf die Eingangsstruktur einer Drehmomentwandlerbaugruppe (TC) 18. Wie der Name schon sagt, kann die Motortrennvorrichtung 28 selektiv ausgekuppelt werden, um den Motor 12 antriebsmäßig von der MGU 14 (hier auch als „Fahrmotor“ oder einfach „Motor“ bezeichnet), der TC-Baugruppe 18 und dem Getriebe 16 zu trennen.The representative vehicle powertrain system is in 1 with a prime mover - shown here by a startable internal combustion engine (ICE) 12 and an electric motor/generator unit (MGU) 14 - which is drivingly connected via a multi-speed automatic power transmission 16 to a drive shaft 15 of a final drive system 11. The engine 12 transmits its power, preferably in the form of torque, to an input side of the transmission 16 via an engine crankshaft 13. The engine torque is transmitted first through the crankshaft 13 to rotate an engine-driven torsional damper assembly 26 and simultaneously through the torsional damper assembly 26 transferred to an engine separator 28. This engine disconnect device 28, when operational, transmits the torque received from the ICE assembly 12 via the damper 26 to the input structure of a torque converter assembly (TC) 18. As its name suggests, the engine disconnect device 28 can be selectively disengaged to run the engine 12 drivingly separate from the MGU 14 (also referred to herein as the "traction motor" or simply "motor"), the TC assembly 18, and the transmission 16.

Um das Hybridfahrzeug 10 anzutreiben, ist das Getriebe 16 in der Lage, die vom Motor 12 und dem Motor 14 erhaltene Zugkraft aufzunehmen, selektiv zu verändern und an das Endantriebssystem 11 des Fahrzeugs zu verteilen, das hier durch eine Antriebswelle 15, ein hinteres Differential 22 und ein Paar Straßenräder 20 dargestellt wird. Die Kraftübertragung 16, der Motor 14 und der Drehmomentwandler 18 von 1 können sich eine gemeinsame Getriebeölwanne oder einen „Sumpf“ 32 zur Versorgung mit Hydraulikflüssigkeit teilen. Eine gemeinsame Getriebepumpe 34 sorgt für einen ausreichenden Hydraulikdruck, um hydraulisch betätigte Elemente des Getriebes 16, der Drehmomentwandlerbaugruppe 18 und - bei einigen Ausführungen - der Motorabschaltvorrichtung 28 selektiv zu betätigen. Zumindest bei einigen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, dass die Motortrennvorrichtung 28 einen aktiven Kupplungsmechanismus, wie z. B. eine steuerungsbetätigte wählbare Einwegkupplung (SOWC) oder eine Reibscheibenkupplung, oder einen passiven Kupplungsmechanismus, wie z. B. eine Freilauf-OWC-Baugruppe mit Sperrklinke oder Klemmstück, umfasst.To propel the hybrid vehicle 10, the transmission 16 is capable of receiving, selectively varying and distributing traction received from the engine 12 and the engine 14 to the vehicle's driveline system 11, here represented by a driveshaft 15, a rear differential 22 and a pair of road wheels 20 is shown. The transmission 16, the engine 14 and the torque converter 18 of 1 may share a common transmission oil pan or "sump" 32 for supplying hydraulic fluid. A common transmission pump 34 provides sufficient hydraulic pressure to selectively actuate hydraulically operated elements of the transmission 16, the torque converter assembly 18 and, in some embodiments, the engine shutoff device 28. In at least some embodiments, it may be advantageous for engine disconnect device 28 to include an active clutch mechanism, such as a clutch. B. a control-operated selectable one-way clutch (SOWC) or a friction disc clutch, or a passive clutch mechanism such. B. a freewheel OWC assembly with pawl or sprag includes.

Die ICE-Baugruppe 12 treibt das Fahrzeug 10 unabhängig vom elektrischen Fahrmotor 14 an, z. B. in einem „Nur-Motor“-Betriebsmodus, oder in Zusammenarbeit mit dem Motor 14, z. B. in den Betriebsmodi „Fahrzeugstart“ oder „Motorboost“. In dem in 1 dargestellten Beispiel kann die ICE-Baugruppe 12 ein beliebiger verfügbarer oder später entwickelter Motor sein, wie z. B. ein selbstgezündeter Dieselmotor oder ein fremdgezündeter Benzin- oder Flex-Fuel-Motor, der leicht so angepasst werden kann, dass er seine verfügbare Ausgangsleistung bei einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) bereitstellt. Obwohl in 1 nicht explizit dargestellt, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass das Achsantriebssystem 11 jede verfügbare Konfiguration annehmen kann, einschließlich Vorderradantrieb (FWD), Hinterradantrieb (RWD), Vierradantrieb (4WD), Allradantrieb (AWD), Sechsradantrieb (6X4), usw.The ICE assembly 12 propels the vehicle 10 independently of the electric traction motor 14, e.g. B. in a "motor only" mode of operation, or in cooperation with the engine 14, z. B. in the operating modes "vehicle start" or "engine boost". in the in 1 For example, as illustrated, the ICE assembly 12 may be any available or later developed engine, such as. B. a self-ignited ter diesel engine or a spark-ignited gasoline or flex-fuel engine that can easily be tuned to provide its available power output at a specified number of revolutions per minute (RPM). Although in 1 not explicitly shown, it should be understood that the final drive system 11 can assume any available configuration, including front wheel drive (FWD), rear wheel drive (RWD), four wheel drive (4WD), all wheel drive (AWD), six wheel drive (6X4), etc.

In 1 ist auch eine elektrische Motor-/Generatoreinheit („Motor“) 14 dargestellt, die über eine Motorträgernabe, eine Welle oder einen Riemen 29 mit dem hydrodynamischen Drehmomentwandler 18 verbunden ist. Der Drehmomentwandler 18 wiederum verbindet den Motor 14 antriebsmäßig mit einer Eingangswelle 17 des Getriebes 16. Die elektrische MGU 14 besteht aus einer ringförmigen Statorbaugruppe 21, die eine zylindrische Rotorbaugruppe 23 umgibt und konzentrisch zu dieser angeordnet ist. Die Stromversorgung des Stators 21 erfolgt über ein elektrisches Hochspannungssystem mit elektrischen Leitern/Kabeln 27, die über geeignete Dichtungs- und Isolierdurchführungen (nicht dargestellt) durch das Motorgehäuse geführt werden. Umgekehrt kann die elektrische Energie von der MGU 14 zu einem bordseitigen Traktionsbatteriepaket 30 geleitet werden, z. B. durch regeneratives Bremsen. Der Betrieb aller dargestellten Komponenten des Antriebsstrangs kann durch ein bordeigenes oder ferngesteuertes Fahrzeugsteuergerät, z. B. eine programmierbare elektronische Steuereinheit (ECU) 25, geregelt werden. Das Fahrzeug 10 ist zwar als P2-Hybrid-Elektrofahrzeug mit einem einzelnen Motor in paralleler Leistungsverbindung mit einer einzelnen Motorbaugruppe dargestellt, kann aber auch andere HEV-Antriebsstrangkonfigurationen verwenden, einschließlich P0-, P1-, P2,5-, P3- und P4-Hybrid-Antriebsstrang, oder kann für ein BEV, PHEV, Fahrzeug mit verlängerter Reichweite, Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug, FEV usw. angepasst werden.In 1 Also shown is an electric motor/generator unit ("motor") 14 connected to the hydrodynamic torque converter 18 via a motor support hub, shaft or belt 29 . The torque converter 18, in turn, drivingly connects the engine 14 to an input shaft 17 of the transmission 16. The electric MGU 14 consists of an annular stator assembly 21 surrounding a cylindrical rotor assembly 23 and disposed concentrically therewith. Stator 21 is powered by a high voltage electrical system with electrical conductors/cables 27 routed through the motor housing through suitable sealing and insulating bushings (not shown). Conversely, electrical power may be routed from the MGU 14 to an onboard traction battery pack 30, e.g. B. by regenerative braking. Operation of all powertrain components shown may be controlled by an onboard or remote vehicle controller, e.g. a programmable electronic control unit (ECU) 25. Although the vehicle 10 is illustrated as a P2 hybrid electric vehicle having a single motor in parallel power connection with a single motor assembly, it may utilize other HEV powertrain configurations including P0, P1, P2.5, P3, and P4 Hybrid powertrain, or can be adapted for a BEV, PHEV, extended range vehicle, fuel cell hybrid vehicle, FEV, etc.

Die Kraftübertragung 16 kann ein Differenzialgetriebe 24 verwenden, um selektiv variable Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen den Getriebeeingangs- und -ausgangswellen 17 bzw. 19 zu erreichen, z. B. indem die gesamte oder ein Teil der Leistung über die variablen Elemente übertragen wird. Eine Form des Differentialgetriebes ist das Planetenradgetriebe. Planetengetriebe bieten den Vorteil der Kompaktheit und der unterschiedlichen Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen den Gliedern des Planetengetriebes. Traditionell werden hydraulisch betätigte Vorrichtungen zur Erzeugung des Drehmoments, wie Kupplungen und Bremsen, selektiv in Eingriff gebracht, um die oben erwähnten Getriebeelemente zu aktivieren und die gewünschten Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahlverhältnisse zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen 17, 19 des Getriebes herzustellen. Das Getriebe 16 ist als 8-Gang-Automatikgetriebe konzipiert, kann aber auch andere, funktionell geeignete Konfigurationen annehmen, z. B. stufenlose Getriebe (CVT), automatisiert-manuelle Getriebe usw.The powertrain 16 may utilize a differential 24 to selectively achieve variable torque and speed ratios between the transmission input and output shafts 17 and 19, e.g. B. by transferring all or part of the performance via the variable elements. One form of differential gearing is the planetary gear. Planetary gears offer the advantage of compactness and the different torque and speed ratios between the links of the planetary gear. Traditionally, hydraulically actuated torque producing devices such as clutches and brakes are selectively engaged to activate the transmission elements mentioned above and establish the desired forward and reverse speed ratios between the input and output shafts 17,19 of the transmission. The transmission 16 is designed as an 8-speed automatic transmission, but may also assume other configurations that are functionally suitable, e.g. B. continuously variable transmissions (CVT), automated-manual transmissions, etc.

Die hydrokinetische Drehmomentwandlerbaugruppe 18 in 1 dient als Flüssigkeitskupplung, um den Motor 12 und den Motor 14 mit dem internen Planetengetriebe 24 des Leistungsgetriebes 16 zu verbinden. In einer inneren Fluidkammer der Drehmomentwandlerbaugruppe 18 befindet sich ein beschaufeltes Laufrad 36, dem eine beschaufelte Turbine 38 gegenübersteht. Das Laufrad 36 steht in serieller Strömungsverbindung mit der Turbine 38, wobei ein Stator (nicht dargestellt) zwischen dem Laufrad 36 und der Turbine 38 angeordnet ist, um die Strömung zwischen ihnen selektiv zu verändern. Die Übertragung des Drehmoments vom Verbrennungsmotor 12 und dem Motor 14 auf das Getriebe 16 über die TC-Baugruppe 18 erfolgt durch Rührerregung der Hydraulikflüssigkeit, z. B. des Getriebeöls, in der internen Flüssigkeitskammer des TC, die durch die Drehung der Laufrad- und Turbinenschaufeln 36, 38 verursacht wird. Zum Schutz dieser Komponenten ist die Drehmomentwandlerbaugruppe 18 mit einem TC-Pumpengehäuse konstruiert, das hauptsächlich durch einen getriebeseitigen Pumpenmantel 40 definiert ist, der fest, z. B. durch Elektronenstrahlschweißen, an einem motorseitigen Pumpendeckel 42 befestigt ist, so dass dazwischen eine Kammer für hydraulische Arbeitsflüssigkeit gebildet wird.The hydrokinetic torque converter assembly 18 in 1 serves as a fluid coupling to connect the engine 12 and the motor 14 to the internal planetary gear set 24 of the power transmission 16 . Located within an internal fluid chamber of torque converter assembly 18 is a bladed impeller 36 opposed by a bladed turbine 38 . The impeller 36 is in serial flow communication with the turbine 38, with a stator (not shown) positioned between the impeller 36 and the turbine 38 for selectively varying the flow therebetween. The transmission of torque from the internal combustion engine 12 and the motor 14 to the transmission 16 via the TC assembly 18 is effected by stirring the hydraulic fluid, e.g. B. the transmission oil, in the internal liquid chamber of the TC, which is caused by the rotation of the impeller and turbine blades 36,38. To protect these components, the torque converter assembly 18 is constructed with a TC pump housing that is primarily defined by a transmission-side pump shell 40 that is fixedly, e.g. B. by electron beam welding, to an engine-side pump cover 42 so that a chamber for hydraulic working fluid is formed therebetween.

2 zeigt ein weiteres Beispiel einer elektrischen Maschine 114, die magnetisches Material zum Austausch von elektromagnetischen Kräften mit leitenden Wicklungen verwendet, um elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Wie nachstehend erläutert, verwendet die elektrische Maschine 114 eine mehrphasige, haarnadelgewickelte Statorbaugruppe 116, die in eine PM-gelagerte Synchron-Reluktanz-Rotorbaugruppe 118 eingepasst ist und diese umgibt. Die elektrische Maschine 114 von 2 kann sowohl in Kraftfahrzeugen als auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, eignet sich aber besonders für den Einsatz in einem Hybrid-Elektro-Antriebsstrang als Traktionsmotor (z. B. Motor 14, 1) mit einem Motor (z. B. ICE-Baugruppe 12) und für den Betrieb in mindestens einem Motor-Kurbel-Modus, einem regenerativen Lademodus und einem DrehmomentUnterstützungsmodus. Verschiedene alternative Ausführungsformen, einschließlich alternativer Rotorbaugruppenarchitekturen und/oder alternativer Statorbaugruppenarchitekturen, können von der elektrischen Maschine 114 verwendet werden, um die gewünschten Betriebsparameter zu erfüllen. Zum Beispiel, während mit einem Radialfluss internen Permanentmagneten (IPM) Anordnung gezeigt, offenbart Konzepte sind in ähnlicher Weise anwendbar auf andere PM und andere Radialfluss Konfigurationen sowie Axialfluss Motoren und Induktionsmotoren. 2 11 shows another example of an electric machine 114 that uses magnetic material to exchange electromagnetic forces with conductive windings to convert electrical energy into mechanical energy. As discussed below, the electric machine 114 utilizes a multi-phase, hairpin-wound stator assembly 116 fitted within and surrounding a PM-bearing synchronous reluctance rotor assembly 118 . The electric machine 114 from 2 can be used in both automotive and other applications, but is particularly suitable for use in a hybrid electric powertrain as a traction motor (e.g. Motor 14, 1 ) having an engine (e.g., ICE assembly 12) and for operation in at least one of an engine crank mode, a regenerative charge mode, and a torque assist mode. Various alternative embodiments, including alternative rotor assembly architectures and/or alternative stator assembly architectures, may be used by electric machine 114 to meet the desired operating parameters. For example, while shown with a radial flux internal permanent magnet (IPM) arrangement, concepts disclosed are similarly applicable to other PM and other radial flux configurations, as well as axial flux motors and induction motors.

Unter weiterer Bezugnahme auf 2 ist die Statorbaugruppe 116 koaxial mit der Rotorbaugruppe 118 und umgibt diese, wobei ein kleiner Luftspalt 115 dazwischen bleibt. In Übereinstimmung mit dem dargestellten Beispiel kann dieser Luftspalt 115 nicht weniger als etwa 0,2 Millimeter (mm) und nicht mehr als etwa 1,0 mm betragen, um die Leistungsabgabe zu maximieren und die Anzahl der Permanentmagnete 120 zu minimieren, die von der Rotorbaugruppe 118 getragen werden, um eine gewünschte Leistungsabgabe zu erzielen. Die repräsentativen Stator- und Rotorbaugruppen 116, 118 von 2, die beide als abgestumpfte rechtwinklige Zylinder mit einer allgemein ringförmigen Form dargestellt sind, sind konzentrisch um eine Längsmittelachse A der elektrischen Maschine 114 ausgerichtet. Die Statorbaugruppe 116 hat einen hohlen Statorkern 126, der sich in die Rotorbaugruppe 118 einfügt; die Rotorbaugruppe 118 hat einen hohlen Rotorkern 124, der z. B. mit einer Motorwelle (z. B. dem Motorabtriebselement 29 von 1) verkeilt, verzahnt, verschweißt usw. ist. Ein Motorschutzgehäuse kann einen Außenumfang des Stators 116 umgeben und die Motorwelle der elektrischen Maschine 114 stützen, z. B. über Radiallager.With further reference to 2 For example, the stator assembly 116 is coaxial with and surrounds the rotor assembly 118 leaving a small air gap 115 therebetween. Consistent with the illustrated example, this air gap 115 can be no less than about 0.2 millimeters (mm) and no more than about 1.0 mm to maximize power output and minimize the number of permanent magnets 120 used by the rotor assembly 118 may be worn to achieve a desired power output. The representative stator and rotor assemblies 116, 118 of FIG 2 , both shown as truncated right cylinders having a generally annular shape, are concentrically aligned about a central longitudinal axis A of electric machine 114 . The stator assembly 116 has a hollow stator core 126 that nests within the rotor assembly 118; the rotor assembly 118 has a hollow rotor core 124, e.g. B. with a motor shaft (e.g. the motor output element 29 of 1 ) is keyed, splined, welded, etc. A protective motor housing may surround an outer periphery of the stator 116 and support the motor shaft of the electric machine 114, e.g. B. on radial bearings.

Die Rotorbaugruppe 118 von 2 wird mit einem Rotorkörper (oder „Rotorkern“) 128 hergestellt, der mehrere Permanentmagnete 120 (vierundzwanzig (24) PMs im dargestellten Beispiel) trägt, die in Umfangsrichtung um das hohle Rotorzentrum 124 herum angeordnet sind. Insbesondere wird der Rotorkörper 128 gestanzt, präzisionsbearbeitet und mit mehreren Rotorschlitzen 130 zusammengebaut, die in radial beabstandeten Sperrschichten (z. B. vier verschiedenen Sperrschichten) angeordnet sind. Eine erste Sperrschicht 130A von Schlitzen 130 kann am nächsten zu einem inneren Umfang des Rotorkörpers 128 positioniert sein, während eine vierte Sperrschicht 130D von Schlitzen 130 am weitesten vom inneren Umfang des Rotorkörpers entfernt sein kann als die anderen Sperrschichten. Eine zweite Sperrschicht 130B von Schlitzen 130 kann radial zwischen der ersten und dritten Sperrschicht 130A, 130C angeordnet sein, während eine dritte Sperrschicht 130C von Schlitzen 130 radial zwischen der zweiten und vierten Sperrschicht 130B, 130D angeordnet sein kann. Zumindest bei einigen Ausführungsformen können nur ausgewählte Sperrschichten (z. B. die erste und dritte Sperrschicht 130A, 130C) Magnete 120 aufnehmen, während andere ausgewählte Sperrschichten (z. B. die zweite und vierte Sperrschicht 130B, 130D) keine Magnete 120 aufnehmen und somit als Flussbarrieren wirken. Der Rotorkörper 128 kann aus einem metallischen Material, einschließlich eines Edelstahlmaterials, hergestellt werden, das so konstruiert ist, dass es Hochgeschwindigkeits-Drehbeanspruchungen innerhalb vorgegebener Grenzen aufrechterhält.The rotor assembly 118 of FIG 2 is fabricated with a rotor body (or "rotor core") 128 supporting a plurality of permanent magnets 120 (twenty-four (24) PMs in the illustrated example) circumferentially disposed about the hollow rotor center 124 . In particular, the rotor body 128 is stamped, precision machined, and assembled with a plurality of rotor slots 130 arranged in radially spaced barrier layers (e.g., four different barrier layers). A first barrier layer 130A of slots 130 may be positioned closest to an inner perimeter of the rotor body 128, while a fourth barrier layer 130D of slots 130 may be farthest from the inner perimeter of the rotor body than the other barrier layers. A second barrier layer 130B of slots 130 may be disposed radially between the first and third barrier layers 130A, 130C, while a third barrier layer 130C of slots 130 may be disposed radially between the second and fourth barrier layers 130B, 130D. In at least some embodiments, only selected barrier layers (e.g., first and third barrier layers 130A, 130C) may accommodate magnets 120, while other selected barrier layers (e.g., second and fourth barrier layers 130B, 130D) do not accommodate magnets 120 and thus act as flow barriers. The rotor body 128 may be fabricated from any metallic material, including a stainless steel material, designed to withstand high speed torsional stresses within specified limits.

Die Statorbaugruppe 116 von 2 wird mit einem Statorkörper (oder „Statorkern“) 126 hergestellt, der mehrere axial langgestreckte und radial ausgerichtete Statorschlitze 132 (z. B. insgesamt 60 Schlitze) aufweist, die in Umfangsrichtung um ein hohles Statorzentrum 122 herum beabstandet sind. Jeder Statorschlitz 132 erstreckt sich in Längsrichtung durch den Statorkörper 126 entlang der Rotationsachse A der elektrischen Maschine 114. Die Statorschlitze 132 beherbergen komplementäre Schenkel von elektrisch leitenden, mehrphasigen Statorwicklungen 134. Die Statorwicklungen 134 - die hier auch als „Haarnadelwicklungen“ bezeichnet werden - können in verschiedenen Gruppen zusammengefasst werden, von denen jede eine identische Anzahl von Phasen des elektrischen Stroms führen kann, z. B. drei, fünf, sechs oder sieben Phasen. Darüber hinaus können sich die Statorwicklungen 134 axial über die Längsenden des Statorkörpers 126 hinaus erstrecken. Das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Statorkörpers 126 und der axialen Länge der Statorbaugruppe 116 (d. h. der Abstand entlang der Achse A zwischen den Längsenden des Körpers, der keinen sich erstreckenden Teil der Statorwicklungen 134 einschließt) kann beispielsweise nicht weniger als 1,5 und nicht mehr als 3,5 betragen, um die vorgegebenen Bauraumbeschränkungen für eine bestimmte Anwendung der elektrischen Maschine 114 zu erfüllen.The stator assembly 116 of FIG 2 is fabricated with a stator body (or "stator core") 126 having a plurality of axially elongated and radially aligned stator slots 132 (e.g., 60 slots total) spaced circumferentially about a hollow stator center 122 . Each stator slot 132 extends longitudinally through the stator body 126 along the axis of rotation A of the electric machine 114. The stator slots 132 house complementary legs of electrically conductive, multi-phase stator windings 134. The stator windings 134 - also referred to herein as "hairpin windings" - can be different groups, each of which can carry an identical number of phases of electric current, e.g. B. three, five, six or seven phases. Additionally, the stator windings 134 may extend axially beyond the longitudinal ends of the stator body 126 . For example, the ratio of the outside diameter of the stator body 126 to the axial length of the stator assembly 116 (ie, the distance along axis A between the longitudinal ends of the body that does not include an extending portion of the stator windings 134) can be no less than 1.5 and no more than 3.5 to meet the space constraints specified for a particular application of the electric machine 114 .

Um die Herstellung zu erleichtern, die Montage zu vereinfachen und die Kosten zu senken, kann es wünschenswert sein, dass alle Permanentmagnete 120 eine identische, rechteckige Polyederform haben. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass ein oder mehrere oder alle PM-Körper unzählige Formen und Größen annehmen können, einschließlich anderer polyedrischer blockartiger Magnete, ringförmiger (ringförmiger) Magnete, brotlaibartiger blockartiger Magnete (Querschnitt mit viereckigem Abschnitt, der an einen halbovalen Abschnitt angrenzt), gekrümmter Kachelmagnete usw. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann jeder Permanentmagnet 120 eine Dicke von etwa 1,5 mm bis 2,5 mm haben, um in einen Schlitz 130 mit komplementären Abmessungen zu passen. In mindestens einer Ausführungsform kann die Gesamtmasse des von der elektrischen Maschine 114 verwendeten Magnetmaterials (d. h. die Masse aller Magnete 120) etwa 150 Gramm bis etwa 250 Gramm betragen. Die Permanentmagnete 120 der elektrischen Maschine 114 können alle aus demselben Material hergestellt sein, wie z. B. Neodym-Eisen-Bor (NdFeB); alternativ können ein oder mehrere oder alle Magnete 120 aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wie z. B. Samarium-Kobalt (SmCo), Aluminium-Nickel-Kobalt (AlNiCo) oder eine beliebige Kombination von Seltenerd-Magnetmaterialien.For ease of manufacture, ease of assembly, and reduction in cost, it may be desirable for all of the permanent magnets 120 to have an identical rectangular polyhedron shape. It should be appreciated, however, that any or all PM bodies can take on myriad shapes and sizes, including other polyhedral block-like magnets, ring-shaped (annular) magnets, loaf-like block-like magnets (cross-section with a square section adjoining a semi-oval section) , curved tile magnets, etc. As a non-limiting example, each permanent magnet 120 may have a thickness of about 1.5mm to 2.5mm to fit within a slot 130 of complementary dimensions. In at least one embodiment, the total mass of magnet material used by electric machine 114 (ie, the mass of all magnets 120) may be from about 150 grams to about 250 grams. The permanent magnets 120 of the electric machine 114 can all be made of the same material be, such as B. Neodymium Iron Boron (NdFeB); alternatively, one or more or all of the magnets 120 may be made of different materials, such as aluminum. B. Samarium Cobalt (SmCo), Aluminum Nickel Cobalt (AlNiCo) or any combination of rare earth magnet materials.

Ähnlich wie bei den Permanentmagneten 120 in 2 kann es wünschenswert sein, dass alle mehrphasigen Statorwicklungen 134 eine identische Konstruktion aufweisen, einschließlich der Materialzusammensetzung, des Herstellungsverfahrens und der endgültigen Geometrie. Jede Statorwicklung 134 kann aus einem einheitlichen Stangenleiter hergestellt werden, der zu einer U-förmigen Geometrie geformt ist, die durch ein Paar Haarnadelschenkel 133 (4) definiert ist, die parallel zueinander sind und von gegenüberliegenden Enden einer gekrümmten Haarnadelkrone 135 (3) abstehen. Die Haarnadelschenkel 133 werden in die Schlitze 132 des Statorkörpers 126 eingesetzt, wobei sich jeder Schenkel 133 durch einen anderen Statorschlitz 132 erstreckt, so dass sich die Haarnadelkrone 135 (auch als „Endwindung“ bezeichnet) über mehrere der Statorschlitze 132 erstreckt (z. B. kann sich eine Krone über drei, vier oder fünf Schlitze erstrecken). Sätze 137 von Haarnadel-Statorwicklungen 134 können in einem „versetzten“ oder „verschachtelten“ Muster in Bezug auf benachbarte Haarnadeln eingefügt werden, wie am besten in 3 zu sehen. Jeder gegebene Statorschlitz 132 kann eine bestimmte Anzahl von Haarnadelschenkeln 133 enthalten (z. B. vier in dem in 2 dargestellten Beispiel). Sobald alle Haarnadelwicklungen 134 in die Schlitze 132 des Statorkörpers 126 eingesetzt sind, werden die Enden der Haarnadelschenkel 133, die aus einem Längsende der Statormitte 122 herausragen, gebogen; dann werden die elektrischen Verbindungen zu jeder Wicklung 134 hergestellt.Similar to the permanent magnets 120 in 2 For example, it may be desirable for all multi-phase stator windings 134 to be of identical construction, including material composition, manufacturing process, and final geometry. Each stator winding 134 can be made from a unitary bar conductor formed into a U-shaped geometry defined by a pair of hairpin legs 133 ( 4 ) which are parallel to each other and are defined by opposite ends of a curved hairpin crown 135 ( 3 ) protrude. The hairpin legs 133 are inserted into the slots 132 of the stator body 126, with each leg 133 extending through a different stator slot 132 such that the hairpin crown 135 (also referred to as the "end turn") extends across a plurality of the stator slots 132 (e.g. a crown can extend over three, four or five slits). Sets 137 of hairpin stator windings 134 may be inserted in a "staggered" or "interleaved" pattern with respect to adjacent hairpins, as best illustrated in 3 to see. Any given stator slot 132 may contain a certain number of hairpin legs 133 (eg, four in the in 2 example shown). Once all of the hairpin windings 134 are inserted into the slots 132 of the stator body 126, the ends of the hairpin legs 133 protruding from one longitudinal end of the stator center 122 are bent; then the electrical connections to each winding 134 are made.

Während des Betriebs der elektrischen Maschine 114, z. B. in einem regenerativen Lademodus, wird die Rotorbaugruppe 118 über die Motorwelle gedreht, während die Statorbaugruppe 116 relativ stationär gehalten wird. Dabei werden die Permanentmagnete 120 an den mehrphasigen Statorwicklungen 134 vorbeigeführt; das von den Permanentmagneten 120 erzeugte Magnetfeld erzeugt durch elektromagnetische Induktion einen elektrischen Strom in den Wicklungen 134. Dieser induzierte elektrische Strom kann zur Versorgung einer Last verwendet werden (z. B. zum Aufladen des Traktionsbatteriepakets 30 von 1). Umgekehrt wird während des Betriebs der elektrischen Maschine 114, z. B. in einem Motorkurbelmodus, einem EV-Antriebsmodus oder einem Drehmomentunterstützungsmodus, den Statorwicklungen 134 von einer geeigneten Stromquelle (z. B. dem Traktionsbatteriepaket 30) ein elektrischer Strom zugeführt. Wenn der zugeführte Strom durch die mehrphasigen Statorwicklungen 134 fließt, wird an den Statorzähnen 136 ein Magnetfeld erzeugt. Das von den Statorzähnen 136 ausgehende Magnetfeld interagiert mit den Permanentmagneten 120 in der Rotorbaugruppe 118, so dass sich der Rotorkörper 128 und die daran befestigte Motorwelle drehen und eine Drehantriebskraft erzeugen.During operation of the electric machine 114, e.g. B. in a regenerative charging mode, the rotor assembly 118 is rotated via the motor shaft while the stator assembly 116 is held relatively stationary. The permanent magnets 120 are guided past the multi-phase stator windings 134; the magnetic field created by the permanent magnets 120 creates an electric current in the windings 134 by electromagnetic induction. This induced electric current can be used to power a load (e.g., to charge the traction battery pack 30 of 1 ). Conversely, during operation of the electric machine 114, z. B. in a motor crank mode, an EV propulsion mode, or a torque assist mode, the stator windings 134 is supplied with an electric current from a suitable power source (e.g., the traction battery pack 30). When the supplied current flows through the multi-phase stator windings 134, a magnetic field is generated at the stator teeth 136. The magnetic field emanating from the stator teeth 136 interacts with the permanent magnets 120 in the rotor assembly 118, causing the rotor body 128 and the motor shaft attached thereto to rotate and generate a rotational driving force.

3 zeigt die repräsentative elektrische Maschine 114 von 2, die mit einem Wärmemanagementsystem 140 mit direkter Ölkühlung zur selektiven Kühlung der wärmeerzeugenden Komponenten innerhalb der Motorbaugruppe verbunden ist. In einem direkten Kühlsystem berührt ein Kühlmittel 142, das ein technisches Volltauch-Flüssigkeitskühlmittel oder ein schmierendes dielektrisches Getriebeöl (z. B. aus der Getriebeölwanne 32 gepumpt) sein kann, die erhitzten „Ziel-“ oder „thermischen“ Oberflächen einer oder mehrerer Motorkomponenten, um die Wärme direkt von der/den Komponente(n) abzuleiten. Wie oben in 1 beschrieben, kann beispielsweise eine elektrische Maschine 114 - wenn sie als Motor-/Generatoreinheit 14 konfiguriert ist - über einen gemeinsamen Kühlkreislauf gekühlt werden, der mit dem Fahrzeuggetriebe 16 geteilt wird. Bei alternativen Architekturen kann ein eigener Kühlkreislauf, der nicht in Fluidverbindung mit dem Getriebe 16 steht, zur Kühlung der MGU 14 verwendet werden. Unabhängig davon, ob ein gemeinsames oder ein dediziertes System verwendet wird, wird die Kühlflüssigkeit 142 durch einen oder mehrere Kühlflüssigkeitseinlässe 144 in einen Kühlmantelabschnitt eines äußeren Motorschutzgehäuses 146 der elektrischen Maschine 114 geleitet. Diese Kühlflüssigkeit 142 wird über freiliegende Segmente der Kronen und/oder Schenkel der Mehrphasen-Statorwicklungen 134 verteilt, die aus den axialen Enden des Statorkerns 122 herausragen. Nach der Kühlung der elektrischen Maschine 114 wird das in der Wärme mitgeführte Öl aus der elektrischen Maschine 114 durch einen oder mehrere Kühlmittelauslässe 148 im Motorgehäuse 146 ausgestoßen. 3 12 shows the representative electric machine 114 of FIG 2 , which is connected to a direct oil-cooled thermal management system 140 for selectively cooling the heat-generating components within the engine assembly. In a direct cooling system, a coolant 142, which may be an engineered full-submersible liquid coolant or a lubricating dielectric transmission oil (e.g., pumped from the transmission sump 32), contacts the heated "target" or "thermal" surfaces of one or more engine components, to dissipate heat directly from the component(s). As above in 1 described, for example, an electric machine 114 - when configured as a motor/generator unit 14 - can be cooled via a common cooling circuit that is shared with the vehicle transmission 16 . In alternative architectures, a dedicated cooling loop that is not in fluid communication with the transmission 16 can be used to cool the MGU 14 . Regardless of whether a shared or dedicated system is used, the cooling liquid 142 is directed through one or more cooling liquid inlets 144 into a cooling jacket portion of an outer protective motor housing 146 of the electric machine 114 . This cooling liquid 142 is distributed over exposed segments of the crests and/or legs of the multi-phase stator windings 134 that protrude from the axial ends of the stator core 122 . After the electric machine 114 has been cooled, the heat-entrained oil is expelled from the electric machine 114 through one or more coolant outlets 148 in the motor housing 146 .

Für eine maximale Kühleffizienz ist es oft wünschenswert, das größtmögliche Volumen und die größtmögliche Masse der Kühlflüssigkeit auf eine Zieloberfläche jedes zu kühlenden Bauteils zu leiten. Da die Wärmeübertragung in der Regel linear mit der benetzten Fläche ansteigt, ist es außerdem wünschenswert, die Kühlflüssigkeit über die größtmögliche Kontaktfläche einer Zieloberfläche jedes zu kühlenden Bauteils zu leiten. Der hier verwendete Begriff „benetzte Fläche“ kann so definiert werden, dass er die gewöhnliche und übliche Bedeutung hat, die ihm von Fachleuten zuerkannt wird, einschließlich der gesamten Oberfläche einer Zielfläche, die in ein flüssiges Medium eingetaucht ist, damit in direkten Kontakt kommt oder anderweitig damit in Berührung kommt. Bei direkt flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschinen wird jedoch eine messbare Menge an Kühlflüssigkeit verwendet, die von Natur aus über Nicht-Zieloberflächen der Baugruppe fließt und folglich nicht mit einer Zielfläche in Berührung kommt. In der in 3 dargestellten schwerkraftgekühlten Architektur erzeugt beispielsweise die Molekül-zu-Molekül-Anziehung zwischen der Kühlflüssigkeit 142 und der inneren Oberfläche des Motorgehäuses 146 eine Oberflächenspannung, die ohne Abhilfemaßnahmen dazu führt, dass die einströmende Kühlflüssigkeit 142 an den Seiten des Gehäuses 146 „klebt“ und zum Flüssigkeitsauslass 148 fließt, ohne mit den Statorwicklungen 134 in Kontakt zu kommen und ihnen Wärme zu entziehen.For maximum cooling efficiency, it is often desirable to direct the greatest possible volume and mass of cooling liquid onto a target surface of each component to be cooled. In addition, since heat transfer tends to increase linearly with wetted area, it is desirable to direct the cooling liquid over as much contact area as possible of a target surface of each component to be cooled. As used herein, the term "wetted surface" may be defined to have the ordinary and customary meaning accorded to those skilled in the art, including the entire surface area of a target surface that is immersed in, comes in direct contact with, or is in a liquid medium otherwise come into contact with it. With directly liquid However, cooled electric machines use a measurable amount of cooling liquid that inherently flows over non-target surfaces of the assembly and consequently does not contact a target surface. in the in 3 For example, in the gravity-cooled architecture illustrated, the molecule-to-molecule attraction between the cooling liquid 142 and the inner surface of the motor housing 146 creates surface tension that, if left unchecked, will cause the incoming cooling liquid 142 to "stick" to the sides of the housing 146 and to the liquid outlet 148 flows without contacting the stator windings 134 and extracting heat from them.

Zusätzlich zur Sicherstellung, dass die elektrische Maschine 114 innerhalb eines kalibrierten Temperaturbereichs arbeitet, kann die elektrische Maschine 114 so konstruiert sein, dass sie eine Reihe von vordefinierten Betriebseigenschaften erreicht, die Folgendes umfassen können: einen relativ hohen Wirkungsgrad (z. B. mindestens etwa 85 % Wirkungsgrad über einen kalibrierten Leistungs- und Drehzahlbereich); eine relativ hohe Leistungsdichte (z. B. mehr als etwa 1500 Watt pro Liter); eine relativ hohe Drehmomentdichte (z. B. mehr als etwa 5 Newtonmeter pro Liter); und eine Höchstdrehzahl von mindestens etwa 18.000 U/min. Bei direkt flüssigkeitsgekühlten Motoren kann die Kühlflüssigkeit jedoch frei durch das Motorgehäuse fließen, ohne dass ein vordefinierter Weg vorhanden ist, und so versehentlich in den Luftspalt zwischen Stator und Rotor gelangen. Beim Eintritt in den Luftspalt erhöht die Kühlflüssigkeit - die naturgemäß eine viel höhere Viskosität als Luft aufweist - die Reibungsverluste und verschlechtert den Wirkungsgrad des Motors.In addition to ensuring that the electric machine 114 operates within a calibrated temperature range, the electric machine 114 may be designed to achieve a number of predefined operating characteristics, which may include: a relatively high efficiency (e.g., at least about 85 % efficiency over a calibrated power and speed range); a relatively high power density (eg, greater than about 1500 watts per liter); a relatively high torque density (e.g., greater than about 5 Newton meters per liter); and a maximum speed of at least about 18,000 rpm. However, in direct liquid-cooled motors, the cooling liquid can flow freely through the motor housing without a predefined path, inadvertently entering the air gap between the stator and rotor. On entering the air gap, the cooling liquid - which by its nature has a much higher viscosity than air - increases friction losses and reduces the efficiency of the motor.

Im Folgenden werden oleophobe Oberflächenbehandlungen beschrieben, die chemisch so konfiguriert und strategisch positioniert sind, dass sie Kühlflüssigkeit von „Nicht-Ziel“-Oberflächen abweisen und die Kühlflüssigkeit zu den „Ziel“-Oberflächen einer elektrischen Maschine umlenken. Der Begriff „oleophob“ kann so definiert werden, dass er die gewöhnliche und übliche Bedeutung hat, die ihm von Fachleuten zuerkannt wird, einschließlich eines Objekts oder einer Substanz mit einer chemischen Abneigung gegen Öl und Substanzen auf Ölbasis und der daraus resultierenden Tendenz, diese abzustoßen. Oleophobe Oberflächenbehandlungen können auf eine oder mehrere ausgewählte Nicht-Zieloberflächen aufgebracht werden, wie z. B. nichtthermische Oberflächen oder berührungsfreie, reibungsarme Oberflächen, z. B. zur Verbesserung der Kühleffizienz oder zur Verringerung der Windungsverluste einer elektrischen Maschine. Der hier verwendete Begriff „nichtthermisch“ kann so definiert werden, dass er die gewöhnliche und übliche Bedeutung hat, die ihm von Fachleuten zuerkannt wird, einschließlich eines Objekts oder einer Oberfläche, die keine thermische Energie (d. h. Wärme) erzeugt. Zum Vergleich: Beispiele für thermische Objekte sind der Rotorkern 128, der Wärme durch Rotationsreibung erzeugt, und die Haarnadelwicklungen 134, die Wärme durch elektrischen Widerstand erzeugen. Im Hinblick auf die Effizienz und Effektivität der Kühlung ist es oft wünschenswert, dass der größte Teil, wenn nicht sogar die gesamte Kühlflüssigkeit die thermischen Zielflächen und -objekte berührt.The following describes oleophobic surface treatments that are chemically configured and strategically positioned to repel coolant from "non-target" surfaces and redirect coolant to the "target" surfaces of an electric machine. The term "oleophobic" can be defined to have the ordinary and customary meaning accorded to it by those skilled in the art to include an object or substance having a chemical aversion to, and consequent tendency to repel, oil and oil-based substances . Oleophobic surface treatments can be applied to one or more selected non-target surfaces such as: B. non-thermal surfaces or non-contact, low-friction surfaces, e.g. B. to improve the cooling efficiency or to reduce the winding losses of an electrical machine. As used herein, the term "non-thermal" may be defined to have the ordinary and customary meaning accorded to those skilled in the art, including an object or surface that does not generate thermal energy (i.e., heat). For comparison, examples of thermal objects are the rotor core 128, which generates heat through rotational friction, and the hairpin windings 134, which generate heat through electrical resistance. It is often desirable for cooling efficiency and effectiveness to have most, if not all, of the cooling liquid in contact with thermal target surfaces and objects.

Wie weiter unten in der Erörterung von 3 beschrieben wird, kann Kühlflüssigkeit zumindest von der oberen Hälfte des Motoraußengehäuses 146 abgestoßen und durch eine oleophobe Oberflächenbehandlung auf der Innenseite des Außengehäuses 146 zu den freiliegenden Enden der Haarnadelwicklungen 134 umgelenkt werden. Die Verwendung solcher oleophoben Oberflächenbehandlungen trägt zur Verbesserung der thermischen Leistung bei, ohne dass strukturelle Änderungen an der Maschinenhardware vorgenommen werden müssen, ohne dass passive Durchflussregelungsvorrichtungen und ohne dass eine aktive Durchflussregelungslogik und - hardware hinzugefügt werden muss. Das Eindringen von Kühlflüssigkeit in den Luftspalt zwischen den Stator- und Rotorbaugruppen 116, 118 kann durch eine oleophobe Oberflächenbehandlung auf der Oberfläche des Rotorkerns 128 mit äußerem Durchmesser (OD) und der Oberfläche des Statorkerns 126 mit innerem Durchmesser (ID) verhindert werden, wie weiter unten in der Diskussion von 4 beschrieben wird. Gleichzeitig wird jede fremde Kühlflüssigkeit, die zwischen die Rotor- und Statorbaugruppen 116, 118 gesaugt wird, durch die Oleophobie der Oberflächenbehandlungen aus dem Luftspalt verdrängt. Die Implementierung solcher oleophoben Merkmale erfordert keine Änderungen an der vorhandenen Maschinenhardware und trägt dazu bei, den Widerstand zwischen dem rotierenden Rotor und dem stationären Stator zu verringern.As further below in the discussion of 3 , cooling liquid may be expelled from at least the upper half of the motor outer case 146 and redirected to the exposed ends of the hairpin coils 134 by an oleophobic finish on the inside of the outer case 146 . The use of such oleophobic surface treatments helps improve thermal performance without requiring structural changes to machine hardware, without adding passive flow control devices, and without adding active flow control logic and hardware. Ingress of cooling liquid into the air gap between the stator and rotor assemblies 116, 118 can be prevented by an oleophobic surface treatment on the outer diameter (OD) surface of the rotor core 128 and the inner diameter (ID) surface of the stator core 126, as further below in the discussion of 4 is described. At the same time, any foreign cooling liquid drawn between the rotor and stator assemblies 116, 118 is displaced from the air gap by the oleophobic nature of the surface treatments. Implementing such oleophobic features requires no changes to existing machine hardware and helps reduce drag between the rotating rotor and stationary stator.

Wiederum unter Bezugnahme auf 3 werden ausgewählte nichtthermische Oberflächen des Motoraußengehäuses 146 mit einer oleophoben Oberflächenbehandlung versehen, die dazu dient, die Oberflächenenergie und den benetzten Bereich jeder Nicht-Zieloberfläche zu reduzieren und gleichzeitig die Masse der Kühlflüssigkeit zu verringern, die mit der Nicht-Zieloberfläche in Kontakt kommt. Im gezeigten Beispiel ist die Nicht-Zieloberfläche eine Innenfläche 147 des Außengehäuses 146 oder ausgewählte Bereiche der Innenfläche 147 des Außengehäuses. Gemäß dem dargestellten Beispiel ist das Außengehäuse 146 des Motors eine zweiteilige Konstruktion mit einem Hauptmantel 150, der die Statorbaugruppe 116 und die Rotorbaugruppe 118 umgibt, und einem Kühlmittelmantel 152, der mit einem axialen Ende des Hauptmantels 150 verschraubt, verschweißt oder auf andere Weise sicher befestigt ist. Über die Flüssigkeitseinlässe 144 des Direktkühlungs-Wärmemanagementsystems 140 wird die Kühlflüssigkeit 142 durch entsprechende Öffnungen im oberen Quadranten des Kühlmantels 152 zugeführt.Again referring to 3 For example, select non-thermal surfaces of the motor outer case 146 are provided with an oleophobic surface treatment that serves to reduce the surface energy and wetted area of each non-target surface while reducing the mass of cooling liquid that contacts the non-target surface. In the example shown, the non-target surface is an inner surface 147 of the outer housing 146 or selected portions of the inner surface 147 of the outer housing. According to the illustrated example, the motor outer housing 146 is a two-piece construction having a main shell 150 surrounding the stator assembly 116 and the rotor assembly 118, and a coolant jacket 152 bolted, welded or otherwise securely fastened to an axial end of the main shell 150 is. The cooling liquid 142 is supplied via the liquid inlets 144 of the direct cooling thermal management system 140 through corresponding openings in the upper quadrant of the cooling jacket 152 .

Eine Innenfläche 147 eines ringförmigen Segments des Kühlmittelmantels 152 ist ganz oder teilweise mit einer oleophoben Oberflächenbehandlung 154A, 154B versehen. Um die Herstellung zu vereinfachen, kann die gesamte ID-Oberfläche 147 mit einer oleophoben Beschichtung oder Texturierung behandelt werden. Umgekehrt können zur Minimierung der Herstellungskosten nur ausgewählte Bereiche der ID-Oberfläche 147 mit einer oleophoben Beschichtung oder Texturierung behandelt werden. Beispielsweise kann sich die Kühlflüssigkeit 142 auf natürliche Weise im unteren Quadranten des Kühlmantels 152 ansammeln, bevor sie durch die Kühlflüssigkeitsauslässe 148 abgeleitet wird; daher kann nur die obere Hälfte oder zwei Drittel der Innenfläche 147 behandelt werden.An inner surface 147 of an annular segment of the coolant jacket 152 is provided in whole or in part with an oleophobic surface treatment 154A, 154B. To simplify manufacturing, the entire ID surface 147 can be treated with an oleophobic coating or texturing. Conversely, to minimize manufacturing costs, only selected areas of the ID surface 147 can be treated with an oleophobic coating or texturing. For example, the cooling liquid 142 may naturally collect in the lower quadrant of the cooling jacket 152 before being discharged through the cooling liquid outlets 148; therefore, only the top half or two-thirds of the inner surface 147 can be treated.

Die beschriebenen oleophoben Oberflächenbehandlungen stoßen Öl ab und leiten es um, indem sie die benetzte Fläche der Nicht-Zieloberfläche minimieren und gleichzeitig die Masse der Kühlflüssigkeit, die mit der Nicht-Zieloberfläche in Kontakt kommt, verringern. In 3 sind zwei nicht einschränkende Beispiele für oleophile Oberflächenbehandlungen dargestellt: eine oleophile Oberflächenaufrauhung 154A und ein oleophiler Oberflächenaufdruck 154B. Die Inspektionsansicht in der oberen linken Ecke von 3 zeigt eine oleophobe Oberflächenaufrauhung 154A nach Cassie-Baxter State (CBS), die durch mehrere vertiefte Rillen 151 gekennzeichnet ist, die so geformt, bemessen und angeordnet sind, dass sie Lufttaschen 153 zwischen der Nicht-Zieloberfläche 147 und der Kühlflüssigkeit 142 bilden. Die CBS-Oberflächenbehandlung 154A kann beispielsweise einen Rauheitsfaktor (r) von etwa 1,6 oder mehr aufweisen, bei dem der scheinbare Kontaktwinkel ausreichend groß ist, um die Wenzel-Theorie zu überwinden. Mit zunehmender Oberflächenrauheit wird es für das flüssige Kühlmittel schwieriger, durch die Nuten 151 zu dringen, da in den Nuten 151 Lufttaschen 153 eingeschlossen sind.The oleophobic surface treatments described repel and redirect oil by minimizing the wetted area of the non-target surface while reducing the mass of cooling liquid contacting the non-target surface. In 3 Two non-limiting examples of oleophilic surface treatments are illustrated: an oleophilic surface roughening 154A and an oleophilic surface print 154B. The inspection view in the upper left corner of 3 15 shows a Cassie-Baxter State (CBS) oleophobic surface roughening 154A characterized by a plurality of recessed grooves 151 that are shaped, sized, and arranged to form air pockets 153 between the non-target surface 147 and the cooling liquid 142. For example, the CBS surface treatment 154A may have a roughness factor (r) of about 1.6 or greater, where the apparent contact angle is sufficiently large to overcome Wenzel theory. As the surface roughness increases, it becomes more difficult for the liquid coolant to penetrate through the grooves 151 since air pockets 153 are trapped in the grooves 151 .

Die Inspektionsansicht in der oberen rechten Ecke von 3 zeigt einen CBS-Oberflächenaufdruck 154B mit einer Reihe von T-förmigen vertieften Kanälen 155, die so geformt, bemessen und angeordnet sind, dass sie Lufttaschen 157 zwischen der Nicht-Zieloberfläche 147 und der Kühlflüssigkeit 142 bilden. Diese oleophobe Oberflächenbehandlung 154A, 154B von 3 kann in jede Nicht-Zieloberfläche 147 geätzt werden und kann optional ein anisotropes Muster annehmen. Die Oberflächenätzung kann durch jede geeignete Technik erfolgen, einschließlich einer Ultraviolett-(UV)-Ätzung, einer Plasma-Ätzung, einer Flammen-Ätzung und/oder einer Säure-Ätzung. Form, Größe, Lage und relative Ausrichtung der Rillen 151 und Kanäle 155 können sowohl einzeln als auch gemeinsam modifiziert werden, um ein gewünschtes Maß an Oleophobie zu erreichen. Die beschriebenen oleophoben Oberflächenbehandlungen können auf die gesamte Oberfläche aufgetragen werden oder Teilbeschichtungen sowie Beschichtungen mit Mustern umfassen. So kann beispielsweise die Rotoroberfläche eines Radialflussmotors mit einem schraubenförmigen Muster einer oleophoben Beschichtung versehen werden, die dazu beiträgt, Flüssigkeit aus dem Luftspalt zu verdrängen. Bei einem Axialflussmotor kann eine oleophobe Oberflächenbehandlung auf nebeneinander liegende, axial beabstandete Rotor- und Statorflächen aufgebracht werden. Wenn der Axialflussmotor ein Paar ringförmiger Rotorplatten aufweist, die jeweils einem axialen Ende des Stators gegenüberliegen, können beide axialen Endflächen des Stators sowie die axiale Fläche jedes Rotors, die dem Stator zugewandt ist, mit oleophoben Oberflächenbehandlungen versehen werden. The inspection view in the upper right corner of 3 14 shows a CBS surface print 154B with a series of T-shaped recessed channels 155 shaped, sized and arranged to form air pockets 157 between the non-target surface 147 and the cooling liquid 142. FIG. This oleophobic surface treatment 154A, 154B from 3 can be etched into any non-target surface 147 and can optionally assume an anisotropic pattern. The surface etch can be performed by any suitable technique, including an ultraviolet (UV) etch, a plasma etch, a flame etch, and/or an acid etch. The shape, size, location, and relative orientation of the grooves 151 and channels 155, both individually and collectively, can be modified to achieve a desired level of oleophobicity. The oleophobic surface treatments described may be applied to the entire surface or may include partial coatings as well as patterned coatings. For example, the rotor surface of a radial flux motor can be coated with a helical pattern of an oleophobic coating that helps displace liquid from the air gap. In an axial flux motor, an oleophobic surface treatment can be applied to adjacent, axially spaced rotor and stator surfaces. When the axial flux motor has a pair of annular rotor plates each facing an axial end of the stator, both axial end surfaces of the stator and the axial surface of each rotor facing the stator can be provided with oleophobic surface treatments.

In 4 sind ausgewählte berührungsfreie, reibungsarme Oberflächen der Stator- und Rotorbaugruppen 116, 118 des Motors mit einer oleophoben Oberflächenbeschichtung versehen, um die Reibung zu verringern und den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen. Im gezeigten Beispiel gibt es zwei berührungsfreie Oberflächen auf zwei verschiedenen Objekten: die Außenfläche 159 des Rotorkerns 128 und eine Innenfläche 161 des Statorkerns 126. Wie dargestellt, ist die OD-Oberfläche 159 des Rotors konzentrisch mit der ID-Oberfläche 161 des Stators und radial über den Luftspalt 115 beabstandet. Eine oleophobe Oberflächenbeschichtung 164 bedeckt einige oder alle der Außen- und Innenflächen 159, 161. In diesem Fall kann die oleophobe Oberflächenbehandlung 164 eine Nanopartikelbeschichtung umfassen oder im Wesentlichen aus einer Nanopartikelbeschichtung bestehen, die Siliziumdioxid (SiO₂), Poly(diallyldimethylammonium)chlorid (PDDA) und/oder Polydioctylfluoren (PFO) enthält. Optional kann die oleophobe Oberflächenbehandlung 164 eine ölabweisende Fluorpolymerbeschichtung, wie z. B. eine Polytetrafluorethylen (PTFE)-Beschichtung, umfassen oder im Wesentlichen aus dieser bestehen. Die oleophobe Oberflächenbehandlung 164 kann ansonsten eine chemische Abscheidungsbehandlung einer organischen Verbindung umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Diese organische Verbindung kann im Wesentlichen ein Dimethylformamid (DMF)-Material und/oder ein Material auf Hexanbasis enthalten oder daraus bestehen.In 4 For example, selected non-contact, low-friction surfaces of the motor's stator and rotor assemblies 116, 118 are provided with an oleophobic surface coating to reduce friction and increase motor efficiency. In the example shown, there are two non-contacting surfaces on two different objects: the outer surface 159 of the rotor core 128 and an inner surface 161 of the stator core 126. As shown, the rotor OD surface 159 is concentric with the stator ID surface 161 and radially across the air gap 115 apart. An oleophobic surface coating 164 covers some or all of the exterior and interior surfaces 159, 161. In this case, the oleophobic surface treatment 164 may comprise, or consist essentially of, a nanoparticle coating containing silicon dioxide (SiO ₂ ), poly(diallyldimethylammonium) chloride (PDDA ) and/or polydioctylfluorene (PFO). Optionally, the oleophobic surface treatment 164 can be an oleophobic fluoropolymer coating, such as e.g. B. a polytetrafluoroethylene (PTFE) coating comprise or consist essentially of this. The oleophobic surface treatment 164 may otherwise include or consist essentially of a chemical deposition treatment of an organic compound. This organic compound may essentially contain or consist of a dimethylformamide (DMF) material and/or a hexane-based material.

Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm mit Anweisungen, wie z. B. Programmmodule, implementiert werden, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden und von einem Steuergerät oder den hier beschriebenen Steuerungsvarianten ausgeführt werden. Software kann, in nicht einschränkenden Beispielen, Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen umfassen, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, die es dem Computer ermöglicht, entsprechend einer Eingabequelle zu reagieren. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um als Reaktion auf empfangene Daten in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten eine Vielzahl von Aufgaben auszulösen. Die Software kann auf einer Vielzahl von Speichermedien wie CD-ROM, Magnetplatte und Halbleiterspeicher (z. B. verschiedene Arten von RAM oder ROM) gespeichert werden.Aspects of this disclosure may, in some embodiments, be executed by a computer executable bare program with instructions, such as B. program modules are implemented, which are generally referred to as software applications or application programs and are executed by a control unit or the control variants described here. Software can include, by way of non-limiting example, routines, programs, objects, components, and data structures that perform particular tasks or implement particular types of data. The software can form an interface that allows the computer to respond according to an input source. The software may also work with other code segments to initiate a variety of tasks in response to received data associated with the source of the received data. The software can be stored on a variety of storage media such as CD-ROM, magnetic disk and semiconductor memory (e.g. various types of RAM or ROM).

Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzkonfigurationen praktiziert werden, einschließlich Multiprozessorsystemen, mikroprozessorbasierter oder programmierbarer Unterhaltungselektronik, Minicomputern, Großrechnern und dergleichen. Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in verteilten Computerumgebungen angewandt werden, in denen Aufgaben von stationären und entfernten Verarbeitungsgeräten ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetz verbunden sind. In einer Umgebung mit verteilter Datenverarbeitung können sich Programmmodule sowohl in lokalen als auch in entfernten Computerspeichermedien, einschließlich Speichergeräten, befinden. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem implementiert werden.In addition, aspects of the present disclosure may be practiced with a variety of computer system and computer network configurations, including multiprocessor systems, microprocessor-based or programmable consumer electronics, minicomputers, mainframe computers, and the like. Additionally, aspects of the present disclosure may be practiced in distributed computing environments where tasks are performed by stationary and remote processing devices that are linked through a communications network. In a distributed computing environment, program modules may reside in both local and remote computer storage media, including storage devices. Aspects of the present disclosure may therefore be implemented in connection with various hardware, software, or a combination thereof in a computer system or other processing system.

Jedes der hier beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen zur Ausführung durch (a) einen Prozessor, (b) eine Steuerung und/oder (c) eine andere geeignete Verarbeitungsvorrichtung enthalten: (a) einem Prozessor, (b) einem Steuergerät und/oder (c) jeder anderen geeigneten Verarbeitungsvorrichtung. Jeder hier offengelegte Algorithmus, jede Software, Steuerlogik, jedes Protokoll oder Verfahren kann als Software verkörpert sein, die auf einem greifbaren Medium gespeichert ist, wie z. B. einem Flash-Speicher, einem Festkörperspeicher, einer Festplatte, einer CD-ROM, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder anderen Speichergeräten. Der gesamte Algorithmus, die Steuerlogik, das Protokoll oder das Verfahren und/oder Teile davon können alternativ auch von einem anderen Gerät als einem Steuergerät ausgeführt werden und/oder in Firmware oder spezieller Hardware in einer verfügbaren Art und Weise verkörpert sein (z. B. implementiert durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare Logikeinheit (PLD), eine feldprogrammierbare Logikeinheit (FPLD), diskrete Logik usw.). Obwohl spezifische Algorithmen unter Bezugnahme auf die hier dargestellten Flussdiagramme beschrieben werden, können alternativ auch viele andere Methoden zur Implementierung der beispielhaften maschinenlesbaren Anweisungen verwendet werden.Any of the methods described herein may include machine-readable instructions for execution by (a) a processor, (b) a controller, and/or (c) other suitable processing device: (a) a processor, (b) a controller, and/or (c ) any other suitable processing device. Any algorithm, software, control logic, protocol, or method disclosed herein may be embodied in software stored on a tangible medium, such as a computer. a flash memory, solid-state memory, hard drive, CD-ROM, Digital Versatile Disk (DVD), or other storage device. Alternatively, the entire algorithm, control logic, protocol or method and/or parts thereof may be executed by a device other than a controller and/or embodied in firmware or dedicated hardware in an available manner (e.g. implemented by an application specific integrated circuit (ASIC), a programmable logic device (PLD), a field programmable logic device (FPLD), discrete logic, etc.). Although specific algorithms are described with reference to the flowcharts presented herein, many other methods of implementing the example machine-readable instructions may alternatively be used.

Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden ausführlich unter Bezugnahme auf die abgebildeten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die genaue Konstruktion und die hierin offengelegten Zusammensetzungen beschränkt; alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen im Rahmen der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus schließen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale ein.Aspects of the present disclosure have been described in detail with reference to the illustrated embodiments; however, those skilled in the art will appreciate that many modifications can be made thereto without departing from the scope of the present disclosure. The present disclosure is not limited to the precise construction and compositions disclosed herein; all modifications, changes and variations apparent from the above descriptions are intended to be included within the scope of the disclosure as defined by the appended claims. Furthermore, the present concepts expressly include all combinations and sub-combinations of the foregoing elements and features.

Claims

An electrical machine comprising: an outer case; a direct cooling thermal management system connected to the outer case and configured to circulate a cooling fluid; a stator assembly fixed to the outer case and having a stator core with an electromagnetic stator winding attached to the stator core; and a rotor assembly movable with respect to the stator assembly and including a rotor core with a magnet or a rotor winding attached to the rotor core, wherein the outer housing, the rotor assembly and/or the stator assembly has a non-target surface with an oleophobic surface treatment configured to reduce a wetted area of the non-target surface and a coolant mass of the cooling liquid contacting the non-target surface, reduced.

Electric machine after claim 1 wherein the non-target surface comprises an inner surface of the outer housing.

Electric machine after claim 2 , wherein the outer housing comprises a main shell, which surrounds the stator assembly and the rotor assembly, and a coolant jacket, which at a axial end of the main shell and is in fluid communication with the direct-cooling thermal management system, and wherein the inner surface is an inner diameter (ID) shell surface of an annular segment of the coolant jacket, with the oleophobic surface treatment covering substantially the entire ID shell surface.

Electric machine after claim 1 wherein the non-target surface comprises opposing surfaces of the rotor assembly and the stator assembly.

Electric machine after claim 4 wherein: the rotor core is concentrically aligned within a hollow center of the stator core, and wherein the opposing surfaces comprise an outer diameter (OD) surface of the rotor core and an inner diameter (ID) surface of the stator core, wherein the oleophobic surface treatment includes some or all of the OD and ID surfaces covered.

Electric machine after claim 4 wherein: the rotor core is axially spaced from the stator core, and wherein the opposing surfaces comprise an axial rotor face of the rotor core and an axial stator face of the stator core, the oleophobic surface treatment covering some or all of the axially spaced and opposing axial rotor and stator faces.

Electric machine after claim 1 wherein the oleophobic surface treatment comprises a Cassie-Baxter State (CBS) surface roughening having a plurality of recessed grooves configured to form air pockets between the non-target surface and the cooling liquid.

Electric machine after claim 1 wherein the oleophobic surface treatment comprises a Cassie-Baxter State (CBS) surface embossing with a series of T-shaped recessed channels configured to form air pockets between the non-target surface and the cooling liquid.

Electric machine after claim 1 wherein the oleophobic surface treatment comprises a nanoparticle coating containing silicon dioxide (SiO2), poly(diallyldimethylammonium) chloride (PDDA) and/or polydioctylfluorene (PFO).

Electric machine after claim 1 wherein the oleophobic surface treatment comprises an oleophobic fluoropolymer coating.