專利名稱：從電機繞組端部匝除熱的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電機，并且更特別地涉及電機中的繞組端部匝的液冷冷卻。
背景技術：
電機典型地為風冷或液冷的。風冷電機典型地是使空氣吹過定子芯和導線繞組。在這種結構中，電機可被稱為非密封式或敞開式電機，從而空氣可穿過定子芯和繞組。在封閉式或密封式電機中，空氣典型地穿過電機外殼上的冷卻散熱片，以從電機中散出廢熱。在非密封式或密封式電機中，相比于液冷來說，風冷提供了較簡單但效率較低的電機冷卻方式。
液冷電機典型地在定子芯外徑和外殼的內徑之間設置有環(huán)形水套。水穿過水套并環(huán)繞所述定子芯循環(huán)，以移除定子芯和定子繞組中產生的熱量。傳統(tǒng)地，所述水套設置在離繞組端部匝相對較遠的位置?？梢砸庾R到，繞組端部匝產生的熱量傳輸通過繞組和定子芯以被所述水套吸收。從繞組端部匝穿過定子芯的部分到達液體水套的熱路徑，典型地包括具有低熱導率的多種材料，其可減弱對于繞組端部匝的冷卻。

發(fā)明內容
一種電機包括具有多個槽的定子。所述槽具有槽端部和形成于所述槽端部之間的槽道。多個導線繞組設置在所述槽中。多個繞組端部匝由導線繞組形成并鄰近槽端部。電機還包括連接到繞組端部匝形成的外周的冷卻管。所述冷卻管可從所述電機吸收熱量。
在本發(fā)明的其它特征中，所述冷卻裝置包括圓周地環(huán)繞所述繞組端部匝的多個冷卻管。
在本發(fā)明的另一些特征中，冷卻管的壁厚是冷卻管的內徑的約5％。
本發(fā)明可適用的其它范圍將通過下文的詳細說明而變得顯而易見。應當理解，那些描述了本發(fā)明的各種實施例的詳細說明和特定例子僅僅是用于描述的目的，而不是對本發(fā)明的范圍進行限定。


本發(fā)明將通過詳細說明、所附權利要求和附圖而獲得充分的理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的各種實施例構造而成的電機的截面透視圖，示出了定子疊片，定子繞組，繞組端部匝和多個冷卻管；圖2是圖1中電機的主視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的各種實施例構造而成的電機的示例性冷卻系統(tǒng)的示意圖；圖4類似于圖3，并且包括連接到根據(jù)本發(fā)明的各種實施例構造而成的冷卻管上的輸入冷卻歧管和輸出冷卻歧管；圖5類似于圖3，并且包括與所述冷卻系統(tǒng)結合的冷卻水套；圖6類似于圖4，并且包括與所述冷卻系統(tǒng)結合的所述冷卻水套；圖7是根據(jù)本發(fā)明的各種實施例構造的示例性車輛的示意圖，并且包括每個都驅動相應的車輪的電機和連接到每個電機的繞組端部匝上的冷卻管；和圖8是根據(jù)本發(fā)明的各種實施例構造的示例性發(fā)動機的示意圖，并且包括由該發(fā)動機驅動的交流發(fā)電機和連接到該交流發(fā)電機的繞組端部匝上的冷卻管。
具體實施例方式
下文關于各種實施例的說明其實質上僅僅是示例性的，并且不應當認為是對本發(fā)明及其應用和用途的限制。
參照圖1和圖2，示出了示例性電機10的一部分。所述電機10包括一個殼體12。殼體12容納定子芯14。定子芯14可包括多個定子疊片16和多個以本領域公知的形式形成于定子疊片16內的定子槽18。多個導電導線繞組20可纏繞在定子槽18中和穿過定子槽18。冷卻水套22可設置在殼體12和定子芯14之間。
導線繞組20可設置在定子槽18中并且在一開口面24和一相對面26之間縱向來回移動，其中所述開口面和相對面可統(tǒng)稱為端面28。隨著導線繞組20從端面28引出，然后重新引導進入隨后的定子槽18和/或被重新引導進入并穿過相同的定子槽18，形成了繞組端部匝30?？梢砸庾R到，繞組端部匝30可形成為環(huán)繞端面28的圓環(huán)，并且鄰接著定子疊片16。此外，繞組端部匝可包括靠近所述定子芯的內周30a和靠近殼體12的外周30b。
定子芯14還包括轉子接收開口32?？梢砸庾R到，任意合適的轉子(圖1和2中未示出)都可用于電機10中，例如但不限定于永磁體轉子或鼠籠轉子。繞組端部匝30可占據(jù)轉子接收開口32和殼體12之間的開放空間34的一部分?？梢砸庾R到，在繞組端部匝30和殼體12之間仍留有額外的開放空間34。
定子疊片16在圖1和圖2中被描繪為環(huán)繞著定子芯14的實心圓環(huán)。然而，所述定子疊片16，例如可以是夾在一起的多個薄片，以形成多個定子疊片16。此外，在圖1和圖2中所描繪的導線繞組20和端部匝30為實心部分。然而，該導線繞組20和端部匝30可以是例如纏繞通過定子槽18的多個電導線。
冷卻水套22可環(huán)形地設置在定子疊片16和殼體12之間。冷卻水套22可容納在整個冷卻水套22中循環(huán)的冷卻劑，以從電機10吸取熱量。所述冷卻劑可包括水、丙二醇、乙二醇、油和/或適當?shù)闹评鋭┎⑶铱捎迷诶鋮s劑水套22中作為導熱介質，以從定子芯14中吸取熱量?？梢砸庾R到，也可采用機械冷卻系統(tǒng)用于冷卻所述電機10。
多個冷卻管36可圓周地布置在端部匝30周圍?？梢砸庾R到，所述冷卻管36可在開口面24和相對面26兩者處連接到繞組端部匝30。更特別地，多個冷卻管36被圓周地設置在端部匝30周圍。例如，如圖4和6所示，可使用5個管，或者如圖1所示使用7個管。雖然描繪了例子，但是可以使用任意數(shù)目的冷卻管36，從而冷卻管36的數(shù)目可根據(jù)電機型號和冷卻能力需求而特定。在其它例子中，如圖3和圖5所示，可使用單個冷卻管36并將其多次纏繞在端部匝30上。
例如，冷卻管36可以是薄壁塑料管。冷卻管的壁厚可具有大約0.012英寸(0.305mm)的尺寸?？梢砸庾R到，該管的壁厚可以是能夠促進從端部匝30穿過冷卻管36并進入冷卻劑進行熱量傳遞的任意適當?shù)暮穸取４送?，管直徑可以很小，以確保冷卻管36可纏繞在端部匝30上而不會彎折?？梢砸庾R到，冷卻管36的外表面36a可接觸所述繞組端部匝30。管內徑可以為例如0.25英寸(6.35毫米)。通過示例的方式，管壁的厚度可以為管直徑的約5％。冷卻管36可形成為例如與端部匝30互補的形狀這可避免當纏繞冷卻管36于端部匝30時的彎折，可避免當纏繞冷卻管36于端部匝30的扭結。還可以意識到，冷卻管36可具有不同的截面形狀，例如，矩形，三角形和其它適當?shù)亩噙呅螤睢?br> 冷卻管36可由非金屬材料制成，例如，塑料，橡膠或聚四氟乙烯(即，Teflon)。當冷卻管36由Teflon制造時，冷卻管36可通過化學或機械工藝刻蝕，以提高粘附力。所述刻蝕可包括從冷卻管36上移除一部分材料以增加表面粗糙度并且可用碳取代氟原子。冷卻管36還可由金屬制成。具有高電阻的金屬是優(yōu)選的，例如，非磁性不銹鋼或銅鎳合金。由非金屬材料(例如，Teflon)構造所述冷卻管36為優(yōu)選的以防止冷卻管36和端部匝30周圍的渦流損失。
粘接劑38(圖1)可用于將冷卻管36粘接到繞組端部匝30上。所述粘接劑38可以是例如導熱粘接劑，以使被排斥到冷卻管36中的熱量最大化。所述粘接劑38可包括例如熱添加劑。所述熱添加劑可包括例如氧化鋁，氮化鋁，氮化硼，石墨和陶瓷。所述熱添加劑例如可提高粘接劑38的熱導率，從而可提高冷卻系統(tǒng)的總體效率。適當?shù)恼辰觿┌ǖ幌抻诳少徸杂谌毡緰|京Shin-Etso Chemical Co.，Ltd的產品X32-2133和KE-1867。其它適當?shù)恼辰觿┌―ow Corning Corp.的產品SF4451和來自新澤西Insulcast of Roseland的RTVS 3-95-1。
冷卻管36可連接到繞組端部匝30上并且設置在繞組端部匝30和殼體12之間的開放空間34中?？梢砸庾R到，不需要額外的空間將冷卻管36安裝在繞組端部匝30上，否則在傳統(tǒng)的電機中可設置額外空間。此外，冷卻管36可用于額外地從空間34吸取熱量，以進一步改善電機10的冷卻。還可以意識到，冷卻管36(例如，內周36a和/或外周36b)的放置可根據(jù)特定電機型號所特有的電機尺寸和幾何形狀和額外的冷卻方案(例如，轉子風扇)來確定。
參照圖3，示出了電機冷卻系統(tǒng)的示意圖。所述冷卻系統(tǒng)可包括可連接到冷卻器102上的電機100。轉子104可布置在定子芯106中。所述定子芯106可包括定子疊片108和從定子疊片108開始延伸并形成繞組端部匝110的定子繞組。冷卻管112可連接到繞組端部匝110上。
在該實施例中，冷卻器輸出線路114將冷卻器102連接到電機100的相對面118上的冷卻管112。冷卻劑流過冷卻管112并從橋接冷卻管120排出并進入開口面122上的冷卻管。冷卻劑流經(jīng)開口面122上的冷卻管112并通過冷卻器輸入線路116排出至冷卻器102單元。相對面118上的冷卻管112是與開口面122上的單個冷卻管串聯(lián)的單個管。通過舉例的方式，冷卻劑可由冷卻器102開始循環(huán)通過多圈纏繞在相對面118處的繞組端部匝110上的單冷卻管112。冷卻劑接著可循環(huán)通過多圈纏繞于開口面122處的繞組端部匝110上的單冷卻管112，并返回冷卻器102?？梢砸庾R到，在圖3所繪的結構中，冷卻管被連接為串聯(lián)結構。
參照圖4，示出了冷卻系統(tǒng)的另一個實施例，其包括冷卻劑輸出歧管124和冷卻劑輸入歧管126。輸出和輸入僅僅用于定義來自冷卻器102的輸出和進入冷卻器102的輸入。輸出歧管連接128將冷卻劑輸出歧管124連接到冷卻器102。多個歧管輸出線路130將冷卻劑輸出歧管124連接到端面118和122上的冷卻管112。可以意識到，可在繞組端部匝110上設置多個冷卻管112，使得每個冷卻管112分別連接到相應的歧管輸出線路130。多個歧管輸入線路132將端面118和122處的冷卻管112連接到冷卻劑輸入歧管126。輸入歧管連接134將冷卻劑輸入歧管126連接到冷卻器102。相對比圖3中所繪的串聯(lián)結構，在圖4中，冷卻劑通過并聯(lián)配置中的每個冷卻管112而進行循環(huán)。
參照圖5，示出了類似于圖3的冷卻系統(tǒng)的另一個實施例。該冷卻系統(tǒng)包括電機100上的環(huán)形冷卻水套136。在該實施例中，冷卻器輸出線路114從冷卻器102向冷卻管112輸送冷卻劑，所述冷卻管112連接到相對面118處的端部匝110。管-套輸出線路138將相對面118上的冷卻管112連接到冷卻水套136上。冷卻劑流過冷卻水套136并通過套-管輸入線路140流出，所述套-管輸入線路將冷卻水套136連接到開口面122上的冷卻管112。冷卻器輸入線路116將開口面122處的冷卻管112連接到冷卻器102?？梢砸庾R到，多圈纏繞在相對面118處的繞組端部匝30上的單管可布置為與冷卻水套136以及開口面122處類似地構造的冷卻管112串聯(lián)。
參照圖6，示出了冷卻系統(tǒng)的另一個實施例，其類似于圖4但不包括環(huán)形冷卻水套136。在該實施例中，輸出歧管連接128將冷卻器102連接到冷卻劑輸出歧管124。多個歧管輸出線路130將冷卻劑輸出歧管124連接到位于兩個端面118和122上的多個冷卻管112。歧管輸出線路130的其中一個還將冷卻劑輸出歧管124連接到冷卻水套136?？梢砸庾R到，類似于圖4中描繪的系統(tǒng)，冷卻劑流過并聯(lián)結構的冷卻管112和冷卻水套136。多個歧管輸入線路132將兩個端面118和122處的冷卻管112連接到冷卻劑輸入歧管126。歧管輸入線路132的其中一個將冷卻水套136連接到冷卻劑輸入歧管126。輸入歧管連接134將冷卻劑輸入歧管126連接到冷卻器102。可以意識到，兩個端面118和122處的多個冷卻管112與冷卻水套136一起以并聯(lián)的形式被冷卻。
參照圖7，與示例性車輛200一起示出了冷卻系統(tǒng)的另一個實施例。在該實施例中，車輛200包括控制模塊202和連接到水泵206的散熱器204，所述水泵206驅動冷卻劑在車輛200中循環(huán)。一對電機100中的每一個驅動相應的車輪208。雖然所描繪的示例性車輛200具有一對驅動輪208和一對非驅動輪210，但也可將兩個額外的示例電機106連接到所述一對非驅動輪210上。
以類似于如圖4和6中所示的冷卻器102的方式，水泵206和散熱器204將冷卻劑循環(huán)進入冷卻劑輸出歧管124并將其從冷卻劑輸入歧管126中排出。冷卻劑輸出線路212將水泵206連接到每個冷卻劑輸出歧管124。歧管輸出線路130將冷卻劑輸出歧管124連接到每個端面118，122處的冷卻管112和冷卻水套136。歧管輸入線路132將冷卻管112和冷卻水套136連接到冷卻劑輸入歧管126。冷卻劑輸入線路214將每個冷卻劑輸入歧管126連接到散熱器204?？梢砸庾R到，控制模塊202可與水泵206通信，以調節(jié)冷卻劑在車輛200中的分布。此外，控制模塊202可與每個電機100通信，以調節(jié)例如電機的輸出，從而可調節(jié)車輛200的速度。
參照圖8，與示例性車輛300一起示出了冷卻系統(tǒng)的另一個實施例。在實施例中，車輛300包括具有曲軸304和曲軸皮帶輪306的內燃機302。散熱器30g連接到將冷卻劑在車輛300中循環(huán)的水泵310。例如，示例性的交流發(fā)電機312包括如圖6所繪的示例性電機100的部件。交流發(fā)電機312例如可以本領域公知的方式向車輛300提供電力。交流發(fā)電機312可包括交流發(fā)電機軸314和交流發(fā)電機皮帶輪316。所述交流發(fā)電機皮帶輪316通過皮帶或鏈(未示出，但在本領域是公知的)連接到曲軸皮帶輪306。可以意識到，發(fā)動機302轉動曲軸皮帶輪306，曲軸皮帶輪306依次轉動交流發(fā)電機皮帶輪316。交流發(fā)電機皮帶輪316的轉動可使交流發(fā)電機312產生電能，以便以本領域公知的方式用于車輛300。
以類似于圖4和6中所示的冷卻器102的方式，水泵310和散熱器308將冷卻劑循環(huán)進入冷卻劑輸出歧管124，并以使之從冷卻劑輸入歧管126排出。例如，冷卻劑輸出線路318將水泵310連接到發(fā)動機302和冷卻劑輸出歧管124。歧管輸出線路130將輸出歧管124連接到每個端面118，122處的冷卻管112和冷卻水套136。歧管輸入線路132將冷卻管112和冷卻水套136連接到輸入歧管126上。冷卻劑輸入線路320將散熱器308連接到發(fā)動機302和冷卻劑輸入歧管126。
控制模塊322例如可與水泵310通信，以調節(jié)冷卻劑在車輛300中的分布?？刂颇K322還可調節(jié)電池324的充電?？梢砸庾R到，例如交流發(fā)電機312的冷卻允許電力的產生增加，從而可向許多車用配件326供電，例如但不限于天窗，多媒體娛樂系統(tǒng)，額外的照明，額外的加熱，額外的冷卻，按摩座椅和/或制冷。
本領域的技術人員可根據(jù)前述說明而意識到，本發(fā)明的概括性的教導可通過多種形式實施。因此，盡管本發(fā)明是結合其特定例子加以描述的，但本發(fā)明的真實范圍不應當如此限定，這是因為通過對于附圖，說明書和下述權利要求的研究，其它修改對于專業(yè)人員來說是顯而易見的。
權利要求
1.一種電機，包括具有多個槽的定子，所述槽具有槽端部和在所述槽端部之間形成的槽道；布置在所述槽中的多個導線繞組；由鄰近所述槽端部的所述導線繞組形成的多個繞組端部匝；和連接到由所述繞組端部匝形成的外周的冷卻管，所述冷卻管可用于從電機中吸收熱量。
2.根據(jù)權利要求1所述的電機，其中，所述冷卻管多圈地圍繞所述繞組端部匝。
3.根據(jù)權利要求1所述的電機，還包括每個都圍繞所述繞組端部匝的多個冷卻管。
4.根據(jù)權利要求1所述的電機，其中，所述冷卻管被預形成為與所述繞組端部匝的外周在周向上近似的形狀。
5.根據(jù)權利要求1所述的電機，還包括容納于所述冷卻管中的冷卻流體。
6.根據(jù)權利要求5所述的電機，還包括連接到所述冷卻管上的除熱系統(tǒng)，其可從所述冷卻流體中移除熱量。
7.根據(jù)權利要求3所述的電機，還包括流體地連接到并聯(lián)結構的所述多個冷卻管的除熱系統(tǒng)。
8.根據(jù)權利要求3所述的電機，還包括流體地連接到串聯(lián)結構的所述多個冷卻管的除熱系統(tǒng)。
9.根據(jù)權利要求1所述的電機，其中，所述冷卻管包括具有內表面和外表面的壁，所述內表面和外表面之間的距離定義了壁厚，所述壁厚小于所述內徑。
10.根據(jù)權利要求9所述的電機，其中，所述壁厚約為0.012英寸(約0.305毫米)。
11.根據(jù)權利要求9所述的電機，其中，所述內徑約為0.25英寸(約6.35毫米)。
12.根據(jù)權利要求9所述的電機，其中，所述冷卻管的壁厚約為所述冷卻管的內徑的5％。
13.根據(jù)權利要求9所述的電機，其中，所述冷卻管的外表面至少部分地連接到所述多個繞組端部匝。
14.根據(jù)權利要求1所述的電機，還包括粘接劑，其用于將所述冷卻管粘接到所述多個繞組端部匝上。
15.根據(jù)權利要求14所述的電機，其中，所述粘接劑是導熱的。
16.根據(jù)權利要求14所述的電機，其中，所述粘接劑包括提高所述粘接劑的導熱率的添加劑。
17.根據(jù)權利要求16所述的電機，其中，所述添加劑包括氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、陶瓷和它們的組合中的一種。
18.根據(jù)權利要求1所述的電機，其中，所述冷卻管由非金屬制成。
19.根據(jù)權利要求18所述的電機，其中，所述冷卻管由聚四氟乙烯制成。
20.根據(jù)權利要求18所述的電機，其中，所述冷卻管被刻蝕，以提高其粘附力。
21.根據(jù)權利要求1所述的電機，其中，所述冷卻管由塑料、橡膠和它們的組合中的一種制成。
22.根據(jù)權利要求1所述的電機，其中，所述冷卻管由金屬制成，所述金屬具有比所述導線繞組更高的電阻。
23.根據(jù)權利要求22所述的電機，其中，所述冷卻管由非磁性不銹鋼、銅鎳合金和它們的組合中的一種制成。
24.一種裝置，包括具有多個導線繞組的電機；由所述導線繞組形成的繞組端部匝；連接到所述繞組端部匝的多個冷卻管，其中，每個管的外表面至少部分地連接到所述繞組端部匝，所述多個冷卻管可用于從所述電機中吸收熱量。
25.根據(jù)權利要求24所述的裝置，其中，每個所述冷卻管被預形成為具有與所述繞組端部匝的外周在周向上近似的形狀。
26.根據(jù)權利要求24所述的裝置，其中，所述多個冷卻管由聚四氟乙烯制成。
27.一種用于液體冷卻電機中的繞組端部匝的方法，該方法包括形成多個冷卻管，所述冷卻管的形狀與繞組端部匝的外周近似；和將所述多個冷卻管連接到由所述繞組端部匝形成的所述外周。
28.根據(jù)權利要求27所述的方法，還包括將所述多個冷卻管連接到除熱系統(tǒng)。
29.根據(jù)權利要求28所述的方法，還包括在所述冷卻管中循環(huán)冷卻劑。
30.根據(jù)權利要求27所述的方法，其中，將所述多個冷卻管連接到所述除熱系統(tǒng)的步驟包括，將所述多個冷卻管以并聯(lián)配置連接到所述除熱系統(tǒng)。
31.根據(jù)權利要求27所述的方法，其中，將所述多個冷卻管連接到所述除熱系統(tǒng)的步驟包括，將所述多個冷卻管以串聯(lián)配置連接到所述除熱系統(tǒng)。
全文摘要
一種電機，包括具有多個槽的定子。所述槽具有槽端部和在所述槽端部之間形成的槽道。多個導線繞組布置在所述槽中。多個繞組端部匝由鄰近所述槽端的所述導線繞組形成。該電機還包括連接到由所述繞組端部匝形成的外周的冷卻管。所述冷卻管可用于從電機中吸收熱量。所述冷卻管可比傳統(tǒng)的電機水套和/或冷卻風扇更有效地冷卻所述繞組端部匝。
文檔編號H02K3/04GK101043169SQ20071010160
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權日2006年3月14日
發(fā)明者T·G·沃德 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司