具有集成冷卻系統(tǒng)的電機組件的制作方法
【專利摘要】提供了一種具有集成冷卻系統(tǒng)的電機組件，包括：定子；包括中空區(qū)域的轉(zhuǎn)子軸；安裝至所述轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子；用于將冷卻劑注入所述電機組件的冷卻劑泵；與所述冷卻劑泵流體連通的冷卻劑池，其中冷卻劑(如，油)被注射進入轉(zhuǎn)子軸的中空區(qū)域。該冷卻劑經(jīng)由多個通孔從轉(zhuǎn)子軸排出且進入電機殼體，從而允許對定子和轉(zhuǎn)子組件進行高效冷卻。
【專利說明】
具有集成冷卻系統(tǒng)的電機組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請總體涉及電動車的電機組件，且更具體地，涉及可用于冷卻電機組件的主要構(gòu)件的高效電機冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]響應(yīng)于消費者由日益升高的燃油價格以及全球變暖的可怕后果所驅(qū)動的需求，汽車工業(yè)緩慢地開始接受對超低排放、高效車的需求。盡管在該工業(yè)中一些人嘗試設(shè)計更有效的內(nèi)燃機來實現(xiàn)這些目標(biāo)，然而其他人嘗試將混合動力或全電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)合至其車輛系列。然而，為了符合消費者的預(yù)期，車輛工業(yè)不僅僅必須實現(xiàn)更綠色的驅(qū)動系統(tǒng)，然而還必須同時保持合理水平的性能、行程、可靠性、安全性和成本。
[0003]實現(xiàn)低排放、高效率車輛的最通常的方法是通過使用混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，其中內(nèi)燃機(ICE)與一個或多個電機結(jié)合。盡管混合動力車提供了相較于常規(guī)基于ICE車輛的改進的汽油里程以及較低的車輛排放，然而由于其包括內(nèi)燃機，其仍然釋放出有害污染物，盡管該有害污染物相比于常規(guī)車輛在較低的水平。此外，由于包括內(nèi)燃機以及具有所附電池組的電機，所以混合動力車的驅(qū)動系統(tǒng)通常比常規(guī)的基于ICE的車輛或者全電車輛中的任一個復(fù)雜得多，導(dǎo)致增加的成本和重量。因此，若干車輛制造商正在設(shè)計僅使用電機或者多個電機的車輛，從而消除一個污染源同時顯著地降低驅(qū)動系統(tǒng)的復(fù)雜性。
[0004]為了實現(xiàn)電動車的期望水平的性能和可靠性，牽引電機的溫度保持在其特定操作范圍內(nèi)是關(guān)鍵的而無論環(huán)境情況或者車輛多難以驅(qū)動。使用多種方法來試圖和充分地冷卻電動車中的電機。例如，美國專利第6,191,511號公開了一種電機，其結(jié)合有閉合的冷卻環(huán)，其中冷卻劑被栗送通過轉(zhuǎn)子。安裝在中空轉(zhuǎn)子中的固定軸向管噴射冷卻劑，同時在轉(zhuǎn)子組件中的一組葉將冷卻劑栗送離開轉(zhuǎn)子而返回并且圍繞定子。通過允許經(jīng)由周圍氣流冷卻的集成至電機殼體的翼而完成散熱。
[0005]美國專利第7，156，195號公開了一種用于車輛的電機的冷卻系統(tǒng)。該用于冷卻系統(tǒng)的制冷劑通過設(shè)置在電機的輸出軸以及減速齒輪軸中的軸內(nèi)通路。制冷劑池形成在齒輪箱的下部分中，且外部安裝的冷卻器用于將制冷劑冷卻至期望溫度。
[0006]美國專利第7，489，057號公開了一種使用中空轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子組件冷卻系統(tǒng)。將冷卻劑注入轉(zhuǎn)子軸的冷卻劑進給管通過一個或多個支撐元件被剛性地連接至轉(zhuǎn)子軸。因此，轉(zhuǎn)子和注射管以相同的速度旋轉(zhuǎn)。栗送通過注射管的冷卻劑流動抵靠轉(zhuǎn)子軸的內(nèi)表面，從而從組件帶走熱量。
[0007]盡管可使用多種技術(shù)來冷卻電動車的電機，然而這些技術(shù)僅提供有限的散熱。因此，所需要的是用于高性能電動車中的高能量密度和緊湊的電機的高效冷卻系統(tǒng)。本實用新型提供了這樣的冷卻系統(tǒng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型提供了具有集成冷卻系統(tǒng)的電機組件，其包括(i)容納在電機殼體中的定子；(ii)延伸通過電機殼體的第一端蓋和第二端蓋之間的轉(zhuǎn)子軸；(iii)安裝在轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子軸包括中空區(qū)域；(iv)用于將冷卻劑(例如，油)注入電機組件的冷卻劑栗(即，電冷卻劑栗或者機械冷卻劑栗)；(V)與冷卻劑栗流體連通的冷卻劑池；(Vi)第一冷卻劑通路，其中第一冷卻劑通路將冷卻劑栗與轉(zhuǎn)子軸的中空區(qū)域流體連接，且其中流過第一冷卻劑通路的冷卻劑通過冷卻劑栗被注入轉(zhuǎn)子軸的中空區(qū)域；(Vii)第二冷卻劑通路，其中第二冷卻劑通路將電機殼體內(nèi)的區(qū)域與冷卻劑池流體連接，且其中在電機殼體的區(qū)域內(nèi)的冷卻劑經(jīng)由第二冷卻劑通路流入冷卻劑池；以及(viii)集成至轉(zhuǎn)子軸的多個通孔，其中所述多個通孔中的每一個將轉(zhuǎn)子軸的中空區(qū)域流體連接至電機殼體內(nèi)的區(qū)域，其中從中空區(qū)域流至電機殼體內(nèi)的區(qū)域的冷卻劑在流過第二冷卻劑通路進入冷卻劑池之前與定子和轉(zhuǎn)子直接接觸。該多個通孔可具有設(shè)置成與轉(zhuǎn)子的第一端相鄰的至少一個通孔，以及設(shè)置成與轉(zhuǎn)子的第二端相鄰的至少一個通孔。所述多個通孔的每一個的軸線可與轉(zhuǎn)子軸的柱軸線垂直。所述多個通孔的每一個的軸線可相對于轉(zhuǎn)子軸的柱軸線傾斜。
[0009]在一個方面，第一冷卻劑通路可包括冷卻劑注射管，其中冷卻劑注射管通過轉(zhuǎn)子軸的端部分并且進入軸的中空區(qū)域。電機組件還可包括設(shè)置在冷卻劑注射管的一部分與轉(zhuǎn)子軸的端部分之間的密封件。
[0010]在另一個方面，第一冷卻劑通路可被一體形成至第一端蓋，且還可包括設(shè)置在第一端蓋的孔徑中并與轉(zhuǎn)子軸相鄰的出口孔，其中轉(zhuǎn)子軸包括至少一個入口通孔，且其中流動通過第一冷卻劑通路且通過出口孔的冷卻劑由冷卻劑栗而被注射經(jīng)由至少一個入口通孔而進入轉(zhuǎn)子軸的中空區(qū)域。該組件可包括第一密封件和第二密封件，其將流過第一冷卻劑通路和通過出口孔的冷卻劑限制在由轉(zhuǎn)子軸、第一端蓋的孔徑以及第一和第二密封件限定的區(qū)域內(nèi)。
[0011 ]在另一個方面，第一冷卻劑通路還可包括齒輪箱冷卻劑連接件，其中齒輪箱冷卻劑連接件將第一冷卻劑通路與齒輪箱流體連接，其中流過第一冷卻劑通路的冷卻劑通過冷卻劑栗經(jīng)由齒輪箱冷卻劑連接件而被注射進入齒輪箱，其中第三冷卻劑通路將齒輪箱與冷卻劑池流體連接，且其中從第一冷卻劑通路經(jīng)由齒輪箱冷卻劑連接件進入齒輪箱的冷卻劑經(jīng)由第三冷卻劑通路而流入冷卻劑池。
[0012]在另一個方面，第二冷卻劑通路還可包括設(shè)置在電機殼體的區(qū)域內(nèi)的出口孔，其中出口孔被設(shè)置在定子和電機殼體的內(nèi)壁之間，且其中在電機殼體的區(qū)域內(nèi)的冷卻劑在流入冷卻劑池之前流過出口孔和第二冷卻劑通路。
[0013]在另一個方面，該組件可包括第三冷卻劑通路，其將冷卻劑栗與電機殼體內(nèi)的區(qū)域流體連接，其中流過第三冷卻劑通路的冷卻劑通過冷卻劑栗被直接注射進入電機殼體的區(qū)域。該組件還可包括結(jié)合至電機殼體(如，電機外殼)的多個噴嘴，其中所述多個噴嘴中的每一個流體地連接至第三冷卻劑通路，且其中從第三冷卻劑通路經(jīng)由多個噴嘴流至電機殼體的冷卻劑在流過第二冷卻劑通路進入冷卻劑池之前與定子和轉(zhuǎn)子直接接觸。多個噴嘴的至少一部分可被設(shè)置成與定子端繞組相鄰。
[0014]在另一個方面，該組件可包括將第二冷卻劑栗流體連接至電機殼體內(nèi)的區(qū)域的第三冷卻劑通路，其中流過第三冷卻劑通路的冷卻劑通過第二冷卻劑栗被直接注入電機殼體的區(qū)域中。該組件還可包括結(jié)合至電機殼體(如，電機外殼)中的多個噴嘴，其中多個噴嘴的每一個流體連接至第三冷卻劑通路，且其中從第三冷卻劑通路經(jīng)由多個噴嘴流至電機殼體的冷卻劑在流過第二冷卻劑通路進入冷卻劑池之前與定子和轉(zhuǎn)子直接接觸。多個噴嘴的至少一步分可被設(shè)置成與定子端繞組相鄰。
[0015]在另一個方面，該組件可包括圍繞電機組件的至少一部分的冷卻劑罩，其中第二冷卻劑(如，水基冷卻劑)流過冷卻劑罩，且其中第二冷卻栗將第二冷卻劑經(jīng)由冷卻管道而循環(huán)通過冷卻劑罩。該冷卻罩可集成至電機殼體中。
[0016]根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種具有集成冷卻系統(tǒng)的電機組件，其特征在于包括:容納在電機殼體中的定子;轉(zhuǎn)子軸，其中所述轉(zhuǎn)子軸在所述電機殼體的第一端蓋和第二端蓋之間延伸通過;安裝至所述轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子軸包括中空區(qū)域;用于將冷卻劑注入所述電機組件的冷卻劑栗；與所述冷卻劑栗流體連通的冷卻劑池;第一冷卻劑通路，其中所述第一冷卻劑通路將所述冷卻劑栗與所述轉(zhuǎn)子軸的所述中空區(qū)域流體連接，其中流動通過所述第一冷卻劑通路的所述冷卻劑通過所述冷卻劑栗被注入所述轉(zhuǎn)子的所述中空區(qū)域;第二冷卻劑通路，其中所述第二冷卻劑通路將所述電機殼體內(nèi)的區(qū)域與所述冷卻劑池流體連接，且其中所述電機殼體的所述區(qū)域中的冷卻劑經(jīng)由所述第二冷卻劑通路流入所述冷卻劑池;和集成至所述轉(zhuǎn)子軸中的多個通孔，其中所述多個通孔中的每一個將所述轉(zhuǎn)子軸的所述中空區(qū)域流體連接至所述電機殼體內(nèi)的所述區(qū)域，其中從所述中空區(qū)域流至所述電機殼體內(nèi)的所述區(qū)域的所述冷卻劑在經(jīng)由所述第二冷卻劑通路進入所述冷卻劑池之前與所述定子和所述轉(zhuǎn)子直接接觸。
[0017]可選地，所述第一冷卻劑通路包括冷卻劑注射管，所述冷卻劑注射管穿過所述轉(zhuǎn)子軸的端部分并進入所述轉(zhuǎn)子軸的所述中空區(qū)域，所述電機組件還包括設(shè)置在所述冷卻劑注射管的一部分與所述轉(zhuǎn)子軸的所述端部分之間的密封件。
[0018]可選地，所述第一冷卻劑通路被一體形成至所述第一端蓋，其中所述第一冷卻劑通路還包括設(shè)置在所述第一端蓋的孔徑中并與所述轉(zhuǎn)子軸相鄰的出口孔，其中所述轉(zhuǎn)子軸包括至少一個入口通孔，且其中流動通過所述第一冷卻劑通路并通過所述出口孔的所述冷卻劑通過所述冷卻劑栗經(jīng)由所述至少一個入口通孔而被注入所述轉(zhuǎn)子軸的所述中空區(qū)域。
[0019]可選地，所述電機組件還包括第一密封件和第二密封件，其中所述第一密封件和所述第二密封件將通過所述第一冷卻劑通路并且通過所述出口孔的冷卻劑限制在由所述轉(zhuǎn)子軸、所述第一端蓋的所述孔徑、所述第一密封件和所述第二密封件所限定的區(qū)域中。
[0020]可選地，注入所述電機組件的冷卻劑被加壓。
[0021]可選地，所述第一冷卻劑通路還包括齒輪箱冷卻劑連接件，其中所述齒輪箱冷卻劑連接件將所述第一冷卻劑通路流體連接至齒輪箱，其中流動通過所述第一冷卻劑通路的冷卻劑通過所述冷卻劑栗經(jīng)由所述齒輪箱冷卻劑連接件而被注入所述齒輪箱，其中第三冷卻劑通路將所述齒輪箱流體地連接至所述冷卻劑池，且其中經(jīng)由所述齒輪箱冷卻劑連接件從所述第一冷卻劑通路流入所述齒輪箱的冷卻劑經(jīng)由所述第三冷卻劑通路流入所述冷卻劑池。
[0022]可選地，所述第二冷卻劑通路還包括設(shè)置在所述電機殼體的所述區(qū)域中的出口孔，其中所述出口孔被設(shè)置在所述定子和所述電機殼體的內(nèi)壁之間，且其中所述電機殼體的所述區(qū)域內(nèi)的所述冷卻劑在流入所述冷卻劑池之前通過所述出口孔和所述第二冷卻劑通路。
[0023]可選地，所述多個通孔包括設(shè)置成與所述轉(zhuǎn)子的第一端相鄰的至少一個通孔，以及設(shè)置成與所述轉(zhuǎn)子的第二端相鄰的至少一個通孔，其中與所述多個通孔的每一個對應(yīng)的軸線相對于與所述轉(zhuǎn)子軸對應(yīng)的柱軸線垂直或傾斜。
[0024]可選地，所述電機組件還包括第三冷卻劑通路，其中所述第三冷卻劑通路將所述冷卻劑栗與所述電機殼體內(nèi)的所述區(qū)域流體連接，其中流動通過所述第三冷卻劑通路的所述冷卻劑通過所述冷卻劑栗被直接注入所述電機殼體的所述區(qū)域。
[0025]可選地，所述電機組件還包括第三冷卻劑通路，其中所述第三冷卻劑通路將第二冷卻劑栗與所述電機殼體內(nèi)的所述區(qū)域流體連接，其中流動通過所述第三冷卻劑通路的所述冷卻劑通過所述第二冷卻劑栗被直接注入所述電機殼體的所述區(qū)域中。
[0026]可選地，所述電機組件還包括結(jié)合至所述電機殼體中的多個噴嘴，其中所述多個噴嘴中的每一個與所述第三冷卻劑通路流體連接，且其中通過所述第三冷卻劑通路經(jīng)由所述多個噴嘴進入所述電機殼體的所述冷卻劑在流動通過所述第二冷卻劑通路進入所述冷卻劑池之前與所述定子和所述轉(zhuǎn)子直接接觸。
[0027]可選地，所述電機組件還包括圍繞所述電機組件的至少一部分的冷卻劑罩，其中第二冷卻劑流動通過所述冷卻劑罩，且其中第二冷卻栗將所述第二冷卻劑經(jīng)由冷卻管道循環(huán)通過整個所述冷卻劑罩。
[0028]可選地，所述冷卻劑栗包括電動冷卻劑栗。
[0029]可選地，所述冷卻劑栗包括機械冷卻劑栗，且其中所述機械冷卻劑栗由所述轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)而驅(qū)動。
[0030]可通過參考以下的說明和附圖部分而進一步理解本實用新型的實質(zhì)和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0031]應(yīng)理解附圖僅僅是示意性的，而不是限制本實用新型的范圍，且不應(yīng)被認(rèn)為是按比例繪制的。此外，在不同附圖中的相同的參考標(biāo)記應(yīng)理解為指相同構(gòu)件或者相似功能的構(gòu)件。
[0032]圖1提供了根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式的使用加壓冷卻系統(tǒng)的電機組件的主要元件的簡化橫剖視圖；
[0033]圖2提供了圖1中所示的轉(zhuǎn)子軸的一部分的橫剖視圖；
[0034]圖3提供了圖2中所示的轉(zhuǎn)子軸的該部分的橫剖視圖，其中該部分被修改以包括額外的冷卻劑通孔；
[0035]圖4提供了圖1中所示的電機組件的橫剖視圖，其被修改以優(yōu)化從轉(zhuǎn)子軸流出并流入電機殼體的冷卻劑的軌跡；
[0036]圖5提供了圖1中所示的電機組件的橫剖視圖，其被修改以包括齒輪箱冷卻；
[0037]圖6提供了圖1中所示的電機組件的橫剖視圖，其被修改以包括集成的冷卻劑栗；
[0038]圖7提供了圖1中所示的電機組件的橫剖視圖，其被修改以包括非加壓冷卻劑注射系統(tǒng)；
[0039]圖8提供了圖1中所示的電機組件的橫剖視圖，其被修改以使用非加壓冷卻劑注射系統(tǒng)來將冷卻劑直接注射進入電機殼體；
[0040]圖9提供了電機組件的橫剖視圖，其使用非加壓冷卻劑注射系統(tǒng)來將冷卻劑注射進入轉(zhuǎn)子軸(如圖7所示那樣)，以及直接進入電機殼體(如圖8中所示那樣)；和
[0041]圖10提供了圖9中所示的電機組件的橫剖視圖，其被修改以在電機殼體中包括基于水的冷卻系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0042]如這里所使用的，單數(shù)形式和“該”還包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另外指示。這里所使用的術(shù)語“包括”，“包含”，“具有”和/或“含有”表示存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件，但不排除存在或增加一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或其構(gòu)成的組。如這里所使用的，術(shù)語“和/或”以及符號表示包括相關(guān)的列出的項目中的一個或多個的任何組合以及所有組合。此外，盡管這里可使用詞第一、第二等來描述多個步驟或計算，然而這些步驟或計算不應(yīng)限于這些詞，而這些詞僅用于將步驟或計算彼此區(qū)分。例如，第一計算可被稱作為第二計算，類似地，第一步驟可被稱作第二步驟，類似地，第一構(gòu)件可被稱作第二構(gòu)件，都不從偏離本公開的范圍。
[0043]這里所述和所示的電機和冷卻系統(tǒng)通常被設(shè)計成用于使用電機的車，例如，電動車(EV)，且可用于單速傳動系，雙速傳動系，或多速傳動系。在下文中，術(shù)語“電動車”和“EV”可互換地使用，且可指全電動車，插入式混合動力車，還稱作PHEV，或者混合動力車，還稱作HEV，其中混合動力車使用包括電驅(qū)動系統(tǒng)的多種推動源。
[0044]圖1提供了電機和集成冷卻系統(tǒng)100的主要元件的橫剖視圖。在至少一個實施方式中，電機殼體是多件式殼體，其包括分別機械地連接至前和后端蓋103和105的圓筒形電機殼體101。該電機的由軸承組件107和109在任一端上支撐的核心組件包括轉(zhuǎn)子111和轉(zhuǎn)子軸113。轉(zhuǎn)子軸113的中心部分115是中空的。在該圖中還示出定子117。
[0045]在轉(zhuǎn)子軸113的一端上的是驅(qū)動齒輪119。盡管在該圖上未示出，驅(qū)動齒輪119容納在齒輪箱(即，齒輪殼體)中。該齒輪箱可與電機100分離;可選地，齒輪箱或者齒輪箱的至少一個壁可與前電機殼體元件103—體形成。申請日為2014年10月I日的共同受讓的美國專利申請第14/503,683號中示出的使用集成電機/齒輪箱殼體的示例性配置，在此結(jié)合該申請的公開內(nèi)容用作任何和所有目的。
[0046]集成至電機組件的一個端蓋，且優(yōu)選地集成至如圖所示的前電機端蓋103的是冷卻劑入口 121。優(yōu)選地，該冷卻劑是非氣相，且具有適用于液體電機冷卻劑的熱和機械特性，例如，高熱容量、高擊穿溫度和較低的粘性。此外，隨著冷卻劑在轉(zhuǎn)子和定子以及轉(zhuǎn)子軸的小部分和端蓋之間流動，在優(yōu)選的實施方式中，冷卻劑也是好的潤滑劑，且是不導(dǎo)電的。因此，在至少一個實施方式中，油用作冷卻劑。
[0047]在圖1中所示的優(yōu)選實施方式中，進入入口121的冷卻劑通過冷卻劑栗123而加壓。在該實施方式中，冷卻劑栗123是外部栗，例如電栗，然而也可使用其它類型的栗，例如下文中具體說明的軸113驅(qū)動的機械栗。冷卻劑入口 121被連接至冷卻劑通路125，如圖所示，該冷卻劑通路125優(yōu)選地設(shè)置在端蓋103中。通路125將入口 121連接至出口孔127。出口孔127在端蓋103的孔徑(bore)中，且因此與轉(zhuǎn)子軸113緊密相鄰。該冷卻劑通過一對密封件129/130而被限制在轉(zhuǎn)子軸113和端蓋103的孔徑之間的區(qū)域中。密封件129和130不限于具體類型的密封件;而是其可包括多種不同類型密封件(例如，旋轉(zhuǎn)軸密封件)的任一種，這種密封件在軸113與端蓋103之間形成充分的密封并且允許軸在電機殼體中自由旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)選的實施方式中，密封環(huán)129/130配合在端蓋103的孔徑內(nèi)和轉(zhuǎn)子軸113的外表面中形成的凹槽中，如圖所示。密封件129和130可由多種材料中的任一種制成(如，氟硅橡膠，丁腈橡膠，硅酮，聚丙烯酸酯，F(xiàn)EP等)。
[0048]轉(zhuǎn)子軸113包括一個或多個入口通孔131，其與由轉(zhuǎn)子軸113、端蓋103的孔徑和密封件129/130所限定的區(qū)域直接相鄰。入口通孔131允許冷卻劑通過冷卻通道125，以流入轉(zhuǎn)子軸113的中間、中空區(qū)域115。接著在區(qū)域115中的冷卻劑經(jīng)由多個通孔133被從軸113推出，該冷卻劑流過電機殼體的整個區(qū)域134。在電機殼體中的冷卻劑最后在被收集進入冷卻劑池137之前流經(jīng)一個或多個出口孔135。池137被連接至冷卻劑栗123。優(yōu)選地，電極殼體出口孔135被結(jié)合至圓筒形電機殼體101，且更優(yōu)選地如所示結(jié)合至圓筒形電機殼體101的中心區(qū)域，如圖所示，因此使得冷卻劑在從殼體排出之前完全圍繞定子117流動。接著冷卻劑所吸收的熱量通過多種已知的技術(shù)中的任一種傳遞至周圍環(huán)境或者另一個熱系統(tǒng)(如，制冷系統(tǒng))。
[0049]上述實施方式提供了通過多個熱路徑的高效散熱。具體地，冷卻劑循環(huán)通過系統(tǒng)允許熱經(jīng)由冷卻劑與轉(zhuǎn)子軸之間(例如，經(jīng)由在軸113中的區(qū)域115)，在冷卻劑與轉(zhuǎn)子111之間，以及在冷卻劑與定子117之間的直接傳遞而移除。該方法還有效地冷卻了電機軸承。
[0050]根據(jù)流動速度，冷卻劑壓力，和所要求的流動形態(tài)，冷卻劑分配通孔133還可以多種方式被配置。例如，除了控制孔尺寸之外，還可改變通孔的數(shù)量。例如，圖2示出了具有單個分配孔133的轉(zhuǎn)子軸113的橫剖視圖，而圖3示出了具有三個分配通孔133的相似的橫剖視圖。類似地，通孔的設(shè)置和角度可用于在電機殼體內(nèi)引導(dǎo)冷卻劑流。例如，在圖4中所示的電機和集成冷卻系統(tǒng)中，冷卻劑分配通孔401可傾斜以將圍繞轉(zhuǎn)子端環(huán)(end-ring)403并且朝向定子端繞組405的冷卻劑流最優(yōu)化。
[0051 ]除了有效地冷卻電機的關(guān)鍵元件之外，圖1和4中所示的冷卻系統(tǒng)還可用于同時冷卻齒輪箱。圖5示出了之前所示的電機的變形，其被改變以提供齒輪箱冷卻。在系統(tǒng)500中，齒輪箱殼體包括連接至前電機蓋103的前齒輪箱殼體501。應(yīng)理解，齒輪箱的配置不影響冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用。例如，如果如共同受讓的美國專利申請第14/503,683號中所述的整個齒輪箱被一體形成至前電機蓋，則也可使用該冷卻系統(tǒng)。輸出驅(qū)動軸503經(jīng)由多個齒輪(如，齒輪119和505)被連接至轉(zhuǎn)子軸115。驅(qū)動軸503在每一端上由軸承組件507和509支撐。
[0052]在系統(tǒng)500中，加壓冷卻劑(如，油)如上所述經(jīng)由通路125而連接至轉(zhuǎn)子軸和電機組件，且經(jīng)由齒輪箱冷卻劑連接件(coupling)511而連接至齒輪箱。如果齒輪箱殼體包括單獨的殼體元件，而不是使用所示的端蓋103，則冷卻劑連接件511穿過單獨的殼體元件以及端蓋，從而有效地將冷卻劑通路125連接至齒輪箱。在齒輪箱殼體中的冷卻劑最終在被收集在冷卻劑池137中以及再循環(huán)之前流經(jīng)冷卻劑通路513。
[0053 ]如上所述，圖1 -5中所示的實施方式可使用外部冷卻劑栗，如，電冷卻劑栗，或者集成的機械栗。圖6示出了圖1中所示的實施方式的變形，其被修改以結(jié)合機械冷卻劑栗，其中機械栗通過轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)而驅(qū)動。應(yīng)理解該修改也可應(yīng)用于圖4和5中所示的配置。
[0054]在系統(tǒng)600中，電機端蓋601已相對于前述實施方式進行了修改，從而容納機械冷卻劑栗。該內(nèi)栗轉(zhuǎn)子603被連接至轉(zhuǎn)子軸113，而外栗轉(zhuǎn)子605被固定在端蓋601中。如之前的實施方式中，諸如油等的冷卻劑被加壓且栗送通過通路(如，通路607)，至出口孔609 ο出口孔609被設(shè)置在端蓋601的孔徑中，且與轉(zhuǎn)子軸113的外表面直接相鄰。冷卻劑通過加壓動態(tài)密封件129/130而被限制在轉(zhuǎn)子軸113與端蓋601的孔徑之間的區(qū)域中。
[0055]如上述實施方式中，在冷卻劑通過孔609并且進入由轉(zhuǎn)子113、端蓋60和密封件129/130所限定的區(qū)域中之后，冷卻劑被推動通過入口通孔131進入轉(zhuǎn)子軸113的中空區(qū)域115。接著，區(qū)域115中的冷卻劑被經(jīng)由多個通孔13 3而推出軸113，該冷卻劑流經(jīng)電機殼體。優(yōu)選地如圖所示集成至端蓋601中的第二冷卻劑通路611提供了讓冷卻劑到達集成冷卻劑栗的返回流動路徑。在所示的實施方式中，過濾器613被結(jié)合至冷卻劑返回路徑。應(yīng)理解在圖6中所示的機械冷卻劑栗還可用于如圖4或5中所示的配置中。
[0056]在圖1-6中所示的實施方式中，諸如油的冷卻劑被加壓，以保證通過電機殼體的高的冷卻劑流速。如果不需要高的流速，例如如果電機是低性能電機(I ow P erf orman c emotor)且預(yù)期不產(chǎn)生過多的熱水平，則可使用非加壓冷卻劑注入技術(shù)來將冷卻劑注入中空的轉(zhuǎn)子軸中。
[0057]圖7示出了圖1中所示的實施方式的變形，其被修改以結(jié)合非加壓冷卻劑注入系統(tǒng)。應(yīng)理解，取決于所要求的流速和流動分布，該修改可等同地應(yīng)用于其它的冷卻劑分配通孔配置。因此，如上所述以及如圖2-4所示，通孔的直徑、數(shù)量和角度可改變。
[0058]在系統(tǒng)700中，冷卻劑栗701(無論電的或機械的冷卻劑栗)栗送冷卻劑，優(yōu)選地如上所述的油，經(jīng)由注射管703進入轉(zhuǎn)子軸113的一端。優(yōu)選地，注射管703如圖所示是固定的。應(yīng)理解，注射管可被安裝在轉(zhuǎn)子軸的任一端上。注射管703經(jīng)由密封件705被密封在轉(zhuǎn)子軸113中，其中密封件705可以是多種不同密封形式的任一種(例如，旋轉(zhuǎn)軸密封件)，其在注射管703與軸113之間形成充分的密封，同時允許軸在電機殼體中自由旋轉(zhuǎn)。一旦冷卻劑被注射進入轉(zhuǎn)子軸113中，則離心力使得冷卻劑通過轉(zhuǎn)子軸通孔133且進入電機殼體。在電機殼體中的冷卻劑最后在被收集在冷卻劑池137中之前流動通過一個或多個出口孔135。池137被連接至冷卻劑栗701。
[0059]還可將非加壓冷卻劑注射系統(tǒng)用于將冷卻劑直接注射進入電機殼體中，如圖8中所示。如圖所示，冷卻劑栗801將冷卻劑(優(yōu)選地，如以上所公開的油)栗送通過冷卻劑注射管803。冷卻劑注射管803通過電機殼體，其中該冷卻劑注射管803終止于設(shè)置在定子117的任一端上且在電機殼體101的頂部處或頂部附近的一個或多個注射噴嘴805。作為該噴嘴設(shè)置的結(jié)果，重力使得從噴嘴805流出的冷卻劑在最后通過設(shè)置在殼體的底部處或附近的一個或多個殼體出口孔135且被收集在池137中之前，流過定子117和定子端繞組405。應(yīng)理解，流過噴嘴805的至少一些冷卻劑將通過旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子111和轉(zhuǎn)子端環(huán)403而被分配在整個電機殼體上。
[0060]如圖9中所示，電機組件900將分別在圖7和8中所示的電機700和800的非加壓冷卻劑注射系統(tǒng)組合。這樣，來自池137的冷卻劑(如，油)可由冷卻劑栗901 (電或機械冷卻機栗)經(jīng)由注射管903而直接栗送至定子117和定子端繞組405，以及經(jīng)由注射管905進入轉(zhuǎn)子軸113。除了將轉(zhuǎn)子組件的內(nèi)側(cè)冷卻之外，轉(zhuǎn)子軸113的中空區(qū)域115內(nèi)的冷卻劑經(jīng)由通孔133將冷卻劑分配在整個轉(zhuǎn)子殼體上，從而保證對電機組件的高效冷卻。在該實施方式的至少一個變形中，使用兩個冷卻劑栗;一個冷卻劑栗將冷卻劑經(jīng)由注射管903而直接注射在定子117和定子端繞組405上，而第二個冷卻劑栗將冷卻劑經(jīng)由注射管905而注射進入轉(zhuǎn)子軸113中。盡管可如組件800所示那樣安裝組件900中的定子，然而在所示的可選配置中定子117被直接安裝在電機殼體101的內(nèi)表面。這樣，返回的冷卻劑通路905被結(jié)合至殼體101中，從而在電機殼體中為冷卻劑提供了流入池137的通路。注意到該相同的配置可用于之前的實施方式中。
[0061]在圖10中所示的電機組件中，除了使用多個冷卻劑注射系統(tǒng)來將冷卻劑(例如，油)推動通過電機組件(如在電機組件900中那樣)之外，還使用第二冷卻劑系統(tǒng)來冷卻電機組件的外部。該第二冷卻劑系統(tǒng)包括冷卻劑罩，第二冷卻劑通過該冷卻劑罩。優(yōu)選地，第二冷卻劑是水基的，例如純水或者包括添加劑的水，添加劑例如乙二醇或者丙二醇。優(yōu)選地，冷卻劑罩如圖所示結(jié)合至電機殼體1001，從而避免由于使用與電機殼體單獨的冷卻劑罩而導(dǎo)致的額外的熱界面(thermal interface)。在圖10所示的橫剖視圖，示出了多個冷卻管1003的剖視圖，其中冷卻管被一體形成至電機殼體。通過第二冷卻劑栗1005栗送通過冷卻管1003的冷卻劑傳導(dǎo)地(0011(11101:;^6150冷卻定子117，同時通過冷卻劑栗901栗送的第一冷卻劑提供對定子117、定子端繞組405、轉(zhuǎn)子111和轉(zhuǎn)子軸113的直接冷卻。應(yīng)理解，如圖10中所示的冷卻劑罩可被增加至前述的任何一個實施方式，以提供第二冷卻系統(tǒng)，該特征在產(chǎn)生大量熱的高性能電機中是特別有利的。
[0062]大體對系統(tǒng)和方法進行了說明以幫助理解本實用新型的細(xì)節(jié)。在一些實施方式中，沒有對廣為所知的結(jié)構(gòu)、材料和/或操作進行具體示出和說明，以避免掩蓋本實用新型的方面。在其它情況下，提供具體細(xì)節(jié)以更全面地理解本實用新型。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本實用新型可以其它具體形式而實現(xiàn)，例如適用于具體系統(tǒng)或者裝置或者環(huán)境或者材料或者構(gòu)件，而不偏離其實質(zhì)或基本特征。因此，這里的公開和說明旨在為示意性的，而不是對本實用新型的范圍的限制。
【主權(quán)項】
1.一種具有集成冷卻系統(tǒng)的電機組件，其特征在于包括: 容納在電機殼體中的定子； 轉(zhuǎn)子軸，其中所述轉(zhuǎn)子軸在所述電機殼體的第一端蓋和第二端蓋之間延伸通過； 安裝至所述轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子軸包括中空區(qū)域； 用于將冷卻劑注入所述電機組件的冷卻劑栗； 與所述冷卻劑栗流體連通的冷卻劑池； 第一冷卻劑通路，其中所述第一冷卻劑通路將所述冷卻劑栗與所述轉(zhuǎn)子軸的所述中空區(qū)域流體連接，其中流動通過所述第一冷卻劑通路的所述冷卻劑通過所述冷卻劑栗被注入所述轉(zhuǎn)子的所述中空區(qū)域； 第二冷卻劑通路，其中所述第二冷卻劑通路將所述電機殼體內(nèi)的區(qū)域與所述冷卻劑池流體連接，且其中所述電機殼體的所述區(qū)域中的冷卻劑經(jīng)由所述第二冷卻劑通路流入所述冷卻劑池;和 集成至所述轉(zhuǎn)子軸中的多個通孔，其中所述多個通孔中的每一個將所述轉(zhuǎn)子軸的所述中空區(qū)域流體連接至所述電機殼體內(nèi)的所述區(qū)域，其中從所述中空區(qū)域流至所述電機殼體內(nèi)的所述區(qū)域的所述冷卻劑在經(jīng)由所述第二冷卻劑通路進入所述冷卻劑池之前與所述定子和所述轉(zhuǎn)子直接接觸。2.如權(quán)利要求1所述的電機組件，其特征在于所述第一冷卻劑通路包括冷卻劑注射管，所述冷卻劑注射管穿過所述轉(zhuǎn)子軸的端部分并進入所述轉(zhuǎn)子軸的所述中空區(qū)域，所述電機組件還包括設(shè)置在所述冷卻劑注射管的一部分與所述轉(zhuǎn)子軸的所述端部分之間的密封件。3.如權(quán)利要求1所述的電機組件，其特征在于所述第一冷卻劑通路被一體形成至所述第一端蓋，其中所述第一冷卻劑通路還包括設(shè)置在所述第一端蓋的孔徑中并與所述轉(zhuǎn)子軸相鄰的出口孔，其中所述轉(zhuǎn)子軸包括至少一個入口通孔，且其中流動通過所述第一冷卻劑通路并通過所述出口孔的所述冷卻劑通過所述冷卻劑栗經(jīng)由所述至少一個入口通孔而被注入所述轉(zhuǎn)子軸的所述中空區(qū)域。4.如權(quán)利要求3所述的電機組件，其特征在于還包括第一密封件和第二密封件，其中所述第一密封件和所述第二密封件將通過所述第一冷卻劑通路并且通過所述出口孔的冷卻劑限制在由所述轉(zhuǎn)子軸、所述第一端蓋的所述孔徑、所述第一密封件和所述第二密封件所限定的區(qū)域中。5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電機組件，其特征在于注入所述電機組件的冷卻劑被加壓。6.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電機組件，其特征在于所述第一冷卻劑通路還包括齒輪箱冷卻劑連接件，其中所述齒輪箱冷卻劑連接件將所述第一冷卻劑通路流體連接至齒輪箱，其中流動通過所述第一冷卻劑通路的冷卻劑通過所述冷卻劑栗經(jīng)由所述齒輪箱冷卻劑連接件而被注入所述齒輪箱，其中第三冷卻劑通路將所述齒輪箱流體地連接至所述冷卻劑池，且其中經(jīng)由所述齒輪箱冷卻劑連接件從所述第一冷卻劑通路流入所述齒輪箱的冷卻劑經(jīng)由所述第三冷卻劑通路流入所述冷卻劑池。7.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電機組件，其特征在于所述第二冷卻劑通路還包括設(shè)置在所述電機殼體的所述區(qū)域中的出口孔，其中所述出口孔被設(shè)置在所述定子和所述電機殼體的內(nèi)壁之間，且其中所述電機殼體的所述區(qū)域內(nèi)的所述冷卻劑在流入所述冷卻劑池之前通過所述出口孔和所述第二冷卻劑通路。8.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電機組件，其特征在于所述多個通孔包括設(shè)置成與所述轉(zhuǎn)子的第一端相鄰的至少一個通孔，以及設(shè)置成與所述轉(zhuǎn)子的第二端相鄰的至少一個通孔，其中與所述多個通孔的每一個對應(yīng)的軸線相對于與所述轉(zhuǎn)子軸對應(yīng)的柱軸線垂直或傾斜。9.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電機組件，其特征在于還包括第三冷卻劑通路，其中所述第三冷卻劑通路將所述冷卻劑栗與所述電機殼體內(nèi)的所述區(qū)域流體連接，其中流動通過所述第三冷卻劑通路的所述冷卻劑通過所述冷卻劑栗被直接注入所述電機殼體的所述區(qū)域。10.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電機組件，其特征在于還包括第三冷卻劑通路，其中所述第三冷卻劑通路將第二冷卻劑栗與所述電機殼體內(nèi)的所述區(qū)域流體連接，其中流動通過所述第三冷卻劑通路的所述冷卻劑通過所述第二冷卻劑栗被直接注入所述電機殼體的所述區(qū)域中。11.如權(quán)利要求9所述的電機組件，其特征在于還包括結(jié)合至所述電機殼體中的多個噴嘴，其中所述多個噴嘴中的每一個與所述第三冷卻劑通路流體連接，且其中通過所述第三冷卻劑通路經(jīng)由所述多個噴嘴進入所述電機殼體的所述冷卻劑在流動通過所述第二冷卻劑通路進入所述冷卻劑池之前與所述定子和所述轉(zhuǎn)子直接接觸。12.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電機組件，其特征在于還包括圍繞所述電機組件的至少一部分的冷卻劑罩，其中第二冷卻劑流動通過所述冷卻劑罩，且其中第二冷卻栗將所述第二冷卻劑經(jīng)由冷卻管道循環(huán)通過整個所述冷卻劑罩。13.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電機組件，其特征在于所述冷卻劑栗包括電動冷卻劑栗。14.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電機組件，其特征在于所述冷卻劑栗包括機械冷卻劑栗，且其中所述機械冷卻劑栗由所述轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)而驅(qū)動。
【文檔編號】H02K9/19GK205429978SQ201520979333
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月1日
【發(fā)明人】J-P.高蒂爾, J.邁耶, Y.唐
【申請人】源捷公司