具有集成冷卻系統(tǒng)的電機組件的制作方法
【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，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雜得多，導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)。本發(fā)明提供了這樣的冷卻系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明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]可通過參考以下的說明和附圖部分而進一步理解本發(fā)明的實質(zhì)和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0017]應(yīng)理解附圖僅僅是示意性的，而不是限制本發(fā)明的范圍，且不應(yīng)被認為是按比例繪制的。此外，在不同附圖中的相同的參考標記應(yīng)理解為指相同構(gòu)件或者相似功能的構(gòu)件。
[0018]圖1提供了根據(jù)本發(fā)明的優(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；
[0019]圖2提供了圖1中所示的轉(zhuǎn)子軸的一部分的橫剖視圖；
[0020]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；
[0021]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；
[0022]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；
[0023]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;
[0024]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)；
[0025]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；
[0026]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
[0027]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】
[0028]如這里所使用的，單數(shù)形式和“該”還包括復數(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/