用于油冷式转子叠片的方法和系统与流程

1.本说明书总体涉及用于冷却电动马达的方法和系统，更具体地，涉及冷却电动马达的转子叠片和定子的端部绕组。

背景技术：

2.发明人已经认识到，为了在电动或混合动力车辆中达到期望的性能和可靠性的水平，期望的是使对车辆提供动力的电动马达的温度维持在规定的操作范围内，不受车辆的环境状况或驾驶状况的影响。在电动马达中期望增加冷却，以确保高连续扭矩曲线。马达的转子中的磁体过度加热可能导致性能下降、退磁，以及因磨损而缩短寿命。
3.作为一个示例，转子可以经由被动(或主动)气流来冷却，该气流也可以冷却电动马达的定子的绕组。然而，由于转子和定子处产生的热量，空气温度可能超过100℃，这可能限制进一步提取热量和冷却的可能性。作为另一个示例，可以用水来冷却转子。然而，由于转子的叠片堆叠和转子轴之间的高接触阻力，水的冷却性能可能会降低。此外，由于水的导电性，水不能用来冷却转子叠片。
4.如前所述，上述问题是本文的发明人认识到的。

技术实现要素：

5.发明人因此认识到，期望用于电动马达的强健的冷却系统，其可以提供足够的冷却以用于改善的马达的输出范围。在一个实施例中，一种用于电动马达的冷却系统包括：经过转子轴的主要冷却通路，主要冷却通路链接到通过转子的叠片堆叠的多个次要通路，多个次要通路构造成在叠片堆叠的中心区域处接收冷却剂。以这种方式，闭环的冷却剂路径形成在泵、转子轴、转子叠片堆叠、平衡板和定子端部绕组之间。
6.应当理解，提供以上简要描述是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由详细描述之后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
7.参考附图，通过阅读以下非限制性实施例的描述，将会更好地理解本公开，附图中：
8.图1示意性地示出了具有混合动力推进系统的车辆。
9.图2是根据本公开的电动马达的冷却系统的非限制性示例的截面图。
10.图3示出了图2的电动马达的转子轴的截面图。
11.图4是根据本公开的实施例的用于冷却电动马达的方法。
具体实施方式
12.电动马达由于电、磁和机械损耗缘故而产生热量，过多的所产生的热量通常会导致马达性能问题(例如，扭矩的产生、控制、效率方面的降低)和增强的部件劣化。在车辆使用的电动马达中，在马达起动或动态制动事件期间，损耗趋向较高。因此，随着汽车工业不断向更多电力主导型车辆推进系统过渡，针对电动马达的热管理非常重要。在车辆中，马达的尺寸直接取决于如何冷却马达。因此，随着在不牺牲性能或可靠性的前提下向减小部件尺寸、降低成本和减轻重量方面的推动，与电动马达热管理相关的挑战增加。例如，马达在电气操作限制范围内的较高功率水平下增加运行时间的能力与从马达的某些部件移除热量的能力直接相关。随着热管理的改进，需要在马达的性能、效率、成本以及电动马达的尺寸之间直接权衡，以在热约束下操作。
13.由电动马达产生的热量被分配在整个电动马达内的多个部件中。例如，热量可以在定子槽绕组、定子端部绕组、定子叠片、转子叠片和转子磁体或导体内产生。部件内所产生热量的分配取决于马达类型和马达的操作条件(扭矩/速度)。因此，针对马达选择的冷却方法会影响经过马达的热流路径以及在马达部件之间的温度分配。一种当前的冷却方法涉及被动空气冷却，其中由马达产生的热量可以从马达的较热部件传导到联接的散热器(例如，安装表面)和/或翅片。于是，可以经由对流将热量从散热器和/或翅片传递到空气。然而，如果马达的功率输出为15kw至20kw或更多，发现空气冷却系统不足。因此，翅片的额外重量趋于超过翅片提供的冷却效益。此外，空气冷却系统的冷却能力可能受到环境温度的影响。例如，在较热的气候条件下，空气冷却系统的效率可能显著下降。
14.另一种当前的方法涉及基于相变材料的冷却系统，其中相变材料通过从固体转变为液体或者从液体转变为气体而从马达吸收热能。在相变的同时，材料可以吸收大量的热量并且温度变化很小。因此，相变材料冷却系统能够满足马达的冷却要求，然而，相变期间发生的体积变化限制了其应用。此外，相变材料只能吸收产生的热量，而不能将热量传递出去，因此相变材料不能降低车辆推进系统内的整体温度(例如，相变材料只可以使温度分布平滑)。
15.其他当前的冷却方法包括经由液体冷却剂进行冷却。液体冷却剂比起空气具有更高的导热性和热容(例如，以能量形式在其健中储存热量的能力)，并且因此相比而言，液体冷却剂的性能更有效。此外，与相变材料相比，液体冷却剂具有结构紧凑的优点。一种当前的液体冷却系统涉及将油冷却剂喷射或注入到转子轴内的通孔中。另一种系统涉及将油冷却剂泵入到转子轴的第一端中，在这儿，随着转子轴旋转，冷却剂可能经由离心力扩散。然而，这些系统可能导致马达冷却不均匀或不平衡。虽然油冷却剂的冷却能力可能足以冷却转子轴，但是油的流动特性以及油与转子轴的内表面之间的接触阻力可能限制这些液体冷却形式的有效性。
16.因此，需要一种提供均匀且有效的温度控制的电动马达冷却系统，而不显著增加车辆重量和制造成本。因此，根据本文公开的实施例，提供用于向电动马达提供均匀冷却的系统的方法和系统。更具体地，该系统使用作为冷却剂的、经过中空转子轴的介电流体(诸如油)来冷却电动马达的转子的叠片和定子的端部绕组。冷却剂可以经由轴内的主要通路流到转子轴的中心区域。主要冷却剂通路可以经由转子轴的中心区域处的多个对应的连接路径链接到穿过转子的叠片堆叠的多个次要通路，其中每个次要通路经由一个对应的连接
路径链接到主要通路。多个次要通路可以从叠片堆叠的第一端到叠片堆叠的第二端横穿叠片堆叠的长度。主要冷却剂通路可构造成将冷却剂在单个方向上从转子轴的第一端流到转子轴的中心区域，并且多个次要通路中的每一个可构造成：将接纳自主要冷却剂通路的冷却剂的第一量在第一方向上，从叠片堆叠的中心区域流到叠片堆叠的第一端，以及将接纳自主要冷却剂通路的冷却剂的第二量在第二方向上从叠片堆叠的中心区域流到叠片堆叠的第二端。第一平衡板可整体地连接到叠片堆叠的第一端和转子轴的第一端，并且第二平衡板可整体地连接到叠片堆叠的第二端和转子轴的第二端，第一平衡板和第二平衡板包括一个或多个贯穿通道。第一平衡板中的贯穿通路可与多个次要通路的第一端对齐，其中第一平衡板中的一个或多个贯穿通道中的每个贯穿通道对应于多个次要通路中的一个，第一平衡板中的一个或多个贯穿通道构造成：经由插入第一平衡板中的贯穿通道中的喷嘴，将冷却剂从次要通路的第一端导向到电动马达的定子的端部绕组。第二平衡板中的一个或多个贯穿通道可与多个次要通路的第二端对齐，其中第二平衡板中的一个或多个贯穿通道中的每个贯穿通道对应于多个次要通路中的一个，第二平衡板中的一个或多个贯穿通道构造成：经由插入第二平衡板中的贯穿通道中的另一喷嘴，将冷却剂从次要通路的第二端导向到电动马达的定子的端部绕组。冷却剂可以随后在重力作用下或经由泵导向到储液部，并且随后泵送回主要通路。
17.以这种方式，通过将冷却剂导向到转子轴的中心区域和转子叠片堆叠的中心区域，冷却剂可以均匀地流到转子的每个端部，并且提供均匀的冷却效果。通过使冷却剂与叠片直接接触，转子叠片和冷却剂之间的热路径大大减少，由此提高冷却性能。在平衡板中在两端上包括通道和喷嘴的技术效果在于，来自转子叠片堆叠的冷却剂可以经由离心力喷射到定子端部绕组上，由此也冷却定子端部绕组。以这种方式，单个冷却剂回路可用来有效地冷却电动马达的多个部件并且提高马达的性能。
18.图1是用于包括电动马达的车辆的混合推进系统的示例。图2示出了根据本公开的冷却系统的非限制性示例的截面图，该冷却系统可用于冷却图1的推进系统的电动马达。图2大致按比例示出，但可以使用其他相对尺寸。图3中示出了转子轴的另一个截面图。图4是根据本文公开的实施例的用于冷却电动马达的转子的叠片和定子的端部绕组的方法。提供一组坐标系201以用于在所示视图之间进行比较，其指示y轴、x轴和z轴。在一些示例中，y轴可以与重力方向平行，而x轴限定水平面。
19.图1示出了示例车辆推进系统100。车辆推进系统100包括燃油发动机102和马达110。作为非限制性示例，发动机102包括内燃发动机，并且马达110包括电动马达。马达110可构造成利用或消耗不同于发动机102的能量源。例如，发动机102可以消耗液体燃料(例如汽油)来产生发动机输出，而马达110可以消耗电能来产生马达输出。因此，带有推进系统100的车辆可称为混合动力电动汽车(hev)。
20.发动机102和马达110可以联接到变速器104。变速器104可以是手动变速器、自动变速器或它们的组合。此外，可以包括各种附加部件，诸如扭矩转换器，和/或诸如主减速器(最终驱动)单元等的其他齿轮。变速器104示出为联接到与道路表面108接触的驱动轮106。因此，电动马达110可以经由变速器104驱动地联接到驱动轮106和发动机102。发动机102、马达110、变速器104和驱动轮106之间的所描绘的连接表示从一个部件到另一个传递机械能，而马达110和能量储存装置114之间的连接可以表示传递电能形式。
21.车辆推进系统100可以根据该车辆推进系统100遇到的操作状况来而采用各种不同的操作模式。这些模式中的一些可使发动机102能够维持在关闭状态(例如，设定成停用状态)，其中发动机处的燃料的燃烧中断。例如，在选择的操作条件下，马达110可以经由驱动轮106来推进车辆，同时发动机102停用。在其他操作状况期间，发动机102可被设定成停用状态(如上所述)，而电动机110可被操作以对能量储存装置114(例如，电池、电容器、飞轮、压力容器等)充能。例如，马达110可以接收来自驱动轮106的车轮扭矩，其中马达110可以将车辆的动能转换成电能，以存储在能量储存装置114处。该操作可以被称为车辆的再生制动。因此，在一些实施例中，马达110可以提供发电机的功能。然而，在其他实施例中，发电机120可以替代地接收来自驱动轮106的车轮扭矩，其中发电机120可以将车辆的动能转换成电能以存储在能量储存装置114处。
22.在其他操作状况期间，发动机102可通过燃烧从燃料系统接收的燃料(例如，汽油、柴油、酒精燃料、燃料混合物)来操作。例如，可以操作发动机102以经由驱动轮106推进车辆，同时马达110停用。在其他操作状况期间，发动机102和马达110两者都可以分别操作以经由驱动轮106推进车辆。发动机102和马达110两者可选择性地推进车辆的构造可以称为并联型车辆推进系统。注意，在一些实施例中，马达110可以经由第一组的驱动轮来推进车辆，而发动机102可以通过第二组的驱动轮来推进车辆。
23.在其他实施例中，车辆推进系统100可以构造成串联型车辆推进系统，由此发动机102不直接推进驱动轮106。相反，可以操作发动机102来为马达110供能，马达110继而可以经由驱动轮106来推进车辆。例如，在选择的操作条件期间，发动机102可以驱动发电机120，发电机120继而可以将电能供应到马达110或能量储存装置114中的一个或多个。作为另一示例，发动机102可以操作以驱动马达110，马达110继而可以提供发电机功能将发动机输出转换为电能，其中电能可以储存在能量储存装置114处供马达110稍后使用。
24.在一些实施例中，能量储存装置114可以构造成储存电能，该电能可以提供到车辆车载的其他电负载(电动机以外)，包括轿厢供加热和空气调节、发动机启动、前灯、轿厢音频和视频系统等。作为非限制性示例，能量储存装置114可以包括一个或多个电池和/或电容器。
25.控制系统122可以与发动机102、马达110、能量储存装置114、发电机120和/或车辆推进系统100的附加部件中的一个或多个通信。例如，控制系统122可以接收来自发动机102、马达110、能量储存装置114和发电机120中的一个或多个的传感反馈信息。此外，响应于该传感反馈，控制系统122可将控制信号发送至发动机102、马达110、能量储存装置114和发电机120中的一个或多个。控制系统122可以接收来自车辆驾驶员的驾驶员所请求的车辆推进系统的输出的指示(例如，经由被通信地联接至加速和/或制动踏板的踏板位置传感器)。
26.能量储存装置114可以周期性地接收来自处在车辆外部(例如，不是车辆的一部分)的外部能量源116的电能。作为非限制性示例，车辆推进系统100可以被构造为插电式混合电动车辆(phev)，由此，电能可以经由电能传递线缆从外部能量源116提供至能量储存装置114。在操作车辆推进系统100推进车辆时，外部能量源116可以与能量储存装置114断开连接。控制系统122可以识别和/或控制储存在能量储存装置处的电能的量，这可以被称为充电状态(soc)。在其他实施例中，电能可在能量储存装置114处从外部能量源116无线地接
收。例如，能量储存装置114可以经由电磁感应、无线电波和电磁共振中的一种或多种从外部能量源116接收电能。以这种方式，应当理解的是，可以使用任何合适的方法以用于从不构成车辆一部分的电源对能量储存装置114再充电。以这种方式，马达110可以通过利用除了发动机102使用的燃料之外的能量源来推进车辆。
27.因此，应当理解，示例性车辆推进系统100能够用于各种操作模式。例如，在全混合实施方式中，车辆推进系统100可以使用马达110作为推进车辆的唯一扭矩源来操作。这种“纯电动”操作模式可以在制动、低速期间、在红绿灯处停车时等使用。此外，马达110包括冷却系统112，因为当马达110在使用时，热可作为主要的副产品产生。虽然示出了冷却系统112的混合实施方式，但是用于马达110的冷却系统112也可以设在全电动车辆或另一合适的电动马达中。
28.冷却系统112可包括从转子的第一端到转子的中心区域穿过马达的转子轴的中心轴线的主要通路，以及穿过转子的叠片堆叠的两个或多个次要通路，每个次要通路构造成接收流经主要通路的冷却剂并且使冷却剂流到叠片堆叠的两个相对端部和定子的端部绕组。每个次要通路可以构造成经由不同的连接路径接收流经主要通路的冷却剂，两个或多个次要通路彼此平行。每个次要通路的第一端可以对齐第一平衡板上的贯穿通道，第一平衡板在第一端处联接到叠片堆叠，并且每个次要通路的第二端可以对齐第二平衡板上的另一贯穿通道，第二平衡板在第二端处联接到叠片堆叠，贯穿通道和另一贯穿通道中的每一个都构造成经由各自的喷嘴从每个次要通路到定子的端部绕组供应冷却剂。泵可以从定子的端部绕组抽取冷却剂到储液部，并且另一泵可以将冷却剂再循环到主要通路。图2-3中描述了冷却系统112的细节。
29.图2是用于电动马达(例如，图1的电动马达110)的冷却系统202的非限制性示例的截面图200。冷却系统202可以包括冷却剂储液部(例如，变速器油储液部)、冷却剂泵(例如，变速器油泵244，如下文进一步描述)、以及电动马达内的多个相互连接的通路。
30.取决于最终用途的设计目标，可以使用各种合适的电动马达构造。例如，马达110可以是交流(ac)电动机或直流(dc)电动机。ac电动机类型包括异步电动机(例如鼠笼式和绕线转子式)和同步电动机。在某些实施例中，可以使用诸如多相电动机的同步电动机。可以部署的多相电动机的类型包括永磁体式、同步磁阻式、混合同步式(例如，永磁体辅助同步磁阻式)、同步感应式和磁滞式。继续ac电动机的所用实例，在一些情况下，可以利用同步永磁体电动机，这是由于其相对高的转换效率。
31.电动马达包括封围内部部件的壳体207。包括端部绕组234的定子220可以经由壳体207封围。端部绕组234可以包括位于定子220的芯部外部的多根卷绕导线或发夹导线(例如，圆导线、矩形导线、扁平导线等)。然而，可以理解，定子芯部还包括延伸穿过其中的导线部段。此外，定子220可以从能量储存装置(例如，电池、电容器等)接收电能，并且在一些情况下，诸如当马达设计成具有再生功能时，将电能传递到能量储存装置。
32.电动马达进一步包括转子242，其中转子轴208围绕转子242的中心轴线旋转。转子轴208可以由适当的材料(例如，铝、冷轧或热轧钢的sae 1045、c1045)构成。转子轴208可以具有圆形横截面(例如，沿z轴)的柱状形状，并且由设置在其两端和壳体207之间的输出端轴承和编码器端轴承围绕其自身的轴线可旋转地支承。
33.转子芯部可以包括多个叠片堆叠211(例如，叠片磁性钢或铁)或者实心磁性金属。
因此，转子芯部包括磁交互作用部分(例如，永磁体或电磁体)。叠片堆叠211可以是由电绝缘层分隔开以抑制磁负载下的涡流损耗的单独的电磁板的封装。例如，叠片堆叠211可以由层压在硅酮中的许多盘形钢板构成。构成叠片堆叠211的板可以松散地堆叠在一起、焊接在一起(例如，等离子焊接、激光焊接、tig电阻焊接)或以其他方式适当地结合(例如，经由互锁、粘合漆)。叠片堆叠211可以是管状的并且环绕转子轴208的一部分，因此转子轴208的两端位于叠片堆叠211的外侧。定子叠片堆叠210环绕转子叠片堆叠210。可以理解，在马达操作期间，转子242可以旋转，同时定子220保持相对静止。
34.定子220和转子242构造成电磁地交互作用以产生旋转输出，并且在一些情况下，在一个用例中，响应于从诸如车辆传动系的外部源接收的旋转输入而产生电能。然而，如上所述，马达可以在广泛地各种操作环境中使用。因此，电动马达构造成产生旋转输出，并且在一些示例中，在再生模式下，接收旋转输入并且产生电能输出。因此，电动马达可以设计成从能量储存装置接收电能，并且在一些示例中，将能量传递到能量储存装置。有线和/或无线的能量传递机构可以用于促进这种能量传递功能。
35.第一平衡板224示出为在第一端256处附接到叠片堆叠211。第二平衡板225示出为在第二端257处附接到叠片堆叠211。第一平衡板224和第二平衡板225可以设计成考虑到转子242的不平衡。详细地说，可以选择第一平衡板224的质量和质量分配，来平衡马达中的残留不平衡力。换句话说，在一个示例中，平衡板可以提供显著的平衡功能。
36.电动马达可用控制器(未示出)联接到控制系统(诸如图1中的控制系统122)。控制器可以包括处理器(例如，微处理器单元和/或其他类型的电路)和存储器(例如，随机存取存储器、只读存储器、保持活动(不失效)存储器、其组合等)。控制器可以被构造成对系统部件发送控制命令以及接收来自传感器和其他合适部件的信号。可控部件可以包括电动马达(例如，马达的定子)。可以理解，可控部件可以包括致动器以使部件能够调节。这样，控制器可以接收指示马达的速度的信号，并且基于该速度信号调节马达的输出。电动马达中的其他可控部件能以类似的方式工作。此外，可以理解，控制器可以经由有线和/或无线通信发送和接收信号。
37.壳体207还可以封围电动马达的附加部件，诸如多个磁体、围绕定子的突出部缠绕的电磁线圈和/或旋转传感器(为简洁起见未示出)。
38.第一主要通路215可形成在转子轴208内，其中第一主要通路215的中心轴线与转子轴208的旋转的中心轴线重合。第一主要通路215可以从转子轴的第一端254延伸到转子轴208的中心区域205。在转子轴的第一端254处，主要通路215可经由冷却剂供应管线284联接到冷却剂泵244(诸如变速器油泵)。
39.主要通路215可以经由在转子轴的中心区域205处的多个对应的连接路径链接到穿过叠片堆叠211的多个次要通路，其中每个次要通路经由一个对应的连接路径链接到主要通路。在该截面视图中，第一次要通路264和第二次要通路270分别示出为经由第一连接路径214和第二连接路径216连接到主要通路215。诸如开口219的开口引导到其他类似的连接路径。第一连接路径214和第二连接路径216可以线性地延伸到主要通路215的相对两侧。第一次要通路264和第二次要通路270中的每一个都可以穿过叠片堆叠从叠片堆叠211的第一端256延伸到叠片堆叠的第二端257的中心区域，第一次要通路264基本上平行于第二次要通路270。
40.第一平衡板224可包括多个贯穿通道，这些贯穿通道可与次要通路的相应的端部对齐。如该截面图所示，第一贯穿通道226可与第一次要通路264的第一端对齐，并且第二贯穿通道228可与第一次要通路264的第二端对齐。同样地，第三贯穿通道236可以与第二次要通路270的第一端对齐，并且第四贯穿通道238可以与第二次要通路270的第二端对齐。在另一个示例中，平衡板中的贯穿通道可能没有对齐于次要通路的端部。平衡板的形状可以在平衡板与叠片堆叠之间形成收集器腔体。油流可以跨越平衡板中的贯穿通道而重新分配，并且贯穿通道的数量可与次要通路的数量无关。
41.第一贯穿通道226、第二贯穿通道228、第三贯穿通道236和第四贯穿通道238中的每一个都可以是穿过各自平衡板的圆柱形通路，每个贯穿通道都可以包括喷嘴(未示出)。插在平衡板中的贯穿通道中的喷嘴定尺寸为能够使冷却剂从贯穿通道中流出，经由各自的喷嘴流到定子的端部绕组。喷嘴的目的是使油流加速，并且形成喷向端部绕组的油射流。
42.在这个截面图中，两个次要通路示出为彼此平行。然而，可以有环绕主要通路215的多于两个次要通路。
43.图3示出了沿图2所示的a1轴线截取的电动马达的转子轴208的截面图300，并且示出了环绕主要通路的多于两个次要通路。主要通路215可穿过转子轴208，并且可与转子轴208同轴。在该示例中，八个均匀间隔的次要通路示出为环绕主要通路215，其中次要通路的布置围绕主要通路215呈径向对称。在其他实施例中，任何数量的次要通路都可以呈任何布置包括在主要通路215周围。次要通路中的每一个都可以水平地(例如，平行于x轴)行进穿过叠片堆叠211并且环绕主要通路215。例如，次要通路可以包括：与第三次要通路304相邻并且间隔开的第一次要通路264；与第三次要通路304相邻并且间隔开的第四次要通路306，第五次要通路308；第二次要通路270(如图2所示)，第六次要通路310；第七次要通路312；以及围绕主要通路215外周的第八次要通路314。包括多个次要通路的通道可以是管状的，具有圆形、椭圆形或多边形的横截面。次要通路中的每一个都可以穿过转子208的叠片堆叠211的中心区域。
44.每个次要通路都可以经由对应的、不同的连接路径流体地联接到主要通路215。例如，第一次要通路264可经由第一连接路径214联接到主要通路215，第三次要通路304可经由第三连接路径305联接到主要通路215，第四次要通路306可经由第四连接路径307联接到主要通路215，第五次要通路308可经由第五连接路径309联接到主要通路215，第二次要通路270可经由第二连接路径216联接到主要通路215，第六次要通路310可经由第六连接路径311联接到主要通路215，第七次要通路312可经由第七连接路径313联接到主要通路215，以及第八次要通路314可经由第八连接路径315联接到主要通路215。连接路径中的每一个都可以均匀间隔开，并且可以从主要通路215的径向离开。
45.回到图2，叠片堆叠211可以具有与转子轴208的外周部分相同的轴向中心。叠片堆叠211可以连接到或适当地联接到转子轴208，使这两个部件都可响应于对马达的电能输入而在马达内一体地旋转。例如，多个磁体可以围绕叠片堆叠211的外周部分布置在壳体207内。因此，随着流过电磁线圈的电流被适当地改变(例如，经由来自诸如图1的能量储存装置114之类的联接的能量储存装置的输出)，在定子的突出部中产生的磁场将改变。继而，定子磁场的改变将引起叠片堆叠211和转子轴208(例如，经由多个磁体)的旋转，这可以作为用于车辆的机械驱动力来输出。
46.冷却剂的返回管线280可以从定子的端部绕组234引导到储液部(未示出)，储液部随后可以联接到压力泵244。冷却剂可以经由冷却剂供应管线284(由箭头286所示的冷却剂流动方向)和返回管线280(由箭头282所示的冷却剂流动方向)，在闭合回路中循环经过转子轴208、转子叠片堆叠211、平衡板和端部绕组234。在流经马达部件后，冷却剂可由于重力或经由清扫泵(未示出)流回到返回管线280。在冷却剂经由压力泵244再循环之前，来自冷却剂的热量(从马达部件中吸取的热量)可以在热交换器(未示出)处发散，比如在水至油热交换器处发散。作为示例，冷却剂可以经由泵244和冷却剂供应管线284从储液部输导向到主要冷却剂通路216。冷却剂可以经由对应的连接路径从主要冷却剂通路216流到多个次要通路中的每一个的中心，并且随后经由多个次要通路流到叠片堆叠211的两端，并且随后导向到平衡板内的贯通通道中的喷嘴，并且随后经由喷嘴喷射到定子的端部绕组234。作为示例，冷却剂可以经由第一连接路径214从主要通路215流到第一次要通路264，并且冷却剂可以经由第二连接路径216从主要通路215流到第二次要通路270。
47.使冷却剂流到叠片堆叠的两端包括，对于每个次要通路，使从主要冷却剂通路接收的冷却剂的第一部分流到与叠片堆叠的第一端联接的第一平衡板224，并且使从主要冷却剂通路接收的冷却剂的第二部分流到与叠片堆叠的第二端联接的第二平衡板225。经过次要通路(诸如264或270)的冷却剂的第一部分的流动方向可与经过次要通路(诸如264或270)的冷却剂的第二部分的流动方向相反。因为冷却剂从次要通路的中心流到这些通路的每一端部以相反的方向流动通过次要通路(冷却剂流由虚线箭头示出)，所以叠片堆叠可以均匀地冷却。通过跨越叠片堆叠的中心分配冷却剂，可以从叠片堆叠提取更多的热量，因此提高冷却效果。
48.来自次要通路的冷却剂的第一部分可到达第一平衡板224，并且来自次要通路的冷却剂的第二部分可到达第二平衡板225。如前所述，平衡板可包括与次要通路各自的端部对齐的贯穿通道，经由这些贯穿通道，可将冷却剂导向到喷嘴，并且随后经由喷嘴喷射到定子的端部绕组上。在该示例中，流经第一次要通路264的冷却剂的第一部分可以经过第一喷嘴喷射到端部绕组234的第一端的上部部分(沿y轴)(由于离心力)。同样，流经第一次要通路264的冷却剂的第二部分可以经过第二喷嘴喷射到端部绕组234的第二端的上部部分(沿y轴)(由于离心力)。流经第二次要通路270的冷却剂的第一部分可以经过第三喷嘴喷射到端部绕组234的第一端的下部部分(沿y轴)(由于离心力)。同样，流经第二次要通路270的冷却剂的第二部分可以经过第四喷嘴喷射到端部绕组234的第二端的下部部分(沿y轴)(由于离心力)。以这种方式，冷却剂可以供应到两个平衡板和定子端部绕组的两端，以实现有效的冷却。从端部绕组，冷却剂可以经由返回管线280导向返回到储液部。返回到储液部可以是由于重力或经由压力泵244。
49.如果冷却系统202合适地设计尺寸，则系统202可以是自泵送的(例如，如果转子冷却回路的出口在径向上比入口更大，则离心力可以强制作用于冷却剂流)。在一些示例中，系统202可以由外部泵驱动和/或辅助。在一些示例中，冷却系统202可以包括油供应部而不是液体冷却剂供应部，其中油泵送经过闭环路径而导致电动马达的冷却(例如，水乙二醇溶液可以经过衬有介电衬里的轴向孔的内表面)。
50.因此，当马达在使用时，冷却剂可以连续并且均匀地流经转子和定子绕组。随着冷却剂循环经过马达部件，产生的热量可以传递到冷却剂，由此冷却马达。此外，通过使冷却
剂穿过多个轴向次要通道，可以减少冷却剂和叠片堆叠211之间的总体阻力，由此增加由冷却剂提供的冷却效果。因此，可以由冷却系统202提供均匀的冷却，而不对马达增加过多的重量。在一些实施例中，多个次要通道的内表面可以衬有衬里(例如，介电衬里)，使得可以由冷却系统202采用另一种类型的液体冷却剂(例如，水)。在一些实施例中，可以使用被动捕捉系统而不是冷却剂泵244来维持冷却剂流过马达的连续流动。
51.以这种方式，图1-3中的系统提供了转子轴，转子轴径向封围在转子的叠片堆叠堆内，定子，定子在封围转子的叠片堆叠的每一端处包括端部绕组，主要通路，主要通路从转子的第一端到转子的中心区域穿过转子轴的中心轴线，以及两个或更多个次要通路，两个或更多个次要通路穿过转子的叠片堆叠，每个次要通路构造成接收流经主要通路的冷却剂，并且使冷却剂流到叠片堆叠的两个相对端部和定子的端部绕组。第一泵可构造成将冷却剂从定子的端部绕组抽取到储液部，并且第二泵可构造成将冷却剂再循环到主要通路。
52.图4是说明根据本公开的实施例的用于冷却电动马达的部件的方法400的流程图。方法400是关于上文关于图1-图3描述的系统和部件来描述的，但是也可以与其他系统/部件(例如，电动车辆的电动马达、机器的电动马达)一起执行而不脱离本公开的范围。方法400可以根据存储在诸如车辆的中央处理单元(cpu)或控制系统(例如，图1的控制系统122)的计算设备的非暂态存储器中的指令来执行。
53.在402处，方法400可包括将冷却剂经由第一冷却剂管线(诸如图2中的冷却剂供应管线284)馈送经过旋转的转子轴内的主要冷却剂通路(诸如图2中的主要通路215)。可以将冷却剂从储液部泵送到转子轴的第一端，在该处冷却剂可以进入主要冷却剂通路并且经过通路流到转子轴的中心区域。随着冷却剂流经主要通路，来自转子轴的热量可以发散到冷却剂。
54.在经由主要冷却剂通路到达转子轴的中心区域后，在404处，冷却剂可经由对应的连接路径(诸如图2中的路径214和216)从主要冷却剂通路流到多个次要冷却剂通路(诸如图2中的次要通路264和270)。每个连接路径将对应次要通路的中心区域联接到主要通路。因此，来自主要通路的冷却剂可以基本上(诸如在5％的变化范围内)均匀地在多个次要通路之间分配，并且来自主要通路的冷却剂可以到达每个次要通路的中心区域。以这种方式，如果有八个次要通路，则流经主要通路的冷却剂可以基本上平均分成八个部分，其中每个部分流到一个次要通路。
55.在到达每个次要通路后，在406处，到达该次要通路的冷却剂的第一部分流到转子叠片堆叠的第一端，而在408处，到达该次要通路的冷却剂的第二(剩余)部分流到转子叠片堆叠的第二、相反的端部。随着冷却剂同时地轴向地流过穿过叠片堆叠的多个次要通路，叠片堆叠处产生的热量可以传递到冷却剂。在每个次要通路中，冷却剂的第一部分以第一方向从次要通路的中心区域流到第一端，而冷却剂的第二部分以第二、相反的方向从次要通路的中心区域流到第二端。
56.在410处，从次要通路中个每一个的每一端，冷却剂可以流到与平衡板内的贯穿通路联接的相应喷嘴。平衡板可以作为收集器，并且可以在平衡板中的喷嘴上方重新分配油流。冷却剂的第一部分可以流经第一平衡板(诸如图2中的第一平衡板224)中的贯穿通道，并且到达一喷嘴。冷却剂的第二部分可以流经第二平衡板(诸如图2中的第二平衡板225)中的贯穿通道，并且到达另一喷嘴。
57.在412处，从每个次要通路，冷却剂可以经由喷嘴喷射到定子端部绕组的侧部。冷却剂的第一部分可以经由与平衡板联接的喷嘴喷射到定子端部绕组的第一侧上。冷却剂的第二部分可以经由与平衡板联接的另一喷嘴喷射到定子端部绕组的第二侧上。喷嘴可以构造成(诸如形状和大小设计成)使得流经次要通路和平衡板的冷却剂能够由于离心力而喷射到定子端部绕组上。随着冷却剂流经平衡板并且流到定子端部绕组上，热量可从平衡板和定子端部绕组的每一侧发散到冷却剂。一个或多个次要通路可经由对应的喷嘴将冷却剂递送到定子端部绕组的第一侧和第二侧。
58.在414处，喷射到定子端部绕组的第一侧和第二侧上的冷却剂可以经由返回管线(诸如图2中的返回管线280)引导到储液部。清扫泵可用于将冷却剂从定子引导到储液部。单独的压力泵可用于将冷却剂从储液部导向到主要通路。在冷却剂再循环到主要通路前，由冷却剂吸取的热量可以在热交换器处发散。
59.以这种方式，冷却剂可以经由多个均匀分布的次要通路有效地导向经过转子的叠片堆叠的中心区域，由此实现改善的转子冷却。通过使冷却剂流到定子端部绕组，定子的进一步冷却也可以经由单个冷却剂回路实现。通过使冷却剂(诸如油)与转子叠片的表面直接接触，可以增加接触面积，由此减少整体热阻并且均匀地冷却转子。
60.用于电动马达的示例冷却系统包括：经过转子轴的主要通路，主要通路链接到经过转子的叠片堆叠的多个次要通路，多个次要通路构造成在叠片堆叠的中心区域处接收冷却剂。在先前示例中，附加地或可选地，主要冷却剂通路经由转子轴的中心区域处的多个对应的连接路径链接到多个次要通路，其中每个次要通路经由一个对应的连接路径链接到主要通路。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，主要冷却剂通路沿转子轴的中心轴线从转子轴的第一端行进到转子轴的中心区域，在该中心区域处，主要冷却剂通路链接到多个次要通路，中心区域与转子轴的第一端和第二端基本等距。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，多个次要通路布置成径向对称地围绕主要通路的中心轴线，并且经由对应的连接路径链接到主要通路。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，多个次要通路从叠片堆叠的第一端到叠片堆叠的第二端横穿叠片堆叠的长度。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，主要冷却剂通路构造成使冷却剂在单个方向上从转子轴的第一端流到转子轴的中心区域，并且其中，多个次要通路中的每一个构造成使接纳自主要冷却剂通路的冷却剂的第一量在第一方向上从叠片堆叠的中心区域流到叠片堆叠的第一端，以及使接纳自主要冷却剂通路的冷却剂的第二量在第二方向上从叠片堆叠的中心区域流到叠片堆叠的第二端。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，还包括：第一平衡板以及第二平衡板，第一平衡板整体地连接到叠片堆叠的第一端和转子轴的第一端，第二平衡板整体地连接到叠片堆叠的第二端和转子轴的第二端，第一平衡板和第二平衡板包括一个或多个贯穿通道。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，第一平衡板中的贯穿通路与多个次要通路的第一端对齐，其中第一平衡板中的一个或多个贯穿通道中的每个贯穿通道对应于多个次要通路中的一个，第一平衡板中的一个或多个贯穿通道构造成经由与第一平衡板联接的喷嘴将冷却剂从次要通路的第一端导向到电动马达的定子的端部绕组。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，第二平衡板中的一个或多个贯穿通道与多个次要通路的第二端对齐，其中第二平衡板中的一个或多个贯穿通道中的每个贯穿通道对应于多个次要通路中的一个，第二平衡板中的一个或多个贯穿通道构造成经由与第二平衡板联
接的另一喷嘴将冷却剂从次要通路的第二端导向到电动马达的定子的端部绕组。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，主要冷却剂通路构造成经由冷却剂泵接收来自储液部的冷却剂，系统还包括清扫泵，清扫泵构造成将冷却剂从定子的端部绕组返回到储液部，以再循环到主要冷却剂通路。
61.用于电动马达的冷却系统的另一示例方法包括：经由对应的连接路径，使冷却剂从主要冷却剂通路流到多个次要通路的每一个的中心，经由多个次要通路，使冷却剂流到转子的叠片堆叠的两端，以及经由平衡板中的贯穿通道，使冷却剂导向到定子的端部绕组。在先前示例中，附加地或可选地，多个次要通路从叠片堆叠的第一端到叠片堆叠的第二端横穿叠片堆叠的长度，多个次要通路中的每一个次要通路经由在次要通路的中心处的对应的连接路径联接到主要冷却剂通路。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，使冷却剂流到叠片堆叠的两端包括，对于每个次要通路，使从主要冷却剂通路接收的冷却剂的第一部分流到与叠片堆叠的第一端联接的第一平衡板，并且使从主要冷却剂通路接收的冷却剂的第二部分流到与叠片堆叠的第二端联接的第二平衡板。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，经过次要通路的冷却剂的第一部分的流动方向与经过次要通路的冷却剂的第二部分的流动方向相反。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，经由平衡板中的贯穿通道将冷却剂导向到端部绕组包括：经过接收来自第一平衡板中的第一组贯穿通道的冷却剂的第一喷嘴将冷却剂的第一量喷射到定子的第一端上的端部绕组，以及经过接收来自第二平衡板中的第二组贯穿通道的冷却剂的第二喷嘴将冷却剂的第二量喷射到定子的第二端上的端部绕组。在上述任何或所有示例中，附加地或可选地，还包括：经由泵和冷却剂返回管线使冷却剂从端部绕组流到冷却剂储液部，并经由泵和冷却剂供应管线使冷却剂再循环到主要冷却剂通路。
62.用于电动马达另一个实施例包括：转子轴，转子轴径向封围在转子的叠片堆叠堆内，定子，定子在封围转子的叠片堆叠堆的每一端处包括端部绕组，主要通路，主要通路从转子的第一端到转子的中心区域穿过转子轴的中心轴线，以及两个或更多个次要通路，两个或更多个次要通路穿过转子的叠片堆叠，每个次要通路构造成接收流经主要通路的冷却剂，并且使冷却剂流到叠片堆叠的两个相对端部和定子的端部绕组。在先前的任何或所有示例中，附加地或可选地，每个次要通路构造成经由不同的连接路径接收流经主要通路的冷却剂，两个或更多个次要通路彼此平行。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，每个次要通路的第一端对齐第一平衡板上的贯穿通道，第一平衡板在第一端处联接到叠片堆叠，并且其中，每个次要通路的第二端可以对齐第二平衡板上的另一贯穿通道，第二平衡板在第二端处联接到叠片堆叠，贯穿通道和另一贯穿通道中的每一个都构造成经由相应的喷嘴从每个次要通路到定子的端部绕组供应冷却剂。在上述的任何或所有示例中，附加地或可选地，还包括：第一泵，其构造成将冷却剂从定子的端部绕组抽取到储液部，以及第二泵，其构造成将冷却剂再循环到主要通路。
63.图1-4示出了具有各个部件的相对定位的示例构造。如果示出为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中这样的元件可以分别称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，示出为彼此连续或相邻的元件可以分别是彼此连续或彼此相邻的。作为示例，放置为彼此面共用接触的部件可以称为面共用接触。作为另一示例，在至少一个示例中，定位成彼此间隔开、其间仅具有间隔空间而没有其他部件的元件可以如此称呼。作为又
一示例，元件示出为在彼此上方/下方、彼此相对侧或彼此左/右可以相对于彼此如此称呼。此外，如附图中所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的点位可以称为部件的“顶部”，而最底部元件或元件的点位可以称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴线并且用于描述附图的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，示出为在其他元件上方的元件竖直地定位在该其他元件上方。作为又一个示例，在附图中描绘的元件的形状可以被称为具有如此形状(例如，诸如圆形的、直线的、平面的、弯曲的、圆滑的、倒角的、成角度的等)。此外，在至少一个示例中，示出为彼此相交的元件可以称为相交元件或彼此相交。更进一步地，在一个示例中，示出为在另一个元件内或在另一个元件外的元件可以如此称呼。
64.如本文中所使用的，以单数形式叙述并且以单词“一”或“一个”开始的元件或步骤应被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非这种排除被明确地指出。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不旨在解释为排除也包括所述特征的其他实施例的存在。此外，除非有相反的明确说明，否则“包括(comprising)”，“包括(including)”或“具有”具有特定特性的一个或多个元件的实施例可以包括不具有该特性的其他这样的元件。术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明语言等效形式。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数字要求或特定的位置顺序。
65.本书面说明书使用示例以公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其他示例。这样的其他示例，如果它们具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等效结构元件，那么它们旨在存在于权利要求的范围内。

技术特征：

1.一种用于电动马达的冷却系统，所述冷却系统包括：经过转子轴的主要通路，所述主要通路链接到经过转子的叠片堆叠的多个次要通路，所述多个次要通路构造成在所述叠片堆叠的中心区域处接收冷却剂。2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述主要冷却剂通路经由所述转子轴的中心区域处的多个对应的连接路径链接到所述多个次要通路，其中每个次要通路经由一个对应的连接路径链接到所述主要通路。3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述主要冷却剂通路沿所述转子轴的中心轴线从所述转子轴的第一端行进到所述转子轴的所述中心区域，所述主要冷却剂通路在所述中心区域处链接到所述多个次要通路，所述中心区域与所述转子轴的所述第一端和第二端基本等距。4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述多个次要通路布置成径向对称地围绕所述主要通路的中心轴线，并且经由对应的连接路径链接到所述主要通路。5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述多个次要通路从所述叠片堆叠的第一端到所述叠片堆叠的第二端横穿所述叠片堆叠的长度。6.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述主要冷却剂通路构造成使冷却剂在单个方向上从所述转子轴的所述第一端流到所述转子轴的所述中心区域，并且其中，所述多个次要通路中的每一个构造成：使接纳自所述主要冷却剂通路的冷却剂的第一量在第一方向上从所述叠片堆叠的所述中心区域流到所述叠片堆叠的所述第一端，以及使接纳自所述主要冷却剂通路的冷却剂的第二量在第二方向上从所述叠片堆叠的所述中心区域流到所述叠片堆叠的所述第二端。7.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，还包括：第一平衡板以及第二平衡板，所述第一平衡板整体地连接到所述叠片堆叠的所述第一端和所述转子轴的所述第一端，所述第二平衡板整体地连接到所述叠片堆叠的所述第二端和所述转子轴的所述第二端，所述第一平衡板和所述第二平衡板包括一个或多个贯穿通道。8.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述第一平衡板中的所述贯穿通路与所述多个次要通路的第一端对齐，其中所述第一平衡板中的所述一个或多个贯穿通道中的每个贯穿通道对应于所述多个次要通路中的一个，所述第一平衡板中的所述一个或多个贯穿通道构造成经由与所述第一平衡板联接的喷嘴将冷却剂从所述次要通路的所述第一端导向到所述电动马达的定子的端部绕组。9.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，所述第二平衡板中的所述一个或多个贯穿通道与所述多个次要通路的第二端对齐，其中所述第二平衡板中的所述一个或多个贯穿通道中的每个贯穿通道对应于所述多个次要通路中的一个，所述第二平衡板中的所述一个或多个贯穿通道构造成经由与所述第二平衡板联接的另一喷嘴将冷却剂从所述次要通路的所述第二端导向到所述电动马达的定子的端部绕组。10.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，所述主要冷却剂通路构造成经由冷却剂泵接收来自储液部的冷却剂，所述系统还包括清扫泵，所述清扫泵构造成将冷却剂从所述定子的所述端部绕组返回到所述储液部以再循环到所述主要冷却剂通路。11.一种用于电动马达的冷却系统的方法，所述方法包括：经由对应的连接路径，使冷却剂从主要冷却剂通路流到多个次要通路的每一个的中
心；经由所述多个次要通路，使冷却剂流到转子的叠片堆叠的两端；以及经由平衡板中的贯穿通道，使冷却剂导向到定子的端部绕组。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多个次要通路从所述叠片堆叠的第一端到所述叠片堆叠的第二端横穿所述叠片堆叠的长度，所述多个次要通路中的每一个次要通路经由在所述次要通路的中心处的对应的连接路径联接到所述主要冷却剂通路。13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使冷却剂流到所述叠片堆叠的两端包括，对于每个次要通路，使从所述主要冷却剂通路接收的冷却剂的第一部分流到与所述叠片堆叠的第一端联接的第一平衡板，并且使从所述主要冷却剂通路接收的冷却剂的第二部分流到与所述叠片堆叠的第二端联接的第二平衡板。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，经过次要通路的冷却剂的所述第一部分的流动方向与经过所述次要通路的冷却剂的所述第二部分的流动方向相反。15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，经由平衡板中的贯穿通道将冷却剂导向到所述端部绕组包括：经过接收来自第一平衡板中的第一组贯穿通道的冷却剂的第一喷嘴将冷却剂的所述第一部分喷射到所述定子的第一端上的所述端部绕组，以及经过接收来自第二平衡板中的第二组贯穿通道的冷却剂的第二喷嘴将冷却剂的所述第二部分喷射到所述定子的第二端上的所述端部绕组。

技术总结

本发明涉及用于冷却电动马达的系统的方法和系统。冷却系统包括经过转子轴的主要冷却剂通路，该主要冷却剂通路链接到经过转子的叠片堆叠的多个次要通路，多个次要通路构造成在叠片堆叠的中心区域处接收冷却剂。叠片堆叠的中心区域处接收冷却剂。叠片堆叠的中心区域处接收冷却剂。

技术研发人员：

T

受保护的技术使用者：

德纳汽车系统集团有限责任公司

技术研发日：

2022.09.20

技术公布日：

2023/3/24