用于电动化车辆的电机的热管理的制作方法

1.本公开涉及用于电动化车辆的电机(诸如电动马达)的热管理。


背景技术：

2.降低车辆中燃料消耗和排放的需要是众所周知的。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的车辆。电动化车辆是为此目的而开发的一种类型的车辆。一般而言，电动化车辆与常规的机动车辆不同，因为电动化车辆是由一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。在电动化车辆的操作期间，可能需要对电机进行热管理(即，加热或冷却)。


技术实现要素：

3.根据本公开的示例性方面的用于电动化车辆的电机的总成除其他之外包括定子，所述定子包括芯和至少部分地围绕所述芯的套。所述套径向地封闭狭槽并且被配置为允许流体在所述狭槽内从所述定子的第一面流到所述定子的第二面。所述总成还包括第一端盖，所述第一端盖覆盖所述定子的所述第一面。所述第一端盖包括入口端口并且被配置为将流体从所述入口引导到所述狭槽中。此外，所述总成包括第二端盖，所述第二端盖覆盖所述定子的所述第二面并且被配置为引导离开所述狭槽的流体。
4.在前述总成的另一个非限制性实施例中，所述套由环氧树脂制成并且所述芯由铁制成。
5.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述套包括通道，并且所述通道在所述定子的与所述狭槽径向相对的侧上。
6.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述第二端盖被配置为将离开所述狭槽的流体引导到所述通道中。
7.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述第一端盖包括出口端口，并且所述第一端盖包括分隔件，所述分隔件径向位于所述入口端口与所述出口端口之间。
8.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述入口端口被配置为将流体引导到所述通道和所述狭槽中，并且所述第二端盖包括出口端口，所述出口端口与离开所述通道和所述狭槽的流体流体连通。
9.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述通道是至少两个通道中的一个，所述入口端口被配置为将流体引导到所述狭槽和所述至少两个通道中的第一通道中，所述第二端盖被配置为将离开所述狭槽和所述第一通道的流体引导到所述至少两个通道中的第二通道中，并且所述第一端盖包括出口端口，所述出口端口与所述第二通道流体连通。
10.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述至少两个通道包括三个通道，所述三个通道通过所述定子的安装突片彼此周向地间隔开。
11.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述第一端盖包括分隔件，
并且所述入口的尺寸设定成允许进入所述第一端盖的流体在所述分隔件的相对径向侧上流动。
12.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，在所述分隔件的径向内侧上进入所述第一端盖的流体经由所述狭槽流向所述第二端盖，并且在所述分隔件的径向外侧上进入所述第一端盖的流体经由所述通道流向所述第二端盖。
13.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述入口被所述分隔件二等分。
14.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述狭槽是多个狭槽中的一个。
15.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，线圈绕组布置在所述狭槽中。
16.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述第一端盖包括突起，并且所述定子的所述第一面包括凹部，所述凹部接纳所述第一端盖的所述突起，并且所述第二端盖包括突起，并且所述定子的所述第二面包括凹部，所述凹部接纳所述第二端盖的所述突起。
17.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述总成包括转子，所述转子被配置为在定子内旋转。
18.在前述总成中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述电机为电动马达。
19.一种根据本公开的示例性方面的方法除其他之外还包括将流体通过形成在覆盖定子的芯的套中的狭槽从所述定子的第一端盖引向所述定子的第二端盖。
20.在前述方法的另一个非限制性实施例中，所述方法包括使用所述第二端盖将离开所述狭槽的流体通过所述套中的通道引向所述第一端盖。
21.在前述方法中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述狭槽和所述通道布置在所述定子的相对径向侧上。
22.在前述方法中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述方法包括将流体通过所述狭槽并且通过所述套中的通道从所述第一端盖引导到所述第二端盖。
附图说明
23.图1示意性地示出了电动化车辆的示例性动力传动系统。
24.图2示意性地示出了示例性电机的一部分的横截面。
25.图3是被配置为热管理电机的示例性总成的分解图。
26.图4是图3的总成的组装图。
27.图5是定子的芯的端视图。
28.图6是具有覆盖芯的套的定子的端视图。
29.图7是定子的狭槽的近视图。
30.图8a是第一端盖的第一实施例的内部端视图。
31.图8b是定子的端视图。
32.图8c是第二端盖的第一实施例的内部端视图。
33.图9a是第一端盖的第二实施例的内部端视图。
34.图9b是定子的端视图。
35.图9c是第二端盖的第二实施例的内部端视图。
36.图10a是第一端盖的第三实施例的内部端视图。
37.图10b是定子的端视图。
38.图10c是第二端盖的第三实施例的内部端视图。
39.图11a是第一端盖的第四实施例的内部端视图。
40.图11b是定子的端视图。
41.图11c是第二端盖的第四实施例的内部端视图。
42.图12a是示出第一端盖与定子之间的第一示例性界面的横截面图。
43.图12b是示出第一端盖与定子之间的第二示例性界面的横截面图。
具体实施方式
44.本公开涉及用于电动化车辆的电机(诸如电动马达)的热管理。一种示例性总成包括定子，所述定子具有芯和至少部分地包围所述芯的套。所述套径向地封闭狭槽并且被配置为允许流体在所述狭槽内从所述定子的第一面流到所述定子的第二面。所述总成还包括第一端盖，所述第一端盖覆盖所述定子的所述第一面。所述第一端盖具有入口端口并且被配置为将流体从所述入口引导到所述狭槽中。此外，所述总成包括第二端盖，所述第二端盖覆盖所述定子的所述第二面并且被配置为引导离开所述狭槽的流体。本公开具有许多其他益处，根据以下描述将理解这些其他益处。其中，本公开在定子的径向内侧和外侧引导流体(即，冷却剂)，这增强了热传递。本公开的总成也相对容易制造。
45.图1示意性地示出了用于电动化车辆12(“车辆12”)的示例性动力传动系统10，在本示例中，所述车辆是混合动力电动车辆(hev)。动力传动系统10可被称为混合动力变速器。尽管被描绘为hev，但应理解，本文描述的概念不限于hev，并且可扩展到其他电动化车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车辆(phev)和电池电动车辆(bev)。本公开还扩展到各种类型的混合动力车辆，包括全混合动力、并联混合动力、串联混合动力、轻度混合动力、微型混合动力和插电式混合动力。此外，在图1中示意性地描绘了车辆12，但应理解，本公开不限于任何特定类型的车辆，并且扩展到轿车、卡车、运动型多用途车(suv)、厢式货车等。
46.在图1的实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分流式变速器。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)和电池总成24(其可简称为“电池”)。在本示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管示出了动力分配配置，但本公开扩展到任何混合动力或电动车辆，包括强混合动力车辆、并联式混合动力车辆、串联式混合动力车辆、轻度混合动力车辆或微混合动力车辆。
47.发动机14(在一个实施例中是内燃发动机)和发电机18可通过诸如行星齿轮组的动力传递单元30进行连接。当然，可使用其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36。
48.发电机18可由发动机14通过动力传递单元30来驱动，以将动能转化成电能。发电
机18可替代地用作马达，以将电能转换为动能，从而向连接到动力传递单元30的轴38输出扭矩。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的转速可由发电机18控制。
49.动力传递单元30的环形齿轮32可连接到轴40，所述轴通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可能是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可包括多个齿轮，所述多个齿轮使得能够将扭矩传递到车辆驱动轮28。在一个实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
50.马达22还可用于通过将扭矩输出到轴52来驱动车辆驱动轮28，所述轴也连接到第二动力传递单元44。在一个实施例中，马达22和发电机18协作作为再生制动系统的一部分，在所述再生制动系统中，马达22和发电机18两者都可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可各自向电池总成24输出电力。
51.电池总成24是电动化车辆电池的示例类型。电池总成24可包括高压牵引电池组，所述高压牵引电池组包括能够输出电力以操作马达22和发电机18的多个电池单元。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于为电动化车辆12供电。
52.在一个非限制性实施例中，车辆12具有两种基本操作模式。车辆12可在电动车辆(ev)模式下操作，其中马达22用于车辆推进(通常没有来自发动机14的辅助)，从而在某些驾驶模式/循环下消耗电池总成24的荷电状态直至其最大允许放电率。ev模式是车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在ev模式期间，电池总成24的荷电状态在一些情况下可能例如由于一段时间的再生制动而增加。发动机14在默认ev模式下一般是关断的，但可根据需要基于车辆系统状态或在操作员准许的情况下操作。
53.电动化车辆12另外可在混合动力(hev)模式下操作，在所述hev模式下，发动机14和马达22两者均用于车辆推进。hev模式是电动化车辆12的电荷维持操作模式的示例。在hev模式期间，电动化车辆12可减小马达22的推进使用，以便通过增加发动机14的推进使用来将电池总成24的荷电状态维持在恒定或大约恒定的水平。在本公开的范围内，电动化车辆12除了在ev模式和hev模式下操作之外还可在其他操作模式下操作。
54.图2示意性地示出了电机60的一部分的横截面。电机60代表电动化车辆12内的任何电机，诸如发电机18或马达22。在图2中，电机60包括转子62，所述转子接纳在定子64内。转子62被配置为围绕电机60的中心轴线a相对于定子64旋转。定子64是静止的并且在电机60的操作期间不旋转。在本示例中，转子62直接连接到轴66。如果电机60用作马达，则转子62的旋转产生扭矩，所述扭矩经由轴66传递到车辆12中的其他地方。如果电机60用作发电机，则转子62围绕轴线a的旋转可生成电力。例如，转子62可响应于来自再生制动的扭矩输入而旋转。
55.图3是用于电机60的总成68的分解图。具体地，可相对于发电机18和/或马达22使用总成68。虽然本文相对于电机示出并描述了总成68，但本公开可适用于将从热控制中受益的其他电动装置。
56.图4是总成68的组装图。为了便于参考，在本公开的大多数附图中未示出转子62和轴66，然而它们将如图2中那样布置。总成68包括电机60的一些部件。因此，对总成68的引用也是对电机60的一些部件的引用。
57.具体地，总成68包括定子64。定子64包括芯70(图5)和至少部分地围绕芯70的套72(图6)。如下文将解释的，套72被配置为相对于芯70引导流体以热管理定子64，继而热管理电机60。总成68还包括第一端盖74和第二端盖76，所述第一端盖和所述第二端盖被配置为分别覆盖定子64的相对的第一轴向端面78和第二轴向端面80。
58.第一端盖74和第二端盖76被配置为引导来自流体源82并且穿过套72的流体f。流体源82提供流体f。示例性流体包括制冷剂、油或水。尽管示意性地示出，但应当理解，流体f经由各种导管或通道(诸如管、软管、管道等)从流体源82引导到总成68和从总成68引导。还应当理解，可使用各种阀、泵、密封件和垫圈来以特定方式引导流体f。
59.在图3和图4的示例中，第一端盖74包括入口84，所述入口流体地联接到流体源82(即，与流体源流体连通)。第一端盖74被配置为引导流体f从入口84并且穿过套72流向第二端盖76。第二端盖76被配置为引导已穿过套72的流体f。术语引导在本文用于表示导致转弯或移动以遵循特定路线。本公开包括多个实施例，其中第一端盖74和第二端盖76以不同的方式引导流体f。
60.在图3和图4的示例中，第二端盖76被配置为引导已离开套72的流体f，使得流体再次沿相反方向穿过套72流向第一端盖74。在本示例中，第二次离开套72的流体f被引导出第一端盖74中的出口86。然后，该流体f流到另一位置，诸如热交换器。现在将更详细地描述定子64以及第一端盖74和第二端盖76。
61.图5是定子64的芯70沿着轴线a的视图。芯70可由金属材料(诸如铁或钢)制成。芯70包括径向外表面88，多个安装突片90(有时称为安装凸耳)从所述径向外表面突出。并非在所有示例中都需要安装突片。定子64可例如以另一种方式安装，诸如通过使用狭槽-键机构来安装。在本示例中，安装突片90围绕芯70的圆周彼此等距间隔开。芯70还包括多个齿92，所述多个齿朝向轴线a径向向内突出。齿92彼此周向地间隔开并且在其间限定狭槽94。狭槽94邻近定子64的径向最内表面形成。术语“径向”和“周向”在本文参考轴线a来使用。
62.图6是包括套72的定子64的视图。在一个示例中，套72由聚合物材料制成。在特定示例中，套72由环氧树脂制成。第一端盖74和第二端盖76可由与套72相同的材料或不同的材料制成。
63.在一个示例中，套72通过成型形成在芯70上方。具体地，套72使用传递成型和/或包覆成型工艺形成在芯70上方。包覆成型是使用成型工艺在现有工件或零件上方添加材料的工艺。结果是一个集成的部件，其包括一个或多个原件和经由包覆成型工艺添加的附加材料。这里，将芯70放置到模具中，并且将套72成型在芯70上方以形成定子64的新的组合结构。套72至少部分地包封芯70。在本示例中，套72包封芯70的大部分，安装突片90除外。
64.在将套72添加到芯70之前，狭槽94径向地开口，这意味着在齿92的径向内端之间存在周向间隙。套72被形成为使得狭槽94径向地封闭。在图7中，示出了示例性狭槽94。狭槽94径向地封闭在径向内边界96与径向外边界98之间。径向内边界96由套72提供，所述套周向地跨越芯70的相邻齿92(以虚线示出)之间的间隙100(以虚线示出)。狭槽94由套72周向地界定，所述套覆盖芯70的相邻齿92。狭槽94在整个定子64中轴向地延伸，具体地从第一轴向端面78延伸到第二轴向端面80。此外，在本示例中，线圈绕组102被接纳在狭槽94中。在线圈绕组102与狭槽94的径向边界和周向边界之间存在间隙，使得流体可在任一轴向方向上从定子64的一个轴向端部穿过狭槽94流到另一轴向端部。图7中所示的狭槽94代表定子64
的狭槽94中的每一个。
65.套72还包括至少一个通道，所述至少一个通道被配置为允许流体从中流过。在图6中，存在由套72提供的三个通道104a-104c。通道104a-104c位于定子64的与狭槽94径向相对的侧上，并且具体地形成在芯70的径向外表面88的外侧。通道104a-104c围绕定子64的圆周彼此周向地间隔开。在图6的示例中，相邻通道104a-104c通过在其间周向地布置的安装突片90彼此间隔开。虽然示出了三个通道104a-104c，但本公开扩展到具有一个或多个通道的布置。此外，如果不存在安装突片90，则可能存在另外的通道，并且所述通道可彼此周向地靠近。虽然未示出，但通道104a-104c可包括湍流器以引起湍流，从而导致增强的热传递。
66.狭槽104a-104c沿着整个定子64轴向地延伸，具体地从第一轴向端面78延伸到第二轴向端面80。相对于通道104a，所述通道由径向内边界106和径向外边界108径向地界定，所述径向内边界是套72的应用在芯70的径向外表面88上方的表面。径向外边界108通过径向延伸的壁110、112与径向内边界106间隔开，所述径向延伸的壁彼此周向地间隔开并且提供通道104a的周向边界。流体被配置为在任一轴向方向上从定子64的一个轴向侧穿过通道104a-104c流到另一轴向侧。
67.第一端盖74和第二端盖76被配置为以特定方式相对于狭槽94和通道104a-104c引导流体，以便热管理定子64，继而热管理电机60。参考图8a至图8c，第一端盖74和第二端盖76各自包括从轴向面118、119(图3)朝向定子64轴向突出的径向内壁113、115和径向外壁114、116。径向外壁114、116的轴向端部直接接触相应的第一轴向端面78和第二轴向端面80，以在定子64的相对轴向侧上限定流体室。例如，第一室轴向地限定在第一端盖74的轴向面118与第一轴向端面78之间，并且由径向内壁113和径向外壁114径向地界定。定子64的相对轴向侧上的第二室轴向地限定在第二端盖76的轴向面119与第二端面80之间，并且由径向内壁115和径向外壁116径向地界定。
68.第一端盖74和第二端盖76的径向内壁113、115被配置为与第一端面78和第二端面80的径向最内表面相邻地，即与间隙100和齿92的径向最内端部相邻地接触所述第一端面和所述第二端面。径向外壁114、116被配置为在其径向外表面处(包括与芯70的径向外表面88相邻地且与通道104a-104c的径向外边界相邻地)接触第一端面78和第二端面80。
69.在图8a和图8c中，第一端盖74和第二端盖76各自包括三个区段120a-120c、122a-122c，所述三个区段从对应于通道104a-104c的相应的第一端盖74和第二端盖76的其余部分径向向外突出。区段120a-120c、122a-122c中的每一个被配置为使得径向外壁114、116直接接触通道104a-104c中的一个的边界。
70.第一端盖74和第二端盖76中的任一者或两者可包括分隔件，所述分隔件被配置为将流体以特定方式引导到狭槽94和/或通道104a-104c。在图8a中，第一端盖74包括分隔件124，所述分隔件径向位于径向内壁113与径向外壁114之间。分隔件124从轴向端面118轴向突出与径向内壁113和径向外壁114相同的距离。分隔件124的自由端接触第一轴向端面78。入口84和出口86位于分隔件124的相对径向侧上。
71.在本示例中，分隔件124在入口84与区段120c之间提供完整的径向边界。然而，分隔件124在区段120a和120b之间周向地包括周向间隙126，从而允许流体从入口84流到区段120a、120b。
72.在图8a至图8c的示例中，流体f进入入口84并且被穿过狭槽94引向第二端盖76。流
体f也从入口84穿过间隙126，并且穿过通道104a、104b流向第二端盖76。第二端盖76将离开狭槽94和通道104a、104b的流体经由区段122c穿过通道104c返回引向第一端盖74，其中流体f最终流出出口86。
73.虽然本公开涉及入口和出口，但流动可颠倒。参考图8a至图8c，流体f可穿过通道104c流入出口86，并且经由通道104a、104b和狭槽94穿过定子64流回，并且流出入口84。因此，术语入口和出口并不意图在本公开的任何实施例中进行限制。
74.图9a至图9c示出了另一示例性实施例。在本实施例中，第一端盖74包括分隔件128而无任何周向间隙。分隔件128被配置为使得流体f可在第一端盖74内在区段120b和120c之间流动，但区段120a与区段120b和120c流体地隔离。第二端盖76可如图8c中那样配置，或者如图9c中所示，可包括分隔件130，其中在区段122a和122b之间周向地具有周向间隙132，这类似于分隔件124在图8a中的布置方式。此外，在本示例中，第一端盖包括入口134，所述入口大于入口84，并且由分隔件128径向二等分。因此，进入入口134的流体f在分隔件128的两个径向侧上流动。具体地，在一个示例中，进入入口134的流体f穿过通道104a和狭槽94流向第二端盖76。然后，第二端盖76将流体穿过通道104b和104c返回引向第一端盖74，其中所述流体流出出口136。
75.在另一实施例中，在图10a至图10c中，第一端盖74和第二端盖76包括分隔件138、140而无周向间隙。此外，第一端盖74包括由分隔件138二等分的入口142并且第二端盖76包括由分隔件140二等分的出口144。区段120a-120c在分隔件138的径向外侧上流体地联接在一起，并且区段122a-122c在分隔件140的径向外侧上流体地联接在一起。在分隔件138的径向外侧上进入入口142的流体f经由通道104a-104c流向第二端盖76，并且在分隔件140的径向外侧上经由出口144离开第二端盖76。在分隔件138的径向内侧上进入入口142的流体经由狭槽94流向第二端盖76，并且在分隔件142的径向内侧上经由出口144离开第二端盖76。
76.在又一实施例中，在图11a至图11c中，第一端盖74包括分隔件146而无任何周向间隙。区段120a-120b在分隔件146的径向外侧上流体地联接在一起。第二端盖76包括分隔件148，其中具有两个周向间隙150、152，以允许流体f径向流过分隔件148。在本实施例中，在分隔件146的径向内侧上进入入口154的流体f经由狭槽94流向第二端盖76。第二端盖76将流体f穿过间隙150、152并且穿过通道104a-104c返回引向第一端盖74，其中流体f在分隔件146的径向外侧上流出出口156。
77.图12a和图12b是代表第一端盖74和第二端盖76与定子64之间的示例性界面的图示。然而，图12a和图12b中仅示出第一端盖74。例如，在图12a中，径向内壁113、径向外壁114和分隔件124中的每一者包括自由端，所述自由端具有横截面类似于t形的突起。相对于径向内壁113，所述自由端包括突起158和在所述突起的每个径向侧上的凹口160、162。凹口160、162直接邻接第一轴向端面78，并且突起158被接纳在第一轴向端面78中的凹部164中。
78.所述界面可以不同的方式布置，并且例如，在图12b中，径向内壁113和径向外壁114包括横截面类似于l形的突起。具体地，相对于径向内壁113，所述自由端包括边沿166和在边沿的径向外侧上的凹口168。第一轴向端面78在其径向内角表面中包括凹口170，所述凹口接纳边沿166。第一轴向端面78直接邻接凹口168。在图12b中，径向外壁114类似于径向内壁113布置，不同的是它包括接纳在第一轴向端面78的径向外角表面中的凹口中的边沿。图12b中的分隔件124如图12a中那样布置。这些界面是示例性的。本公开扩展到其他界面布
置，包括各种界面布置的组合。第一端盖74和第二端盖76可使用包括焊接或胶合的已知技术附接到定子64，并且所述界面防止部件之间的流体泄漏。
79.应当理解，诸如“轴向”、“径向”和“周向”的方向术语用于在所描述的部件的背景下进行解释的目的，并且不应以其他方式被认为是限制性的。此外，诸如“大体上”、“基本上”和“约”等术语不旨在是无边界术语，并且应被解释为与本领域技术人员将解释这些术语的方式一致。
80.尽管不同示例具有在图示中示出的特定部件，但本公开的实施例不限于那些特定的组合。可以将来自其中所述示例中一个示例的部件或特征中的一些与来自所述示例中另一个示例的特征或部件组合地使用。另外，随附于本公开的各个附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件或布置的某些细节。
81.本领域普通技术人员将理解，上述实施例是示例性而非限制性的。也就是说，对本公开的修改将落入权利要求的范围内。因此，应研究随附权利要求来确定其真实范围和内容。