具有封裝的端部線匝的電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明針對(duì)提高電機(jī)的性能和熱效率，并且更加特別地涉及用于從定子端部線匝去除熱量的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)通常構(gòu)造成用于作為馬達(dá)和/或發(fā)電機(jī)，并且可以在例如轉(zhuǎn)子和/或定子中具有電繞組。這些繞組可以包括形成為實(shí)心導(dǎo)體分段或者棒的導(dǎo)線，所述實(shí)心導(dǎo)體分段或者棒成形為被牢固地保持在芯部、線筒或者其它結(jié)構(gòu)中。導(dǎo)體可以通過(guò)多種制造操作由銅、鋁或者其它導(dǎo)電材料形成，所述多種制造操作包括鑄造、鍛造、焊接、彎曲、熱處理、涂覆、裝護(hù)套或者其它適當(dāng)?shù)奶幚怼＿@些導(dǎo)體可以形成為單個(gè)分段，所述單個(gè)分段被組裝到定子中，然后焊接在一起。
[0003]定子具有圓柱形芯部，所述圓柱形芯部將定子繞組的導(dǎo)體分段固定在圍繞芯部圓周布置的槽中。在多個(gè)電機(jī)中，定子芯部密集構(gòu)成，使得每個(gè)角度位置均具有安裝在其中的若干層導(dǎo)體分段。在密集堆疊的定子中，在高性能水平的操作條件下，在定子繞組中可能產(chǎn)生過(guò)多的熱量。在一些應(yīng)用中，必須積極地去除熱量，以便防止熱量達(dá)到可能損壞和/或降低馬達(dá)性能或者縮減壽命的不許可水平。已知了多種用于去除熱量的設(shè)備和方法。一種示例性方法包括為電機(jī)設(shè)置水護(hù)套，所述水護(hù)套具有流體通道，諸如水的冷卻液可以循環(huán)通過(guò)所述流體通道以去除熱量。另一種示例性方法可以包括提供空氣流，所述空氣流可以利用風(fēng)扇輔助，通過(guò)或者橫穿電機(jī)以便促進(jìn)冷卻。又一種示例性方法可以包括噴灑或者用其它方法將油或者其它冷卻劑直接引導(dǎo)到定子的端部線匝上。
[0004]電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以包括產(chǎn)生熱量的繞組、軸向延伸的感應(yīng)棒和/或永磁體。機(jī)器操作的摩擦、渦電流、磁滯損耗和其它方面也產(chǎn)生熱量?？偀崃靠赡苤率箼C(jī)器效率和輸出降低，并且過(guò)多的熱量可能導(dǎo)致物理?yè)p壞以及引發(fā)機(jī)械問(wèn)題。
[0005]傳統(tǒng)的電機(jī)位得到充分冷卻。盡管已經(jīng)采用了多種結(jié)構(gòu)和方法來(lái)冷卻電機(jī)，但是改進(jìn)仍然是令人期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，期望通過(guò)提供用于最小化熱阻和增加熱效率的方法和設(shè)備來(lái)消除上述劣勢(shì)。
[0007]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，一種熱控制系統(tǒng)包括:定子，所述定子在其相對(duì)軸向端部處具有導(dǎo)體端部線匝；以及第一冷卻系統(tǒng)和第二冷卻系統(tǒng)，所述第一冷卻系統(tǒng)和第二冷卻系統(tǒng)分別布置在定子的相對(duì)軸向端部處，每個(gè)冷卻系統(tǒng)均具有蓋、冷卻劑入口、冷卻劑出口和至少一條冷卻通道。導(dǎo)熱的封裝化合物使得冷卻系統(tǒng)與端部線匝熱配合。
[0008]根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，一種用于冷卻端部線匝的方法包括:向定子的每個(gè)軸向端部均提供冷卻系統(tǒng)，每個(gè)冷卻系統(tǒng)具有至少一條包括冷卻劑入口和冷卻劑出口的冷卻通道，每個(gè)冷卻系統(tǒng)均與相應(yīng)的端部線匝熱配合。
[0009]根據(jù)其它又一個(gè)示例性實(shí)施例，一種用于冷卻端部線匝的方法:包括在電機(jī)的每塊軸向端板中提供單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)，以及用導(dǎo)熱的封裝化合物填充位于端部線匝內(nèi)以及在端部線匝和冷卻系統(tǒng)之間的空間。
[0010]前述概述內(nèi)容并不限制由附屬權(quán)利要求限定的本發(fā)明。類似地，發(fā)明名稱或者摘要也不以任何方式視為限制要求保護(hù)的發(fā)明范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0011]通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的以下描述，示例性實(shí)施例的上述方面將變得更加顯而易見(jiàn)并且將更好地理解，其中:
[0012]圖1是電機(jī)的示意圖；
[0013]圖2是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的定子冷卻系統(tǒng)的剖視圖；
[0014]圖3是用于具有冠型端部線匝的殼體軸向端部的示例性端蓋/冷卻劑通道組件的內(nèi)部部分的透視圖；
[0015]圖4是用于具有冠型端部線匝的殼體軸向端部的示例性端蓋/冷卻劑通道組件的外部部分的透視圖；
[0016]圖5是用于具有焊接型端部線匝的殼體軸向端部的示例性端蓋/冷卻劑通道組件的內(nèi)部部分的透視圖；
[0017]圖6是用于具有焊接型端部線匝的殼體軸向端部的示例性端蓋/冷卻劑通道組件的外部部分的透視圖；和
[0018]圖7是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的電機(jī)I的冷卻系統(tǒng)51的示意圖。
[0019]整個(gè)附圖中，對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)或者類似的零件。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下文描述的實(shí)施例并不旨在窮舉或限制本發(fā)明為所公開(kāi)的明確形式。而是，選擇并且描述了多個(gè)實(shí)施例，使得本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到并且理解這些教導(dǎo)的原理和實(shí)踐。
[0021]圖1是具有定子2的示例性電機(jī)I的示意圖，所述定子2包括諸如一個(gè)或者多個(gè)線圈的定子繞組3。環(huán)形的轉(zhuǎn)子本體4也可以容納繞組和/或永磁體和/或?qū)w棒，諸如通過(guò)壓鑄工藝形成的導(dǎo)體棒。轉(zhuǎn)子本體4是包括輸出軸5的轉(zhuǎn)子的一部分，所述輸出軸5由前軸承組件6和后軸承組件7支撐。軸承組件6、7固定到殼體8。典型地，定子2和轉(zhuǎn)子本體4為基本圓柱形狀并且與中央縱向軸線9同心。盡管轉(zhuǎn)子本體4顯示為位于定子2的徑向內(nèi)部，但是多個(gè)實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子本體4可以可替代地形成為位于定子2的徑向外部。電機(jī)I可以是感應(yīng)式馬達(dá)/發(fā)電機(jī)或者諸如內(nèi)永磁體(IPM)型機(jī)器的其它裝置。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，電機(jī)I可以是用于混合動(dòng)力或者電動(dòng)型車輛的牽引馬達(dá)。殼體8可以具有多個(gè)縱向延伸的翅片(未示出)，所述多個(gè)縱向延伸的翅片相互間隔開(kāi)形成于殼體外表面上，用于消散定子繞組3中產(chǎn)生的熱量。
[0022]圖2是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的定子冷卻系統(tǒng)的剖視圖。大體環(huán)形的定子本體10填充有多個(gè)導(dǎo)體分段11。導(dǎo)體分段11可以形成為U形件(hairpin)并且被插入，使得分段11的冠型端部從定子芯部10的作為端部線匝12的一個(gè)軸向端部延伸并且分段11的焊接端部從定子芯部10的作為端部線匝13的相對(duì)軸向端部延伸。殼體8構(gòu)造成用于保持軸承組件6、7，所述軸承組件6、7固定軸5。殼體8形成有大體環(huán)形的冷卻護(hù)套14，所述冷卻護(hù)套14位于內(nèi)部殼體表面15的近側(cè)，所述內(nèi)部殼體表面15與定子芯部10干涉配合。殼體8包括冷卻劑口 16、17，所述冷卻劑口用于將冷卻劑輸入到冷卻護(hù)套14中和從冷卻護(hù)套14輸出。例如，可以將熱的冷卻劑從冷卻護(hù)套14傳送到外部換熱器(未示出)，所述外部換熱器去除由冷卻劑接收的熱量。換熱器可以是散熱器、油冷卻器或者類似它裝置。冷卻護(hù)套14基本包圍定子組件2的各部分。注入導(dǎo)熱的封裝材料18，以用于包封端部線匝12、13。端蓋19、20包封殼體8的軸向端部并且用O形環(huán)25、26、墊圈或者其它裝置密封到殼體8的軸向端部。通常使用鋁或者其它金屬鑄造和機(jī)加工以形成端蓋19、20。端蓋19包括冷卻劑通道組件，所述冷卻劑通道組件具有室/通道27，所述室/通道27具有冷卻劑入口 28和出口 29。通道27由薄金屬圓頂片30包封。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，用O形環(huán)21、23將圓頂片30密封到端蓋19。在固化之前，圓頂片30被按壓成與封裝材料18相接合，由此封裝材料18符合圓頂片30并且通過(guò)加壓注入封裝材料18移除圓頂片30和端部線匝13之間的空氣。在組裝期間，通道27可以被加壓和/或表面可以被冷卻/加熱，以確保在封裝材料18內(nèi)沒(méi)有捕獲空氣。通道27可以包含一根或多根歧管、引導(dǎo)件或者其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)33，以用于確保冷卻劑均勻流動(dòng)。在殼體8的另一個(gè)軸向端部處，以相同的方式構(gòu)造和安裝端蓋20。端蓋20包括冷卻劑通道組件，所述冷卻劑通道組件具有室/通道34，所述室/通道34具有冷卻劑入口 35和冷卻劑出口 36。通道34由薄金屬圓頂片37包封。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，用O形環(huán)22、24將圓頂片30密封到端蓋20。在固化之前，圓頂片37按壓成與封裝材料18相接合，由此封裝材料18符合圓頂片37并且通過(guò)加壓注入封裝材料18移除圓頂片37和端部線匝12之間的空氣。在組裝期間，通道34可以被加壓和/或表面可以被冷卻/加熱，以確保在封裝材料18內(nèi)沒(méi)有捕獲空氣。通道34可以包含一根或多根歧管、引導(dǎo)件或者其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)38，以用于確保冷卻劑均勻流動(dòng)。
[0023]圖3和圖4是用于具有冠型端部線匝12 (圖2)的殼體8軸向端部的示例性端蓋/冷卻劑通道組件40的相應(yīng)內(nèi)部部分和外部部分的透視圖。圓頂片37具有徑向向內(nèi)的表面39，所述徑向向內(nèi)的表面具有多層，用于在其中容納一條或者多條冷卻劑路徑。緊固件31將圓頂片37固定到端蓋20。冷卻劑出口 36形成在端蓋20的側(cè)壁中。當(dāng)殼體8中的相關(guān)空間可獲得時(shí)，第一端部線匝冷卻層41可以位于第二端部線匝冷卻層42的徑向內(nèi)部。為了在可獲得的內(nèi)部空間指定沿著圓周方向使用不同層或者水平時(shí)提供均勻的冷卻，包封的冷卻劑通道可以具有相異的對(duì)應(yīng)寬度或者傳導(dǎo)表面面積。例如，通道43的寬度可以是漸縮的。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，諸如通過(guò)使得通道以已知的蜿蜒形式成形可以使得給定冷卻劑通道的傳導(dǎo)表面面積增大。端蓋20的外周44基本平坦，使得當(dāng)其緊固部位45處被緊固到殼體時(shí)與殼體8齊平。環(huán)形的外密封部位46和環(huán)形的內(nèi)密封部位47可以具有一致的徑向內(nèi)表面，用于將相應(yīng)的O形環(huán)固定在其中。在這種情況中，外密封部位46和內(nèi)密封部位47之間的徑向空間可以用作一條或者多條冷卻劑通道。
[0024]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，諸如通過(guò)使得通道以已知的蜿蜒形式成形可以使得給定冷卻劑通道的傳導(dǎo)表面面積增大。端蓋2