专利名称：电机模块冷却系统和方法
电机模块冷却系统和方法
背景技术：
经常容纳在机器的外壳空腔内的电机通常包括定子组件和转子组件。对于某些电机而言，定子组件可以使用不同的联接技术固定到外壳以将电机大致固定在外壳内。在某些电机的操作期间，热能可以由定子组件和转子组件二者以及电机的其它部件产生。对于某些电机而言，由电机的某些元件所产生的热能的增加会导致低效率的机器操作。
发明内容
本发明的某些实施例提供一种电机模块。该模块可以包括外壳，所述外壳可以限定机器空腔。在某些实施例中，在机器空腔内可以定位有定子组件。在某些实施例中，定子组件可以包括定子端部线匝(end turns )。在某些实施例中，在机器空腔内可以定位有端部线阻构件(end turn member),并且该端部线阻构件可以包括从大致中心的区域轴向地延伸的径向向内的法兰和径向向外的法兰。在某些实施例中，端部线匝构件可以被构造且布置成使得这些法兰可以基本与定子端部线匝的至少一部分相邻。在某些实施例中，在定子组件与端部线匝构件之间可以布置有传热构件的至少一部分。在某些实施例中，传热构件可以包括第一元件和第二元件。本发明的某些实施例提供一种电机模块，所述电机模块包括外壳。在某些实施例中，外壳可以至少部分地限定机器空腔并且可以包括冷却剂套。在某些实施例中，在机器空腔内可以定位有定子组件。在某些实施例中，定子组件可以包括定子端部线匝。在某些实施例中，传热构件可以基本围绕定子端部线匝的至少一部分，并且可以与定子端部线匝的至少一部分和外壳的至少一部分热连通。在某些实施例中，传热构件可以包括第一元件，所述第一元件可以定位成基本与定子端部线匝的至少一部分直接相邻。在某些实施例中，传热构件可以包括第二元件，所述第二元件可以定位成基本与第一元件的至少一部分和定子端部线匝的至少一部分相邻。
图1是根据本发明的一个实施例的电机模块的透视图；图2是根据本发明的一个实施例的定子组件的透视图；图3是根据本发明的一个实施例的定子叠片的正视图；图4是根据本发明的一个实施例的导体的透视图；图5是根据本发明的一个实施例的电机模块的部分的局部剖视图；图6A和6B是根据本发明的一个实施例的电机模块的部分的局部剖视图；图7是根据本发明的一个实施例的端部线匝构件的等距视图；以及图8是根据本发明的一个实施例的电机模块的部分的局部剖视图。
具体实施例方式在详细地解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明在其应用中不限于在以下附图中示出的或在以下说明书中阐述的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例，并且能够以各种方式实施或者执行。而且，应当理解，在此使用的特殊用语和术语是用于说明的目的，而不应当认为是限制性的。在此“包括”、“包含”或“具有”及其变型表述的用法意味着包含以下列出的项目和等同物以及额外的项目。除非规定或另外限制，术语“被安装”、“被连接”、“被支撑”和“被联接”及其变型表述被广泛地使用并且包含直接和间接两方面的安装、连接、支撑和联接。另外，“被连接”和“被联接”不限于物理的或机械的连接或联接。以下讨论受到保护以使本领域的技术人员能够实施和使用本发明的实施例。所说明的实施例的各种修改方案对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且此处的通用原则可以在没有脱离本发明的实施例的情况下施加到其它实施例和应用。因而，本发明的实施例将不限于所示的实施例，而是符合与本文所公开的原理和特征一致的最宽范围。将参照附图阅读以下详细的说明，其中在不同的附图中的相同的元件具有相同的附图标记。不必按比例的附图示出所选的实施例并且将不限于本发明的实施例的范围。本领域的技术人员将认识到，此处提供的示例具有落入本发明的实施例范围内的许多有用的可替代方案。图1不出根据本发明的一个实施例的电机模块10。模块10可以包括外壳12,所述外壳12包括套筒构件14、第一端盖16和第二端盖18。电机20可以容纳在至少部分地由套筒构件14和端盖16、18限定的机器空腔22内。例如，套筒构件14和端盖16、18可以经由传统紧固件(未示出)或其它适当的联接方法而联接以将电机20的至少一部分封装在电机空腔22内。在某些实施例中，外壳12可以包括基本圆柱形的罐和单个端盖(未示出)。另外，在某些实施例中，包括套筒构件14和端盖16、18在内的模块外壳12可以包括可以通常包括导热性能的材料，例如，但不限于铝或其它金属；和能够大致经受住电机的操作温度的材料。在某些实施例中，外壳12可以使用包括铸造、模制、挤压和其它类似制造方法在内的不同方法来制造。电机20可以包括转子组件24、定子组件26和轴承28，并且电机20可以围绕轴30布置。如图1中所示，定子组件26可以基本围绕转子组件24的至少一部分。在某些实施例中，转子组件24还可以包括转子毂32，或者可以具有“无毂”设计(未示出)。在某些实施例中，电机20可以操作地联接到模块外壳12。例如，电机20可以配合在外壳12内。在某些实施例中，电机20可以使用可以至少部分地操作地联接电机20和外壳12的过盈配合、收缩配合、其它类似的基于摩擦的配合而配合在外壳12内。例如，在某些实施例中，定子组件26可以收缩配合到模块外壳12中。另外，在某些实施例中，所述配合可以至少部分地固定定子组件26，并且结果，沿着轴向方向和圆周方向两个方向固定电机20。在某些实施例中，在电机20的操作期间，定子组件26与模块外壳12之间的配合可以至少部分地用于将转矩从定子组件26传递到模块外壳12。在某些实施例中，所述配合可以导致由模块10所保持的通常较大量的转矩。电机20可以在不受限制的情况下是诸如混合电动马达的电动马达、发电机、或车辆交流发电机。在一个实施例中，电机20可以是用于混合动力车辆应用的High VoltageHairpin (HVH)电动马达或埋入型永久磁铁式电动马达。如图2中所示，在某些实施例中，定子组件26可以包括定子铁芯34和至少部分地布置在定子铁芯34的一部分内的定子绕组36。例如，在某些实施例中，定子铁芯34可以包括多个叠片38。参照图3，在某些实施例中，叠片38可以包括多个基本径向取向的齿40。在某些实施例中，如图2中所示，当多个叠片38的至少一部分基本组装好时，齿40可以基本对准以限定多个狭槽42，所述多个狭槽42被构造且布置成支撑定子绕组36的至少一部分。如图3中所示，在某些实施例中，叠片38可以包括六十个齿40，并且结果，定子铁芯28可以包括六十个狭槽42。在其它实施例中，叠片38可以包括更多的或更少的齿40，并且因此，定子铁芯34可以包括更多的或更少的狭槽42。此外，在某些实施例中，定子铁芯34可以包括内部周边41和外部周边43。例如，在某些实施例中，定子铁芯34可以包括基本圆柱形的构造，以便使内部周边41和外部周边43可以分别包括内径和外径。然而，在其它实施例中，定子铁芯34可以包括其它构造(例如，正方形构造、椭圆形构造、规则的或不规则的多边形构造，等等)，并且结果，内部周边41和外部周边43可以包括其它尺寸。在某些实施例中，定子绕组36可以包括多个导体44。在某些实施例中，导体44可以包括基本分段的构造(例如，发夹状构造)，如图4中所示。例如，在某些实施例中，导体44的至少一部分可以包括线匝部分46和至少两个腿部分48。在某些实施例中，线匝部分46可以布置在两个腿部分48之间以基本连接两个腿部分48。在某些实施例中，腿部分48可以是基本平行的。此外，在某些实施例中，线匝部分46可以包括基本“U状”构造，虽然在某些实施例中，线匝部分46可以包括V状形状、波状形状、曲面形状和其它形状。另外，在某些实施例中，如图4中所示，导体44的至少一部分可以包括基本矩形的横截面。在某些实施例中，导体44的至少一部分可以包括其它横截面形状，例如，基本圆形的、正方形的、半球面的、规则的或不规则的多边形形状，等等。在某些实施例中，导体44可以包括其它构造(例如，基本非分段的构造)。在某些实施例中，如图2中所示，导体44的至少一部分可以基本定位在狭槽42内。例如，在某些实施例中，定子铁芯34可以构造成使得多个狭槽42被基本轴向地对准。在某些实施例中，腿部分48可以插入狭槽42中，以便使腿部分48中的至少某些可以通过定子铁芯34轴向地伸出。在某些实施例中，腿部分48可以插入邻近的狭槽42中。例如，在某些实施例中，导体44的腿部分48可以布置在大约间隔开一个磁极距的狭槽中(例如，六个狭槽，八个狭槽，等等)。在某些实施例中，多个导体44可以布置在定子铁芯34中，以便使导体44的线阻部分46中的至少某些在定子铁芯34的第一轴向端部50处从定子铁芯34轴向地伸出，并且使腿部分48中的至少某些在定子铁芯34的第二轴向端部52处从定子铁芯34轴向地伸出。在某些实施例中，在轴向端部50、52处从铁芯34轴向地伸出的导体44区域中的至少一部分可以包括定子端部线匝54。在某些实施例中，导体44通常由基本线性的导体44制造，所述导体44可以被构造且布置成与图4中所示的导体基本类似的形状。例如，在某些实施例中，机器(未示出)可以将力(例如，弯曲、推动、拉动、其它另外的致动作用)施加到导体44的至少一部分以基本形成单个导体44的线匝部分46和腿部分48。在某些实施例中，在导体44成形之前、成形期间和/或成形之后，导体44的至少一部分可以施加有第一绝缘体56。例如，在某些实施例中，第一绝缘体56可以包括诸如环氧树脂或搪瓷的树脂质材料，所述树脂质材料可以可逆地或不可逆地联接到导体44的至少一部分。在某些实施例中，因为电流在电机20操作期间通过导体44循环，所以第一绝缘体56可以至少部分地起到基本防止在邻接的导体44和/或导体44与定子铁芯34之间出现短路和/或接地事件的功能。在某些实施例中，腿部分48中的至少某些可以包括多个区域。在某些实施例中，腿部分48可以包括插入狭槽的部分58、倾斜部分60、和连接部分62。在某些实施例中，如上所述，腿部分48可以布置在狭槽42中并且可以从第一端部50轴向地延伸到第二端部52。在某些实施例中，在插入之后，定位在狭槽42内的腿部分48的至少一部分可以包括插入狭槽的部分58。在某些实施例中，在第二轴向端部52处从定子铁芯34伸出的定子端部线匝54中的至少某些可以包括倾斜部分60和连接部分62。在某些实施例中，在将导体44插入定子铁芯34中之后，在第二轴向端部52处从定子铁芯34伸出的腿部分48可以经历扭曲处理(未示出)，所述扭曲处理可以导致倾斜部分60和连接部分62的产生。例如，在某些实施例中，扭曲处理可以在更加轴向向内的位置处产生倾斜部分60并且在更加轴向向外的位置处产生连接部分62，如图2和4中所示。在某些实施例中，在扭曲处理之后，导体44的至少一部分的连接部分62可以与其它导体44的连接部分62直接相邻。结果，连接部分62可以联接在一起以形成一个或多个定子绕组36。在某些实施例中，连接部分62可以经由焊接、硬钎焊、软钎焊、熔融、粘结剂或其它联接方法联接起来。另外，在某些实施例中，第一绝缘体56的至少一部分可以在连接部分62处被基本去除，以便能够进行联接处理。虽然在某些实施例中，第一绝缘体56可以施加到导体44，以便使该第一绝缘体56不涂覆和/或覆盖连接部分62。在某些实施例中，诸如但不限于转子组件24、定子组件26和定子端部线匝54的电机20的某些部件会在电机24的操作期间发热。这些部件可以被冷却以提高电机20的性能和寿命。在某些实施例中，定子端部线匝54处的热能耗散可能会不足以确保电机20的高效操作。例如，在某些实施例中，由于在电机20的操作期间流过定子端部线匝54的电流，热能可以由定子端部线匝54产生。该热能经由机器空腔22中的空气到定子铁芯34和/或外壳12的对流会是基本不足的，这是因为空气具有较差的导热性能。结果，在某些实施例中，因为热能到外壳12和/或定子铁芯34的不充分对流，定子端部线匝54可以呈现出较大的铜损，所述铜损会导致电机20的低效率操作。如图1和5中所示，在某些实施例中，外壳12可以包括冷却剂套64。在某些实施例中，外壳12可以包括内壁66和外壁68，并且冷却剂套64可以基本定位在壁66、68的至少一部分之间。例如，在某些实施例中，机器空腔22可以至少部分地由内壁66(例如，外壳12的每个元件都可以包括内壁66的一部分)限定。在某些实施例中，冷却剂套64可以基本围绕电机20的至少一部分。更具体地，在某些实施例中，冷却剂套64可以基本围绕包括定子端部线匝54在内的定子组件26的外部圆周的至少一部分。另外，在某些实施例中，冷却剂套64可以容纳冷却剂，所述冷却剂可以包括传递流体、乙二醇、乙二醇/水混合物、水、油、马达用油、气体、雾、或类似物质。冷却剂套64可以与冷却剂源(未示出)流体连通，所述冷却剂源可以在冷却剂被分散到冷却剂套64中之前或者随着冷却剂被分散到冷却剂套64中对冷却剂加压，以便使加压的冷却剂可以通过冷却剂套64循环。
在某些实施例中，冷却剂套64可以包括其它构造。在某些实施例中，冷却剂套64可以包括基本鳍状的构造(未示出)。例如，在某些实施例中，冷却剂套64可以包括从外壳12的外壁68延伸的至少一个鳍状物，以便使外壳12包括增大的表面积。结果，随着流体(例如，由风扇或自然运动所产生的空气流动)围绕鳍状物经过鳍状物，传递到外壳的热能的至少一部分可以被对流到局部面积。此外，在某些实施例中，外壳12可以包括多个鳍状物以至少部分地进一步增加表面积和热能传递。根据本发明的某些实施例，冷却剂套64可以包括多个构造。在某些实施例中，冷却剂套64的至少一部分可以通过套筒构件14延伸了基本与定子组件26的轴向长度相同的距离。例如，在某些实施例中，冷却剂套64的一部分的轴向长度可以延伸了至少与包括定子端部线匝54在内的定子组件26的轴向长度相同的距离。在某些实施例中，冷却剂套64的部分可以根据制造商和/或最终用户的期望延伸了更大和更小的轴向距离以用于冷却。在某些实施例中，冷却剂套64的一部分也可以包括至少一个径向向内的延伸部70。例如，如图5中所示，在某些实施例中，内壁66的区域可以基本径向地凹陷，以便使冷 却剂套64的径向向内的延伸部70可以基本与至少一组定子端部线匝54相邻。在某些实施例中，径向向内的延伸部70可以定位成与多组定子端部线匝54中的一组、两组、或没有一组相邻。另外，在某些实施例中，冷却剂套64可以包括基本连续地围绕定子端部线匝54中的至少一个的外径的至少一部分的径向向内的延伸部70 (B卩，围绕定子端部线匝54中的至少一个的一部分的一个连续的径向向内的延伸部)。在其它实施例中，冷却剂套64可以包括基本离散的径向向内的延伸部70，其定位成围绕至少一组定子端部线匝54的外径72的至少一部分而与所述至少一部分相邻。在某些实施例中，外壳12可以包括至少两个径向向内的延伸部70。例如，在某些实施例中，外壳12可以包括在基本轴向的中心位置中联接在一起的两个半部分，以便使外壳12的每个半部分都可以包括径向向内的延伸部70，并且电机20可以基本在两个半部分之间定位。在某些实施例中，与定子铁芯34相比，定子端部线匝54可以包括通常更小的外径72，并且结果，在定子端部线匝54与冷却剂套64之间可以存在有更大的距离。与基本没有径向向内的延伸部70的实施例相比，在某些实施例中，因为冷却剂中的某些可以与定子端部线匝54相对更接近地进行循环，所以冷却剂套64的径向向内的延伸部70可以增强模块10的冷却。结果，在某些实施例中，冷却剂与排放热能的区域(即，定子端部线匝54)之间的距离可以大致被最小化，这可以导致大致提高热能传递。在某些实施例中，模块10可以包括传热构件74。在某些实施例中，传热构件74可以定位成基本与定子端部线匝54的至少一部分相邻。在某些实施例中，传热构件74可以接触和/或包围(例如，包住、围住、围绕，等等)在定子组件26的至少一个轴向侧50、52上的定子端部线匝54的至少一部分。例如，在某些实施例中，在定子组件26的轴向侧50、52之一或二者上的定子端部线匝54的至少一部分可以基本被定位(例如，被围住和/或被包住)在传热构件74内。在某些实施例中，传热构件74可以与定子端部线匝54的至少一部分和模块10的其它元件热连通。例如，在某些实施例中，传热构件74可以起到将来自定子端部线匝54的热能的至少一部分朝向诸如但不限于外壳12的模块10的其它元件(例如，端盖16、18，套筒构件14，罐，等等)传走的功能。
在某些实施例中，传热构件74可以以不同的方式定位在模块10内。在某些实施例中，传热构件74可以在通过定子铁芯34的部分定位导体44之后相对于定子端部线匝54定位。例如，在某些实施例中，在定位导体44的至少一部分之后,定子组件26可以定位在模具组件76内，如图6A和6B中所示。在某些实施例中，模具组件76可以包括内部部分78和外部部分80。在某些实施例中，模具组件76的外部部分80可以定位成与定子铁芯34的外部周边43直接相邻，而内部部分78可以定位成与定子铁芯34的内部周边41直接相邻。例如，外部部分80和内部部分78的表面的至少一部分可以是与定子铁芯34的内部周边41和外部周边43基本邻接的。另外，在某些实施例中，模具组件76的部分可以延伸了大于或等于定子组件26的轴向距离(例如，从在第一轴向端部50处的定子端部线匝54的轴向最外点到在第二轴向端部52处的定子端部线匝54的轴向最外点之间的距离)的轴向距离。在某些实施例中，在定位模具组件76之后，定子铁芯34以及内部部分78和外部部分80可以至少部分地限定空腔82，在所述空腔82中从定子铁芯34延伸有端部线匝54。在某些实施例中，在定位模具组件76之后，定子组件26的两个轴向侧50、52可以包括空腔82。此外，在某些实施例中，空腔82可以围绕定子组件26的轴向侧50、52之一或二者的圆周定位。在某些实施例中，传热构件74可以用多个元件组装起来。例如，在某些实施例中，传热构件74可以包括第一元件84。在某些实施例中，第一元件84可以包括氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化铍以及其它类似的化合物。在某些实施例中，以上提及的化合物的至少一部分可以包括以瓦特每米开尔文(W/ (m*K))计算的导热率值。例如，氧化铝可以包括约33W/ (m*K)的导热率值，氮化铝可以包括约117W/ (m*K)的导热率值，氮化硼可以包括大约55W/ (m*K)的导热率值，并且氧化铍可以包括约251W/ (m*K)的导热率值。在某些实施例中，第一元件84可以包括以上提及的化合物中的至少某些的粉末、长粒粉末成分和/或粒状形式。在某些实施例中，第一元件84可以添加到空腔82中的至少一个。例如，在某些实施例中，定子组件26和模具组件76可以定位成使得定子组件26的轴向端部50、52中的至少一个面向大致向上的方向。结果，在某些实施例中，空腔82中的至少一个可以是大致面向外敞开的，以便使第一元件84可以布置在空腔82中。仅以示例的方式说明，在某些实施例中，定子组件26的第一轴向端部50可以是大致面向上的，并且因此，空腔82可以敞开到周围环境。在其它实施例中，最初，第二轴向端部52可以是大致面向上的。在某些实施例中，第一元件84可以添加到空腔82，以便使在轴向端部50处的定子端部线匝54可以基本被第一元件84围住。例如，在某些实施例中，沿圆周围绕定子端部线匝54布置的空腔82可以基本上用第一元件84填充，以便使定子端部线匝54的至少一部分基本被第一元件84覆盖。进一步以示例的方式说明，在某些实施例中，第一元件84可以布置在空腔82内，以便使在定子组件26的一侧处的定子端部线匝54基本被第一元件84覆盖(例如，该定子端部线阻54布置在第一兀件84内)。在某些实施例中，在将第一元件84布置在空腔82之一的至少一部分内之后，定子组件26和模具组件76，包括第一元件84在内，可以经历动态压实处理。在某些实施例中，在将第一元件84添加到空腔82中的至少一个之后，定子组件26和模具组件76可以布置在动态压实设备上或动态压实设备内。例如，在某些实施例中，动态压实设备可以包括运动台(例如，振动台、摇杆台，等等)。在某些实施例中，运动台可以以一种或多种方式运动。例如，在某些实施例中，定子组件26可以定位在运动台上(例如，该运动台联接、固定、布置、定位在被构造且布置成接收定子组件26的部件内)，并且运动台可以转动、左右运动、前后运动、进行沿着其它方向的任何其它运动，或者这些运动的组合。在某些实施例中，由于运动台的运动，第一元件84的至少一部分可以被基本压实。例如，在某些实施例中，由于动态压实设备的运动，第一元件84的至少一部分可以下陷(例如，由于可以导致第一元件84的运动的动态压实设备的运动，捕集在第一元件84内的空气的至少一部分可以被释放)。在某些实施例中，在动态压实处理之后，第一元件84的其它部分可以布置在空腔82内。如上所述，在某些实施例中，第一元件84可以在压实处理期间和/或之后下陷，以便使第一元件84的其它部分可以添加到空腔82中的至少一个。例如，在某些实施例中，在动态压实处理之前，第一元件84可以基本覆盖和/或包住定子端部线匝54的至少一部分。在某些实施例中，由于动态压实处理和第一元件84在空腔82内的下陷，定子端部线匝54的至少一部分可以在动态压实处理之后不再被第一元件84覆盖和/或包住。因此，在某些实施例中，在动态压实处理之后，第一元件84的其它部分可以布置在空腔82中的至少一个中，以便使定子端部线匝54的至少一部分可以基本不被第一元件84覆盖和/或包住。虽然，在某些实施例中，甚至在动态压实处理之后，定子端部线匝54可以继续基本被第一元件84覆盖和/或包住。此外，在某些实施例中，第一元件84的添加和动态压实处理可以由用户和/或制造商根据期望重复多次。在某些实施例中，在空腔82中的至少一个内存在有足够高度的第一元件84之后，至少一个盖(未示出)可以联接到模具组件76和/或定子组件26。例如，如上所述，在某些实施例中，第一兀件84可以最初布置在第一轴向端部50处的空腔82内，并且因此,该盖可以联接到与第一轴向端部50相邻的模具组件76和/或定子组件26。在某些实施例中，该盖可以经由传统紧固件、粘结剂、过盈配合、咬合配合、或其它联接方法联接。在某些实施例中，该盖可以可逆地联接到模具组件76和/或定子组件26，以便使盖可以在稍后的时间被去除，如以下将进一步详细地说明。在某些实施例中，盖可以起到将第一元件84的至少一部分保持在适当的位置中的功能。例如，在某些实施例中，在将盖联接到模具组件76和/或定子组件26之后，该盖可以起到将第一元件84保持在空腔82中的功能，以便使第一元件84可以在下游事件中被进一步处理，如以下将进一步详细地说明。在某些实施例中，虽然盖可以起到保持第一元件84的功能，但是在某些实施例中，盖基本不密封空腔82 (例如，空气和其它流体可以进入和离开空腔82并且接触第一元件84)。在某些实施例中，在定位盖之后，第一元件84的其它部分可以布置在定子组件26的另一个轴向侧上的空腔内。在某些实施例中，定子组件26和模具组件76可以被基本倒置，以便使第一元件84的其它部分可以定位在与定子组件26的另一个轴向端部相邻的空腔82中。仅以示例的方式说明，在某些实施例中，在第一轴向端部50处的空腔82可以最初用第一元件84填充，继而盖可以被定位，并且定子组件26可以被倒置。在某些实施例中，上述步骤中的至少一部分可以重复，以便使第一元件84的部分可以布置在第二轴向端部52处的空腔82内。在某些实施例中，盖(未示出)可以定位成将第一元件84的至少一部分保持在第二轴向侧52上的空腔82内。结果，在某些实施例中，第一元件84的至少一部分布置在空腔82内并且被盖保持。虽然如上所述两个分离的盖联接到定子组件26和/或模具组件76，但是在某些实施例中，单个盖和/或保持构件(未示出)可以被构造且布置成覆盖两个轴向侧50、52。此外，在某些实施例中，在将第一元件84布置在空腔82之一中之后，第一元件84的其它部分在进行以下将详细说明的其它步骤之前(例如，第一元件84仅布置在定子组件26的轴向侧50、52中的一个上)不必添加到其它空腔82中。在某些实施例中，在将第一元件84的至少一部分布置在空腔82中的至少一个中之后，定子组件26和模具组件76，包括第一元件84在内，可以与第二元件86混合。在某些实施例中，如以下将说明的，第一元件84的至少一部分可以接触第二元件86，这可以导致第一元件84和第二元件86结合定子端部线匝54的至少一部分并且在所述定子端部线匝54的至少一部分周围基本凝固以至少部分地形成传热构件74。例如，在某些实施例中，第一元件84和第二元件86可以基本混合，并且在通过以下方法中的至少一部分继续进行处理之后，传热构件74可以被形成以如上所述发挥功能。在某些实施例中，第二元件86可以包括不同的成分。在某些实施例中，第二元件86可以包括清漆和/或树脂。在某些实施例中，第二元件86可以包括任何含树脂的成分。例如，在某些实施例中，第二元件86可以包括环氧树脂，虽然在其它实施例中，第二元件86可以包括任何其它含树脂的成分。在某些实施例中，第二元件86可以包括流体、气体、液体、雾、或任何其它成分状态。在某些实施例中，第二元件86可以经由任何数量的施加处理而施加到定子组件26。在某些实施例中，第二元件86可以使用真空压力灌注而施加到定子组件26。虽然以下步骤解释了用于布置第二元件86的真空压力灌注处理，但是该解释意在仅作为示例性的而将不限制本发明的范围。如上所述，第二元件86可以使用各种不同的施加处理中的任一个而施加到定子组件26。在某些实施例中，灌注处理可以包括多个步骤。在某些实施例中，定子组件26和模具组件76，包括至少一个盖和在至少一个空腔82中的第一元件84在内，可以基本定位在处理箱(未示出)内。在某些实施例中，处理箱可以操作地联接到压力源并且可以被构造且布置成接收定子组件26的至少一部分。在某些实施例中，在将定子组件26的至少一部分定位在处理箱内之后，处理箱可以被基本密封，并且压力源可以被激活，以便在处理箱内产生真空(例如，可以为处理箱提供负压)。结果，可以从处理箱内基本去除存在于处理箱和定子组件26内的空气和其它流体的至少一部分。在某些实施例中，该真空步骤可以根据制造商的期望持续了任何持续时间以确保从处理箱充分地去除空气和其它流体(例如，30分钟、60分钟、90分钟、120分钟，等等)。在某些实施例中，处理箱可以与储存箱(未示出)流体连通。在某些实施例中，储存箱可以包括一定体积的第二元件86。在某些实施例中，储存箱可以被构造成在处理箱内产生真空期间和/或之后将预定量的第二元件86传递到该处理箱。例如，在某些实施例中，在施加真空之后，储存箱可以将第二元件86的至少一部分分配到处理箱。在某些实施例中，在第二元件86的至少一部分被分配到处理箱中之后，压力源可以将压力导入处理箱中。例如，在某些实施例中，处理箱内的压力可以通向第一元件84的至少一部分以使其与第二元件86的至少一部分混合。如上所述，联接到定子组件26和/或模具组件76的盖可以保持第一元件84与端部线匝54直接相邻，并且可以允许空气和其它流体越过盖、绕过盖和/或穿过盖。因此，在某些实施例中，由压力源所提供的压力可以导致第二元件86的至少一部分接触定子组件26的多个元件，包括第一元件84在内。在某些实施例中，压力可以根据制造商的期望在处理箱内在任何压力下(80PS1、90PS1、IOOPS1、150PSI，等等)施加任何持续时间(例如，30分钟、60分钟、90分钟、120分钟，等等)，以确保第二元件86充分地接触定子组件26的不同元件。在某些实施例中，在已经经过充分长的时间之后，处理箱可以通风，以便在处理箱内仅存在有大气压力。另外，仍然存在于处理箱内的第二元件86的至少一部分(即，不在定子组件26上和/或内的第二元件86的部分)可以排出到储存箱。在某些实施例中，定子组件26可以留在处理箱内以允许用于使过多的第二元件86从定子组件26排出。在某些实施例中，现在包含有第二元件86在内的定子组件26可以被固化以使第二元件86变硬。例如，在某些实施例中，在从定子组件26排出第二元件86的至少一部分之后，定子组件26可以被加热到足以使第二元件86固化的温度。在其它实施例中，固化剂可以施加到定子组件26以帮助固化第二元件86。在某些实施例中，第一元件84和第二元件86的组合可以导致传热构件74的形成。例如，在某些实施例中，在真空压力灌注处理期间，第二元件86可以与第一元件84混合、与第一元件84掺和、用第一元件84涂覆、和/或添入第一元件84，以便在固化处理之后，传热构件74可以被基本永久地保持成使得该传热构件74围住和/或包住定子端部线匝54的至少一部分。此外，在某些实施例中，在传热构件74的成形和固化之后，模具组件76可以从定子组件26去除，以便使传热构件74保持在基本相同的位置中(例如，对在定子组件26的第一轴向端部50和第二轴向端部52处的端部线匝54涂覆)。在某些实施例中，传热构件74的至少一部分的形状可以设定成期望的尺寸(例如，经由砂纸打磨、刮削、模制、或任何其它处理)以待定位在外壳12中而用于传递热能，如上所述。关于某些传统电机模块，传热构件74可以至少部分地经由增加的传热而增强电机冷却。例如，某些传统电机包括“封装的(potted)”端部线匝。简要地，对于某些传统电机而言，端部线匝的部分可以用包括诸如氧化铝的某些导热材料的成分涂覆。例如，某些封装成分可以包括如同硅凝胶那样的材料和/或室温硬化的复合物，所述室温硬化的复合物包括导热材料以至少部分地增强封装成分的传热能力。然而，这些封装成分甚至当用如同氧化铝那样的导热材料增强时的导热率通常是约2. Off/ (m*K)，虽然在某些实施例中，传热构件74的导热率可以大于或等于2. OW/ (m*K)。本发明的某些实施例可以提供相对于传统电机中的至少某些增强的传热。例如，因为第一元件84布置在空腔82中并且可以被第二元件86基本保持在适当的位置以形成传热构件74，所以第一元件84可以围绕端部线匝54被基本集中起来，这在某些实施例中可以导致增强的传热。在某些实施例中，依据作为第一元件84所选择的成分，该成分的导热率值相对于包括导热材料的封装成分可以介于所述封装成分的导热率值的15倍与125倍之间。在某些实施例中，导热率的差异可以至少部分地是因为围绕端部线匝54的导热材料的增加的相对密集度(concentration )而引起的。例如,在某些实施例中，因为传热构件74大量地包括第一元件84，所述第一元件84借助第二元件86布置成基本与定子端部线匝54直接相邻和/或围住定子端部线匝54 (例如，因为动态压实处理和真空压力灌注)，所述第二元件86至少部分地起到将第一元件84保持在适当的位置中的功能，因为第一元件84成分中的至少某些的导热率值相对于某些传统电机的封装成分的导热率值较大，所以增强了传热。因此，在某些实施例中，因为在传热构件74内的第一元件84的较大密集度，可以增强传热。在某些实施例中，模块10可以包括用于与传热构件74 一起使用的不同的构造。在某些实施例中，除了模具组件76的至少一部分以外和/或代替模具组件76的至少一部分，外壳12的至少一部分可以发挥功能。例如，如上所述，在某些实施例中，定子组件26的至少一部分可以定位在套筒构件14中。在某些实施例中，定子组件26可以定位在套筒构件14中，以便使定子铁芯34的外部周边43与套筒构件14直接相邻。结果，在某些实施例中，在将传热构件74定位在空腔82中的处理过程中，套筒构件14的至少一部分可以用作模具组件76的外部部分80，并且以上提及的步骤中的至少某些可以重复。此外，在某些实施例中，通过在传热构件74成形处理中使用套筒构件14或外壳12的任何其它部分，在成形处理期间传热构件74的外形可以设定成外壳12的形状，这可以由于传热构件74和外壳12的部分的增大的表面积接触而增强传热。在某些实施例中，模块10可以包括至少一个端部线匝构件88以帮助定位传热构件74并且以增强模块10操作。在某些实施例中，端部线匝构件88可以是基本环形的或环状的。在其它实施例中，端部线匝构件88可以包括其它形状，例如，正方形、矩形、规则的和/或不规则的多边形，和其它类似的形状。在某些实施例中，端部线匝构件88可以包括与包括定子端部线匝54在内的定子组件26的大致形状基本类似的形状。此外，在某些实施例中，如图7中所示，端部线匝构件88可以包括单个结构，然而，在其它实施例中，端部线匝构件88可以包括联接在一起的多个子单元。另外，在某些实施例中，端部线匝构件88可以包括通常可以包括导热性能的材料，例如但不限于铝或其它金属；和能够大致经受住电机的操作温度的材料。在某些实施例中，端部线匝构件88可以使用包括铸造、模制、挤压和其它类似制造方法在内的不同方法来制造。在某些实施例中，外壳12的内壁66的至少一部分可以包括端部线匝构件88。在某些实施例中，端部线匝构件88可以联接端盖16、18中的一个的内壁66和/或套筒构件14。例如，在某些实施例中，端部线匝构件88可以使用诸如但不限于传统紧固件、粘结剂等的联接方法而过盈配合、焊接、钎焊、或以其它方式联接到内壁66。在本发明的某些实施例中，端部线匝构件88可以基本与外壳12成一体。在某些实施例中，外壳12可以被制造成使得端部线匝构件88从外壳12的内壁66伸出。例如，在某些实施例中，端部线匝构件88可以被制造(例如，铸造、模制、挤压等)成为外壳12的一部分，以便使这些元件在基本同时形成并且这些元件是基本一个元件。作为额外的示例，在某些实施例中，端部线匝构件88可以基本与端盖16、18中的至少一个和/或套筒构件14成一体，以便在将端盖16、18和套筒构件14联接在一起时，如上所述，端部线匝构件88可以定位成与定子组件26基本相邻。虽然将来参考文献会建议非一体的端部线匝构件88，但是那些参考决不是想要排除包括基本一体的端部线匝构件88和基本一体的端部线匝构件88的元件的实施例。在某些实施例中，端部线匝构件88可以包括径向外部法兰90、径向内部法兰92和中心区域94。如图7和8中所示，在某些实施例中，端部线匝构件88可以形成使得法兰90、92从中心区域94轴向地延伸到机器空腔22中(例如，端部线匝构件88可以包括向侧面取向的“u”形状)。在某些实施例中，端部线匝构件88可以形成(例如，铸造、模制、加工等)使得径向外部法兰90和径向内部法兰92可以从中心区域94轴向地延伸，以便使定子端部线匝54的至少一部分可以被接收在端部线匝构件88中。例如，在某些实施例中，当端部线匝构件88定位成与定子组件26基本相邻时,径向外部法兰90可以与定子端部线阻54的外径72基本相邻。此外，在某些实施例中，定子端部线匝54可以包括内径73。在某些实施例中，径向内部法兰92可以与定子端部线匝54的内径73基本相邻，如图8中所示。因此，在某些实施例中，中心区域94可以与定子端部线匝54的至少一部分的轴向最外部分基本相邻。由于端部线匝构件88与定子端部线匝54之间的基本相邻的空间关系，在某些实施例中，端部线匝构件88可以在没有传热构件74的情况下至少部分地增强热能传递。在某些实施例中，端部线匝构件88可以包括基本导热的材料(例如，铝)，如上所述。结果，因为端部线匝构件88的部分可以与定子端部线匝54的部分基本相邻并且与定子端部线匝54的至少一部分热连通，所以端部线匝构件88可以在电机20操作期间接收由端部线匝构件54所产生的热能的至少一部分。此外，如上所述，在某些实施例中，端部线匝构件88可以与外壳12的内壁66直接相邻(例如，摩擦配合、过盈配合、基本成一体，等等)，这可以导致经由包括导热材料的端部线匝构件88而增强从端部线匝54到外壳12的热能传递。此外，在某些实施例中，端部线匝构件88可以将从定子端部线匝54所接收到的热能的至少一部分传导到外壳12。在某些实施例中，因为端部线匝构件88可以与外壳12成一体和/或联接到外壳12，所以端部线匝构件88可以将热能的至少一部分传递到外壳12，这可以经由对流将热能传递到周围环境。另外，在某些实施例中，外壳12和/或端部线匝构件88可以将热能的至少一部分传导到通过冷却剂套64循环的冷却剂中。在某些实施例中，端部线匝构件88可以用于定位传热构件74。仅以示例的方式说明，在某些实施例中，定子组件26的至少一部分可以基本定位在外壳12中，以便使定子组件26的外部周边43与外壳12直接相邻。同样，定子组件26的内部周边41可以定位成与模具组件76的内部部分78直接相邻，如上所述。在某些实施例中，端部线匝构件88可以定位在由外壳12和模具组件76所限定的空腔82中。例如，在某些实施例中，外部法兰90可以基本定位在定子端部线匝54的外径72与外壳12的至少一部分之间，并且内部法兰92可以基本定位在定子端部线匝54的内径73与模具组件76的内部部分74之间。结果，在某些实施例中，在定子组件26的至少一个轴向侧50、52上的空腔82可以至少部分地由法兰90,92和中心区域94限定。在某些实施例中，端部线匝构件88可以包括用于定位传热构件74的至少一个构件孔口 96。例如，如图7中所示，在某些实施例中，端部线匝构件88可以包括通过中心区域94的至少一部分布置的多个构件孔口 96。此外，在某些实施例中，构件孔口 96的至少一部分可以被大致轴向地定向。在某些实施例中，构件孔口 96可以相对于端部线匝构件88至少部分地、沿圆周布置。例如，在某些实施例中，构件孔口 96可以布置成规则的圆周图案(例如，孔口 96每隔30度定位)或者不规则的圆周图案。结果，在某些实施例中，第一元件84的至少一部分可以经由构件孔口 96的至少一部分而布置在空腔82中的至少一个中。例如，在某些实施例中，第一元件84可以通过构件孔口 96中的至少某些布置以填充空腔82中的至少一个的至少一部分以围住和/或包住延伸到空腔82中的端部线匝54的至少一部分。此外，因为中心区域94的存在，在某些实施例中，空腔82可以在不需要分离的盖的情况下被遮盖，如上所述。例如，在某些实施例中，在将第一元件84的至少一部分经由构件孔口 96中的某些布置在空腔82中的至少一个中之后，定子组件26可以经历动态压实处理，并且第一元件84的其它部分可以经由构件孔口 96布置在空腔82中，直到达到由制造商所期望的第一元件84的体积。此外，在某些实施例中，构件孔口 96的至少一部分可以借助密封结构(未示出)被至少部分地密封(例如，“用帽封住(capped-off)”)，以便使第一元件84在真空压力灌注处理期间不流过构件孔口 96。在某些实施例中，与上述的盖类似，密封结构可以起到保持第一元件84的基本部分的功能，但是密封结构可以允许流体(例如，空气、第二元件86的一部分，等等)流进和/或流出空腔82中的至少一个。在包括至少一个端部线匝构件88的某些实施例中，可以至少部分地增强传热构件74的功能性。例如，在某些实施例中，因为端部线匝构件88可以在传热构件74成形之后保持基本联接到外壳12和/或与外壳12成一体，所以传热构件74可以在模块10操作期间保持与端部线匝构件88紧密接触。结果，在某些实施例中，因为端部线匝构件88和传热构件74之间的接触与传热构件74的增强的导热率值结合，所以由电机20的某些元件(例如，定子端部线匝54、转子组件24、定子组件26等)所产生的热能的至少一部分可以经由传导从传热构件74传递到端部线匝构件88和/或外壳12，所述外壳12可以将热能传递到模块10的其它元件。例如，在某些实施例中，传热构件74可以帮助传热到端部线匝构件88、外壳12、通过冷却剂套64循环的冷却剂，等等。此外，在某些实施例中，外壳12可以经由对流将热能的至少一部分传递到周围环境并且/或者经由传导将热能的至少一部分传递到通过冷却剂套64循环的冷却剂。在某些实施例中，传热构件74可以使用上述元件中的某些的多种组合而布置成与定子端部线匝54的至少一部分直接相邻。例如，在某些实施例中，可以在定子组件26的一个轴向端部(即，第一轴向端部50或第二轴向端部52)上采用端部线匝构件88，并且可以在定子组件26的另一个轴向端部上采用模具组件76和/或外壳12以及盖组合以布置传热构件74。此外，在某些实施例中，传热构件74可以使用端部线匝构件88或模具组件76和/或外壳12和盖而布置在定子组件26的轴向侧50、52中的任一侧上。以上不例将不限制可以用于提供与定子端部线匝54的至少一部分热连通的传热构件74的可能组合。模具组件76、外壳12、和/或端部线匝构件88的任何其它组合可以用于帮助布置与定子端部线匝54的至少一部分热连通的传热构件74。在某些实施例中，构件孔口 96的至少一部分可以起到膨胀接头的功能。在包括传热构件74的某些实施例中，构件孔口 96可以用于解决传热构件74膨胀。例如，在电机20的操作期间，由定子端部线匝54的至少一部分所产生的热能可以导致传热构件74的热膨胀。由于传热构件74的热膨胀，在某些实施例中，力和/或压力可以施加到定子端部线匝54的至少一部分，法兰90、92，和/或中心区域94，这会导致端部线匝构件88和/或定子端部线匝54损坏。在某些实施例中，构件孔口 96可以起到至少部分地接收与传热构件74的热膨胀相关联的压力的功能。例如，在某些实施例中，当传热构件74膨胀时，传热构件74的至少一部分(例如，第一元件84和/或第二元件86)可以膨胀到构件孔口 96中和/或通过构件孔口 96。结果，在某些实施例中，施加在定子端部线匝54中的至少某些上的力和/或压力可以至少部分地被构件孔口 96接收，这可以至少部分地减小源于封装成分热膨胀所引起的定子端部线匝54和/或端部线匝构件88的损坏的风险。本领域的技术人员将应当理解，虽然以上已经参照特定的实施例和示例说明了本发明，但是本发明不必受到限制，并且多个其它实施例、示例、用法、修改和来自实施例、示例和用法的变更将被所附权利要求书所包含。在此引用的每个专利和公开的整个内容都通过参考包含于此，就好像每个这样的专利或公开都单独地通过参考包含于此那样。本发明的各种特征和优点如下阐述。
权利要求
1.一种电机模块,其包括外壳，其至少部分地限定机器空腔；冷却剂套，其至少部分地定位在所述外壳内；定子组件，其定位在所述机器空腔内并且至少部分地封装在所述外壳内，所述定子组件包括定子铁芯，其包括第一轴向端部和第二轴向端部，和定子端部线匝，其从所述第一轴向端部和第二轴向端部延伸到所述机器空腔内；和传热构件，其基本接触所述定子端部线匝的至少一部分，所述传热构件与所述定子端部线匝的至少一部分和所述外壳的至少一部分热连通，所述传热构件还包括第一元件，其定位成与所述定子端部线匝的至少一部分直接相邻，当所述第一元件定位成与所述定子端部线匝的至少一部分直接相邻时所述第一元件包括基本非液体的成分， 和第二元件，其定位成与所述第一元件的至少一部分和所述定子端部线匝的至少一部分基本相邻，当所述第二元件定位成与所述第一元件的至少一部分和所述定子端部线匝的至少一部分基本相邻时所述第二元件包括基本液体的成分。
2.根据权利要求1所述的电机模块，其中，所述第一元件包括氧化铝、氮化铝、氮化硼和氧化铍中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电机模块，其中，所述第一元件包括导热率值大于或等于30 瓦特每米开尔文的成分。
4.根据权利要求1所述的电机模块，其中，所述第二元件包括树脂。
5.根据权利要求1所述的电机模块，其中，所述第二元件包括环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的电机模块，还包括端部线匝构件，所述端部线匝构件至少部分地定位在所述机器空腔内并且基本与所述定子端部线匝的至少一部分相邻。
7.根据权利要求6所述的电机模块，其中，所述传热构件的至少一部分与所述端部线匝构件的至少一部分热连通。
8.根据权利要求7所述的电机模块，还包括通过所述端部线匝构件的一部分布置的至少一个构件孔口。
9.根据权利要求1所述的电机模块，其中，所述传热构件包括导热率值大于或等于2瓦特每米开尔文的成分。
10.一种组装电机模块的方法，所述方法包括提供电机，所述电机包括定子组件，所述定子组件包括定子端部线匝、内部周边和外部周边；将模具组件的内部部分定位成与所述定子组件的内部周边直接相邻；将所述模具组件的外部部分定位成与所述定子组件的外部周边直接相邻，以便使所述内部部分、所述外部部分和所述定子组件的至少一部分至少部分地限定一空腔，其中，所述定子端部线匝的至少一部分从定子组件延伸到所述空腔中；将第一元件的至少一部分布置在所述空腔内，直到所述定子端部线匝的至少一部分基本被所述第一元件包围为止；将所述第一元件的至少一部分动态地压实在所述空腔内；以及用第二元件灌注所述定子组件的至少一部分和所述空腔，以便使所述第二元件接触所述第一元件的至少一部分以形成传热构件。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一元件当布置在所述空腔内时包括基本非液体的成分。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一元件包括氧化铝、氮化铝、氮化硼和氧化铍中的至少一种。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，灌注步骤包括真空压力灌注。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第二元件包括树脂。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第二元件包括环氧树脂。
16.根据权利要求10所述的方法，还包括将端部线匝构件定位成基本与所述定子端部线匝的至少一部分相邻，以便使所述空腔至少部分地由所述端部线匝构件、所述定子组件和所述模具组件的部分限定。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括通过所述端部线匝构件的一部分布置至少一个构件孔口，以便使所述第一元件可以经由所述至少一个构件孔口布置在所述空腔内。
18.—种电机模块,其包括外壳，其至少部分地限定机器空腔；电机，其定位在所述机器空腔内并且至少部分地封装在所述外壳内，所述电机包括定子组件，所述定子组件还包括定子端部线匝；端部线匝构件，其定位在所述机器空腔内并且与所述定子端部线匝的至少一部分和所述外壳的一部分热连通；所述端部线匝构件包括从中心区域轴向地延伸的径向向外的法兰和径向向内的法兰，并且所述端部线匝构件被构造且布置成使得所述径向向外的法兰基本与所述定子端部线匝的外径相邻，并且所述径向内部法兰基本与所述定子端部线匝的内径相邻；以及传热构件，其至少部分地布置在端部线匝构件与所述定子组件之间，以便使定子端部线匝的至少一部分与所述传热构件接触，所述传热构件与所述定子端部线匝的至少一部分和所述端部线匝构件的一部分热连通，并且所述传热构件还包括第一元件，其接触所述定子端部线匝的至少一部分，所述第一元件最初包括粒状成分和长粒粉末成分中的至少一种；和第二元件，其接触所述第一元件的至少一部分和所述定子端部线匝的至少一部分，所述第二元件最初包括基本液体的成分。
19.根据权利要求18所述的电机模块，其中，所述第一元件包括氧化铝、氮化铝、氮化硼和氧化铍中的至少一种。
20.根据权利要求18所述的电机模块，其中，所述第二元件包括环氧树脂。
全文摘要
本发明提供一种电机模块冷却系统和方法。该电机模块可以包括外壳，所述外壳可以限定机器空腔。在某些实施例中，在机器空腔内可以定位有定子组件。在某些实施例中，传热构件可以基本接触定子端部线匝的至少一部分。传热构件可以与定子端部线匝中的某些和外壳的一部分热连通。在某些实施例中，传热构件可以包括基本非液体的第一元件和基本液体的第二元件。
文档编号H02K15/00GK103001367SQ20121034149
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月14日 优先权日2011年9月15日
发明者C·J·汉默, B·D·钱伯林, A·S·克里维斯顿 申请人:瑞美技术有限责任公司