用于冷却电动机的装置、系统和方法

用于冷却电动机的装置、系统和方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于冷却电动机的装置、系统和方法，用于提供冷却剂到车辆中的电动机的定子和转子，所述车辆具有冷却剂泵。该装置包括基部，所述基部限定多个第一开口，冷却剂可通过所述多个第一开口中的至少一个流动到定子。该装置还包括至少一个壁，所述壁从基部延伸，以限定腔体，所述腔体配置为接收来自冷却剂泵的冷却剂。该装置还包括在腔体内的至少一个第一凸起构件，所述第一凸起构件从基部延伸。所述至少一个第一凸起构件限定至少一个第二开口，该第二开口基本与第一开口中的一个对准，以形成第一通路，冷却剂可通过所述第一通路流动到转子。该装置可位于电动机上方，使得冷却剂可借助重力流动到定子和/或转子。
【专利说明】用于冷却电动机的装置、系统和方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及通过将冷却剂提供到电动机的转子和定子而冷却电动机的装置、系统和方法。

【背景技术】
[0002]包括混合动力车辆的电动车辆采用电动机，比如感应电机和永磁体电机，以推进车辆，而且当用作发电机时捕获制动能量。电动机通常包括转子，其通过齿轮组将扭矩传递到车辆的驱动轮；和定子，其容纳电机绕组形式的导体。当处于操作中时，定子和转子通常需要冷却，这典型地通过提供冷却剂(比如油)到定子(定子流)和转子(转子流)而实现。尽管当电动机处于操作中时定子流总是被需要的，但转子流不是，且由此，冷却剂被分别地提供到定子和转子。


【发明内容】

[0003]提供了一种用于提供冷却剂到车辆中的电动机定子和转子的装置。所述车辆具有冷却剂泵。该装置包括基部和从所述基部延伸的至少一个壁。基部限定多个第一开口，冷却剂可通过所述多个第一开口中的至少一个流动到定子。基部和至少一个壁限定腔体，所述腔体配置为接收来自冷却剂泵的冷却剂。
[0004]装置还包括在腔体内的至少一个第一凸起构件，所述第一凸起构件从基部延伸。所述至少一个第一凸起构件限定至少一个第二开口，该第二开口基本与第一开口中的一个对准，以形成至少一个第一通路。冷却剂可通过所述至少一个第一通路流动到转子。
[0005]优选地，装置还包括在所述腔体内的至少一个第二凸起构件，所述至少一个第二凸起构件比所述至少一个第一凸起构件从基部延伸得更远，所述至少一个第二凸起构件限定至少一个第三开口，所述第三开口基本与第一开口中的一个对准，以形成至少一个第二通路，冷却剂可通过所述至少一个第二通路流动到转子。
[0006]优选地，其中所述至少一个第一凸起构件是平台。
[0007]优选地，其中所述至少一个第一凸起构件是管道。
[0008]还提供了一种用于提供冷却剂到车辆中的电动机定子和转子的系统。该系统包括冷却剂泵、如上所述的装置、和控制器。冷却剂泵配置为供应冷却剂到装置的腔体，使得冷却剂在腔体内处于冷却剂液面高度。冷却剂泵具有可调的速度。控制器配置为基于至少一个参数调节冷却剂泵的速度，使得腔体内的冷却剂液面高度可变。
[0009]优选地，其中所述冷却剂是油，且所述冷却剂泵是油泵。
[0010]优选地，其中所述至少一个参数是电动机的运行温度。
[0011]优选地，其中控制器配置为当电动机的运行温度超过阈值温度时增大冷却剂泵的速度，使得冷却剂液面高度高于所述至少一个第一凸起构件。
[0012]优选地，其中阈值温度在150摄氏度至180摄氏度范围内。
[0013]优选地，其中所述装置的至少一个第一凸起构件是平台。
[0014]优选地，其中所述装置的至少一个第一凸起构件是管道。
[0015]优选地，其中所述装置还包括在腔体内的至少一个第二凸起构件，所述至少一个第二凸起构件从基部延伸得比所述至少一个第一凸起构件更远，所述至少一个第二凸起构件限定至少一个第三开口，所述第三开口与第一开口中的一个基本对准，以形成至少一个第二通路，当冷却剂液面高度高于所述至少一个第二凸起构件时冷却剂可通过所述至少一个第二通路流动到转子。
[0016]还提供了一种用于经由上述系统提供冷却剂到车辆中的电动机定子和转子的方法。该方法包括，首先确定电动机的温度。该方法然后包括确定电动机的温度是低于还是闻于阐值温度。
[0017]如果温度低于阈值温度，所述方法则包括，将冷却剂泵设置为低速度设定，使得供应到所述装置的冷却剂填充腔体达到不超过所述至少一个第一凸起构件的冷却剂液面高度。这允许冷却剂借助重力通过由所述装置的基部所限定的多个第一开口仅流动到定子。
[0018]如果温度高于阈值温度，所述方法则包括，将冷却剂泵设置为高速度设定，使得腔体内的冷却剂液面高度高于所述至少一个第一凸起构件。这允许冷却剂借助重力通过多个第一开口和所述至少一个第一通路分别流动到定子和转子二者。
[0019]优选地，其中所述冷却剂是油，且所述冷却剂泵是油泵。
[0020]优选地，其中阈值温度在150摄氏度至180摄氏度范围内。
[0021 ] 当结合附图时，本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述变得显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1是用于经由一装置冷却电动机的系统的示意性框图；
[0023]图2是图1的电动机的示意性局部剖视图；
[0024]图3A-3C是图1的装置的示意性剖视图；和
[0025]图4是示出经由图1的系统冷却电动机的示例性方法的示意性流程图。

【具体实施方式】
[0026]本领域普通技术人员将认识到，诸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”等的术语用来描述附图，且不表示对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求限定。任何数字称谓，比如“第一”或“第二”仅是说明性的，不意图以任何方式限制本发明的范围。
[0027]参考附图，其中相同的附图标记在全部若干幅视图中尽可能对应于相同或相似的部件，图1中示意性地显示了用于冷却电动机12的系统10。系统10包括冷却剂泵14和装置16。冷却剂泵14配置为供应冷却剂到装置16，装置16转而输送冷却剂到电动机12，具体地到电动机12的定子18和转子20，如图2中所示并在下文中详细描述的。装置16位于电动机12上方，使得冷却剂借助重力从装置16流动到电动机12。冷却剂泵14可为可变速度，使得其可以基于一些参数，比如电动机12的温度，而改变供应到装置16的冷却剂的量，如下文更详细描述的。在一个实施例中，冷却剂可以是油，冷却剂泵14可以是油泵。
[0028]现在参考图2，电动机12大致包括定子18和转子20，如上所述。定子18围绕转子20定位，在定子18和转子20中间具有气隙22。当处于操作中时，转子20大致绕驱动轴21旋转，定子18保持静止。定子18包括由气隙分隔的多个绕组24。每一个绕组24具有绕组端头26。
[0029]当处于操作中时，电动机12具有温度，并由此需要冷却。如上所解释的，冷却通过将冷却剂提供到定子18 (称为定子流28)并提供到转子20 (称为转子流29)而实现。定子流28大致流向绕组端头26。转子流29通过多个绕组24之间的气隙流向转子20。当转子流29与正如上所述地旋转的转子20接触时，冷却剂以高的速度旋离转子20到定子18的内部，具体地到绕组24的内部，定子流28不能达到所述绕组24的内部。这提高冷却剂的冷却效率。
[0030]然而，仅当电动机12的温度高于阈值温度时转子流29是必要的。阈值温度可以取决于比如定子18的绝缘材料等因素。在一个实施例中，阈值温度可以在150摄氏度至180摄氏度范围内。当需要来自电动机12的更高的扭矩和功率时，电动机12的温度通常升高。如下文更详细叙述的，温度可基于比如电动机12的扭矩和/或功率这样的参数通过控制器50计算。替代地，温度可通过位于电动机12处的温度传感器(未示出)或其他测量设备测量。冷却剂泵14的速度可以与电动机12的温度成比例，使得转子流29在电动机12的适当温度、即阈值温度下开始。
[0031]现在参考图3A-3C，装置16大致包括基部30和限定腔体34的至少一个壁32。腔体34配置为接收并保持由冷却剂泵14供应的冷却剂。腔体34内的冷却剂被填充至冷却剂液面高度36，所述冷却剂液面高度36可根据冷却剂泵14的速度而改变，如上所述并如将在下文中更详细叙述的。
[0032]基部30还限定第一开口 38。尽管图3A-3C中显示了四个第一开口 38，但是应意识到，可以存在任意数量的第一开口 38。如上所述，装置16位于电动机12上方。这样，冷却剂或定子流28可借助重力流动通过其中一些第一开口 38到达定子18，具体地到绕组端头26，如上所述。第一开口 38可位于基部30中，使得冷却剂可直接地从第一开口 38流动到绕组端头26。替代地，装置16可包括管(未示出)或其他通路，以将冷却剂从每一个第一开口 38引导到绕组端头26。
[0033]装置16还包括腔体34内的第一凸起构件40，所述第一凸起构件40从基部30延伸。尽管图3A-3C中显示了仅一个第一凸起构件40，但是应意识到，可以存在任意数量的第一凸起构件40。第一凸起构件可以是但不限于是，管道、管、平台等。所述第一凸起构件40限定至少一个第二开口 42，该第二开口 42基本与第一开口 38中的一个对准，以形成第一通路43。类似于第一开口 38，冷却剂或转子流29可借助重力流动通过第一通路43到转子20。另外，第一凸起构件40和第一通路43可位于腔体43内，使得冷却剂可直接地从第一通路43流动到转子20。替代地，装置16可包括管(未示出)或其他通路，以将冷却剂从第一通路43引导到转子20。
[0034]装置16还可包括腔体34内的第二凸起构件44，所述第二凸起构件44从基部30延伸。尽管图3A-3C中显示了仅一个第二凸起构件44，但是应意识到，可以存在任意数量的第二凸起构件44。第二凸起构件44高于第一凸起构件40,即其比第一凸起构件40从基部延伸得更远。类似于第一凸起构件40，第二凸起构件44可以是但不限于是，管道、管、平台等。所述第二凸起构件44限定至少一个第三开口 46，该第三开口 46基本与第一开口 38中的一个对准，以形成第二通路47。类似于第一通路43，冷却剂或转子流29可借助重力流动通过第二通路47到转子20。第二凸起构件44和第二通路47可位于腔体34内，使得冷却剂可直接地从第二通路47流动到转子20。替代地，装置16可包括管(未示出)或其他通路，以将冷却剂从第二通路47引导到转子20。
[0035]第二凸起构件44和第二通路47允许冷却剂随着电动机12的温度升高而被逐渐地提供到转子20。应意识到，除了第二凸起构件44之外，装置16可包括任意数量的凸起构件，其高度从第一凸起构件40增大，以进一步逐渐地供应冷却剂到转子20。
[0036]如上所述，冷却剂液面高度36可根据冷却剂泵14的速度而改变，所述冷却剂泵14的速度转而可取决于比如电动机12的温度这样的参数。因为第一开口 38位于基部30中，因此当系统10操作时冷却剂总是被提供到定子18。然而，第一凸起构件40和第二凸起构件44的变化的高度允许冷却剂随着电动机12的温度且因此当冷却剂泵14的速度提高而被选择性地供应到转子20。高度连同冷却剂泵14的温度一起基于需要转子流29的阈值温度被确定。
[0037]如图3A中所示，冷却剂液面高度36低于第一凸起构件40和第二凸起构件44。这样，冷却剂仅可流动通过第一开口 38到定子18。如图3B中所示，冷却剂液面高度36在第一凸起构件40和第二凸起构件44之间。这样，冷却剂可分别流动通过第一开口 38和第一通路43 二者到定子18和转子20。如图3C中所示，冷却剂液面高度36高于第二凸起构件44，且由此，冷却剂可流动通过第一开口 38到定子18，并通过第一通路43和第二通路47到转子20。
[0038]返回参考图1，系统10还包括控制器50，其可电连接到冷却剂泵14和电动机12中的至少一个。控制器50配置为控制冷却剂泵14的速度，并因此控制供应到装置16的冷却剂的量，以及装置16的腔体34内的冷却剂液面高度36。控制器50还可配置为计算电动机12的温度，或从另一设备接收温度测量值，如上所述。
[0039]现在参考图4，显示了用于经由系统100提供冷却剂到定子18和/或转子20以冷却电动机12的方法100。方法100开始于步骤102，在步骤102中电动机12处于操作中且因此具有一温度。
[0040]在步骤102之后，方法100行进至步骤104。在步骤104处，电动机12的温度被确定。如上所述，温度可通过控制器50基于一些参数计算，所述参数包括但不限于电动机12提供的扭矩和/功率。替代地，温度可通过温度传感器或其他设备测量，所述温度传感器或其他设备随后可发送后续测量值到控制器50以进行处理。
[0041]在步骤104之后，方法100行进至步骤106。在步骤106处，控制器50确定在步骤104处确定的温度是高于还是低于阈值温度。如上所述，在一个实施例中，阈值温度可在150摄氏度至180摄氏度的范围内。如果控制器50确定温度低于阈值温度，如图4中通过(-)符号所指示的，则方法100进行至步骤108。如果控制器50确定温度高于阈值温度，如图4中通过(+)符号所指示的，则方法100进行至步骤110。
[0042]在步骤108处，控制器50将冷却剂泵14设置到低速度设定，使得腔体34内的冷却剂液面高度36不超过第一凸起构件40。这样，冷却剂借助重力流动通过第一开口 38仅到定子18，如上所述的。在步骤108之后，方法100行进至步骤112，在该步骤112处方法100结束。
[0043]在步骤110处，控制器50将冷却剂泵14设置到高速度设定，使得腔体34内的冷却剂液面高度36高于第一凸起构件40。这样，冷却剂借助重力流动通过第一开口 38和第一通路43分别流到定子18和转子20 二者，如上所述的。
[0044]应意识到，方法100可包括额外的步骤，用于将冷却剂液面高度提高为高于任何额外的凸起构件，比如第二凸起构件44，以实现冷却剂到转子20的逐渐供应，如上所述的。
[0045]在步骤110之后，方法100在步骤112处结束。当电动机12处于操作中并因此需要冷却时，方法100可连贯地被重复，以便补偿电动机12的温度的变化，如上所述的。
[0046]详细描述和附图或视图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行要求保护的发明的最佳模式中的一些和其他实施例，但是仍存在各种替换设计和实施例，用于实践限定在所附权利要求中的本发明。
【权利要求】
1.一种用于向具有冷却剂泵的车辆中的电动机的定子和转子提供冷却剂的装置，所述装置包括: 基部，其限定多个第一开口，冷却剂可通过所述多个第一开口中的至少一个流动到定子; 至少一个壁，其从基部延伸，所述基部和至少一个壁限定腔体，所述腔体配置为接收来自冷却剂泵的冷却剂；和 在所述腔体内的至少一个第一凸起构件，所述至少一个第一凸起构件从基部延伸并限定至少一个第二开口，所述第二开口基本与第一开口中的一个对准，以形成至少一个第一通路，冷却剂可通过所述至少一个第一通路流动到转子。
2.如权利要求1所述的装置，还包括在所述腔体内的至少一个第二凸起构件，所述至少一个第二凸起构件比所述至少一个第一凸起构件从基部延伸得更远，所述至少一个第二凸起构件限定至少一个第三开口，所述第三开口基本与第一开口中的一个对准，以形成至少一个第二通路，冷却剂可通过所述至少一个第二通路流动到转子。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个第一凸起构件是平台。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个第一凸起构件是管道。
5.一种用于向车辆中的电动机的定子和转子提供冷却剂的系统，所述系统包括: 冷却剂泵，其配置为供应冷却剂，所述冷却剂泵具有可调的速度； 装置，其包括: 基部，其限定多个第一开口，冷却剂可通过所述多个第一开口中的至少一个流动到定子; 至少一个壁，其从基部延伸，所述基部和至少一个壁限定腔体，所述腔体配置为接收来自冷却剂泵的冷却剂，使得冷却剂液面高度处于腔体内的冷却剂液面高度；和 在所述腔体内的至少一个第一凸起构件，所述至少一个第一凸起构件从基部延伸并限定至少一个第二开口，所述第二开口基本与第一开口中的一个对准，以形成至少一个第一通路，当冷却剂液面高度高于所述至少一个第一凸起构件时，冷却剂可通过所述至少一个第一通路流动到转子；和 控制器，其配置为基于至少一个参数调节冷却剂泵的速度，使得腔体内的冷却剂液面高度可变。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述冷却剂是油，且所述冷却剂泵是油泵。
7.如权利要求5所述的系统，其中所述至少一个参数是电动机的运行温度。
8.如权利要求7所述的系统，其中控制器配置为当电动机的运行温度超过阈值温度时增大冷却剂泵的速度，使得冷却剂液面高度高于所述至少一个第一凸起构件。
9.如权利要求8所述的系统，其中阈值温度在150摄氏度至180摄氏度范围内。
10.如权利要求5所述的系统，其中所述装置还包括在腔体内的至少一个第二凸起构件，所述至少一个第二凸起构件从基部延伸得比所述至少一个第一凸起构件更远，所述至少一个第二凸起构件限定至少一个第三开口，所述第三开口与第一开口中的一个基本对准，以形成至少一个第二通路，当冷却剂液面高度高于所述至少一个第二凸起构件时冷却剂可通过所述至少一个第二通路流动到转子。
【文档编号】H02K9/19GK104348303SQ201410384457
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2013年8月5日
【发明者】M.J.富克斯, P.F.特恩布尔, E.L.凯泽 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司