具有在转子轴中带有散热插入件的马达的电驱动模块的制作方法

具有在转子轴中带有散热插入件的马达的电驱动模块
1.本技术是申请日为2018年8月8日、申请号为201880058310.5、发明名称为“具有在转子轴中带有散热插入件的马达的电驱动模块”的发明专利申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本技术要求于2017年8月8日递交的美国临时专利申请no.62/542，452的权益，该美国临时专利申请的公开内容通过引用被合并，如同在此全面详细地阐述那样。
技术领域
4.本公开涉及具有在转子轴中带有散热插入件的马达的电驱动模块。


背景技术：

5.本部分提供与本公开有关且未必为现有技术的背景信息。美国专利no.7,489,057公开了一种电动马达，其包括具有盲孔式中空轴的转子，进给管和支撑构件被接纳在盲孔中空轴中。进给管围绕旋转轴线同轴地设置，并且包括从盲孔式中空轴延伸的入口端和与盲孔式中空轴中的径向壁间隔开的出口端。支撑构件在径向上设置在进给管和中空轴的内周表面之间，并且围绕进给管螺旋地延伸。在马达运转期间，随着中空轴旋转，冷却流体被泵送到进给管的入口端中。离开进给管的出口端的流体在进给管与中空轴的内周表面之间流动。当冷却流体沿轴向方向返向进给管的入口端行进时，支撑构件使冷却流体围绕进给管周向流动。


技术实现要素：

6.本部分提供本公开的总体概述，并非其全部范围或其所有特征的全面公开。
7.在一种形式中，本公开提供一种马达驱动系统，其包括具有定子和转子组件的电动马达。所述定子围绕所述转子组件的至少一部分设置。所述转子组件能围绕旋转轴线相对于所述定子旋转，并具有转子轴、第一端壁、插入件、冷却剂入口和冷却剂出口。所述转子轴具有轴壁，所述轴壁围绕所述转子组件的旋转轴线设置并限定中空转子空间。所述第一端壁联接到所述转子轴以封闭所述中空转子空间的一端。所述插入件被接纳在所述转子轴的中空转子空间中，并具有插入件主体、第一流动通道和多个第二流动通道。所述插入件主体具有接合到所述轴壁的内表面的插入件外表面。所述第一流动通道纵向延伸穿过所述插入件主体。每个所述第二流动通道纵向延伸穿过所述插入件主体且在径向上位于所述插入件外表面与所述第一流动通道之间。所述冷却剂入口流体地联接到所述第一流动通道和所述第二流动通道中的一者。所述冷却剂出口流体地联接到所述第一流动通道和所述第二流动通道中的另一者。
8.在另一形式中，本公开提供一种用于中空转子轴的插入件。所述插入件具有纵向轴线并包括限定第一流动通道、多个第二流动通道和流动干扰槽的插入件主体。所述插入件主体具有插入件外表面，所述插入件外表面被构造为接合到所述中空转子轴的内表面。所述第一流动通道纵向延伸穿过所述插入件主体。每个所述第二流动通道纵向延伸穿过所
述插入件主体且在径向上位于所述插入件外表面与所述第一流动通道之间。所述流动干扰槽穿过所述插入件外表面形成并与所述第二流动通道的至少一部分相交。
9.在又一形式中，本公开提供一种马达驱动系统，其包括电动马达，该电动马达具有定子和接纳在所述定子中以围绕旋转轴线旋转的转子组件。所述转子组件具有转子轴和接纳在所述转子轴中的冷却流体循环装置。所述转子轴具有围绕所述旋转轴线周向设置并限定中空转子空间的轴壁。所述冷却流体循环装置被接纳在所述中空转子空间中并固定地联接到所述轴壁。所述冷却流体循环装置具有沿着所述旋转轴线设置的第一流动通道和在径向上设置在所述第一流动通道与所述轴壁之间的多个第二流动通道间。
10.在一些示例中，所述冷却流体循环装置包括中心管、多个翅片组和外管。所述中心管限定第一流动通道。所述外管围绕所述中心管同轴地设置。所述翅片组固定地联接到所述中心管的外表面。每个所述翅片组具有从所述中心管径向向外延伸的多个翅片构件。所述翅片构件具有与所述外管的内表面接触的远端表面。所述外管具有与所述轴壁的表面接触的外表面。
11.在其它示例中，所述冷却流体循环装置可以包括整体地且一体地形成的插入件，该插入件具有接合所述轴壁的内周表面的外周表面。所述第一流动通道为居中地穿过所述插入件形成的孔，并且所述第二流动通道围绕所述孔周向设置。
12.在更进一步的示例中，所述冷却流体循环装置包括插入件，所述插入件包括彼此固定联接的多个段。每个所述段限定第一通孔和多个第二通孔。相邻的段的所述第一通孔被设置为彼此流体连通以使所述第一通孔形成所述第一流动通道。相邻的段的所述第二通孔彼此流体连通并形成所述多个第二流动通道。
13.在另外的其它示例中，所述冷却流体循环装置包括插入件，该插入件具有接合到所述轴壁的内表面的插入件外表面。所述第一流动通道纵向延伸穿过所述插入件。每个所述第二流动通道纵向延伸穿过所述插入件。
14.进一步的应用领域由在此提供的描述将变得明显。在该概述中的描述和特定示例仅旨在例示的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
15.在此描述的附图仅用于所选实施例而非所有可能的实施方式的例示目的，并且不旨在限制本公开的范围。
16.图1为根据本公开的教导构造的示例性马达驱动系统的示意图；
17.图2为用于马达驱动系统的电动马达的转子的插入件的透视图；
18.图3为插入件的剖视透视图；
19.图4为插入件的纵向剖视图的一部分；
20.图5为插入件的端部的透视图；
21.图6为根据本公开的教导构造的另一马达驱动系统的一部分的剖视图；
22.图7为根据本公开的教导构造的第二马达驱动系统的一部分的分解透视图，该视图更详细地例示转子组件；
23.图8为图7的马达驱动系统的一部分的分解透视图，该视图例示构成插入件主体的若干段；
24.图9为图7的马达驱动系统的一部分的正视图，该视图更详细地例示插入件主体；
25.图10为根据本公开的教导构造的第三马达驱动系统的一部分的透视图，该视图更详细地例示转子组件；
26.图11为图10中示出的转子组件的一部分的分解透视图；
27.图12为图10的转子组件的纵向剖视图；
28.图13为沿图10的线13-13截取的剖视图；
29.图14为沿图10的线14-14截取的剖视图；
30.图15为根据本公开的教导构造的第四马达驱动系统的一部分的分解视图，该视图例示转子组件的一部分；
31.图16为图15的放大部分，更详细地例示翅片组；以及
32.图17为图15的转子组件的一部分的横截面图。
33.在整个附图的若干视图中，相应的附图标记指示相应的部分。
具体实施方式
34.参考附图中的图1，根据本公开的教导构造的示例性马达驱动系统总体上由附图标记10指示。马达驱动系统10可以包括壳体12、电动马达14、泵16和热交换器18。
35.壳体12可以分别具有第一轴承部位(bearing site)30和第二轴承部位32，并且可以限定腔34和贮槽36。电动马达14可以被接纳在腔34中。贮槽36可以与腔34流体连通，并且可以保持预定量的合适的冷却流体。在提供的示例中，冷却流体为一种自动变速器流体，但是应当理解，可以替代地采用其它类型的流体，包括水基流体。
36.电动马达14可以为任何类型的电动马达，诸如ac感应马达或永磁马达，并且可以包括定子40和转子组件42。定子40可以固定地安装到壳体12，并且可以围绕转子组件42的至少一部分周向设置。定子40可以限定穿过其形成的一个或多个定子冷却剂通道46。每个定子冷却剂通道46可以具有出口48，出口48可以将通过其传送的流体排放到腔34中，在腔34中流体可以排到贮槽36。
37.转子组件42可以围绕旋转轴线50能旋转，并且可以具有转子轴52、端壁54、插入件56、冷却剂入口58和冷却剂出口60。转子轴52可以分别通过第一轴承62和第二轴承64被支撑以相对于第一轴承部位30和第二轴承部位32旋转。转子轴52可以具有围绕转子组件42的旋转轴线50设置并且限定中空转子空间的轴壁70。在例示实施例中，转子轴52被成形为中空的直圆柱，但是应当理解，转子轴52可以被不同地成形。端壁54可以联接到转子轴52以封闭中空转子空间的一端。在提供的特定示例中，端壁54与轴壁70一体地且整体地形成，但是应当理解，端壁54可以以诸如压配合或焊接的期望的方式联接到轴壁70。
38.参考图2和图3，插入件56可以具有插入件主体80、第一流动通道82和多个第二流动通道84。插入件56可以被接纳在转子轴52的中空转子空间中，使得第一流动通道82和多个第二流动通道84在与端壁54间隔开的相应位置处终止。
39.插入件主体80可以具有接合到轴壁70(图1)的内表面的插入件外表面90。在提供的示例中，插入件56通过过盈配合(例如，压配合或收缩配合)联接到轴壁70(图1)，这样，插入件外表面90直接接触轴壁70(图1)的内表面。然而，应当理解，插入件56可以能滑动地接纳在转子轴52(图1)中，并且可以采用诸如粘合剂(例如，导热粘合剂)的合适材料将插入件
56固定地联接到轴壁70(图1)。
40.第一流动通道82可以纵向延伸穿过插入件主体80。在提供的具体示例中，第一流动通道82沿着转子组件42(图1)的旋转轴线50设置。每个第二流动通道84可以纵向延伸穿过插入件主体80且在径向上位于插入件外表面90与第一流动通道82之间。在提供的示例中，每个第二流动通道84具有靠近第一流动通道82设置的第一径向端84a和从第一径向端84a径向向外且靠近插入件外表面90设置的第二径向端84b。可选地，在垂直于转子组件42(图1)的旋转轴线50截取的插入件56的横截面中，第二径向端84b可以在周向方向(围绕旋转轴线50)上从第一径向端84a偏移。在该横截面中，第二流动通道84可以以期望的方式成形，诸如以弧形方式。
41.参见图1和图2，冷却剂入口58可以流体地联接第一流动通道82，冷却剂出口60可以流体地联接到第二流动通道84。然而，应当理解，替代地，冷却剂出口60可以流体地联接到第一流动通道82，冷却剂入口58可以流体地联接到第二流动通道84。在提供的示例中，冷却剂入口58为管，其固定地联接到壳体12，与第一流动通道82同轴地设置，并且朝插入件56突出以将流动通过冷却剂入口58的流体分配到第一流动通道82中。该管可被定尺寸为使得其内径近似等于第一流动通道82的内径，并且管可以在插入件56附近终止(但不接触)。应当理解，管和第一流动通道82可以不同地构造以避免冷却剂入口58与插入件56之间的接触。在一个替代布置中，第一流动通道82的一部分的尺寸可以适于接纳(但不接触)管。例如，第一流动通道82可以限定沉孔(未示出)，该沉孔的直径可以比管的外径大预定量，诸如1mm。冷却剂出口60可以由第二冷却剂通道84的开口端形成，该开口端在插入件56的靠近冷却剂入口58的一侧延伸穿过插入件主体80的轴向端。
42.参考图2至图4，可选地，插入件主体80可以限定穿过插入件外表面90形成且与第二流动通道84的至少一部分相交的流动干扰槽94。在提供的具体示例中，流动干扰槽94与每个第二流动通道84相交。流动干扰槽94可以形成为使得其至少一部分具有螺旋形状。流动干扰槽94可以流体连通地联接到冷却剂出口60(图1)。
43.参考图3至图5，可选地，内孔口100可以形成在插入件主体80的靠近端壁54(图1)设置的轴向端中。内孔口100可以与第一流动通道82和第二流动通道84相交。内孔口100被构造为允许插入件56的轴向端直接抵接端壁54，而不会不利地影响第一流动通道82和第二流动通道84之间的流体连通。如果需要，第一流动通道82的出口端可以以期望的方式形成轮廓，诸如，具有圆角半径。
44.返回图1，泵16可以具有泵入口16a和泵出口16b，泵入口16a可以流体连通地联接到壳体12中的贮槽36，泵出口16b可以流体连通地联接到热交换器18的入口18a。热交换器18被构造为促进流动通过热交换器18的流体与另一流体或结构(诸如热交换器18周围分布的空气)之间的热交换。可选地，热交换器18可以被构造为对通过泵16输入到热交换器18中的流体进行除气。空气管理管路110可以将热交换器18流体地联接到壳体12中的腔34，以允许从热交换器18中的流体中去除的空气返回到壳体12，以使气泡不会绕着流体回路循环，也不会产生影响贮槽36的液位的大的空隙空间。通过热交换器18的出口18b离开热交换器18的经冷却的流体可以被输送回壳体12。在提供的示例中，离开热交换器18的出口18b的经冷却的流体最初循环通过辅助热交换器120以在流体返回到壳体12之前从为电动马达14供应电能的逆变器122去除热。
45.返回到壳体12的经冷却的流体可以被输送到定子40和转子组件42以对它们进行冷却。在这方面，返回到壳体12的流体的第一部分可以被引导以冷却定子40，而返回到壳体12的流体的第二部分可以被引导以冷却转子组件42。冷却剂中的用于冷却定子40的部分可以被引导到安装到定子40的歧管130中。离开歧管130的流体可以被接收到定子冷却剂通道46中，流动通过定子40并且可以从定子40排放到壳体12中的腔34中，在腔34中，从定子40排放的流体可以收集在贮槽36中。冷却剂中的用于冷却转子组件42的部分可以被冷却剂入口58接收。另外参考图3，在提供的示例中，第一冷却剂通道82与冷却剂入口58流体连通地联接，使得输入到转子组件42的流体最初通过第一冷却剂通道82朝端壁54流动。(在靠近端壁54的位置)离开第一冷却剂通道82的冷却剂流动到第二冷却剂通道84中，在第二冷却剂通道84中，冷却剂沿朝向却剂出口60的轴向方向(即，沿远离端壁54的轴向方向)被引导。如果插入件56配备有与一个或多个第二冷却剂通道84相交的流动干扰槽94，则流体可以额外地从(相交的)第二冷却剂通道84流动到流动干扰槽94中，以使流体流动抵靠中空的轴壁70的内表面。
46.应当理解，流动干扰槽94与任一个第二冷却剂通道84之间的相交将趋于在相交处破坏层流(并可能引起湍流)，以提高热从轴壁70和/或插入件56传递到流体的速率。在提供的示例中，流动干扰槽94在沿着流动干扰槽94的路径或长度的不同点处与第二冷却剂通道84相交，从而在沿着流动干扰槽94的路径或长度的多个点处破坏层流并且可能地引起湍流。
47.从冷却剂出口60排放的流体可以被引导到壳体12中的贮槽36。可选地，从冷却剂出口60排放的流体可以被用于润滑由电动马达14提供旋转动力的装置或机构(未示出)。该装置或机构可以包括诸如多速变速器的变速器和/或将旋转动力供应到一对输出部的差速机构。另外，可选地，流体可以从冷却剂出口60、第一流动通道82、一个或多个第二冷却剂通道84和/或流动干扰槽94排放，以润滑第一轴承62和第二轴承64。例如，小直径的孔(未具体示出)可以穿过轴壁70形成，并且可以与流动干扰槽94相交，以将流动干扰槽94中的加压流体(以喷雾)径向向外引导，以润滑第一轴承62和第二轴承64。可替代地，一个或多个孔(未示出)可以穿过轴壁70形成，以允许流体排放到壳体中形成的通道或腔(未示出)中，该通道或腔可以将流体引导到期望的区域，诸如第一轴承30和第二轴承32。
48.在图6的示例中，冷却剂入口58为管，其被同轴地接纳在转子轴52内，并且固定地且不可旋转地联接到转子轴52。固定地联接到壳体的导管112被构造为将诸如自动变速器流体的加压冷却剂/润滑剂传输到冷却剂入口58中。更具体地，冷却剂入口58被可旋转地接纳到导管112中，但在轴向上间隔开相对小的尺寸。通过导管112和冷却剂入口58之间的径向间隙114泄漏的加压冷却剂/润滑剂可以接触形成在冷却剂入口58上的肩部116。肩部116可以被成形为将已经通过径向间隙114泄漏的加压流体引导在齿轮120中的内孔洞118和导管112之间。内孔洞118之间的冷却剂/润滑剂可以通过壳体12引导到环形腔124，在环形腔124中，冷却剂/润滑剂可以流动到轴承130中以润滑轴承130。在提供的示例中，轴承130支撑齿轮120以围绕导管112相对于壳体12旋转，但是应当理解，轴承130可以支撑另外的部件。另外或可替代地，通孔(未示出)可以穿过齿轮120形成，以允许齿轮120中的内孔洞118中的冷却剂/润滑剂径向通过齿轮120供给，以为齿轮120的齿和/或另外的部件提供润滑。
49.尽管电动马达驱动系统已经被例示和描述为具有带有转子轴和接纳在转子轴中
的特定类型的插入件的转子组件，但是应当理解，电动马达驱动系统可以被稍微不同地构造。在图7至图9的示例中，插入件主体80a被示出为由彼此固定联接的多个段150构成。每个段150为圆盘，该圆盘限定第一通孔152和围绕第一通孔152周向设置的多个第二通孔154。段150彼此堆叠(即，面对面)，使得第一通孔152形成第一流动通道82，并且第二通孔154形成多个第二流动通道84。段150可以通过任何合适的方式(诸如，钎焊)彼此固定联接。这种方式的构造允许第二流动通道84具有任何期望的轮廓或形状。在提供的示例中，第二通孔154为在径向方向上延伸且绕旋转轴线50弯曲的槽孔。每个段150可以绕旋转轴线50错开预定量，以使第二流动通道84绕旋转轴线50扭转。可替代地，相邻的段150可以翻转，以使段150中的一个段中的第二通孔154绕旋转轴线50沿第一方向延伸，并且段中的相邻一个段中的第二通孔154绕旋转轴线50沿与第一方向不同的第二方向延伸。这种方式的构造允许段150中的第一个段中的槽孔中的一个槽孔与段150中的相邻一个段中的两个或更多个槽孔流体连通。
50.参考图10至图12，例示根据本公开的教导构造的另一电动马达驱动系统的一部分。除了转子组件42b的构造之外，电动马达驱动系统可以基本上类似于上面详细描述的电动马达驱动系统。在这方面，转子组件42b包括接纳到转子轴52b中的插入件56b。插入件56b可以包括中心管200、多个翅片组202、多个隔板204和外管206。中心管200可以由能够提供结构强度并且能够导热的合适的材料形成，诸如，铝。
51.参考图11和图13，每个翅片组202可以由一片诸如铝的导热材料形成，并且可以以打褶的方式形成，以形成通过内联接部分214和外联接部分216连接的纵向翅片构件210。在提供的示例中，内联接部分241和外联接部分216中的每个由半径限定，但是应当理解，内联接部分241和外联接部分216可以被稍微不同地成形。在这方面，内联接部分214和/或外联接部分216可以被形成为将相邻的翅片构件210互连的圆形段。每个翅片组202被接纳到中心管200上，从而内联接部分214接触中心管200的外表面。
52.参考图11和图14，每个隔板204可以具有中心孔洞220和多个外孔洞222，该多个外孔洞222围绕隔板204周向设置且在径向上位于中心孔洞220和隔板204的外周表面236之间。隔板204可以以与一个或多个翅片组202抵接的方式被接纳在中心管200上，从而中心孔洞220的表面接触中心管200的外表面，并且外孔洞220被设置为与相邻的翅片构件210之间的周向空间相一致。可选地，外孔洞222的周向相对的侧226可以以与翅片构件210不平行的方式设置，以在这些侧在它们的径向内端和径向外端之间延伸时与多个翅片构件210相交。
53.参考图13和图14，中心管200、翅片组202和隔板204可以被接纳到外管206中。外管206具有外表面230和内表面234，外表面230被构造为接合/接触转子轴52b的内表面232，内表面234被构造为接合翅片组202的外联接部分216和隔板204的外周表面236。如果需要，在将翅片组202和隔板204组装到外管206之前可以对外管206进行加热和/或可以对翅片组202和隔板204进行冷却，以使在外管206与翅片组202和/或隔板204之间引起的收缩配合可以将外管206固定地联接到翅片组202和/或隔板204。另外或可替代地，可以通过诸如钎焊复合物的导热粘合材料将翅片组202和/或隔板204结合到中心管200和/或外管206。
54.在马达驱动组件运转期间，冷却流体被引入到中心管200的内部，同时热通过外管206从转子轴52b排出并进入翅片组202和隔板204。引入到中心管200的冷却流体从中心管200的相对端流出，并被重新引导通过隔板204中的一个中的外孔洞222并进入形成在翅片
构件210中的相邻的翅片构件210之间的通道240中。行进通过通道240的冷却流体被引导离开插入件56b(图12)的引入冷却流体的端部。经过翅片构件210的流体允许热从翅片组202排至冷却流体中。
55.图15到图17的示例除了使用单个翅片组202c之外总体上类似于之前的示例。翅片组202c由诸如压实且烧结的粉末金属之类的固体材料整体地且一体地形成，并且翅片组202c的外周表面300直接接合到转子轴52c的内周表面232。每个翅片构件210c可以通过机加工操作形成，并且翅片组202c的外周表面300可以在无心磨削操作中被机加工。在提供的具体示例中，翅片构件210c通过电火花线切割形成，但是应当理解，可以采用其它机加工工艺，诸如铣削、磨削或锯切。应当理解，周向设置在相邻的翅片构件210c之间的纵向延伸的槽孔310包括第二流动通道84。槽孔310围绕穿过翅片组202c形成的中心孔312周向设置，并且槽孔310的周向宽度可以是均匀的。中心孔312可以限定第一流动通道82。如果需要，在组装之前可以对翅片组202c进行冷却和/或可以对转子轴52b进行加热，以允许翅片组202c被收缩配合到转子轴52b。槽孔310为翅片组202c中的空隙空间并且可以具有第一体积，该第一体积对应于形成翅片组202c的材料的第二体积的20％至45％。
56.已经出于例示和描述的目的提供了实施例的以上描述。其不旨在穷举或限制本公开。具体实施例的各个元件或特征通常不限于该具体实施例，而是在适用的情况下可互换并且可以用于所选实施例中，即使未具体示出或描述。其也可以以许多方式变化。这样的变化不应被认为是脱离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。