电机定子冷却的制作方法

本公开涉及一种电机和一种冷却电机的方法。

背景技术：

1、许多车辆依靠电机作为机械能的来源。电机通常包括转子和定子。定子包括可被供应电流以产生磁场的多个电绕组。由于磁场，转子在定子内旋转以产生电场，电场产生电流。在运行过程中，产生电场导致在定子中产生热量。热量降低了电机的运行效率。

2、已经采用了各种系统来减少由电机的运行所产生的热。油冷机(oil cooledmachines)已越来越多地出现在市场上。油冷机对冷却转子的效率很高，但定子是更复杂的。

3、在电机中，例如电动或混合动力车辆中的电动马达，转子磁体和定子绕组的热容量影响电机的可用输出功率。转子磁体通常具有150℃的热极限，并且当温度进一步升高时，会发生退磁，其降低电机的性能。包括多根铜线的定子绕组由具有约180℃的温度极限的材料隔离，并且如果温度进一步升高，则会出现热疲劳裂纹。这能够造成短路并使电机终止。

4、为了提高电机的性能，需要对转子和定子绕组进行冷却。该冷却通常使用液体介质例如油或水来进行。

技术实现思路

1、在本公开的一个示例中，提供了一种电机，包括外壳，外壳内的可动元件；外壳内围绕所述可动元件的定子，定子包括多个绕组，其在第一端和第二端处具有端部绕组；定子冷却系统，其包括穿过外壳的入口、连接到入口并延伸穿过多个绕组的冷却管道、以及在端部绕组的第一端和第二端的每一端处的绕组帽。绕组帽封装每个端部绕组，使得冷却剂从入口通过冷却管道流动到绕组帽。每个绕组帽包括至少一个出口。本配置由于设置了绕组帽从而提供了一种更高效的电机。该布置允许通过浸润冷却剂来冷却端部绕组，并快速消散端部绕组中产生的热量，从而最小化温度对电机的扭矩/转速的影响，提高电机的性能，并在降低成本的同时提高电机的能量效率。

2、在本公开的一个示例中，所述多个绕组为铜绕组。铜绕组提供高导电性，因此电流可以很容易地流过绕组，导致更高效的电机。

3、在本发明的一个示例中，所述冷却管道形成在定子内，或者冷却管道包括位于定子的外表面和马达外壳的内表面上的凹槽，或者冷却管道包括位于马达外壳的内表面和定子的外表面上的凹槽。冷却管道允许冷却剂围绕定子分布，降低定子的温度。

4、在本公开的一个示例中，冷却管道均匀分布。这具有的益处是，实现了冷却剂在定子的冷却管道之间的特别均匀的分布，并因而最大限度地减少了定子中的热应力的发生。

5、在本公开的一个示例中，冷却管道包括径向和轴向冷却管道。

6、在本公开的一个示例中，入口与在第一端和第二端处的端部绕组的距离相等。这样的布置允许相同数量的冷却剂同时流经两个端部绕组，同时降低端部绕组温度。

7、在本公开的一个示例中，绕组帽包括环形壳部，该环形壳部具有第一周向表面、第二周向表面、和侧表面，其中该环形壳部限定用于封装每个端部绕组的内部腔；以及垂直于第二周向部分延伸的绕组部。这样的形式或形状的绕组帽使冷却剂能够流经的绕组帽的腔内的体积最小化，由此减少用于冷却电机所需的冷却剂总量。

8、在本公开的一个示例中，多个出口设置在绕组帽的环形壳部和/或绕组部上。出口的这样的布置优化了绕组帽内部的冷却剂的流场或分布。

9、在本公开的一个示例中，绕组帽由塑料材料或由金属材料和涂层制成。塑料材料能够具有良好的电和热绝缘，允许框架下方的任何部件与端子和排气口电和热绝缘。此外，塑料材料相对便宜，并通常易于制造，因而提供成本的节约。如果绕组帽由金属材料制成，则需要涂层来提供绕组帽与定子之间的电和热绝缘。

10、在本公开的一个示例中，在定子与绕组帽之间设置密封件。可选地，密封件是由柔性密封材料例如橡胶和环氧树脂制成的。密封件防止冷却剂落到转子(或可动元件)上，从而防止机器层级的偏差(machine level windage)和摩擦损失。

11、在本公开的另一个方面，提供了一种冷却电机的方法，其中电机包括定子，定子包括在第一端和第二端具有端部绕组的多个绕组，其中冷却管道连接到入口并延伸穿过多个绕组，并且其中绕组帽封装每个端部绕组。该方法包括使冷却剂朝向定子的第一端和第二端通过入口流入冷却管道，使得冷却剂围绕端部绕组流动；经由绕组帽收集端部绕组周围的冷却剂；以及通过设置在绕组帽上的至少一个出口排放冷却剂。

12、在本公开的一个示例中，经由绕组帽收集端部绕组周围的冷却剂的方法步骤还包括通过在定子与绕组帽之间形成的通道将冷却剂流动到绕组帽的内部腔。

13、在本公开的一个示例中，该方法包括降低绕组帽内的冷却剂的压力。

14、在本公开的另一个方面中，一种车辆包括所述电机。

15、该电机可以包括多个附加特征和结构。这些特征和结构可以包括在各种组合中，这些组合包括这些特征和结构中的一些、所有这些特征和结构、或这些特征和结构中的一个。

技术特征：

1.一种电机(10)，包括：

2.如前述权利要求所述的电机，其中所述冷却管道(24a、24b)是均匀分布的。

3.如前述任一权利要求所述的电机，其中所述冷却管道(24a、24b)包括周向冷却管道(24b)和多个纵向冷却管道(24a)。

4.如前述任一权利要求所述的电机，其中所述冷却管道(24a、24b)中的至少一个至少形成在所述定子内或形成为所述定子的外表面上的凹槽。

5.如前述任一权利要求所述的电机，其中所述入口(16)位于距离所述第一端和所述第二端处的所述端部绕组相等的距离处。

6.如前述任一权利要求所述的电机，其中所述绕组帽(40)包括环形壳部(41)和绕组部(45)，所述环形壳部(41)限定用于封装所述端部绕组的内部腔(80)。

7.如权利要求6所述的电机，其中所述环形壳部(41)包括第一周向表面(42)、第二周向表面(43)、和连接所述第一周向表面与所述第二周向表面的侧表面(44)。

8.如权利要求6-7所述的电机，其中所述至少一个出口(48)设置在所述绕组帽(40)的环形壳部(41)和/或绕组部(45)上。

9.如前述任一权利要求所述的电机，其中所述绕组帽(40)由塑料材料或由金属材料和涂层制成。

10.如前述任一权利要求所述的电机，其中在所述绕组帽(40)与所述定子之间布置板(60)。

11.如权利要求10所述的电机，其中在所述板(60)与所述绕组帽(40)之间设置密封件(70)。

12.一种包括如权利要求1-11所述的电机的车辆。

13.一种冷却电机(10)的方法，其中所述电机(10)包括定子(20)，所述定子包括在第一端和第二端具有端部绕组(30)的多个绕组，其中冷却管道(24a、24b)连接到入口(16)并延伸穿过所述多个绕组，并且其中绕组帽(40)封装每个端部绕组(30)，所述方法包括：

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述经由所述绕组帽收集所述端部绕组周围的冷却剂的步骤包括：使所述冷却剂通过在所述定子(20)与所述绕组帽(40)之间形成的通道(70)流动到所述绕组帽(40)的内部腔(80)。

15.如权利要求13-14所述的方法，还包括降低所述绕组帽(40)内的冷却剂的压力。

技术总结
本发明涉及一种电机，包括外壳；外壳内的可动元件；外壳内围绕可动元件的定子，定子包括在第一端和第二端具有端部绕组的多个绕组；定子冷却系统，其包括通过外壳的入口、连接到入口并延伸穿过多个绕组的冷却管道、以及在端部绕组的第一端和第二端的每一个处的绕组帽，所述绕组帽封装每个端部绕组，使得冷却剂通过冷却管道从入口处流到绕组帽，其中每个绕组帽包括至少一个出口。本公开还涉及一种冷却电机的方法。

技术研发人员：J·安德松,E·哈坎松,J·布伦贝格
受保护的技术使用者：沃尔沃汽车公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13