用于内部永磁电机的磁体的直接液体冷却系统和方法与流程

背景技术：

技术实现思路

1、本文提出的是用于电机的永磁体的直接液体冷却系统、用于制造此类冷却系统的方法和用于操作此类冷却系统的方法，以及装备有ipm牵引马达的机动车辆，该ipm牵引马达具有由此类系统冷却的转子封装的永磁体。作为示例，多相acpm马达包含具有转子芯的pm轴承转子组件，该转子芯由铁磁性盘的层压堆叠形成。这些堆叠的盘共同限定了轴向伸长的转子槽，所述轴向伸长的转子槽布置在周向间隔开的磁极的集合中，并在其中固定分立的永磁体。转子芯被键连接、花键连接或以其他方式驱动接合到具有中空芯的马达轴，介电冷却剂流体通过该中空芯馈送到转子组件中。在转子芯堆叠的近端和远端处的前转子盘和后转子盘包括径向伸长的冷却剂馈送凹槽，该径向伸长的冷却剂馈送凹槽在旋转转子的离心力下将冷却剂流体从马达轴芯传输到与转子槽相连的轴向伸长的冷却剂馈送通道。每个冷却剂馈送凹槽可以具有y形几何结构，其具有与马达轴芯流体连接的干(stem)(“下降部”)和两个分支(“对角行程”)，所述两个分支每个与相应的一对pm转子槽流体连接。为了确保冷却剂连续且均匀地馈送到每个转子槽，干的底端可以具有用于接收流体的扩大的基部，并且干的顶端可以具有用于汇集(pool)冷却剂流体的扩大的沟槽部。冷却剂从前盘并且在向后的方向上通过轴向伸长的馈送通道的第一子集馈送，而冷却剂从后盘并且在向前的方向上通过轴向伸长的馈送通道的不同的第二子集馈送。

2、对于公开的概念的至少一些的附带益处包括具有优化的冷却剂导管架构的直接液体冷却系统，以用于转子安装的永磁体的目标表面的直接接触冷却。公开的设计使得液体冷却剂能够被直接馈送到转子芯压层中的pm槽，以接触磁体，其中伴随着磁体操作温度的降低。端盘中独特的冷却剂馈送设计可以使得冷却剂在马达操作期间能够到达所有的磁体槽，使得冷却剂跨每个磁体槽的整个轴向长度流动，并因此跨包含在其中的每个磁体流动。端盘中的y形冷却剂凹槽被工程设计成通过允许冷却剂汇集在凹槽中心处的沟槽中来将冷却剂引导至两个分支。这使得一个y形冷却剂馈送凹槽能够将计量供应的冷却剂传输到四个或更多pm转子槽中的每一个，这简化了冷却剂管道，减少了冷却剂充注量，并降低了包装要求。

3、本公开的方面提出了用于调节电机中磁体的操作温度的直接液体冷却系统，所述电机诸如是马达、发电机、变压器、电感器、测力计、转换器等。根据示例，提出了一种由直接液体冷却系统冷却的电机，该直接液体冷却系统是控制器操作的以使诸如导热介电油的液体冷却剂循环通过电机。电机包括保护性外壳、刚性安装在外壳内部的定子组件和可旋转地附接到外壳、与定子组件同轴并与其间隔开的转子组件。定子组件包括具有一个或多个电磁绕组的定子芯，所述一个或多个电磁绕组诸如是安装到定子芯的u形铜发夹。转子组件包括具有一个或多个磁体的转子芯，所述一个或多个磁体诸如是安装到转子芯的硬铁氧体永磁体。转子芯在其中限定了一个或多个径向伸长的转子馈送凹槽，该转子馈送凹槽流体连接到一个或多个轴向伸长的转子馈送通道。(多个)转子馈送凹槽流体连接到直接液体冷却系统，以从其接收液体冷却剂。每个转子馈送通道从(多个)馈送凹槽接收液体冷却剂，并将冷却剂运送成与磁体的目标表面直接接触。

4、本公开的附加方面针对具有多相无刷acpm牵引马达的电驱动车辆，该多相无刷acpm牵引马达包含经由直接液体冷却来冷却的转子安装的磁体。如本文使用的，术语“车辆”和“机动车辆”可以可互换地并且同义地使用以包括任何相关的车辆平台，诸如客车(ice、hev、fev、燃料电池、全自主和部分自主的等等)、商用车辆、工业车辆、履带式车辆、越野和全地形车辆(atv)、摩托车、农用设备、船只、飞行器等。对于非汽车应用，可以将公开的概念用于任何逻辑上相关的使用，包括商用或家用发电机、涡轮机、泵送装备、压缩机、机床、交流发电机等。在示例中，机动车辆包括具有乘客车厢的车身、安装到车身的多个道路车轮(例如，经由耦合到一体式车身或车架上车身底盘的拐角模块)、以及其他标准原始装备。对于电驱动车辆应用，一个或多个电力牵引马达单独操作(例如，对于fev动力系)或与内燃机组件结合操作(例如，对于hev动力系)，以驱动一个或多个道路车轮并推进车辆。

5、继续前面的讨论，直接液体冷却系统包装在车身内，并且选择性地可操作以使液体冷却剂循环通过(多个)牵引马达。每个牵引马达包括保护性马达外壳，该保护性马达外壳附接到车身并在其中刚性安装定子组件。定子组件包括具有中空中心和轴向伸长定子槽的圆柱形定子芯，多个电磁绕组延伸通过该中空中心和轴向伸长定子槽。可旋转地安装在马达外壳内部的是pm轴承的转子组件，该pm轴承的转子组件位于定子芯的中空中心中，与定子组件同轴并由气隙与定子组件分开。转子组件包括具有中空中心和轴向伸长转子槽的转子芯，转子槽中的每个在其中安装相应的永磁体。转子芯包括流体连接到轴向伸长的转子馈送通道的径向伸长的转子馈送凹槽。每个转子馈送凹槽流体连接到直接液体冷却系统，以从其接收液体冷却剂。每个转子馈送通道将接收的液体冷却剂运送到转子槽的相应的一个，并运送成与包含在转子槽中的相应的一个中的永磁体的目标表面直接接触。

6、本公开的方面还针对用于操作或用于生产公开的转子组件、电机和/或车辆中的任一个的制造工作流过程、系统控制逻辑和计算机可读介质(crm)。在示例中，提出了一种用于组装电机的方法。这个代表性的方法以任何次序以及以与任何上面和下面公开的选项和特征的任何组合包括：接收电机的外壳；将定子组件安装在外壳内部，定子组件包括定子芯和安装到定子芯的电磁绕组；将转子组件可旋转地安装在外壳内部，使得转子组件与定子组件同轴并间隔开，转子组件包括转子芯和安装到转子芯的磁体，转子芯在其中限定了流体连接到轴向伸长的转子馈送通道的径向伸长的转子馈送凹槽；以及将转子馈送凹槽流体连接到直接液体冷却系统以从其接收液体冷却剂，其中转子馈送通道将液体冷却剂运送成与磁体的目标表面直接接触。

7、对于公开的电机、车辆和方法中的任一个，每个转子馈送凹槽可以具有y形几何结构，该y形几何结构具有从干的径向外端径向向外突出的一对分支。在这个实例中，干具有与其径向外端相对的径向内端，液体冷却剂通过该径向内端馈送到转子组件中。每个馈送凹槽分支可以与馈送通道的相应的一个流体耦合，并将液体冷却剂馈送到馈送通道的相应的一个。作为另一选项，每个转子馈送凹槽可以包括冷却剂沟槽，该冷却剂沟槽介于干和两个分支之间并流体连接干和两个分支。冷却剂沟槽具有扩大的(第一)横向宽度，该(第一)横向宽度大于干的径向外端的狭窄的(第二)横向宽度。在这个实例中，干可以包括位于干的径向内端处的基部和将基部连接到干的径向外端的柱体。基部可以具有可变的(第三)横向宽度，该(第三)横向宽度大于柱体的固定的(第四)横向宽度。干分支可以从干的径向外端以斜角突出。附加地，干可以是曲线的，并且分支可以是弓形的。

8、对于公开的电机、车辆和方法中的任一个，转子芯可以包括多个径向伸长的冷却剂馈送凹槽，所述冷却剂馈送凹槽凹进到转子芯的端表面中并围绕转子芯的端表面周向间隔开。同样，转子芯可以包括多个轴向伸长的冷却剂馈送通道，所述冷却剂馈送通道围绕转子芯周向间隔开并完全延伸通过转子芯。作为另一选择，转子芯可以包括转子盘堆叠，该转子盘堆叠在转子堆叠的前(第一)端处具有前(第一)端盘。在这个实例中，前(第一)冷却剂馈送凹槽集可以凹进到前(第一)端盘的前(第一)表面中、围绕前(第一)端盘的前(第一)表面周向间隔开并沿着前(第一)端盘的前(第一)表面径向向外延伸。转子芯还可以包括在转子堆叠的后(第二)端处的后(第二)端盘。在这个实例中，后(第二)馈送凹槽集可以凹进到后(第二)端盘的后(第二)表面中、围绕后(第二)端盘的后(第二)表面周向间隔开并沿着后(第二)端盘的后(第二)表面径向向外延伸。转子芯可以包括一对(第一和第二)直线馈送通道集，其轴向延伸通过转子堆叠；每个直线冷却剂馈送通道集流体连接到相应的y形冷却剂馈送凹槽集。一对(第一和第二)环形端板可以每个邻接端盘的相应的一个，并且在这样做时，覆盖那个相应端盘中的馈送凹槽的开放轴向面。

9、对于公开的电机、车辆和方法中的任一个，转子组件可以包含多个永磁体，并且转子芯可以限定穿过其中的多个轴向伸长的转子槽，所述转子槽中的每一个将永磁体中的相应的一个固定在其中。在这个实例中，转子芯可以包括多个轴向伸长的馈送通道，所述馈送通道中的每一个流体连接到转子槽的相应的一个并与其相连，例如，使得液体冷却剂跨pm的整个轴向长度流动并接触pm的整个轴向长度。马达轴可以驱动地连接到转子芯，以与转子组件一致地旋转。在这个实例中，马达轴在其中限定了轴向伸长的冷却剂馈送芯，通过该冷却剂馈送芯从直接液体冷却系统接收液体冷却剂并将其传输到转子组件中。每个转子馈送凹槽可以流体连接到冷却剂馈送芯。

10、以上
技术实现要素：
不表示本公开的每个实施例或每个方面。更确切地说，前述发明内容仅提供了本文阐述的一些新奇概念和特征的概要。当结合附图和所附权利要求理解时，本公开的上述特征和优点以及其他特征和伴随的优点将根据针对实行本公开的图示示例和代表性模式的以下具体实施方式是显而易见的。此外，本公开明确地包括以上和以下呈现的元件和特征的任何和所有组合和子组合。

11、本发明还包括如下方案。

12、方案1.一种电机，所述电机由经由直接液体冷却系统循环到其的液体冷却剂冷却，所述电机包括：

13、外壳；

14、定子组件，位于外壳内部并包括定子芯和安装到定子芯的电磁绕组；和

15、转子组件，可旋转地附接到外壳，与定子组件同轴并与定子组件间隔开，转子组件包括转子芯和安装到转子芯的磁体，转子芯在其中限定流体连接到轴向伸长的转子馈送通道的径向伸长的转子馈送凹槽，转子馈送凹槽被配置成流体连接到直接液体冷却系统以从其接收液体冷却剂，并且转子馈送通道将液体冷却剂运送成与磁体的目标表面直接接触。

16、方案2.根据方案1所述的电机，其中，所述转子馈送凹槽具有y形几何结构，所述y形几何结构具有干和从所述干的径向外端突出的一对分支，所述干具有与所述径向外端相对的径向内端，液体冷却剂通过所述径向内端馈送到所述转子组件中，并且其中所述转子馈送通道包括多个馈送通道，其中分支中的每个流体连接到馈送通道的相应的一个或多个。

17、方案3.根据方案2所述的电机，其中，所述转子馈送凹槽包括介于所述干和所述分支之间并流体连接所述干和所述分支的冷却剂沟槽，所述冷却剂沟槽具有大于所述干的径向外端的第二横向宽度的第一横向宽度。

18、方案4.根据方案3所述的电机，其中，所述干包括在径向内端处的基部和将基部连接至干的径向外端的柱体，基部具有大于柱体的第四横向宽度的第三横向宽度。

19、方案5.根据方案2所述的电机，其中，所述分支从所述干的径向外端以斜角突出。

20、方案6.根据方案2所述的电机，其中，所述干是曲线的，并且所述分支是弓形的。

21、方案7.根据方案1所述的电机，其中，所述转子馈送凹槽包括多个冷却剂馈送凹槽，所述多个冷却剂馈送凹槽凹进到所述转子芯的端表面中并围绕所述转子芯的端表面周向间隔开，并且其中所述转子馈送通道包括多个冷却剂馈送通道，所述多个冷却剂馈送通道围绕所述转子芯周向间隔开并完全延伸通过所述转子芯。

22、方案8.根据方案1所述的电机，其中，所述转子芯包括转子盘的转子堆叠，其具有在所述转子堆叠的第一端处的第一端盘，所述转子馈送凹槽包括第一馈送凹槽集，所述第一馈送凹槽集凹进到所述第一端盘的第一表面中、围绕所述第一端盘的第一表面周向间隔开并沿着所述第一端盘的第一表面径向向外延伸。

23、方案9.根据方案8所述的电机，其中，所述转子芯进一步包括在所述转子堆叠的第二端处的第二端盘，所述转子馈送凹槽包括第二馈送凹槽集，所述第二馈送凹槽集凹进到所述第二端盘的第二表面中、围绕所述第二端盘的第二表面周向间隔开并沿着所述第二端盘的第二表面径向向外延伸。

24、方案10.根据方案9所述的电机，进一步包括第一和第二环形端板，所述第一和第二环形端板分别邻接第一和第二端盘，并分别覆盖第一和第二馈送凹槽集的开放轴向面。

25、方案11.根据方案10所述的电机，其中，所述转子馈送通道包括轴向延伸通过所述转子堆叠的第一和第二直线馈送通道集，所述第一直线馈送通道集流体连接到所述第一馈送凹槽集，并且所述第二直线馈送通道集流体连接到所述第二馈送凹槽集。

26、方案12.根据方案1所述的电机，其中，所述磁体包括多个永磁体，所述转子芯限定了穿过其中的多个轴向伸长的转子槽，所述多个轴向伸长的转子槽每个将永磁体的相应的一个固定在其中，并且所述转子馈送通道包括多个馈送通道，所述多个馈送通道每个流体连接到转子槽的相应的一个并与其相连。

27、方案13.根据方案1所述的电机，进一步包括驱动地连接到转子芯以与转子组件一致地旋转的转子轴，所述转子轴在其中限定了轴向伸长的冷却剂馈送芯，液体冷却剂通过所述轴向伸长的冷却剂馈送芯传输到转子组件中，转子馈送凹槽流体连接到冷却剂馈送芯。

28、方案14.一种机动车辆，包括：

29、车身；

30、可旋转地附接到车身的多个道路车轮；

31、直接液体冷却系统，附接到车身并可操作以循环液体冷却剂；和

32、牵引马达，附接到车身，并可操作以驱动一个或多个道路车轮，从而推进机动车辆，所述牵引马达包括：

33、附接到车身的马达外壳；

34、刚性安装在马达外壳内部的定子组件，所述定子组件包括多个电磁绕组和圆柱形定子芯，所述圆柱形定子芯包括中空中心和多个轴向伸长的定子槽，所述电磁绕组延伸通过所述多个轴向伸长的定子槽；和

35、转子组件，可旋转地安装在马达外壳内部并位于定子芯的中空中心中，与定子组件同轴并由气隙与定子组件分开，所述转子组件包括多个永磁体和圆柱形转子芯，所述圆柱形转子芯包括中空中心和多个轴向伸长的转子槽，所述多个轴向伸长的转子槽每个在其中安装永磁体的相应的一个，所述转子芯在其中限定了流体连接到多个轴向伸长的转子馈送通道的多个径向伸长的转子馈送凹槽，所述转子馈送凹槽流体连接到直接液体冷却系统以从其接收液体冷却剂，并且转子馈送通道中的每个将液体冷却剂运送到转子槽的相应的一个并运送成与包含在转子槽的相应的一个中的永磁体的目标表面直接接触。

36、方案15.一种组装电机的方法，所述电机由经由直接液体冷却系统循环到其的液体冷却剂冷却，所述方法包括：

37、接收电机的外壳；

38、将定子组件安装在外壳内部，定子组件包括定子芯和安装到定子芯的电磁绕组；

39、将转子组件可旋转地安装在外壳内部，使得转子组件与定子组件同轴并间隔开，所述转子组件包括转子芯和安装到转子芯的磁体，所述转子芯在其中限定了流体连接到轴向伸长的转子馈送通道的径向伸长的转子馈送凹槽；和

40、将所述转子馈送凹槽流体连接到所述直接液体冷却系统，以从中接收液体冷却剂，其中所述转子馈送通道将液体冷却剂运送成与所述磁体的目标表面直接接触。

41、方案16.根据方案15所述的方法，其中，所述转子馈送凹槽具有y形几何结构，所述y形几何结构具有干和从所述干的径向外端突出的一对分支，所述干具有与所述径向外端相对的径向内端，液体冷却剂通过所述径向内端馈送到所述转子组件中，并且其中所述转子馈送通道包括多个馈送通道，其中分支中的每个流体连接到相应的一个或多个馈送通道。

42、方案17.根据方案16所述的方法，其中，所述转子馈送凹槽包括介于所述干和所述分支之间并流体连接所述干和所述分支的沟槽，所述沟槽具有大于所述干的径向外端的第二横向宽度的第一横向宽度。

43、方案18.根据方案15所述的方法，其中，所述转子芯包括转子盘的转子叠堆，其具有在所述转子叠堆的第一端处的第一端盘，所述转子馈送凹槽包括第一馈送凹槽集，所述第一馈送凹槽集凹进到所述第一端盘的第一表面中、围绕所述第一端盘的第一表面周向间隔开并沿着所述第一端盘的第一表面径向向外延伸。

44、方案19.根据方案18所述的方法，其中，所述转子芯进一步包括在所述转子堆叠的第二端处的第二端盘，所述转子馈送凹槽包括第二馈送凹槽集，所述第二馈送凹槽集凹进到所述第二端盘的第二表面中、围绕所述第二端盘的第二表面周向间隔开并沿着所述第二端盘的第二表面径向向外延伸。

45、方案20.根据方案15所述的方法，其中，所述磁体包括多个永磁体，所述转子芯限定穿过其中的多个轴向伸长的转子槽，所述多个轴向伸长的转子槽每个将永磁体的相应的一个固定在其中，并且所述转子馈送通道包括多个馈送通道，所述多个馈送通道每个流体连接到转子槽的相应的一个并与其相连。