用于电动机的冷却环单元的制作方法

1.本发明属于被配置为安装在比如电动车辆(ev)或混合动力车辆(hv)的机动车辆上的旋转电机的领域。
2.本发明尤其涉及集成到旋转电机上的冷却系统的领域。


背景技术：

3.众所周知，电动或混合动力车辆包括需要冷却系统的电气系统，从而确保所述电气系统的正常运行操作。例如，电动或混合动力车辆包括电动机、逆变器、dc-dc转换器和车载充电器，所有这些都需要被冷却。
4.还众所周知的是，电动机被配置为经由车载高压电网、由高压电源电池供电，并传递机械动力以确保车辆的推进。这种动力传输配置被称为机械动力生成配置。在某种程度上，电动机也可以将机械动力(例如由车辆的制动动作提供)转换成通过车载高压电网进一步消耗的电功率。这种动力传输配置被称为发电配置。
5.一般来说，电动机包括定子和转子，定子包括定子绕组，指的是电动机的固定部分，转子指的是电动机的旋转部分。在机械动力生成配置中，定子绕组被配置为被供给交流(ac)电能并产生定子旋转磁场。转子包括转子轴，所述转子轴由转子的旋转来驱动并被配置为确保电动机和外部从动设备之间的机械动力的传输。
6.一般而言，对于电动机，当目标在于高功率水平时，热量损失是限制因素，这突出了冷却系统需求的重要性。因此，冷却系统需求在电动机设计过程的早期就已整合。更具体地，需要被高效冷却的电动机的主要部件是转子轴、转子芯和定子绕组。
7.众所周知，绕组通常由铜制成。当高电流流过绕组时，会产生热量损失，该热量损失可导致绕组的热故障。此外，定子绕组具有中空圆柱形状，包括两个圆形平坦端部和外部弯曲周界。然后，通过被指定为绕组端部的该两个圆形平坦端部以及通过该外部弯曲周界这二者来冷却该定子绕组。
8.一般而言，绕组端部的冷却系统包括传统的冷却喷射系统。传统的冷却喷射系统包括多个喷嘴单元，这些喷嘴单元指向绕组端部并被配置为向绕组端部引导和喷射冷却剂。最常见的冷却剂是油。
9.冷却剂的不均匀流动分布有助于产生与绕组端部的平均温度相比温度水平较高的局部区域。这些局部区域被指定为热点。热点可能导致构成定子绕组的铜材料的过早失效。
10.传统的冷却喷射系统难以在产生均匀流动分布的约束下进行设计。此外，传统的冷却喷射系统很笨重，这影响了电动机的紧凑性。


技术实现要素：

11.根据本发明，提供了一种冷却环单元，其被配置为集成到包括需要冷却的至少一个电气部件的旋转电机中。该旋转电机包括外壳、转子和具有两个绕组端部的定子。该冷却
环单元被配置为冷却该至少一个电气部件(其被指定为绕组端部)，优选为两个绕组端部中的任一个。
12.该冷却环单元使得可生成朝向绕组端部的冷却剂的均匀流动分布。由此，本发明防止了绕组端部出现热点。热点是与平均温度相比具有较高温度水平的局部区域。因此，本发明通过降低绕组端部热故障的风险来提高旋转电机的使用寿命。
13.冷却环单元具有中空圆形形状，适于使冷却剂完全到达绕组端部。冷却环单元包括至少一个入口、多个出口以及环形主体。环形主体具有凹横截面，该凹横截面适于与外壳形成封闭的大致环形空间。该封闭的大致环形空间形成连接该至少一个入口和该多个出口的冷却回路。该多个出口穿过该环形主体。
14.该封闭的大致环形空间被配置为将冷却剂从该至少一个入口引向该多个出口。然后，该多个出口被配置为向绕组端部喷射冷却剂。
15.有利地，该环形主体包括突出的环形部分，该突出的环形部分包括该多个出口。
16.有利地，该突出的环形部分包括凹横截面的向内取向的内部面和凹横截面的向外取向的外部面。
17.有利地，该突出的环形部分的外部面被配置为面向绕组端部的正面。该突出的环形部分的外部面优选地与该正面形成该突出的环形部分的第一攻角，该第一攻角大致等于45度。45度的该第一攻角允许以最佳方式瞄准该正面。
18.有利地，该环形主体可包括三个部分：第一环形部分、突出的环形部分和第二环形部分。该突出的环形部分位于第一环形部分和第二环形部分之间。因此，该突出的环形部分主要有助于使冷却剂的取向朝向该绕组端部。第一和第二环形部分主要有助于与外壳一起形成冷却回路，并确保冷却环单元在外壳中的安装。
19.根据本发明的第一实施例，该第一环形部分、该突出的环形部分和该第二环形部分具有u形截面。在本发明的第一实施例中，该第一环形部分和该第二环形部分彼此平行。然后，该突出的环形部分与该第一环形部分形成钝角，使得该第一攻角可被设定为大致等于45度。该第一和第二环形部分有利地被配置为均安装在外壳的侧外壳面上。
20.根据本发明的第二实施例，第一和第二环形部分被配置为分别安装在外壳的不同面上。例如，该第一和第二环形部分被配置为分别安装在外壳的侧外壳面和前外壳面上。
21.有利地，该至少一个入口从环形主体突出，并适于从外部冷却回路引入冷却剂。
22.有利地，该至少一个入口相对于旋转电机具有向上的位置，从而使冷却剂受益于重力。因此，冷却环单元上游的泵送需求降低。
23.有利地，该多个出口包括孔。每个孔具有带轴线的圆柱形状。每个孔的轴线的取向使得其与该正面形成大致等于45度的第二攻角。因此，每个孔都以最佳方式朝向绕组端部取向。
24.有利地，各孔具有相同的直径和相同的长度。有利地，该相同的直径位于0.4mm至2mm的范围内，并且优选地等于1mm。该相同的长度对应于该突出的环形部分的厚度，优选地位于1mm至3mm的范围内。
25.有利地，该多个出口沿着该突出的环形部分规则地分布，以确保冷却剂在绕组端部的均匀分布。
26.有利地，冷却环单元包括夹持系统，其被配置为允许将该冷却环单元夹在外壳上。
27.有利地，旋转电机包括转子、具有两个绕组端部的定子、外壳以及第一和第二冷却环单元。该第一和第二冷却环单元各自被配置为分别冷却两个绕组端部中的一个和另一个。
28.本发明的一个方面是一种电驱动装置，包括被配置为将直流电压转换为交流电压的逆变器，以及由该逆变器驱动的本发明的旋转电机，特别是由逆变器产生的交流电压驱动的旋转电机。交流电压可以是多相交流电压，特别是三相电压。
29.本发明的另一方面是一种车辆，包括用于驱动该车辆的电力驱动装置。
30.有利地，构成该冷却环单元的材料为非磁性和非导电性材料，优选为塑料材料。有利地，塑料材料是热塑性材料，优选为聚酰胺，例如具有阻燃添加剂的不加固的pa66。非磁性和非导电性材料的使用允许降低冷却环单元和绕组端部之间的间隙距离要求。因此，减小的间隙距离使得可以减小外壳的尺寸，从而降低相关成本，并提高旋转电机的紧凑性。
31.根据以下详细说明，本发明的这些和其他目的、特征、方面和优点对本领域技术人员而言将变得显而易见，该详细说明结合附图，附图公开了本发明的优选实施例。
附图说明
32.通过阅读以下说明，并参考作为非限制性示例给出的附图，将更好地理解本发明，其中相同的参考标记表示相似的物体，其中:
33.图1示出了根据本发明第一实施例的冷却环单元；
34.图2示出了包括根据本发明第二实施例的第一和第二冷却环单元的旋转电机的横截面图；
35.图3示出了旋转电机的前视图；
36.图4示出了包括根据本发明第二实施例的冷却环单元的旋转电机的放大局部横截面图；并且
37.图5示出了包括根据本发明第一实施例的冷却环单元的旋转电机的放大局部横截面图。
具体实施方式
38.本发明涉及一种冷却环单元，其被配置为集成到包括外壳和至少一个电气部件的旋转电机中并冷却该至少一个电气部件。参照图2和图3，旋转电机包括转子30(指旋转电机的旋转部分)、定子20(指电动机的固定部分)、和外壳40。定子20包括必须被冷却的两个绕组端部21。
39.参考图2和图3，下文将在冷却环单元(1a或1b)的背景下描述本发明，该冷却环单元适于安装在电动或混合动力车辆的旋转电机的外壳40中。在该上下文中，冷却环单元(1a或1b)被配置为冷却对应于两个绕组端部21中任一个(其被指定为绕组端部，但并不限制本发明的范围)的该至少一个电气部件。
40.下文提供了本发明的总体描述。
41.图1示出了根据本发明第一实施例的冷却环单元1。冷却环单元1具有中空圆形形状，适于使冷却剂完全到达绕组端部。冷却环单元1包括至少一个入口11、多个出口12、和环形主体13。
42.环形主体13具有凹横截面，其适于与旋转电机的外壳40形成封闭的大致环形空间。
43.该封闭的大致环形空间形成连接该至少一个入口11和该多个出口12的冷却回路。该冷却回路被配置为引导冷却剂，冷却剂优选为油。
44.该多个出口12穿过该环形主体13。
45.该封闭的大致环形空间被配置为将冷却剂从该至少一个入口11引向该多个出口12。然后，该多个出口12被配置为向绕组端部喷射冷却剂。
46.将在下文中详述该环形主体13。
47.有利地，参考图4和图5，该环形主体13包括突出的环形部分131，该突出的环形部分131包括该多个出口12。
48.有利地，该突出的环形部分131包括凹横截面的向内取向的内部面和凹横截面的向外取向的外部面。优选地，突出的环形部分131的内部面和/或外部面是平面。
49.有利地，绕组端部包括正面22。然后，突出的环形部分131的外部面被配置为面向该正面22。优选地，突出的环形部分131的外部面与该正面22形成该突出的环形部分131的第一攻角，该第一攻角大致等于45度。这种定位有利于使该多个出口12的方向导向绕组端部。
50.有利地，参考图4和图5，第一环形部分132、该突出的环形部分131、和第二环形部分133形成该环形主体13。换句话说，该环形主体13可以包括三个部分：第一环形部分132、突出的环形部分131和第二环形部分133。该突出的环形部分131的一端直接连接至第一环形部分132，另一端连接至第二环形部分133。换句话说，该突出的环形部分131位于该第一环形部分132和该第二环形部分133之间。因此，该突出的环形部分131主要有助于使冷却剂的取向朝向绕组端部。该第一环形部分132和该第二环形部分133主要有助于与外壳40一起形成冷却回路，并确保冷却环单元1在外壳40中的安装。
51.根据本发明的第一实施例，参考图5，第一环形部分132、突出的环形部分131和第二环形部分133具有u形截面。在本发明的第一实施例中，该第一环形部分132平行于该第二环形部分133。此外，该突出的环形部分131与该第一环形部分132形成钝角，使得第一攻角可以被设定为大致等于45度。该钝角优选为135度。该第一环形部分132和该第二环形部分133被配置为均安装在外壳40的侧外壳面42上。
52.根据本发明的第二实施例，参见图4，该第一环形部分132适于安装在外壳40的侧外壳面42上。此外，在本发明的第二实施例中，该第二环形部分133适于安装在外壳40的前外壳面41上。换句话说，第一环形部分(132)和第二环形部分(133)被配置为分别安装在外壳(40)的不同面上。
53.第一环形部分132和第二环形部分133不限于前述实施例，前提是它们允许突出的环形部分131的外部面以大致等于45度的第一攻角面向该正面22。该第一环形部分132和该第二环形部分133的实施例主要取决于冷却环单元1在外壳40中的安装方法。
54.有利地，构成冷却环单元1的材料为非磁性和非导电性材料，优选为塑料材料。有利地，塑料材料是热塑性材料，优选为聚酰胺，例如具有阻燃添加剂的不加固的pa66。非磁性和非导电性材料的使用允许减少冷却环单元1和绕组端部之间的间隙距离要求。间隙距离要求的考量允许避免电磁干扰现象对绕组端部的干扰。此外，减小的间隙距离使得可以
减小外壳40的尺寸，从而降低相关成本，并提高旋转电机的紧凑性。
55.将在下文中详述该入口11。
56.有利地，参考图1，至少一个入口11从环形主体13突出，适于从外部冷却回路向冷却环单元1内部输入冷却剂。
57.有利地，该至少一个入口11相对于旋转电机具有向上的位置，从而使冷却剂受益于重力。因此，降低了冷却环单元1上游的泵送需求。
58.将在下文中详述该多个出口12。
59.有利地，参考图4，该多个出口12包括孔。每个孔具有带轴线的圆柱形状。
60.有利地，每个孔的轴线的取向使得其与该正面22形成大致等于45度的第二攻角。
61.有利地，孔具有相同的直径和相同的长度。该相同的直径优选地在0.4mm到2mm的范围内，并且优选地等于1mm。该相同的长度对应于该突出的环形部分131的厚度，优选地在1mm到3mm的范围内。
62.有利地，孔12沿着该突出的环形部分131规则地分布，以确保冷却剂在绕组端部上的均匀分布。优选有90个孔12。
63.将在下文中详述该冷却环单元1在外壳40中的安装方法。
64.有利地，冷却环单元1被配置为胶合到旋转电机的外壳40上。
65.替代地，冷却环单元1可包括夹持系统，该夹持系统被配置为允许将冷却环单元1夹在旋转电机的外壳40上。根据前面介绍的本发明的第二实施例，参考图4，第一环形部分132安装在侧外壳面42上，第二环形部分133安装在前外壳面41上。在本发明的第二实施例中，冷却环单元1被夹在外壳40的侧向元件和外壳40的端罩之间。
66.下文提供了图2和图3中所示旋转电机实施例的说明，包括第一冷却环单元1a和第二冷却环单元1b。第一冷却环1a单元的实施例可以不同于第二冷却环1b单元的实施例。
67.如前所述，旋转电机包括转子30、具有两个绕组端部21的定子20、以及外壳40。有利地，第一冷却环单元1a和第二冷却环单元1b各自适于安装在外壳40中，并且分别冷却两个绕组端部21中的一个和另一个。
68.尽管已参照多个示例实施例对各实施例进行了描述，但应理解的是，本领域技术人员可设想出许多其他修改和实施例，这些修改和实施例将落入本发明原理的精神和范围内。
69.下文将详细说明本发明的技术优势。
70.简而言之，本发明提供了被配置为集成到包括外壳和所述至少一个电气部件的旋转电机中的冷却环单元。
71.与传统的冷却喷射系统相比，本发明具有热优势。本发明允许产生通过所有的所述多个出口喷射的冷却剂的均匀流动分布。因此，本发明防止在所述至少一个电气部件(例如绕组端部)中出现热点，热点会导致绕组端部可能的过早热失效。
72.有利地，本发明在设计和制造方法上提供了很大的灵活性。
73.关于设计方法，孔的数量、直径、长度和轴线易于调节，以实现所需的热效率水平。
74.关于制造方法，本发明提供了旋转电机制造过程中后期安装阶段的可能性。
75.有利地，本发明有助于提高旋转电机的成本效率。独立于旋转电机的外壳，本发明可以由比外壳更便宜的材料构成，例如塑料材料。
76.此外，有利地，本发明使用非磁性和/或非导电性材料减小了冷却环单元和绕组端部之间的间隙距离。因此，与使用磁性和/或导电性材料的冷却方案相比，本发明允许节省空间并且需要更小的外壳。因此，本发明有助于成本效率、减轻重量和提高旋转电机的紧凑性。
77.旋转电机特别地为电动机，并且可作为电驱动装置的一部分；除旋转电机外，电驱动装置还包括逆变器，该逆变器被配置为将例如电池等提供的直流电压转换为交流电压。交流电压特别地为三相电压，且用于驱动旋转电机。该电驱动装置可用于驱动车辆。

技术特征：
1.一种具有中空圆形形状的冷却环单元(1)，被配置为集成到包括外壳(40)和至少一个电气部件的旋转电机中，所述冷却环单元(1)包括：至少一个入口(11)，多个出口(12)，以及具有凹横截面的环形主体(13)，所述凹横截面适于与所述旋转电机的所述外壳(40)形成封闭的大致环形空间，所述封闭的大致环形空间形成连接所述至少一个入口(11)和所述多个出口(12)的冷却回路，所述封闭的大致环形空间被配置为引导冷却剂，所述多个出口(12)贯穿所述环形主体(13)而形成，并且所述冷却环单元(1)被配置为通过所述多个出口(12)喷射冷却剂，以冷却所述旋转电机的所述至少一个电气部件。2.根据权利要求1所述的冷却环单元(1)，其中，所述环形主体(13)包括突出的环形部分(131)，所述突出的环形部分(131)包括所述多个出口(12)。3.根据前一权利要求所述的冷却环单元(1)，其中，所述突出的环形部分(131)包括所述凹横截面的向内取向的内部面和所述凹横截面的向外取向的外部面。4.根据前一权利要求所述的冷却环单元(1)，其中，所述突出的环形部分(131)的所述外部面被配置为面向所述至少一个电气部件的正面(22)，所述突出的环形部分(131)的所述外部面与所述正面(22)形成所述突出的环形部分(131)的第一攻角，所述第一攻角大致等于45度。5.根据权利要求2至4中任一项所述的冷却环单元(1)，其中，第一环形部分(132)、所述突出的环形部分(131)和第二环形部分(133)形成所述环形主体(13)，其中，所述突出的环形部分(131)的一端直接连接至所述第一环形部分(132)并且另一端直接连接至所述第二环形部分(133)。6.根据前一权利要求所述的冷却环单元(1)，其中，所述第一环形部分(132)、所述突出的环形部分(131)和所述第二环形部分(133)具有u形截面，其中，所述第一环形部分(132)平行于所述第二环形部分(133)，所述突出的环形部分(131)与所述第一环形部分(132)形成钝角，所述第一环形部分(132)和所述第二环形部分(133)被配置为安装在所述外壳(40)的侧外壳面(42)上。7.根据权利要求5所述的冷却环单元(1)，其中，所述第一环形部分(132)被配置为安装在所述外壳(40)的所述侧外壳面(42)上，所述第二环形部分(133)被配置为安装在所述外壳(40)的前外壳面(41)上。8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却环单元(1)，其中，所述至少一个入口(11)从所述环形主体(13)突出，所述至少一个入口(11)适于将冷却剂从外部冷却回路引入所述冷却环单元(1)内部。9.根据前述权利要求中任一项所述的冷却环单元(1)，其中，所述多个出口(12)包括孔，每个孔具有带轴线的圆柱形状，每个孔的每个轴线被定向为使得其与所述正面(22)形成第二攻角，所述第二攻角大致等于45度。10.根据前一权利要求所述的冷却环单元(1)，其中，所述孔具有相同的直径，所述相同的直径为0.4mm至2mm，并且优选地等于1mm。
11.根据前述权利要求中任一项所述的冷却环单元(1)，其中，所述多个出口(12)沿着所述突出的环形部分(131)规则地分布。12.根据前述权利要求中任一项所述的冷却环单元(1)，其中，所述冷却环单元(1)包括夹持系统，所述夹持系统被配置为允许将所述冷却环单元(1)夹在所述旋转电机的所述外壳(40)上。13.一种旋转电机，包括转子(30)、具有两个绕组端部(21)的定子(20)、外壳(40)、以及第一冷却环单元(1a)和第二冷却环单元(1b)，所述第一冷却环单元(1a)和所述第二冷却环单元(1b)为根据权利要求1至12中任一项所述的冷却环单元，所述第一冷却环单元(1a)和所述第二冷却环单元(1b)各自被配置为分别冷却所述两个绕组端部(21)中的一个和另一个。

技术总结
本发明涉及一种具有中空圆形形状的冷却环单元(1)，被配置为集成到包括外壳和至少一个电气部件的旋转电机中，所述冷却环单元(1)包括：至少一个入口(11)、多个出口(12)、以及具有凹横截面的环形本体(13)，该凹横截面适于与所述旋转电机的所述外壳形成封闭的大致环形空间，所述封闭的大致环形空间形成连接所述至少一个入口和所述多个出口(12)的冷却回路，所述封闭的大致环形空间被配置为引导冷却剂，所述多个出口(12)贯穿所述环形主体(13)而形成，并且所述冷却环单元(1)被配置为通过所述多个出口(12)喷射冷却剂，以便冷却所述至少一个电气部件。气部件。气部件。


技术研发人员：P
受保护的技术使用者：法雷奥新能源汽车德国有限责任公司
技术研发日：2021.09.20
技术公布日：2023/8/1