用于內部永磁電機的磁體的直接液體冷卻系統和方法與流程

背景技術：

技術實現思路

1、本文提出的是用于電機的永磁體的直接液體冷卻系統、用于制造此類冷卻系統的方法和用于操作此類冷卻系統的方法，以及裝備有ipm牽引馬達的機動車輛，該ipm牽引馬達具有由此類系統冷卻的轉子封裝的永磁體。作為示例，多相acpm馬達包含具有轉子芯的pm軸承轉子組件，該轉子芯由鐵磁性盤的層壓堆疊形成。這些堆疊的盤共同限定了軸向伸長的轉子槽，所述軸向伸長的轉子槽布置在周向間隔開的磁極的集合中，并在其中固定分立的永磁體。轉子芯被鍵連接、花鍵連接或以其他方式驅動接合到具有中空芯的馬達軸，介電冷卻劑流體通過該中空芯饋送到轉子組件中。在轉子芯堆疊的近端和遠端處的前轉子盤和后轉子盤包括徑向伸長的冷卻劑饋送凹槽，該徑向伸長的冷卻劑饋送凹槽在旋轉轉子的離心力下將冷卻劑流體從馬達軸芯傳輸到與轉子槽相連的軸向伸長的冷卻劑饋送通道。每個冷卻劑饋送凹槽可以具有y形幾何結構，其具有與馬達軸芯流體連接的干(stem)(“下降部”)和兩個分支(“對角行程”)，所述兩個分支每個與相應的一對pm轉子槽流體連接。為了確保冷卻劑連續且均勻地饋送到每個轉子槽，干的底端可以具有用于接收流體的擴大的基部，并且干的頂端可以具有用于匯集(pool)冷卻劑流體的擴大的溝槽部。冷卻劑從前盤并且在向后的方向上通過軸向伸長的饋送通道的第一子集饋送，而冷卻劑從后盤并且在向前的方向上通過軸向伸長的饋送通道的不同的第二子集饋送。

2、對于公開的概念的至少一些的附帶益處包括具有優化的冷卻劑導管架構的直接液體冷卻系統，以用于轉子安裝的永磁體的目標表面的直接接觸冷卻。公開的設計使得液體冷卻劑能夠被直接饋送到轉子芯壓層中的pm槽，以接觸磁體，其中伴隨著磁體操作溫度的降低。端盤中獨特的冷卻劑饋送設計可以使得冷卻劑在馬達操作期間能夠到達所有的磁體槽，使得冷卻劑跨每個磁體槽的整個軸向長度流動，并因此跨包含在其中的每個磁體流動。端盤中的y形冷卻劑凹槽被工程設計成通過允許冷卻劑匯集在凹槽中心處的溝槽中來將冷卻劑引導至兩個分支。這使得一個y形冷卻劑饋送凹槽能夠將計量供應的冷卻劑傳輸到四個或更多pm轉子槽中的每一個，這簡化了冷卻劑管道，減少了冷卻劑充注量，并降低了包裝要求。

3、本公開的方面提出了用于調節電機中磁體的操作溫度的直接液體冷卻系統，所述電機諸如是馬達、發電機、變壓器、電感器、測力計、轉換器等。根據示例，提出了一種由直接液體冷卻系統冷卻的電機，該直接液體冷卻系統是控制器操作的以使諸如導熱介電油的液體冷卻劑循環通過電機。電機包括保護性外殼、剛性安裝在外殼內部的定子組件和可旋轉地附接到外殼、與定子組件同軸并與其間隔開的轉子組件。定子組件包括具有一個或多個電磁繞組的定子芯，所述一個或多個電磁繞組諸如是安裝到定子芯的u形銅發夾。轉子組件包括具有一個或多個磁體的轉子芯，所述一個或多個磁體諸如是安裝到轉子芯的硬鐵氧體永磁體。轉子芯在其中限定了一個或多個徑向伸長的轉子饋送凹槽，該轉子饋送凹槽流體連接到一個或多個軸向伸長的轉子饋送通道。(多個)轉子饋送凹槽流體連接到直接液體冷卻系統，以從其接收液體冷卻劑。每個轉子饋送通道從(多個)饋送凹槽接收液體冷卻劑，并將冷卻劑運送成與磁體的目標表面直接接觸。

4、本公開的附加方面針對具有多相無刷acpm牽引馬達的電驅動車輛，該多相無刷acpm牽引馬達包含經由直接液體冷卻來冷卻的轉子安裝的磁體。如本文使用的，術語“車輛”和“機動車輛”可以可互換地并且同義地使用以包括任何相關的車輛平臺，諸如客車(ice、hev、fev、燃料電池、全自主和部分自主的等等)、商用車輛、工業車輛、履帶式車輛、越野和全地形車輛(atv)、摩托車、農用設備、船只、飛行器等。對于非汽車應用，可以將公開的概念用于任何邏輯上相關的使用，包括商用或家用發電機、渦輪機、泵送裝備、壓縮機、機床、交流發電機等。在示例中，機動車輛包括具有乘客車廂的車身、安裝到車身的多個道路車輪(例如，經由耦合到一體式車身或車架上車身底盤的拐角模塊)、以及其他標準原始裝備。對于電驅動車輛應用，一個或多個電力牽引馬達單獨操作(例如，對于fev動力系)或與內燃機組件結合操作(例如，對于hev動力系)，以驅動一個或多個道路車輪并推進車輛。

5、繼續前面的討論，直接液體冷卻系統包裝在車身內，并且選擇性地可操作以使液體冷卻劑循環通過(多個)牽引馬達。每個牽引馬達包括保護性馬達外殼，該保護性馬達外殼附接到車身并在其中剛性安裝定子組件。定子組件包括具有中空中心和軸向伸長定子槽的圓柱形定子芯，多個電磁繞組延伸通過該中空中心和軸向伸長定子槽。可旋轉地安裝在馬達外殼內部的是pm軸承的轉子組件，該pm軸承的轉子組件位于定子芯的中空中心中，與定子組件同軸并由氣隙與定子組件分開。轉子組件包括具有中空中心和軸向伸長轉子槽的轉子芯，轉子槽中的每個在其中安裝相應的永磁體。轉子芯包括流體連接到軸向伸長的轉子饋送通道的徑向伸長的轉子饋送凹槽。每個轉子饋送凹槽流體連接到直接液體冷卻系統，以從其接收液體冷卻劑。每個轉子饋送通道將接收的液體冷卻劑運送到轉子槽的相應的一個，并運送成與包含在轉子槽中的相應的一個中的永磁體的目標表面直接接觸。

6、本公開的方面還針對用于操作或用于生產公開的轉子組件、電機和/或車輛中的任一個的制造工作流過程、系統控制邏輯和計算機可讀介質(crm)。在示例中，提出了一種用于組裝電機的方法。這個代表性的方法以任何次序以及以與任何上面和下面公開的選項和特征的任何組合包括：接收電機的外殼；將定子組件安裝在外殼內部，定子組件包括定子芯和安裝到定子芯的電磁繞組；將轉子組件可旋轉地安裝在外殼內部，使得轉子組件與定子組件同軸并間隔開，轉子組件包括轉子芯和安裝到轉子芯的磁體，轉子芯在其中限定了流體連接到軸向伸長的轉子饋送通道的徑向伸長的轉子饋送凹槽；以及將轉子饋送凹槽流體連接到直接液體冷卻系統以從其接收液體冷卻劑，其中轉子饋送通道將液體冷卻劑運送成與磁體的目標表面直接接觸。

7、對于公開的電機、車輛和方法中的任一個，每個轉子饋送凹槽可以具有y形幾何結構，該y形幾何結構具有從干的徑向外端徑向向外突出的一對分支。在這個實例中，干具有與其徑向外端相對的徑向內端，液體冷卻劑通過該徑向內端饋送到轉子組件中。每個饋送凹槽分支可以與饋送通道的相應的一個流體耦合，并將液體冷卻劑饋送到饋送通道的相應的一個。作為另一選項，每個轉子饋送凹槽可以包括冷卻劑溝槽，該冷卻劑溝槽介于干和兩個分支之間并流體連接干和兩個分支。冷卻劑溝槽具有擴大的(第一)橫向寬度，該(第一)橫向寬度大于干的徑向外端的狹窄的(第二)橫向寬度。在這個實例中，干可以包括位于干的徑向內端處的基部和將基部連接到干的徑向外端的柱體。基部可以具有可變的(第三)橫向寬度，該(第三)橫向寬度大于柱體的固定的(第四)橫向寬度。干分支可以從干的徑向外端以斜角突出。附加地，干可以是曲線的，并且分支可以是弓形的。

8、對于公開的電機、車輛和方法中的任一個，轉子芯可以包括多個徑向伸長的冷卻劑饋送凹槽，所述冷卻劑饋送凹槽凹進到轉子芯的端表面中并圍繞轉子芯的端表面周向間隔開。同樣，轉子芯可以包括多個軸向伸長的冷卻劑饋送通道，所述冷卻劑饋送通道圍繞轉子芯周向間隔開并完全延伸通過轉子芯。作為另一選擇，轉子芯可以包括轉子盤堆疊，該轉子盤堆疊在轉子堆疊的前(第一)端處具有前(第一)端盤。在這個實例中，前(第一)冷卻劑饋送凹槽集可以凹進到前(第一)端盤的前(第一)表面中、圍繞前(第一)端盤的前(第一)表面周向間隔開并沿著前(第一)端盤的前(第一)表面徑向向外延伸。轉子芯還可以包括在轉子堆疊的后(第二)端處的后(第二)端盤。在這個實例中，后(第二)饋送凹槽集可以凹進到后(第二)端盤的后(第二)表面中、圍繞后(第二)端盤的后(第二)表面周向間隔開并沿著后(第二)端盤的后(第二)表面徑向向外延伸。轉子芯可以包括一對(第一和第二)直線饋送通道集，其軸向延伸通過轉子堆疊；每個直線冷卻劑饋送通道集流體連接到相應的y形冷卻劑饋送凹槽集。一對(第一和第二)環形端板可以每個鄰接端盤的相應的一個，并且在這樣做時，覆蓋那個相應端盤中的饋送凹槽的開放軸向面。

9、對于公開的電機、車輛和方法中的任一個，轉子組件可以包含多個永磁體，并且轉子芯可以限定穿過其中的多個軸向伸長的轉子槽，所述轉子槽中的每一個將永磁體中的相應的一個固定在其中。在這個實例中，轉子芯可以包括多個軸向伸長的饋送通道，所述饋送通道中的每一個流體連接到轉子槽的相應的一個并與其相連，例如，使得液體冷卻劑跨pm的整個軸向長度流動并接觸pm的整個軸向長度。馬達軸可以驅動地連接到轉子芯，以與轉子組件一致地旋轉。在這個實例中，馬達軸在其中限定了軸向伸長的冷卻劑饋送芯，通過該冷卻劑饋送芯從直接液體冷卻系統接收液體冷卻劑并將其傳輸到轉子組件中。每個轉子饋送凹槽可以流體連接到冷卻劑饋送芯。

10、以上
技術實現要素：
不表示本公開的每個實施例或每個方面。更確切地說，前述發明內容僅提供了本文闡述的一些新奇概念和特征的概要。當結合附圖和所附權利要求理解時，本公開的上述特征和優點以及其他特征和伴隨的優點將根據針對實行本公開的圖示示例和代表性模式的以下具體實施方式是顯而易見的。此外，本公開明確地包括以上和以下呈現的元件和特征的任何和所有組合和子組合。

11、本發明還包括如下方案。

12、方案1.一種電機，所述電機由經由直接液體冷卻系統循環到其的液體冷卻劑冷卻，所述電機包括：

13、外殼；

14、定子組件，位于外殼內部并包括定子芯和安裝到定子芯的電磁繞組；和

15、轉子組件，可旋轉地附接到外殼，與定子組件同軸并與定子組件間隔開，轉子組件包括轉子芯和安裝到轉子芯的磁體，轉子芯在其中限定流體連接到軸向伸長的轉子饋送通道的徑向伸長的轉子饋送凹槽，轉子饋送凹槽被配置成流體連接到直接液體冷卻系統以從其接收液體冷卻劑，并且轉子饋送通道將液體冷卻劑運送成與磁體的目標表面直接接觸。

16、方案2.根據方案1所述的電機，其中，所述轉子饋送凹槽具有y形幾何結構，所述y形幾何結構具有干和從所述干的徑向外端突出的一對分支，所述干具有與所述徑向外端相對的徑向內端，液體冷卻劑通過所述徑向內端饋送到所述轉子組件中，并且其中所述轉子饋送通道包括多個饋送通道，其中分支中的每個流體連接到饋送通道的相應的一個或多個。

17、方案3.根據方案2所述的電機，其中，所述轉子饋送凹槽包括介于所述干和所述分支之間并流體連接所述干和所述分支的冷卻劑溝槽，所述冷卻劑溝槽具有大于所述干的徑向外端的第二橫向寬度的第一橫向寬度。

18、方案4.根據方案3所述的電機，其中，所述干包括在徑向內端處的基部和將基部連接至干的徑向外端的柱體，基部具有大于柱體的第四橫向寬度的第三橫向寬度。

19、方案5.根據方案2所述的電機，其中，所述分支從所述干的徑向外端以斜角突出。

20、方案6.根據方案2所述的電機，其中，所述干是曲線的，并且所述分支是弓形的。

21、方案7.根據方案1所述的電機，其中，所述轉子饋送凹槽包括多個冷卻劑饋送凹槽，所述多個冷卻劑饋送凹槽凹進到所述轉子芯的端表面中并圍繞所述轉子芯的端表面周向間隔開，并且其中所述轉子饋送通道包括多個冷卻劑饋送通道，所述多個冷卻劑饋送通道圍繞所述轉子芯周向間隔開并完全延伸通過所述轉子芯。

22、方案8.根據方案1所述的電機，其中，所述轉子芯包括轉子盤的轉子堆疊，其具有在所述轉子堆疊的第一端處的第一端盤，所述轉子饋送凹槽包括第一饋送凹槽集，所述第一饋送凹槽集凹進到所述第一端盤的第一表面中、圍繞所述第一端盤的第一表面周向間隔開并沿著所述第一端盤的第一表面徑向向外延伸。

23、方案9.根據方案8所述的電機，其中，所述轉子芯進一步包括在所述轉子堆疊的第二端處的第二端盤，所述轉子饋送凹槽包括第二饋送凹槽集，所述第二饋送凹槽集凹進到所述第二端盤的第二表面中、圍繞所述第二端盤的第二表面周向間隔開并沿著所述第二端盤的第二表面徑向向外延伸。

24、方案10.根據方案9所述的電機，進一步包括第一和第二環形端板，所述第一和第二環形端板分別鄰接第一和第二端盤，并分別覆蓋第一和第二饋送凹槽集的開放軸向面。

25、方案11.根據方案10所述的電機，其中，所述轉子饋送通道包括軸向延伸通過所述轉子堆疊的第一和第二直線饋送通道集，所述第一直線饋送通道集流體連接到所述第一饋送凹槽集，并且所述第二直線饋送通道集流體連接到所述第二饋送凹槽集。

26、方案12.根據方案1所述的電機，其中，所述磁體包括多個永磁體，所述轉子芯限定了穿過其中的多個軸向伸長的轉子槽，所述多個軸向伸長的轉子槽每個將永磁體的相應的一個固定在其中，并且所述轉子饋送通道包括多個饋送通道，所述多個饋送通道每個流體連接到轉子槽的相應的一個并與其相連。

27、方案13.根據方案1所述的電機，進一步包括驅動地連接到轉子芯以與轉子組件一致地旋轉的轉子軸，所述轉子軸在其中限定了軸向伸長的冷卻劑饋送芯，液體冷卻劑通過所述軸向伸長的冷卻劑饋送芯傳輸到轉子組件中，轉子饋送凹槽流體連接到冷卻劑饋送芯。

28、方案14.一種機動車輛，包括：

29、車身；

30、可旋轉地附接到車身的多個道路車輪；

31、直接液體冷卻系統，附接到車身并可操作以循環液體冷卻劑；和

32、牽引馬達，附接到車身，并可操作以驅動一個或多個道路車輪，從而推進機動車輛，所述牽引馬達包括：

33、附接到車身的馬達外殼；

34、剛性安裝在馬達外殼內部的定子組件，所述定子組件包括多個電磁繞組和圓柱形定子芯，所述圓柱形定子芯包括中空中心和多個軸向伸長的定子槽，所述電磁繞組延伸通過所述多個軸向伸長的定子槽；和

35、轉子組件，可旋轉地安裝在馬達外殼內部并位于定子芯的中空中心中，與定子組件同軸并由氣隙與定子組件分開，所述轉子組件包括多個永磁體和圓柱形轉子芯，所述圓柱形轉子芯包括中空中心和多個軸向伸長的轉子槽，所述多個軸向伸長的轉子槽每個在其中安裝永磁體的相應的一個，所述轉子芯在其中限定了流體連接到多個軸向伸長的轉子饋送通道的多個徑向伸長的轉子饋送凹槽，所述轉子饋送凹槽流體連接到直接液體冷卻系統以從其接收液體冷卻劑，并且轉子饋送通道中的每個將液體冷卻劑運送到轉子槽的相應的一個并運送成與包含在轉子槽的相應的一個中的永磁體的目標表面直接接觸。

36、方案15.一種組裝電機的方法，所述電機由經由直接液體冷卻系統循環到其的液體冷卻劑冷卻，所述方法包括：

37、接收電機的外殼；

38、將定子組件安裝在外殼內部，定子組件包括定子芯和安裝到定子芯的電磁繞組；

39、將轉子組件可旋轉地安裝在外殼內部，使得轉子組件與定子組件同軸并間隔開，所述轉子組件包括轉子芯和安裝到轉子芯的磁體，所述轉子芯在其中限定了流體連接到軸向伸長的轉子饋送通道的徑向伸長的轉子饋送凹槽；和

40、將所述轉子饋送凹槽流體連接到所述直接液體冷卻系統，以從中接收液體冷卻劑，其中所述轉子饋送通道將液體冷卻劑運送成與所述磁體的目標表面直接接觸。

41、方案16.根據方案15所述的方法，其中，所述轉子饋送凹槽具有y形幾何結構，所述y形幾何結構具有干和從所述干的徑向外端突出的一對分支，所述干具有與所述徑向外端相對的徑向內端，液體冷卻劑通過所述徑向內端饋送到所述轉子組件中，并且其中所述轉子饋送通道包括多個饋送通道，其中分支中的每個流體連接到相應的一個或多個饋送通道。

42、方案17.根據方案16所述的方法，其中，所述轉子饋送凹槽包括介于所述干和所述分支之間并流體連接所述干和所述分支的溝槽，所述溝槽具有大于所述干的徑向外端的第二橫向寬度的第一橫向寬度。

43、方案18.根據方案15所述的方法，其中，所述轉子芯包括轉子盤的轉子疊堆，其具有在所述轉子疊堆的第一端處的第一端盤，所述轉子饋送凹槽包括第一饋送凹槽集，所述第一饋送凹槽集凹進到所述第一端盤的第一表面中、圍繞所述第一端盤的第一表面周向間隔開并沿著所述第一端盤的第一表面徑向向外延伸。

44、方案19.根據方案18所述的方法，其中，所述轉子芯進一步包括在所述轉子堆疊的第二端處的第二端盤，所述轉子饋送凹槽包括第二饋送凹槽集，所述第二饋送凹槽集凹進到所述第二端盤的第二表面中、圍繞所述第二端盤的第二表面周向間隔開并沿著所述第二端盤的第二表面徑向向外延伸。

45、方案20.根據方案15所述的方法，其中，所述磁體包括多個永磁體，所述轉子芯限定穿過其中的多個軸向伸長的轉子槽，所述多個軸向伸長的轉子槽每個將永磁體的相應的一個固定在其中，并且所述轉子饋送通道包括多個饋送通道，所述多個饋送通道每個流體連接到轉子槽的相應的一個并與其相連。