具有基于强制对流的转子冷却的电机制造技术

用于与冷却剂一起使用的旋转电机包括定子和转子组件。转子组件包括转子、转子轴、以及第一端环和第二端环。转子具有内直径表面和外直径表面以及在外直径表面附近的一组嵌入转子磁体。轴连接到转子且限定沿旋转轴线的主冷却剂通道。径向轴冷却剂通道与主冷却剂通道流体连通。端环位于转子的相对远端部处。轴冷却剂通道将冷却剂引导到转子和/或端环中，使得冷却剂轴向地流动通过转子的转子腔并经由强制对流冷却转子磁体。

【技术实现步骤摘要】
具有基于强制对流的转子冷却的电机
技术介绍
电牵引马达和电动发电机单元通常被称为旋转电机。这种电机具有通过气隙彼此隔开短距离的转子和定子。多个定子齿从圆柱形定子芯朝向转子径向突出，相邻的定子齿通过相应定子槽彼此隔开。每个定子槽均填充有导线或实心条部段，所述导线或实心条部段共同形成一组定子绕组。在多相旋转电机中，交流（“AC”）输入电压被施加到定子绕组以激励定子，从而产生旋转的定子磁场。内部永磁体（“IPM”）型电机的转子包括一组嵌入永磁体。与由上述定子绕组的顺序激励产生的电磁体不同，转子磁体建立了不随时间变化的转子磁场。定子磁场和转子磁场相互作用，以在定子-转子气隙内产生并维持力，这种力最终对转子和所连接的转子轴施加旋转。旋转电机的扭矩性能受操作温度影响。因此，热管理系统通常用于实时调节电机温度。IPM牵引马达的扭矩性能尤其高度取决于嵌入在转子钢叠片层中的转子磁体的温度。例如，铁损失的问题在高功率操作模式下发生，这种铁损失最终随着转子温度而增加并对转子温度做出贡献。在某些应用中，由于增加的成本和/或复杂性，用于减轻通常与升高的转子温度相关的一些问题的基于材料的方法（例如，使用专用耐高温转子磁体）可能是次最优的。因此，需要用于降低旋转电机内的转子/转子磁体温度的更有效可选方法。
技术实现思路
本公开涉及用于冷却旋转电机的转子的基于强制对流的方法和相关结构。本文描述的方案可以在具有一组内部永久转子磁体的转子组件内使用，所述内部永久转子磁体可以被嵌入在圆柱形转子的叠片层内。转子可以由钢或另一种适合于应用的含铁材料构成，并被封闭在环状端环之间，使得端环被设置在转子的相对远端部处。所公开的方法通过转子组件的互连冷却通道和腔的网络来循环适合于应用的冷却剂，例如自动变速器流体（“ATF”）。冷却剂最终被轴向引导通过转子。或者通过各个转子磁体的直接/润湿冷却或者通过使冷却剂通过转子腔，期望水平的对流冷却可以在不同的公开实施例中发生。这种腔在相对于转子的其它区域具有低磁通密度的转子预定区域中限定。否则，这种低磁通密度区域在很大程度上不能对电机的总体扭矩性能做出有效贡献。本方法在电机的扭矩性能最小降级的情况下允许使用未充分利用的低磁通密度区域在冷却转子磁体和周围转子时提供更大的优势。在示例性实施例中，旋转电机包括圆柱形定子和转子组件，转子通过气隙从定子隔开。转子组件包括具有旋转轴线以及内直径表面和外直径表面的圆柱形转子。如上所述，转子限定多个腔。永久转子磁体嵌入在转子内靠近外直径表面。转子组件还包括连接到转子的转子轴。转子轴限定沿旋转轴线的细长的主冷却剂通道。配置成接收冷却剂的主冷却剂通道还限定多个径向轴冷却剂通道。转子轴的每个径向轴冷却剂通道与主冷却剂通道和转子的每个腔流体连通。转子组件还包括分别位于转子的相对远端部处的第一端环和第二端环。端环限定与主冷却剂通道和转子的腔流体连通的相应环状凹穴。转子轴、转子和端环经由主冷却剂通道、径向轴冷却剂通道、腔和环状凹穴共同配置成将冷却剂沿径向和轴向引导通过转子，从而经由强制对流冷却转子磁体。在一些实施例中，转子的腔从转子的内直径表面朝向嵌入的转子磁体延伸，腔位于低磁通密度区域内。在一些实施例中，转子磁体可以被设置在腔中的相应一个中，在这种情况下，为了增加的清楚性，腔在本文中被称为“磁体腔”。可选地，腔可以位于转子轴和转子磁体之间，在这种情况下，所述腔被称为“转子腔”以从上述磁体腔区分开。转子腔可任选地包括主支路和与主支路相交的至少一个次级支路。该支路实施例可以利于冷却剂在转子的低磁通密度区域中的分布。第一端环和/或第二端环限定与转子的腔（即，取决于实施例，磁体腔或转子腔）流体连通的排放孔。排放孔可以相对于彼此均匀地隔开并且位于转子的内直径表面附近，排放孔配置成当冷却剂离开转子时将冷却剂沉积到定子上。在一些配置中，当沿旋转轴线观察转子时，转子磁体可以以大致V形配置来设置。在不同的实施例中，径向轴冷却剂通道可位于转子的轴向中点处或邻近第一端环和/或第二端环。定子可以环绕转子，使得气隙是径向气隙。在这种实施例中，电机可以配置成径向磁通型牵引马达。本文还公开了电推进系统。电推进系统包括直流（“DC”）电压总线和牵引功率逆变器模块（“TPIM”）。TPIM连接到DC电压总线并配置为从DC电压总线接收DC输入电压，以及输出交流（AC）电压。电推进系统包括多相旋转电机，该电机与冷却剂一起使用，并经由来自TPIM的AC电压激励。在该示例性实施例中，电机如上所述配置。本文还公开了一种用于使用ATF或另一种合适冷却剂来冷却旋转电机的方法。经由所公开的方法冷却的旋转电机包括位于第一端环和第二端环之间的转子，所述转子限定多个腔。根据实施例的方法包括经由泵使冷却剂循环通过由电机的转子轴限定的主冷却剂通道。主冷却剂通道沿转子轴的旋转轴线延伸，转子轴继而连接到转子。该方法可以包括将冷却剂从主冷却剂通道引导通过由转子轴限定的径向轴冷却剂通道，并直接地或者通过第一端环或第二端环进入转子的腔中的相应一个。然后，冷却剂通过由第一端环和/或第二端环限定的排放孔从转子排出。方案1.一种与冷却剂一起使用的旋转电机，所述旋转电机包括：定子；和转子组件，所述转子组件通过气隙从定子隔开，且包括：具有旋转轴线、内直径表面和外直径表面的转子，其中，所述转子限定多个腔；嵌入在转子内靠近外直径表面的转子磁体；连接到转子的转子轴，所述转子轴限定沿旋转轴线的配置成接收冷却剂的主冷却剂通道、以及多个径向轴冷却剂通道，每个径向轴冷却剂通道与主冷却剂通道和所述腔流体连通；以及分别位于转子的相对远端部处的第一端环和第二端环，第一端环和第二端环中的每个都在其中限定与主冷却剂通道流体连通的环状凹穴；其中，转子轴、转子和端环经由主冷却剂通道、径向轴冷却剂通道、腔和环状凹穴共同配置成将冷却剂引导通过转子，从而经由强制对流冷却转子磁体。方案2.根据方案1所述的旋转电机，其中，转子包括预定低磁通密度区域，且其中，所述腔从转子的内直径表面朝向预定低磁通密度区域内的转子磁体延伸。方案3.根据方案2所述的旋转电机，其中，每个腔包括主支路和与主支路相交的至少一个次级支路。方案4.根据方案1所述的旋转电机，其中，所述腔是位于外直径表面附近的磁体腔，且其中，转子磁体中的每个相应一个设置在磁体腔中的相应一个内。方案5.根据方案1所述的旋转电机，其中，第一端环和/或第二端环限定与所述腔流体连通的一组排放孔。方案6.根据方案5所述的旋转电机，其中，排放孔相对于彼此均匀地隔开并且位于转子的内直径表面附近。方案7.根据方案6所述的旋转电机，其中，排放孔配置成当冷却剂通过排放孔离开转子时将冷却剂沉积到定子上。方案8.根据方案1所述的旋转电机，其中，当沿旋转轴线观察转子时，转子磁体以大致V形配置来设置。方案9.根据方案1所述的旋转电机，其中，轴冷却剂通道位于转子的轴向中点处。方案10.根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与冷却剂一起使用的旋转电机，所述旋转电机包括：/n定子；和/n转子组件，所述转子组件通过气隙从定子隔开，且包括：/n具有旋转轴线、内直径表面和外直径表面的转子，其中，所述转子限定多个腔；/n嵌入在转子内靠近外直径表面的转子磁体；/n连接到转子的转子轴，所述转子轴限定沿旋转轴线的配置成接收冷却剂的主冷却剂通道、以及多个径向轴冷却剂通道，每个径向轴冷却剂通道与主冷却剂通道和所述腔流体连通；以及/n分别位于转子的相对远端部处的第一端环和第二端环，第一端环和第二端环中的每个都在其中限定与主冷却剂通道流体连通的环状凹穴；/n其中，转子轴、转子和端环经由主冷却剂通道、径向轴冷却剂通道、腔和环状凹穴共同配置成将冷却剂引导通过转子，从而经由强制对流冷却转子磁体。/n

【技术特征摘要】
20191101 US 16/6717321.一种与冷却剂一起使用的旋转电机，所述旋转电机包括：
定子；和
转子组件，所述转子组件通过气隙从定子隔开，且包括：
具有旋转轴线、内直径表面和外直径表面的转子，其中，所述转子限定多个腔；
嵌入在转子内靠近外直径表面的转子磁体；
连接到转子的转子轴，所述转子轴限定沿旋转轴线的配置成接收冷却剂的主冷却剂通道、以及多个径向轴冷却剂通道，每个径向轴冷却剂通道与主冷却剂通道和所述腔流体连通；以及
分别位于转子的相对远端部处的第一端环和第二端环，第一端环和第二端环中的每个都在其中限定与主冷却剂通道流体连通的环状凹穴；
其中，转子轴、转子和端环经由主冷却剂通道、径向轴冷却剂通道、腔和环状凹穴共同配置成将冷却剂引导通过转子，从而经由强制对流冷却转子磁体。


2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，转子包括预定低磁通密度区域，且其中，所述腔从转子的内直径表面朝向预定低磁通密度区域内的转子磁体延伸。

【专利技术属性】
技术研发人员：F·萨米，A·法特米，D·F·拉尔，E·B·戈姆，X·杨，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US