包括借助于傳熱流體和空氣冷卻的車輛驅(qū)動組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于電動車輛的驅(qū)動組件(10)，所述驅(qū)動組件(10)由電動馬達(dá)(11)形成，所述電動馬達(dá)(11)被安裝成與車輛的車輪(15)接合，所述電動馬達(dá)包括：轉(zhuǎn)子(14)，所述轉(zhuǎn)子(14)被安裝成能夠經(jīng)由靠近車輪(15)的內(nèi)軸承(12)和離車輪(15)一定距離處的外軸承(13)在定子(19)中旋轉(zhuǎn)，和磁性組件，所述磁性組件適于使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。馬達(dá)的轉(zhuǎn)子(14)設(shè)置有熱管(1)，所述熱管(1)包括至少一個冷凝區(qū)域(3)和至少一個用于傳熱液體的蒸發(fā)區(qū)域(2)。熱管的蒸發(fā)區(qū)域(2)在內(nèi)軸承(12)的內(nèi)部沿軸向延伸。
【專利說明】包括借助于傳熱流體和空氣冷卻的車輛驅(qū)動組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電動車輛的驅(qū)動組件，所述組件由電動馬達(dá)組成，所述電動馬達(dá)安裝成與車輛的車輪接合，從而當(dāng)用電能為馬達(dá)提供動力時驅(qū)動該車輪的旋轉(zhuǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動馬達(dá)目前是公知的并且它們的用途目前已經(jīng)延伸至幾乎所有活動范圍，包括輸送和特別是機(jī)動車領(lǐng)域。它們出色的效率和因此它們低水平的燃料消耗、它們低的噪聲水平、它們的緊湊性等，使得它們在數(shù)量不斷增加的應(yīng)用中越來越受到關(guān)注。
[0003]然而，盡管對于某些性能方面已經(jīng)取得顯著進(jìn)步，仍然存在某些明顯的缺點。這特別是具有與馬達(dá)的升溫相關(guān)的問題的情況，特別是在需要延長操作和/或較高動力的應(yīng)用中。此外，在大多數(shù)電動馬達(dá)中，轉(zhuǎn)子經(jīng)受巨大的電磁感應(yīng)受熱。馬達(dá)軸會達(dá)到極高的操作溫度。通過與滾動軸承的點接觸，一些熱能通過傳導(dǎo)從馬達(dá)芯部排出至外殼外側(cè)，也通過輻射排出。轉(zhuǎn)子周圍的物質(zhì)越熱，該熱損失越小。這造成轉(zhuǎn)子溫度的自然升高。
[0004]在與例如圖2中顯示的相同的電動車輛驅(qū)動組件中，該高溫對馬達(dá)的永磁體(當(dāng)電動車輛驅(qū)動組件具有永磁體時)的特征產(chǎn)生負(fù)面影響，也對某些機(jī)械零件(例如滾動軸承和密封件)的可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響，所述機(jī)械零件位于在與馬達(dá)所聯(lián)接的車輪的界面區(qū)域中的馬達(dá)輸出側(cè)。
[0005]專利申請W02004/107535提出一種特別是用于機(jī)動車輛的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)器，所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)器具有冷卻和將機(jī)器中產(chǎn)生的熱排出至外側(cè)的裝置。冷卻和排出裝置包括至少一個設(shè)備，所述設(shè)備包括傳熱流體，所述傳熱流體能夠通過第一狀態(tài)變化從周圍吸熱，并且在另一狀態(tài)變化中使熱返回至周圍；并且包括用于使該流體在產(chǎn)熱區(qū)域和排熱區(qū)域之間循環(huán)的路徑。該概念可以用于機(jī)動車輛的交流發(fā)電機(jī)、起動機(jī)或交流發(fā)電起動機(jī)。此外，設(shè)施的目的特別在于排出由整流器設(shè)備(特別是二極管)產(chǎn)生的熱。所述交流發(fā)電機(jī)也安裝有風(fēng)扇，所述風(fēng)扇以產(chǎn)生冷卻空氣的循環(huán)這樣的方式設(shè)置。
[0006]所述文獻(xiàn)描述了安裝特定用于交流發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電起動機(jī)的熱管的方式并且不能直接再應(yīng)用于電動車輛驅(qū)動組件。
[0007]為了緩解這些各種缺點，本發(fā)明提供了各種技術(shù)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]首先，本發(fā)明的第一個主題是提供車輛驅(qū)動組件，所述車輛驅(qū)動組件促進(jìn)有效地排出在操作過程中產(chǎn)生的熱能。
[0009]本發(fā)明的另一個目的是提供用于車輛的驅(qū)動組件，所述驅(qū)動組件在這樣的條件下運(yùn)行:延長在車輪和馬達(dá)之間的界面處的密封件的壽命并且避免該密封件的可能的過早劣化。
[0010]為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供一種電動車輛驅(qū)動組件，所述電動車輛驅(qū)動組件由如下組成:電動馬達(dá)，所述電動馬達(dá)安裝成與車輛的車輪接合，從而當(dāng)用電能為所述馬達(dá)提供動力時驅(qū)動該車輪的旋轉(zhuǎn)，電動馬達(dá)包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被安裝從而能夠通過車輪附近的內(nèi)部滾動軸承和離車輪一定距離處的外部滾動軸承的介入而在定子中旋轉(zhuǎn)；電動馬達(dá)還包括磁性組件，所述磁性組件設(shè)有安裝在定子上的部分和安裝在轉(zhuǎn)子上的部分，并且被設(shè)計成驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，馬達(dá)的轉(zhuǎn)子設(shè)有熱管，所述熱管包括至少一個用于冷凝的冷凝區(qū)域和至少一個用于蒸發(fā)傳熱液體的蒸發(fā)區(qū)域，熱管的蒸發(fā)區(qū)域在內(nèi)部滾動軸承的內(nèi)部沿軸向延伸。
[0011]所述解決方案有利地提供一種驅(qū)動組件，所述驅(qū)動組件的馬達(dá)包括一個或多個熱管，所述熱管從滾動軸承和密封件的區(qū)域(在車輪附近的蒸發(fā)區(qū)域)朝向設(shè)置在位于車輪的相對側(cè)上的馬達(dá)的輸出部處的冷凝區(qū)域沿軸向延伸。熱管用于從熱區(qū)域中收集熱能并且將熱能傳輸至另一側(cè)(冷卻區(qū)域)。
[0012]該解決方案使得有可能不僅冷卻馬達(dá)的磁性部分，而且冷卻鄰近車輪的滾動軸承內(nèi)部和密封件內(nèi)部的軸的部分。
[0013]該解決方案還使得有可能通過使旋轉(zhuǎn)組件與可靠且良好運(yùn)行的換熱裝置聯(lián)合從而改進(jìn)從轉(zhuǎn)子的最熱區(qū)域中排出熱能。
[0014]該解決方案是特別有利的用于馬達(dá)轉(zhuǎn)子(特別是例如在電動車輛驅(qū)動系統(tǒng)中所使用的高性能馬達(dá)轉(zhuǎn)子)的內(nèi)部冷卻的手段。
[0015]根據(jù)一個有利的實施方案，組件包括聯(lián)接區(qū)域，所述聯(lián)接區(qū)域設(shè)有適配器，并且熱管延伸通過設(shè)置在馬達(dá)和適配器之間的密封件。
[0016]根據(jù)另一個有利的實施方案，熱管的軸線與轉(zhuǎn)子的軸線同軸。
[0017]有利地，冷凝區(qū)域位于或多或少對應(yīng)于馬達(dá)的外部滾動軸承的區(qū)域中。
[0018]還有利地，熱管為圓錐的，較寬部分位于與蒸發(fā)區(qū)域相同的一側(cè)。
[0019]根據(jù)所述實施方案的另一個替代形式，熱管包括設(shè)置在蒸發(fā)區(qū)域的范圍內(nèi)的傳熱液體的儲液池。
[0020]根據(jù)又一個實施方案，熱管的軸線相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線形成角度(α )。
[0021]根據(jù)又一個實施方案，多個熱管沿著馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的外圍在周向上分布。
[0022]本發(fā)明還提供用于上述驅(qū)動組件的電動馬達(dá)，包括熱管，所述熱管的蒸發(fā)區(qū)域在馬達(dá)的內(nèi)部滾動軸承的內(nèi)部沿軸向延伸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]在如下描述中給出所有實施方案的細(xì)節(jié)，通過圖1至8進(jìn)行補(bǔ)充，圖1至8僅以非限制性實施例的方式給出，其中:
[0024]-圖1為熱管的操作原理的示例圖；
[0025]-圖2為電動車輛驅(qū)動組件的橫截面；
[0026]-圖3為通過驅(qū)動組件的橫截面的放大圖，所述驅(qū)動組件包括根據(jù)第一個實施方案的熱管；
[0027]-圖4為通過驅(qū)動組件的橫截面的放大圖，所述驅(qū)動組件包括根據(jù)第二個實施方案的熱管；
[0028]-圖5為通過驅(qū)動組件的橫截面的放大圖，所述驅(qū)動組件包括根據(jù)第三個實施方案的熱管；[0029]-圖6為通過驅(qū)動組件的橫截面的放大圖，所述驅(qū)動組件包括根據(jù)第四個實施方案的熱管；
[0030]-圖7為圓錐形狀的熱管的縱向截面的示意圖，所述熱管包括傳熱流體的儲液池；和
[0031]-圖8為驅(qū)動組件的電動馬達(dá)轉(zhuǎn)子或驅(qū)動軸的縱向截面的示意圖，包括多個圍繞軸線外周分布的熱管。
【具體實施方式】
[0032]如圖1中示意性所示，熱管I為密封空間，所述密封空間包括液體，所述液體與其氣相平衡，通常不存在任何其它氣體。該空間的內(nèi)壁可以內(nèi)襯有微孔結(jié)構(gòu)，所述微孔結(jié)構(gòu)允許液體通過毛細(xì)作用從空間的冷卻區(qū)域(液體在所述冷卻區(qū)域中凝結(jié))返回至較熱部分(液體在所述較熱部分中蒸發(fā))。該微孔結(jié)構(gòu)允許液體抵抗重力的作用返回，但是在施加至流體的力促進(jìn)流體返回至蒸發(fā)器的一些情況下，這不是必須的。因此通過顯熱至潛熱的轉(zhuǎn)化進(jìn)行傳熱。
[0033]在不存在除了重力之外的任何力的情況下，液體通過毛細(xì)作用返回允許熱管在幾乎任何位置下使用。
[0034]熱管是不太需要或不需要維護(hù)的可靠系統(tǒng)，輕質(zhì)并且具有低機(jī)械慣性，并且為非能動的，其能夠以小的溫度差傳輸高水平的熱通量并且其導(dǎo)熱系數(shù)比銅棒的導(dǎo)熱系數(shù)高數(shù)百倍。熱管可以在所有位置(傾斜、水平)下操作并且可以裝配至現(xiàn)有的馬達(dá)。
[0035]根據(jù)熱管待操作的溫度選擇熱管的活性材料(蒸發(fā)和凝結(jié)的材料)。例如使用水、醚或醇。
[0036]熱管優(yōu)選為圓柱形形狀，由具有良好導(dǎo)熱系數(shù)的管子組成，如果可能的話由金屬制成。銅(其為極好的導(dǎo)體)是所使用的材料之一。
[0037]熱管也可以包括單個洞，所述單個洞可以為盲孔或打開的，具有傳熱液體，在排出空氣之后該組件被密閉地密封。
[0038]下文描述了各種類型的熱管布置，用于在電動馬達(dá)中安裝根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動組件。
[0039]圖2顯示了電動馬達(dá)11的一般布置，所述電動馬達(dá)11與車輛的車輪15連接從而形成車輛驅(qū)動組件10。所述組件優(yōu)選包括聯(lián)接區(qū)域，在該實施例中為適配器16，其中零件處于存在油的狀態(tài)下。密封件20設(shè)在電動馬達(dá)11和適配器16之間從而避免油朝向馬達(dá)前進(jìn)。如果溫度超過一定的閾值，該密封件20經(jīng)常為可能劣化的零件。
[0040]下文中陳述了各種解決方案，所述解決方案促進(jìn)通常從馬達(dá)中排出熱，但是也促進(jìn)從密封件20的范圍中排出熱。
[0041]如在圖3中的馬達(dá)的橫截面中所示，在轉(zhuǎn)子14中形成的鉆孔5構(gòu)成熱管，所述鉆孔5密閉地裝有傳熱液體，所述傳熱液體根據(jù)所需的操作溫度進(jìn)行選擇。
[0042]蒸發(fā)區(qū)域2設(shè)在待冷卻的區(qū)域中，即在內(nèi)部滾動軸承12和密封件20的下方，熱能的排出在轉(zhuǎn)子的入口處進(jìn)行，在轉(zhuǎn)子的入口處例如存在機(jī)器加工的或插入的散熱片4從而促進(jìn)冷卻。
[0043]圖4的通過馬達(dá)的橫截面顯示了插入類型的熱管6，所述熱管6與馬達(dá)14的軸線A-A同軸封裝，蒸發(fā)區(qū)域2設(shè)置在待冷卻的部分中，即在內(nèi)部滾動軸承12和密封件20的內(nèi)部，熱能在轉(zhuǎn)子的入口處排出，在轉(zhuǎn)子的入口處例如存在機(jī)器加工的或插入的散熱片4從而促進(jìn)冷卻。通過特別的高溫接觸化合物提供熱管和馬達(dá)之間的熱連接。例如使用墊圈或止動環(huán)提供熱管的橫向定位。
[0044]如在圖5的馬達(dá)的橫截面中所示，圓錐鉆孔5構(gòu)成熱管，所述圓錐鉆孔5被機(jī)器加工并且密閉地裝有傳熱液體，所述傳熱液體根據(jù)所需的操作溫度進(jìn)行選擇。蒸發(fā)區(qū)域2位于待冷卻的部分的內(nèi)部，熱從轉(zhuǎn)子的入口排出，所述入口被修改用于更好的冷卻效率。
[0045]由于離心力的軸向分量，圓錐形狀促進(jìn)傳熱流體返回至蒸發(fā)區(qū)域并且因此改進(jìn)了系統(tǒng)的效率。圓錐角(所述圓錐角考慮到馬達(dá)的速度和驅(qū)動軸的直徑)有利地在0.3度至2度之間。在該實施方案中，不需要使用接觸化合物和位置保持系統(tǒng)。
[0046]圖6顯示了在鉆孔5中形成的熱管，所述鉆孔5以限定的角度(α )(所述角度考慮到軸的機(jī)械強(qiáng)度)傾斜。限定在0.3度至2度之間的傾斜角(α )從而考慮到例如馬達(dá)的速度、熱管的直徑和轉(zhuǎn)子的直徑的參數(shù)。
[0047]熱管的蒸發(fā)區(qū)域2在轉(zhuǎn)子14的內(nèi)部，使得有可能在徑向上在滾動軸承12和密封件20的內(nèi)部維持可接受的溫度。熱能在轉(zhuǎn)子14的入口處排出，在轉(zhuǎn)子14的入口處結(jié)合有促進(jìn)冷卻的元件，例如機(jī)器加工的或插入的散熱片4。
[0048]由熱管的傾斜位置造成的離心力的軸向分量促進(jìn)傳熱流體返回并且改進(jìn)系統(tǒng)的效率。例如通過墊圈或止動環(huán)將熱管保持在其殼體中。通過特別的高溫接觸化合物提供熱管和軸之間的熱連接。
[0049]圖7示意性顯示了鉆孔類型的圓錐熱管5在待冷卻的馬達(dá)的轉(zhuǎn)子14的軸線處的安裝。蒸發(fā)區(qū)域2包括在椎體的變寬區(qū)域的端部處形成的圓柱形形狀的儲液池7。軸的旋轉(zhuǎn)和離心力從儲液池靠著儲液池的壁帶走液體9。由于大量液體可用于蒸發(fā)，因此改進(jìn)了系統(tǒng)的輸出。
[0050]圖8的安裝圖中所示的另一個實施方案包括多個鉆孔類型的熱管5，所述熱管5設(shè)在馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的外圍。圍繞軸分布的若干冷卻源的存在促進(jìn)了熱能的排出。
[0051]上文給出的附圖及其說明用于闡述本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。特別地，本發(fā)明及其各種替代形式恰恰已經(jīng)結(jié)合一個特定實施例進(jìn)行描述，所述實施例包括驅(qū)動組件，其中馬達(dá)在車輪的徑向外部連接至車輪。
[0052]然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以延伸至其它實施方案，其中作為替代形式，馬達(dá)在位于一些其它徑向位置的連接點處或甚至是在車輪的中心處與車輪接合。
[0053]權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記完全是非限制性的。動詞“包含”和“包括”不排除除了權(quán)利要求中列出的那些之外的元件的存在。零件之前的詞語“一”或“一個”不排除存在多個所述零件。
【權(quán)利要求】
1.電動車輛驅(qū)動組件(10)，所述電動車輛驅(qū)動組件(10)由如下組成:電動馬達(dá)(11)，所述電動馬達(dá)(11)安裝成與車輛的車輪(15)接合，從而當(dāng)用電能為所述馬達(dá)提供動力時驅(qū)動該車輪的旋轉(zhuǎn)，電動馬達(dá)包括轉(zhuǎn)子(14)，所述轉(zhuǎn)子(14)安裝成能夠通過車輪(15)附近的內(nèi)部滾動軸承(12)和離車輪(15) —定距離處的外部滾動軸承(13)的介入在定子(19)中旋轉(zhuǎn)；和磁性組件，所述磁性組件設(shè)置有安裝在定子上的部分和安裝在轉(zhuǎn)子上的部分，并且被設(shè)計成驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)子(14)設(shè)置有熱管(I)，所述熱管(I)包括至少一個用于冷凝的冷凝區(qū)域(3)和至少一個用于蒸發(fā)傳熱液體的蒸發(fā)區(qū)域(2)，其特征在于，所述熱管的蒸發(fā)區(qū)域(2)在內(nèi)部滾動軸承(12)的內(nèi)部沿軸向延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動組件，包括聯(lián)接區(qū)域，所述聯(lián)接區(qū)域設(shè)置有適配器(16)并且其中熱管(I)延伸通過設(shè)置在所述馬達(dá)(11)和所述適配器(16)之間的密封件(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2任一項所述的驅(qū)動組件，其中所述冷凝區(qū)域(3)位于或多或少對應(yīng)于所述馬達(dá)的外部滾動軸承(13)的區(qū)域中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的驅(qū)動組件，其中所述熱管為圓錐形，較寬部分位于與所述蒸發(fā)區(qū)域(2)相同的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的驅(qū)動組件，其中所述熱管包括設(shè)置在蒸發(fā)區(qū)域的范圍內(nèi)的傳熱液體的儲液池(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的驅(qū)動組件，其中所述熱管(I)的軸線與所述轉(zhuǎn)子(14)的軸線同軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的驅(qū)動組件，其中所述熱管的軸線(C-C)相對于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線(A-A)形成角度(α)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的驅(qū)動組件，其中多個熱管(I)沿著所述轉(zhuǎn)子(14)的外圍在周向上分布。
9.用于根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項所述的驅(qū)動組件(10)的電動馬達(dá)(11)，包括熱管(I)，所述熱管⑴的蒸發(fā)區(qū)域⑵在馬達(dá)的內(nèi)部滾動軸承(12)的內(nèi)部沿軸向延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動馬達(dá)(11)，其中所述熱管(I)延伸通過設(shè)置在所述馬達(dá)(11)和所述驅(qū)動組件(10)的適配器(16)之間的密封件(20)。
【文檔編號】B60L7/00GK103947090SQ201280057160
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月22日
【發(fā)明者】D·瓦爾澤, B·弗拉尼耶 申請人:米其林集團(tuán)總公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司