本公開(kāi)涉及電機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及用于電機(jī)的冷卻裝置。

背景技術(shù)：

電機(jī)以各種形式出現(xiàn)并且應(yīng)用于不同的場(chǎng)合。通常典型的電機(jī)包括交流和直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)、同步電機(jī)、異步電機(jī)、以及眾多其它類型和結(jié)構(gòu)的電機(jī)。大部分的電機(jī)都包括轉(zhuǎn)子、定子以及定位在定子和轉(zhuǎn)子至少其中之一上的繞組。電機(jī)的一個(gè)通常的用途是用作汽車和重型車輛的交流發(fā)電機(jī)。電機(jī)另外通常的用途是用作電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛的驅(qū)動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)。這些應(yīng)用經(jīng)常要求較高輸出的電機(jī)能夠產(chǎn)生較大量的轉(zhuǎn)矩。

在高轉(zhuǎn)矩的大功率輸出電機(jī)中，電機(jī)的繞組產(chǎn)生大量的熱。期望從電機(jī)中吸取熱量以提高電機(jī)的壽命、可靠性和性能。這對(duì)集中繞制的電機(jī)中的定子組件是特別正確的，這是因?yàn)檫^(guò)多的熱量有破壞與電機(jī)繞組相關(guān)聯(lián)的絕緣系統(tǒng)的趨勢(shì)，同時(shí)還降低了電機(jī)的輸出和效率。

典型的集中繞制電機(jī)的定子布置如圖1-3所示。如圖1所示，電機(jī)包括定子12，所述定子包含定子芯14和定位在定子芯14上的三相繞組16。該三相繞組16纏繞在形成于定子芯中的狹槽38內(nèi)。在一些電機(jī)中，如圖2所示，繞組絕緣體18(這里也可以稱作“線圈架”)插入到定子芯14端部的狹槽38上。線圈架18將繞組16與定子芯14分離開(kāi)，在繞組16和定子芯14之間提供電絕緣和熱絕緣。線圈架18可包括兩部分18a和18b，它們?nèi)缂^20指示的方向插入到定子芯的端部。在其它的電機(jī)中，線圈架18不用作絕緣體，而是采用其它絕緣裝置將繞組16與芯14隔離，例如耐火的間位芳綸紙和琺瑯。

如圖3所示，定子12定位成距電機(jī)10的轉(zhuǎn)子22跨過(guò)一間隙24。如上所述，在電機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中定子繞組16和芯14中產(chǎn)生熱量。眾所周知，已經(jīng)采取了各種方法和裝置來(lái)冷卻電機(jī)。根據(jù)一種方法，將定子12圍在殼體內(nèi)，并且冷卻油被泵送通過(guò)殼體。根據(jù)另一種方法，限定出通道的冷卻夾套設(shè)置在定子芯周圍，冷卻流體(例如水乙二醇(WEG))泵送通過(guò)通道從而將定子的熱量吸走。冷卻夾套還設(shè)置成與吹過(guò)定子芯14和繞組16的空氣相關(guān)聯(lián)，以嘗試?yán)鋮s定子12，這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。

盡管已知各種冷卻電機(jī)的方法，但從集中繞制的電機(jī)吸取熱量還是相當(dāng)困難的。原因之一在于集中繞制的電機(jī)通常具有相對(duì)低的端匝高度，只有較小的表面積用于散熱。另外，這些電機(jī)中的繞組通常具有緊密捆扎的端匝和槽內(nèi)部分，導(dǎo)致繞組導(dǎo)體甚至更少的表面積暴露在外。此外，繞組絕緣體/隔熱體(這里也稱作“線圈架”)可設(shè)置在導(dǎo)體繞組和定子疊片堆(這里也稱作“定子芯”)之間。線圈架和定子芯之間的氣穴以及繞組和線圈架之間的氣穴提供了額外的熱阻，使得電機(jī)更加難以冷卻。

考慮如前所述，有利的是提供一種可將熱量帶離電機(jī)的繞組導(dǎo)體的改進(jìn)方法和裝置，包括帶有集中繞組的電機(jī)。還將有利的是這種用于傳熱的改進(jìn)方法和裝置在電機(jī)制造方面相對(duì)容易且價(jià)格低廉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)示例性實(shí)施例，電機(jī)包括芯，其限定出第一軸向端部、與第一軸向端部相反的第二軸向端部以及在第一軸向端部和第二軸向端部之間延伸的多個(gè)狹槽。繞組纏繞在芯上，所述繞組包括定位在多個(gè)狹槽中的槽內(nèi)部分和定位在第一軸向端部和第二軸向端部上的端匝部分。冷卻管連接于繞組的端匝部分。傳熱部件在冷卻管和繞組之間延伸，并且與冷卻管和繞組接觸。

根據(jù)本公開(kāi)的另一示例性實(shí)施例，提供一種其上定位有繞組的芯。一冷卻管與繞組連接，一傳熱板從繞組延伸至冷卻管。在至少一個(gè)實(shí)施例中，傳熱板包括至少局部圍繞著冷卻管延伸的第一部分、和與多個(gè)導(dǎo)體接觸并且?jiàn)A在所述多個(gè)導(dǎo)體之間的第二部分。

根據(jù)本公開(kāi)的又一示例性實(shí)施例，提供了一種電機(jī)的操作方法。該方法包括對(duì)纏繞在芯上的繞組通電，以及指引流體通過(guò)與繞組接觸的冷卻管。該方法還包括通過(guò)從繞組延伸至冷卻管的傳熱板將繞組產(chǎn)生的熱量傳遞給冷卻管。

對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，通過(guò)下面的詳細(xì)描述和附圖將使如上所述的特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它變得更加直觀。盡管期望提供用于電機(jī)(該電機(jī)具有一個(gè)或多個(gè)所述或其它有利的特征)的冷卻裝置，但這里公開(kāi)的教導(dǎo)擴(kuò)展至落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的那些實(shí)施例，而不必考慮它們是否實(shí)現(xiàn)了上述一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中集中繞制電機(jī)的定子的一個(gè)示例的透視圖；

圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中該電機(jī)示例的定子和線圈架的分解透視圖；

圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)中該電機(jī)示例的定子和轉(zhuǎn)子的橫截面圖；

圖4示出了電機(jī)的橫截面圖，其中所述電機(jī)包括定子芯和定子繞組，冷卻管連接至所述定子繞組；

圖5示出了圖4所示其中一個(gè)冷卻管的側(cè)視圖，其包含了形成在冷卻管上的表面特征的實(shí)施例；

圖6示出了圖4所示電機(jī)的實(shí)施例的橫截面圖，該電機(jī)包括與冷卻管連接的冷卻夾套；

圖7示出了涉及繞組端匝的圖4所示冷卻管的實(shí)施例的頂視圖，其中所述繞組以線性和橫截面表示；

圖8示出了圖7所示冷卻管的一可選布置的頂視圖，該冷卻管圍繞著端匝延伸；

圖9示出了圖7所示冷卻管的另一可選布置的頂視圖，該冷卻管延伸通過(guò)端匝并交替地從端匝的內(nèi)徑側(cè)和外徑側(cè)離開(kāi)端匝；

圖10示出了圖7所示冷卻管的又一可選布置的頂視圖，該冷卻管沿圓周方向在端匝之間延伸并通過(guò)端匝；

圖11示出了一傳熱板的透視圖，該傳熱板構(gòu)造成將圖4所示冷卻管與繞組連接；

圖12示出了包含線圈架和端匝的布置沿圓周方向的橫截面圖，圖11所示傳熱板將冷卻管連接至端匝；

圖13示出了圖12所示布置的可選實(shí)施例，其中傳熱板具有兩個(gè)與繞組接合的延長(zhǎng)部分；

圖14示出了圖12所示布置的另一可選實(shí)施例，其中兩個(gè)傳熱板將冷卻管連接至端匝；

圖15示出了圖12所示布置的另一可選實(shí)施例，其中傳熱板在線圈架和繞組之間延伸；

圖16示出了圖12所示布置的另一可選實(shí)施例，其中傳熱板延伸越過(guò)繞組的軸向最外層。

圖17示出了圖16所示布置中使用的傳熱板的透視圖；

圖18示出了圖15所示線圈架和傳熱板的實(shí)施例的橫截面圖，其中線圈架模制在傳熱板上形成單一的部件；

圖19示出了圖15所示線圈架的另一實(shí)施例的橫截面圖，其中線圈架與傳熱板共同模制形成單一的部件；以及

圖20示出了制作定子芯(包括線圈架和傳熱增強(qiáng)器)的方法的框圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D4，在至少一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)10包括帶有冷卻管150的定子112和轉(zhuǎn)子122，冷卻管150構(gòu)造成將電機(jī)的熱量傳遞出去。如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的，冷卻管150與定子連接，并且構(gòu)造成將冷卻流體引到定子112周圍。

定子112包括定子芯114形式的芯部件，其由彼此疊置形成疊片堆的鐵板組成。定子芯114為大致圓柱形，其界定出內(nèi)徑130、外徑132、第一端部134和相反的第二端部136。狹槽138沿軸向在定子芯114的第一端部134和第二端部136之間延伸(由于狹槽位于圖中所示平面的后面，因此圖4中用虛線表示了其中一個(gè)狹槽)。

三相繞組116定位在定子芯114上。三相繞組116由纏繞通過(guò)定子狹槽138以形成線圈的一定長(zhǎng)度的電線(例如銅線)組成，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的。因此，繞組116包括槽內(nèi)部分140和端匝部分142，144。槽內(nèi)部分140包括位于狹槽138內(nèi)的導(dǎo)體段，端匝部分142，144包括位于定子狹槽138外的導(dǎo)體段，并且在定子芯114的兩個(gè)不同的狹槽之間形成橋接。端匝部分142，144是大致彎曲的，可以稱作“U形匝部”。形成繞組的導(dǎo)體可以涂覆琺瑯材料，以便在電線和定子芯114之間形成電絕緣。在至少一個(gè)實(shí)施例中，線圈架(圖4未示出)定位在定子芯114的一個(gè)或多個(gè)端部134，136上。所述線圈架延伸到狹槽138中以便在電線和定子芯114之間形成額外的電絕緣。此外，盡管這里描述的繞組116是由纏繞通過(guò)定子芯114的狹槽138的一定長(zhǎng)度的電線構(gòu)成，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在其他實(shí)施例中，繞組116也可以由不同的方式構(gòu)成，例如通過(guò)導(dǎo)體節(jié)段的相互連接構(gòu)成繞組116，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的。

如圖4所示，定子112距電機(jī)10的轉(zhuǎn)子122跨過(guò)一氣隙124。轉(zhuǎn)子可以是任意不同的結(jié)構(gòu)，這取決于電動(dòng)馬達(dá)的類型。例如，如果電機(jī)是永磁電機(jī)，則轉(zhuǎn)子可以包括多個(gè)永磁體，或者如果電機(jī)是三相感應(yīng)電機(jī)，則轉(zhuǎn)子可以包括帶槽的鐵磁材料的疊片(繞組形成在槽中)。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是其它類型的轉(zhuǎn)子也可以用于其它類型的電機(jī)。

連接至定子繞組的冷卻管

繼續(xù)參照?qǐng)D4，一個(gè)或多個(gè)冷卻管150連接至電機(jī)110，從而冷卻管150與繞組116直接或近乎直接地接觸。冷卻管150被構(gòu)造成保持冷卻流體并允許冷卻流體流過(guò)由冷卻管150限定而成的通道152。在圖4的實(shí)施例中，每根冷卻管150均為中空細(xì)長(zhǎng)的圓柱形，其圍繞著繞組116的外徑側(cè)146沿圓周方向延伸。在這里公開(kāi)的不同實(shí)施例中，圖示的冷卻管150具有圓形橫截面，但可以理解的是，在其它實(shí)施例中，冷卻管150可以具有不同的橫截面形狀，例如正方形、矩形或三角形。冷卻管的橫截面直徑大致是定子芯尺寸的函數(shù)。對(duì)于較大外徑的定子芯來(lái)說(shuō)，冷卻管的直徑較大。對(duì)于較小外徑的定子芯來(lái)說(shuō)，冷卻管的直徑也較小。冷卻管的示例尺寸包括具有大約50mm直徑的較大冷卻管，具有大約2mm直徑的較小的冷卻管，或者具有這之間任意直徑的冷卻管。在其它的實(shí)施例中，冷卻管可以具有這些范圍以外的直徑。此外，在圖4的實(shí)施例中，第一管150a和第二管150b均與繞組116接觸。第一管150a與定子芯112第一端134的第一端匝142接觸，第二管150b與定子芯112第二端136的第二端匝144接觸。

冷卻管150可以由各種熱導(dǎo)體材料任意組成。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，冷卻管150由鋁材料制成。在該實(shí)施例中，導(dǎo)熱但電絕緣的材料，例如環(huán)氧樹(shù)脂設(shè)置在繞組116和冷卻管150之間。由金屬材料構(gòu)成的冷卻管的優(yōu)點(diǎn)在于具有良好的導(dǎo)熱性和堅(jiān)實(shí)結(jié)構(gòu)。在至少一個(gè)可選實(shí)施例中，冷卻管150由本身電絕緣但導(dǎo)熱的聚合物材料制成，例如超高分子量的聚乙烯或?qū)岬木郾?。這種聚合物材料可以涂覆聚酰亞胺膜以提供額外的絕緣特性同時(shí)保持相對(duì)高的導(dǎo)熱性。由聚合物材料構(gòu)成的冷卻管的優(yōu)點(diǎn)在于伴隨著耐蝕性具有適應(yīng)性的、更易于成形的結(jié)構(gòu)。

除了冷卻管150由導(dǎo)熱材料制成之外，冷卻管150還可以包括便于傳熱的附加特征。特別地，冷卻管可以包括多個(gè)表面特征，這些特征增大了管的表面積以進(jìn)一步促使熱量隨著空氣流過(guò)冷卻管而從冷卻管耗散出去。這些附加的表面特征例如包括凹窩、泡狀部乃至熱翅片。圖5示出了設(shè)置在冷卻管150上的各種表面特征。冷卻管150的第一部分包括位于管外部的泡狀部160，用以增大表面積，從而隨著空氣通過(guò)該增大的表面積使熱量流出冷卻管。冷卻管150的第二部分包括位于管內(nèi)部和管外部的凹窩162。凹窩162不但增大了管150的表面積，還在管150內(nèi)引起湍流，從而進(jìn)一步便于將在通道152內(nèi)流動(dòng)的流體的熱量傳遞到管外部。冷卻管的第三部分包括定位在管上的熱翅片164，用以增大管的表面積，允許熱量隨著空氣流過(guò)翅片而流到管外。

再次參照?qǐng)D4，管150a和150b可以以各種不同的方式連接到端匝142和144。例如，可以采用導(dǎo)熱粘結(jié)材料將管150a和150b直接連接到繞組的端匝142，144。在另一實(shí)施例中，可以采用機(jī)械接合，例如塑料電纜扎匝或扭扎將管150a和150b直接連接到繞組的端匝142，144。此外采用可選的連接方式將管150a和150b直接或間接地連接到端匝142，144，這些方式包括采用線圈架和傳熱板部件，稍后將參照?qǐng)D11-17對(duì)此進(jìn)行描述。

在管150a和150b內(nèi)可以采用各種不同的冷卻流體。例如，冷卻流體可以是WEG、水、油或其它能夠?qū)崃繌碾姍C(jī)傳遞通過(guò)管的各種流體。管150a和150b與泵連接，泵構(gòu)造成使位于管150a和150b內(nèi)的冷卻流體移動(dòng)。泵也可以設(shè)置在電機(jī)110附近，或遠(yuǎn)離電機(jī)110并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的流體管線與管150a和150b連接。此外，在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以采用主動(dòng)的制冷循環(huán)與冷卻流體相結(jié)合，以便為電機(jī)提供進(jìn)一步的冷卻能力。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所示，一冷卻夾套126附連于電機(jī)110的定子112。該冷卻夾套126基本圍繞著定子芯114延伸，并且包括通道128，所述通道被構(gòu)造成供冷卻流體(例如WEG)通過(guò)并將熱量帶離定子112。冷卻夾套126可以由導(dǎo)熱的聚合物材料構(gòu)成，其直接附連在定子芯14的外圓周上。流體管線127從冷卻夾套126伸出，在冷卻夾套126的通道128和管150a和150b之間形成流體通道。因此，流過(guò)冷卻夾套126的通道128的冷卻流體也被引導(dǎo)流過(guò)管150a和150b。此外，在圖6的實(shí)施例中，兩個(gè)附加的管150c和150d設(shè)置在繞組116的內(nèi)徑側(cè)148上。冷卻夾套126和管150a-150d共同提供了用于電機(jī)110的冷卻布置。

在電機(jī)110的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，在定子繞組116和定子芯114中產(chǎn)生熱量。通過(guò)熱傳導(dǎo)將來(lái)自于定子繞組116和定子芯114的熱量傳遞給與電機(jī)110的繞組附連的管150a和150b。在圖6的實(shí)施例中，還可以通過(guò)在定子芯114周圍延伸的冷卻夾套126和位于繞組116內(nèi)徑側(cè)148上的附加的管150c和150d，將來(lái)自電機(jī)110的熱量傳遞出去。有利的是，由于冷卻夾套126與管150b流體連通，并且管150b與管150a、150c和150d流體連通，因此可以采用單個(gè)泵迫使流體流過(guò)冷卻夾套126和管150a-150d。取決于冷卻夾套126和管150a和150b之間的連接，可以采用不同的方式使冷卻流體流過(guò)系統(tǒng)。例如，冷卻流體可以以串聯(lián)的方式從冷卻夾套流到第一管150a，然后再流到第二管150b。如另一實(shí)施例，冷卻夾套126和管150a和150b之間的多個(gè)連接可以允許流體并行流過(guò)冷卻夾套126和管150a和150b。

現(xiàn)在參照?qǐng)D7-10，示出了管150與繞組116接觸的幾個(gè)不同的示例性布置。在圖7-10的每一幅中，為方便起見(jiàn)，從頂視圖(軸向)看以線性形式示出繞組116的端匝142，示出了定子112的第一端134帶有四個(gè)代表繞組的導(dǎo)體組116a-116d，每個(gè)導(dǎo)體組都是延伸穿過(guò)定子芯114內(nèi)的狹槽的一組導(dǎo)體。每個(gè)導(dǎo)體組116a-116d都與其它導(dǎo)體組結(jié)合，從而在定子112的第一端形成一個(gè)或多個(gè)端匝。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，整個(gè)繞組116通常包括比圖7-10所示四個(gè)導(dǎo)體組116a-116d更多的導(dǎo)體組，并且整個(gè)繞組圍繞著整個(gè)定子芯以圓周的方式延伸。

現(xiàn)在特別參照?qǐng)D7，在至少一個(gè)實(shí)施例中，第一管150a在繞組116外徑側(cè)146上圍繞定子112沿圓周方向延伸，第二管150c在繞組116內(nèi)徑側(cè)148上圍繞定子112沿圓周方向延伸。所述管150a和150c分別在繞組116的外徑側(cè)146和內(nèi)徑側(cè)148與導(dǎo)體組116a-116d接觸，并與導(dǎo)體組116a-116d相固定。盡管管150a和150c分別與繞組116的外徑側(cè)146和內(nèi)徑側(cè)148接觸，但它們并沒(méi)有延伸到繞組導(dǎo)體組(例如圖7中的導(dǎo)體組116a-116d)內(nèi)或?qū)w組之間。因此，每個(gè)管150a和150b的管路大致為不彎曲或纏繞的直接的圓周路徑，從而該路徑包括圍繞定子112行進(jìn)的徑向分量。盡管在圖6-9所示的每個(gè)實(shí)施例中僅示出了一根或兩根管150，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是還能夠利用附加的管，包括在定子112的任一側(cè)134，136上的附加的管，或者在端匝142，144的內(nèi)徑側(cè)或外徑側(cè)上的附加的管。例如，如圖7所示，能夠?qū)筛蛉茌S向疊置在管150a之上或之下，并且在定子112的第一端134上圍繞定子外徑采取與管150a相同的路線。此外，也可以在端匝142，144的內(nèi)側(cè)或外側(cè)上或定子112的第一端134或第二端136上設(shè)置采取相同或相似路徑的附加的管。

現(xiàn)在參照?qǐng)D8，在至少一個(gè)可選的實(shí)施例中，第一管150a和第二管150b圍繞著定子112在圓周方向沿大致以多個(gè)彎曲蜿蜒的路徑延伸，從而管150a和150b與端匝142的外徑側(cè)146和內(nèi)徑側(cè)148均產(chǎn)生接觸。特別地，每根管150a和150b的路徑在導(dǎo)體組116a-116d之間迂回前進(jìn)(這里可以將帶有多個(gè)彎曲的蜿蜒路徑稱作“蛇形”路徑)。第一管150a包括圓周部分154，該圓周部分與奇數(shù)導(dǎo)體組(例如116a，116c等)的外徑側(cè)146和偶數(shù)導(dǎo)體組(例如116b，116d等)的內(nèi)徑側(cè)148交替接觸。在導(dǎo)體組的外徑側(cè)146和內(nèi)徑側(cè)148之間迂回前進(jìn)時(shí)，管150a還包括與導(dǎo)體組(無(wú)論奇偶)的右側(cè)接觸的徑向部分156。類似地，第二管150c包括圓周部分，該圓周部分與奇數(shù)導(dǎo)體組(例如116a，116c等)的內(nèi)徑側(cè)148和偶數(shù)導(dǎo)體組(例如116b，116d等)的外徑側(cè)146交替接觸。當(dāng)在導(dǎo)體組/端匝的外徑側(cè)146和內(nèi)徑側(cè)148之間迂回前進(jìn)時(shí)，管150c還包括與導(dǎo)體組(無(wú)論奇偶)的左側(cè)接觸的徑向部分。因此，在圖8的實(shí)施例中，有利的是管150a和150c圍繞著每個(gè)導(dǎo)體組，并傳遞熱量使其遠(yuǎn)離端匝的多個(gè)側(cè)部。

現(xiàn)在參照?qǐng)D9，在至少一個(gè)可選實(shí)施例中，采用單個(gè)管150a使其與定子的第一端134上的端匝142接觸。在該實(shí)施例中，管150a圍繞著定子112在圓周方向沿蜿蜒的路徑延伸，其中該蜿蜒的路徑包括圓周部分154和徑向部分156。所述徑向部分156徑向穿過(guò)每個(gè)導(dǎo)體組116a-116d，在每個(gè)導(dǎo)體組的外徑側(cè)146和內(nèi)徑側(cè)148之間移動(dòng)。在該實(shí)施例中，管150a的路徑包括圓周部分154，該圓周部分在相鄰的導(dǎo)體組116a-116d之間在端匝142的外徑側(cè)146和內(nèi)徑側(cè)148之間交替延伸。有利的是，根據(jù)圖9的布置，可以向很難方便傳熱的每個(gè)繞組內(nèi)部直接提供冷卻。因?yàn)楣?50處在構(gòu)成導(dǎo)體組的導(dǎo)體之間，因此在往定子芯114上纏繞導(dǎo)體以形成繞組116之前，應(yīng)當(dāng)相對(duì)于定子芯114安置具有這種布置的管150。也就是說(shuō)，在制造定子112的過(guò)程中，繞組116應(yīng)當(dāng)形成在管150a周圍(例如在繞組的制造過(guò)程中可以將導(dǎo)體疊置在管上)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D10，在至少一個(gè)可選實(shí)施例中，采用單個(gè)管150a接觸定子第一端134上的端匝142。類似于圖9的布置，在圖10的布置中，管150a沿著徑向貫穿每個(gè)導(dǎo)體組116a-116d的蜿蜒路徑圍繞定子112在圓周方向上延伸，在每個(gè)導(dǎo)體組的外徑側(cè)146和內(nèi)徑側(cè)148之間移動(dòng)。不過(guò)，在圖10的布置中，路徑的圓周部分154在相鄰的導(dǎo)體組116a-116d之間在導(dǎo)體組116a-116d的外徑側(cè)146和內(nèi)徑側(cè)148之間的位置延伸。因此，路徑的圓周部分絕不會(huì)完全地定位在導(dǎo)體組116a-116d的外徑側(cè)146或內(nèi)徑側(cè)148上。有利的是，根據(jù)圖10的布置，可以向很難方便傳熱的每個(gè)繞組內(nèi)部直接提供冷卻。此外，根據(jù)圖10的布置，因?yàn)樵诙ㄗ有?14的狹槽中形成繞組之后，很難或不可能在繞組116之間插入冷卻管，因此在制造定子112的過(guò)程中，使繞組116形成在管150a周圍。

與管和繞組接合的傳熱部件

現(xiàn)在參照?qǐng)D11-12，在至少一個(gè)實(shí)施例中，示出了傳熱板170形式的傳熱增強(qiáng)件(也可以稱作傳熱部件)。傳熱板170被設(shè)計(jì)和定尺寸為將繞組116的熱量傳遞給管150，并且將管150連接于繞組116。傳熱板170包括位于一端的管部172和位于與之相反的另一端的繞組部174。

在圖11的實(shí)施例中，傳熱板170的管部172為半圓柱形，其帶有兩個(gè)相對(duì)的彎曲臂171a，171b，它們共同提供了杯形表面173，所述杯形表面通過(guò)至少部分地圍繞著管150延伸來(lái)托起管150的一段長(zhǎng)度。因此，管部172的半圓柱形部分具有稍大于管150直徑的直徑，以允許管150裝配到該管部172的半圓柱形部分內(nèi)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，杯形表面173被設(shè)計(jì)和定尺寸為圍繞管150至少延伸180°。盡管這里本實(shí)施例中示出的杯形表面173為基本光滑的半圓柱形，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在其它實(shí)施例中，可以通過(guò)以一定角度相交形成杯形表面的兩個(gè)或更多個(gè)基本平坦的表面組成杯形表面173。

可以通過(guò)各種方式將管150固定在管部172上，包括采用粘結(jié)劑、釬焊、灌封、摩擦裝配、壓接或諸如電纜扎匝之類的機(jī)械緊固件。如果采用壓接的方式將管150固定于管部172，則管部172的臂基本圍繞著管150延伸，并且是柔性但非彈性的。當(dāng)迫使臂的端部彼此相向時(shí)，臂將管150捕獲在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ诓捎免F焊或粘接劑將管150固定于管部172的實(shí)施例中，管部的臂171a，171b可以較短，圍繞著管150僅僅彎曲小距離，或者甚至不存在，管部172基本呈平坦?fàn)?，?50可以通過(guò)釬焊、粘接或其它方式在管部172連接到傳熱板170。

傳熱板的繞組部174為基本矩形的薄平板。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在其它實(shí)施例中繞組部174也可以是不同的形狀。繞組部174遠(yuǎn)離管部172延伸，允許繞組部174與繞組116的導(dǎo)體接合(參見(jiàn)圖12)。繞組部174足夠?qū)?即沿遠(yuǎn)離管部172延伸的方向)從而繞組部174延伸過(guò)導(dǎo)體組的一層導(dǎo)體的大部分或所有導(dǎo)體(例如越過(guò)其中一個(gè)導(dǎo)體組116a-116d的一層)。

傳熱板170通常為通過(guò)模制或沖壓工藝一體形成的整體部件。傳熱板170可以由各種不同的導(dǎo)熱材料制成，包括金屬材料或?qū)岬慕^緣塑料。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，傳熱板170由鋁制成。在至少一個(gè)實(shí)施例中，傳熱板170由導(dǎo)熱的聚丙烯或聚酰胺材料制成，例如那些由Cool Polymers公司出售的商標(biāo)為COOL的聚合物。

如上所述，傳熱板170的管部172被構(gòu)造為緊鄰著繞組116與管150接合，并保持該管，同時(shí)繞組部174被構(gòu)造為延伸至繞組116中(或跨過(guò)繞組)并與繞組116接合。由于傳熱板170由高導(dǎo)熱材料制成，其一端接合繞組116，另一端接合冷卻管150，因此傳熱板170為從繞組傳遞熱量至冷卻管150提供了更直接的方法。繞組中產(chǎn)生的熱量被傳遞給繞組部174，接著向外傳遞給管部172。流過(guò)冷卻管150的冷卻流體將熱量帶離管部172，由此冷卻電機(jī)110。傳熱板170可以與線圈架118關(guān)聯(lián)使用，也可以沒(méi)有線圈架118，以下將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)解釋。

現(xiàn)在參照?qǐng)D12，示出了傳熱板170延伸穿過(guò)線圈架118，線圈架將繞組116保持在定子芯上(圖12未示出)。線圈架118包括外徑壁180和內(nèi)徑壁182，繞組116的端匝142保持在該外徑壁和內(nèi)徑壁182之間。線圈架118還包括延伸到定子芯114的狹槽中的狹槽延伸部184。傳熱板170的管部172從外徑壁180徑向向外延伸。傳熱板170的繞組部174從外徑壁180徑向向內(nèi)延伸。

如圖12所示，傳熱板170的管部172部分地纏繞著管150，從而牢固地保持著管150，使其和線圈架118直接接觸，以及和繞組116近乎直接接觸。因此，管150與繞組116僅僅間隔很短的距離，與繞組116僅僅間隔定位在線圈架118外徑上的壁180的厚度?？赏ㄟ^(guò)各種方式將管150保持在管部172的適當(dāng)位置上(管150捕獲到線圈架118和管部172之間)，例如卡扣配合或夾緊裝置。其他示例性的緊固方式包括釬焊連接(例如，將管150和傳熱板170或線圈架118釬焊在一起)、壓接(例如，將管部172的端部朝向彼此壓接以便將管150捕獲到傳熱板170的適當(dāng)位置上)、粘接(例如，在管部172和管150之間粘接)、灌封連接(例如，在傳熱板的管部172內(nèi)用環(huán)氧材料或其它灌封材料灌封管150)或機(jī)械緊固件(例如，電纜扎匝以便相對(duì)于線圈架118將管150保持在適當(dāng)位置上)以及其它各種連接方式。盡管圖12中示出了管與線圈架118直接接觸，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在至少一個(gè)可選實(shí)施例中，傳熱板的管部172可以在管150和線圈架118之間延伸。

傳熱板170的繞組部174延伸穿過(guò)線圈架118的外徑壁180中的通路，并進(jìn)入到形成繞組116的導(dǎo)體組。在圖12的實(shí)施例中，傳熱板170的繞組部174在端匝142的第二層導(dǎo)體和第三層導(dǎo)體之間延伸，并夾在這兩層導(dǎo)體之間。因此，在該實(shí)施例中，傳熱板170與在繞組部174的兩個(gè)相反側(cè)上的導(dǎo)體接觸。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，傳熱板170將繞組116的熱量引導(dǎo)至冷卻管150，因此使圖12的實(shí)施例所示的端匝142中的導(dǎo)體顯著冷卻。此外，盡管圖11和12示出的傳熱板170在圓周方向僅僅延伸相對(duì)短的距離，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在其它實(shí)施例中，傳熱板可以包含另外的曲率，并沿圓周方向進(jìn)一步延伸。傳熱板170在圓周方向的長(zhǎng)度部分取決于電機(jī)的設(shè)計(jì)以及端匝142在圓周方向的長(zhǎng)度。此外，應(yīng)認(rèn)識(shí)到可以有不同形狀和數(shù)量的傳熱板，包括以下參照附圖13-17描述的那些示例性實(shí)施例。

在圖13的實(shí)施例中，傳熱板170的管部172形成一完整的或基本完整的圓柱。該完整的或基本完整的圓柱包括一沿電機(jī)圓周方向的通道，以允許管150在不被損壞的情形下插入通過(guò)該圓柱。如果管部172為基本完整的圓柱，則該基本完整的圓柱覆蓋管150的外側(cè)(即，管的沿徑向離線圈架118最遠(yuǎn)的一側(cè))，至少包圍管的180°。當(dāng)然，該基本完整的圓柱在管150的內(nèi)側(cè)(即，管的沿徑向離線圈架118最近的一側(cè))是敞開(kāi)的，以允許管150的內(nèi)側(cè)接觸線圈架。圖13所示的傳熱板170的繞組部包括上繞組部174a和下繞組部174b。上繞組部174a與管部172的第一軸向側(cè)(即，上側(cè))連接并沿徑向遠(yuǎn)離管部延伸。類似地，下繞組部174b與管部172的第二軸向側(cè)(即，下側(cè))連接并沿徑向遠(yuǎn)離管部延伸。上繞組部174a和下繞組部174b延伸穿過(guò)線圈架118的外徑壁180中的通路，并進(jìn)入到形成繞組116的導(dǎo)體組。在圖13的實(shí)施例中，上繞組部174a夾在端匝142的第三層和第四層導(dǎo)體之間，下繞組部174b夾在端匝142的第一層和第二層導(dǎo)體之間。因此，在該實(shí)施例中，傳熱板170在繞組部174的四個(gè)不同層上的導(dǎo)體間延伸并與之接觸。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，傳熱板170將繞組116的熱量引導(dǎo)向冷卻管150，因此使端匝142中的導(dǎo)體顯著冷卻。

現(xiàn)在參照?qǐng)D14，在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以采用兩個(gè)或更多個(gè)傳熱板170與單個(gè)端匝142相關(guān)聯(lián)。圖14中的傳熱板包括上傳熱板170a和下傳熱板170b。傳熱板170a和170b與圖11和12中的傳熱板形狀相同。傳熱板170a包括夾在端匝142的第三層和第四層導(dǎo)體之間的繞組部，傳熱板170b包括夾在端匝142的第一層和第二層導(dǎo)體之間的繞組部。

圖15示出了傳熱板170的另一實(shí)施例。圖15中的傳熱板與圖11和12中的傳熱板形狀相同。不過(guò)，圖15中的傳熱板170的繞組部174僅僅與端匝的單層導(dǎo)體接觸，特別是與導(dǎo)體的軸向最內(nèi)層接觸。繞組部174的相反的另一側(cè)與線圈架118接觸。因此，圖15中的傳熱板170夾在線圈架118和端匝142的第一層導(dǎo)體之間。

圖16和17示出了傳熱板170的另一實(shí)施例。該傳熱板170類似于圖11所示的傳熱板，但在圖16和17所示的實(shí)施例中，所述傳熱板170包括定位在繞組部174的相反端部的兩個(gè)管部172a和172b。每個(gè)管部172a和172b均包括被構(gòu)造成用以接合冷卻管150的杯形表面。如圖16所示，當(dāng)傳熱板170與繞組116接合時(shí)，管部172a被定位成與線圈架118的外徑壁180相鄰，管部172b則被定位成與線圈架118的內(nèi)徑壁182相鄰。傳熱板170的繞組部174只與端匝最外層的那些導(dǎo)體接觸。繞組部174沒(méi)有延伸穿過(guò)線圈架118，但確實(shí)與線圈架118的外軸向邊緣接觸。這種布置有利的是允許冷卻管150既定位在繞組116的外徑側(cè)也定位在繞組116的內(nèi)徑側(cè)。由于管部172b和與之關(guān)聯(lián)的管150設(shè)置成沿軸向向外充分遠(yuǎn)離定子芯，因此這種布置在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)干擾到轉(zhuǎn)子。

傳熱部件和線圈架作為單一的部件

現(xiàn)在參照?qǐng)D18-19，在至少一個(gè)可選實(shí)施例中，線圈架118和傳熱板170一體地形成，構(gòu)成單一部件。這里使用的術(shù)語(yǔ)“單一部件”是指在不破壞部件的情況下，部件的各組成部分以非可拆卸的方式連接在一起。例如，通過(guò)注射成型或其它模制工藝一體形成的部件，其包括兩個(gè)同時(shí)模制在一起的部件，或者包括包覆模制在第二部件上的第一部件，這種部件可以被認(rèn)為形成了“單一部件”。另外例如，兩個(gè)部件焊接在一起，在不損壞一個(gè)或多個(gè)部件的情形下無(wú)法將其分離，這樣的部件也被認(rèn)為是單一部件。兩個(gè)部件相對(duì)于彼此是“一體的”，或者兩個(gè)部件是“一體地形成”，這樣的組件給認(rèn)為是單一部件。

特別參照?qǐng)D18，圖中示出了線圈架118的截面圖，其包括外徑壁180、內(nèi)徑壁182、狹槽延伸部184。線圈架118與傳熱板170構(gòu)成為單一部件。在該實(shí)施例中，線圈架118由導(dǎo)熱但電絕緣的第一材料制成，例如高導(dǎo)熱的聚酰胺或聚丙烯。傳熱板170由也導(dǎo)熱的第二材料制成，例如鋁。當(dāng)傳熱部件170由不同于線圈架118的材料制成時(shí)，傳熱部件170可以具有比線圈架118高的導(dǎo)熱性。因此，相比于線圈架118，繞組116產(chǎn)生的熱量通常更容易流過(guò)傳熱部件170。

傳熱板170由線圈架118支撐，并與線圈架118形成為單一部件，其中線圈架包覆模制在傳熱板上。為了制造出圖18所示的布置，首先例如通過(guò)沖壓或模制形成傳熱板170。然后將傳熱板布置在線圈架模具中的預(yù)定位置上。當(dāng)線圈架的樹(shù)脂被插入到線圈架模具中時(shí)，樹(shù)脂在傳熱板170周圍流動(dòng)，包圍傳熱板的各部分。當(dāng)樹(shù)脂變硬時(shí)，傳熱板170就固定在線圈架的適當(dāng)位置上，并且線圈架和傳熱板形成為單一部件。形成在傳熱板170中的小的表面特征，例如孔或凹窩178，將傳熱板170相對(duì)于線圈架118進(jìn)一步鎖定在適當(dāng)位置上，這是因?yàn)檫@些表面特征內(nèi)的變硬的樹(shù)脂阻止了傳熱板相對(duì)于線圈架118的運(yùn)動(dòng)。

參照?qǐng)D19，圖中示出了線圈架118的橫截面圖，其包括外徑壁180、內(nèi)徑壁182和狹槽延伸部184。線圈架118與傳熱板170構(gòu)成為單一部件。在該實(shí)施例中，線圈架118和傳熱板170由相同的材料共同模制而成，從而形成部件的材料在部件之間是連續(xù)不間斷的。因此，當(dāng)從部件的橫截面圖觀察時(shí)，在構(gòu)成單一部件的部件之間看不到區(qū)分材料的線。在圖19所示的布置中，線圈架118和傳熱板170均由相同的導(dǎo)熱且電絕緣的材料制成，例如高導(dǎo)熱的聚酰胺或聚丙烯。為了制造如圖19所示的布置，提供單個(gè)模具，其被構(gòu)造為同時(shí)制造線圈架118和傳熱板170作為單一部件。將樹(shù)脂嵌入到模具中，樹(shù)脂流過(guò)模具通道以形成線圈架118和傳熱板170。當(dāng)樹(shù)脂變硬時(shí)，傳熱板170被固定在線圈架的適當(dāng)位置上，并且線圈架和傳熱板形成為單一部件。在該實(shí)施例中，線圈架118本身用作傳熱板170的一部分，從而通過(guò)線圈架118傳遞的熱量直接流入到管部172而沒(méi)有材料梯度。由傳熱板保持的冷卻管攜帶熱量離開(kāi)作為整體的線圈架118和傳熱板。

再次參照?qǐng)D4，當(dāng)定子繞組116通電時(shí)電機(jī)110開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢砸圆煌姆绞綖槔@組116通電，例如將繞組連接到直流電源(未示出，例如汽車用電池)，使電流流過(guò)繞組116。繞組的通電在轉(zhuǎn)子122上產(chǎn)生電動(dòng)力，促使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中電流流過(guò)繞組116，在繞組116中產(chǎn)生熱量。冷卻管150與繞組116直接或通過(guò)傳熱增強(qiáng)件(例如傳熱板170)間接接觸。因此，繞組116中產(chǎn)生的熱量被傳遞給冷卻管150。然后所述熱量被傳遞給流過(guò)冷卻管150的流體，其將熱量攜帶至遠(yuǎn)離電機(jī)的地方。以這種方式，電機(jī)110由這里公開(kāi)的裝置冷卻，該裝置包括與定子繞組直接或間接接觸的冷卻管。

現(xiàn)在參照?qǐng)D20，框圖示出了在線圈架和定子芯上完成繞組的方法200中的不同步驟。制造者采取的步驟取決于傳熱增強(qiáng)件相對(duì)于線圈架和繞組的所期望的布置。如方框202中的注釋，在往定子芯上形成任何繞組之前首先提供定子芯。在判定方框204中，確定傳熱增強(qiáng)件(圖20中的“HTE”)是否在不同的繞組層之間延伸(即是否夾在導(dǎo)體之間)。如果傳熱增強(qiáng)件在繞組層之間延伸，則如方框210所注釋的，分開(kāi)制備傳熱增強(qiáng)件和線圈架，所述線圈架包括用以容納傳熱增強(qiáng)件的通路。然后將線圈架定位在定子芯上。接下來(lái)，如方框212中的注釋，在定子芯上形成部分繞組。當(dāng)部分繞組完成至將要與傳熱增強(qiáng)件接合的一層時(shí)，如方框240的注釋，暫停繞組工序，并且將傳熱增強(qiáng)件插入穿過(guò)線圈架并與繞組接合。然后，如方框242所注釋的，完成繞組工序，同時(shí)使傳熱增強(qiáng)件延伸到所述完成的繞組中。之后，如方框260所注釋的，將冷卻管附連至傳熱增強(qiáng)件。在方框260中，可以采用如之前所述的各種不同的方式實(shí)現(xiàn)冷卻管與傳熱增強(qiáng)件的連接，包括粘接、釬焊、灌封、摩擦裝配、壓接或機(jī)械緊固件。一旦冷卻管附連于定子，則定子裝配完成，并且被構(gòu)造為在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中增強(qiáng)了冷卻能力。

返回到方框204，如果傳熱增強(qiáng)件將不延伸到繞組中(即繞組層之間)，則執(zhí)行下面不同的步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)繞組。特別地，在判定方框230中，確定傳熱增強(qiáng)件是否與線圈架一體地形成。如果線圈架與傳熱增強(qiáng)件不一體成型，則如方框232的注釋分別制備線圈架和傳熱增強(qiáng)件，并且將線圈架定位在定子芯上。在方框234中，確定傳熱增強(qiáng)件是設(shè)置在繞組之上(例如圖16所示)還是設(shè)置在繞組層之下(例如圖15所示)。如果傳熱增強(qiáng)件將設(shè)置在繞組層之下，則如方框240中的注釋，將傳熱增強(qiáng)件設(shè)置在線圈架上。然后，如方框242的注釋，在線圈架和定子芯上形成全部的繞組。之后，如方框260所注釋的，將冷卻管附連至傳熱增強(qiáng)件。

返回到判定方框234，如果傳熱增強(qiáng)件將定位在繞組層上方，則如方框236中注釋的，首先在線圈架和定子芯上完成繞組。然后，如方框238中的注釋，將傳熱增強(qiáng)件定位在線圈架上，并延伸過(guò)繞組的外層。這之后，如方框260所注釋的，將冷卻管附連至傳熱增強(qiáng)件。

再次返回到判定方框230，如果不單獨(dú)地形成傳熱增強(qiáng)件和線圈架，則如方框250所注釋的它們一體成型。然后，如方框252中所注釋的，將繞組纏繞在線圈架上。之后，如方框260所注釋的，將冷卻管附連至傳熱增強(qiáng)件。

這里僅通過(guò)示例性而非限制性的方式介紹了用于電機(jī)的傳熱增強(qiáng)件的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在不合并這里所述的其他特征和功能的情形下，優(yōu)勢(shì)在于可以得到這里所述的一些單獨(dú)的特征和功能。例如，盡管以上示出了傳熱增強(qiáng)件的不同的示例性結(jié)構(gòu)，包括不同的形狀、位置以及傳熱增強(qiáng)件的數(shù)量，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到還可以是許多額外的結(jié)構(gòu)。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述示例性實(shí)施例的不同的備選方案、修正、變化或改進(jìn)以及其它特征和功能或它們的備選可以按照期望地組合到眾多其它不同的實(shí)施例、系統(tǒng)或應(yīng)用中。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以隨后實(shí)現(xiàn)的目前沒(méi)有預(yù)料或沒(méi)有想到的備選方案、修正、變化或改進(jìn)也包含在所附的權(quán)利要求內(nèi)。因此，任何所附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)和范圍不應(yīng)當(dāng)成為對(duì)這里所包含的示例性實(shí)施例描述的限制。