專利名稱：電動機/發(fā)電機和冷卻機電式變速器的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及在混合機電式變速器中冷卻馬達/發(fā)電機。
背景技術(shù)：
混合式電力裝置在燃料節(jié)約和進一步減少排放方面還有改進的余地。混合式電力裝置合并了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機和機電式變速器，其中機電式變速器具有一個或多個系列或平行放置的電動機/發(fā)電機以及例如行星式齒輪組的齒輪裝置。電動機/發(fā)電機在推進力或能量吸收(儲存)方面起到促進作用，這取決于運行模式。當與任何能量轉(zhuǎn)換裝置一起應用時，馬達/發(fā)電機的效率低于100％，并且排出一定能量，例如熱。需要有效除去這種廢物熱量，從而達到燃料高效機動車輛的目的。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種有效的馬達冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)與用于行星式齒輪裝置和離合器的冷卻系統(tǒng)一體形成。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，一種電動機/發(fā)電機包括支撐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子轂，其中電動機/發(fā)電機具有環(huán)繞基本上環(huán)形的轉(zhuǎn)子的基本上環(huán)形的定子。所述轉(zhuǎn)子轂具有至少一個形成在其中的通道，從而使冷卻流體流過其中用于冷卻轉(zhuǎn)子。優(yōu)選地，一個基本上徑向的通道從內(nèi)端延伸穿過轉(zhuǎn)子轂到達外端，并且在外端處由轉(zhuǎn)子密封。一個基本上軸向的通道與該徑向通道相交叉，在該徑向通道中的流體可以通過離心力和/或泵送流體的壓力穿過徑向通道排出轉(zhuǎn)子轂。
所述轉(zhuǎn)子轂可以在所述徑向通道內(nèi)端處形成環(huán)形通道，以收集冷卻流體，使其穿過該通道。轉(zhuǎn)動傳送元件，例如共軸線的軸，可以在其間形成一個腔，該腔中容納壓縮的流體，壓縮流體穿過一個孔定量進入內(nèi)端環(huán)形通道。從該腔中流出的冷卻流體也可以供給到其它需要潤滑的元件，例如軸承。
優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子轂包括一徑向的支撐部分和一從此處基本上軸向延伸的肩部。所述肩部具有徑向向內(nèi)突出的端部，從而在端部和所述徑向支撐部分之間形成一肩部環(huán)形通道。從所述轉(zhuǎn)子轂中的通道流出的冷卻流體由所述端部收集，并射向所述肩部環(huán)形通道，從而保持在與轉(zhuǎn)子內(nèi)徑相對的轉(zhuǎn)子轂上，這是用于冷卻的重要區(qū)域。離心力使匯集的流體穿過肩部端部射進在馬達外殼和轉(zhuǎn)子轂之間形成的間隙。流體流經(jīng)該間隙，流到轉(zhuǎn)子端部上，并遠離轉(zhuǎn)子端部射到定子繞組的內(nèi)徑上。直接冷卻轉(zhuǎn)子端部是一種從轉(zhuǎn)子上除去大量熱量的有效途徑。由于定子繞組的內(nèi)徑側(cè)難于冷卻，所以尤其通過從繞組的外徑向內(nèi)流動的流體來進行冷卻。通過直接冷卻內(nèi)側(cè)的繞組，本發(fā)明提供了一種有效的方法，減少了試圖壓迫流體向內(nèi)穿過致密的外部繞組所作的努力。
因此，一種冷卻機電式變速器的方法包括將轉(zhuǎn)子支撐在轉(zhuǎn)子轂上，在轉(zhuǎn)子轂中提供至少一個通道(例如通過機加工)，從而使冷卻流體被導向穿過該通道以冷卻轉(zhuǎn)子?？梢耘c該通道流體連通形成一個腔，根據(jù)該方法限制流體在所述腔到所述通道之間的流動(例如通過一個孔)。該方法可以包括，捕集在該通道的內(nèi)端處由轉(zhuǎn)子轂形成的環(huán)形通道中的孔提供的流體。優(yōu)選地，提供一種需要潤滑的部件，從該腔流出的流體也用于冷卻該部件，這樣就將轉(zhuǎn)子冷卻與變速器中的其它冷卻系統(tǒng)相結(jié)合。該方法中還可以包括，在上面所述的肩部環(huán)形通道中匯集流體，使從環(huán)形通道流出的冷卻流體穿過在馬達外殼和轉(zhuǎn)子轂之間的間隙，射向轉(zhuǎn)子端部，然后流向定子繞組的內(nèi)徑。
當隨附圖一起考慮本發(fā)明時，從下面對用于實施本發(fā)明的最優(yōu)實施方式的詳細描述中，可以明顯的看出本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其它的特征和優(yōu)點。


圖1是具有一個馬達/發(fā)電機的機電式變速器的橫截面示意圖，其中馬達/發(fā)電機配有一個由轉(zhuǎn)子轂支撐的轉(zhuǎn)子；和圖2是圖1中馬達/發(fā)電機的局部橫截面示意圖，示出了冷卻流體的流動通道。
具體實施例方式
參照附圖，其中相同的附圖標記表示相同的部件，圖1示出了具有中心軸線12的混合機電式變速器10。在圖1中分別由A和B表示的第一和第二電動機/發(fā)電機組件14，16位于變速器10內(nèi)中心軸線12的周圍。如下面圖2所示和說明，每個馬達/發(fā)電機組件都包括一個轉(zhuǎn)子，一個支撐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子轂，一個定子和一個支撐定子的馬達外殼。主軸20繞中心軸線12可轉(zhuǎn)動地縱向設置。多個內(nèi)軸承，例如內(nèi)軸承22，繞主軸20同心設置，并且能夠繞中心軸線轉(zhuǎn)動。輸入軸24設置在主軸20的前方，并且可用于從發(fā)電機向變速器10傳遞電力。包括在變速器10中的一個或多個離合器(分別示出的第一離合器26、第二離合器28、第三離合器30和第四離合器32)接合，使得第一、第二和第三行星式齒輪組34、36和38中的一個或多個分別互相連接，從而以各種比率向輸出部件39傳遞電力。
參照圖2，示出了一種獨特的馬達/發(fā)電機冷卻裝置。僅僅示出了第一馬達/發(fā)電機組件14，第二馬達/發(fā)電機組件16具有相同的結(jié)構(gòu)并以相同的方式進行冷卻。流向第一馬達/發(fā)電機組件14的轉(zhuǎn)子40的冷卻油液流(由箭頭表示)通過齒輪軸承和離合器潤滑系統(tǒng)提供。流體從主軸20中的導管41流出穿過主軸20中的第一孔42，穿過一壓縮間隙或第一腔44和形成在內(nèi)軸承22中的第二孔46，到達轉(zhuǎn)動部件之間的第二腔48。第二孔46限制流向第二腔48中的流量。穿過第二孔46的流速由以孔直徑和流體壓力為基礎的流量方程式確定，本領域的技術(shù)人員可以很好的理解這些。這種流速的精確控制使得轉(zhuǎn)子冷卻相對于系統(tǒng)效率來說(即對于冷卻需求相對于消耗用來分配冷卻流體的能量來說)可以最佳化。
第一腔44形成在同心主軸20和內(nèi)軸承22之間。導管41和腔44、48中的壓縮流體通過一個泵(未示出)從一個流體源提供，例如一個貯油槽(未示出)，這是本領域公知的。特別地，用于冷卻轉(zhuǎn)子40的流體也用于冷卻傳動齒輪裝置，例如行星式齒輪組34和止推軸承50，這在圖2中很明顯，第一腔44和第二腔48也與這些部件流體連通。
流過第二孔46進入第二腔48中的流體被捕捉在環(huán)形通道52中，該環(huán)形通道52在馬達/發(fā)電機轉(zhuǎn)子轂54的內(nèi)徑53上形成。然后，流體被離心地導入徑向通道56(示出了一個)，優(yōu)選從轉(zhuǎn)子轂54的外徑57處鉆取該通道56。環(huán)狀通道52在徑向通道56的內(nèi)端55處。當轉(zhuǎn)子40放在轉(zhuǎn)子轂54上時，徑向通道56的外端58由轉(zhuǎn)子40的內(nèi)徑60密封。平行鉆取軸向通道62，并且軸向通道62與徑向通道56交叉。徑向通道56在轉(zhuǎn)子轂54的徑向支撐部分64中形成。一類似凸緣的、基本上軸向的肩部66從徑向支撐部分64處延伸。
冷卻流體流經(jīng)徑向通道56和軸向通道62，然后沿著肩部66的內(nèi)徑68導向。肩部66的端部70A、70B徑向向內(nèi)延伸，從而在徑向支撐部分64和各自的端部70A、70B之間形成肩部環(huán)狀套筒72A、72B。端部70A、70B捕捉從軸向通道62排出的流體，將其匯合到環(huán)狀套筒72A、72B中，從而在肩部66的內(nèi)徑68處提供了一層流體，以消除從轉(zhuǎn)子40的內(nèi)徑60散發(fā)的熱。通過繞著肩部66的內(nèi)徑68提供均勻的流體分配，就可以使對轉(zhuǎn)子內(nèi)徑60的冷卻更加均勻。
流體溢出端部70A、70B，并被離心地導向在肩部66或轉(zhuǎn)子轂54分別與上下兩件馬達外殼78A、78B之間形成的間隙76A、76B中。從間隙76A、76B排出的流體被離心地徑向向外射向轉(zhuǎn)子40的端部80A、80B，從而從轉(zhuǎn)子40上除去多余的熱量。最后，流體從轉(zhuǎn)子端部80A、80B被徑向向外射向定子84的馬達/發(fā)電機定子繞組82A、82B的內(nèi)徑81，以促進冷卻環(huán)形定子繞組82A、82B的內(nèi)徑側(cè)。(定子84優(yōu)選與馬達外殼78B干涉配合，以包圍轉(zhuǎn)子40。)特別地，高密度的定子繞組使得在接近環(huán)形繞組外徑86的定子繞組一側(cè)引入的流體難以到達定子繞組的內(nèi)徑81(即，流體難以徑向向內(nèi)穿過繞組)。因此，通過冷卻繞組的內(nèi)徑側(cè)，就可以減少定子外徑86的冷卻，并因此提高系統(tǒng)效率。冷卻定子繞組82A、82B后，在使流體返回到導管通道以重新開始冷卻操作之前，流體被排向一個貯槽并通過散熱器進行冷卻，這是本領域公知的。
因此，冷卻流體被傳送到最重要的位置，以除去定子或轉(zhuǎn)子(即轉(zhuǎn)子內(nèi)徑、轉(zhuǎn)子端部和定子繞組的內(nèi)徑側(cè))上的熱量；因為將流體直接提供到這些區(qū)域，所以就會避免與其它冷卻方法相關(guān)的低效率，例如噴射冷卻和噴濺冷卻所固有的旋轉(zhuǎn)損失。另外，例如在噴濺冷卻裝置中需要將流體導向部件的換向器的額外結(jié)構(gòu)可以不再是必要的了。
如上相關(guān)于圖1和2的結(jié)構(gòu)所描述的，本發(fā)明提供了一種冷卻機電式變速器10的方法，該方法包括將轉(zhuǎn)子40支撐在轉(zhuǎn)子轂54上，在轉(zhuǎn)子轂54中形成至少一個通道56、62，以使冷卻流體流過用于冷卻轉(zhuǎn)子的通道。接下來，冷卻流體被導向穿過用于冷卻轉(zhuǎn)子的通道?？梢孕纬梢粋€腔(第二腔48)與通道56、62流體連通，并依照該方法使流體限制為從該腔流向通道(例如，通過第二孔46)。該方法可以包括捕捉從環(huán)形通道52中的孔46流來的流體，其中環(huán)形通道52由通道56的內(nèi)端55處的轉(zhuǎn)子轂54形成。優(yōu)選地，提供一需要潤滑的部件(第一行星式齒輪組34和止推軸承50)，從腔44流來的流體也用于冷卻該部件，這樣就使馬達冷卻與變速器中的其它冷卻系統(tǒng)相結(jié)合。該方法中還可以包括，在上面所述的肩部環(huán)形通道72A、72B中匯集流體，使從環(huán)形通道72A、72B流出的冷卻流體穿過馬達外殼78A、78B和轉(zhuǎn)子轂54之間的間隙76A、76B，射向轉(zhuǎn)子端部80A、80B，然后流向定子繞組82A、82B的內(nèi)徑81。
雖然詳細描述了用于實施本發(fā)明的最優(yōu)實施例，但是與本發(fā)明相關(guān)領域的技術(shù)人員能夠認識到多種替換設計和實施方式，以在附加的權(quán)利要求范圍內(nèi)實施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種電動機/發(fā)電機，具有基本上環(huán)形的定子和轉(zhuǎn)子，包括一個支撐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子轂，其特征在于所述轉(zhuǎn)子轂具有至少一個形成在其中的通道，允許冷卻流體流過其中用于冷卻轉(zhuǎn)子。
2.如權(quán)利要求1的電動機/發(fā)電機，其特征在于所述至少一個通道包括一個基本上徑向的通道和一個基本上軸向的通道，所述徑向通道與所述軸向通道相交叉，以使得冷卻流體通過所述軸向通道排出所述徑向通道。
3.如權(quán)利要求1的電動機/發(fā)電機，其特征在于所述至少一個通道具有一個內(nèi)端；和所述轉(zhuǎn)子轂在所述至少一個通道內(nèi)端處形成環(huán)形通道，以收集冷卻流體以流過所述至少一個通道。
4.如權(quán)利要求1的電動機/發(fā)電機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子轂具有一外徑；所述至少一個通道在所述外徑處具有一外端；和轉(zhuǎn)子在所述外徑處由轉(zhuǎn)子轂支撐，轉(zhuǎn)子因此密封所述外端以堵塞從此流過的流體。
5.如權(quán)利要求1的電動機/發(fā)電機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子轂包括一基本上徑向的支撐部分和一從此處基本上軸向延伸的肩部；所述肩部的一端徑向向內(nèi)突出，從而所述肩部在所述徑向支撐部分和所述端部之間形成一肩部環(huán)形通道；和從所述至少一個通道流出的冷卻流體由所述端部收集，并匯集在所述肩部以冷卻轉(zhuǎn)子。
6.如權(quán)利要求5的電動機/發(fā)電機，其特征在于轉(zhuǎn)子具有一端條，馬達/發(fā)電機還包括一容納轉(zhuǎn)子、定子和轉(zhuǎn)子轂的馬達外殼；和所述馬達外殼與所述轉(zhuǎn)子轂間隔開，以在其間形成間隙；和匯集在所述肩部環(huán)形通道的流體溢出通過端部并流經(jīng)所述間隙，流到轉(zhuǎn)子的端條上以冷卻轉(zhuǎn)子。
7.一種混合機電式變速器，包括一電動機/發(fā)電機，包括一轉(zhuǎn)子；一支撐所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子轂，該轉(zhuǎn)子轂在其中形成有至少一個通道；一需要潤滑的傳動部件；傳動元件形成一個腔；其特征在于，所述腔與所述需要潤滑的傳動部件和所述至少一個通道流體連通，以將冷卻流體提供給所述需要潤滑的傳動部件而對其冷卻，和提供給所述轉(zhuǎn)子轂而將其冷卻。
8.如權(quán)利要求7的混合機電式變速器，其特征在于所述傳動元件包括在其間形成腔的共軸線的軸。
9.如權(quán)利要求7的混合機電式變速器，其特征在于至少一個所述傳動元件形成一個孔；和所述腔通過所述孔與所述至少一個通道流體連通，以控制流向所述至少一個通道的流量。
10.如權(quán)利要求9的混合機電式變速器，其特征在于所述至少一個通道具有一內(nèi)端；所述轉(zhuǎn)子轂在所述內(nèi)端形成一環(huán)形通道，以使得流體流經(jīng)所述孔。
11.如權(quán)利要求7的混合機電式變速器，其特征在于所述轉(zhuǎn)子具有一端條；變速器還包括一馬達外殼，容納轉(zhuǎn)子、定子和轉(zhuǎn)子轂且與所述轉(zhuǎn)子轂間隔開，以在其間形成間隙；和所述至少一個通道與所述間隙流體連通，從而流出所述至少一個通道的流體通過離心力流經(jīng)所述間隙，并被拋向所述端條，以將其冷卻。
12.如權(quán)利要求11的混合機電式變速器，其特征在于所述定子具有繞組，繞組具有一內(nèi)徑和一外徑；和通過離心力將流體從所述轉(zhuǎn)子端部拋向所述繞組的內(nèi)徑，以冷卻繞組。
13.如權(quán)利要求7的混合機電式變速器，其特征在于所述轉(zhuǎn)子轂具有一徑向支撐部分和基本上從所述徑向支撐部分軸向延伸的肩部；和所述肩部具有徑向向內(nèi)突出的端部，從而所述肩部在所述端部和徑向支撐部分之間形成一肩部環(huán)形通道通道；所述肩部環(huán)形通道與所述至少一個通道流體連通，以將從至少一個通道流出的流體匯集到所述環(huán)形通道中，從而冷卻轉(zhuǎn)子。
14.一種冷卻機電式變速器的方法，包括將轉(zhuǎn)子支撐在轉(zhuǎn)子轂上；在所述轉(zhuǎn)子轂中提供至少一個通道，以使冷卻流體流經(jīng)所述至少一個通道而冷卻轉(zhuǎn)子；和將冷卻流體導向穿過所述至少一個通道，從而冷卻轉(zhuǎn)子。
15.如權(quán)利要求14的方法，還包括形成一個與所述至少一個通道流體連通的腔；和限制流體在所述腔和所述至少一個通道之間流動，以控制從所述腔流出的流體的量，來冷卻轉(zhuǎn)子。
16.如權(quán)利要求15的方法，還包括提供一與所述腔流體連通的需要潤滑的傳動部件，使得從所述腔流出的流體也提供給所述需要潤滑的傳動部件，從而將傳動部件冷卻。
17.如權(quán)利要求14的方法，還包括將從所述孔流出的流體匯集到一個環(huán)形通道中，該環(huán)形通道由所述轉(zhuǎn)子轂在所述孔和所述至少一個通道之間形成。
18.如權(quán)利要求14的方法，還包括將流體匯集到環(huán)形通道，以冷卻所述轉(zhuǎn)子，所述環(huán)形通道由所述轉(zhuǎn)子轂相對所述轉(zhuǎn)子形成。
19.如權(quán)利要求18的方法，還包括將從所述環(huán)形通道流出的冷卻流體徑向向外拋到所述轉(zhuǎn)子的端部，用于冷卻所述轉(zhuǎn)子的端部。
20.如權(quán)利要求19的方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)子支撐在所述定子內(nèi)，所述定子包括繞組，該方法還包括將從所述轉(zhuǎn)子的端部流出的冷卻流體徑向向外拋到所述繞組的內(nèi)徑上，用于冷卻繞組。
全文摘要
一種機電式變速器，包括一個支撐在轉(zhuǎn)子轂上的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子轂具有至少一個形成在其中的通道，用于向所述轉(zhuǎn)子提供冷卻流體。優(yōu)選地，冷卻流體通過一個孔提供給該通道，以控制流量。轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑由轉(zhuǎn)子轂支撐，流體由處于轉(zhuǎn)子內(nèi)徑的轉(zhuǎn)子轂匯集，用于冷卻轉(zhuǎn)子。優(yōu)選地，通過離心力將流體從轉(zhuǎn)子轂射向轉(zhuǎn)子端部，然后射到圍繞轉(zhuǎn)子的定子的定子繞組內(nèi)徑側(cè)上。也提供了一種冷卻機電式變速器的方法。
文檔編號H02K9/08GK1722575SQ20051005594
公開日2006年1月18日 申請日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月22日
發(fā)明者M·D·福斯特爾 申請人:通用汽車公司