專利名稱：液體冷卻的電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)電機(jī)中的部件的冷卻。具體而言，本發(fā)明涉及用于控制冷卻劑的流 動(dòng)的設(shè)備，以提供對(duì)電機(jī)的一部分的基本均勻的冷卻。
背景技術(shù)：
由于車輛對(duì)電力的要求不斷增加，因此交流發(fā)電機(jī)(發(fā)電機(jī))設(shè)計(jì)的趨勢(shì)已朝向 更大供電能力發(fā)展。同時(shí)存在使交流發(fā)電機(jī)殼體更緊湊的需求，從而其在車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)艙 中占據(jù)較小的空間。這些需求的結(jié)果增加了對(duì)交流發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)的要求，交流發(fā)電機(jī) 冷卻系統(tǒng)必須將由位于交流發(fā)電機(jī)殼體中的定子/轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的熱移除。交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)典型地包括殼體，該殼體包括一個(gè)或更多供液體冷卻劑流動(dòng)通過 的通道。冷卻劑通常被從車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)流到交流發(fā)電機(jī)。專利US6，633，098描述一種用 于冷卻高輸出交流發(fā)電機(jī)中的定子和轉(zhuǎn)子(包括轉(zhuǎn)子上的繞組)的設(shè)置。定子由構(gòu)成套筒 結(jié)構(gòu)的托架支撐。冷卻劑通道沿套筒軸向地且在其端部圓周地延伸。冷卻劑在套筒的一端 進(jìn)入，沿將其帶到另一端并再次返回的回路行進(jìn)。冷卻劑然后離開套筒，從而使定子被冷 卻。轉(zhuǎn)子由離心風(fēng)扇冷卻。翼片和導(dǎo)向件被提供用于引導(dǎo)來自風(fēng)扇的氣流。專利US 6，046，520也涉及冷卻高輸出交流發(fā)電機(jī)。壺形殼(本質(zhì)上為具有基部 的管)被附接到交流發(fā)電機(jī)殼體，從而在交流發(fā)電機(jī)殼體與殼之間形成間隙。該間隙圍繞 殼體圓周地且沿殼體軸向地延伸。冷卻劑在與殼相切的入口處進(jìn)入該間隙。其沿間隙圍繞 殼的圓周傳送，并從與入口成約300度的出口離開。入口與出口(分開60度)之間的間隙 被部分地阻擋，以阻止流體采用較短路徑到達(dá)出口。入口和出口被軸向(沿殼的長度交錯(cuò) 地)移位，以增強(qiáng)冷卻。圍繞殼的圓周轉(zhuǎn)約180度存在限制裝置。該限制裝置導(dǎo)致一些液 體被軸向?qū)Я鞯綒さ幕繀^(qū)域，在此區(qū)域液體可冷卻該區(qū)域中的軸承。其余液體經(jīng)過該限 制裝置并到達(dá)出口。因此，用于交流發(fā)電機(jī)的冷卻劑通道的常規(guī)設(shè)置結(jié)構(gòu)是已知的。然而，日益增加的 使內(nèi)燃機(jī)消耗的燃料減小的需求引起了集成啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(ISG)的發(fā)展，其為傳統(tǒng)交流發(fā)電 機(jī)的可替代物。類似于交流發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ISG產(chǎn)生電力，用于供應(yīng)車輛的電力 系統(tǒng)并對(duì)其電池充電。然而，ISG將傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)的功能與啟動(dòng)馬達(dá)的功能結(jié) 合在單個(gè)ISG中。因此，其能夠從交流發(fā)電機(jī)模式切換為啟動(dòng)器模式。ISG能夠自動(dòng)停止， 并且隨后快速重啟發(fā)動(dòng)機(jī)，以避免不必要的發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，例如在車輛等待交通燈時(shí)的情況。 這減少了燃料消耗和廢物排放。類似于交流發(fā)電機(jī)，ISG包括需要被冷卻的定子和轉(zhuǎn)子。然而，上述ISG的雙重功 能意味著，其除了通常在交流發(fā)電機(jī)中存在的部件以外還需要其他部件。具體而言，ISG包 括各種電動(dòng)部件，用于產(chǎn)生啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的高電流。而且，需要復(fù)雜的電子裝置來有效地 控制ISG的啟動(dòng)-停止功能。而且，ISG面對(duì)與傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)相同的對(duì)緊湊性的要求，因 此電動(dòng)部件和電子部件應(yīng)該以最小可能的體積被集成到ISG的殼體中。這種高功率部件在 小的封裝的空間中的結(jié)合意味著ISG產(chǎn)生大量的熱，該熱顯著大于傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)，這些熱必須被有效移除，以使ISG有效地操作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于電機(jī)的流動(dòng)控制設(shè)備，該流動(dòng)控制設(shè)備包 括第一壁和第二壁，所述第二壁相對(duì)于所述第一壁傾斜，以在所述第一壁與所述第二壁之 間限定錐形第一室，所述第一室包括進(jìn)入孔和離開孔，其中在使用時(shí)，隨著該液體在所述進(jìn) 入孔和所述離開孔之間傳送，所述錐形導(dǎo)致所述第一室中的液體的速度被改變，從而經(jīng)由 所述第一壁從熱源向所述液體的熱能的傳遞在所述進(jìn)入孔和所述離開孔之間是基本均勻 的。優(yōu)選地，所述流動(dòng)控制設(shè)備的所述第二壁包括導(dǎo)向構(gòu)件，所述導(dǎo)向構(gòu)件具有第一 端面和第二端面，所述第一端面相對(duì)于所述第二端面傾斜，以在所述第一端面和所述第二 端面之間形成錐形輪廓，并且其中所述錐形第一室由所述第一壁和所述導(dǎo)向構(gòu)件的所述第 一端面限定。所述導(dǎo)向構(gòu)件可為該電機(jī)的可分離部件，從而可以簡化電機(jī)自身的結(jié)構(gòu)的制 造。而且，可產(chǎn)生一系列導(dǎo)向構(gòu)件，每個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件具有不同的錐形角。這實(shí)現(xiàn)對(duì)合適的導(dǎo)向 構(gòu)件的選擇，其將針對(duì)任何特殊的電機(jī)提供所需的流動(dòng)速度曲線和冷卻性能。該流動(dòng)控制設(shè)備可進(jìn)一步包括包括端口的第三壁，所述端口被布置為接納液體； 和第二室，所述第二室由所述第三壁和所述導(dǎo)向構(gòu)件的所述第二端面限定，所述第一室的 所述離開孔被聯(lián)接到所述第二室，其中在使用時(shí)，所述液體經(jīng)由所述離開孔被從所述第一 室傳送到所述第二室，并且所述第二室中的所述液體的至少一部分由所述端口接納。單個(gè) 或多個(gè)端口用于將液體分配到電機(jī)的其它部分，以冷卻這些部分。流動(dòng)控制設(shè)備的第一壁可包括適于在液體中誘發(fā)湍流的起伏表面?？商娲鼗蛄?外地，所述導(dǎo)向構(gòu)件的所述第一端面可包括適于在液體中誘發(fā)湍流的起伏表面。由于湍流 與層流相比可產(chǎn)生更高的熱傳遞速率，因而湍流是有利的。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于電機(jī)的大致圓柱形殼體，該殼體包括第一 端，所述第一端包括如上所述的流動(dòng)控制設(shè)備；第二端；內(nèi)環(huán)狀壁和外環(huán)狀壁，所述環(huán)狀壁 在所述第一端與所述第二端之間軸向延伸；在所述內(nèi)環(huán)狀壁和所述外環(huán)狀壁之間的多個(gè)通 道，所述通道在所述第一端與所述第二端之間軸向延伸；和管道，所述管道在所述內(nèi)環(huán)狀壁 與所述外環(huán)狀壁之間圓周地延伸并在所述第二端處接合所述軸向通道，其中在使用時(shí)，液 體通過所述軸向通道被從所述流動(dòng)控制設(shè)備的處于所述第一端處的端口傳送到處于所述 第二端處的所述管道，例如用于經(jīng)由所述內(nèi)環(huán)狀壁將熱能從熱源傳遞到所述液體。所述殼 體的特征提供控制流動(dòng)速度曲線和分配用于冷卻的液體的結(jié)合優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種大致環(huán)形導(dǎo)向構(gòu)件，用在電機(jī)的腔中并且適于 影響液體在該電機(jī)的所述腔中的進(jìn)入孔與離開孔之間的流動(dòng)，所述導(dǎo)向構(gòu)件包括第一端面 和第二端面，所述第一端面相對(duì)于所述第二端面傾斜，以在所述第一端面與所述第二端面 之間形成錐形輪廓，其中在使用時(shí)，隨著該液體在所述進(jìn)入孔與所述離開孔之間被傳送，所 述導(dǎo)向構(gòu)件的所述錐形導(dǎo)致與所述第一端面相鄰的液體的速度改變。所述導(dǎo)向構(gòu)件可為該 電機(jī)的可分離部件，從而可以簡化電機(jī)自身的結(jié)構(gòu)的制造。而且，可產(chǎn)生一系列導(dǎo)向構(gòu)件， 每個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件具有不同的錐形輪廓。這實(shí)現(xiàn)對(duì)合適的導(dǎo)向構(gòu)件的選擇，其將針對(duì)任何特殊 的電機(jī)提供所需的流動(dòng)速度曲線和冷卻性能。
所述導(dǎo)向構(gòu)件的所述第一端面可包括適于在液體中誘發(fā)湍流的起伏表面。由于湍 流與層流相比可產(chǎn)生更高的熱傳遞速率，因而湍流是有利的。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種用于電機(jī)的配合構(gòu)件，該配合構(gòu)件包括由彈性 外罩圍繞的剛性內(nèi)核，該罩包括具有大致平滑密封表面的第一配合部分；具有大致紋理 粗糙阻尼表面的第二配合部分；以及內(nèi)環(huán)狀壁和外環(huán)狀壁，所述環(huán)狀壁在所述第一配合部 分和所述第二配合部分之間延伸，所述配合構(gòu)件被布置為接合在電機(jī)的所述殼體的兩個(gè)部 分之間，從而在使用時(shí)所述密封表面阻止液體從所述殼體泄漏，并且所述阻尼表面吸收在 所述殼體的所述部分之間傳遞的振動(dòng)。雙重功能的配合構(gòu)件提供用于密封液體冷卻劑通道 和減小電機(jī)中的振動(dòng)的有效裝置。優(yōu)選地，紋理粗糙阻尼表面包括多個(gè)浮雕波紋。所述波紋可變形，從而它們?cè)试S殼 體的兩個(gè)部分被緊固地夾持在一起，而不會(huì)導(dǎo)致彈性罩被壓碎或者沿徑向(向內(nèi)或向外)
嚴(yán)重扭曲。所述配合構(gòu)件可進(jìn)一步包括從所述浮雕波紋沿徑向向內(nèi)定位的環(huán)狀徑向突起。所 述環(huán)狀徑向突起用作進(jìn)一步的密封度。所述剛性內(nèi)核可包括向內(nèi)突起的唇部，其增加所述配合構(gòu)件的總強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種用于電機(jī)的大致圓柱形殼體，該殼體包括第一 部分，該第一部分包括第一端和第二端；內(nèi)環(huán)狀壁和外環(huán)狀壁，所述環(huán)狀壁在所述第一端 與所述第二端之間軸向延伸；在所述內(nèi)環(huán)狀壁與所述外環(huán)狀壁之間的多個(gè)通道，所述通道 在所述第一端與所述第二端之間軸向延伸；和管道，所述管道在所述內(nèi)環(huán)狀壁與所述外環(huán) 狀壁之間圓周地延伸并在所述第二端處接合所述軸向通道，所述殼體進(jìn)一步包括第二部 分；和如上所述的配合構(gòu)件，所述配合構(gòu)件被布置為接合在所述殼體的所述第一部分與所 述第二部分之間。所述殼體的特征提供控制流動(dòng)速度曲線和分配用于冷卻的液體、密封、以 及減小振動(dòng)的結(jié)合優(yōu)點(diǎn)。




視現(xiàn)在將參照附圖通過示例的方式更具體地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中 圖1示出用于車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的集成啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(ISG)； 圖2示出圖1的ISG的前視圖； 圖3示出圖1的ISG的殼體的內(nèi)部； 圖4示出用在圖1的ISG中的分流片環(huán)；
圖fe示出圖4的分流片環(huán)的俯視圖和仰視圖。圖恥和圖5c示出分流片環(huán)的剖
圖6示出圖3的殼體的一半的剖切圖，其包括圖4的分流片環(huán)； 圖7示出圖1的ISG的剖視圖8示出液體冷卻劑在圖4的分流片環(huán)的下端面上的流動(dòng)路徑； 圖9示出液體冷卻劑在圖4的分流片環(huán)的上端面上的流動(dòng)路徑； 圖IOa示出用在圖1的ISG中的NVH(噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度)環(huán)； 圖IOb示出用在圖1的ISG中的可替代的NVH環(huán)； 圖11示出安裝在圖1的ISG中的圖IOa的NVH環(huán)；
圖12示出用在本發(fā)明的另一實(shí)施例的修改的殼體；以及圖13示出用在圖12的殼體的修改的分流片環(huán)。
具體實(shí)施例方式圖1示出用于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的集成啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(ISG) 1。ISGl的前視圖示于圖2中。 ISGl為開關(guān)磁阻馬達(dá)，其包括具有專用電子控制器的無刷馬達(dá)。其由連接在皮帶輪3與發(fā) 動(dòng)機(jī)的曲軸之間的帶(未示出)驅(qū)動(dòng)。用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的力矩由鋼轉(zhuǎn)子對(duì)定子電磁體的磁 吸引產(chǎn)生。不需要永磁體，且轉(zhuǎn)子不攜帶“鼠籠”或繞組。12V ISGl將傳輸高達(dá)65Nm的曲 柄力矩、2. 4kff的曲柄功率和3kW的發(fā)電功率。ISGl包括大致圓柱形的模鑄件鋁制殼體5，其具有前端面7和后端面9。殼體5主 要容納定子組件和相關(guān)的驅(qū)動(dòng)軸和軸承。鋁制前蓋11被可移除地附接到殼體5的前端面 7。容納電動(dòng)部件和電子部件的外殼13被可移除地附接到ISG 1的后端面。殼體5的后部 軸向向內(nèi)突起，以形成接納外殼13的外腔(未示出)。ISGl包括具有入口管15和出口管17的冷卻設(shè)備。冷卻設(shè)備利用來自發(fā)動(dòng)機(jī)的液 體冷卻劑來冷卻電動(dòng)部件和電子部件以及定子組件。圖3示出殼體5，其中前蓋11和外殼13被省去。殼體5的內(nèi)部鑄有總共15根肋 條19，肋條19從它們接近殼體5的后部的根部向殼體5的前部軸向延伸，未到達(dá)前端面7 時(shí)終止。肋條19具有不一樣的長度，并被布置為，當(dāng)圍繞殼體5距出口管17圓周轉(zhuǎn)180度 觀看時(shí)，它們的最前部延伸為越來越靠向前端面7。肋條19被圓周地分隔，例如在它們之間 形成多個(gè)軸向溝道21。是鑄造脊部23圍繞殼體5的內(nèi)部圓周地延伸朝向殼體5的后部并將肋條19的 根部接合在一起。脊部23向內(nèi)突起以在每個(gè)肋條的根部形成窄臺(tái)階25，臺(tái)階25垂直于 肋條19的端面。脊部23進(jìn)一步在相鄰肋條19之間的每個(gè)軸向溝道21中形成凹進(jìn)凸緣 (ledge) 27。凹進(jìn)凸緣27在臺(tái)階25的后面，因而交替分隔的凹進(jìn)凸緣27和臺(tái)階25形成齒 形圖案。朝向殼體5的后部且與脊部23相鄰的是分離壁四。分離壁四垂直于殼體5的 縱向軸線，并在脊部23的凹進(jìn)凸緣27的后面。包含電動(dòng)部件和電子部件的外殼13(未示 出)在分離壁四的另一側(cè)(即，后面)。外殼13通過熱墊與分離壁四分開。圖4示出分流片環(huán)101，其由澆注模制塑料構(gòu)成并用在ISG 1中。圖如示出分流 片環(huán)101的俯視圖和仰視圖。圖恥示出沿圖如的線B-B截取的剖視圖。圖5c示出沿圖 fe的線C-C截取的剖視圖。分流片環(huán)101包括大致平坦的上端面103和部分曲形的下端面105。適于傳送液 體的入口 107和出口 109位于分流片環(huán)101的相對(duì)側(cè)(即，距彼此旋轉(zhuǎn)180度)。下端面105的最下部形成用于分流片環(huán)101的平坦、水平基部111。曲形部分113、 115分別從水平基部111朝向入口 107和出口 109延伸。上端面103相對(duì)于水平基部111傾斜，從而上端面103從分流片環(huán)101的處于入 口 107處的較厚段向下傾斜到處于出口 109處的較薄段。因而，如圖恥所示，分流片環(huán)101 的輪廓在入口 107與出口 109之間是大致錐形的。間歇地位于入口 107與出口 109之間的柱117從上端面103延伸。柱117的長度沿從入口 107到出口 109增大，從而柱的頂表面形成水平平面(平行于水平基部111)。柱 117還在出口 109的區(qū)域中從下端面105延伸。圓周地分隔的凸耳119從分流片環(huán)101徑向向外延伸。凸耳從上端面103朝向下 端面105豎直延伸，從而凸耳119的下表面形成水平平面。圖6示出圖3的殼體5的一半的剖切圖，其包括分流片環(huán)101。分流片環(huán)101安裝 在分離壁四的前面并與脊部23相鄰。分流片環(huán)101的下端面105面對(duì)分離壁四。從下端 面105延伸的柱117接觸分離壁四并用于防止分流片環(huán)101的薄端屈曲。分流片環(huán)101 的凸耳119裝配到凹進(jìn)凸緣27中并由凹進(jìn)凸緣27支撐，例如用于終止軸向溝道21。分流 片環(huán)101的入口 107與殼體5的入口管15對(duì)齊。圖7示出沿圖2的線A-A截取的ISGl的剖視圖。在分流片環(huán)101裝配之后，定 子組件301被安裝在殼體5中。定子組件301被容納在圓柱形鋼套筒303內(nèi)，圓柱形鋼套 筒303具有帶有上端305和下端307的外壁。套筒303的外直徑大于殼體5的內(nèi)直徑。在 ISGl的組裝過程中，殼體5被加熱，從而其膨脹以適應(yīng)套筒303。套筒303然后被插入殼體 5中，從而其下端307坐落在處于肋條19根部處的臺(tái)階25上并由該臺(tái)階25支撐。套筒303 的下端307還接觸分流片環(huán)101的上端面103的柱117的端部，從而限制分流片環(huán)101以 防止軸向運(yùn)動(dòng)。套筒303的外壁接觸在殼體5的內(nèi)部圓周上的肋條19的端面。套筒303的上端 305朝向殼體5的前端面7延伸超過肋條19的最前部，由此將軸向溝道21接合在一起，以 在殼體5與套筒303的外壁之間且在肋條19的前面形成圓周管道311。因此，肋條19之間的軸向溝道21沿肋條19的端面被套筒303的外壁封閉，但在 殼體5的前端面7以及其與分流片環(huán)101相交的位置(即軸向溝道21的根部)保持打開。因此，在安裝過程中，殼體5被允許冷卻并隨后收縮，由此在肋條19的端面與套筒 303的外壁之間形成干涉配合。該干涉配合確保當(dāng)ISGl在正常工作中經(jīng)受高溫時(shí)殼體5和 套筒303不會(huì)彼此分開。利用安裝在殼體5中的分流片環(huán)101和定子組件套筒303，限定了兩個(gè)室，每個(gè)室 由位于殼體5后部的向內(nèi)突起部分在分流片環(huán)101的內(nèi)邊緣處限定范圍。下室被限定在分 離壁四與分流片環(huán)101的下端面105之間。由于從下端面105的水平基部111延伸的曲 形部分113、115，下室的橫截面積沿分流片環(huán)101從入口 107向出口 109變化。上室被限定在定子組件套筒303的水平下端307與分流片環(huán)101的傾斜上端面 103之間。由于上端面103的傾斜，上室的橫截面積以恒定速率在分流片環(huán)101的入口 107 與出口 109之間改變。前蓋11被安裝在殼體5上，從而封閉前端面7處的圓周管道311以在圓周管道 311中形成錐形段，該錐形段由肋條19的如上所述朝向前端面7延伸的最前部限定。ISGl如下組裝殼體5的入口管15在分流片環(huán)101的入口 107處被聯(lián)接到下室； 下室在分流片環(huán)101的出口 109處被聯(lián)接到上室；上室在凸耳119的被接納在凹進(jìn)凸緣27 中的區(qū)域處被聯(lián)接到軸向溝道21 ；圓周管道311在套筒303的上端305處被聯(lián)接到軸向溝 道21 ；并且殼體5的出口管17被聯(lián)接到圓周管道311。因此，形成通路以使液體流動(dòng)通過ISGl的殼體5，從而冷卻電動(dòng)部件和電子部件 以及定子組件。
在使用時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的水泵驅(qū)使液體冷卻劑在壓力下經(jīng)由分流片環(huán)101的入口 107 通過入口管15并進(jìn)入下室中。在入口 107處，冷卻劑分為兩條流動(dòng)路徑，每條路徑的軌跡 都為圍繞分離壁四的半圓。圖8中例示出這些冷卻劑流動(dòng)路徑123中的一個(gè)，其示出圖4 的分流片環(huán)101的下端面105的一半。兩條流動(dòng)路徑在分流片環(huán)101的出口 109的區(qū)域中 彼此重新接合。在沿每條路徑123流動(dòng)的冷卻劑中，存在從分離壁四的表面延伸到流動(dòng)的冷卻劑 中的速度邊界層。另一速度邊界層從分流片環(huán)101的下端面105延伸到冷卻劑中。冷卻劑為根據(jù)連續(xù)性理論作用的不可壓縮液體，因而在穩(wěn)定的流動(dòng)條件下，流動(dòng) 速度與液體端面的橫截面積(即沿垂直于冷卻劑的流動(dòng)方向的截取的下室平面的面積)成 反比。因此，冷卻劑的速度隨其從入口 107并沿由分流片環(huán)101(其在分離壁四上面)的 下端面105的曲形部分113限定的下室的變窄錐形段流動(dòng)而增大。然后，冷卻劑隨后以恒 定的速度流動(dòng)通過由下端面105的水平基部111限定的下室的恒定橫截面。然后，冷卻劑 的速度隨其流動(dòng)通過由分流片環(huán)101的下端面105的曲形部分115限定的下室的變寬錐形 段而減小。然后，冷卻劑到達(dá)分流片環(huán)101的出口 109。冷卻劑通過下室的速度為約0.2至 0. 55米每秒，體積流動(dòng)速率為約2升每分。這對(duì)于從電動(dòng)部件和電子部件中排出的熱而言 是有利的。其還減小了冷卻劑污染物被引入該嚴(yán)格(critical)冷卻區(qū)域的可能性。外殼13中的與分離壁四相鄰的熱的電動(dòng)部件和電子部件將熱傳遞到分離壁29， 這導(dǎo)致在分離壁四與在分離壁四上流動(dòng)的冷卻劑之間的溫度差。因此，存在從分離壁四 的表面延伸到流動(dòng)的冷卻劑的熱邊界層，并且熱能從分離壁四傳遞到冷卻劑。熱傳遞的速 率與分離壁四和冷卻劑之間的溫度差成比例。主要的傳熱機(jī)制為對(duì)流。更具體而言，由于 冷卻劑通過發(fā)動(dòng)機(jī)的水泵被泵浦通過下室，因此其為強(qiáng)迫對(duì)流過程。如上所述，下室的橫截面積的變化導(dǎo)致冷卻劑的速度隨其從分流片環(huán)101的入口 107流動(dòng)到出口 109而變化。因此，由冷卻劑每單位時(shí)間吸取的熱能量在入口 107與出口 109之間變化。也就是，從分離壁四向冷卻劑的熱傳遞速率由下室的形狀限定，其在分流片 環(huán)101的入口 107與出口 109之間基本上保持恒定。因此，分離壁四保持基本上一致的溫 度，從而避免在電動(dòng)部件和電子部件中的任何明顯的溫度梯度。這是很重要的，因?yàn)檫@種溫 度梯度可導(dǎo)致電動(dòng)部件和電子部件的不均勻和可能不充分的冷卻，由此限制ISGl的性能 或甚至導(dǎo)致其損壞。由殼體5后部的外殼13中的電動(dòng)部件和電子部件釋放的熱達(dá)到約400W。由殼體 5中的定子組件釋放的熱達(dá)到約1200W。從分離壁四向冷卻劑對(duì)流出的熱量可例如應(yīng)用牛頓冷卻定律獲得。這要求知曉 對(duì)流熱傳遞系數(shù)，其為包括液體密度、速度、粘性、比熱和熱導(dǎo)率的若干因數(shù)的函數(shù)。對(duì)流熱 傳遞系數(shù)可通過計(jì)算努珊數(shù)(從分離壁四進(jìn)入冷卻劑的熱與由冷卻劑引導(dǎo)出的熱的比率) 和普朗特?cái)?shù)(速度邊界層厚度與熱邊界層厚度的比率)獲得?？商娲?，用于普通流體對(duì) 流熱傳遞系數(shù)和各種流動(dòng)幾何已通過實(shí)驗(yàn)建立并已公知。在低速度下，冷卻劑的流動(dòng)往往為層流。在高速度下，在對(duì)應(yīng)的較高雷諾數(shù)下，流 動(dòng)可為湍流。湍流影響熱邊界層以及速度邊界層，這是因?yàn)槿缤牧鲗?duì)動(dòng)量傳遞的影響，湍 流也影響焓的傳遞。在湍流中在分離壁四的熱表面處停滯的液體膜層比在層流中薄。因 此，對(duì)流熱傳遞系數(shù)以及傳熱速率在湍流的情況下更大。因此，希望將湍流引入冷卻劑，以增大從分離壁四向冷卻劑的傳熱速率。這提高冷卻性能，從而電動(dòng)部件和電子部件可保持 在希望的溫度，同時(shí)以較高的功率水平操作?？商娲?，根據(jù)操作者的要求，它們可在低溫 下在相同的功率水平下操作，從而盡可能延長其可用工作壽命。湍流的引入通過在分離壁四的表面中包括不規(guī)則部而實(shí)現(xiàn)，這可由圖3看出。這 些不規(guī)則部采用一系列交替的峰谷的形式，當(dāng)觀察分離壁四的輪廓時(shí)，其呈現(xiàn)波形圖案。 這些起伏的峰谷干擾流動(dòng)，以改變接近分離壁四的表面的冷卻劑的溫度曲線的坡度。它們 還間歇地?cái)U(kuò)大和減小液體端面的橫截面積，由此導(dǎo)致流動(dòng)速度局部變化。然而，其對(duì)從下端 面105的水平基部111延伸的曲形部分113、115的占主導(dǎo)的速度產(chǎn)生影響。在分離壁四的表面中包括不規(guī)則部通常增大分離壁四的截面的厚度，從而在模 鑄件殼體5的該區(qū)域中提供增大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。由于其幫助壁承受該壁遭受的狀況，因而這 是有利的。這些狀況包括與由轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和ISGl所附接的車輛的運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)結(jié)合的 高溫和大量熱/冷的熱循環(huán)。然而，盡管具有更大強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，壁的厚度被小心地限制，以 確保其熱傳遞特性與外殼13中的電動(dòng)部件和電子部件的冷卻要求一致。一般而言，液體在裝置中的湍流流動(dòng)導(dǎo)致該裝置的總壓降往往增大。在本發(fā)明的 情況下，這種壓降是不希望的，這是因?yàn)槠鋾?huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水泵產(chǎn)生更大的要求，這相應(yīng)地可能 增大發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗。因此，盡管如上所述將湍流引入流動(dòng)中是有利的，但湍流量被有意地 限制?？紤]周到的設(shè)計(jì)形成冷卻劑的有效混合以有助于熱傳遞，而不會(huì)通過過量湍流形成 不可接受的大壓降，如果冷卻劑被迫使過于突然地改變方向，則可能發(fā)生這種大壓降。具體 而言，謹(jǐn)慎地確定分離壁四表面處的起伏峰谷的梯度使流動(dòng)控制設(shè)備能夠有效地冷卻電 和電子設(shè)備，同時(shí)嚴(yán)格地限制任何可能的燃料消耗惡化。在到達(dá)分流片環(huán)101的出口 109之后，冷卻劑然后流入上室并流到上端面103，在 此處冷卻劑再次分為兩條流動(dòng)路徑。這些流動(dòng)路徑125之一例示于圖9中，其示出圖4的 分流片環(huán)101的上端面103的一半。如上所述，上室的橫截面由于分流片環(huán)101的上表面103相對(duì)于定子組件套筒303 的下端307傾斜而以恒定速率變化。由于冷卻劑沿上端面103流動(dòng)遠(yuǎn)離出口 109，因此上室 的橫截面變得較窄，因而冷卻劑的速度增大。由于冷卻劑沿上端面103流動(dòng)，因此冷卻劑的一部分分到另一流動(dòng)路徑1 進(jìn)入 軸向溝道21中。冷卻劑的該部分被軸向溝道21傳送到圓周管道311，并從熱的定子組件套 筒303吸取熱能。然后，冷卻劑流動(dòng)通過圓周管道311的變寬截面朝向出口管17，其從出口 管17離開殼體5以返回到車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)。因此，冷卻劑經(jīng)由各個(gè)軸向溝道21以希望的速度和量圍繞殼體5的周界分布，由 此冷卻定子組件。圖IOa示出如上所述的用于ISG 1的NVH(噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度)環(huán)501。圖 11為圖7所示的ISG 1的一部分的詳細(xì)視圖，且示出安裝在ISG 1中位于殼體5與前蓋11 之間的NVH環(huán)501。HVH環(huán)501將前蓋11與殼體5分離，以使這二者不會(huì)彼此直接接觸。NVH環(huán)501具有兩種功能。首先，其用作密封件以防止液體冷卻劑從殼體5中的通 道逃逸。其次，其吸收和抑制由定子/轉(zhuǎn)子組件在殼體5中誘發(fā)的振動(dòng)，由此將前蓋11與 旋轉(zhuǎn)部件絕緣并減小噪聲。NVH環(huán)501包括封裝在彈性(橡膠)機(jī)殼505中的硬性鋼核心503。鋼核心503是堅(jiān)固的，且為相對(duì)柔性且可變形的機(jī)殼505提供形態(tài)。機(jī)殼505具有上端面507和下端面 509。下端面509為平坦和平滑的。上端面507包括彼此分隔開的多個(gè)浮雕波紋511。上 端面507和下端面509通過內(nèi)環(huán)狀壁513和外環(huán)狀壁515連接。壁513、515包括圓周抓槽 517，其對(duì)應(yīng)于殼體5和前蓋11上的徑向突起519。槽517接合突起519，從而NVH環(huán)501 抵抗相對(duì)于殼體5的軸向運(yùn)動(dòng)，并提供無漏密封。彈性機(jī)殼505包括唇部521，其從上端面507徑向向外延伸，以限定圍繞外環(huán)狀壁 515的周界的法蘭523。法蘭523鄰接殼體5上的環(huán)狀突起525，從而定位NVH環(huán)501并為 前蓋11提供接觸表面。前蓋11通過多個(gè)螺栓被緊固到殼體5。由于螺旋被旋緊而傳遞到NVH環(huán)501上的 軸向夾持負(fù)載導(dǎo)致波紋511經(jīng)受沿向內(nèi)和向外的徑向方向的大致彈性變形。波紋511的這 種變平吸收夾持力，從而前蓋11和殼體5被緊固地連接在一起，而不會(huì)導(dǎo)致NVH環(huán)501的 環(huán)狀壁513、515被壓碎或顯著扭曲。這用于確保密封件的完整性，這防止液體從ISG 1的 冷卻通道逃逸。例示于圖IOb中的可替代的NVH環(huán)501，包括鋼核心503，和彈性(橡膠)機(jī)殼 505’。圓周抓槽517’以與圖IOa的實(shí)施例相同的方式對(duì)應(yīng)于殼體和前蓋上的徑向突起(未 示出)。環(huán)狀徑向突起600被提供在NVH環(huán)501，的上端面507，上，從浮雕波紋511，徑向 向內(nèi)。環(huán)狀徑向突起600提供進(jìn)一步的密封程度。NVH環(huán)501，的核心503，包括唇部602，其沿徑向向內(nèi)延伸，即遠(yuǎn)離彈性機(jī)殼505， 的唇部521’。唇部602由此限定向內(nèi)面對(duì)的環(huán)形法蘭，并增大NVH環(huán)501’的總硬度。將理解的是，上述的流動(dòng)控制設(shè)備可采用各種形式，其并不限于附圖中所示的形式。分離壁四的表面中的不規(guī)則部可為用于干擾流動(dòng)以使其變?yōu)橥牧鞯牟y、槽或 其它合適的機(jī)構(gòu)。分流片環(huán)101可由不同于模制塑料的材料構(gòu)成，例如鋁或鋼。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，分流片環(huán)101被省略。取而代之的是，上述的冷卻劑流 動(dòng)路徑的橫截面積的變化通過在殼體5自身的機(jī)殼中形成上室和下室的結(jié)構(gòu)來獲得。圖12示出用于本發(fā)明的第三實(shí)施例的殼體701。殼體701類似于上述的殼體5，不同之處在于肋條703的數(shù)量從15增加到四，從 而肋條703之間的軸向溝道705的數(shù)量對(duì)應(yīng)地增加。圖13示出用于圖12的殼體701的分流片環(huán)901。分流片環(huán)901類似于上述的分 流片環(huán)101，不同之處在于凸耳903和柱905的數(shù)量和位置被改變以對(duì)應(yīng)于殼體701。在該實(shí)施例中，殼體701中的肋條703的較多數(shù)量意味著每個(gè)肋條703和每個(gè)軸 向溝道705的寬度較小。這提供三個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)。第一，殼體701中在殼體701與定子組 件套筒303接觸的位置的應(yīng)力水平減小。第二，軸向溝道705中的諧振(由定子/轉(zhuǎn)子造 成)減少，由此減小ISG 1的噪聲水平并延長殼體701的疲勞壽命。第三，由于與軸向溝道 705中的冷卻劑接觸的肋條703的表面積增大，因此從定子組件套筒303向冷卻劑的熱傳遞 改進(jìn)。這導(dǎo)致在殼體701圓周周圍的更均勻的溫度場以及較低的峰值溫度。
權(quán)利要求
1.一種流動(dòng)控制設(shè)備，用于電機(jī)，并包括第一壁和第二壁，所述第二壁相對(duì)于所述第一壁傾斜，以在所述第一壁與所述第二壁 之間限定錐形第一室，所述第一室包括進(jìn)入孔和離開孔，其中在使用時(shí)，隨著該液體在所述進(jìn)入孔和所述離開孔之間傳送，所述錐形導(dǎo)致所述第一 室中的液體的速度被改變，從而經(jīng)由所述第一壁從熱源向所述液體的熱能的傳遞在所述進(jìn) 入孔和所述離開孔之間是基本均勻的。
2.如權(quán)利要求1所述的流動(dòng)控制設(shè)備，其中所述第二壁包括導(dǎo)向構(gòu)件，所述導(dǎo)向構(gòu)件具有第一端面和第二端面，所述第一端 面相對(duì)于所述第二端面傾斜，以在所述第一端面和所述第二端面之間形成錐形輪廓，并且 其中所述錐形第一室由所述第一壁和所述導(dǎo)向構(gòu)件的所述第一端面限定。
3.如權(quán)利要求2所述的流動(dòng)控制設(shè)備，進(jìn)一步包括包括端口的第三壁，所述端口被布置為接納液體；和第二室，所述第二室由所述第三壁和所述導(dǎo)向構(gòu)件的所述第二端面限定，所述第一室 的所述離開孔被聯(lián)接到所述第二室，其中在使用時(shí)，所述液體經(jīng)由所述離開孔被從所述第一室傳送到所述第二室，并且所述第 二室中的所述液體的至少一部分由所述端口接納。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的流動(dòng)控制設(shè)備，其中所述第一壁包括適于在所述 液體中誘發(fā)湍流的起伏表面。
5.如權(quán)利要求2或3所述的流動(dòng)控制設(shè)備，其中所述導(dǎo)向構(gòu)件的所述第一端面包括適 于在所述液體中誘發(fā)湍流的起伏表面。
6.一種參照任一附圖基本上如本文所述那樣構(gòu)造和布置且如任一附圖所示的流動(dòng)控 制設(shè)備。
7.一種用于電機(jī)的大致圓柱形殼體，該殼體包括第一端，所述第一端包括如權(quán)利要求3所述的流動(dòng)控制設(shè)備；第二端；內(nèi)環(huán)狀壁和外環(huán)狀壁，所述環(huán)狀壁在所述第一端與所述第二端之間軸向延伸；在所述內(nèi)環(huán)狀壁和所述外環(huán)狀壁之間的多個(gè)通道，所述通道在所述第一端與所述第二端之間軸向延伸；和管道，所述管道在所述內(nèi)環(huán)狀 壁與所述外環(huán)狀壁之間圓周地延伸并在所述第二端處接合所述軸向通道，其中在使用時(shí)，液體通過所述軸向通道被從所述流動(dòng)控制設(shè)備的處于所述第一端處的端口 傳送到處于所述第二端處的所述管道，例如用于經(jīng)由所述內(nèi)環(huán)狀壁將熱能從熱源傳遞到所 述液體。
8.—種大致環(huán)形導(dǎo)向構(gòu)件，用在電機(jī)的腔中并且適于影響液體在該電機(jī)的所述腔中的 進(jìn)入孔與離開孔之間的流動(dòng)，所述導(dǎo)向構(gòu)件包括第一端面和第二端面，所述第一端面相對(duì)于所述第二端面傾斜，以在所述第一端面與 所述第二端面之間形成錐形輪廓，其中在使用時(shí)，隨著該液體在所述進(jìn)入孔與所述離開孔之間被傳送，所述導(dǎo)向構(gòu)件的所述 錐形導(dǎo)致與所述第一端面相鄰的液體的速度改變。
9.如權(quán)利要求8所述的導(dǎo)向構(gòu)件，其中所述第一端面包括適于在所述液體中誘發(fā)湍流 的起伏表面。
10.一種參照任一附圖基本上如本文所述那樣構(gòu)造和布置且如任一附圖所示的大致環(huán) 形導(dǎo)向構(gòu)件。
11.一種配合構(gòu)件，用于電機(jī)，并包括由彈性外罩圍繞的剛性內(nèi)核，所述罩包括 具有大致平滑密封表面的第一配合部分； 具有大致紋理粗糙阻尼表面的第二配合部分；以及內(nèi)環(huán)狀壁和外環(huán)狀壁，所述環(huán)狀壁在所述第一配合部分和所述第二配合部分之間延伸，所述配合構(gòu)件被布置為接合在電機(jī)的所述殼體的兩個(gè)部分之間，從而在使用時(shí)所述密 封表面阻止液體從所述殼體泄漏，并且所述阻尼表面吸收在所述殼體的所述部分之間傳遞 的振動(dòng)。
12.如權(quán)利要求11所述的配合構(gòu)件，其中所述紋理粗糙阻尼表面包括多個(gè)浮雕波紋。
13.如權(quán)利要求12所述的配合構(gòu)件，進(jìn)一步包括在所述第二配合部分上從所述多個(gè)浮 雕波紋徑向向內(nèi)突起的環(huán)狀徑向突起。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的配合構(gòu)件，其中所述剛性內(nèi)膛核包括向內(nèi)突起 的唇部。
15.一種參照任一附圖基本上如本文所述那樣構(gòu)造和布置且如任一附圖所示的配合構(gòu)件。
16.一種大致圓柱形殼體，用于電機(jī)，并包括第一部分，所述第一部分包括弟 漸和弟一漸；內(nèi)環(huán)狀壁和外環(huán)狀壁，所述環(huán)狀壁在所述第一端與所述第二端之間軸向延伸； 在所述內(nèi)環(huán)狀壁與所述外環(huán)狀壁之間的多個(gè)通道， 所述通道在所述第一端與所述第二端之間軸向延伸；和管道，所述管道在所述內(nèi)環(huán)狀壁與所述外環(huán)狀壁之間圓周地延伸并在所述第二端處接 合所述軸向通道，所述殼體進(jìn)一步包括 第二部分；和如權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)所述的配合構(gòu)件，所述配合構(gòu)件被布置為接合在所述殼 體的所述第一部分與所述第二部分之間。
17.一種參照任一附圖基本上如本文所述那樣構(gòu)造和布置且如任一附圖所示的大致圓 柱形殼體。
全文摘要
一種流動(dòng)控制裝置，用于電機(jī)，并包括設(shè)置成形的室和用于傳送液體冷卻劑的通道。熱從該電機(jī)的特定部分向所述冷卻劑傳遞的速率由通過所述室的所述液體的變化的速度確定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該電機(jī)的這些部分的大致均勻的冷卻。
文檔編號(hào)H02K9/197GK102150347SQ200980136006
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者托比·希森, 斯蒂芬·奈特, 邁克·多塞特 申請(qǐng)人:可控動(dòng)力技術(shù)有限公司