ВСТРОЕННЫЙ В КОЛЕСО МОТОР, СНАБЖЕННЫЙ ОХЛАЖДАЮЩИМИ КАНАЛАМИ, И РУБАШКА ОХЛАЖДЕНИЯ
MOTOR BUILT-IN WHEEL, EQUIPPED WITH COOLING CHANNELS, AND COOLING JACKET

Область техники
Настоящее изобретение относится к встроенному в колесо мотору (мотор-колесо), содержащему статор, снабженный электромагнитами, и множество охлаждающих каналов, которые протягиваются вдоль корпуса статора, и по которым хладагент может протекать для охлаждения электромагнитов. Изобретение дополнительно включает в себя рубашку охлаждения для использования во встроенном в колесо моторе.
Уровень техники
Документ US 2013/0126143 A1 описывает рубашку охлаждения для охлаждения электромотора, при этом рубашка охлаждения имеет одну или более непрерывных S-образных трубок, покрывающих электромотор, для проведения рабочей текучей среды, при этом каждая непрерывная S-образная трубка по меньшей мере имеет: прямой фрагмент и обратный фрагмент, соответственно протягивающиеся в двух круговых направлениях, которые являются параллельными, но противоположными друг другу; и поворотный фрагмент, соединенный между прямым фрагментом и обратным фрагментом. Когда рубашка охлаждения используется для охлаждения электромотора, температура рабочей текучей среды в S-образных трубках типично увеличивается от одного конца мотора к другому концу мотора.
Из документа WO 2013/025096 известно электрическое транспортное средство со встроенным в колесо электромотором, в котором ротор электромотора соединяется с ободом колеса, несущим одну или более шин. Статор устанавливается на раме транспортного средства через систему подвески колеса. Известный встроенный в колесо мотор является частью колеса с непосредственным приводом, в котором электромагниты мотора непосредственно приводят в движение обод и шину без каких-либо промежуточных передач. Таким образом, экономятся вес и пространство, и число компонентов в узле привода транспортного средства минимизируется.
Крутящий момент, который формируется посредством встроенного в колесо мотора, зависит от переносящей магнитный поток поверхности между ротором и статором и является квадратичной функцией радиуса ротора. Магниты ротора размещаются настолько далеко во внешнюю сторону, насколько возможно, вокруг статора, чтобы получать наибольший возможный радиус ротора, и конструкция мотора оптимизируется, чтобы минимизировать зазор между ротором и статором для доставки максимальной мощности и крутящего момента шине. Ширина зазора между ротором и статором, с одной стороны, проектируется достаточно большой, чтобы поглощать механические удары по колесу во время условий движения.
Обмотки статора питаются посредством электронных схем управления, которые располагаются в статоре, причем эти электронные схемы управления преобразуют электрическую энергию из системы подачи мощности транспортного средства, например, аккумуляторной батареи и/или электрогенератора, в переменный ток (AC), который подходит для использования электромотором. Такие электронные схемы управления типично содержат силовые электронные схемы управления, например, IGBT-токовые модули и регулятор тока, такой как описанный в документе EP 1252034. С помощью электронных схем управления для управления током и/или напряжением, прикладываемым к обмоткам статора, вектор магнитного поля магнитного потока, формируемого статором, регулируется, и электромотор работает с желаемым крутящим моментом и/или скоростью вращения. Посредством объединения электронных схем управления в статоре длина электрических шин, которые проходят от электронных схем управления к электромагнитам, может оставаться короткой, что является очень желательным в виду минимизации потерь высоких электрических токов и напряжений, как правило, требуемых для работы такого электромотора, которые могут, например, иметь величину до 300 А при 700 В или более.
Для того, чтобы охлаждать электромотор и/или электронные схемы управления, известный встроенный в колесо мотор снабжается системой охлаждения, имеющей извилистый охлаждающий канал, который расположен рядом с внешней поверхностью статора и электронными схемами управления, по которому жидкий хладагент может протекать в и из статора. Охлаждающий трубопровод размещается так, что, после того как охлаждающая текучая среда прошла вдоль электронных схем управления для их охлаждения, охлаждающая текучая среда возвращается обратно к конечной точке охлаждающего трубопровода на стороне системы охлаждения, обращенной к транспортному средству, в течение чего текучая среда может поглощать тепловую энергию от электромагнитов.
Встроенный в колесо мотор может быть осуществлен как по существу автономный модуль, без каких-либо движущихся частей транспортного средства, присоединенных к и/или протягивающихся внутрь ротора. Внутреннее пространство, определенное ротором, предпочтительно является по существу замкнутым, чтобы предотвращать проникновение посторонних частиц, таких как пыль и/или частицы продуктов износа, высвобождаемые тормозной системой транспортного средства и/или дорогой, в упомянутое внутреннее пространство.
Встроенный в колесо мотор может быть установлен на транспортном средстве во множестве позиций посредством соединения стороны встроенного в колесо мотора, обращенной к транспортному средству, с рамой транспортного средства.
Часто желательно иметь прямой доступ к электронным схемам управления, например, для осмотра или ремонта электронных схем управления. Что касается известного встроенного в колесо мотора, когда он соединяется с рамой транспортного средства, это требует по меньшей мере частичной разборки мотора, во время которой соединение для подачи хладагента в охлаждающие каналы системы охлаждения должно быть временно разъединено. Это типично включает в себя удаление хладагента из каналов перед разборкой и повторное наполнение каналов хладагентом после повторной сборки, принося вместе с этим риск проливания хладагента, например, на электронные схемы управления.
Настоящее изобретение нацелено на предоставление встроенного в колесо мотора, который может быть более легко обслужен и/или осмотрен.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является предоставление встроенного в колесо мотора, в котором охлаждение электромагнитов статора улучшается.
Сущность изобретения
Для этого, согласно первому аспекту настоящее изобретение предоставляет встроенный в колесо мотор для транспортного средства, причем встроенный в колесо мотор содержит: статор с соединительным элементом для присоединения статора к транспортному средству, причем соединительный элемент содержит вал, торцевую пластину большего диаметра по сравнению с валом и трубопровод для подачи хладагента, протягивающийся через упомянутый вал и в соединении по текучей среде (соединении с возможностью переноса текучей среды) с каналом для хладагента в торцевой пластине, статор дополнительно содержит полый корпус статора, имеющий цилиндрическую внешнюю поверхность и соединенный с соединительным элементом, при этом множество охлаждающих каналов, выполненных для циркуляции жидкого хладагента, протягиваются вдоль полого корпуса статора и находятся в соединении по текучей среде с упомянутым трубопроводом для подачи хладагента, упомянутое множество охлаждающих каналов имеют впускное отверстие для подачи жидкого хладагента во множество каналов и выпускное отверстие для выпуска жидкого хладагента из множества каналов; встроенный в колесо мотор дополнительно содержит электромагниты, размещенные вокруг полого корпуса статора и закрепленные относительно него, при этом охлаждающие каналы размещаются для охлаждения электромагнитов; при этом на стороне, противоположной от соединительного элемента, полый корпус статора имеет открытый торец с диаметром больше диаметра вала, при этом множество каналов делятся по меньшей мере на три группы каналов, при этом каналы в каждой группе соединяются параллельно и определяют направление потока для упомянутого хладагента, так что для каждого канала в группе хладагент протекает по существу в одном и том же направлении по окружности полого корпуса статора от первого конца канала ко второму концу канала, при этом по меньшей мере одна из упомянутых групп содержит два или более каналов, и при этом группы соединяются последовательно, при этом каждый из круговых охлаждающих каналов формируется как кольцевой участок, протягивающийся на 180 градусов или больше и меньше 360 градусов вокруг продольной оси упомянутого полого корпуса статора.
Посредством предоставления двух или более параллельных каналов по меньшей мере в одной из групп падение давления охлаждающей текучей среды в направлении потока уменьшается, и, следовательно, эффективность охлаждения улучшается. Кроме того, электронные схемы управления для встроенного в колесо мотора могут, таким образом, быть легко помещены в полный корпус статора, осмотрены и/или изъяты снова, через открытый торец полого корпуса статора. Открытый торец размещается на стороне полого корпуса статора, обращенной к дороге, так что доступ к электронным схемам управления может быть осуществлен со стороны, обращенной к дороге, вместо стороны корпуса статора, обращенной к транспортному средству. Соединительный элемент и статор могут, таким образом, оставаться присоединенными к транспортному средству во время технического обслуживания, ремонта или осмотра компонентов, таких как электронные схемы управления, в полом корпусе статора. Чтобы получать доступ к внутреннему пространству полого корпуса статора, поворотная крышка на стороне ротора, обращенной к дороге, может быть снята, причем эта поворотная крышка перекрывает открытый торец полого корпуса статора и поворотно соединяется с полым корпусом статора через подшипники на стороне статора, обращенной к дороге. Крышка и подшипники могут быть присоединены к статору и/или отсоединены от него со стороны, обращенной к дороге.
Доступ к внутреннему пространству полого корпуса статора может, таким образом, быть получен без разборки самого статора, в частности без разъединения соединения по текучей среде между впускным отверстием охлаждающих каналов и трубопроводом для подачи текучей среды и/или каналом в торцевой пластине. Таким образом, риск утечки жидкого хладагента в значительной степени уменьшается. В случае, когда электронные схемы управления должны быть удалены из полого корпуса статора, жидкий хладагент предпочтительно сливается из трубопровода для подачи текучей среды и/или канала перед удалением электронных схем управления из корпуса статора.
Предпочтительно, диаметр открытого торца является достаточно большим, чтобы предоставлять возможность электронным схемам управления для колеса размещаться в полом корпусе статора или выниматься из полого корпуса статора с упомянутой стороны, обращенной к дороге, в то время как позиция множества охлаждающих каналов остается фиксированной относительно торцевой пластины, в частности без разъединения соединения по текучей среде между впускным отверстием и каналом для хладагента в торцевой пластине.
В варианте осуществления открытый торец протягивается со стороны, противоположной от соединительного элемента, по существу вплоть до торцевой пластины. Таким образом, относительно большой объем пространства в осевом направлении остается доступным в полом корпусе статора, например, для размещения электронных схем управления встроенного в колесо мотора. Диаметр открытого торца предпочтительно равен по меньшей мере 90% внешнего диаметра торцевой пластины.
В варианте осуществления встроенный в колесо мотор дополнительно содержит электромагниты, размещенные вокруг полого корпуса статора и закрепленные относительно него, при этом охлаждающие каналы размещаются для охлаждения электромагнитов. Это защищает электромагниты от перегрева, а также уменьшает шанс размагничивания вследствие тепла для любых постоянных магнитов, которые включены в ротор встроенного в колесо мотора. Электромагниты содержат катушки из токопроводящего материала, которые размещаются для формирования магнитного поля, при этом катушки предпочтительно наматываются вокруг соответствующих ориентированных в осевом направлении шин магнитного слоистого материала, при этом шины разделены друг от друга пазами, в которых соответствующие катушки с обмотками частично размещаются. В последнем случае, существенная доля тепла формируется посредством электромагнитов на соответствующих дальних концах электрических шин, где обмотки катушек, как правило, делают поворот на 180 градусов.
В варианте осуществления встроенный в колесо мотор содержит электронные схемы управления для питания электромагнитов, при этом упомянутые электронные схемы управления размещаются в полом корпусе статора. Электронные схемы управления, или модуль, в котором электронные схемы управления размещаются, имеют размер, чтобы помещаться в полом корпусе статора, имеют длину меньше длины открытого торца в полом корпусе статора по его продольной оси и ширину меньше диаметра открытого торца. Встроенный в колесо мотор этого варианта осуществления предпочтительно выполнен для предоставления возможности электронным схемам управления размещаться в полом корпусе статора и изыматься снова через открытый торец полого корпуса статора. В варианте осуществления множество каналов делятся по меньшей мере на три группы каналов, при этом каналы в каждой группе соединяются параллельно и определяют направление потока для упомянутого хладагента, так что для каждого канала в группе хладагент протекает по существу в одном и том же направлении по окружности полого корпуса статора от первого конца канала ко второму концу канала, при этом по меньшей мере одна из упомянутых групп содержит два или более каналов, и при этом группы соединяются последовательно. Так как два или более каналов по меньшей мере одной из групп соединяются параллельно, поток хладагента через эту группу улучшается. Кроме того, так как группы соединяются последовательно, хладагент не может (частично) обходить какую-либо из групп, таким образом, гарантируя, что хладагент протекает через каждую группу, и, следовательно, тепло может быть поглощено из полого корпуса статора в или рядом с местоположением каждой группы. Является желательным избегать соединения всех круговых охлаждающих каналов параллельно, так как было обнаружено, что это приводит в результате к плохому распределению потока по каналам. В частности, было обнаружено, что, когда все охлаждающие каналы соединяются параллельно, скорость жидкости через каналы является наивысшей в каналах, ближайших к впускному отверстию и выпускному отверстию, но очень низкой в промежуточных каналах, что может приводить в результате к недостаточному охлаждению посредством жидкого хладагента в позициях промежуточных каналов.
В варианте осуществления каналы размещаются так, что в каждой паре групп, сформированных посредством первой из упомянутых групп и второй из упомянутых групп непосредственно ниже по потоку от первой группы, направление, в котором хладагент протекает в каналах первой группы по окружности полого корпуса статора, является противоположным направлению, в котором хладагент протекает в каналах второй группы по окружности полого корпуса статора. Группы каналов, таким образом, размещаются для предоставления меандра хладагента вместо спирали от одного осевого конца множества каналов до другого его осевого конца.
В варианте осуществления множество охлаждающих каналов содержат первый круговой охлаждающий канал, протягивающийся от впускного отверстия в первой осевой позиции вдоль полого корпуса статора, второй круговой охлаждающий канал, протягивающийся во второй осевой позиции вдоль полого корпуса статора и в соединении по текучей среде с первым охлаждающим каналом, и множество промежуточных круговых охлаждающих каналов, размещенных вдоль осевых позиций между первым и вторым круговыми охлаждающими каналами и в соединении по текучей среде со вторым охлаждающим каналом, при этом второй охлаждающий канал размещается ниже по потоку от первого охлаждающего канала.
В предпочтительном варианте осуществления промежуточные круговые охлаждающие каналы размещаются выше по потоку от выпускного отверстия и ниже по потоку от второго охлаждающего канала. Когда жидкий хладагент, при температуре ниже температуры полого корпуса статора, циркулирует через множество каналов, таким образом, гарантируется, что жидкий хладагент является наиболее холодным при прохождении через охлаждающие каналы в или рядом с первой и второй осевыми позициями. Предпочтительно, эти позиции по существу соответствуют предпочтительно позициям дальних концов шин электромагнитов статора, как описано выше. Таким образом, может быть гарантировано, что те части электромотора, которые являются наиболее чувствительными к перегреву, достаточно охлаждаются.
В альтернативном варианте осуществления промежуточные охлаждающие каналы размещаются выше по потоку от выпускного отверстия и выше по потоку от второго охлаждающего канала. Это имеет преимущество в том, что осевой компонент направления потока жидкого хладагента не должен переворачиваться, когда он циркулирует через множество каналов.
В варианте осуществления каждый из круговых охлаждающих каналов формируется как кольцевой участок, протягивающийся на 180 градусов или более и менее 360 градусов вокруг продольной оси упомянутого полого корпуса статора. Каждый из каналов, таким образом, не протягивается вокруг полной окружности полого корпуса статора, так что каждый канал предоставляет возможность потока жидкого хладагента в направлении потока от первого конца упомянутого канала ко второму концу упомянутого канала, в то же время блокируя жидкий хладагент от протекания в направлении потока от упомянутого второго конца к упомянутому первому концу. Жидкий хладагент, таким образом, по существу предохраняется от перемещения два или более раз через один и тот же канал перед поступлением в другой из каналов. Круговые сектора предпочтительно протягиваются на 180 градусов или более вокруг продольной оси, более предпочтительно на 300 градусов или более.
В варианте осуществления полый корпус статора содержит рубашку охлаждения, которая определяет внешнюю окружность полого корпуса статора, при этом охлаждающие каналы предусматриваются в рубашке охлаждения. Рубашка охлаждения может быть сформирована отдельно от полого корпуса статора и установлена на него во время сборки встроенного в колесо мотора. Например, рубашка охлаждения может быть присоединена к полому корпусу статора посредством прессовой посадки. Это может быть осуществлено посредством формирования разницы температур при прессовой посадке между рубашкой охлаждения и полым корпусом статора, например, равной 100°C или более, или 140°С или более, что приводит в результате к деформации одного или обоих из них, предоставляя возможность рубашке охлаждения скользить поверх полого корпуса статора. В таком случае, внешняя поверхность полого корпуса статора, по которой рубашка охлаждения скользит, предпочтительно является гладкой цилиндрической, предоставляя возможность рубашке охлаждения свободно вращаться вокруг полого корпуса статора до тех пор, пока желаемая ориентация не будет достигнута. Когда разница температур между рубашкой охлаждения и полым корпусом статора уменьшается, оба будут деформироваться, чтобы обеспечивать тугую и неподвижную посадку между собой. Во время процесса прессовой посадки, формирование разницы температур между рубашкой охлаждения и полым корпусом статора может содержать протекание нагревающей жидкости, такой как масло, при температуре, равной или выше разницы температур при прессовой посадке, через охлаждающие каналы.
В варианте осуществления соединительный элемент содержит или выполнен из стали или чугуна, и при этом рубашка охлаждения содержит материал, отличный от соединительного элемента, предпочтительно алюминий. Соединительный элемент, например, в форме соединительного патрубка, обеспечивает структурную прочность встроенному в колесо мотору, в то время как рубашка охлаждения может быть выполнена из более термически проводящего или легковесного материала и/или материала, который является более устойчивым к формированию вихревых токов под влиянием электромагнитов. Предпочтительно, соединительный элемент содержит сталь или чугун и/или выполнен из того же материала, что и полый корпус статора.
В варианте осуществления теплопроводность материала рубашки охлаждения равна по меньшей мере 100 Ватт на метр на Кельвин. Для того, чтобы добиваться этого, рубашка охлаждения может быть выполнена из алюминия или алюминиевого сплава.
В варианте осуществления внешняя поверхность рубашки охлаждения является гладкой цилиндрической, с впускным и выпускным отверстиями рубашки охлаждения, лежащими полностью в цилиндрическом объеме, определенном упомянутой внешней поверхностью. Например, впускное и/или выпускное отверстия могут лежать на боковой стороне рубашки охлаждения и/или могут протягиваться по внутренней стороне рубашки охлаждения. Таким образом, фрагмент впускного или выпускного отверстий не протягивается за гладкую цилиндрическую внешнюю поверхность рубашки охлаждения, облегчая установку электромагнитов на гладкой цилиндрической внешней поверхности.
В варианте осуществления рубашка охлаждения формируется отдельно от полого корпуса статора и присоединяется к полому корпусу статора посредством прессовой посадки. Это может быть осуществлено посредством формирования разницы температур при прессовой посадке между рубашкой охлаждения и полым корпусом статора, например, равной 100°C или более, или 140°С или более, что приводит в результате к деформации одного или обоих из них, предоставляя возможность рубашке охлаждения скользить поверх полого корпуса статора.
В варианте осуществления электромагниты присоединяются к рубашке охлаждения и/или к полому корпусу статора посредством прессовой посадки. Это может быть осуществлено посредством охлаждения рубашки охлаждения или полого корпуса статора, например, посредством циркуляции охлаждающей текучей среды через них, и нагрева электромагнитов до тех пор, пока не будет существовать разница температуры, например, 100°C или более, или 140°C или более, что приводит в результате к деформации одного или обоих из них, предоставляя возможность электромагнитам скользить поверх рубашки охлаждения или полого корпуса статора. Особенно когда внешняя поверхность рубашки охлаждения является гладкой цилиндрической, электромагниты могут, таким образом, быть присоединены к рубашке охлаждения очень простым образом.
В варианте осуществления множество охлаждающих каналов по меньшей мере частично формируется в полом корпусе статора, например, в качестве впадин и/или углублений во внешней круговой поверхности полого корпуса статора. Если охлаждающие каналы только частично формируются в полом корпусе статора, встроенный в колесо мотор может быть снабжен цилиндрической крышкой для формирования ограничивающей поверхности для охлаждающих каналов. Альтернативно, множество охлаждающих каналов может быть полностью сформировано в полом корпусе статора.
В варианте осуществления охлаждающие каналы являются охлаждающими каналами, выполненными посредством отливки из металла или металлического сплава.
В варианте осуществления соединительный элемент дополнительно содержит канал для выпуска хладагента, который протягивается через вал и торцевую пластину и находится в соединении по текучей среде с выпускным отверстием.
Так как выпускной канал протягивается через вал, фрагмент ротора встроенного в колесо мотора может размещаться радиально близко к валу на стороне ротора, обращенной к транспортному средству, предоставляя возможность ротору поддерживаться через подшипники на валу на стороне, обращенной к транспортному средству.
Согласно второму аспекту, настоящее изобретение предоставляет рубашку охлаждения для применения во встроенном в колесо моторе, предпочтительно встроенном в колесо моторе, который описан в данном документе, причем рубашка охлаждения имеет продольную ось и содержит: множество охлаждающих каналов, выполненных для циркуляции жидкости, при этом охлаждающие каналы протягиваются по существу по окружности вокруг продольной оси, множество охлаждающих каналов имеет впускное отверстие для подачи жидкого хладагента во множество каналов, и выпускное отверстие для выпуска жидкого хладагента из множества каналов; при этом множество охлаждающих каналов содержит первый круговой охлаждающий канал, протягивающийся от впускного отверстия в первой осевой позиции вдоль продольной оси, второй круговой охлаждающий канал, протягивающийся во второй осевой позиции вдоль продольной оси, и множество промежуточных круговых охлаждающих каналов, размещенных вдоль осевых позиций между первым и вторым круговыми охлаждающими каналами, при этом в направлении потока, второй охлаждающий канал размещается ниже по потоку от первого охлаждающего канала.
В варианте осуществления множество каналов делятся по меньшей мере на три группы каналов, при этом каналы в каждой группе соединяются параллельно и определяют направление потока для упомянутого хладагента, так что для каждого канала в группе хладагент протекает по существу в одном и том же направлении по окружности полого корпуса статора от первого конца канала ко второму концу канала, при этом по меньшей мере одна из упомянутых групп содержит два или более каналов, и при этом группы соединяются последовательно.
В варианте осуществления множество каналов делятся по меньшей мере на три группы каналов, при этом каналы в каждой группе соединяются параллельно и определяют направление потока для упомянутого хладагента, так что для каждого канала в группе хладагент протекает по существу в одном и том же направлении по окружности полого корпуса статора от первого конца канала ко второму концу канала, при этом по меньшей мере одна из упомянутых групп содержит два или более каналов, и при этом группы соединяются последовательно.
В варианте осуществления промежуточные охлаждающие каналы размещаются ниже по потоку от второго охлаждающего канала, и предпочтительно выше по потоку от выпускного отверстия.
В варианте осуществления рубашка охлаждения имеет гладкую цилиндрическую внутреннюю поверхность, для прилегания к гладкой цилиндрической внешней поверхности внешнего корпуса статора. Этот предоставляет возможность рубашке охлаждения легко скользить по внешнему корпусу статора.
В варианте осуществления каждый из круговых охлаждающих каналов формируется как кольцевой участок, протягивающийся на 180 градусов или более и менее 360 градусов вокруг продольной оси упомянутого полого корпуса статора.
В варианте осуществления множество охлаждающих каналов содержат первый круговой охлаждающий канал, протягивающийся от впускного отверстия в первой осевой позиции вдоль полого корпуса статора, второй круговой охлаждающий канал, протягивающийся во второй осевой позиции вдоль полого корпуса статора и в соединении по текучей среде с первым охлаждающим каналом, и множество промежуточных круговых охлаждающих каналов, размещенных вдоль осевых позиций между первым и вторым круговыми охлаждающими каналами и в соединении по текучей среде со вторым охлаждающим каналом, при этом второй охлаждающий канал размещается ниже по потоку от первого охлаждающего канала.
В предпочтительном варианте осуществления промежуточные круговые охлаждающие каналы размещаются выше по потоку от выпускного отверстия и ниже по потоку от второго охлаждающего канала.
В варианте осуществления рубашка охлаждения имеет по существу гладкую цилиндрическую внешнюю окружность, с впускным и выпускным отверстиями, лежащими полностью на внутренней стороне упомянутой внешней поверхности.
Согласно третьему аспекту, изобретение предоставляет встроенный в колесо мотор для транспортного средства, содержащий:
статор с соединительным элементом для присоединения статора к транспортному средству, соединительный элемент, содержащий вал, торцевую пластину большего диаметра по сравнению с валом, причем статор дополнительно содержит полый корпус статора, имеющий цилиндрическую внешнюю поверхность и установленный на соединительном элементе,
при этом на стороне, противоположной от соединительного элемента, полый корпус статора имеет открытый торец с диаметром выше диаметра вала, и
при этом вал и торцевая пластина снабжаются одним или более трубопроводами, которые протягиваются от внешней стороны статора через вал и торцевую пластину и искажаются в торцевой пластине. Один или более трубопроводов могут содержать трубопроводы для подачи и/или выпуска охлаждающей жидкости и/или кабели для подачи мощности, которые соединяются с электронными схемами управления, которые размещаются в полом корпусе статора.
Согласно четвертому аспекту, изобретение предоставляет встроенный в колесо мотор для транспортного средства, причем встроенный в колесо мотор содержит: статор с соединительным элементом для присоединения статора к транспортному средству, соединительный элемент содержит вал, торцевую пластину большего диаметра по сравнению с валом и трубопровод для подачи хладагента, протягивающийся через упомянутый вал и в соединении по текучей среде с каналом для хладагента в торцевой пластине, причем статор дополнительно содержит полый корпус статора, имеющий цилиндрическую внешнюю поверхность и соединенный с соединительным элементом, при этом множество охлаждающих каналов, выполненных для циркуляции жидкого хладагента, протягиваются вдоль полого корпуса статора и находятся в соединении по текучей среде с упомянутым трубопроводом для подачи хладагента, упомянутое множество охлаждающих каналов имеют впускное отверстие для подачи жидкого хладагента во множество каналов и выпускное отверстие для выпуска жидкого хладагента из множества каналов; при этом на стороне, противоположной от соединительного элемента, полый корпус статора имеет открытый торец с диаметром больше диаметра вала.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет обсуждено более подробно ниже со ссылкой на присоединенные чертежи, на которых
Фиг. 1A и 1B соответственно показывают вид в поперечном сечении и изометрический вид в разрезе узла привода для использования с настоящим изобретением,
Фиг. 2A схематично показывает общий вид охлаждающих каналов корпуса статора согласно настоящему изобретению,
Фиг. 2B показывает двухмерное представление в осевом-азимутальном направлении, показывающее циркуляцию хладагента по охлаждающим каналам на фиг. 2A,
Фиг. 3A показывает общий вид охлаждающих каналов корпуса статора согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения,
Фиг. 3B показывает двухмерное представление в осевом-азимутальном направлении, показывающее циркуляцию хладагента по охлаждающим каналам на фиг. 3A.
Описание вариантов осуществления
Фиг. 1A показывает вид в поперечном сечении узла 1 привода для использования с настоящим изобретением. Узел привода содержит статор 30 с полым корпусом 31 статора, который имеет внешнюю поверхность 32, вокруг которой размещается ротор 60. Узел привода дополнительно содержит соединительный элемент 33, размещенный на стороне 2 узла 1, обращенной к транспортному средству, для присоединения узла привода к транспортному средству. Соединительный элемент 33 содержит вал 34 с диаметром D1 и фланцем 35, который неподвижно присоединяется к корпусу 31 статора. Открытый торец 7 полого корпуса 31 статора имеет внутренний диаметр D2 больше D1, предоставляя возможность электронным схемам 42 управления вставляться через открытый торец 7, когда крышка 80 на стороне, обращенной к дороге, и подшипники 53 на стороне, обращенной к дороге, отсоединены от ротора 60. Фланец 35 лежит в роторе 60 и имеет больший диаметр по сравнению с фрагментом 36 вала 34, который лежит снаружи периферийной поверхности 63 ротора 60. Для поддержки вращательного движения ротора 60 вокруг оси вращения R предусматриваются подшипники 52 на стороне, обращенной к транспортному средству, посредством которых ротор поддерживается на элементе 33 на стороне, обращенной к транспортному средству. На стороне 3, обращенной к дороге, ротор поддерживается с возможностью вращения на корпусе 31 статора через подшипники 53 на стороне, обращенной к дороге.
Множество постоянных магнитов 61 присоединяется на внутренней круговой поверхности 62 ротора 60 и может вращаться вокруг электромагнитов 41 статора 30. Электромагниты 41 прикрепляются на корпусе 31 статора и приводят во вращение ротор посредством взаимодействия между постоянными магнитами 61 и магнитным потоком, формируемым посредством электромагнитов 41. Статор 30 и ротор 60 формируют электромотор, выполненный для непосредственного приводящего вращения колеса вокруг оси вращения R. Для управления и питания электромагнитов 41 силовые электронные схемы 42 управления размещаются в полом корпусе 31 статора. Силовые электронные схемы 42 управления содержат компоненты, такие как множество IGBT, для преобразования электроэнергии от системы подачи мощности транспортного средства, например, аккумуляторной батареи и/или электрогенератора, в AC-форму, подходящую для использования электромотором. Резольвер (датчик положения) 81 предоставляет сигнал углового положения, указывающий угловое положение ротора силовым электронным схемам управления, так что переменный ток подается синфазно с магнитным полем ротора.
Чтобы предотвращать перегрев силовых электронных схем управления, когда электромотор находится в работе, охлаждающие трубопроводы (не показаны) предусматриваются рядом с силовыми электронными схемами 42 управления во внутреннем пространстве корпуса 31 статора и расположены с интервалом от корпуса 31. Хладагент подается в охлаждающие трубопроводы через канал 45 подачи хладагента, который проходит через соединительный элемент 33 с внешней стороны ротора в его внутреннее пространство. Жидкий хладагент протекает из подающего канала 47, вдоль силовых электронных схем 42 управления, хладагент протекает по каналу 46 в соединительном элементе 33, в рубашку 37 охлаждения, которая предусматривается на внешней поверхности 32 корпуса 31 статора. Поток хладагента F схематично указывается на фиг. 1A стрелками в подающем канале 45, вдоль электронных схем 42 управления и через канал 46 в рубашку 37 охлаждения. Рубашка 37 охлаждения снабжается каналами 38, которые формируют контур, который проходит вдоль полого цилиндрического корпуса 31 и предоставляет канал, по которому жидкий хладагент протекает, чтобы охлаждать электромагниты 41, которые размещаются на внешней стороне 40 рубашки 37 охлаждения. Относительно холодный хладагент может, таким образом, подаваться через канал 45 подачи хладагента, при этом хладагент нагревается во время своего прохождения через охлаждающие трубопроводы и поглощает тепловую энергию от силовых электронных схем 42 управления и затем проходит через каналы 38, чтобы поглощать тепловую энергию от электромагнитов 41 перед удалением из узла 1 привода и направлением назад к транспортному средству через канал выпуска хладагента (не показан), который протягивается через соединительный элемент 33. Нагретый хладагент предпочтительно охлаждается в теплообменнике на транспортном средстве, после чего он рециркулирует через канал 45 подачи хладагента.
Линии 43a, 43b подачи мощности для подачи мощности к силовым электронным схемам 42 управления идут с внешней стороны ротора 60, через канал 44 в соединительном элементе 33, к силовым электронным схемам управления.
Ротор 60 содержит по существу цилиндрический корпус 71 ротора, который имеет поперечные торцы 72, 73 соответственно на своей стороне 2, обращенной к транспортному средству, и на своей стороне 3, обращенной к дороге,. Оба поперечных торца 72, 73 являются по существу перекрытыми для того, чтобы препятствовать проникновению посторонних частиц, таких как пыль и частицы продуктов износа от дороги или высвобожденные тормозной системой транспортного средства, во внутреннее пространство полого ротора 60. Сторона ротора, обращенная к дороге, по существу перекрыта боковой пластиной 74, которая протягивается поперечно оси вращения R, и крышкой 75. Боковая пластина 74 и крышка 75, каждая, снабжаются отверстием, через которое протягивается фрагмент 34 соединительного элемента 33. Боковая пластина 74 поддерживает подшипники 52 на стороне, обращенной к транспортному средству, в то время как крышка 75 присоединяется к боковой пластине 74, чтобы закрывать подшипники 51 на их поперечной стороне 2, обращенной к транспортному средству, и содержит отверстие 77, через которое протягивается фрагмент 34. Крышка 75, вместе с уплотнением 78 вала, которое размещается между внутренней круговой кромкой 79 отверстия 77 и внешней окружностью вала 34 соединительного элемента 33, препятствует повреждению посторонними частицами подшипников 52 на стороне, обращенной к транспортному средству. Дополнительно, крышка 75 и уплотнение 78 вала по существу предотвращают проникновение таких частиц во внутреннее пространство 5 ротора со стороны 2, обращенной к транспортному средству, где частицы могут сталкиваться с электромагнитами 41.
Подшипники 53 на стороне, обращенной к дороге, которые размещаются на внутренней стороне корпуса 31 статора, закрываются на стороне 3, обращенной к дороге, второй крышкой 80. Резольвер 81 соединяет с возможностью вращения статор 30 со второй боковой пластиной 80 и выполнен для обнаружения углового положения ротора 60 относительно статора 30.
Фиг. 1B показывает изометрический вид в частичном разрезе узла привода на фиг. 1A, в котором вторая крышка 80 и подшипники 53 на стороне, обращенной к дороге, однако, не показаны, чтобы предоставлять возможность лучшего обзора полого корпуса 31 статора и резольвера 81.
Фиг. 2A и 2B соответственно схематично показывают изометрический вид компоновки каналов первого варианта осуществления рубашки 239 охлаждения согласно настоящему изобретению, и ее проекцию на полярную систему координат с осью Z, соответствующей продольной оси множества каналов, и осью φ, соответствующей вращению вокруг оси Z. Эта компоновка каналов может быть компоновкой каналов в рубашке 39, показанной на фиг. 1A. Однако, будет понятно, что вместо встраивания в рубашку охлаждения, показанная компоновка каналов может также быть частично или полностью встроена в полый корпус 31 статора на фиг. 1A.
Рубашка 239 охлаждения содержит впускное отверстие 285, через которое жидкий хладагент подается в рубашку, и множество протягивающихся по существу по окружности каналов 286a-286c - 289a-289c, по которым хладагент может протекать, чтобы поглощать тепловую энергию из полого корпуса статора перед выходом из рубашки из выпускного отверстия 290. Каналы не формируют замкнутые кольцевые каналы, а скорее формируют кольцевые участки, которые протягиваются приблизительно на 350 градусов вокруг оси Z, так что каждый кольцевой сегмент имеет первый конец и противоположный второй конец, расположенные на расстоянии друг от друга под углом β, равным приблизительно 10 градусам.
Каналы делятся на четыре группы по существу круговых каналов 286-289, каналы в каждой группе соединяются параллельно друг с другом и определяют одинаковое направление потока для жидкого хладагента в круговом направлении. В показанном варианте осуществления группа 286 является первой группой каналов, имеющей первый канал 286a в первой осевой позиции вдоль продольной оси Z для множества каналов. Группа 289 является второй группой каналов, имеющей второй канал 289c во второй осевой позиции вдоль оси Z, а остальные группы 287, 288 являются промежуточными группами, которые протягиваются размещенными в промежуточных осевых позициях между первой и второй осевыми позициями. Как показано, все каналы, отличные от первого канала 286a и второго канала 289c, размещаются вдоль оси Z между первым и вторым каналами.
Каждая группа каналов имеет общую точку 285, 291-293, в которой жидкий хладагент подается в группу, и общую точку 291-293, 290 выхода, в которой хладагент выходит из группы. Например, впускное отверстие 285 формирует общую точку подачи для каналов 286a-286c первой группы 286. Точка 291 выхода формирует общую точку выхода, в которой хладагент выходит из первой группы каналов и входит во вторую группу каналов 287. Точка 291 выхода, таким образом, также формирует общую точку подачи для второй группы каналов 289, которая размещается.
Жидкий хладагент поступает в рубашку охлаждения во впускном отверстии 285 при первой, относительно холодной температуре Tc, проходит в последовательном порядке через все группы 286-289, в то же время накапливая тепловую энергию, и выходит из рубашки охлаждения в выпускном отверстии 290 при относительно высокой температуре Th, которая выше Tc. Поток жидкости между любыми двумя группами, которые являются соседними в направлении потока, существует в одном и том же осевом направлении, параллельном оси Z.
Жидкий хладагент может протекать легко через каждую из групп, так как каждая группа имеет несколько каналов, которые соединяются параллельно. Тем не менее, гарантируется, что существует достаточный поток жидкости через каждую из групп, так как группы соединяются последовательно, хладагент не может обходить какую-либо из групп.
Фиг. 3A схематично показывает изометрический вид компоновки каналов второго варианта осуществления рубашки охлаждения согласно настоящему изобретению, который является предпочтительным вариантом осуществления. Фиг. 3B показывает его проекцию на полярную систему координат. Будет понятно, что хотя эта компоновка каналов показана как часть рубашки охлаждения, она может также быть частично или полностью встроена в полый корпус 31 статора на фиг. 1A.
Рубашка 339 охлаждения содержит впускное отверстие 385, через которое жидкий хладагент при относительно низкой температуре Tc подается в рубашку. Рубашка дополнительно содержит множество протягивающихся по существу по окружности каналов 386a-386c - 389a-389c, по которым хладагент может протекать, чтобы поглощать тепловую энергию из полого корпуса статора перед выходом из рубашки из выпускного отверстия 390. Каналы снова делятся на четыре группы каналов 386-389, каналы в каждой группе соединяются параллельно друг с другом и определяют одинаковое направление потока для жидкого хладагента в круговом направлении. Каждая группа каналов имеет общую точку 385, 391-393, в которой жидкий хладагент подается в группу, и общую точку 391-393, 390 выхода, в которой хладагент выходит из группы.
Жидкий хладагент поступает в рубашку охлаждения во впускном отверстии 385 при первой, относительно холодной температуре Tc, проходит через все группы 386-389, в то же время накапливая тепловую энергию. Жидкий хладагент сначала протекает по каналам 386a-386c первой группы 386, которая включает в себя первый канал 386a, который размещается в первой осевой позиции рубашки. Эта первая осевая позиция предпочтительно соответствует по существу позиции дальних концов электромагнитов 41 на стороне встроенного в колесо мотора, обращенной к транспортному средству, показанного на фиг. 1A. После прохождения по каналам первой группы, следующая нижняя по потоку группа является второй группой 287, которая содержит второй канал 387, который размещается во второй осевой позиции рубашки и предпочтительно соответствует по существу позиции дальних концов электромагнитов на стороне встроенного в колесо мотора, обращенной к дороге. Таким образом, жидкость проходит по каналам групп на осевых дальних концах рубашки, перед прохождением по каналам промежуточных групп 388, 389. После прохождения промежуточных групп 388, 389, которые находятся ниже по потоку от второй группы 387, жидкость выходит из рубашки охлаждения в выпускном отверстии 390 при относительно высокой температуре Th, которая выше Tc. Это размещение охлаждающих каналов предоставляет возможность относительно холодной охлаждающей жидкости доставляться к таким осевым концам множества каналов, где наибольшее охлаждение является желательным. После того как эти концы были охлаждены, и, например, также осевые концы шин электромотора были охлаждены, отчасти более теплая жидкость проходит через промежуточные группы 388, 399, например, для охлаждения промежуточных участков электромотора.