旋轉電動設備的冷卻通道以及包含該通道的旋轉電動設備的製作方法
2023-10-05 13:43:04
專利名稱：旋轉電動設備的冷卻通道以及包含該通道的旋轉電動設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及旋轉電動設備的一段長度的冷卻通道，特別的是裝備機動車的旋轉電動設備，以及包含這段長度的冷卻通道的旋轉電動設備。
背景技術：
在機動車技術領域，對於特別良好地起作用的冷卻的需求並不局限於驅動機動車的熱機，而是涉及振蕩器或用於阻尼車輛的傳動軸的電磁阻尼器等輔助設備。而諸如振蕩器的設備僅在安裝受到較少限制的空氣冷卻不充分的情況下才採用冷卻水迴路，用於輸出較大的力的較大的設備通常採用冷卻迴路中的液體循環來冷卻。這種液體是例如水，應當理解的是，這種水包括至少一種添加劑諸如防凍劑，例如乙二醇。其在與熱交換器一同構成冷卻迴路的通道內循環。
另外，當諸如熱機的設備設置有冷卻通道時，且該冷卻通道包括一套高度分叉的導管從而使得冷卻液實際上通過設備的所有角落時，然而旋轉電動設備諸如電磁阻尼器必須採用圍繞需冷卻的設備的簡單的通道冷卻，例如採用具有通常為螺旋型的通道。
本發明並不局限於特定形式的設備，也不局限於特定形式的通道。而是，為了簡化說明，在涉及需要冷卻的設備的情況下，本發明將藉助於通過阻尼並且因此制動機動車的傳動軸的電磁阻尼器的示例來陳述並且限定，，而在涉及通道的類型的情況下，本發明將藉助於基本上通過螺旋型迴路的示例陳述並且限定。這段長度的冷卻通道的第二實施例涉及包括基本上平直並且彼此平行的導管的迴路。
電磁阻尼器和阻尼器的供電裝置形成組件，其通常包括其中穿過軸的定子以及轉子，所述轉子與軸組裝從而其外柱面接近面對定子的內柱面，轉子和定子之間設置窄氣隙。例如，轉子包括導電線線圈繞制的場繞組，能在定子的環形鐵磁性部分產生磁場，所述定子包括電樞並且與採用如上所述的加有添加劑水的冷卻迴路相關聯。線圈的供電是通過換向器提供的，後者的電樞形成轉子的一部分，例如如文件EP-A-0 331 559中所述，更多信息請參閱該文件。
旋轉電動設備諸如例如電磁阻尼器因此可高度示意性的考慮為包括兩部分的用電器第一部分包括轉子，該轉子形成實心芯部形式，以安裝在傳遞被制動的原動力的軸上；以及形成圍繞轉子的圓柱腔室的定子。
在如文件EP-A-0 331 559中所述的電平下，傳導激勵阻尼器的電流的導電線線圈形成轉子的一部分，以及腔室內由鐵磁性材料製成的用於產生渦流的環形部分形成定子的一部分，該渦流造成制動和加熱。在其最簡單的實施例中，鐵磁性材料製成的環形部分包括圍繞場繞組的柱形鼓，其間設置有柱形氣隙。由於鐵磁性材料製成的環形部分為固定部分，可以容易地利用液體冷卻，而不需要求助於包括特別的密封件來提供相對移動的兩部分之間的密封的結構。為此，冷卻通道直接沿著鐵磁性材料製成的環形部分的表面延伸而形成，該表面與氣隙相對。這種與需冷卻的設備直接接觸的這段長度的通道例如圍繞鐵磁性材料製成的環形部分螺旋延伸。其終止於每個分別連接輸入和輸出的端部。在裝備有這種旋轉設備的機動車中，圍繞需冷卻的設備的這段長度的通道與外部交換器、冷卻通道的剩餘部分以及驅動泵一起形成向外散發相當大量的熱量的冷卻迴路。有優勢的是，這種旋轉設備的冷卻迴路連接在車輛的熱機的冷卻迴路上。
傳統地，將這段長度的冷卻通道耦合在冷卻迴路上的輸入和輸出耦合部通過相對於需冷卻地設備垂直或傾斜設置的連接零件形成。
為了實現旋轉設備的足夠冷卻，冷卻液必須在循環迴路中以相當高的速度循環。而且，為了增加冷卻能力，冷卻液的循環速度也要增加。另外，可以通過在液體流中產生湍流而獲得更好的熱對流。
然而，已經認識到的是，傳統的耦合部的布置產生了損害性的湍流，其因此不能增加液體的冷卻能力，而是相反由於增加了冷卻迴路中的壓力差而降低了冷卻能力，並且減少了液體流量，而且因此降低了液體流的速度。
這是因為壓力差是由於液體在表面上摩擦造成的，與湍流有關，與根據迴路的通道的漸進加寬而造成的液體分離有關，與流量發生入射在通道的壁上造成的衝擊有關，以及與液體流的方向變化有關。
發明內容
本發明的目的是提出一種裝置，通過降低液體循環中的壓力差而改善旋轉設備的冷卻能力。
本發明的目的通過旋轉電動設備的一段長度的冷卻通道來實現的，這段長度的冷卻通道包括沿需冷卻的設備的至少一部分放置的至少一個導管、用於冷卻液體的至少一個輸入耦合部和至少一個輸出耦合部，導管或多個導管在其兩者之間延伸。該導管或者該導管中的每一個具有輸入軸線和輸出軸線。
根據本發明，輸入耦合部或多個輸入耦合部和輸出耦合部或多個輸出耦合部各自至少基本上沿著相應的循環路徑的輸入軸線和輸出軸線的取向來取向。類似於循環迴路，輸入和輸出耦合部具有輸入軸線和輸出軸線。根據本發明，為了保證冷卻液的速度儘可能的均勻，輸入耦合部或多個輸入耦合部和輸出耦合部或多個輸出耦合部無論其形狀如何，都沿著他們的縱向尺寸具有恆定的流體橫截面積。
由於本發明的這些設置，冷卻液立即進入正確取向的這段長度的冷卻管道，也就是說基本上沒有改變方向，並且因此不會造成由於分流引起的湍流。
本發明為旋轉設備的冷卻系統提供的這種改善對於高冷卻應力的旋轉設備諸如用於工業車輛的電磁阻尼器具有特別的優勢。而且，其對於的冷卻應力的旋轉設備諸如水冷換向器液具有優勢。
這是因為經由這段長度通道的輸入耦合部到達的冷卻液的液體流的取向更好，所述取向對應於導管起點軸線的取向或中平面的取向。類似的，從這長度通道的輸出耦合部開始的冷卻液的液流的取向更好，所述取向對應於導管端部的軸線的取向或中平面的取向。
根據本發明的這段長度通道的輸入和輸出耦合部的如上所述的取向另外同樣良好地應用於這樣一段長度的通道，該段長度的通道包括幾個基本上平直的導管，它們至少基本上平行於需冷卻的設備的縱向軸線設置，而且同樣良好地應用於這樣一段長度通道，該段長度通道包括至少一個螺旋導管，該導管具有至少一個轉折部，其用於圍繞該設備的至少一部分。在第一種情況下，輸入和輸出耦合部的取向至少基本上平行於需冷卻的設備的縱向軸線，同時相對於導管是同軸的，這些耦合部被配置給所述的導管。在第二種情況下，輸入和輸出耦合部分別沿切線輸入平面和切線輸出平面取向，他們每一個都穿過相應的這段長度螺旋導管的圓周輸入或輸出區域。
另外，為了利於本發明的冷卻通道連接在工業車輛的發動機空間內，輸入耦合部和輸出耦合部根據需冷卻的旋轉設備的軸向視圖設置在旋轉設備的相同一側，並且在該兩種耦合部之間存在較小的角度偏移。
實踐中，這種布置使得裝備有本發明的這段長度的通道的旋轉設備的取向能夠使得輸入和輸出耦合部例如定位在冷卻通道的頂部。
根據本發明的通道的輸入和輸出耦合部的取向的優勢當該通道長度具有基本上螺旋形並且由一個或多個連續腔室形成時特別的顯著，每一個都在其各自的輸入和輸出之間僅具有一個轉折。在相鄰的腔室之間更是如此。
這是因為，當螺旋導管沒有用來將其分成多個轉折的壁時，也就是說當導管由單一體積構成時，對於獲得沒有源自輸入流和輸出流之間的幹涉的湍流而且沒有由於液體在一點上漩渦而形成的冷卻死區的冷卻液體流特別的重要。
根據本發明，帶有單個轉折的螺旋導管內的冷卻液體流的輸入和輸出的取向可以通過藉助於兩個互補的壁，外壁和內壁來成形它而有利地實現，所述內壁由需冷卻的設備的外表面形成，所述外壁由將其本身與帶有輸入和輸出耦合部的一段長度通道相結合的單獨構件形成。這兩種耦合部有利地利用可變矮壁彼此分離，該可變矮壁形成在該單個構件地內側並且其設置成一方面可以有利的給出冷卻液的流向，另一方面保證這兩個耦合部的液體流的橫截面積恆定，如上所述。
以類似的方式，可以通過單獨構件形成帶有兩個相鄰的單轉折的螺旋導管，所述單獨構件形成外壁，後者具有一個共用的輸入耦合部和兩個分開的輸出耦合部或者兩個分開的輸入耦合部和一個共用輸出耦合部。則這種單個構件包括兩個可變的矮壁，每一個矮壁用於每一個轉折。
在一般情況下，輸入和輸出耦合部的數目和/或矮壁和轉折的數目可以大於2。
所有前述的特徵可以分開考慮也可以結合考慮。
本發明的目的也可以在具有上述一段長度冷卻管道的旋轉設備中實現。
該旋轉設備有利地為電磁阻尼器。
本發明的其他特徵和優勢將從下面本發明的一個示例性實施例的說明中顯露出來，該說明參照附圖給出。在這些圖中圖1示意性地圖示出包括液體冷卻迴路的旋轉設備，其中用於冷卻液的輸入和輸出導管輻射狀連接冷卻液套的外側；圖2圖示了根據本發明的一段長度通道的第一實施例，這段長度冷卻通道的橫截面的形式為帶有螺旋導管的冷卻液包(envelope)；圖3示出圖2所示的冷卻液包的透視圖；圖4和5示出圖2中一段長度通道的耦合部的形式和橫截面；圖6和7示出圖2中的一段長度通道的變化實施例的輸入和輸出耦合部；圖8示出圖3所示的冷卻液包的變化形式；圖9示出圖8所示的冷卻液包內的液體的體積；和圖10和11示出根據本發明的一段長度冷卻通道的第二實施例。
具體實施例方式
在描述本發明前，圖1示意性地重複液冷旋轉電動設備的通用設計，例如水迴路冷卻的電磁阻尼器。其中可以更特別地看出，帶有輸出軸的齒輪箱1，該輸出軸利用倍速器，如文件02004/017502所述，與電磁阻尼器的轉子的軸可旋轉地成一體。該阻尼器2被包括饋水導管3和排水導管4的冷卻迴路5所冷卻。導管3和4分別以相對於螺旋導管內的水流方向成基本上成直角到達設置在阻尼器2內並且包括螺旋導管的水冷卻迴路和從其上離開。
雖然沒有詳細畫出，也容易想像當水到達然後徑向地進入該水迴路，或者換言之，以相對於水環流基本上成直角的方向進入該水循環並且以類似的方式離開時，會在水流中產生湍流並且由此導致熱傳導能力的損失。
與此相反，根據本發明的用於旋轉設備的冷卻迴路，如圖2所示，包括一段長度冷卻通道，其成螺旋導管11的形式，用於圍繞需冷卻的設備的定子14和轉子15。該導管11具有一個或多個圍繞需冷卻的設備的轉折，帶有相切的輸入耦合部12和輸出耦合部13。該導管11與定子14整體成形。此處，導管由定子14承載。「相切」特點表示耦合部12和13各自取向，輸入耦合部12處於導管11的圓周輸入區域Z1，輸出耦合部13位於導管11的圓周輸出區域，至少在基本上穿過區域Z1的中心的切線T1處，並且在基本上穿過區域Z2的中心的切線T2處。區域Z1和Z2的中心由終點在導管11的圓周上的半徑R1和R2所確定。在圖2的軸向視圖中，輸入口Z1和輸出口Z2區域之間的角偏移量α特別引起注意，其有利地為20°-30°，但是在不背離本發明的原理的情況下可以為0°-360°之間的任何角度。
另外，有必要論述的是，輸出耦合部13相對於輸入耦合部12帶有如上所述較小的角度偏差的布置相應於被認為是這種實施例有利的配置，其中圍繞旋轉設備的螺旋導管11僅包括一個轉折或者一系列相鄰的單個轉折。這種布置被證明特別有效並且比具有幾個轉折的螺旋導管更有效。這是因為，當觀察冷卻液的一部分時，即延伸充滿該轉折的整個橫截面並且從輸入耦合部12到輸出耦合部13那麼遠經過螺旋導管的冷卻液的部分時，這部分液體通過熱交換根據這部分液體瞬時接觸的位於導管上的點的位置以及這部分液體的瞬時熱接收能力接收部分熱量。因此，當螺旋導管包括幾個連續的轉折時，冷卻液部分從一個轉折到另一個轉折逐漸加熱，也從一個轉折到另一個轉折，變得越來越無法從該設備帶走熱量。結果是輸入耦合部12處冷卻良好，而即使不差的話，在輸出耦合部13處冷卻也不太良好。
如果另一方面螺旋導管僅包括一個轉折或這幾個相鄰的單個轉折，所涉及的冷卻液部分，相對而言，在一個轉折或在相鄰單個轉折的每一個內流動，僅通過「第一個」轉折就立即離開螺旋導管。結果是在導管11的整個寬度範圍都有良好的冷卻。
由於存在基本上相切的冷卻液的抵達和離開，不會發生損害性的湍流，這種湍流先前會產生重大的流阻的效果，對冷卻液的速度以及對於從旋轉設備到冷卻液的傳導能力都有損害。
圖3圖示了組成外壁的冷卻液包的透視圖，所述外壁與作為內壁的定子14的外表面一同形成根據本發明的螺旋導管11。該圖更加特別地示出輸入耦合部12的輸入區域的圓周範圍以及輸出耦合部13的輸出區域的圓周範圍。標記Z1和Z2在本圖中的位置基本上相應於輸入耦合部12的相切的入口和輸出耦合部13的相切的出口。
另外，根據本發明的一個特徵，為了保證根據本發明的這段長度冷卻通道構成的單個轉折內流經的液體流恆定，在考慮到通常在使用中的設計特殊性的同時，將冷卻循環的饋送和輸出導管制造成圓形截面，而圍繞需冷卻的設備的長度的橫截面通常為矩形，輸入和輸出耦合部12、13設置成沿著其全部縱向範圍具有恆定的流體截面積，如圖4和5示意性的示出。
圖3也示出了輸入耦合部12的入口區域，以及輸出耦合部13開始的出口區域彼此由可變的矮壁M分開，所述矮壁M設置成允許冷卻液體的有利的流向。
這是因為冷卻液以相當高的速度和壓力到達區域Z1並且與正在從區域Z2離開的壓力較小的液體相遇。因此輸入流和輸出流之間的交換表面就會相對較小而且因此不會促使兩種流體之間任何明顯的相互作用，然而仍然可能發生兩種流體之間的撞擊，形成湍流區域，該湍流區域損害冷卻液的有效流量。液體流的一部分然後直接從抵達區域流到輸出區域，以某種形式將該轉折「短路」，也就是說立即離開了，而沒有流經冷卻腔室的完整轉折。為了防止這種情況，可變矮壁M將抵達區域Z1和輸出區域Z2分開，矮壁M的高度相應於螺旋導管11的高度。
圖4示出根據本發明帶有輸入耦合部12的導管11。輸入耦合部12的流體在四個不同的點處的截面在後者之上示出，目的是說明流體的截面的形狀變化，同時保持截面積恆定。
圖5在側視圖中示意性地示出耦合部12和這段長度通道11的起點。輸入耦合部12在單個不同的點處的流體截面沿後者的側面示出，目的是說明流體截面的形狀變化，同時保持截面積恆定。
根據本發明的這段長度冷卻通道也可以包括兩個或多個相鄰的單個轉折，如圖6和7所示。這是因為，取代寬度相應於基本上用於冷卻旋轉設備的軸向範圍的一半的一個轉折11，該設備的寬度範圍分成兩個或多個相等部分，並且一個接一個安裝相同數目的單個轉折。圖6和7示出具有兩個相鄰的轉折11A和11B的一段長度通道。每個這種轉折的寬度則僅對應於冷卻需冷卻的設備的軸向範圍的一部分。同時，這些單個轉折如此設置和形成，使得每個輸入耦合部12A、12B或者每個輸出耦合部13A、13B為兩個相鄰的轉折11A/11B共用。
結果是轉折的結合，如此選擇純粹為了表示而不是以任何形式限制，如圖6和7所示。
圖6兩個轉折具有共用的輸入12A，兩個輸出13A、13B在輸入12A的每個側面的周邊上。
圖7兩個轉折具有兩個輸入12A、12B，一個共用的中心輸出13A位於輸入12A、12B之間。
對於根據圖4和5所示的實施例，相同的尺寸原理適用於所有這些設置，也就是說，流體的截面積在整個輸入耦合部和輸出耦合部的範圍內必須保持恆定。
圖8示出圖3所示的冷卻液體包的變形實施例，其中基本上包括兩個導管，它們伸出輸入耦合部12和輸出耦合部13，從而實現與排出導管C13平行取向的饋送導管C12。矩形的耦合部12和13的截面形狀改變為圓形的導管C12和C13應當引起特別注意，根據本發明在此區域流體的截面積保持恆定。
應當注意的是，此處所述包的內壁組成電動設備的定子的外壁，如文件EP-A-0 331 559的圖2所示。
在圖8中，局部可見的凸緣用於將之固定在車輛的框架上。
圖9示出當液體流經圖8中的冷卻液包時液體的體積。為簡化流體長度的不同部分的標記，它們帶有與圖8中的冷卻液包相應部分相同的標記。
圖10和11示出根據本發明的一段長度通道的另一實施例。這段長度通道由彼此平行的導管形成，並且平行圍繞需冷卻的設備的縱向軸線設置。輸入和輸出耦合部112和113，有利地具有圓形截面，與它們所分配的每個導管111同軸設置。為了形成閉合的冷卻液包，也就是說全部圍繞需冷卻的設備的主體，導管111具有環狀扇形的橫截面。
自然地，本發明並不僅限於上述實施例。倍速器的存在也不是強制地，轉子的軸能夠連接到齒輪箱的輸出軸，如文件EP-A-0 331 559所述，或著以可替代地連接到後軸的輸入軸上。
旋轉電動設備可替代地為帶有液冷循環的換向器，例如如文件FR-A-2 780 571所述。
特別是為了組成電機該換向器可以反向，從而啟動機動車的熱機。這種換向器也稱為換向器/啟動器。
權利要求
1.一種旋轉電動設備的一段長度的冷卻通道，所述長度的通道包括沿需冷卻的設備的至少一部分放置的至少一個導管(11，111)，並且具有輸入軸線(AE)和輸出軸線(AS)，以及用於冷卻液的至少一個輸出耦合部(12，112)和至少一個輸出耦合部(13，113)，在兩者之間延伸有導管或者多個導管(11，111)，其特徵在於，所述輸入耦合部或多個輸入耦合部(12，112)和輸出耦合部或多個輸出耦合部(13，113)各自至少基本上沿著相應的所述導管(11，111)的輸入軸線(AE)或輸出軸線(AS)取向，並且沿著它們的整個縱向範圍，具有恆定的流體截面積。
2.如權利要求1所述的一段長度冷卻通道，其特徵在於，所述導管(11)為螺旋導管，其具有至少一個轉折，用於圍繞至少需冷卻的設備的一部分，並且所述螺旋導管分別具有輸入軸線和輸出軸線，後兩者沿著經過所述長度冷卻通道的各個輸入和輸出圓周區域的切向軸線或平面取向，並且所述導管具有至少一個輸入耦合部(12)和至少一個輸出耦合部(13)。
3.如權利要求2所述的一段長度冷卻通道，其特徵在於，所述輸入耦合部(12)和所述輸出耦合部(13)設置成在所述長度冷卻通道的軸向方向，在所述兩個耦合部(12，13)之間存在較小的角度偏差(α)。
4.如權利要求2所述的一段長度冷卻通道，其特徵在於，所述螺旋導管(11)由兩個互補的壁形成，內壁和外壁，所述外壁由冷卻液體包形成，所述液體包成形為給予冷卻液體具有單個轉折的螺旋路徑。
5.如權利要求4所述的一段長度冷卻通道，其特徵在於，所述長度冷卻通道包括單獨的部件，其將所述輸入耦合部(12)和所述輸出耦合部(13)結合在一起，這兩個耦合部由可變矮壁(M)彼此分開，所述矮壁成形為給予冷卻液體有利的流向。
6.如權利要求1所述的一段長度冷卻通道，其特徵在於，所述長度冷卻通道包括兩個相鄰的轉折(11A，11B)，帶有為每個轉折設置的共用輸入耦合部(12)和單獨的輸出耦合部(13A，13B)。
7.如權利要求1所述的一段長度冷卻通道，其特徵在於，所述長度冷卻通道包括兩個相鄰的轉折(11A，11B)，帶有為每個轉折(11A，11B)設置的單獨的輸入耦合部(12A，12B)，而輸出耦合部(13A)共用。
8.如權利要求1所述的一段長度冷卻通道，其特徵在於，所述長度冷卻通道包括彼此平行的導管(111)，後者設置成平行圍繞需冷卻的設備的縱向軸線，所述輸入和輸出耦合部相對於它們所分配的導管同軸設置。
9.一種旋轉電動設備，其特徵在於，所述設備包括如權利要求1所述的一段長度的冷卻通道。
全文摘要
旋轉電動設備的冷卻導管部分包括至少一個管(11，111)，其沿著該設備可冷卻的至少一部分安裝，並且該導管部分設置由輸入軸線(AE)和輸出(AS)軸線；至少一個冷卻液輸入耦合部(12，112)和輸出耦合部(13，113)，其中所述管(11，111)在所述耦合部之間延伸，每個輸入(12，112)和輸出(13，113)耦合部至少基本上沿著相應的所述管(11，111)的輸入軸線(AE)或者輸出軸線(AS)取向，而且所述管沿著其全部縱向範圍具有恆定的截面積。還公開了一種設置有所述導管的旋轉電動設備。
文檔編號H02K9/19GK1934767SQ200580008587
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月17日 優先權日2004年3月18日
發明者克勞迪厄·瓦西勒斯卡, 布魯諾·德西裡爾 申請人:特爾馬公司