1.本发明总体上涉及马达的冷却。
背景技术：2.马达(发动机)被认为是具有转子轴的机器，当马达运行时该转子轴旋转，诸如电机或燃气轮机等。电机通常包括定子，转子旋转地安装在该定子中。转子设置有转子轴。燃气轮机包括在运行期间被冷却的转子轴。
3.通常，为了冷却的目的，转子轴至少部分是中空的，并包括布置用来接收冷却流体的冷却通道。冷却流体通过传导和/或对流传热从中空转子轴吸收热量，从而冷却中空转子轴。冷却通道可以具有出口，冷却流体经由该出口离开冷却通道。冷却流体被重新收集在流体储存器中，例如贮集器。通常情况下，设置有电动泵将冷却流体从储存器泵入冷却通道。以及，当电机处于静止状态时，冷却流体从冷却通道中流出，而冷却通道被清空并被空气填充。当电机再次开始运转且转子开始旋转时，泵首先需要用冷却流体填充通道，并将冷却通道内的空气赶出冷却通道。这可能会产生一些噪音，因为空气和冷却剂会被混合。在此启动阶段期间，由于需要首先清除的空气和/或气泡的存在，冷却也是相当低效的。
4.需要一种成本较低和/或可以需要更少空间，同时为马达提供有效的冷却的马达冷却系统。
技术实现要素：5.根据本发明的一方面，提供了一种马达，其包括转子轴，该转子轴包括冷却通道，该冷却通道具有用于接收冷却流体的至少一个入口，以及位于该转子轴的外侧的至少一个出口，该出口布置为允许冷却流体流出冷却通道，其中，该冷却通道的出口与冷却通道的入口设置在转子轴的同一端处，该马达进一步包括至少一个出口部段，该出口部段与冷却通道的出口流体连接，并布置为允许冷却流体流出冷却通道，其中，从转子轴的旋转轴线测量的出口部段的径向位置大于转子轴内部的冷却通道的径向位置，并且其中，该至少一个出口部段包括布置为将冷却通道的出口与转子轴的外部进行流体连接的出口通道，其中，出口通道大部分布置在转子轴的径向方向上。通过设置与转子轴中的冷却通道流体连接的出口部段，但其出口开口设置在转子轴的外半径处，离心力作用于出口中的流体，可以得到出口部段具有抽吸功能。出口部段则可以从冷却通道中抽吸冷却流体，而不需要独立的电泵。在运行中，转子轴的旋转产生了冷却流体上的离心力。通过设置相比冷却流体所穿过的冷却通道与转子轴的旋转轴线的径向距离更大的出口开口，压力差产生了。此压力差提供用于冷却流体的抽吸。在运行期间，冷却流体被抽吸朝向出口开口，因此可以省去泵送冷却流体的独立的泵。由于不再需要泵来泵送冷却流体，马达的冷却系统可以更加简单和更具成本效益。通过将大部分出口通道设置在转子轴的径向方向上，流经出口通道的冷却流体被加速，锁定冷却流体在径向方向上离开出口通道，其速度足以使冷却流体溅到马达的定子的线圈绕组上。冷却通道的出口与冷却通道的入口处在转子轴的相同端。为了允许冷却流
体大约穿过转子轴的轴向长度，冷却通道可以设置为具有内通道和围绕内通道同心布置的外通道。在转子轴的与入口端相反的一端，内通道和外通道是彼此流体连接的，例如借助转子轴中的径向孔，以允许冷却流体从内通道流到外通道。因此，外通道可以被认为是冷却流体的返回通道。通常，内通道包括与流体储存器流体连接的入口，而出口通道包括出口部段，其带有的出口开口与入口设置在同一端处。这还可以节省空间，并为冷却系统提供紧凑的构造，带有冷却流体储存器、入口和出口开口。
6.有利的是，冷却通道具有入口，该入口与流体储存器流体连接，通常是收集冷却流体的贮集槽。由于出口开口所处的半径比冷却通道的半径大，可以提供允许出口部段经由冷却通道从冷却流体储存器抽吸冷却流体的抽吸功能。如此，可以省去独立的电泵，这在成本和/或动力系的使用空间方面是有利的，并减少了与独立的电泵有关的气蚀风险。另外，冷却可能变得更有效，因为抽吸效应可以随着旋转速度的提高而提高，因为由于离心力所导致的入口和出口之间的压力差随着旋转速度的提高而增加。通常，马达的损耗和/或马达的发热也随着旋转速度的增加而增加，这产生一种冷却机构，其只有在需要时递送有效的冷却，即在较高的旋转速度下提供更多的冷却流体。
7.有利的是，流体储存器相对于冷却通道而言是升高的。通过将冷却流体储存器设置在高于冷却通道的位置，特别是高于冷却通道的入口的位置，当转子轴静止时，冷却流体可以流入冷却通道，因此，冷却通道可以在静止时预先填充。例如，在从静止状态开始旋转时，存在于冷却通道中的空气可以逐渐从冷却通道中吸出，同时冷却剂则被吸入。通过提供填充有冷却流体的升高的储存器，当马达启动时，可以用来加速冷却通道的填充过程。因此，空气和/或冷却剂之间的混合和/或干扰可能更少，因此减少了噪音并提高了效率。
8.有利的是，冷却流体储存器被动地被与转子轴存在于相同壳体中的旋转部件的流体喷溅所填充，优选地，旋转部件可以是齿轮。例如，储存器可以被动地填充冷却流体，这些冷却流体被存在于与转子轴相同的壳体内的一个或多个齿轮往周围或向上喷溅。齿轮可以直接或间接地联接到转子轴。因此，不需要例如通过可主动操作的泵的额外的能量将流体从马达组件转到储存器。这附加地提供了具有成本效益和空间效率的冷却系统。
9.当马达是具有安装在转子轴上的转子和围绕转子设置的定子的电机时，电机的冷却系统因此可以在没有附加泵的情况下提供。因此，在根据本发明的冷却系统中，可以省去通常存在于已知冷却系统中的电泵。因此，该冷却系统可以基于重力能量，利用相对于冷却通道的入口升高的冷却流体储存器，基于离心能，利用径向距离比入口大的出口开口，以及基于冷却流体的飞溅以填充储存器。
10.替代地，外通道可以设置在转子轴的外部，并且转子轴内部的内通道和转子轴外部的返回外通道之间有转子轴壁。这在转子轴可能具有有限直径的构造中是有利的。替代地，这样的构造在电机中也可以是有利的。外通道则可以设置为转子组中的多个轴向槽，从而提供从转子组到冷却流体的更有效的热传递。
11.有利地，冷却通道包括冷却肋部。通过提供冷却肋部，冷却流体进行接触的面积更大，因此对流传热可以增加，从而提供更高效和/或有效的冷却。当冷却通道包括入口通道和出口通道时，冷却肋部可以在入口通道或出口通道中设置。
12.有利的是，冷却肋部可以包括内通道和与内通道分离的外通道，其中内通道与冷却通道的入口流体连接，而其中外通道与冷却通道的出口流体连接，其中冷却肋部可以进
一步包括至少一个冷却肋部开口，该冷却肋部开口布置成与内通道和外通道流体连接，其中至少一个冷却肋部开口被布置为靠近转子轴的与冷却通道的入口和出口的相反端。如此，提供了与外部通道流体连接的内部通道，并且其中内部通道被用作冷却通道的第一部分，其将冷却剂从入口开口带向转子轴的相对端，并且其中外部通道被用作冷却通道的第二部分，并将冷却剂从转子轴的轴向相对端朝向冷却通道的出口带回，因此实现了出口开口与入口设置在转子轴的相同端的构造。内通道允许冷却流体在一个方向上流动，而在外通道中，冷却流体在另一方向上朝向出口流动。
13.在实施例中，冷却肋部可以包括内管，流体可以在该内管中流动，而该内管形成入口通道。所述内管具有向外延伸的突起，诸如外部的翅片或垫片，使其在转子轴室内部保持居中。流体可以离开内管并进入内管和转子轴室之间的空间以返回。因此，冷却翅片的内管和转子轴室之间的所述空间形成了出口通道。
14.向外的突起可以朝向转子轴的内壁弹簧偏置，从而增加与转子轴内壁的接触表面，以及使其在转子轴中居中。使其保持居中的冷却肋部的向外的突起可以设计成挠性的、尺寸略微过大的，像弹簧一样发挥作用以在组装期间建立夹持力。该夹持力在电机运行期间使冷却肋部保持就位。
15.冷却肋部可以用比转子轴材料具有更高的导热系数的材料制造，优选是铝合金或铜合金。以及，出于节约成本的原因，其可以作为挤出型材生产，优选是挤出铝。
16.冷却肋部突起的形状，如翅片或肋部，被设计为允许适当的居中和夹紧，但也用于与转子轴有大的接触表面，从而允许热量从转子轴流入冷却肋部。此外，应能提供与内管外部的冷却剂流的较大接触表面。应当有足够的与内管相连接的翅片，优选是三个或更多，从而向内管提供热传导，冷却剂也可以在该处吸收热量。最后，对于挤出型材而言，需要遵守3mm的最小间隙和1.5mm的壁厚。
17.有利地，出口部段包括流动限制部。通过在出口部段中设置流动限制部，冷却通道中的背压增加，从而减少冷却流体朝向出口开口的流动。该流动限制部允许冷却流体离开出口部段，但限制了出口流量。这样的流动限制部产生了背压，减少了体积流量，使得可以根据冷却需求制定在最大的旋转速度下的合适的流量。这样的流动限制也减少了冷却通道内产生的欠压，并可用于防止冷却剂通道内的空化现象，否则会降低冷却性能。例如，流量限制部可以设置成在出口部段中的比冷却通道或出口部段的另一部分更小的横截面积。为了在出口部段中提供较小的横截面积，出口部段可以局部缩窄，或者可以设置板或肋部，以便在出口部段中提供横截面积的缩窄。出口部段中较小的横截面积可能会局部导致较小横截面积处的动压和粘性力的摩擦二者的增加。在较小的横截面积上摩擦力的增加，就像出口部段的部分，可能降低冷却流体在冷却通道中的流速。
18.出口处较小的横截面积的另一影响是背压的增加，这可以防止空化。由于朝向出口的流动加速，整个冷却通道建立了较高的压力。因此，离心力不能将一部分液体朝向出口加速，这在其之间留下部分真空或蒸气泡。这种空化现象降低了离心泵作用的整体效益，因为压力不能进一步降低，蒸气泡另一侧的部分液体只能通过入口和真空之间的压力差加速。因此，如果使用没有流量限制部的直出口孔，并且空化从给定的旋转速度开始发生，那么入口流量将不会从作用于出口的附加离心力中受益。然而，由于离心加速度仍然有效，轴扭矩损失以及泵送机构的功率损失仍将随着旋转速度的提高而增加。这就是为什么出口限
制部或喷嘴形出口会增加泵送机构的整体效率。
19.可以理解的是，无论轴的旋转速度如何，在较小的横截面处，动压和粘性力的摩擦二者的增加都可以存在。然而，可以理解的是，这两种效应随着流量的增加而增加，削弱了流量随旋转速度增加的效应。
20.有利的是，至少一个出口部段的至少一个出口通道被设置为径向延伸的孔。因此，出口部段可以通过转子轴的壁在径向方向上与出口进行径向流体连接。更为有利的是，径向延伸孔的内直径在向外方向上是减少的。因此，径向延伸的孔在远离转子轴的方向上可以有渐缩形状。径向孔的外端的内直径小于径向孔的内端的内直径，从而为调节经由出口部段输出的冷却流体提供了流量限制部。
21.有利的是，提供了可与转子轴的外表面接合的环，其中该环包括至少一个出口部段。通过提供包括出口部段的环，出口部段与转子轴的组装就变得相对容易。优选地，环在其内侧具有周向凹部。提供这样的内周向凹部允许环不需要与转子轴的出口对齐定位。经由该凹部，冷却流体可以分布在该凹部上，并可以进一步进入出口部段。
22.替代和/或附加地，出口部段可以包括喷嘴。这样的喷嘴可以实现与较小的横截面积相同或相似的效果，并可用于附加的冷却应用，如将冷却剂喷洒至从电机定子的层压铁轴向延伸的端部绕组，或喷洒至其他部件，诸如齿轮，通常与转子轴设置在同一壳体内，优选在出口开口处或附近。
23.有利的是，喷嘴可以被定位在出口开口附近。优选的是，喷嘴可以定位在出口开口处，使得喷嘴可以形成出口开口。将喷嘴定位在出口开口处可以提供一种简单的方式来构建冷却通道的出口部段。喷嘴还可以提供较小的横截面积，免除了在出口部段中实施单独的较小横截面积的需要，从而导致出口部段可以更容易制造。
24.有利地，邻近出口开口的喷嘴可以布置成相对于其正常旋转运动方向向后，从而减少离开喷嘴的流体颗粒的动量。与使用摩擦力为主的小截面限制流动的类似系统相比，这可以减少由冷却机构造成的转子轴的反作用扭矩。喷嘴可以设置在用于喷洒的出口开口中，或者出口部段本身形状可以设置成仅仅具有流量限制器的效果的喷嘴，诸如截面向外减小的渐缩径向孔。
25.电机的定子可以至少在定子的一端处包括向外延伸的端部绕组。出口开口则可以构造为向延伸的绕组喷射冷却流体以冷却所述端部绕组。因此，可以提供对定子的附加冷却。
26.在另一实施例中，可以在出口开口处或其附近提供冷却表面，将从出口开口离开的冷却流体喷溅至该冷却表面，以将冷却流体冷却供进一步使用。经冷却的冷却流体则可以流回储存器，在该处其可以在冷却系统中重新使用。
27.有利地，与出口开口相比，出口部段的部分与转子轴的旋转轴的距离更大，形成虹吸部。通过在出口部段中提供这样的距离更大的部分，当转子轴停止旋转时，冷却通道的排空可以更慢一些。这会使得一些量的冷却流体留在冷却通道中，特别是在冷却通道的出口部段中。出口部段的这种部分的另一优点是，当转子轴转动时，可以防止环境流体进入冷却通道。部分出口部段中的离心压力可能比出口开口处的离心压力更大，因为出口开口与轴的旋转轴线的径向距离较更小。这可能会导致，至少在轴的特定旋转速度以上，总压力在出口部段的所述部分处于最高点，而总压力在出口部段的所述部分和出口开口之间下降。出
口开口附近的总压力下降也可以防止环境流体进入冷却部段。因此，出口部段包括虹吸部，当旋转速度足够高时，虹吸部能够保持一部分液流体并密封出口防止环境中的气体进入。当转子轴转动时，冷却部段的所述部分可以保持填充有冷却流体，从而也防止空气进入冷却部段并进一步进入冷却通道。这可以减少噪音，并可以提高冷却的效率。
28.有利的或可选地，出口部段的一部分可以是u形的，所述部分的u形的两腿之间的桥部与转子轴的旋转轴线的径向距离比出口开口更大。u形部段形成了虹吸部，并提供了虹吸效应，其中一些量的冷却流体可以留在出口部段中。
29.附加或替代地，也可以在出口部段中安装止回阀，其只有在从内部有足够的流体压力时打开。这样的止回阀可以有效地防止环境空气进入抽吸泵机构。其还可以起到在低旋转速度和静止期间将油保持在转子轴内部的作用。如果以径向方式安装，作用在阀体上的离心力与流体压力相加，因此，开启特性取决于转子轴的速度。因此，止回阀提供了另一种方式来控制取决于转子速度的通过轴的流体流量。另一优点是可以将止回阀作为标准部件来使用，与具有虹吸部的自行设计相比，这可获得成本效益更高的组件。
30.替代地，冷却通道的使流体从相反轴端返回到出口部段的流体连接通道入口和通道出口的部分可以在层叠堆的内表面和转子轴外表面上的轴向延伸的凹部之间形成。通过在层叠堆内表面和转子轴外表面上的轴向延伸的凹部之间提供部分冷却通道，实现了冷却流体对层叠堆的直接冷却，提高了马达的整体冷却效率。
31.替代地，出口部段一体形成在转子轴中，包括连接冷却通道和至少一个出口开口的钻孔通道。
32.转子轴可以提供两个彼此可接合的轴部分。为了接合两个轴部分，可以使用轴向可移动的齿状花键连接部，其允许轴向移动但不允许两个轴部分之间的旋转运动。在连接部的齿之间，可以设置通道以允许冷却流体穿过。实际上，这可以通过省略两个轴之间的齿状花键连接部的至少一个齿来实现，省略的齿因此形成出口通道。作为一种替代，两个轴部分可以使用螺纹连接部来连接。在螺纹连接部的螺纹之间，可以设置通道以允许冷却流体经过。实际上，这可以通过省略螺纹连接部的至少一个螺纹来实现，省略的螺纹形成出口通道。有利地，作为提供冷却流体的抽吸效果的出口开口，这种螺纹或花键连接部的最后螺纹或齿端与旋转轴有较大的径向距离。因此，以一种有利的方式，螺纹或花键连接部可以集成到冷却系统中，与轴部件中设置的冷却通道流体连接，提供冷却系统的紧凑构造。现在，不仅可以省去泵，而且还可以省去任何附加的元件或与转子轴的任何附加干涉以提供出口部段。
33.根据本发明的另一方面，提供了一种电动或混合动力车辆变速器，其包括如上所描述的马达，其中转子轴的冷却通道布置为与电动或混合动力车辆变速器的冷却系统连接，以允许冷却流体流入该通道。
34.该马达，如电机，可以包含在车辆动力系中。有利地，出口部段则可以集成在可与转子轴连接的驻车锁定轮中。为此，驻车锁定轮可以包括与转子轴的冷却通道流体连接的多个孔，这些孔与至少一个出口开口流体连接，以允许冷却流体离开冷却通道。因此，驻车锁定轮中的出口部段可以包括驻车锁定轮中设置的多个孔。因此，出口开口的径向直径可以比冷却通道的入口大，而且出口部段还可以附加地包括以上描述的流动限制部。
35.根据本发明的另一方面，提供了一种用于冷却机器的方法，包括提供具有带有转
子轴的转子和安装在转子上的定子的马达；转子轴具有冷却通道，冷却通道具有用于接收冷却流体的至少一个入口，以及处于转子轴外侧的至少一个出口，该至少一个出口布置成允许冷却流体流出冷却通道，其中冷却通道的出口设置在转子轴的与冷却通道的入口的相同端处，该马达进一步包括至少一个出口部段，该出口部段与冷却通道的出口进行流体连接，并布置为允许冷却流体流出冷却通道，其中，从转子轴的旋转轴线起测得的至少一个出口部段的径向位置大于转子轴内部的冷却通道的径向位置，并且其中，至少一个出口部段包括布置为将冷却通道的出口与转子轴的外部进行流体连接的出口通道，其中，出口通道大部分布置在转子轴的径向方向上。
附图说明
36.本公开内容借助示意图进一步阐明。在该图中，示出了以下附图。
37.图1示出了本发明的实施例的剖面视图。
38.图2示出了本发明的中空轴的示例性实施例的剖面视图。
39.图3a、3b、3c、3d和3e示出了根据本发明的出口部段的示例性示意实施例。图3f是带有包括图3d的出口部段的环的转子轴的示意性立体图。图3g是包括图3e的出口部段的环的示意立体图。
40.图4示出了两个轴部分之间的螺纹或花键连接处的出口部段的示例。
41.图5示出了图1的示例的替代性实施例。
42.图6示出了带有出口部段的转子轴的示例。
43.图7示出了靠近出口开口的冷却主体的示例。
44.图8示出了本发明入口处的冷却流体流速和静压关于轴的每分钟旋转次数的函数的图表。
45.图9示出了根据本发明的带有止回阀的出口部段的示例性示意实施例。
46.图10a、10b、10c、10d、10e和10f示出了根据本发明的冷却鳍的实施例。
47.图11示出了冷却通道，其中返回通道形成在转子轴的外部，在转子轴和电机的转子堆叠的层压铁之间的通道中。
48.图12示出了集成在变速器的驻车锁定轮中的出口开口。
具体实施方式
49.图中借助示意图给出了本公开的实施方案。类似的特征用相同或相似的附图标记表示。这些附图没有按比例绘制而只是示意性的。
50.图1示出了本发明的实施例的剖面示意图。图1示出了电机1，该电机1包括转子轴2，转子轴2包括冷却通道4。电机1还包括与轴2固定连接的转子6，例如通过过盈配合或通过轴键方式。转子6和轴2使用轴承10而可旋转地安装在定子8中。可能存在更多的轴承，例如在轴2延伸到转子6外部的一端处，但这些没有示出以免使附图过于复杂。电机1进一步包括两个出口部段12。出口部段12在此处设置为安装在转子轴2上的环状元件，并可与转子轴2的外壁接合。冷却通道4通过冷却流体入口16与冷却流体储存器14流体连接。入口16可以在轴2旋转时保持静止，例如通过安装在进水口16和轴2之间防止冷却流体泄漏的密封部(件)(未示出)，该密封诸如唇形密封部或迷宫式密封部。
51.电机1在运行期间产生热量。储液器14提供冷却流体，冷却流体从储存器14通过入口16流动进入通道4。如图1所示，通道4分为内部和外部，在轴2的与入口16相对的一侧处流体连接。流动通过通道4的冷却流体通过传导和对流热传递从轴2吸收热量，从而冷却轴2和转子6。
52.出口开口32定位在比冷却流体入口16更大的半径上。当转子轴2旋转时，离心力在出口开口32和入口16之间产生压力差。该压力差允许了使出口部段12能够从储存器14抽吸冷却流体的抽吸功能。如此，可以省去单独的电动泵。旋转速度的增加使得作用于冷却流体的离心力增加。离心力的增加导致入口16和出口开口32之间的压力差增加，从而增加了抽吸功能的影响。
53.出口部段12包括允许冷却流体离开冷却通道4的出口开口32。如图1所示，出口部段12的部分与旋转轴线a间的距离比出口开口更远。当轴2旋转时，由于离心力作用在冷却流体上，出口部段12的与旋转轴a距离较远的部分中的压力高于出口开口32中的压力。由离心力引起的静水压力可以防止环境空气通过出口开口32进入冷却通道4。防止环境空气或其他流体通过出口开口进入冷却通道4是有益的，因为环境空气或其他流体可能影响出口部段12的抽吸功能，而且通常具有比冷却流体更低的热交换特性。
54.图1示出了带有冷却通道4的中空轴2和作为一个实体物体的出口部段12。然而，可以理解的是，中空轴2可以包括多个可连接部件。例如，出口部段12可以布置成分离的环状结构，该环状结构布置成安装在中空轴2上。
55.图2示出了本发明的中空轴2的示例性实施例的剖面视图。如图2所示，中空轴2分为第一轴段2a和第二轴段2b。第一轴段2a可以布置为与转子6固定连接。第二轴段2b可以布置为与第一轴段2a固定连接，例如通过螺纹连接部20或花键轴连接部20。花键轴连接部20可以允许第二轴段2b相对于第一轴段2a的轴向运动，并提供第一轴段2a与第二轴段2b的旋转锁定。第二轴段2b可以包括变速器齿轮22，其布置用于将扭矩从轴2传递到例如变速器。第二轴段2b进一步包括出口部段12和入口16。冷却通道4沿第一轴段2a和第二轴段2b延伸，并通过分离元件24(诸如管24)分为内部分和外部分。第一轴段2a进一步包括固定部件26和热交换器28。热交换器28布置在沿第一轴段2a延伸的冷却通道4的外部分中，例如可以是成组的翅片。热交换器28增加了第一轴段2a和冷却流体之间的接触表面，使第一轴段2a和冷却流体之间的热传递得到改善。热交换器28进一步布置成防止管24的径向移动，以防止管24在转动时弯折远离轴2的旋转轴线并因此产生不平衡。固定部件26布置为防止管24的轴向移动。固定部件26进一步布置为将冷却流体从冷却通道4的内部分引导到冷却通道4的外部分。固定部件26和/或热交换器28可以被优化，以使压力损失最小化，从而优化入口16和出口部段12之间的压力差。固定部件26或热交换器28上的显著压力损失可能影响出口部段12的抽吸功能。
56.如图2所示的中空轴2的实施例可以提供一种如何组装根据本发明的中空轴的方法。例如，热交换器28和固定部件26例如可以作为第一步骤安装在管24上。然后，管24、固定部件26和热交换器28的组合可以定位在第一轴段2a内部，而管4部分延伸到第一轴段2a外部。第二轴段2b现在可以安装在管4上，并使用连接部20连接到第一轴段2a。接下来，出口部段12可以安装在第二轴段2b上。出口部段12也可以在第二轴段2b与第一轴段2a的连接之前安装在第二轴段2b上。当第一轴段2a已经可旋转地连接到定子和/或固定地连接到转子时，
也可以进行以上描述的组装。
57.图3a、3b、3c、3d和3e示出了出口部段12的示例的四个不同实施例。图3b、3c、3d和3e中的每个示出了出口部段12，相对于冷却通道4的入口而言，其中至少一个出口部段12的至少一部分离转子轴2的旋转轴线有更远的距离。
58.图3a示出了出口部段12，其中出口部段12的内横截面积小于转子轴2内部的冷却通道4的内横截面积。图3a示出了出口部段12，包括出口部段主体30和出口开口32。出口部段12示出为分离的环形部分，该环形部分布置成安装到中空轴2上。在本发明的另一实施例中，出口部段12可以是中空轴2的部分。出口开口32在此示出为集成在转子轴2中的直孔，其例如可以通过钻孔来制造。出口32的内横截面积在出口部段30的长度上可以是恒定的。这种设计不包括出口部段内比出口开口半径更大的内横截面，因此，环境流体，例如空气有可能进入出口部段。
59.图3b示出了出口部段12的示意性横截面，其包括出口部段主体30、出口32和出口部段盖34。出口部段主体30示出为分离的环形部分，该环形部分布置成安装到中空轴2上。在本发明的另一实施例中，出口部段12可以是中空轴2的一部分。出口部段主体30例如可以通过诸如车削和钻孔的技术形成。出口部段盖34布置成安装在出口部段主体30上。出口32可以在出口部段主体30和出口部段盖34之间形成。出口部段12包括周向凹部39。周向凹部39围绕出口部段12的整个内周缘存在。周向凹部39收集离开冷却通道4的流体并将流体引导到出口部段12的出口通道38。与出口部段主体30一起，出口部段盖在比出口开口32更大的半径上形成内横截面。这可以防止环境流体，例如空气进入出口部段12。图3f示出了图3b中所示的出口部段12的立体图。
60.图3c示出了包括出口部段主体30和出口32的出口部段12的示意性横截面。出口部段主体30示出为布置成安装到中空轴2上的一个分离的部分。在本发明的另一实施例中，出口部段12可以是中空轴2的一部分。出口32在此示出为具有以一定角度彼此连接的两个直孔。例如，这两个直孔可以通过在出口部段主体30中钻孔来形成。该角度可以为至少一个出口部段12的至少部分与转子轴2的旋转轴线的距离大于出口开口的距离。出口部段12包括周向凹部39。周向凹部39围绕出口部段12的整个内周缘存在。周向凹部39收集离开冷却通道4的流体并将流体引导到出口部段12的出口通道38。
61.图3d示出了包括出口部段主体30和出口32的出口部段12的示意性横截面。出口部段12在此处示出为一个分离的部分，其布置成安装在中空轴2的一端，与图3a、3b、3c和3e中所示可以安装到中空轴2上的实施例相反。与图3b和3c所示的实施例相比，该出口32的角部更少，这可以导致冷却流体的更多层流。与冷却流体的更多湍流相比，冷却流体的更多层流可以实现更强的抽吸功能。这种几何形状的制造可以通过塑料3d打印来进行。
62.图3e示出了包括出口部段主体30和出口32的出口部段12的示意性横截面。朝向出口32的至少一个出口通道38是喷嘴形的，以便将最小的流动横截面布置在出口32处。这就产生了背压，并防止由离心力产生的空化在出口通道内部发生。出口部段12包括周向凹部39。周向凹部39围绕出口部段12的整个内周缘存在。周向凹部39收集离开冷却通道4的流体并将流体引导到出口部段12的出口通道38。图3g示出了图3e中所示的出口部段12的立体图。在环中，可以提供在环上周向分布的多个出口32。与图3f的示例类似，穿过转子轴壁的出口40设置为径向孔。出口部段12的出口通道则也设置为径向孔，优选为具有向外减小的
横截面的渐缩孔。如此，冷却通道的出口通道基本上是径向延伸的，并且由穿过转子轴的壁的出口40、出口部段12的环的周向凹部39和环中的出口38形成。
63.图3b、3c、3d和3e中所示的出口部段12的示例实施例的每个示出了位于出口部段12的同侧处的出口开口32。然而，应当理解的是，出口开口可以处在出口部段12的任何一侧，例如，将冷却流体以大体上的轴向方向朝向转子对准，如图3b，以大体上的径向方向远离中空轴2，如图3a，以大体上的轴向方向远离转子，以大体上的切线方向或以上述方向之间的任何方向。
64.图3a、3b、3c和图3e中所示的出口部段12的示例性实施例布置为安装到中空轴2上。图3a、3b和3c示出了轴向孔的增加的内直径，中空轴2可以穿过该轴向孔延伸。增加的内直径允许在将出口部段12安装到中空轴2上时的更大的公差，从而减少因中空轴2的冷却通道4和出口部段12的出口32之间的错位而导致的缺点。
65.图3a、3b和3c中示出的出口部段12的示例性实施例都示出了出口部段12具有径向直径比出口开口32更大的出口部段12的部分36，从而提供了在旋转期间产生虹吸。
66.出口部段12包括出口通道38，该出口通道38与转子轴2的冷却通道4流体连接，该出口通道38的另一端在出口开口32处结束。在图3a中，出口通道38是直的，但其可以是弯曲的或u形的，诸如图3b或图3d中所示。出口通道38可以集成地形成在转子轴中，或者可以是作为附加元件设置到转子轴上的出口部段12的部分。可以有许多变型。在出口通道38中，可以设置流动限制部以调节出口流动，特别是在较高的旋转速度下。流动限制部可以是出口通道38的具有比出口通道的其他部分更小的横截面积的部分。替代地，流动限制部可以是具有比出口通道38更小的横截面积的出口开口32。
67.图4示出了出口部段12的替代性示例。在此示例中，转子轴2包括经由螺纹或花键连接部70与彼此接合的两个轴部分2a、2b。螺纹或花键连接部70包括彼此接合以形成连接的几个螺纹或齿71a、71b。在此连接中，提供了通道72、73，其将冷却通道4与出口开口32流体连接。通道72、73例如可以通过间歇地提供螺纹或齿，或在螺纹或齿中提供凹部来建立。由于在最后的螺纹或齿，此处为71a，通道72以及该通道的出口开口32的径向位置大于冷却通道的入口所连接处的旋转轴线，在旋转期间抽吸效应由于离心力造成的压力差而获得。因此，冷却流体被从冷却流体储存器(此处未示出)吸出。出口32可以相对于通道72、73的径向位置径向向内定位。当旋转时，这样的安置提供了通道72、73内部的比出口32内更高的流体压力，从而使部分流体保持在通道内，并防止环境流体进入出口部段，因此形成虹吸。此处的冷却通道4设置有与入口流体连接的内通道4a，以及与出口流体连接的外通道4b。内通道4a和外通道4b也是流体连接的，以形成冷却通道。在内通道4a中，冷却流体沿一方向流动，而在外通道4b中，冷却流体沿另一相反方向朝向出口流动，因为冷却通道的入口和出口设置在冷却通道的同侧。
68.在图5中，出口部段12是作为分离的元件提供的，其安装到轴2的外侧。在出口部段，提供了出口通道38，此处带有u形的形式，具有径向位置比出口开口32更大的部分36，其在旋转期间提供了虹吸效应。以及，此处，冷却流体储存器14相对于入口16设置在较高的位置，从而在转子轴2静止期间，由于重力能量的作用，冷却通道4被预先填充。在图5的示例中还示出，冷却通道4在一端处具有入口16，而出口开口32设置在入口16的相同端。为此，冷却通道4包括由通道壁17划分出的内通道4a和外通道4b。内通道4a和外通道4b在转子轴2与入
口16相对的一端处彼此流体连接，该外通道4b包括冷却流体的朝向出口开口32的返回流动。冷却流体从内通道4a流向围绕通道壁17的边缘4c的外通道4b。替代地，外通道4b可以设置在转子轴2的外部，例如，作为转子层压组6中的孔。
69.在图6中，出口部段12集成在转子轴2中，作为简单的出口通道38。当然，出口部段12的其他示例可以一体地设置或形成在转子轴中。因此，边缘4c设置有在边缘4c处将冷却流体径向向外引导并减少使流体流动恶化的空化或其他流体流动现象的风险的位移件44。流体位移构件优选构造为产生冷却流体的角加速度，并优选构造为将流体从内通道转向外通道。事实上，其有助于冷却流体朝向外通道进行急转。这种角度加速度可以通过提供位移构件肋部44a来促进，这些肋部从位移构件径向向外延伸，使得肋部附近的流体被迫跟随转子的角速度。这可以导致流体从内通道朝向外通道的更有效和高效的流体流动。至少一个位移构件肋部可以将流体径向向外引导。这可以使得液体从内通道朝向外通道的流动得到改善。
70.图7示出了冷却主体90，其定位在出口部段12的出口开口32附近。然后，从出口开口32离开的加热的冷却流体喷溅至冷却主体90，从而冷却冷却流体使得冷却流体一旦冷却就可以返回到冷却流体储存器14中，以便在冷却系统中进一步使用。冷却主体90可以设有通道91，经由该通道91可以提供冷却流体来对冷却主体90进行冷却。
71.图8示出了本发明入口处的冷却流体流速和静压关于轴的每分钟旋转次数(rpm)的函数的图表。该图表示出，随着电机1的旋转速度增加，冷却流体的流速增加而入口静压降低。在b点处，入口静压为0pa，表示由出口部段12的抽吸功能引起的压力差被冷却通道4上的压力损失抵消了。超过b点后，旋转速度的增加会导致入口处出现负静压，表示超过此点后，就不需要外部供能，诸如不需要分离的泵来维持冷却流体的流动。该图表还示出，抽吸功能在低旋转速度时开始影响流速。
72.图9示出了在中空轴2上使用的替代性出口部段12。在图中，止回阀60部分集成在轴中，而阀座制造为轴的一体部分，阀体62用螺纹连接63固定，弹簧64和球65夹在阀体和阀座之间。出口通道38和其与冷却通道4的流体连接部也集成在轴中。抽吸泵体62可以通过车削加工，并具有径向钻孔的出口孔开口32。对于弹簧64的刚度，需要考虑球65的离心力。
73.图10示出了用于转子轴的冷却肋部80的几何形状。所示的冷却肋部80的几何形状包括形成内通道4a的管86，以及形成外通道4b的突起81，该突起81在其外直径上朝向转子轴的内壁进行接触。与中空轴的较大的接触面积是期望的，以将热量转移到冷却翅片。朝向流体的大表面也是期望的，可以将热量传递到冷却剂。突起或延伸部81包含挠性元件82，其最大直径相对于内轴表面是尺寸略微过大的，其在插入时产生夹持力并将冷却肋部固定就位。柔性元件82具有径向部分83，其将热量传导到形成内通道4a的内管。挠性元件82进一步具有弹簧部分84，其将挠性元件82的部分85向外偏压，使得该部分75夹持在内轴表面上。内管86作为内通道4a，将流体带向轴的相反端。如果插入带有锥形端的钻孔，流体将被允许从内管流动朝向冷却肋部的外部分，利用不能被冷却肋的几何形状80占据的锥形室。因此，突起81与转子轴2的内孔一起形成外通道4b，流体在该处返回入口和出口所位于的一侧。
74.图10a示出了图10d中所示的冷却肋部的立体图。它表明，冷却肋部是具有恒定横截面的直型材，其可以作为挤出型材制造，并切割成所需的适当长度。
75.图10b示出了冷却肋部的横截面设计，其朝向转子轴的金属接触表面最大化。突起
81的顶部和底部部分的直径的尺寸略微偏小，在轴内呈现松散的配合，而朝向左和右的外直径则尺寸略微过大。因此，突起的顶部和底部部分作为弹簧部分84，而突起的左和右部分作为夹持在内轴表面上的部分85。这使得每个外四分之一圆成为弹簧，把管夹持到左右。
76.图10c示出了冷却肋部80的横截面设计，而冷却肋部80的湿润周边最大化。由于弹簧元件在两侧上都有流体接触，所以湿润周边的增加是以牺牲与轴的金属接触为代价的。
77.图10d示出了一种设计，其在湿润周边和朝向轴的金属接触方面平衡了前面讨论的两种设计。附加地，有三个径向部件83可以向内管86传导热量，而不是两个。
78.图10e示出了对图10d的设计改进，通过增加夹持在内轴表面上的部分85的数量，以及增加第四径向部分83用于朝向内管的金属传导，来进一步增加朝向轴的金属接触。然而，由于弹簧部分84较小，可能需要更严格的公差，以获得理想的夹紧力。
79.图10f示出了一种利用九个径向部件83朝向内管4a将热传导最大化的设计。
80.图10的所有设计都以类似的流动横截面为特征，产生的压降是相当的。冷却肋部设计的选择取决于不同的因素。如果使用的冷却流体，例如水与壁面有很高的热交换，例如，由于容易过渡到湍流和高导热性，则与轴壁的接触表面是最重要的，因为其可能是把热量带出轴的瓶颈。这可能导向图10b中的设计。如果冷却流体，再次例如水具有高热容，则朝向内管的热传导脚的数量是重要的，因为流体将能够在内管中在途中提取热量，而不会使其温度变化太大而在外通道中返回时没有用。这可能导向图10f中的设计。如果冷却剂与通道壁的热交换很低，例如传动油，则将润湿表面最大化是最重要的，这就导向了图10c的设计。设计10d和10e是不同设计要求之间的折中。
81.图11示出了带有冷却通道4的马达转子1a，其中内冷却通道4a穿过转子轴，但外冷却通道4b在转子轴外部行进。这可以通过层压铁组中的凹部43实现，其与转子轴2的外表面一起形成通道。在轴的另一端处的钻孔45使流体从轴内部的内通道4a朝向轴外部的外通道4b行进。转子堆叠43中的凹部可以通过适当的转子端板41和42朝向轴向方向密封。这种方式的冷却对保持轴的低温度非常有效，因为凹部抑制了从转子堆叠朝向轴的热传导，而轴从内部和外部都得到了冷却。抽吸泵环12可以安装在端板42的延伸部上，在其中钻有使流体行进到抽吸泵出口的孔40。
82.图12a、12b和12c示出了抽吸泵机构的出口部段的不同设计，抽吸泵机构集成在变速器的驻车锁定轮中。图12a示出了一种带有至少一个直的出口孔38的技术方案。所述的孔可以钻为成角度的，以在驻车锁定轮的侧表面处形成出口32，从而不干扰驻车锁的几何形状50。在内半径上，位置51，花键连接部的几个齿需要被省略，以便为匹配的成对孔腾出空间以使流体从轴朝向驻车锁定轮行进。至少一个出口孔可以钻在驻车锁接合时的低机械应力的位置处。这样的集成可以使组装中所需要的部件数量最小化。
83.图12b示出了集成到驻车锁定轮中的出口部段，其带有专用的流体连接面52，该连接面不与花键齿相干涉，并且带有内置的虹吸部，因为出口孔38的一部分定位在比出口32更大的半径处。
84.图12c示出了一种用于集成到驻车锁定轮的出口部段的不同的技术方案，其中出口孔是通过从轴向方向铣削出凹部53实现的。通道38则只由组件中的相邻部件54完成，该部件54具有特定的半径，例如为齿轮或轴承，其在轴向方向上密封凹部53以形成通道38。凹部53延伸到相邻部件的半径之外，在此处由于缺乏对凹部的轴向密封而自然形成了出口
32。凹部可以形成为：通道形成虹吸，使一部分流体保持在u形弯折中，以防止空气进入通道。
85.虽然本发明是以电机为例进行解释的，但本发明可以设置在任何类型的具有转子轴，冷却通道穿过该转子轴，并且具有出口开口，冷却流体经由该出口开口流出的马达中。
86.在此，参考本发明实施例的具体示例描述本发明。然而，显而易见的是，在不脱离本发明的实质的情况下，可以在其中进行各种修改、变型、替代和改变。出于清楚和简明描述的目的，在此将特征描述为相同或单独实施例的一部分，然而，具有在这些单独的实施例中描述的所有或一些特征的组合的替代实施例也被设想和理解为落入由权利要求概述的本发明的框架内。因此，说明书、附图和示例应被视为说明性意义而非限制性意义。本发明旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的所有替代、修改和变化。此外，所描述的许多元件是功能实体，其可以以任何合适的组合和位置实现为独立或分布式组件或与其他组件结合。
87.许多变型是可能的，并包含在以下权利要求书的范围内。
技术特征：1.一种马达，包括：转子轴，所述转子轴包括冷却通道，所述冷却通道具有用于接收冷却流体的至少一个入口，以及位于所述转子轴的外侧的至少一个出口，所述出口布置为允许冷却流体流出所述冷却通道，其中，所述冷却通道的所述出口与所述冷却通道的所述入口设置在所述转子轴的同一端处，所述马达进一步包括：至少一个出口部段，所述出口部段与所述冷却通道的所述至少一个出口流体连接，并布置为允许所述冷却流体流出所述冷却通道，其中，从所述转子轴的旋转轴线起测量的所述至少一个出口部段的径向位置大于所述转子轴的内部的所述冷却通道的径向位置，并且其中，所述至少一个出口部段包括出口通道，所述出口通道布置为将所述冷却通道的所述出口与所述转子轴的外部流体连接，其中，所述出口通道大部分布置在所述转子轴的径向方向上。2.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，所述冷却通道包括内通道和与所述内通道分离的外通道，其中所述内通道与所述冷却通道的所述入口流体连接，而其中所述外通道与所述冷却通道的所述出口流体连接，其中所述内通道和所述外通道流体连接以在所述转子轴的与具有所述入口和所述出口的一端相反的端部处形成所述冷却通道。3.根据权利要求1或2所述的马达，其特征在于，所述冷却通道的入口与冷却流体储存器流体连接。4.根据权利要求3所述的马达，其特征在于，所述冷却流体储存器相对于所述冷却通道处于升高的位置。5.根据权利要求3或4所述的马达，其特征在于，所述储存器被动地通过与所述转子轴相同的壳体中所存在的旋转部件的流体喷溅所填充，所述旋转部件优选是齿轮。6.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，所述至少一个出口部段的所述至少一个出口通道设置为径向延伸的孔。7.根据权利要求6所述的马达，其特征在于，所述径向延伸的孔的内直径在向外方向上减少。8.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，所述出口部段包括流动限制部。9.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，所述出口部段包括喷嘴。10.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，设置能与所述转子轴的外表面接合的环，其中所述环包括所述至少一个出口部段。11.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，所述冷却通道包括冷却肋部。12.根据权利要求11所述的马达，其特征在于，所述冷却肋部包括形成所述内通道的管和形成所述冷却通道的所述外通道的所述管的外部。13.根据权利要求12所述的马达，其特征在于，所述冷却肋部包括多个突起，所述突起从所述管向外延伸用以增加与所述冷却流体的接触表面。14.根据权利要求13所述的马达，其特征在于，所述冷却肋部的所述突起朝向所述转子轴的内壁、向所述管外弹簧偏压，使得所述突起的至少部分与所述转子轴的内壁接合。15.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，所述至少一个出口部段的
至少一部分与所述转子轴的旋转轴线的距离大于所述出口开口，优选的是所述至少一个出口部段包括虹吸部。16.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，所述至少一个出口部段是u形的，使得u形的部段的腿部之间的桥部与所述轴的中心线的距离相比所述出口开口更大。17.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，所述马达是具有安装到所述转子轴上的转子和围绕所述转子设置的定子的电机。18.根据权利要求17所述的马达，其特征在于，所述定子包括在所述定子的至少一端处向外延伸的端部绕组，其中所述出口开口构造为向延伸的绕组喷射冷却流体以冷却所述端部绕组。19.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，在所述出口开口处或附近设置有冷却表面，从所述出口开口离开的所述冷却流体喷到所述冷却表面，以冷却所述冷却流体用于进一步使用。20.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，所述马达包含在车辆动力系中，并且其中所述冷却通道的所述出口部段集成在能与所述转子轴连接的驻车锁定轮中。21.根据权利要求1-19中的任何一项所述的马达，其特征在于，所述出口部段包括止回阀，所述止回阀适合于在所述出口部段内部的所述冷却流体压力低于阈值时关闭所述出口开口。22.根据权利要求1-19中任何一项的所述的马达，其特征在于，所述转子轴包括用花键连接部彼此接合的两个轴部分，所述出口开口设置在所述花键连接部的最终花键端处，并通过所述花键连接部的至少一个缺失的齿实现。23.根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其特征在于，所述冷却通道的流体连接所述通道入口和所述通道出口的部分形成在层叠堆的内表面和所述转子轴的外表面上的轴向延伸的凹部之间。24.一种电动车辆或混合动力车辆动力系，包括：根据前述权利要求中任何一项所述的马达，其中所述马达是电机；其中，所述转子轴的所述冷却通道布置为与所述电动车辆或所述混合动力车辆变速器的冷却系统进行流体连接，以允许冷却流体流入所述通道用于冷却所述电机。25.用于冷却马达的方法，包括：-提供具有带有转子轴的转子和安装在所述转子上的定子的马达；所述转子轴具有冷却通道，所述冷却通道具有用于接收冷却流体的至少一个入口，以及处于所述转子轴外侧的至少一个出口，所述至少一个出口布置成允许冷却流体流出所述冷却通道，其中所述冷却通道的所述出口设置在所述转子轴的与所述冷却通道的所述入口的相同端处，所述马达进一步包括至少一个出口部段，所述出口部段与所述冷却通道的所述出口流体连接，并布置为允许冷却流体流出所述冷却通道，其中，从所述转子轴的旋转轴线起测量的所述至少一个出口部段的径向位置大于所述转子轴的内部的所述冷却通道的径向位置，并且其中，所述至少一个出口部段包括布置为将所述冷却通道的所述出口与所述转子轴的外部进行流体连
接的出口通道，其中，所述出口通道大部分布置在所述转子轴的径向方向上。
技术总结本发明描述了一种马达，其包括转子轴，该转子轴包括冷却通道，该冷却通道具有用于接收冷却流体的至少一个入口，以及至少一个出口部段，该出口部段在转子轴的外侧处与冷却通道流体连接，并被布置成允许冷却流体流出冷却通道，其中至少一个出口部段的出口开口设置在与转子轴内部冷却通道的内横截面积相比与旋转轴的径向距离更大处。轴的径向距离更大处。轴的径向距离更大处。
技术研发人员：M
受保护的技术使用者：邦奇动力有限责任公司
技术研发日：2020.12.30
技术公布日：2022/11/1
