CN101902086A - 用于车辆电机的端环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于车辆电机的端环。具体地，提供了一种用于车辆电机内的转子组件的端环，其中，转子组件具有第一端部并且构造成在轴上旋转。端环包括：环形件，其围绕轴并且接合转子组件的端部；以及套筒，其联接到环形件并且周向地联接到轴。

Description

用于车辆电机的端环

技术领域

本发明总体涉及车辆电机，更具体地涉及用于车辆电机的端环。

背景技术

近年来，技术的进步给汽车设计带来了显著变化。这些变化中的一个涉及汽车内(特别是替代燃料车辆内)的各种电系统的复杂性以及功率使用。例如，替代燃料车辆(如混合动力车辆)有时在其他功率源(如内燃发动机)之外，常常使用电化学功率源(如电池、超级电容和燃料电池)为驱动车轮的电牵引机(或电动机)提供功率。

此类电牵引机典型地包括环形转子组件，该环形转子组件在固定的定子组件内在轴或毂上轴向旋转。转子组件构造成通过利用电磁体感应地产生磁通量，或者在内置式永磁电机(IPM)的情况下通过利用排列在中心磁芯内的多个永磁体来产生磁通量。为了使永磁体轴向地保持在中心磁芯内，将端环在转子芯端部处安装在轴或毂上。为了防止来自IPM芯区域磁通量的不足，端环由低磁导率、非磁材料制成，例如不锈钢或铝。此类端环典型地具有平坦、环形、盘状的几何形状，并且常常利用烧结工艺由粉末金属制成或者由毛坯加工而来。在安装到轴上之前，在环表面的显著部分上对环进行加工以去除表面粗糙度并达到期望的特征。另外，由于端环典型地利用摩擦安装而安装到轴上，所以对环的内圆周进行进一步精密加工以确保适合在高转速下操作的紧密且固定的配合也是很重要的。

因此，希望提供一种用于车辆电机的端环，其需要较少的精加工并且由低成本、轻重量的材料制造。还希望的是，这种端环具有更高的硬度和刚度并构造用于对结合的永磁体的改进保持。此外，对于毂安装的转子组件，还希望的是，在不增加环重量的情况下，端环提供增强的保护以防磁通量不足并且同时增强转子和毂之间的冷却液流动。此外，结合附图和前面的技术领域和背景技术，通过下面的详细描述和所附权利要求书，本发明的其他期望特征和特性将变得明显。

发明内容

根据实施例，仅通过举例方式，提供了一种用于车辆电机中转子组件的端环。转子组件具有第一端部并且构造成在轴上旋转。端环包括环形件和套筒，所述环形件围绕轴并且接合转子组件的第一端部，所述套筒联接到环形件并且周向地联接到轴。

根据另一个实施例，仅通过举例方式，提供了一种适合在车辆电机中部署的类型的端环。电机具有构造成随毂组件旋转的转子组件，所述毂组件包括套筒部分和凸缘，所述转子组件围绕套筒部分，所述凸缘具有第一表面并且从套筒部分端部径向向外延伸。端环包括环状环和第一突起，所述环状环具有第二表面和第三表面，所述第二表面构造成位于第一表面附近，所述第三表面构造成位于转子组件的端部附近，所述第一突起从第二表面延伸并且构造成接合第一表面，从而使第一表面与第二表面分开。

本发明还提供了如下方案：

方案1.一种用于车辆电机内的转子组件的端环，所述转子组件具有第一端部并且构造成在轴上旋转，所述端环包括：

环形件，其围绕所述轴并且接合所述转子组件的第一端部；以及

套筒，其联接到所述环形件并且周向地联接到所述轴。

方案2.如方案1所述的端环，其特征在于，所述转子组件进一步包括联接到所述转子组件的第一端部的磁体，并且进一步包括联接到所述环形件的外圆周边缘的第一片，所述第一片构造成保持所述磁体。

方案3.如方案2所述的端环，其特征在于，所述第一片与所述环形件的外圆周边缘整体地形成。

方案4.如方案2所述的端环，其特征在于，所述环形件有角度地朝向所述转子组件，以向所述磁体提供弹性保持力。

方案5.如方案1所述的端环，其特征在于，所述套筒构造成过盈配合到所述轴上。

方案6.如方案5所述的端环，其特征在于，所述套筒是锥形的。

方案7.如方案1所述的端环，其特征在于，所述轴包括键槽，其中，所述端环进一步包括联接到所述套筒的第二片，所述第二片构造成接合所述轴的键槽。

方案8.如方案1所述的端环，其特征在于，所述端环包括板状金属材料，所述板状金属材料具有的磁导率是真空磁导率的大约1倍到大约2倍。

方案9.如方案1所述的端环，其特征在于，所述端环具有的成分选自钛、铝、不锈钢、铜、镁、铬、锌、锰、钼及其合金组成的组。

方案10.一种适合部署在车辆电机中的类型的端环，所述电机具有构造成随毂组件旋转的转子组件，所述毂组件包括套筒部分和凸缘，所述转子组件围绕所述套筒部分，所述凸缘具有第一表面并且从所述套筒部分端部径向向外延伸，所述端环包括：

环状环，其具有第二表面和第三表面，所述第二表面构造成位于邻近所述第一表面，所述第三表面构造成位于邻近所述转子组件的端部；以及

第一突起，其从所述第二表面延伸并且构造成接合所述第一表面，从而使所述第一表面与所述第二表面分开。

方案11.如方案10所述的端环，其特征在于，进一步包括第二突起，所述第二突起从所述环状环的第二表面延伸，所述第一和第二突起构造成在所述第一和第二表面之间提供冷却剂流动通道。

方案12.如方案10所述的端环，其特征在于，磁体在所述转子组件端部附近联接到所述转子组件，其中，所述端环进一步包括在所述环状环的第三表面内的腔，所述环状环构造成保持所述磁体。

方案13.如方案12所述的端环，其特征在于，进一步包括：

键槽，其布置在所述套筒的外表面内；以及

联接到所述环状环的内圆周边缘的片，所述片构造成接合所述键槽并且将所述腔与所述磁体对准。

方案14.如方案10所述的端环，其特征在于，所述环状环包括板状金属，所述板状金属具有的磁导率是真空磁导率的大约1倍到大约2倍。

方案15.如方案14所述的端环，其特征在于，所述环状环包括不锈钢板。

方案16.一种用于可部署在车辆电机中的类型的转子组件的端环，所述转子组件具有端部并且构造成在轴上旋转，所述转子组件具有在所述端部附近联接的磁体，所述端环包括：

环状环，其围绕所述轴并且接合所述转子组件的端部；

第一片，其联接到所述环状环的外圆周边缘并且构造成保持所述磁体；以及

套筒部分，其与所述环状环整体地形成，并围绕且联接到所述轴。

方案17.如方案16所述的端环，其特征在于，所述轴进一步包括凹槽，其中，所述端环进一步包括第二片，所述第二片联接到所述套筒部分并且构造成接合所述凹槽。

方案18.如方案16所述的端环，其特征在于，所述套筒部分过盈配合到所述轴上。

方案19.如方案18所述的端环，其特征在于，所述套筒部分是锥形的。

方案20.如方案16所述的端环，其特征在于，所述套筒部分构造为所述环状环的内圆周边缘的扩展。

附图说明

通过结合附图考虑时参考详细描述和权利要求，可得到对本发明更完整的理解，在全部附图中，相同的附图标记表示相似的元件，其中：

图1是示例性车辆的示意图，其示出了这样一种方式，其中实施例与车辆的各种子部件集成；

图2是示意性剖视图，其示出了与图1所示车辆一起使用的示例性车辆电动机，并具有根据示例性实施例的集成端环；

图3是图2所示的车辆电动机的一部分的示意性剖视图，其被放大以更加清楚地示出了根据示例性实施例的端环；

图4是图2和图3所示类型的示例性端环的立体图；

图5是示例性毂组件的部分的立体图，其具有根据进一步示例性实施例的端环；以及

图6是示意性剖视图，其示出了电机的一部分，该电机具有图5所示类型的毂组件并且具有根据另一个实施例的端环。

具体实施方式

本文描述的本发明各种实施例提供了用于电机转子组件的端环，该电机适合于在车辆上部署。电机可为例如内置式永磁电机，并且可包括发电机或电动机，或这两者(电动机/发电机)的组合。对轧制金属板制成的单层低磁导率金属冲压得到端环。端环还构造成具有便于进行组装步骤并且在工作期间提高电机性能和效率的特征。下面将详细论述的这些特征导致改善了磁通量的不足，提高了硬度，增强了冷却剂流动，在永磁体与转子芯结合期间对永磁体更加牢固地保持，端环到转子芯的对准分度(indexing)从而有助于组装，并且改善了端环与轴或毂之间的联接从而在工作于高温和高转速时提高了可靠性。

根据本发明的一个实施例，图1是示例性车辆10(例如汽车)的示意图。汽车10包括底盘12、车身14、四个车轮16和电子控制系统(或电子控制单元(ECU))18。车身14布置在底盘12上并且基本包围了汽车10的其他部件。车身14和底盘12可共同形成车架。车轮16的每一个在车身14的相应角附近旋转地联接到底盘12。

汽车10可以是许多不同类型汽车中的任意一种，例如轿车、货车、卡车或运动型多用途车(SUV)，而且也可以是两轮驱动(2WD)(例如后轮驱动或前轮驱动)、四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD)。汽车10还可包含许多不同类型发动机(或致动器)中的任意一种或几种的组合，例如以汽油或柴油为燃料的燃烧发动机、“灵活燃料型车辆”(FFV)发动机(即，使用汽油和酒精混合物的发动机)、以气体化合物(例如，氢气和/或天然气)为燃料的发动机、或燃料电池、燃烧/电动机混合发动机和电动机。

在图1所示示例性实施例中，汽车10是燃料电池车辆，并进一步包括致动器组件(或动力系)20、电池22、电池充电状态(SOC)系统24、动力电子设备舱(PEB)26和散热器28。致动器组件20包括内燃发动机30和电动机/发电机(或电牵引机)系统(或组件)32。电池22电联接到PEB 26，并且在一个实施例中，电池22包括锂离子(Li-ion)电池，如通常所使用的，该锂离子电池包括多个电池单元(cells)。电牵引机32通常包括多个电部件，该多个电部件包括定子和转子组件。转子组件包括从低磁导率材料板上冲压下来的至少一个端环以在该组件中对磁体进行保持，并且具有额外的特征以提高电机性能和效率并有助于制造期间的组装。

图2是根据示例性实施例的示意性剖视图，其示出了分别具有集成的第一端环34和第二端环38的电机组件32。应当注意，为了更加清楚，省略了这种电机中许多常见的细节元件。组件32包括壳体42、定子组件46和转子组件50。定子组件46容纳在壳体42内并且固定地联接到壳体42。转子组件50包括转子芯52，并且可旋转地联接到定子46，并且在轴54上与其基本同心地旋转，轴54在轴线A-A’上旋转。轴承56邻近其两端地联接到壳体42，并且可旋转地联接到轴54，为轴54提供支撑。转子组件50还包括磁体阵列58，该磁体阵列58可具有任意数量的结合在转子芯52外表面缝槽内的独立永磁体。永磁体阵列58构造成产生磁通量，该磁通量与定子组件46产生的电磁通量相互作用以向转子组件50提供转矩，导致组件50以公知方式旋转。第一端环34联接到组件50的第一端部62，并且包括联接到第一套筒70的第一环状环(或环形件)66。

在一个实施例中，第一环形件66和第一套筒70整体地结合在一起。如本文所使用的，术语“整体地结合”或“整体地形成”指的是第一元件(例如第一环形件66)以连续的方式从第二元件(例如第一套筒70)延伸或过渡，而不是作为两个分离的和可区别开的元件。第一套筒70通过例如压配合/过盈配合来基本同心地固定到轴54的外表面。第一环形件66具有内表面，该内表面接合邻近于磁体阵列58端部的转子组件50的端部。第一环形件66包括低磁导率材料并且轴向地(沿基本平行于轴线A-A’的任意直线)保持磁体阵列58，将由这些磁体产生的磁通量包容在转子组件50内，从而由此提高了电机组件32的效率。第二端环38同样由合适的低磁导率金属制成，并且与第一端环34类似地构造，第二端环38包括整体地结合到第二套筒78的第二环形件74。第二环形件74构造成轴向地保持布置在转子组件50第二端部82附近的磁体，第二套筒78通过过盈配合周向地固定到轴54。

在工作期间，转子组件50在定子组件46内基本同心地随轴54绕轴线A-A’旋转，由此产生机械能。端环34和38随转子组件50旋转，每个环轴向地保持磁体阵列58，并且将由这些磁体产生的磁通量包容在转子组件50内。如下面所将要详细描述的，第一套筒70和第二套筒78使端环34和38牢固地联接到轴54，即使在高工作温度和高转速下。

图3是根据示例性实施例的示意性剖视图，示出了电机组件32的一部分，其被放以更加清楚地示出了端环34在其中的集成。第一端环34包括第一环形件66、在环形件66的内圆周边缘86处与其联接在一起的第一套筒70和在环形件66的外圆周边缘90处联接的保持片88。第一环形件66围绕轴54并联接到且接合于转子组件50的第一端部62。在一个实施例中，第一环形件66与第一套筒70整体地形成。在另一个实施例中，保持片88有一些角度地朝向阵列58中的永磁体，并且构造成向这些磁体施加弹性力。在另一个实施例中，环形件66稍微有角度地朝向转子组件50作为向磁体阵列58提供弹性力的进一步的措施。由环形件66和保持片88中的一个或两个产生的这种弹性力可用作在阵列58中的磁体结合到转子芯52期间使磁体轴向定中心或定位的措施。

第一套筒70在轴54的外圆柱表面92上周向地压配合/过盈配合，并且与第一环形件66不共面。第一套筒70可沿轴54延伸离开环形件66任意合适的距离而不受限制。在一个实施例中，套筒70作为内圆周边缘86的扩展形式。在另一个实施例中，套筒70为锥形，其直径随离开环形件66的距离减小，以便安装和过盈配合到轴54上。这种过盈固定连同套筒设计的增加的圆周接触有助于在高温和高转速下提供更牢固的配合。在进一步的实施例中，套筒70还包括片94，片94构造成接合加工到轴54的表面92内的键槽或凹槽95。片94向端环34提供额外的旋转支撑，防止套筒70相对于轴54旋转，包括在高温工作期间。

图4是根据示例性实施例的第一端环34的立体图。环34由具有低磁导率成分的任意合适金属或合金板制成。在一个实施例中，环34由板状金属材料制成，该板状金属材料具有的磁导率是真空磁导率的大约1到2倍。适合于环34的板状金属包括，例如钛、铝、不锈钢、铜、镁、铬、锌、锰、钼及其合金。环34包括在环形件66的内圆周边缘86处与环形件66整体地形成的套筒70。套筒70形成了贯穿其中的开口96，开口96的尺寸适合于过盈配合到轴54(图3)。套筒70包括片94，片94构造成接合轴54的表面内的键槽95(图3)，并且防止套筒70相对于轴54旋转。保持片88整体地形成在环形件66的外圆周边缘90处，并且构造成在磁体阵列58中的独立磁体结合到转子组件50(图3)期间向独立磁体提供弹性保持力。在一个实施例中，片88作为指状突起形式与外圆周边缘90整体地形成，并且从外圆周边缘90延伸。

图5是根据另一个示例性实施例的毂组件100的立体图，该毂组件100适合于部署在电机中并且具有端环104。为了更加清楚，省略了某些通常与这种毂组件相关联的元件，例如环状转子叠片芯。所示的通常集成在转子叠片芯内的独立永磁体106示出了这些磁体和组件100其他元件之间的相互作用。毂组件100包括套筒部分108，套筒部分108联接到凸缘部分112，并且构造成随凸缘部分112旋转。凸缘部分112联接到合适的轴承(未示出)，并且构造成随该轴承旋转。端环104包括环状环116，该环状环116具有内圆周边缘117，该内圆周边缘117在套筒部分108的端部119附近联接到套筒部分108的外圆柱表面118。环状环116具有整体地形成在其内的多个突起121。在一个实施例中，突起121远离磁体106指向外并朝向凸缘部分112，从而增大了它们之间的间距。这种增大的间距在环状环116和凸缘部分112之间提供了气隙，其减小了凸缘部分112和覆在套筒部分108上的永磁体106之间的磁通量渗透性。突起121使得能够形成这种补充的屏蔽，而不增加环状环116的厚度和重量/惯性。在另一个实施例中，突起121构造成在磁体106结合到转子芯时接合磁体106并且支撑和保持磁体106。在另一个实施例中，突起121彼此之间是中断的或不连续的，在凸缘部分112和环状环116之间提供用于冷却剂流动的通道。在进一步的实施例中，突起121构造成增大环状环116的硬度/刚度，使得能够向独立磁体提供额外的弹性保持力。

参见图5，在另一个实施例中，环状环116具有分度片124，分度片124构造成与外圆柱表面118内的凹槽或键槽128接合。片124和键槽128可具有任意合适的形状，该形状有助于为了任何目的(例如将磁体对准到突起121)而在组装期间使端环104旋转地对准到套筒部分108。本领域技术人员将意识到这些结构可以反过来，使得该片位于外表面118内，键槽作为环状环116的特征。

图6是电机134的一部分的示意性剖视图，该电机134具有图5所示类型的毂组件并且具有根据另一个实施例的端环138。电机134包括毂组件142、转子组件叠片芯146、磁体阵列150和定子组件154。毂组件142可旋转地联接到定子组件154并且随定子组件154旋转，毂组件142包括套筒部分158和联接到套筒部分158端部的凸缘部分162。转子叠片芯146周向地联接到套筒部分158并且构造成随套筒部分158在旋转轴线B-B’上旋转。磁体阵列150可具有任意数量的独立永磁体，并且联接到转子叠片芯146，从而随其旋转。环状端环166插入到凸缘部分162的端部170和转子叠片芯146的端部174之间。环166具有内圆周边缘168，其周向地联接到套筒部分158的外圆柱表面169。端环166可有任意合适的任何成分的低磁导率板状金属制成，如前面参照端环34所述和图4所示。端环166使凸缘部分端部170与叠片芯端部174分开，并且在磁体阵列150和凸缘部分162之间提供磁屏蔽，由此防止它们之间磁通量的不足。

在一个实施中，端环166包括邻近凸缘部分端部170的侧上的至少第一突起178，并且具有邻近磁体阵列的侧上的腔182。突起178构造成通过产生气隙190而使凸缘部分端部170与磁体阵列150和叠片芯146分开，所述气隙190增大了端环166的磁屏蔽。在另一个实施例中，腔182与磁体阵列150的第一磁体194接合，提供对其的轴向(沿基本平行于旋转轴线B-B’的任意直线)保持。尽管图6所示端环166具有两个突起，应当理解的是，环166可包括任意数量的这种突起。在另一个实施例中，端环166包括与第一突起178分开的至少第二突起198，从而产生它们之间的连续通道，用于电机134内的冷却剂流动。这些突起还可给予端环166更高的硬度，以提供更大的刚度并且改善对磁体阵列150中的独立磁体的保持。

本文描述的本发明各种实施例提供了用于车辆电机的端环。该端环包括构造成将永磁体轴向保持在IPM的磁体阵列中的环状环(或环形件)。该环状环可联接到毂组件或电动机轴。在毂组件的情况下，环状环联接到组件内的圆柱安装表面。当轴被安装，环状环联接到套筒，该套筒构造成用于过盈安装到轴的外表面。端环由高机械强度、低磁导率的轧制板状金属制成，其减少了对表面精加工的需要，由此减少了材料和加工费用。在各种实施例中，环状环和套筒(如果使用的话)具有额外的特征以提高性能并有助于电机组装。与环状环相关联的特征包括分度片，该分度片构造成与毂芯中的键槽接合以在组装期间帮助进行芯/端环的对准。环状环还可具有构造成用于各种性能增强作用的突起/腔，这些作用包括：1)在永磁体和毂端部之间提供额外的间隔，而不增加环的重量，2)增加环状环的刚度，以便增强对永磁体的弹性保持，3)在毂和环状环之间提供冷却剂流动通道。环状环也可具有整体地形成的、构造成在独立永磁体结合到转子芯期间保持独立永磁体的片。套筒构造成用于更牢固地安装到轴，并且可包括锥形部分以适于达到此目的。套筒还可包括构造成与轴键槽接合的片，以防止在高温和高转速下出现滑动。

虽然在前面的详细描述中已经给出了至少一个示例性实施例，但是应当意识到仍然存在数量众多的变化形式。还应当意识到的是，本文所述的一个或多个示例性实施例并不旨在以任何方式对本发明的范围、应用领域或构造进行限制。相反，前面的详细描述将向本领域技术人员提供用于实施所述一个或多个实施例的方便的路径图。应当理解，在不偏离本发明范围及其法律等同物的情况下，可对元件的功能和结构进行各种改变。

Claims (10)

1.一种用于车辆电机内的转子组件的端环，所述转子组件具有第一端部并且构造成在轴上旋转，所述端环包括：

环形件，其围绕所述轴并且接合所述转子组件的第一端部；以及

套筒，其联接到所述环形件并且周向地联接到所述轴。

2.如权利要求1所述的端环，其特征在于，所述转子组件进一步包括联接到所述转子组件的第一端部的磁体，并且进一步包括联接到所述环形件的外圆周边缘的第一片，所述第一片构造成保持所述磁体。

3.如权利要求2所述的端环，其特征在于，所述第一片与所述环形件的外圆周边缘整体地形成。

4.如权利要求2所述的端环，其特征在于，所述环形件有角度地朝向所述转子组件，以向所述磁体提供弹性保持力。

5.如权利要求1所述的端环，其特征在于，所述套筒构造成过盈配合到所述轴上。

6.如权利要求5所述的端环，其特征在于，所述套筒是锥形的。

7.如权利要求1所述的端环，其特征在于，所述轴包括键槽，其中，所述端环进一步包括联接到所述套筒的第二片，所述第二片构造成接合所述轴的键槽。

8.如权利要求1所述的端环，其特征在于，所述端环包括板状金属材料，所述板状金属材料具有的磁导率是真空磁导率的大约1倍到大约2倍。

9.一种适合部署在车辆电机中的类型的端环，所述电机具有构造成随毂组件旋转的转子组件，所述毂组件包括套筒部分和凸缘，所述转子组件围绕所述套筒部分，所述凸缘具有第一表面并且从所述套筒部分端部径向向外延伸，所述端环包括：

环状环，其具有第二表面和第三表面，所述第二表面构造成位于邻近所述第一表面，所述第三表面构造成位于邻近所述转子组件的端部；以及

第一突起，其从所述第二表面延伸并且构造成接合所述第一表面，从而使所述第一表面与所述第二表面分开。

10.一种用于可部署在车辆电机中的类型的转子组件的端环，所述转子组件具有端部并且构造成在轴上旋转，所述转子组件具有在所述端部附近联接的磁体，所述端环包括：

环状环，其围绕所述轴并且接合所述转子组件的端部；

第一片，其联接到所述环状环的外圆周边缘并且构造成保持所述磁体；以及

套筒部分，其与所述环状环整体地形成，并围绕且联接到所述轴。

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