CN102738937A - 具有冷却机构的转子组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有冷却机构的转子组件，具体说是这样一种转子组件，其具有带第一和第二通路的冷却机构。该转子组件包括具有中空部分的轴和的转子芯部，该转子堆叠结构至少部分地定位在轴周围。转子芯部具有第一端和第二端。转子堆叠结构形成内部空腔，其仅至少部分地填充具有永磁体以便在转子堆叠结构中限定一间隙。第一通路配置为从轴的中空部分沿大致径向的方向引导流体流。第二通路至少部分地通过转子堆叠结构的内部空腔中的所述间隙限定且配置为将来自第一通路的流体流引导到转子芯部的第一和第二端部中的至少一个。

Description

具有冷却机构的转子组件

技术领域

本发明通常涉及电机器的转子组件且更具体地涉及具有冷却机构的转子组件。

背景技术

电动机/发电机通常包括具有在转子外周周围的交替极性(alternatingpolarity)的多个磁体。转子在定子中可旋转，所述定子通常包括多个绕组和交替极性的磁极。在发电机模式中，转子的旋转使得永磁体经过定子磁极和线圈，并由此感应出电流以在每一个线圈中流动。替换地，如果电流流过定子线圈，则被激励的线圈将使得转子旋转并由此发电机将运行为电动机。如同任何能量转换装置那样，电动机/发电机的效率小于百分之100，且将一些能量作为热量排出。需要高效地除去这种废热。

发明内容

一种转子组件，其具有带第一和第二通路的冷却机构。该转子组件包括具有中空部分的轴和具有转子堆叠结构的转子芯部，该转子堆叠结构至少部分地定位在轴周围。转子芯部具有第一端和第二端。转子堆叠结构形成内部空腔，该内部空腔仅至少部分地填充有永磁体，以便在转子堆叠结构中限定一间隙。第一通路配置为从轴的中空部分沿大致径向的方向引导流体流。第二通路至少部分地通过转子堆叠结构的内部空腔中的所述间隙限定且配置为将来自第一通路的流体流引导到转子芯部的第一和第二端部中的至少一个。第一和第二通路用于将磁体冷却到较低操作温度。

在一个实施例中，第一端环操作性地连接在转子芯部的第一端处。第一端环与转子芯部间隔开，以限定径向地和轴向地延伸的间隙，在本文中称为缝隙。毂孔形成在所述轴中并配置为允许流体流从流体供送部流过所述毂孔进入所述缝隙。第一通路通过经由毂孔流过缝隙的流体流限定。第一通路在缝隙中与第二通路交汇。

在替换实施例，额外的转子堆叠结构沿轴向方向与至少一个转子堆叠结构间隔开一限定间距。板至少部分地定位在轴周围和两个转子堆叠结构之间。板包括间隔开的第一和第二指状物，所述指状物在它们之间限定出板间隙。毂开口形成在毂中且配置为至少部分地交叠板间隙这，从而来自流体供送部的流体流经由毂开口进入板间隙。第一通路通过经由毂开口从流体供送部进入板间隙的流体流限定。第一通路在板间隙中与第二通路交汇。第二通路包括第一流体流和沿与第一流体流相反的方向取向的第二流体流。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是具有转子组件的电动机/发电机的一部分的部分示意性截面图；

图2是图1的转子组件的示意性分解视图；

图3是通过如图1所示的轴线3-3的、图1的转子组件的部分示意性截面图；

图4是转子组件替换实施例的示意性截面图；

图5是图4的转子组件的部分示意性端视图；和

图6通过了在图5所示的的轴线6-6的、图4-5的转子组件的部分示意性截面图。

具体实施方式

参见附图，其中在几幅图中相同的附图标记指示相同或相似的部件，图1显示了具有转子组件10的电动机/发电机12的一部分。转子组件10在大致环形的定子14中可旋转，该定子14具有多个绕组16。图2是图1的转子组件10的示意性分解试图。图3是转子组件10的部分示意性横截面视图。参见图1-2，转子组件10包括具有中空部分20的轴18。轴18绕中心轴线22(在图2-3中示出)纵向设置且可绕该轴线旋转。转子芯部24至少部分地定位在轴18周围。如图2-3所示，转子芯部24包括多个转子堆叠结构26。转子芯部24具有第一端28和第二端30。如图2所示，大致环形的第一端环32操作性地连接到转子芯部24的第一端28。大致环形的第二端环34操作性地连接到转子芯部24的第二端30。轴承36可以用于支撑转子组件10。

流体源9(在本文中称为流体供送部40)定位在轴18的中空部分20中，以供给冷却流体用于冷却转子组件10和电动机/发电机12。冷却流体可以是油或任何其他合适的流体。流体供送部40可以是油池(oil well)、具有用于喷射油的喷嘴的装置或任何合适的装置。如果转子组件10用在车辆中，则冷却流体可以是从齿轮组、离合器或车辆变速器的其他内部部件(未示出)而来的油。可以使用多于一个流体供送部40，如图3所示，取决于具体的应用。

转子组件10包括冷却机构，该冷却机构包括第一通路46和与第一通路46流体连通的第二通路48。参见图3，第一端环32与转子芯部24间隔开以限定出在第一端环32和转子芯部24之间径向且轴向地延伸的间隙，在本文中称为缝隙50。参见图2-3，至少一个毂孔52形成在轴18中且配置为允许从流体供送部40通过毂孔52进入缝隙50的流体流(fluid flow)44。

第一通路46通过经由毂孔52流过缝隙50的流体流44限定。由此，第一通路46配置为将流体流44从轴18的中空部分20通常沿大致径向的方向引导到转子芯部24的第一端28。可选地，第一和第二壁54、56可以形成为延伸离开轴18。第一和第二壁54、56允许冷却流体聚集或收集在壁54、56之间。第一和第二壁54、56定位在毂孔52的任一侧上且配置为将流体流44引导到毂孔52中。壁54、56可以具有不同的轴向厚度，如图3所示。壁54、56也可以具有不同的径向厚度。通过毂孔52的流量用基于毂孔52的直径、壁54、56的轴向位置和流体压力的流动方程来确定，如本领域技术人员所理解的。该流量的精确控制允许转子冷却对(versus)系统效率(即冷却需求对用于输送冷却流体和旋转损失的能量)的优化。

转子芯部24的转子堆叠结构26包括限定出用于让冷却流体流动的间隙或路径的至少一个内部空腔。例如，如图1所示的实施例显示了至少部分地填充有磁体64的第一和第二内部空腔60、62，限定出了间隙66。如图1所示的实施例包括第二组内部空腔68、70和第五内部空腔78，该第二组内部空腔至少部分地填充有磁体72，限定出间隙74，该第五内部空腔不包含磁铁。内部空腔、磁体的数量和其构造可以基于期望的电机性能由本领域技术人员选择。内部空腔60、62、68、70和其中的磁体64、72可以具有不同形状和大小。可选地，内部空腔60、62、68、70可以相对于轴线76对称。

第二通路48通过转子芯部24的内部空腔60、62、68、70的间隙66、74中的流体流44限定。参见图3，第二通路48包括流过通过间隙74的第一流42和流过间隙66的第二流43。第一通路46在缝隙50中与第二通路48交汇。第二通路48配置为将来自转子芯部24的第一端28的流体流44引导到转子芯部24的第二端30。可选地，参见图3，肋部分80可以径向地在轴18以外形成在第一端环32的一部分上。肋部分80加强了第一端环32和/或允许流动更容易。

总的来说，对于转子组件10，来自供送部40的流体流44首先经过第一通路46，通过毂孔52和缝隙50限定。流体流44随后经过在转子堆叠结构26的内部空腔60、62、68、70中的第二通路48，该第二通路包括流过间隙74的第一流42和流过间隙66的第二流43。磁体64、72分别通过间隙66、74中的流体流44冷却。流体流44随后达到第二端环34。换句话说，流体流44从供送部40流到转子芯部24的第一端28，随后流到转子芯部24的第二端30上。

参见图2-3，转子组件的第二端环34可以形成有多个切口部分82，所述多个切口部分在第二端环34的周边周向地分布。如图3所示，切口部分82至少部分地对准第二通路48以允许来自第二通路48的流体流44经由切口部分82离开第二通路48。替换地，具有减小的外直径83(如图2以虚线所示)的第二端环34可以用于允许来自第二通路48的流体流44离开径向地位于外直径183以外的区域。换句话说，外直径83被选择为充分小以露出间隙66、74的至少一部分并允许冷却流体离开。

可选地，参见图1和3，转子组件10包括同心地位于轴18中的内部轴84。在这种情况下，轴18将扭矩传递到其所附接的齿轮组(未示出)。内部轴84可以附接到轴承36。辐条86在轴18和内部轴84之间径向地延伸并在每一个对辐条86之间限定出相应的槽88。

参见图3，第一次要流体路径90分别经由第一端环32和轴18中的相应孔92、94从流体供送部40引向第一端环32以外。参见图3，第二次要流体路径96经由组件10的开口端98从流体供送部40引向第二端环34以外。第一和第二次要流体路径90、96中的冷却流体可以径向地向外抛到定子绕组16的内部直径上(如图1所示)，由此冷却定子绕组16。

转子组件110的替换实施例显示在图4-6中。参见图4和6，转子组件110包括具有中空部分120的轴118。轴118绕中心轴线122纵向设置且可绕该轴线旋转。参见图6，转子芯部124至少部分地定位在轴118周围并包括多个转子堆叠结构126。转子芯部124具有第一端128和第二端130。如图6所示，第一端环132操作性地连接到转子芯部124的第一端128。第二端环134操作性地连接到转子芯部的第二端130。图5是看向轴118和第一端环132的一部分的转子组件110的端视图。第一端环132具有大致圆形的形状。中心轴线122延伸通过第一端环132的中心131，在页面以外。还在图5中示出了在转子堆叠结构126中空腔160、162至少部分地分别填充有磁体164、172并分别限定出间隙166和174。转子组件110可以包括多个空腔，所述多个空腔至少部分地未被填充，类似于图1所示。可以使用任何合适的空腔和磁体的构造。

参见图6，转子芯部124包括第一芯部部分135，该第一芯部部分沿轴向方向与第二芯部部分137分开一限定间距，以便允许板139被置于第一和第二芯部部分135、137之间。板139用非磁性材料制造。例如，板139可以用不锈钢、聚合物、玻璃纤维复合材料或其他合适的材料制造。可选地，板139可以包括贫或低导电性的材料，以便使得涡流损失最小化。在一个例子中，板139具有大约1mm的轴向厚度。参见图4，板139包括多个间隔开的指状物141，所述指状物在每一个对指状物141之间限定出板间隙143。每一个芯部部分135、137具有至少一个转子堆叠结构126每一个。多个转子堆叠结构126如图6所示。可选地，如在图6所示的转子堆叠结构126可以相对于彼此偏斜。

参见图4和6，流体供送部140置于中空部分120中。可以使用多于一个的流体供送部140，取决于应用情况。流体流144从流体供送部140流过第一通路146，该第一通路配置为从轴118的中空部分120沿大致径向方向引导流体流144。至少一个毂开口145形成在轴118中且配置为至少部分地交叠板间隙143，从而来自流体供送部140的流体流144经由毂开口145进入板间隙143。

参见图5-6，第一通路146通过经由毂开口145从流体供送部140进入板间隙143的流体流144限定。参见图6，第二通路148配置为将来自第一通路146的流体流144引导到转子芯部124的第一和第二端部128、130两者。第一通路146在板间隙143中与第二通路148交汇。在板间隙143中，流体流144被分成流到转子芯部的第一端128的第一流体流147和流到转子芯部124的第二端130的第二流体流149。如在图6所示的，第二流体流149相对于第一流体流147沿相反的方向取向。第一和第二流体流147、149在转子堆叠结构126的内部空腔160、162中在间隙166和174中流动。磁体164、172通过流体流144冷却。可选地，磁体164、172可以分别对准空腔160、162的左侧或右侧。可选地，磁体164、172可以分别定位在空腔160、162的中间，以允许流体流144沿磁体164、172的所有侧面流动。参见图6，流体流144的在第二通路148中的一部分151在邻近转子堆叠结构126之间沿大致径向方向流动。如上所述，可选地，转子堆叠结构126可以相对于彼此偏斜，最终形成图6所示的阶梯样式。即使转子堆叠结构126不相对于彼此偏斜，也可以由于在转子组件110旋转时冷却流体被抛到间隙166和174的轴向最外部分上而存在流体流144的径向分量。

可选地，第一和第二壁154，、156可以形成为延伸离开轴118。第一和第二壁154、156允许冷却流体聚集或收集在壁154、156之间。第一和第二壁154、156定位在毂开口145的任一侧上并配置为将流体流144引导到毂开口145中。壁154、156可以具有不同的轴向和/或径向厚度。通过毂开口145的流量用基于毂开口145的直径、壁154、156的轴向位置和流体压力的流动方程来确定，如本领域技术人员所理解的。该流量的精确控制允许转子冷却对系统效率(即冷却需求对用于输送冷却流体所花费的能量和旋转损失)的优化。

参见图5-6，第一和第二端环132、134可以包括多个凹槽182，所述凹槽周向地分布在相应第一和第二端环132、134的周边处。多个凹槽182至少部分地对准第二通路148，从而流体流144经由第一和第二端环132、134中的多个凹槽182离开第二通路148。替换地，第一和/或第二端环132、134可以被选择为具有减小的外直径183(在图5中以虚线所示)，以便允许流体流144从第二通路148排出到径向地位于外直径183以外的区域。换句话说，外直径183被选择为充分小以露出间隙166，174的至少一部分并允许冷却流体离开。

参见图6，第一次要流体路径190经由在轴118中的孔192(也在图6示出)从流体供送部140引向第一端环132以外。第二次要流体路径196经由组件110的开口端198从流体供送部140引向第二端环134以外。第一和第二次要流体路径190、196中的冷却流体可以径向向外抛到定子绕组16的内部直径上(如图1所示)，由此冷却定子绕组16。

总的来说，在一个实施例中(如图1-3所示的转子组件10)，流体流44从流体供送部40行进到转子芯部24的第一端28并随后行进到转子芯部24的第二端30。在替换实施例中(如4-6所示的转子组件110)，流体流144从流体供送部140行进到通过将板139置于转子芯部124的第一和第二芯部部分135、137之间而形成的板间隙143中。流体流144分成两个路径，通向转子芯部124的第一端128的大致轴向的第一流147和通向转子芯部124的第二端130的相反的大致轴向的第二流149。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (11)

1.一种转子组件包括：

轴，具有中空部分；

转子芯部，具有至少部分地定位在所述轴周围的至少一个转子堆叠结构，所述转子芯部具有第一端和第二端；

其中转子堆叠结构形成第一内部空腔，第一内部空腔仅被部分地填充，以便在第一内部空腔中限定出一间隙；

冷却机构，具有：

第一通路，配置为从所述轴的中空部分沿大致径向的方向引导流体流；

第二通路，与第一通路流体连通并至少部分地通过第一内部空腔中的所述间隙限定；和

其中第二通路配置为将流体流从第一通路引导到转子芯部的第一和第二端部中的至少一个。

2.如权利要求1所述的组件，进一步包括流体供送部，该流体供送部定位在所述轴的中空部分中并配置为分配用于冷却转子组件的流体。

3.如权利要求2所述的组件，进一步包括：第一端环，操作性地连接在转子芯部的第一端处，第一端环与转子芯部间隔开以在它们之间限定出一缝隙；

毂孔，形成在所述轴中并配置为允许流体流从流体供送部流过所述毂孔进入所述缝隙；和

其中第一通路通过经由毂孔流过缝隙的流体流限定。

4.4如权利要求3所述的组件，进一步包括：

第一和第二壁，延伸离开所述轴并被周向地围绕所述轴；和

其中毂孔位于第一和第二壁之间，第一和第二壁配置为将流体流引导到毂孔。

5.如权利要求3所述的组件，进一步包括：

第二端环，操作地连接到转子芯部的第二端；

多个切口部分，周向地分布在第二端环的周边；

其中所述多个切口部分至少部分地交叠第二通路，以允许流体流经由所述多个切口部分离开第二通路。

6.如权利要求2所述的组件，进一步包括：

第二转子堆叠结构，沿轴向方向与所述至少一个转子堆叠结构间隔开一限定间距；

板，至少部分地定位在轴周围且在两个转子堆叠结构之间，其中板包括间隔开的第一和第二指状物，所述指状物在它们之间限定出板间隙；

毂开口，形成在毂中且配置为至少部分地交叠板间隙，从而来自流体供送部的流体流经由毂开口进入板间隙；和

其中第一通路通过经由毂开口从流体供送部进入板间隙的流体流限定。

7.如权利要求6所述的组件，其中第二通路包括：

第一流体流；和

第二流体流，其相对于第一流体流沿相反的方向取向。

8.如权利要求6所述的组件，进一步包括：

第一端环，操作地连接到转子芯部的第一端；

多个凹槽，周向地分布在第一端环的周边；

其中多个凹槽至少部分地对准第二通路，从而流体流经由第一端环中的多个凹槽离开第二通路。

9.如权利要求6所述的组件，进一步包括：

第二端环，操作性地连接到转子芯部的第二端，第二端环具有足够小的外直径以允许流体流从第二通路离开并流到径向地位于第二端环外直径以外的区域。

10.一种电动机，包括：

定子；

转子，安装在定子中，该转子包括具有中空部分的轴；

转子芯部，具有至少部分地定位在所述轴周围的至少一个转子堆叠结构，所述转子芯部具有第一端和第二端；

流体供送部，定位在轴的中空部分中；

冷却机构，配置为允许流体流从流体供送部流动到转子芯部的第一和第二端部中的至少一个；

其中冷却机构包括流体地连接到第二通路的第一通路，第一通路允许沿大致径向方向的流体流动且第二通路允许沿大致轴向方向的流体流动；

至少一个内部空腔，形成在转子堆叠结构中；

永磁体，仅部分地填充内部空腔，以便在转子堆叠结构的内部空腔中限定出一间隙；

其中第二通路通过流过转子堆叠结构的内部空腔中的所述间隙的流体流限定；

第一端环，操作性地连接在转子芯部的第一端处，第一端环与转子芯部间隔开，以在它们之间限定一缝隙；

毂孔，形成在所述轴中并配置为允许流体流从流体供送部流过所述毂孔进入所述缝隙；和

其中第一通路通过经由毂孔流过所述缝隙的流体流限定。

11.一种冷却转子组件的方法，该方法包括：

提供具有中空部分的轴；

将转子芯部至少部分地定位在所述轴周围，所述转子芯部具有第一端和第二端；

在转子芯部中形成至少一个内部空腔；

至少部分地用永磁体填充内部空腔，以便在内部空腔中限定一间隙；和

形成第一通路，以从轴的中空部分沿大致径向的方向引导流体流；

形成第二通路，其与第一通路流体连通并至少部分地通过至少一个内部空腔中的所述间隙限定；

其中第二通路配置为将流体流从第一通路引导到转子芯部的第一和第二端部中的至少一个；

将流体供送部定位在轴的中空部分中；和

引导冷却流体流过第一和第二通路，以用于冷却转子。

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