CN103038984A

CN103038984A - 电机部件的温度监测

Info

Publication number: CN103038984A
Application number: CN2011800221776A
Authority: CN
Inventors: K·H·万; C·伯格; B·D·钱伯林
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2013-04-10
Also published as: WO2011140276A2; EP2567451A2; KR20130070590A; WO2011140276A3; JP2013529453A; US20110273121A1; WO2011140276A9; MX2012012313A

Abstract

本发明的实施例提供包括模块壳体的电机模块。在一些实施例中，所述模块壳体能够至少部分地限定机器腔体，电机能够设置在所述机器腔体内。所述电机能够包括转子组件，所述转子组件包括多个叠片和基本设置在所述转子组件内的至少一个磁体。在一些实施例中，至少一个温度传感器能够可操作地联接到所述转子组件的一部分上且与该部分热连通。所述温度传感器能够配置为感测所述转子组件的温度。在一些实施例中，至少一个发射器能够与所述温度传感器连通且将来自所述温度传感器的信号传送给接收器。在一些实施例中，所述接收器能够联接到所述模块壳体上且与控制器连通。

Description

电机部件的温度监测

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2010年5月4日提交的美国临时专利申请No.61/331,079的优先权，该临时申请的全部公开内容通过参引的方式并入本文。

背景技术

电机的有效操作能够提高马达的寿命以及电机的操作效率。例如，一些电机包括永磁体，并且磁体的温度应当被很好地控制，这是由于较冷磁体能够导致改进的机器性能且将磁体维持在较冷温度下能够降低其退磁风险。基于温度监测的机器控制也能够提供改进的电机操作（例如，对电机的改进控制）。

发明内容

本发明的一些实施例提供了一种包括模块壳体的电机模块。在一些实施例中，所述模块壳体能够至少部分地限定机器腔体，电机能够设置在所述机器腔体内。所述电机能够包括转子组件，所述转子组件包括多个叠片和基本设置在所述转子组件内的至少一个磁体。在一些实施例中，至少一个温度传感器能够可操作地联接到所述转子组件的至少一部分上且与该部分热连通。在一些实施例中，所述温度传感器能够配置为感测所述转子组件的温度。在一些实施例中，至少一个发射器能够与所述温度传感器连通且能够将来自所述温度传感器的信号传送给接收器。在一些实施例中，所述接收器能够联接到所述模块壳体上且与控制器通信。

本发明的一些实施例提供了一种包括模块壳体的电机模块。在一些实施例中，所述模块壳体能够至少部分地限定机器腔体，电机能够设置在所述机器腔体内。所述电机能够包括转子组件，所述转子组件包括多个叠片和基本设置在所述转子组件内的至少一个磁体。在一些实施例中，至少一个温度传感器能够联接到所述转子组件上，并且能够配置为且布置为感测所述转子组件的至少一部分的温度。在一些实施例中，所述温度传感器能够包括至少一个发射器，所述至少一个发射器配置为将所感测温度传送给控制器的接收器。在一些实施例中，所述控制器能够远离于所述机器腔体设置，并且能够配置为且布置为至少部分地基于所感测温度控制所述电机的操作。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的电机的截面图。

图2A和图2B是根据本发明的一些实施例的转子组件的部分截面图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任意实施例之前，应当理解的是，本发明并非在其应用方面限制于在以下描述中阐释或在以下附图中图示的构造的细节和部件的布置。本发明能够为其他实施例并且能够以多种方式实施或执行。而且，应当理解的是，本文所用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应该视为限制。“包括”、“包含”、或“具有”及其变型在本文的使用意为包括在其后所列的物件及其等同以及另外的物件。除非另外规定或限制，术语“安装”、“连接”、“支承”和“联接”及其变型被宽广地使用并且包括直接和间接的安装、连接、支承和联接。另外，“连接”和“联接”并非限于物理的或机械的连接件或联接件。

以下讨论被提供以使本领域的技术人员能够制造和使用本发明的实施例。图示实施例的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且本文的一般原理能够被应用到其他实施例和应用中而不偏离于本发明的实施例。因此，本发明的实施例并非旨在受限于所示实施例，而是应当被赋予与本文所公开的原理和特征相一致的最宽范围。以下详细描述应当参照附图进行阅读，在不同附图中的相似元件具有相同的附图标记。并非必然按比例绘制的附图描绘了选取实施例而非旨在限制本发明的实施例的范围。技术人员将认识到，本文所提供的示例具有落在本发明的实施例的范围内的很多有用的替代。

图1图示了根据本发明的一个实施例的电机模块10。模块10能够包括模块壳体12，模块壳体12包括套筒构件14、第一端盖16和第二端盖18。电机20能够被容置在至少部分地由套筒构件14和端盖16、18限定的机器腔体22内。例如，套筒构件14和端盖16、18能够经由常规的紧固件（未示出）或另一合适的联接方法联接以将电机20的至少一部分包封在机器腔体22内。在一些实施例中，套筒构件14能够形成为使得端盖14、16中的至少一个与套筒构件14基本成一体。在一些实施例中，壳体12能够包括基本圆筒形罐和单个端盖（未示出）。另外，在一些实施例中，包括套筒构件14和端盖16、18的模块壳体12能够由通常可包括导热性能的材料（例如但不限于铝或其他金属）以及能够通常承受电机的操作温度的材料制成。在一些实施例中，壳体12能够使用不同的方法包括铸造、模制成型、挤压成型和其他相似的制造方法制成。

电机20能够为（但不限于）电马达例如混合动力电马达、发电机、起动电动机或车辆交流发电机。在一个实施例中，电机20能够为高电压发夹式（High Voltage Hairpin，HVH）电马达或用于混合动力汽车应用的内部永磁体电马达。

电机20能够包括转子组件24、定子组件26（包括定子端匝28）和轴承30，并且能够绕输出轴34设置。如图1中所示，定子26能够基本围绕转子24的一部分。在一些实施例中，转子组件24也能够包括转子毂34，或能够具有“无毂”设计（未示出）。而且，在一些实施例中，如在下文更详细描述的，至少一个控制器36能够被连接（即，物理地、电学地等）到电机模块10的至少一部分上。在一些实施例中，转子组件24的内径能够包括至少一根花键（未示出）。在一些实施例中，输出轴32和/或输入轴能够包括至少一根花键，该至少一根花键配置为且布置为与转子组件24的至少一根花键相接合以至少部分地将转子组件24和输出轴32和/或输入轴可操作地联接到一起。

在一些实施例中，转子组件24能够包括多个转子叠片38。如图2A和图2B中所示，在一些实施例中，转子叠片38中的至少一些能够包括孔腔40。在一些实施例中，孔腔40能够包括大致圆形形状，并且在其他实施例中，孔腔40能够包括其他形状，例如矩形、正方形、槽状、椭圆形以及其他规则和/或不规则多边形形状。此外，在一些实施例中，一些叠片38能够包括孔腔40，孔腔40包括形状的组合（即，一个叠片38能够包括正方形孔腔、圆形孔腔、矩形孔腔等）。

在一些实施例中，在转子叠片38基本组装以形成转子组件24的至少一部分之后，孔腔40能够基本对齐以形成至少一个磁体通道42，使得至少一个永磁体44能够被基本容置在转子组件24内。在一些实施例中，孔腔40和磁体通道42能够配置为使得一系列磁极在将磁体44设置在磁体通道42内之后建立。在一些实施例中，填充材料46（例如塑料、钢、具有填充金属的钢等）能够围绕磁体44设置（即，注入或引入）以将磁体44固定在磁体通道42内。在一些实施例中，磁体44能够联接到磁体通道42的壁上，使得转子组件24能够在没有填充材料46的情况下工作。例如，在一些实施例中，磁体44能够使用常规紧固件、粘合剂、焊接、钎焊和其它联接方法联接到磁体通道42的壁上。

根据本发明的一些实施例，模块10能够包括与模块10的元件热连通的至少一个温度传感器48。尽管所参照的温度传感器48是单个的（即，一个温度传感器），但在一些实施例中，模块10能够包括多个温度传感器48。在一些实施例中，转子组件24能够包括温度传感器48。在一些实施例中，温度传感器48能够联接到多个转子叠片38中的至少一个上。例如，在一些实施例中，温度传感器48能够联接到转子组件24的至少一个轴向侧（例如，位于转子组件的任一轴向侧或两个轴向侧上的轴向最外转子叠片38）上。在一些实施例中，温度传感器48能够联接到转子组件24上，使得温度传感器38与转子组件24的磁体44中的至少一个基本相邻。

在一些实施例中，温度传感器48能够设置在其他位置。在一些实施例中，温度传感器48能够设置在转子组件24内。例如，在一些实施例中，温度传感器48能够与磁体44基本相邻地（即，从转子组件24的外表面径向向内）设置在磁体通道42中的至少一个内。在其他实施例中，温度传感器48能够联接到磁体44中的至少一个上。例如，在一些实施例中，温度传感器48能够与磁体44中的至少一个的至少一部分紧邻和/或相接触地设置在磁体通道42中的至少一个内。在一些实施例中，在设置温度传感器48之后，磁体通道42能够填充有填充材料36以将温度传感器48基本维持在与磁体44紧邻和/或相接触的位置。在一些实施例中，测量磁体温度能够至少部分地增强机器20操作，这是由于通过将至少一个温度传感器48设置为与磁体44紧邻和/或相接触，能够更准确地控制机器操作。仅仅作为示例，在一些实施例中，磁体44的监测能够至少部分地降低磁体44的退磁风险，这是由于如在下文进一步详细讨论的，控制器36能够调节电机20的操作以至少部分地降低风险。如在下文进一步详细讨论的，在一些实施例中，磁体44的温度能够至少部分地影响机器20的输出（例如，扭矩产生）。由此，通过更准确地获知磁体44的温度，能够通过控制器36施加对机器20操作（例如，流过机器20的电流）的更准确的控制水平。

在一些实施例中，温度传感器48能够设置为与磁体44紧邻和/或相接触，且通过其他联接技术（例如焊接、钎焊、粘合剂、常规紧固件等）固定在位。而且，在一些实施例中，温度传感器48能够在磁体通道42的轴向端部处（即，与机器腔体22紧邻的磁体通道42的轴向端部处）联接到磁体44的一部分上。

在一些实施例中，温度传感器48能够基本设置在转子组件24内。在一些实施例中，在电机20的操作期间，设置在转子组件24内的磁体44能够将其热能的至少一部分直接转移给多个转子叠片38。由此，在一些实施例中，测量转子叠片38的一部分的温度能够至少部分地作为用于直接测量磁体44的温度的代理。因此，在一些实施例中，温度传感器48能够设置在转子组件24的一部分内（即，嵌入到多个转子叠片38内），使得温度传感器48能够在不与磁体44基本紧邻和/或相接触的情况下感测磁体44的温度。而且，在一些实施例中，温度传感器48能够联接到转子毂34的一部分上。在包括多个温度传感器48的一些实施例中，传感器48能够设置在前述位置的任意组合中。此外，在一些实施例中，温度传感器48能够感测其所联接至的区域和相邻区域（例如，磁体44、转子叠片38、转子毂34、转子组件24等）的温度。

在一些实施例中，温度传感器48能够以不同的方式联接到转子组件24上。例如，在一些实施例中，温度传感器48能够通过以下联接方法联接：钎焊、焊接、粘合剂、常规紧固件、摩擦配合、由填充材料36保持在位、它们的组合或其他联接方法。此外，在一些实施例中，温度传感器48能够关于转子叠片38、磁体44、转子毂34、和/或输出轴32基本成一体。而且，在一些实施例中，温度传感器48能够设置为使得其能够随转子组件24基本同步地旋转。

在一些实施例中，温度传感器48能够包括至少一个发射器50。在一些实施例中，发射器50和温度传感器48能够基本成一体（即，一个结构能够包括温度传感器48和发射器50）。在一些实施例中，发射器50能够通常远离温度传感器48。如图1中所示，在一些实施例中，第一引线52能够使温度传感器48和发射器50相连。在一些实施例中，温度传感器48能够联接到转子组件24上，而发射器50能够联接到远程位置（即，动态和/或可滑动联接到模块壳体12的内壁上的输出轴32，等），并且至少一根第一引线52能够使这两者相连，使得由温度传感器48所处理的感测温度能够与发射器50连通。例如，在一些实施例中，发射器50能够绕输出轴32设置和/或与输出轴32紧邻地设置，并且能够在机器20的操作期间随输出轴32基本同步地旋转。在一些实施例中，如果发射器50与输出轴32紧邻设置且随输出轴32一起旋转，那么，发射器50相对于模块10（其设置在距输出轴32更大的径向距离处）的元件设置得越靠近输出轴32，则发射器50能够经历越小的旋转速度。在一些实施例中，引线52能够固定到电机20和/或模块壳体12的一部分上，使得在电机20的操作期间，引线52不会与模块10的部件的运动相干扰。在一些实施例中，多个温度传感器38能够经由一根或多根引线52连接到一个发射器50或多个发射器50上。另外，如图1中所示，在一些实施例中，发射器50能够基本设置在机器腔体22内，并且在其他实施例中，发射器50能够基本设置在机器腔体22的外侧（例如，在机器腔体22与模块壳体12之间或基本位于模块壳体12的外侧）。

在一些实施例中，发射器50能够将从温度传感器48所接收的温度数据传送给至少一个接收器54。在一些实施例中，发射器50能够经由射频识别（RFID）技术或其他无线和/或有线通信方法将温度数据传送给接收器54。如图1中所示，在一些实施例中，接收器54能够基本设置在机器腔体22内和/或与发射器50基本相邻。在一些实施例中，接收器54能够联接到模块壳体12的一部分上。例如，在一些实施例中，接收器54能够设置在远离发射器50大约2毫米与大约10毫米之间，但是，在其他实施例中，接收器54能够设置在远离发射器50的其他距离处的其他位置。在其他实施例中，接收器54能够基本设置在机器腔体22的外侧（即，在机器腔体22与模块壳体12之间或基本位于模块壳体12的外侧）。由此，在一些实施例中，发射器能够将温度数据无线地传送通过机器腔体22和/或模块壳体12的部分。另外，在一些实施例中，模块10能够包括设置在机器腔体22内和/或模块壳体12的外侧的多个接收器54内以接收来自至少一个发射器50的感测温度数据。

如图1中所示，在一些实施例中，接收器54能够经由至少一根第二引线56与控制器36通信。在一些实施例中，控制器36能够设置在远离模块壳体12的位置，使得取决于接收器54的位置，第二引线56能够从接收器54延伸通过模块壳体12的一部分，并且随后连接到控制器36上。在一些实施例中，接收器54能够基本设置在模块壳体12的外侧，使得第二引线56不需要延伸穿过模块壳体12的一部分。而且，在一些实施例中，接收器54和控制器36均能够基本设置在模块壳体12内，使得第二引线56不需要延伸穿过模块壳体12的一部分。在一些实施例中，控制器36能够从温度传感器48基本实时或接近实时地接收所感测的温度数据。

在一些实施例中，控制器36能够包括接收器54，使得模块10能够在没有第二引线56的情况下工作（即，发射器50能够将温度数据直接传送给控制器36的接收器54）。此外，在一些实施例中，接收器54能够与至少一个其他发射器（未示出）通信，该发射器随后能够将所感测的温度数据传送给至少一个其他接收器（即，配置为至少部分地在温度传感器48与控制器36之间延伸一段距离的“菊花链构型”）。而且，在一些实施例中，控制器36能够与温度传感器48通信，使得控制器36能够在没有接收器54和/或发射器50的情况下经由第三引线（未示出）直接从温度传感器48接收温度数据。

在一些实施例中，控制器36能够包括至少一个查找表50和/或其他系统以控制电机20的操作。在一些实施例中，在电机20的初始操作之前，查找表58能够在校准期间被填充。更具体地，在一些实施例中，在电机20的初始操作之前，查找表58能够通过确定用于获得给定机器20输出所需的控制参数而被填充。例如，在操作期间，能够确定的是，为了电机20输出100牛顿-米（Nm）的扭矩，特定量的电流和/或控制角必须被施加到电机20上。另外，在一些实施例中，由于温度也能够至少部分地影响电机20的性能和扭矩输出，因此在校准期间，除了电流和/或控制角以外，温度数据也能够作为影响输出的另一操作参数而被测量。随后，在一些实施例中，查找表58能够通过确定用于驱动电机20以输出不同水平的扭矩所需的温度、电流和/或控制角而被填充。由此，在一些实施例中，查找表58能够至少包括前述操作参数。

在一些实施例中，控制器36和温度传感器48能够导致通常更准确的电机20的输出。在一些实施例中，由于电机20能够在大致开环控制系统上进行操作，因此机器20输出的准确控制可能对机器20的操作而言是重要的，并且通过增大查找表58中的操作参数的数目，能够大致更准确地控制机器20。常规地，查找表58可能基本缺少温度作为操作参数，由此，电机20可能不能被准确地控制。例如，在一些实施例中，控制器36能够确定：在给定的操作条件下，100Nm的输出扭矩可能对有效的机器20的操作而言是必要的，并且控制器36能够从查找表58中检索对应的电流和/或控制角以生成所需的扭矩。常规地，存储在查找表中对于100Nm的扭矩的操作参数可以在120℃的温度下产生100Nm，但是在80℃下的102Nm或在150℃下的95Nm。在一些实施例中，通过在查找表58中包括温度并且通过从温度传感器48接收基本实时的温度数据，控制器36能够选取能够更准确引致期望扭矩输出的电流和/或控制角。

应当由本领域的技术人员理解的是，尽管已经在上面结合具体的实施例和示例描述了本发明，但是本发明并非必然地如此限制，并且各种其他实施例、示例、使用、修改以及与该实施例、示例和使用的偏离旨在由所附权利要求包括。本文所引述的每个专利和公布的全部公开内容通过参引的方式并入本文，正如每个该专利或公布通过参引的方式单独地并入本文一样。在下面的权利要求中阐释了本发明的各种特征和优点。

Claims

1.一种电机模块，包括：

模块壳体，所述模块壳体至少部分地限定机器腔体；

电机，所述电机设置在所述机器腔体内且至少部分地由所述模块壳体包封，所述电机包括转子组件和输出轴，所述转子组件包括多个叠片和至少一个磁体，所述至少一个磁体基本设置在所述转子组件内，所述转子组件可操作地联接到所述输出轴上；

至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器可操作地联接到所述转子组件的一部分上，所述至少一个温度传感器与所述转子组件热连通，并且配置为且布置为感测所述转子组件的一部分的温度；

至少一个发射器，所述至少一个发射器与所述至少一个温度传感器连通且可操作地联接到所述转子组件和所述输出轴中的至少一个上，所述至少一个发射器配置为且布置为传送来自所述至少一个温度传感器的信号，所述信号包括由所述至少一个温度传感器所感测的转子组件温度；

至少一个接收器，所述至少一个接收器联接到所述模块壳体的一部分上，所述至少一个接收器配置为且布置为接收来自所述至少一个发射器的信号；以及

控制器，所述控制器与所述至少一个接收器连通，所述至少一个接收器配置为且布置为将从所述发射器接收的无线信号中继到所述控制器。

2.如权利要求1所述的电机模块，其中，所述转子组件包括转子毂，所述转子毂可操作地联接到所述输出轴上，而所述至少一个温度传感器可操作地联接到所述转子毂上。

3.如权利要求1所述的电机模块，还包括使所述至少一个温度传感器和所述至少一个发射器相连的至少一根第一引线，所述至少一根第一引线配置为且布置为在所述至少一个温度传感器与所述至少一个发射器之间传送信号。

4.如权利要求1所述的电机模块，其中，所述至少一个发射器和所述至少一个接收器配置为且布置为经由射频识别技术进行通信。

5.如权利要求4所述的电机模块，其中，所述至少一个接收器联接到所述模块壳体的外侧部分上。

6.如权利要求1所述的电机模块，还包括使所述至少一个接收器和所述至少一个控制器相连的至少一根第二引线，所述至少一根第二引线配置为且布置为在所述至少一个接收器与所述至少一个控制器之间传送信号。

7.如权利要求1所述的电机模块，其中，所述控制器还包括查找表。

8.如权利要求7所述的电机模块，其中，所述查找表包括多个电机操作参数。

9.如权利要求1所述的电机模块，其中，所述至少一个温度传感器与所述至少一个磁体紧邻。

10.如权利要求1所述的电机模块，还包括多个温度传感器。

11.一种电机模块，包括：

模块壳体，所述模块壳体至少部分地限定机器腔体；

电机，所述电机设置在所述机器腔体内且至少部分地由所述模块壳体包封，所述电机包括转子组件和输出轴，所述转子组件包括多个叠片、基本设置在所述转子组件内的至少一个磁体以及转子毂，所述转子毂可操作地联接到所述输出轴上；

至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器联接到所述转子组件，并且配置为且布置为感测所述转子组件的一部分的温度，所述至少一个温度传感器包括至少一个发射器，所述至少一个发射器配置为且布置为将所感测温度传送给控制器的接收器；以及

其中，所述控制器远离所述机器腔体设置，并且配置为且布置为至少部分地基于所感测的温度控制所述电机的操作。

12.如权利要求11所述的电机模块，其中，所述至少一个发射器和所述控制器的所述接收器配置为且布置为经由射频识别技术进行通信。

13.如权利要求11所述的电机模块，还包括使所述至少一个温度传感器和所述至少一个发射器相连接的至少一个第一引线。

14.如权利要求12所述的电机模块，其中，所述至少一个发射器可操作地联接到所述转子组件和所述输出轴中的至少一个上。

15.如权利要求11所述的电机，其中，所述控制器包括查找表。

16.如权利要求15所述的电机模块，其中，所述查找表包括多个电机操作参数。

17.如权利要求11所述的电机模块，其中，所述至少一个温度传感器与所述至少一个磁体紧邻。

18.一种用于控制电机的方法，所述方法包括：

设置至少部分地限定机器腔体的模块壳体；

将电机基本设置在所述机器腔体内，使得所述电机至少部分地由所述模块壳体包封，所述电机包括转子组件，所述转子组件包括多个叠片和至少一个磁体；

将至少一个温度传感器联接到所述转子组件上，所述至少一个温度传感器配置为且布置为感测所述转子组件的一部分的温度；

将至少一个发射器联接到所述电机的一部分上，所述至少一个发射器与所述至少一个温度传感器连通，并且配置为且布置为将所感测的温度传送给控制器的接收器；以及

将所述接收器和所述控制器远离所述机器腔体设置，所述控制器配置为且布置为至少部分地基于所感测的温度控制所述电机的操作。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述控制器包括查找表，所述查找表包括多个电机操作参数。

20.如权利要求19所述的方法，还包括校准所述电机以填充具有所述多个电机操作参数的查找表。