CN103166339A - 包括带有温度传感器的绝缘狭槽衬套的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括带有温度传感器的绝缘狭槽衬套的电机。特别是，狭槽衬套被配置成用于插入电机的芯体的狭槽内，该电机具有包括多个导体的绕组装置。狭槽衬套包括形成空腔的第一绝缘层，所述空腔配置成接收绕组装置的所述多个导体中的至少一个。狭槽衬套还包括耦接至第一绝缘层的第二绝缘层。另外，狭槽衬套包括定位于第一绝缘层与第二绝缘层之间的一定长度的导电材料。所述一定长度的导电材料具有随温度变化的电阻。第一引线从所述一定长度的导电材料的第一端延伸，且第二引线从所述一定长度的导电材料的第二端延伸。

Description

包括带有温度传感器的绝缘狭槽衬套的电机

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及定位于芯体（铁芯）构件中的电机导体。

背景技术

通常期望连续监控电动机的运行温度，以防止过热或其他不期望的情况发生。相应地，温度传感装置嵌入于电动机内部，以提供运行温度指示。在一些温度传感装置中，温度传感器与电机的实际绕组密切相关，从而提供运行温度指示。

许多电机由包括多个狭槽的芯体部分组成，其中绕组定位于狭槽内，以在芯体上形成绕组装置。分段绕组通常用于现代电机应用中，诸如混合动力电动车中。这些绕组通常包括多个分段导体，所述导体包括狭槽内部分和连接在一起的端部。导体定位于电机的层压芯体部分的狭槽（例如定子狭槽）中，且导体的端部被连接，以形成电机的绕组。

电机的分段导体通常以U形导体的形式设置，所述U形导体包括两个直腿和在所述腿之间延伸的中心U形弯折部分。本文中使用的术语“U形导体”和“U形弯折部分”指导体的轴向的变化超过90°、例如约180°的导体部分或电导体。然而，这些术语不限于形成绝对“U”形的导体或导体部分。另外，本文使用的术语“导体”或“分段导体”可以指具有U形弯折部分的导体，但是也可以指不具有U形弯折部分的导体。分段导体通常定位于芯体狭槽内，以使得弯曲部分（即U形弯折部分）定位于芯体的一侧（即“插入侧”或“插入端”）上，且腿端部从芯体的相反侧（即“连接侧”、“连接端”或“焊接端”）延伸。在这种具有分段导体的电机中，电机的最热运行温度倾向于处于设置导体的芯体的狭槽内。

因此，有利的是，为带有分段导体的电机提供温度传感装置，其提供精确且可靠的电机运行温度指示。如果此温度传感装置可容易地组装在电机上，则将是有利的。如果此温度传感器装置可设置在电机上而不会增大电机尺寸也不会与电机组件的布置相干涉，那么也是有利的。如果此温度传感器布置可容易地设置且其制造成本相对较低，那么也是有利的。

发明内容

根据本公开内容的一个实施例，提供了一种电机，其包括芯体，该芯体包括多个狭槽。多个导体定位于所述多个狭槽中且至少一个狭槽衬套定位于所述多个狭槽之一中。所述电机进一步包括设置在狭槽衬套上的温度传感器。

根据本公开内容的另一个实施例，提供了用于插入电机的芯体的狭槽内的狭槽衬套，该电机包括具有多个导体的绕组装置。狭槽衬套包括形成空腔的第一绝缘层，所述空腔配置成接收绕组装置的多个导体中的至少一个。狭槽衬套还包括耦接（联接）至第一绝缘层的第二绝缘层。另外，狭槽衬套包括定位于第一绝缘层与第二绝缘层之间的一定长度的导电材料。所述一定长度的导电材料具有随温度变化的电阻。第一引线从所述一定长度的导电材料的第一端延伸，且第二引线从所述一定长度的导电材料的第二端延伸。

在本公开内容的又一个实施例中，与利用车辆中的绕组装置监控电机温度的方法相关联地使用狭槽衬套。该方法包括将狭槽衬套插入电机的芯体的狭槽内，该狭槽衬套包括温度传感器，其设置在狭槽衬套上，以使得温度传感器至少部分地定位于狭槽内。该方法还包括将绕组装置的至少一个导体插入狭槽衬套内。狭槽中的温度传感器耦接至车辆控制器。该方法进一步包括基于来自温度传感器的电信号确定电机内的温度。

本领域普通技术人员参照下文的详细描述和附图后将易于了解上述特征和优点以及其他特征和优点。虽然期望提供能够提供这些或其他有利特征中的一个或多个的用于电机的狭槽衬套系统，但是无论是否能实现上述优点种的一个或多个，本文揭示的教导均延伸至落入后附权利要求范畴内的那些实施例。

附图说明

图1示出了电机的示例性实施例的正视图，该电机包括与带有温度传感器的绝缘狭槽衬套相关联的绕组装置；

图2示出了沿图1的线II-II截得的电机的定子芯体的剖面图，其中绕组装置未包括在定子芯体上；

图3示出了图2的定子芯体的狭槽的剖面图，其中狭槽衬套和绕组装置的分段导体定位于狭槽中；

图4示出了图3的分段导体之一的透视图；

图5示出了图3的狭槽衬套之一的透视图；

图6示出了图3的狭槽衬套之一的基板构件的平面图，其中温度传感器定位于基板构件上；

图7示出了图6的狭槽衬套的拉伸透视图，其示出了基板构件的呈螺旋形卷绕的布置；

图8示出了图3的定子芯体的狭槽的部分剖切图，其包括带有温度传感器的狭槽衬套；以及

图9示出了具有包括图7的狭槽衬套的电机的车辆的框图。

具体实施方式

参照图1和2，示出了电机2的一个示例性实施例。电机2包括保持在电机罩壳4（以虚线示出）中的转子6和定子10。定子10包括绕组装置12，其由定位于定子芯体14上的多个分段导体18组成。分段导体18延伸穿过定位于定子芯体14的狭槽16中的狭槽衬套30，每个狭槽衬套30配置成接收分段导体18中的一个。如下文更详细解释的那样，温度传感器50设置在狭槽衬套30中的至少一个上。温度传感器可以多种方式中的任何一种设置在狭槽衬套上，这些方式包括嵌入衬套中、与衬套成一体、紧固在衬套上、连接至衬套或设置在狭槽衬套上。

电机罩壳4配置成基本上或完全包围转子6和定子10，并防止杂物进入罩壳4内的空间。罩壳4通常由金属材料（诸如钢）构成。罩壳4包括支撑输出轴8的旋转运动的轴承。

输出轴8延伸穿过罩壳4并耦接至转子6。转子6包括配置成在罩壳4内旋转的芯体构件。转子6可以是本领域普通技术人员熟知的多种不同转子类型中的任意一种，诸如永磁铁转子、爪极转子、鼠笼式转子或多种其他转子类型中的任意一种。转子6与定子10通过气隙物理隔离。然而，转子6经由保持在定子芯体14上的定子绕组12磁耦合至定子10。

定子芯体14由堆叠的铁磁材料薄片（诸如钢材料片）构成。因此，定子芯体14通常称为“叠层堆”。定子芯体14包括基本上圆柱形的壁，其带有内周边24和外周边26，如图2所示。多个狭槽16形成在基本上圆柱形的壁中。狭槽16在定子芯体14的整个轴向长度上延伸。另外，每个狭槽16在内周边上部分闭合且从内周边向内径向延伸。

分段导体18定位于定子芯体14的狭槽16中且轴向延伸穿过狭槽16。分段导体18限定（i）定子10的插入侧20（其在本文中也可称为“插入端”）以及（ii）定子10的连接侧22（其在本文中也可称为“连接端”或“焊接端”）。如这些术语暗示的那样，分段导体18从定子10的插入侧10插入定子芯体14的狭槽16内。类似地，分段导体18在定子10的连接侧22焊接或连接在一起。

图2示出了图1的示例性定子芯体14的插入侧20的俯视图，其中未示出置于定子狭槽16中的绕组装置12的导体18。图2的示例性定子芯体14包括六十个狭槽16。在其他实施例中，定子芯体14可包括更多狭槽或更少狭槽。定子狭槽16的开口设置成穿过内周边24以及定子的插入侧20和焊接侧22。

图3示出了定子10的狭槽16中的一个的放大剖面图，其中分段导体18置于狭槽中。在图3的示例性实施例中，分段导体18具有矩形剖面且四个导体18置于电机的每个狭槽16中。在其他实施例中，导体18可具有不同形状，且更多或更少导体可置于每个狭槽16中。每个导体18与狭槽16中的相邻导体通过可包括狭槽衬套30的绝缘层隔开。狭槽衬套30也布置和配置在狭槽16中，以使导体18与形成狭槽16的定子芯体14的壁隔绝。

图4中示出了示例性矩形剖面的U形分段导体18。分段导体18包括通过U形弯折部分40连接的两个狭槽内部分41和42。每个狭槽内部分41、42接合至相关连接端43、44。顶端45、46设置在每个连接端43、44上。每个顶端45、46连接至另一个导体的顶端，以使得导体一起形成定子10上的绕组装置12。在2009年11月24日授权的第7,622,843号美国专利中示出了示例性绕组装置，该专利的内容以引用的方式并入本文中。

分段导体18定位于定子芯体14的狭槽16中，其中狭槽内部分41、42延伸穿过狭槽衬套30（图4中以虚线示出），所述狭槽衬套也定位于定子芯体中。给定导体18的狭槽内部分41、42定位于定子的不同狭槽16中。连接端43、44与U形弯折部分40相反地从定子的焊接侧24延伸。每个导体的顶端45、46直接连接至另一个导体18上的相邻顶端。顶端45、46的连接可通过诸如焊接、铜焊或本领域中已知的其他方法的多种方式实现。通过以此方式连接分段导体，完整绕组12形成在定子10上。

现参照图4和5，每个狭槽衬套30总体设置为绝缘材料套管，所述套管配置成接收导体18的狭槽内部分41或42，但是不覆盖U形弯折部分40或顶端43、46。每个狭槽衬套30通常由诸如聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚酰胺酰亚胺、拉伸聚对苯二甲酸乙二酯膜或其他绝缘材料的耐热且电绝缘的材料构成。在至少一个实施例中，狭槽衬套30由诸如Nomex的相对柔性且耐用的压光纸或其他耐火间位芳族聚酰胺（meta-aramid）材料提供。

本文使用的术语“狭槽衬套”是这样一种绝缘结构，其配置成插入电机的芯体构件的狭槽内且限定配置成接收绕组装置的至少一个导体的通道或其他空腔。然而，术语狭槽衬套不限于这里揭示的示例性实施例。因此，狭槽衬套30可以多种不同形式和尺寸中的任意一种配置。举例而言，如图5所示，狭槽衬套30可设置为由绝缘材料构成的细长片34，其呈螺旋形卷绕以形成绝缘管32，并带有设计为和尺寸确定为接收绕组装置的导体18之一的轴向空腔33。在此实施例中，由于绝缘材料围绕导体18扭曲，细长片34的相反侧可能交叠。在其他实施例中，狭槽衬套30可由绝缘材料条构成，所述绝缘材料条围绕导体18缠绕，以使得该条的相对边缘沿轴向接缝汇合。这些相对边缘可松散地啮合，或者附着或接合在一起，以形成配置成接收导体的管。然而，在其他实施例中，相对边缘可完全分离，以使得管不完整，相反具有开口的轴向边缘，以使得空腔为敞开的通道。另外，虽然图5中的管32示出为具有圆形剖面的圆柱形管，但是应认识到，狭槽衬套30可设置为其他形状和配置，包括方形剖面。在不同实施例中，狭槽衬套30可结合（粘合）至导体18或可摩擦配合在电导体上。本文中使用的术语“摩擦配合”指套管32由于其形状或与导体的紧密接触而在导体18上保持在适当位置，而不是结合至导体。另外，虽然本文揭示的实施例示出为狭槽衬套30仅接收一个导体18，但是在其他实施例中，狭槽衬套可配置成接收多个导体18。

现参照图3和6-8，温度传感器50设置在定子的狭槽16中的至少一个狭槽衬套30上。如图3和8所示，温度传感器50设置在朝向狭槽16的外边缘17定位的狭槽衬套31上。如图3和6所示，狭槽衬套由定位于外绝缘层62和内绝缘层64之间的基板构件60构成。在至少一个实施例中，基板构件60是热固性条，诸如聚酰亚胺材料条。第一和第二绝缘层62、64可由具有电绝缘特性的相对耐用的压光纸构成，诸如

或其他耐火间位芳族聚酰胺材料。

温度传感器50定位于基板构件60上，以使得温度传感器50和基板构件60夹置在第一绝缘层62与第二绝缘层64之间。温度传感器50可以是多种温度传感器类型中的任一种。举例而言，温度传感器可以是电阻式温度探测器（RTD）、热敏电阻/热控管（thermistor）、热电偶或其他类型的各种其他温度传感器。

在图3、6和7的实施例中，温度传感器50包括连接至基板构件60的一定长度的导电材料52。所述一定长度的导电材料具有随温度可预计地变化的电阻。所述一定长度的导电材料52大体上具有恒定（一致）或线性的热膨胀与电阻之比。因此，如本领域普通技术人员所认识到的那样，可基于所述一定长度的导电材料52提供的电阻来确定温度传感器50处的温度。

可针对温度传感器中的所述一定长度的导电材料52使用多种类型材料中的任意一种。举例而言，所述一定长度的导电材料52可由金属材料构成，诸如铂或通常在RTD中使用的其他金属。在另一实例中，所述一定长度的导电材料52可由通常在热敏电阻中使用的陶瓷或聚合物材料构成。

在至少一个实施例中，带有温度传感器50的狭槽衬套31通过首先将所述一定长度的导电材料52结合至基板构件60而形成。举例而言，所述一定长度的导电材料52可作为薄膜印制（印刷）在基板构件上。如图6所示，基板构件60为细长的耐热绝缘材料条，其宽度显著（或基本上）大于其高度。所述一定长度的导电材料52作为细丝或薄膜印制在基板构件60上。所述一定长度的导电材料52包括第一端53、第一笔直区段54、U形弯折区段55、第二笔直区段56和第二端57。所述一定长度的导电材料的各区段在基板构件60上形成回路（环圈）。特别是，在图6的实施例中，通过由第一端53、第一笔直区段54、U形弯折区段55、第二笔直区段56和第二端57的布置形成的基本上封闭的曲线提供一个回路。

引线58和59连接至所述一定长度的导电材料52的第一端53和第二端57。引线可通过焊接（熔焊）、钎焊、粘合剂或任何多种其他连接方法连接至所述一定长度的导电材料52的第一端53和第二端57。引线58、59允许将电压施加在所述一定长度的导电材料52上，从而允许确定所述一定长度的导电材料52上的电阻。

在引线58、59连接至所述一定长度的导电材料52后，外绝缘层62和内绝缘层64附着或耦接至基板构件60的相反侧。这提供了多层条，其中基板构件60和所述一定长度的导电材料52夹置在外绝缘层62与内绝缘层64之间。接着，如图7所示，多层条66呈螺旋形卷绕，以形成管32。虽然图7示出了拉伸样式的管32，但是应理解，这仅仅是示例性的，且多层条66的边缘68实际上被连接以形成管32。

图7中的多个箭头图示了流经所述一定长度的导电材料52的电流的螺旋形路径。如图7所示，所述一定长度的导电材料52提供的路径以螺旋方式向下延伸且接着沿着管32向上延伸。因为所述一定长度的导电材料52以回路形式设置，因此当穿过所述一定长度的导电材料的电流沿两个相反方向流动时，流经狭槽16的电流的感应效应抵消或无效。虽然所述一定长度的导电材料52的缠绕路径在图7中示出为呈螺旋形，但是其他类型的缠绕路径也是可能的，包括艾尔顿-佩里（Ayrton-Perry）绕组或本领域普通技术人员认识到的多种其他适当缠绕路径中的任一种。

图8示出了狭槽衬套31以及三个附加狭槽衬套30，所述狭槽衬套31带有定位于定子的狭槽16之一中的连接温度传感器50。在此实施例中，绕组装置是多组绕组装置，其中在定子芯体14的每个狭槽中具有四层导体18。三个最内层的导体18延伸穿过不包括温度传感器50的狭槽衬套30。如上所述，最外面的导体延伸穿过不包括温度传感器50的狭槽衬套31。温度传感器包括电阻随温度变化的一定长度的导电材料52。引线58和59连接至所述一定长度的导电材料52的端部。这些引线58和59电连接至控制器或其他电路，所述控制器或其他电路配置成测量在所述一定长度的导电材料52上的电阻并确定相关温度。

图9示出了与用于车辆70（诸如混合动力电动车）的逆变器（反相器）74相关的控制器72的一个实例。控制器72配置成接收多个输入，包括来自逆变器74的输入75、来自电池的输入77以及本领域普通技术人员认识到的其他输入。另外，如上文参照图1-8描述的那样，控制器72配置成从设置在狭槽衬套31上的温度传感器50接收输入51。基于从温度传感器50接收到的信号，控制器72可通过输出79输送控制信号至逆变器74，并输送其他控制信号至车辆70的其他组件以改善车辆性能。

鉴于上述内容，揭示了一种利用机动车辆中的绕组装置监控电机温度的方法。该方法包括将狭槽衬套31插入电机的芯体14的狭槽内。狭槽衬套31包括连接至狭槽衬套31的温度传感器50，以使得温度传感器50至少部分地定位于定子芯体的狭槽16内。该方法进一步包括将绕组装置的至少一个导体18插入狭槽衬套31内。在该方法的一个实施例中，在导体18插入狭槽衬套31之前，狭槽衬套31定位于狭槽16中。在该方法的另一个实施例中，在导体18和狭槽衬套31定位于狭槽中之前，导体18插入狭槽衬套31内。

除了上述内容外，监控电机温度的方法可进一步包括将狭槽衬套31上的温度传感器50耦接至诸如混合动力电动车的车辆中的控制器。控制器配置成向温度传感器发送电信号，并基于温度传感器提供的电信号的参数确定温度。举例而言，这可包括输送已知电流通过所述一定长度的导电材料52，基于已知电流确定所述一定长度的导电材料52上的电压降，以及接着基于已知电压和电流计算所述一定长度导电材料的电阻。在另一个实例中，这可包括在所述一定长度的导电材料52上提供已知电压，基于已知电压确定通过所述一定长度的导电材料52的电流，以及接着基于已知电压和电流计算所述一定长度的导电材料的电阻。因此，基于所述一定长度的导电材料提供的电信号参数，可确定所述一定长度的导电材料52的电阻。因为所述一定长度的导电材料具有随温度变化的电阻，接着可基于所确定的电阻计算电机内的温度。

根据上述方法的又一个实施例，在狭槽衬套31插入电机的芯体的狭槽内之前，在基板构件60上设置电阻随温度变化的所述一定长度的导电材料52，如图6所示。基板构件60和所述一定长度的导电材料52接着由至少一个绝缘层覆盖，以形成多层条66。多层条66接着呈螺旋形卷绕，如图7和8所示，以使得狭槽衬套呈管的形式。

以上对带有温度传感器装置的狭槽衬套的一个或多个实施例的详细描述在本文中仅仅是示例性，而非限制性的。应认识到，可能在不结合本文描述的其他特征和功能的情况下获得本文描述的某些单独特征和功能的一些优点。此外，应认识到，上述实施例以及其他特征和功能或其替换的各种替代、修改、变化或改进可根据需要组合到许多其他不同实施例、系统或应用中。本领域技术人员随后可进行目前未预知或未预期到的替代、修改、变化或改进，其也应被后附权利要求涵盖。因此，任何后附权利要求的精神和范畴不应局限于本文包含的实施例的描述。

Claims (10)

1.一种电机，其包括：

包括多个狭槽的芯体；

定位于所述多个狭槽中的多个导体；

定位于所述多个狭槽之一中的至少一个狭槽衬套；以及

设置在所述狭槽衬套上的温度传感器。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述温度传感器包括具有随温度变化的电阻的一定长度的导电材料。

3.如权利要求2所述的电机，其特征在于，所述温度传感器为电阻式温度探测器（RTD）或热敏电阻。

4.如权利要求3所述的电机，其特征在于，所述RTD包括结合至所述狭槽衬套的一定长度的金属，其形成回路，带有两端以及在所述两端处从所述狭槽衬套延伸的金属引线。

5.如权利要求4所述的电机，其特征在于，所述一定长度的金属以螺旋方式沿所述狭槽衬套延伸。

6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述狭槽衬套包括由呈螺旋形卷绕的热固性条形成的管。

7.如权利要求6所述的电机，其特征在于，所述狭槽衬套进一步包括位于所述热固性条的第一侧的第一绝缘层以及位于所述热固性条的第二侧的第二绝缘层。

8.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述温度传感器耦接至车辆控制器。

9.一种用于插入电机的芯体的狭槽内的狭槽衬套，该电机包括具有多个导体的绕组装置，所述狭槽衬套配置成接收所述多个导体中的至少一个，所述狭槽衬套包括：

形成空腔的第一绝缘层，所述空腔配置成接收所述绕组装置的所述多个导体中的至少一个；

耦接至所述第一绝缘层的第二绝缘层；

一定长度的导电材料，其定位于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层之间，所述一定长度的导电材料具有随温度变化的电阻，所述一定长度的导电材料包括第一端和第二端；

从所述一定长度的导电材料的所述第一端延伸的第一引线；以及

从所述一定长度的导电材料的所述第二端延伸的第二引线。

10.一种利用车辆中的绕组装置监控电机的温度的方法，该方法包括：

将狭槽衬套插入所述电机的芯体的狭槽内，温度传感器设置在所述狭槽衬套上，以使得所述温度传感器至少部分地定位于所述狭槽内；

将所述绕组装置的至少一个导体插入所述狭槽衬套内；

将所述温度传感器耦接至车辆控制器；以及

基于来自所述温度传感器的电信号参数确定所述电机内的温度。

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