CN103248157A

CN103248157A - 转子冷却结构

Info

Publication number: CN103248157A
Application number: CN2013100454688A
Authority: CN
Inventors: E.L.凯泽; M.J.富克斯
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2013-08-14
Also published as: DE102013202169A1; US9203284B2; US20130207493A1

Abstract

一种转子，限定了相对于旋转轴线的轴向方向和径向方向且包括环形毂和径向地设置在环形毂以外的芯部。芯部限定了第一轴向侧和第二轴向侧。第一径向馈送孔形成在环形毂中，且位于第一和第二轴向侧之间。轴向通道形成在芯部和环形毂之间，且与第一径向馈送孔流体连通且基本上跨在第一和第二轴向侧之间。转子还包括第一构件和第二构件，分别邻近第一和第二轴向侧。第一和第二孔分别形成在第一和第二构件中。第一和第二孔每一个与轴向通道中的一个流体连通。

Description

转子冷却结构

技术领域

本发明涉及用在电机器中的转子。

背景技术

定子是电机器的静止部分。定子与转子相互作用，所述转子让电机器的一部分运动或旋转。定子和转子允许电机器将机械能成电能(发电机模式)和将电能转换成机械能(电动机模式)。

发明内容

提供一种转子且转子限定了相对于旋转轴线的轴向方向和径向方向。转子包括环形毂和径向地设置在环形毂以外的芯部。芯部限定了第一轴向侧和第二轴向侧。

多个第一径向馈送孔形成在环形毂中。第一径向馈送孔位于芯部的第一轴向侧和第二轴向侧之间。多个轴向通道形成在芯部和环形毂之间。轴向通道与第一径向馈送孔流体连通且基本上跨在第一轴向侧和这些第二轴向侧之间。

转子还包括邻近芯部的第一轴向侧的第一构件和邻近芯部的第二轴向侧的第二构件。多个第一孔形成在第一构件中，且每一个第一孔与轴向通道中的一个流体连通。多个第二孔形成在第二构件中，且每一个第二孔与轴向通道中的一个流体连通。

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是绕组转子的示意性等轴视图;

图2是沿线2-2截取的如图1所示的转子的示意性截面图;

图3是如图1所示的转子的示意性等轴视图，芯部被隐藏而不可见以更好显示第一支撑环和第二支撑环;

图4是如图1所示的转子的芯部的示意性等轴视图;

图5是如图1所示的转子的第二支撑环的示意性等轴视图;和

图6是如图1所示的转子的第一支撑环的示意性等轴视图。

具体实施方式

参见附图，其中在几幅图中可能的情况下相同的附图标记对应相同的或相似的部件，如图1和图2所示为可以用在电机器（未示出)中的转子10的两个示意图。图1和2所示的转子10是内部绕组转子，其与电机器中的外部定子（未示出)相协作。

图1显示了转子10的等轴视图，其基本上已组装。图2显示了沿图1的2-2线截取的转子10的横截面。其他图中所示的特征和部件可以并入和用于图1和图2的特征和部件，且部件可以在所示的任何构造之间混合和搭配。

尽管本发明针对汽车应用进行了详细描述，但是本领域技术人员应理解本发明的更广的应用性。本领域技术人员还应理解例如“上”、“下”、“向上、“向下”、“前”、“后”、等是用于描述附图的，而不代表对本发明范围的限制，本发明的范围通过所附权利要求限定。

转子10包括毂12和芯部14，所述芯部具有多个转子齿16。芯部14相对于转子10的轴线18径向地设置在毂12以外。芯部14显示为形成为固体单件芯部，但是可以替换地形成为分段的芯部或层叠(轴向分层的)芯部，且可以通过粉末金属、铸造或机加工形成

转子10在电机器运行期间绕轴线18旋转。电机器的定子将基本上共享同一轴线18。对于圆柱形坐标系，除了轴线18，转子10还限定了径向方向和角轴线或切向轴线，所述径向方向从轴线18垂直向外延伸，所述切向轴线为沿绕径向方向旋转的方向。转子10也可以使用笛卡尔坐标系，其轴线18为Z轴，且还限定了都垂直于轴线18的x轴线（未示出)和y轴线（未示出)。

转子10包括多个绕组20，所述绕组包绕转子齿16且轴向延伸超过芯部。绕组20显示为单个材料块，但是可以用导线或条状导体形成，所述导线或条状导体随后绕转子齿16环绕或扭绕。

现在参见图3、图4、图5、和图6，并继续参考图1-2，示出了图1-2所示的转子10的各种部件的额外视图。图3显示了转子10的一些部分的另一等轴视图。然而，在图3中，芯部14和绕组20被隐藏而不可见，以更好地显示转子10的第一支撑环31和第二支撑环32，在本文将更详细描述所述支撑环。图4显示了仅芯部14的等轴视图。图5显示了第一支撑环31的等轴视图。图6显示第二支撑环32的等轴视图。

如图3最好显示的，转子10还包括多个卷筒部段或卷筒22，每一个卷筒基本围绕转子齿16中的一个。卷筒22可以提供绕组20和转子齿16之间绝缘层。卷筒22也可以提供用于绕组的结构支撑。

如图4最好地示出的，芯部14以及转子10的其余部分限定了转子齿16的第一轴向侧25和第二轴向侧26。转子10和毂16的相对侧或轴向方向也可以通过第一轴向侧25和第二轴向侧26确定。对“第一”或“第二”的指定可以以任何顺序做出且不是对任何具体部件的限制。卷筒环22在芯部14的第一轴向侧25和第二轴向侧26上的绕组20和转子齿16之间。在毂12的、邻近芯部14的第一轴向侧25的一侧上，环形架28从毂12径向地向外延伸。

转子10包括第一支撑环31和第二支撑环32。如图3所示，第一支撑环31和第二支撑环32轴向设置在芯部14的相对侧上。第一支撑环31和第二支撑环32至少接触毂12，且也可以接触芯部14和卷筒22，如图2所示。

第一支撑环31包括环形基部或第一盘状件33，且第二支撑环32包括第二盘状件34或环形基部。第一盘状件33和第二盘状件34接触毂12且配置为将从第一支撑环31和第二支撑环32而来的载荷传递到毂12。

多个第一指状物35从第一盘状件33径向地向外延伸，多个第二指状物36从第二盘状件34径向地向外延伸。在图所示的转子10的构造中，每一个第一指状物35对应于绕组20中的一个且通常与转子齿16中的一个对准。类似地，在芯部14的相对侧上，每一个第二指状物36对应于绕组20中的一个。对于转子10，第一支撑环31和第二支撑环32是不相同的但是共享许多相似的特征。

如图3和图5最好地示出的，多个第一受载荷边缘37从第一支撑环31的第一指状物35轴向延伸。第一受载荷边缘37径向地设置在绕组20以外，从而从绕组20而来的径向载荷至少部分地传递到第一支撑环31的受载荷边缘37。类似地，多个第二受载荷边缘38从第二指状物36轴向延伸且径向地设置在绕组20以外，从而来自绕组20的径向载荷被至少部分地传递到第二支撑环32的受载荷边缘38。

在所示的转子10的构造中，第一受载荷边缘37和第二受载荷边缘38分别从第一指状物35和第二指状物36支出。然而，其他形状可以用于允许径向载荷从绕组20传递到第一支撑环31和第二支撑环32，且因此传递到毂12。例如，且非限制性地，第一受载荷边缘37和第二受载荷边缘38也可以形成为具有分别从第一指状物35和第二指状物36延伸的圆形或钩状的形状(即类似于牧羊人的钩子或拐杖糖)。另外，第一受载荷边缘37和第二受载荷边缘38不必相同。

径向载荷从绕组20传递到卷筒22。在没有第一支撑环31和第二支撑环32的情况下，从绕组20而来的所有径向载荷被传递到转子齿16和芯部14，可能是作为中间媒介的通过卷筒22。然而，第一支撑环31和第二支撑环32对从绕组20而来的一些径向载荷进行吸收或反作用。该构造减少和分配传递到芯部14的转子齿16和卷筒22的载荷。

在所示的转子10的构造中，第一指状物35设置在转子齿16的第一轴向侧25和绕组20之间，且第二指状物36设置在转子齿16的第二轴向侧26和绕组20之间。进而，卷筒22设置在绕组20和第一和第二指状物35、36之间。因此，从绕组20而来的径向载荷21首先传递到卷筒22且随后传递到第一和第二指状物35、36。

第一支撑环31可以形成为整体部件，从而第一盘状件33、第一指状物35、和第一受载荷边缘37形成为一个部件。进而，第一支撑环31可以是冲压部件。类似地，第二支撑环32可以冲压为整体部件，从而第二盘状件34，第二指状物36，和第二受载荷边缘38形成为一个冲压部件。

第一支撑环31和第二支撑环32可以用基本上非磁性的材料形成。如果第一支撑环31和第二支撑环32基本上是非磁性的，则第一支撑环31和第二支撑环32可以在电机器中转子10的运行期间不改变绕组20的磁性响应。卷筒22也可以用非磁性或绝缘材料形成。例如，且非限制性地，卷筒22可以用树脂形成且第一支撑环31和第二支撑环32可以用不锈钢形成。

对于所示的转子10，第二支撑环32可以压配合到毂12上。因此，第一支撑环31被保持在芯部14的第一轴向侧25和环形架28之间。随后第二支撑环32压配合到毂12上，从而第二支撑环32将芯部14和第一支撑环31抵靠毂12的环形架28保持。

转子10还包括用于控制冷却流体通过转子10的流动的结构。取决于转子10的位置和使用——例如在混合动力变速器（未示出)中或邻近发动机（未示出)，转子10可以通过不同流体冷却。可以使用的一些流体包括但不限于自动变速器流体(ATF)或油。

在转子10旋转时，冷却流体通常被迫从轴线18径向地向外流动。冷却流体可以在毂12内径向地供应。多个第一径向馈送孔41形成在环形毂12中。第一径向馈送孔41允许流体径向地流动通过(从内部以外部)毂12。第一径向馈送孔41位于芯部14的第一轴向侧25和第二轴向侧26之间。

多个轴向通道44形成在芯部14和环形毂12之间。在所示的转子10的实施例中，轴向通道44形成在芯部14的内部。然而，轴向通道44也可以形成在毂12的外部。轴向通道44与第一径向馈送孔41流体连通且基本上跨在芯部14的第一轴向侧25和第二轴向侧26之间。因此，轴向通道44将通过第一轴向馈送孔41供应的冷却流体分配到转子10的两侧。

取决于转子10的构造，也可以存在形成在环形毂12中的多个第二径向馈送孔42，如图所示。第二径向馈送孔42还位于芯部14的第一轴向侧25和第二轴向侧26之间且与轴向通道44流体连通。因此，轴向通道44将通过第一轴向馈送孔41和第二轴向馈送孔42供应的冷却流体分配到转子10的两侧。

在转子10所示的构造中，存在与芯部14的第一轴向侧25邻近的第一构件（例如第一支撑环31），和与芯部14的第二轴向侧26邻近的第二构件（例如第二支撑环32）。通过轴向通道44的冷却流体流可以通过第一支撑环31和第二支撑环32而被引导或调整。

多个第一孔45形成在第一支撑环31中。每一个第一孔45与轴向通道44中的一个流体连通。进而，多个第二孔46形成在第二支撑环32中。每一个第二孔46与轴向通道44中的一个流体连通。

冷却流体通过第一轴向馈送孔41和第二轴向馈送孔42且经由轴向通道44流动到转子10的两侧。随后，第一孔45和第二孔46允许冷却流体流通到转子10的绕组20。对绕组20冷却可以改善转子10的性能和耐久性。

应注意转子10可以具有导电结构，例如导体条，代替绕组20。在这样的构造中，冷却流体可以类似地流动到芯部14的第一轴向侧25和第二轴向侧26，但是将用于冷却其他导电元件。类似地，用在内部永磁体转子中的永磁体可以通过冷却流体从毂12到芯部14两侧的经定向引导而被冷却。

第二径向馈送孔42例如可以被设定尺寸为具有比第一径向馈送孔41显著地更大的流量（flow rate），这可以造成流通到第二轴向侧26的冷却流体的不平衡。然而，调整第一孔45和第二孔46的尺寸和形状可以允许流体流动偏向第一轴向侧25或第二轴向侧26、或在两侧之间平衡。调整可以用于控制多数流体从哪一侧而来。冷却流体到第二轴向侧26附近绕组20的更大流动可以使得绕组20的该侧温度显著低于第一轴向侧25附近的绕组20的温度。

第一孔45可以被设定尺寸为允许到转子10的第一轴向侧25的第一流量，且第二孔46可以被设定尺寸为允许到转子10的第二轴向侧26的第二流量。第一流量和第二流量的总和是组合的流量，其为通过轴向通道44从第一径向馈送孔41和第二径向馈送孔42而来的总的流量。第一孔45和第二孔46的尺寸和形状可以被调节，从而第一流量和第二流量不同或第一流量和第二流量基本上是相等的，而不管是否存在从第一径向馈送孔41和第二径向馈送孔42而来的不同流量。

因此，第一孔45和第二孔46可以被调节以使得不平衡最小化，从而流量都不大于组合流量的百分之七十。在一些转子10中，第一孔45和第二孔46可以被调节以用于平衡流量，从而任何流量都不大于组合流量的百分之六十。转子10可以配置为用于完全平衡的流动，从而流量基本上相等。

第二孔46可以设定尺寸为相对于第一孔45的第一流量限制第二流量。限制第二流量可以使得压力在轴向通道44中累积以将到第一轴向侧25的第一流量增加。因此，即使第二轴向馈送孔42对轴向通道44提供百分之八十的冷却流体，通过第二孔46的第二流量也可以是组合流量的百分之五十到六十，从而转子10的每一侧接收相似的冷却流体流动。

转子10也可以包括多个第三孔48。与形成在第一支撑环31和第二支撑环32中的第一孔45和第二孔46不同，第三孔48形成在环形毂12中。第三孔48形成在第一支撑环31的第一孔45附近，且如果现在，则影响到第一轴向侧的第一流量。

如果转子10具有包绕转子齿16的绕组20，与内部永磁体或铸造导体不同，每一个轴向通道44可以与转子齿16中的一个对应。如图4所示，轴向通道44可以在芯部14的内径上，周向地中心定位在各转子齿16下方。替换地，轴向通道44可以形成在毂12的外直径上，邻近芯部14。在没有转子齿16的构造中，相对于导体(且相对于每一个磁极)可以存在额外的或更少的轴向通道44。

附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。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

1.一种转子，限定相对于旋转轴线的轴向方向和径向方向，包括:

环形毂;

芯部,相对于转子轴线沿径向方向设置在环形毂以外，其中芯部具有第一轴向侧和第二轴向侧;

多个第一径向馈送孔，形成在环形毂中，其中第一径向馈送孔位于芯部的第一轴向侧和第二轴向侧之间;

多个轴向通道，形成在芯部和环形毂之间，其中轴向通道与第一径向馈送孔流体连通且基本上跨在芯部的第一轴向侧和第二轴向侧之间;

第一构件，邻近芯部的第一轴向侧;

第二构件，邻近芯部的第二轴向侧;

多个第一孔，形成在第一构件中，其中每一个第一孔与轴向通道中的一个流体连通;和

多个第二孔，形成在第二构件中，其中每一个第二孔与轴向通道中的一个流体连通。

2.如权利要求1所述的转子，进一步包括:

多个第二径向馈送孔，形成在环形毂中，其中第二径向馈送孔位于芯部的第一轴向侧和第二轴向侧之间且与轴向通道流体连通。

3.如权利要求2所述的转子，

其中第一孔被设定尺寸为允许从轴向通道到芯部的第一轴向侧的第一流量，且第二孔被设定尺寸为允许到芯部的第二轴向侧的第二流量，从而第一流量和第二流量之和为通过轴向通道的组合流量，和

其中第一流量和第二流量两者小于组合流量的百分之七十。

4.如权利要求3所述的转子，进一步包括形成在环形毂中且与第一构件的第一孔邻近的多个第三孔。

5.如权利要求4所述的转子，

其中第一构件为第一支撑环，和

其中第二构件为第二支撑环。

6.如权利要求5所述的转子，

多个转子齿从芯部轴向向外延伸，和

其中每一个轴向通道对应于转子齿中的一个。

7.如权利要求6所述的转子，其中第一流量和第二流量两者小于组合流量的百分之六十。

8.一种转子，限定相对于旋转轴线的轴向方向和径向方向，包括:

环形毂;

第一支撑环，邻近芯部的第一轴向侧;

第二支撑环，邻近芯部的第二轴向侧;

多个第一孔，形成在第一支撑环中，其中每一个第一孔与轴向通道中的一个流体连通;和

多个第二孔，形成在第二支撑环中，其中每一个第二孔与轴向通道中的一个流体连通。

9.如权利要求8所述的转子，

其中第一流量和第二流量两者小于组合流量的百分之六十。

10.如权利要求9所述的转子，

多个转子齿从芯部轴向向外延伸，和

其中每一个轴向通道对应于转子齿中的一个。