CN103580380B - 用于混合动力车辆或电动车辆的电动机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于混合动力车辆或电动车辆的、实施为外转子的电动机器(1)，具有安排在转子(3)内的定子(2)，转子(3）具有转子支架(4)、转子片(5)、及永磁体(6)，转子支架(4)具有在径向延伸的第一支架区段(7)及连接到第一支架区段的在轴向延伸的第二支架区段(8)，第二支架区段(8)对转子片(5)和永磁体(6)进行支承，定子(2)具有定子片(9)和多匝绕组(10)，绕组(10)形成轴向上两侧延伸超过定子片(9)的多个绕组头(11，12)；还具有连接到转子支架(4)的叶轮(14）。在该电动机器中，根据本发明提供，叶轮(14)被安排在这些在定子(2）的轴向侧的绕组头(11)与第二支架区段（8）之间。电动机器可配置成在具有高功率消耗的同时具有小的轴向尺寸并在转子和定子区域具有最优化的空气冷却。

Description

用于混合动力车辆或电动车辆的电动机器
技术领域
本发明涉及一种用于混合动力车辆或电动车辆的电动机器，该电动机器实施为一种外转子，该电动机器具有安排在一个转子内的一个定子，其中，该转子具有一个转子支架、多个转子片、以及多个永磁体，而其中该转子支架具有在径向上延伸的一个第一支架区段以及连接到该第一支架区段的、在轴向上延伸的一个第二支架区段，其中该第二支架区段对这些转子片和永磁体进行支承，并且该定子具有多个定子片和多匝绕组，而其中这些绕组形成在两侧上轴向延伸超过这些定子片的多个绕组头；该电动机器还具有连接到该转子支架的一个叶轮。
背景技术
从DE19513134A1中已知这样的一个电动机器。在这篇文件中，叶轮是整体模制的，自由地伸向外侧，进入这个以烧杯形状配置的转子支架的一个底板中。当叶轮转动时，冷却空气被吸入这个烧杯形转子支架中并且强制穿过该定子。这样确保了对定子的绕组头进行充足的冷却。该叶轮相对该转子支架的轴向长度而言被安排在这些安排于定子的轴向侧上的绕组头与在该转子上方装配的一个钟形盖件壳体之间。这个盖件壳体在叶轮区域中具有在该转子支架的底板上的一个进气通道以及在具有一个端板（Lagerschild）的附接端处的用于冷却空气的多个出气开口。
在这个已知电动机器中，由于该叶轮被安排成在轴向上紧挨这些与其相邻的绕组头，所以存在的缺点是电动机器具有一个相对大的轴向尺寸。在此背景下，就要求额外的轴向安装空间来用于该叶轮，并且这些额外的空间不能类似地用于该电动机器中在功能上绝对需要的其他部件。给定一个具体的电动机器功率水平，因此该电动机器就要求一个相对大的轴向尺寸。
发明内容
本发明的目的是开发一种在前言中所提及类型的电动机器，其方式为使所述电动机器在具有高功率水平的同时具有一个短的轴向尺寸并且在转子和定子区域中具有最优化的空气冷却。
实现这个目的在于：该叶轮被安排在这些安排于定子的一个轴向侧上的绕组头与该第二支架区段之间。
该定子因此包括围绕这些定子片所缠绕的多匝绕组。当在轴向方向上观察时，这些绕组在此于两侧延伸超过这些定子片并且在那形成这些绕组头。其结果是，该转子支架必须首先被制成在轴向方向上延伸超过这些安排在定子的这个轴向侧上的绕组头。由于当在径向方向上观察时该转子支架以其第二支架区段区域被安排在这些转子片后方，所以在这些转子片的区域中在径向方向上产生了一个未使用的安装空间。在径向上放置在外侧的转子支架必须接合成围绕这些绕组头。这个空闲安装空间被用于安装叶轮。由于该转子支架装备有叶轮，之前未利用的安装空间可用来改善对电动机器的冷却。
对应地，根据本发明的电动机器就混合动力车辆或电动车辆传动系的纵向结构中的紧凑尺寸链而言是最优化的。这个纵向结构、因此的该电动机器在轴向方向上的尺寸，可以在带有可能的最大功率设备的同时保持尽可能的短。实际上，这些增加的功率的确导致产生一种增强冷却的需求。这种冷却由随着该转子支架旋转的叶轮产生。
根据一个优选实施例，该转子支架具有罐形设计，其中该第一支架区段形成该转子支架的一个底板区域，并且该第二支架区段形成该转子支架的一个环圆周壁区域。通过这样的构形，实施为外转子的电动机器可通过一种结构上简单的方式来形成。这样的构形使之可实现将该电动机器连接到一台内燃发动机、并且连接到该车辆的一个变速器。
该叶轮优选是被安排成邻近该转子支架的底板区域。这样对叶轮定位有助于使这个纵向结构能够保持尽可能的短。就此而言，有利的是该叶轮被安排成邻近这些叠片组（Blechpaket）以及这些永磁体。对应地，认为特别有利的是，如果该叶轮被安排成既直接邻近该转子支架的底板区域又直接邻近这些叠片组和永磁体。
认为特别有利的是，如果该叶轮具有一个轴向尺寸，而该轴向尺寸基本上与这些在定子被指定给该叶轮的那个轴向侧上的这些绕组头超过这些转子片和/或这些永磁体的轴向过量尺寸相对应。其结果是，由于这些所述的绕组头的轴向过量尺寸，该叶轮在轴向尺寸上总是基本上占据了具有一个这样轴向长度的一个空间。因此对叶轮的安装不需要电动机器的任何额外的轴向安装空间。只是利用了电动机器中在任何情况下对于该电动机器的其他部件而言是绝对必要的轴向安装空间。
由这个具体起离心式鼓风机作用的叶轮输送的空气流量可以是通过一个开式冷却系统来冷却，通过借助于一个进气通道供应相对冷的空气来冷却，而将相对暖的排出的空气通过一个窗口而被排出。可替代的是，通过在具有叶轮或具有离心式鼓风机的封闭式电动机器内连续地对空气进行循环来提供一个闭式冷却系统。
具体地说，当由开式冷却系统构造时，认为特别有利的是，如果进入的空气是在轴向方向上通过该电动机器的一个壳体中的多个进气通道而被供应到在该转子与该定子之间的区域中，而排出的空气是穿过在该转子支架和该壳体中的多个开口而被排出。
根据一个优选实施例，该转子支架与叶轮被一体地实施为一个铸造件。其结果是，复杂的、费用大的叶轮几何形状是通过铸造来制造。该转子支架的其他部分具体是以一种切削材料的方式来加工。
根据本发明的另一个优选实施例提供的是，该叶轮具有在圆周上的多个孔以及与所述孔相互作用的多个风叶状元件。这些单独的风叶状元件具体地说是塑料件，被插入到这些孔中并且在该叶轮中紧固在那里。这些风叶状元件例如在径向上被卡紧和/或紧固，然而首先还在切向上卡紧和/或紧固。
根据本发明的另一个优选实施例提供的是，该叶轮在圆周上具有多个孔，并且这些孔是通过一个成形工序来成形以便形成多个风叶状元件。
认为特别有利的是如果一个轴向密封件被安排在该壳体与转子支架之间。这个在壳体与转子支架之间的轴向密封件用来以一种有针对性的方式将空气引导到有待冷却的部件上、并防止空气泄漏以实现高效率的冷却空气体积流量。
就在混合动力车辆或电动车辆中电动机器的使用而言，具体提供的是该转子支架被连接到一个轴向接收座，该接收座用于以一种抗扭转的方式连接到一个变速器输入轴。
如果电动机器与混合动力车辆一起使用的话，认为特别有利的是如果该电动机器具有一个在轴向上安排的中间轴，该中间轴用于以一种抗扭转的方式连接到一台内燃发动机的一个曲轴。在此背景下，该中间轴具体地说是被间接地连接到曲轴。
具体地说，当该电动机器用于混合动力车辆时，认为有利的是如果该电动机器具有一个离合器，以用于在该离合器闭合时以一种抗扭转的方式将该中间轴和变速器输入轴连接。因此，如果该离合器是打开的话，只有该电动机器作用在车辆变速器上。当离合器闭合时，内燃发动机作用在车辆变速器上，或者电动机器和内燃发动机作用在变速器上。
具体地说，对于该电动机器提供的是按以下方式进行安装，即：首先将该叶轮和/或离心式鼓风机引导至该转子支架中，并且随后添加这些转子片，并且该转子支架然后在其与叶轮和/或离心式鼓风机相反的轴向端处进行碾压（verrollt）或卡塞（verklemmt）。这样的碾压/卡塞导致该叶轮和离心式鼓风机在轴向上被紧固。
具体地说是通过多个螺钉来确保该叶轮和/或离心式鼓风机的轴向紧固。具体地说，由于该电动机器被插入机动车辆的传动系中，这些螺钉同时起将该离合器的一个压盘螺钉紧固到该电动机器的转子上的作用。
该叶轮的这种创造性的安排因此确保了在该转子与定子之间引导通过一个最大的空气流量，具体地说，通过在这些永磁体与带有这些绕组头的定子片之间的空隙。这样确保了对该电动机器的这些承受热负荷的区域进行最优化的空气冷却。
总之，本发明包括如下技术方案：
1.一种用于混合动力车辆或电动车辆的、实施为外转子的电动机器，该电动机器具有安排在一个转子内的一个定子，其中，该转子具有一个转子支架、多个转子片、以及多个永磁体，其中该转子支架具有在径向上延伸的一个第一支架区段以及连接到该第一支架区段的、在轴向上延伸的一个第二支架区段，其中该第二支架区段对这些转子片和这些永磁体进行支承，并且该定子具有多个定子片和多匝绕组，其中这些绕组形成多个绕组头，这些绕组头轴向上在两侧延伸超过这些定子片；该电动机器还具有连接到该转子支架的一个叶轮，其特征在于，该叶轮被安排在这些安排在定子的一个轴向侧上的绕组头与该第二支架区段之间。
2.根据前述1所述的电动机器，其中，该转子支架具有罐形设计，其中该第一支架区段形成该转子支架的一个底板区域，而该第二支架区段形成该转子支架的一个环圆周壁区域。
3.根据前述2所述的电动机器，其中，该叶轮被安排成邻近该转子支架的底板区域。
4.根据前述1至3之一所述的电动机器，其中，该叶轮被安排成邻近这些转子片并且邻近这些永磁体。
5.根据前述1至4之一所述的电动机器，其中，该叶轮具有一个轴向尺寸，该轴向尺寸基本上与在该定子面向该叶轮的那个轴向侧上的这些绕组头超过这些转子片和/或这些永磁体的轴向过量尺寸相对应。
6.根据前述1至5之一所述的电动机器，其中，该叶轮形成一个开式或闭式冷却系统的一个部件。
7.根据前述6所述的电动机器，其中，该冷却系统是开式的，其中，进入的空气在轴向方向上通过该电动机器的一个壳体中的多个进气通道而被供给到在该转子与该定子之间的区域中，而排出的空气穿过在该转子支架中的多个开口以及在该壳体中的多个开口而被排出。
8.根据前述1至7之一所述的电动机器，其中，一个轮被连接到该转子支架，其中该轮具有一个接收座，该接收座用于以一种抗扭转的方式连接到一个变速器输入轴。
9.根据前述1至8之一所述的电动机器，其中，该电动机器具有一个在轴向上安排的中间轴，该中间轴用于以一种抗扭转的方式连接到一台内燃发动机的一个曲轴。
10.根据前述9所述的电动机器，其中，该电动机器具有一个离合器，以用于在该离合器闭合时以一种抗扭转的方式连接该中间轴和轮。
11.根据前述1至10之一所述的电动机器，其中，该叶轮起一个离心式鼓风机的作用。
12.根据前述10或11所述的电动机器，其中，该离合器的一个压盘通过多个螺钉而被连接到该转子支架。
13.根据前述12所述的电动机器，其中，这些螺钉与该叶轮相互作用的方式为使这些螺钉在径向方向上对该叶轮进行定位。
14.根据前述1至13之一所述的电动机器，其中，这些转子片被紧固在已插入到该转子支架中的该叶轮与该转子支架背离该叶轮的那个区段之间。
15.根据前述1至14之一所述的电动机器，其中，该转子支架与该叶轮被一体地实施为一个铸造件。
16.根据前述1至14之一所述的电动机器，其中，该叶轮具有在圆周上的多个孔以及与所述孔相互作用的多个风叶状元件。
17.根据前述1至14之一所述的电动机器，其中，该叶轮在圆周上具有多个孔，并且这些孔通过一个成形工序来成形以便形成多个风叶状元件。
18.根据前述7至17之一所述的电动机器，其中，一个轴向密封件被安排在该壳体与该转子支架之间、或者安排在该壳体与该转子支架和该叶轮的这种安排之间。
附图说明
将在从属权利要求、附图以及对附图中所展示的优选示例性实施例的说明中呈现本发明的进一步的特征，而本发明并不局限于此。
在附图中：
图1示出了穿过根据本发明的电动机器的、在该电动机器的轴向方向上的区段中的一个竖直截面，
图2示出了按图1中的线II-II穿过该电动机器的截面，
图3示出了按图1中的线III-III穿过该电动机器的截面，并且
图4示出了按图1中的线IV-IV穿过该电动机器的截面。
具体实施方式
在这些图中展示的电动机器1用于混合动力车辆，优选是乘用车，特别是跑车，该混合动力车辆具有通过该电动机器的电动驱动器以及通过内燃发动机的驱动。
电动机器1被实施为一个外转子。该电动机器具有一个定子2和一个转子3。定子2被安排在转子3内。转子3具有一个转子支架4、多个转子片5、以及多个永磁体6。转子支架4由在径向上延伸的一个第一支架区段7以及连接到该第一支架区段的、在径向上延伸的一个第二支架区段8形成。第一支架区段7因此形成转子支架4的底板，并且第二支架区段8形成转子支架4的一个圆周壁。在径向上位于外侧的这种第二支架区段8对这些转子片和这些永磁体6进行支承，其中这些永磁体在径向上相对第二支架区段8被安排在内侧，确切地说这些转子片5在径向上相对地被定位在外侧，而这些永磁体6相对地被定位在内侧。这些转子片5和永磁体6在此延伸在相同的轴向长度上，该轴向长度比第二支架区段8的轴向长度要短。
定子2具有多个定子片9和多匝绕组10。这些绕组10形成多个绕组头，这些绕组头在两侧轴向凸出超过这些定子片9。在面向第一支架区段7的那一侧上的绕组头由参考数字11指代，并且定子2与这一侧相背离的那侧的绕组头由参考数字12指代。
具体地说，从根据图1的纵向截面可清楚看出的是，在第一支架区段7径向上在外的区域与这些转子片5和永磁体6之间，安排成相对转子3的轴线同中心的一个死区13被形成在这些定子片9和绕组头11（一方面）与第二支架区段8的面向第一支架区段7的区域中（另一方面）之间。在这个死区内安排的是起离心式鼓风机作用的一个环形叶轮14。这个叶轮14在第一支架区段7的区域中被连接到转子支架4。叶轮14相应地被安排在这些绕组头11与第二支架区段8之间。此外，连接到第一支架区段7的叶轮14被安排成与这些转子片5和永磁体6相距一个短的距离。电动机器1中这些转子片和永磁体延伸过相同的轴向长度、并且因此以对应的轴向侧终止在电动机器1的相同轴向长度区域中。
定子2被安装在电动机器1的一个壳体15中、并且被连接到该壳体。壳体15在其上部区域中配备有一个进气通道16，该进气通道用于进入的空气并用于相对冷的空气。这个进气通道16在壳体15中分成多个进气通道17，这些进气通道轴向上在这些绕组头12的区域开放到电动机器1中由定子2与转子3界定的空腔之中，确切地说是开放到在这些转子片5/永磁体6与定子片9/绕组头11之间的环圆周的轴向空隙的区域中。通过叶轮14、并因此通过离心式鼓风机，空气穿过这个空隙而被吸入，并且空气由叶轮14排出，确切地说是穿过第二支架区段8中的多个径向延伸的通道18以及壳体15中未展示并被指定给这些通道18的多个通道。其结果是，来自电动机器1的空气可以传输通过这些在转子支架4和壳体15中的通道。这个电动机器1因此具有一个开式冷却系统。
其结果是，相对冷的空气通过这些进气通道16和17而被给送到在定子2与转子3之间的区域中、并且由于该电动机器的废热而在那被加热，并且相对暖的排出的空气通过这些通道18以及壳体15中的通道而被运送出电动机器1。
根据本发明的电动机器的基本部件在以下进行描述，特别是结合它们在混合动力车辆中的确切用途。
转子3确切地说具有被连接到第一支架区段7的一个圆筒区段19，并且转子3经由该圆筒区段通过多个双滚珠轴承20被可转动地安装在壳体15中。这些双滚珠轴承20以径向外侧被安装在壳体15中、并且以径向内侧承接圆筒区段19。圆筒区段19在径向内侧承接多个滚针轴承21，在这些滚针轴承21中安装了一个中间轴22。该中间轴起间接连接内燃发动机的一个曲轴的作用。因此，在内燃发动机的运转过程中，其曲轴对中间轴22进行驱动。这个中间轴22的输入是在壳体15的指定了绕组头12的那一侧。在壳体15的另一侧，也就是具有指定到其上的绕组头11的那侧，一个轮23被连接到转子支架4，该轮23具有一个接收座24，该接收座用于以一种抗扭转方式连接到一个变速器输入轴。接收座24具有用于该变速器输入轴的一个带槽口的齿系统，该变速器输入轴在末端处具有一个相对应的带槽口的齿系统。
转子3、中间轴22、以及轮23可以围绕电动机器1的同一中心轴线旋转。
在电动机器1面向绕组头11的那侧，该轮还具有一个离合器25。在离合器25处于闭合的状态，该离合器导致在中间轴22与转子3之间的力接合，并且借助于转子3与接收座24之间的固定连接而因此导致在中间轴22与变速器侧接收座24之间的力接合。相对于离合器25，指示出了一个压盘26、一个相对应的压盘27、一个碟形弹簧28、以及安装在壳体15中用于该碟形弹簧18的一个分离轴承29。
离合器25的压盘26被连接到转子支架4，确切地说是借助于多个螺钉30，这些螺钉穿过压盘26中的多个钻孔并旋入在第一支架区段7的这个与第二支架区段8邻近的区域中的转子支架4的多个螺纹孔中。由于这些螺钉30在叶轮14区域中的这种安排，这些螺钉同时起在径向上紧固叶轮13的作用。就此而言，这些螺钉30的自由端与叶轮14相接触并且使该叶轮定位在这些螺钉30的自由端与转子3的永磁体6之间。
具体地说，用以下方式来提供电动机器1的安装，即：首先将叶轮14插入转子支架4中，随后添加这些转子片5，并且然后对转子支架4在其与叶轮14相反的轴向端处进行碾压或卡塞。这样的碾压/卡塞导致叶轮4在轴向上被紧固。由碾压（即由成形）产生的、并且在径向上向内延伸的一个端区域31在图1中示出。
最后，展示出了电动机器1的一个电器连接32。多条电缆线33引导至电动机器1以用于电动机器1的三个相。更确切地说，为使定子2的线圈导通电流，在这些绕组头12径向外侧提供了三个连接环（Verschaltungsringe）34。所述连接环34彼此绝缘地安装在一个塑料件35中。

Claims (16)

1.一种用于混合动力车辆或电动车辆的、实施为外转子的电动机器(1)，该电动机器具有安排在一个转子(3)内的一个定子(2)，其中，该转子(3)具有一个转子支架(4)、多个转子片(5)、以及多个永磁体(6)，其中该转子支架(4)具有在径向上延伸的一个第一支架区段(7)以及连接到该第一支架区段的、在轴向上延伸的一个第二支架区段(8)，其中该第二支架区段(8)对这些转子片(5)和这些永磁体(6)进行支承，并且该定子(2)具有多个定子片(9)和多匝绕组(10)，其中这些绕组(10)形成多个绕组头(11，12)，这些绕组头轴向上在两侧延伸超过这些定子片(9)；该电动机器还具有连接到该转子支架(4)的一个叶轮(14)，其特征在于，该叶轮(14)被安排在一个死区(13)中，其中该死区(13)被安排在第一支架区段(7)的径向上在外的区域与转子片(5)和永磁体(6)之间，并且该死区(13)被形成在定子片(9)和绕组头(11)与面向第一支架区段(7)的区域中的第二支架区段(8)之间，其特征还在于，该叶轮(14)形成一个开式冷却系统的一个部件，其中进入的空气在轴向方向上通过该电动机器(1)的一个壳体(15)中的多个进气通道(16，17)而被供给到在该转子(3)与该定子(2)之间的区域中，而排出的空气穿过在该转子支架(4)中的多个开口(18)以及在该壳体(15)中的多个开口而被排出。
2.根据权利要求1所述的电动机器，其特征在于，该转子支架(4)具有罐形设计，其中该第一支架区段(7)形成该转子支架(4)的一个底板区域，而该第二支架区段(8)形成该转子支架(4)的一个环圆周壁区域。
3.根据权利要求2所述的电动机器，其特征在于，该叶轮(14)被安排成邻近该转子支架(4)的底板区域。
4.根据权利要求1至3之一所述的电动机器，其特征在于，该叶轮(14)被安排成邻近这些转子片(5)并且邻近这些永磁体(6)。
5.根据权利要求1至3之一所述的电动机器，其特征在于，该叶轮(14)具有一个轴向尺寸，该轴向尺寸基本上与在该定子(2)面向该叶轮(14)的那个轴向侧上的这些绕组头(11)超过这些转子片(5)和/或这些永磁体(6)的轴向过量尺寸相对应。
6.根据权利要求1至3之一所述的电动机器，其特征在于，一个轮(23)被连接到该转子支架(4)，其中该轮(23)具有一个接收座(24)，该接收座用于以一种抗扭转的方式连接到一个变速器输入轴。
7.根据权利要求1至3之一所述的电动机器，其特征在于，该电动机器(1)具有一个在轴向上安排的中间轴(22)，该中间轴用于以一种抗扭转的方式连接到一台内燃发动机的一个曲轴。
8.根据权利要求7所述的电动机器，其特征在于，该电动机器(1)具有一个离合器(25)，以用于在该离合器闭合时以一种抗扭转的方式连接该中间轴(22)和轮(23)。
9.根据权利要求1至3之一所述的电动机器，其特征在于，该叶轮(14)起一个离心式鼓风机的作用。
10.根据权利要求8所述的电动机器，其特征在于，该离合器(25)的一个压盘(26)通过多个螺钉(30)而被连接到该转子支架(4)。
11.根据权利要求10所述的电动机器，其特征在于，这些螺钉(30)与该叶轮(14)相互作用的方式为使这些螺钉在径向方向上对该叶轮进行定位。
12.根据权利要求1至3之一所述的电动机器，其特征在于，这些转子片(5)被紧固在已插入到该转子支架(4)中的该叶轮(14)与该转子支架(4)背离该叶轮(14)的那个区段之间。
13.根据权利要求1至3之一所述的电动机器，其特征在于，该转子支架(4)与该叶轮(14)被一体地实施为一个铸造件。
14.根据权利要求1至3之一所述的电动机器，其特征在于，该叶轮(14)具有在圆周上的多个孔以及与所述孔相互作用的多个风叶状元件。
15.根据权利要求1至3之一所述的电动机器，其特征在于，该叶轮(14)在圆周上具有多个孔，并且这些孔通过一个成形工序来成形以便形成多个风叶状元件。
16.根据权利要求1所述的电动机器，其特征在于，一个轴向密封件被安排在该壳体(15)与该转子支架(4)之间。
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