CN104417342A - 电动机 - Google Patents

Abstract

一种电动机，包括转子和定子。定子相对于驱动单元壳体固定且包括绕组，且转子配置为在定子绕轴线中旋转。空气隙限定在转子和定子之间。电动机还包括固定到转子以用于与之旋转的端环。电动机通过重力供应经由流动到且经过定子绕组、从绕组达到转子且从转子回到定子的流体冷却。端环包括环形通道，其配置为随流体从转子向回流动到定子而捕获从绕组流动到转子的流体且将流体从空气隙转移，由此限制电动机中的旋转损失。还公开了采用上述电动机的电机械驱动单元。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及用于在机动车辆的动力传动系中使用的电动机。

背景技术

为了制造更高效的车辆，混合动力车辆动力传动系将电动机(一个或多个)和常规的内燃发动机结合。从发动机和电动机(一个或多个)而来的扭矩通常经由变速器传递到车辆的驱动车轮。混合动力车辆动力传动系的效率通常与行驶条件和发动机在电动机以外或代替电动机而必须运行以为车辆提供动力的时间百分比有关。

一些混合动力传动系使用与发动机组合的单个电动机。在这样的动力传动系中，变速器输出和车辆速度直接与电动机和发动机的扭矩和速度有关。其他混合动力传动系与发动机组合地使用两个电动机，以为车辆提供动力。另外，车辆可以使用纯粹的电推进。在这种情况下，车辆的动力传动系将具有一个或多个电动机发电机且没有内燃发动机。

在混合动力或纯电动力传动系中，电动机(一个或多个)操作性地连接到变速器，所述变速器具有行星传动装置，从而电动机(一个或多个)的扭矩和速度可以独立于车辆速度和期望加速度而被选择。在混合动力传动系中，通常通过改变从电动机(一个或多个)而来的各扭矩贡献而获得对发动机的控制。由此，这样的混合动力和纯电动力传动系每一个可以提供从其电动机(一个或多个)而来的可选择扭矩贡献，且在混合动力传动系的情况下，可以类似地提供从发动机而来的可选择扭矩贡献，以驱动目标车辆。

发明内容

一种电动机，包括转子和定子。定子相对于驱动单元壳体固定且包括绕组，且转子配置为在定子中绕轴线旋转。空气隙限定在转子和定子之间。电动机还包括固定到转子以用于与之旋转的端环。电动机通过重力自流经由流动到定子的绕组和流动经过所述绕组、从绕组流动到转子且从转子回到定子的流体而被冷却。端环包括环形通道，其配置为随流体从转子向回流动到定子而捕获从绕组流动到转子的流体且将流体从空气隙转移，由此限制电动机中的旋转损失。

端环包括外周，且通道可以绕外周连续延伸。

外周可以包括尖锐边缘，其定位在垂直于轴线的平面中。这种尖锐边缘被配置为产生流体与端环的分离。

在横截面中，通道可以包括在通道的底部表面的倾斜轮廓，其配置为引导流体离开空气隙。

还在横截面中，端环包括阶梯部分且通道至少部分地布置在阶梯部分中。

阶梯部分可以包括增加的材料部分，所述增加的材料部分配置为用于通过将材料从该部分除去而使得转子平衡。

端环可以用非磁性材料制造,例如不锈钢或铝。

端环可以经由压配合、铆合和焊接中的至少一种附接到转子。

还公开了采用上述电动机的电机械驱动单元。与例如内燃发动机这样的功率源相连的电机械驱动单元可以是安装在车辆中且配置为让车辆起步和推进的混合动力传动系的一部分。

具体说本发明提供一种电机械驱动单元，能与至少一个功率源连接，用于对车辆进行起步和推进，包括:输入构件和输出构件；驱动单元壳体；齿轮结构，操作性地连接到输出部和输入构件每一个；泵，配置为让流体在驱动单元壳体内部循环流动；和电动机，包括:定子，相对于驱动单元壳体固定且具有绕组；转子，操作性地连接到齿轮结构且配置为在定子中绕轴线旋转，其中空气隙限定在转子和定子之间；和端环，固定到转子，用于与之旋转；其中:电动机，通过重力自流经由流动到定子的绕组和流动经过所述绕组、从绕组流动到转子且从转子回到定子的流体而被冷却；和端环，包括环形通道，其配置为随流体从转子向回流动到定子而捕获从绕组流动到转子的流体且将流体从空气隙转移，由此限制电动机中的旋转损失。

在所述的电机械驱动单元中，端环包括外周，且其中通道绕该外周连续延伸。

在所述的电机械驱动单元中，所述外周包括尖锐边缘，所述尖锐边缘定位在与轴线垂直的平面中，且其中尖锐边缘配置为产生流体与端环的分离。

在所述的电机械驱动单元中，在横截面视图中，通道包括配置为引导流体离开空气隙的倾斜轮廓。

在所述的电机械驱动单元中，在横截面视图中，端环包括阶梯部分且通道至少部分地布置在阶梯部分中。

在所述的电机械驱动单元中，阶梯部分包括增加的材料部分，所述增加的材料部分配置为用于通过将材料从该部分除去而使得转子平衡。

在所述的电机械驱动单元中，端环用非磁性材料构造。

在所述的电机械驱动单元中，端环经由压配合、铆合和焊接中的至少一种附接到转子。

本发明还提供一种一种电动机，包括:定子，相对于驱动单元壳体固定且具有绕组；转子，配置为在定子中绕轴线旋转，其中空气隙限定在转子和定子之间；和端环，固定到转子，用于与之旋转；其中:电动机，通过重力自流经由流动到定子的绕组和流动经过所述绕组、从绕组流动到转子且从转子回到定子的流体而被冷却；端环，包括环形通道，其配置为随流体从转子向回流动到定子而捕获从绕组流动到转子的流体且将流体从空气隙转移，由此限制电动机中的旋转损失；端环包括外周，且其中通道绕该外周连续延伸；和在横截面视图中，端环包括阶梯部分且通道至少部分地布置在阶梯部分中。

在所述的电动机中，在横截面视图中，通道包括配置为引导流体离开空气隙的倾斜轮廓；所述外周包括尖锐边缘，所述尖锐边缘定位在与轴线垂直的平面中，且其中尖锐边缘配置为产生流体与端环的分离；和阶梯部分包括增加的材料部分，所述增加的材料部分配置为用于通过将材料从该部分除去而使得转子平衡。

在所述的电动机中，端环包括外周，且其中通道绕该外周连续延伸。

在所述的电动机中，所述外周包括尖锐边缘，所述尖锐边缘定位在与轴线垂直的平面中，且其中尖锐边缘配置为产生流体与端环的分离。

在所述的电动机中，在横截面视图中，通道包括配置为引导流体离开空气隙的倾斜轮廓。

在所述的电动机中，在横截面视图中，端环包括阶梯部分且通道至少部分地布置在阶梯部分中。

在所述的电动机中，阶梯部分包括增加的材料部分，所述增加的材料部分配置为用于通过将材料从该部分除去而使得转子平衡。

在所述的电动机中，端环用非磁性材料构造。

在所述的电动机中，端环经由压配合、铆合和焊接中的至少一种附接到转子。

本发明还提供一种电动机，包括:定子，相对于驱动单元壳体固定且具有绕组；转子，配置为在定子中绕轴线旋转，其中空气隙限定在转子和定子之间；和端环，固定到转子，用于与之旋转；其中:电动机，通过重力自流经由流动到定子的绕组和流动经过所述绕组、从绕组流动到转子且从转子回到定子的流体而被冷却；端环，包括环形通道，其配置为随流体从转子向回流动到定子而捕获从绕组流动到转子的流体且将流体从空气隙转移，由此限制电动机中的旋转损失；端环包括外周，且其中通道绕该外周连续延伸；和在横截面视图中，端环包括阶梯部分且通道至少部分地布置在阶梯部分中。

在所述的电动机中，在横截面视图中，通道包括配置为引导流体离开空气隙的倾斜轮廓。

在所述的电动机中，所述外周包括尖锐边缘，所述尖锐边缘定位在与轴线垂直的平面中，且其中尖锐边缘配置为产生流体与端环的分离。

在所述的电动机中，阶梯部分包括增加的材料部分，所述增加的材料部分配置为用于通过将材料从该部分除去而使得平衡转子。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式(一个或多个)和实施例(一个或多个)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是混合动力电动车的示意图，其采用了具有至少一个电动机/发电机的电可变变速器(EVT)。

图2是如图1所示的EVT的示意性部分近距横截面侧视图，显示了端环的一个实施例，其配置为让冷却流体从电动机/发电机的转子和定子之间的空气隙转移。

图3是如图2所示的电动机/发电机的示意性部分正视图。

图4是如图1所示的电动机/发电机的示意性近距横截面部分侧视图，显示了端环的另一实施例。

图5如图1所示的电动机/发电机的示意性近距横截面部分侧视图，显示了端环的又一实施例。

具体实施方式

参见附图，其中相同的附图标记指示相同的部件，图1示出了车辆10。车辆10包括混合动力传动系12，其配置为让车辆起步和推进，即经由驱动车轮14在低道路速度和高道路速度之间的所有速度范围内运行车辆。如所示的，混合动力传动系12包括多个动力源，动力源可以包括内燃发动机16、第一电动机/发电机18和第二电动机/发电机20。发动机16操作性地连接到电机械驱动单元，所述电机械驱动单元被显示为是“电可变变速器”(EVT)22。如另外所示的，第一和第二电动机/发电机18、20实体设置在EVT22内部。

如本领域技术人员已知的，“电可变变速器”包括操作性地连接到发动机16、第一电动机/发电机18和第二电动机/发电机20每一个的齿轮结构24，所述齿轮结构通常配置为变速器行星齿轮系。将发动机16和两个电动机/发电机18和20的相应扭矩传递到行星齿轮系的不同构件允许动力源中的一个辅助或平衡另外两个中任何一个的运行。由此，操作性地连接到EVT 22的一个发动机16和两个电动机/发电机18和20的组合允许发动机和电动机/发电机的速度和扭矩被控制和被独立地选择，以便更有效地为车辆10提供动力。

车辆10另外包括具有未具体示出但是本领域技术人员已知的一个或多个电池的能量存储系统。能量存储系统操作性地连接到电动机/发电机18和20，从而电动机/发电机可以传递扭矩到发动机16或从发动机16接收扭矩。虽然未示出，但是车辆10还包括控制器或电子控制单元(ECU)。控制器操作性地连接到动力源和能量存储系统，用于控制从动力源到齿轮结构24的扭矩分配。

虽然如图所示的混合动力传动系12包括发动机16，但是EVT22也可以仅连接到第一和第二电动机/发电机18、20。在这种情况下，动力传动系12不在是混合动力类型的，而将是纯电的，且EVT 22可随后被宽泛地称为电机械驱动单元。出于简单的目的，参考电机械驱动单元EVT22描述本发明的其余部分，所述电机械驱动单元连接到发动机16以及电动机/发电机18、20。另外，混合动力传动系12的连接(如后文详述的)可以允许对来自第一和第二电动机/发电机18和20的组合的扭矩要求减少，同时提供可接受的车辆性能，如与其他系统相比。

如图2所示，EVT 22可以操作地连接到发动机16的输入构件26和可以操作地连接到驱动车轮14的输出构件28。EVT 22还包括驱动单元壳体30，所述驱动单元壳体保持EVT的内部部件且还用作让一些扭矩传递装置(未示出)按要求固定在其上的静止构件，以实现不同传动比之间的变换。齿轮结构24操作性地连接到输出和输入构件26、28每一个。EVT 22还包括泵32，所述泵可以被如上所述的能量存储系统电驱动。泵32配置为让流体34在EVT 22内部循环流动，所述流体例如特别配方的变速器油。

如图2所示，第一和第二电动机/发电机18、20每一个包括具有层叠片36-1的转子36。转子36被轴承37支撑且操作性地连接到齿轮结构24。第一和第二电动机/发电机18、20每一个还包括围绕转子36的定子38。定子38包括绕组40且相对于驱动单元壳体30固定。因而，转子36配置为在混合动力传动系12的相关操作期间在定子38内部相对于每一个目标电动机/发电机18、20的轴线X1旋转。间隙或空气隙39限定(即存在于)转子36和定子38之间，用于转子和定子之间的无接触旋转。

如图2所示，第一和第二电动机/发电机18、20每一个也可以包括电动机壳体42，所述电动机壳体配置为将转子36和定子38保持在EVT 22内部。流体34被朝向电动机/发电机18、20供应，从而目标电动机/发电机的定子38经由通过重力自流或经由流体压力而与定子接触的流体冷却。在与定子38的初始接触之后，流体通常流动到定子绕组40上且经过定子绕组40，从绕组流到到转子36，且从转子回到定子。流体空腔44可以形成在驱动单元壳体30和电动机壳体42之间。在EVT 22运行期间，流体空腔44可以直接从泵32或经由供给部46接收流体34，所述供给部设置在驱动单元壳体30中且与泵流体连通。流体空腔44可以经由设置在驱动单元壳体30和电动机壳体42(如图所示)之间的多个密封件48密封，或保持打开到EVT 22的其他内部部件。在密封的流体空腔44的情况下，流体34可以随后从空腔通过经由进给通道49的重力自流而被供应。替换地，流体34可以设置到转子36的内部或中央部分36-2且随后与定子绕组40接触。

如图3所示，定子38具有大约跨过定子横截面180度的上半部分38-1和大致沿直径相对的跨过定子横截面的剩余大约180度的下半部分38-2。流体34被供应到每一个电动机/发电机18、20附近，从而通过流动或低落到且经过上半部分38-1的流体冷却定子38。流体34可以流动通过绕组40且进入轴承37和转子36的中央部分36-2，或从中央部分36-2流动到绕组40。在冷却和润滑了中央部分36-2和轴承37之后，流体34将通常流动到定子38的下半部分38-2且随后排出到EVT 22的其他部分。进而，流体34可以在转子36和定子38之间收集在空气隙中。收集在空气隙39中的流体34可以在转子36和定子38之间产生液压拖曳，由此增加旋转损失且降低目标电动机/发电机的运行效率。

参考图2，环形端环50固定到转子36，用于与之一起旋转。端环50可以经由压配合、铆合和焊接中的至少一种附接到转子36。如另外所示的，端环50设置在转子36的远端36-3处且提供对层叠片36-1的轴向保持，所述层叠片形成电动机/发电机18、20中的磁通路径的一部分。端环50用非磁性材料构造，例如不锈钢或铝，以便不与目标电动机/发电机18、20产生的磁场干扰。每一个电动机/发电机18、20可以在一个端部处使用一个端环50而在电动机/发电机的另一端部处使用另一端环50。

端环50包括环形通道52，其配置为捕获从绕组40流动到转子36的流体34，和随流体通过重力自流从转子向回流动到定子38，将流体转移或引导离开空气隙39且回到绕组。因而，通过将流体转移离开空气隙39，通道52限制电动机/发电机18、20的旋转损失。从空气隙39转移的流体34在转子36的零旋转速度下具有重要作用，以便在没有将流体泵到空气隙以外的转子运动时防止空气隙被淹没。否则，如果流体34在转子36静止时收集在空气隙中，则目标电动机/发电机18、20将在转子36旋转开始时经历显著的效率损耗。

如所示的，端环50包括通过直径D限定的外周且通道52绕该外周连续延伸。在外周上，端环50包括尖锐边缘50-2，其配置为产生流体34从端环50的分离，具体是从端环的面50-1流动。尖锐边缘50-2通过平面P1限定，所述平面基本上与轴线X1垂直(即在适当的制造公差范围内)，且是通道的最靠近面50-1的特征。因而，尖锐边缘50-2的形状有助于在距空气隙39一定距离处将流体34排出。尖锐边缘50-2可以通过端环50的成形或机加工的角部产生，其基本上相对于平面P1等于或小于85度。在本发明的情况下，“基本上等于或小于85度”意味着尖锐边缘50-2可以通过比90度小的角度限定，即锐角。

如显示了EVT 22的截面图的图2所示的，通道52可以包括通过基本上相对于轴线X1平行的平坦底部表面52-1限定的轮廓。替换地，如图4和5中转子的近距视图所示的，通道52可以包括通过倾斜底部表面52-2(其配置为将流体34引导离开空气隙39)限定的轮廓。倾斜底部表面52-2定位为相对于轴线X1成角度θ。在相对于定子38的上半部分38-1观察时，角度θ可以相对于轴线X1沿正方向或负方向中之任一。因而，如从上半部分38-1的角度观察，在通道52向上离开面50-1且朝向转子36倾斜时角度θ为正，且在通道52向下离开面50-1且朝向转子36倾斜时角度θ为负。角度θ的大小可以是例如沿正或负方向中之任一相对于轴线X1成5到45度。

如图4和5所示，倾斜底部表面52-2的角度θ允许重力拉动流体34，从而流体将收集在最低位置53-1(如图4所示)或53-2(如图5所示)，取决于角度θ是为正还是负。然而，随流体34向下流动到定子的下半部分38-2，一些流体会附着到倾斜底部表面52-2且向回朝向空气隙39流动。因而，与定子38的下半部分38-2相对、落入上半部分38-1中的空气隙39附近的流体34的流量和流体的粘性是影响具体角度θ确定的变量，从而最大体积的流体可以从空气隙39离开。

例如，如果流体34的粘性高且喷出的流量低，则通道52中的流体将倾向于附着于倾斜底部表面52-2且停留在下半部分38-2处的通道52中。在这种情况下，正角度θ将用于倾斜底部表面52-2，以便在下半部分38-2中引导流体离开空气隙39。如图4所示，因为倾斜底部表面52-2相对于轴线X1布置于正角度θ，所以底部表面捕获上半部分38-1附近的流体且在位置53-1将流体34排出到通道52以外，所述位置是通道上相对于空气隙39最远的位置。

另一方面，如果流体34的粘性低且喷射的流量高，则流体将倾向于在轴线X1附近从通道52分离且通过重力离开端环50落到定子38的下半部分38-2上。因而，在这种情况下，负角度θ将用于倾斜底部表面52-2，以便在上半部分38-1附近将流体引导离开空气隙39。如图5所示，因为倾斜底部表面52-2相对于轴线X1布置在负角度θ，所以通道52的最深部分位于位置53-2，所述位置是通道上相对于空气隙39最远的可能位置。因而，在适当正或负角度θ用于具体电动机/发电机18、20时，流体将倾向于离开尖锐边缘50-2处的端环，以由此进一步有助于在远离空气隙39的距离处排出流体34。

如图2和4-5的截面图额外显示的，端环50也可以包括阶梯部分50-3。通道52至少部分地布置在阶梯部分50-3中。阶梯部分50-3配置为(即成形为)将从转子36内部排出的流体34引导离开空气隙39。阶梯部分50-3的形状目的是有助于将流体从端环50排出，而不沿整个面50-1流动，其中流体34的增加速度将有助于流体从面分开。另外，如图3所示，阶梯部分50-3包括增加的材料部分54，其配置为用于通过将材料从该部除去而使得转子36平衡。因而，该部分54配置具有足够的材料，从而在材料除去以用于转子36的平衡之后，将保持至少某种最小的材料厚度，例如在机加工区域和通道52之间至少0.5mm。端环50的这种平衡可以通过钻孔、磨削或阶梯部分50-3的其他机加工实现。

流体34在目标电动机/发电机18、20中的速度和流量将影响流体如何收集在端环50上和流体将收集在端环50上何处。另外，流体34是经由流体空腔44在定子38的上半部分38-1引入还是经由转子36的中央部分36-2在下半部分38-2引入也将影响流体将如何相对于端环特征部(即通道52和阶梯部分50-3)流动。如果流体34经由流体空腔44在定子38的上半部分38-1处引入，则流体将通常沿通道50向下流动。另一方面，如果流体经由中央部分36-2在下半部分38-2处引入，则流体将沿面50-1和阶梯部分50-3向下流动。

通过端环50协助冷却和润滑有益于电动机/发电机18、20，以有助于除去绕组40通常会在电流反复经过其中时遇到的热应力，同时降低EVT 22运行期间的旋转损失。因而，经由排放到绕组40上的流体34的连续冷却将用于降低定子38的温度且增加具体电动机/发电机18或20的运行窗(operatingwindow)、寿命和可靠性。进而，重力可用于将流体34置于绕组40上，而端环50可以有利地用于让流体从空气隙39有效转移，以限制目标电动机/发电机18、20中的旋转损失。

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。进而，附图所示的实施例或本发明说明书提到的各种实施例的特点不应被理解为是彼此独立的实施例。相反，实施例的一个例子中所述的每一个特点可以与其他实施例的一个或多个其他期望特点组合，形成并未参考附图所述的其他实施例因而，这种其他实施例落入所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种电机械驱动单元，能与至少一个功率源连接，用于对车辆进行起步和推进，包括:

输入构件和输出构件；

驱动单元壳体；

齿轮结构，操作性地连接到输出部和输入构件每一个；

泵，配置为让流体在驱动单元壳体内部循环流动；和

电动机，包括:

定子，相对于驱动单元壳体固定且具有绕组；

转子，操作性地连接到齿轮结构且配置为在定子中绕轴线旋转，其中空气隙限定在转子和定子之间；和

端环，固定到转子，用于与之旋转；

其中:

电动机，通过重力自流经由流动到定子的绕组和流动经过所述绕组、从绕组流动到转子且从转子回到定子的流体而被冷却；和

端环，包括环形通道，其配置为随流体从转子向回流动到定子而捕获从绕组流动到转子的流体且将流体从空气隙转移，由此限制电动机中的旋转损失。

2.如权利要求1所述的电机械驱动单元，其中端环包括外周，且其中通道绕该外周连续延伸。

3.如权利要求2所述的电机械驱动单元，其中所述外周包括尖锐边缘，所述尖锐边缘定位在与轴线垂直的平面中，且其中尖锐边缘配置为产生流体与端环的分离。

4.如权利要求1所述的电机械驱动单元，其中在横截面视图中，通道包括配置为引导流体离开空气隙的倾斜轮廓。

5.如权利要求4所述的电机械驱动单元，其中在横截面视图中，端环包括阶梯部分且通道至少部分地布置在阶梯部分中。

6.如权利要求5所述的电机械驱动单元，其中阶梯部分包括增加的材料部分，所述增加的材料部分配置为用于通过将材料从该部分除去而使得转子平衡。

7.如权利要求1所述的电机械驱动单元，其中端环用非磁性材料构造。

8.如权利要求1所述的电机械驱动单元，其中端环经由压配合、铆合和焊接中的至少一种附接到转子。

9.一种电动机，包括:

定子，相对于驱动单元壳体固定且具有绕组；

转子，配置为在定子中绕轴线旋转，其中空气隙限定在转子和定子之间；和

端环，固定到转子，用于与之旋转；

其中:

电动机，通过重力自流经由流动到定子的绕组和流动经过所述绕组、从绕组流动到转子且从转子回到定子的流体而被冷却；

端环，包括环形通道，其配置为随流体从转子向回流动到定子而捕获从绕组流动到转子的流体且将流体从空气隙转移，由此限制电动机中的旋转损失；

端环包括外周，且其中通道绕该外周连续延伸；和

在横截面视图中，端环包括阶梯部分且通道至少部分地布置在阶梯部分中。

10.如权利要求9所述的电动机，其中:

在横截面视图中，通道包括配置为引导流体离开空气隙的倾斜轮廓；

所述外周包括尖锐边缘，所述尖锐边缘定位在与轴线垂直的平面中，且其中尖锐边缘配置为产生流体与端环的分离；和

阶梯部分包括增加的材料部分，所述增加的材料部分配置为用于通过将材料从该部分除去而使得转子平衡。