CN105075068B - 电动机或发电机 - Google Patents

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Abstract

一种电动机或发电机，包括：具有用于安装电子线圈的定子齿的定子、转子、被配置为控制电子线圈中的电流以在转子上生成旋转扭矩的第一电子装置、以及被配置为改变提供至第一电子装置的电流的第二电子装置，其中，定子包括具有冷却通道的冷却装置，所述冷却通道被配置用于冷却电子线圈、第一电子装置和第二电子装置。

Description

电动机或发电机
技术领域
本发明涉及电动机或发电机，尤其涉及具有冷却通道的电动机或发电机。
背景技术
随着对环境友好车辆的增长的兴趣，对用于为电动车辆提供驱动扭矩的电动机的使用的兴趣也相应地增加。
电动机以以下原理工作：电流承载线在存在磁场时将经受一个力。当将电流承载线垂直于磁场放置时，电流承载线受到的力与磁场的通量密度成正比。通常，在电动机中，电流承载线受到的力被形成为旋转扭矩。
已知类型的电动机的例子包括感应电动机、无刷永磁电动机、开关磁阻电动机和同步滑环式电动机，其包括转子和定子，这是本领域技术人员公知的。
在商业领域中，三相电动机是最常见的一种可用可动机。
三相电动机通常包括三个线圈组，其中，每个线圈组被配置为生成与交流电压的三个相中的一个相关联的磁场。
为了增加形成在电动机内的磁极的数量，每个线圈组通常会具有围绕电动机的外周分布的多个线圈子组，这些线圈子组被驱动以产生旋转磁场。
三相电动机的三个线圈组通常被配置为三角形或Y形构造。
用于具有DC电源的三相电动机的控制单元通常会包括三相桥式逆变器，该三相桥式逆变器生成三相电压供给以驱动电动机。各个电压相中的每一个被施加至电动机的相应的线圈组。
通常，三相桥式逆变器使用脉宽调制(PWM)电压控制的形式来生成三相电压供给。PWM控制通过以下来工作：使用电机感应平均化所施加的脉冲电压以将所需电流驱动至电机线圈中。通过使用PWM控制，所施加的电压在电机线圈上切换。在此期间，电流以由电机线圈的电感和所施加电压指示的速率在电机线圈中升高。PWM控制之后需要在电流改变过多之前被关闭以实现电流的精确控制。
三相桥式逆变器包括多个开关装置，例如，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关的电力电子开关。
在电动车辆电机的情况下，变得越来越流行的驱动设计是集成轮内电动机设计，其中，电动机及其相关控制系统被集成在车辆的车轮内。
然而，电动机及其相关控制系统在车辆的车轮内的集成可能施加对于电动机的增加的热管理考虑，其可能导致电动机的效率和功率生成能力的降低。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种根据所附权利要求的电动机或发电机。
所要求保护的发明提供允许使用单个冷却通道来提供对电动机内的多个部件的冷却的优点，其中，该单个通道可以被配置为基于不同部件的冷却需求来提供优化的冷却。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明，其中：
图1示出实现本发明的电机的分解视图；
图2是从替换角度来看的图1的电机的分解视图；
图3示出根据本发明实施例的定子的横截面视图；
图4示出根据本发明实施例的定子的横截面视图；
图5示出根据本发明第一实施例的冷却通道模制件；
图6示出根据本发明第二实施例的冷却通道模制件。
具体实施方式
图1和图2示出包含根据本发明的具有冷却装置的电动机的电动机组件，其中，电动机组件包括内置电子器件并且被配置为用作容纳在轮子内的轮毂电机或轮内电动机。然而，本发明可以包含在任何形式的电动机中。电动机还可以被配置为发电机。
为了本实施例的目的，如图1和图2所示，轮内电动机包括定子组件252和转子组件240。定子组件252包括具有冷却通道的热沉253、多个线圈254、安装在定子的后部用于驱动线圈的电子模块255、和在形成在定子的后部上的凹口257内的安装在定子上的电容器(未示出)。在优选实施例中，该电容器是环形电容器元件。
线圈254形成在定子齿层叠片上以形成线圈绕组。定子盖256安装在定子252的后部，包封电子模块255以形成定子组件252，其之后可以固定至车辆并且在使用期间不相对于车辆旋转。
电子模块255包括两个控制装置400，其中每个控制装置400包括逆变器和控制逻辑，控制逻辑在本实施例中包括处理器，用于控制逆变器的操作。
为了减小当切换电流时容纳在电子模块255中的逆变器上的电感效应，安装在定子上的电容器用作电动机逆变器的本地电压源。通过将电容器靠近逆变器放置，最小化与电压源相关的电感。
转子240包括前部220和形成盖的圆筒部分221，其基本上围绕定子组件252。转子包括围绕圆筒部分221的内侧布置的多个永磁体242。为了本实施例的目的，32个磁体对安装在圆筒部分221的内侧。然而，可以使用任意数量的磁体对。
磁体紧密靠近定子252上的线圈绕组，以使得由线圈所产生的磁场与围绕转子组件240的圆筒部分221的内侧布置的磁体242相互作用以使转子组件240旋转。因为永磁体242被利用以生成用于驱动电动机的驱动扭矩，永磁体通常被称为驱动磁体。
转子240通过轴承块223附接至定子252。轴承块223可以是将在该电机组件要被安装至的车辆中使用的标准轴承块。轴承块包括两个部件，第一部件固定至定子，第二部件固定至转子。轴承块固定至定子252的壁的中央部分253并且还固定至转子240的外壳壁220的中央部分225。由此，转子240在转子240的中央部分225处经由轴承块223旋转地固定至与其一起使用的车辆。这具有以下优点：之后通过使用普通的车轮螺栓将轮辋固定至转子的中央部分，从而牢固地固定在轴承块223的可旋转侧上，可以将轮辋和轮胎在中央部分225处固定至转子240。车轮螺栓可以穿过转子的中央部分225固定至轴承块本身中。在转子240和车轮都安装至轴承块223的情况下，转子和车轮的旋转角一一对应。
图2示出从相对侧来看的图1的相同组件的分解视图，其示出定子组件252和转子组件240。转子组件240包括外部转子壁220和外周壁221，在外周壁221内沿圆周布置了磁体242。如前所述，定子组件252在转子和定子壁的中央部分处经由轴承块连接至转子组件240。
在转子的外周壁221和定子的外边缘之间设置了V形密封件。
转子还包括用于位置感测的一组磁体227，也称为换向磁体，其与安装在定子上的传感器结合以允许估计转子磁通角。转子磁通角定义驱动磁体相对于线圈绕组的位置关系。可替换地，代替一组单独的磁体，转子可以包括磁性材料环，其具有用作一组单独磁体的多个极。
为了允许换向磁体用于计算转子磁通角，优选地，每个驱动磁体具有关联的换向磁体，其中，通过校准所测量得到的换向磁体磁通角从与一组换向磁体相关的磁通角得到转子磁通角。为了简化换向磁体磁通角和转子磁通角之间的相互关系，优选地，该组换向磁体具有与驱动磁体对的组相同数量的磁体或磁极对，其中，换向磁体和相关驱动磁体相互大致径向对准。因此，为了本实施例的目的，该组换向磁体具有32个磁体对，其中，每个磁体对与相应驱动磁体对大致径向对准。
传感器(在该实施例中为霍尔传感器)安装在定子上。传感器被定位以使得随着转子旋转，形成换向磁体环的换向磁体中的每一个分别旋转经过传感器。
随着转子相对于定子旋转，换向磁体相应地旋转经过传感器，霍尔传感器输出AC电压信号，其中传感器对于经过传感器的每个磁体对输出360电角度的完整电压周期。
为了改进位置检测，优选地，传感器包括相关联的第二传感器，其与第一传感器位移90电角度放置。
本实施例中的电机包括两个线圈组，每个线圈组具有三个线圈子组，三个线圈子组以Y形构造耦合以形成三相子电机，从而使得电机具有两个三相子电机。然而，尽管本实施例描述了具有两个线圈组(即，两个子电机)的电机，但电机可以同等地具有三个或更多个线圈组以及相关的控制装置(即，三个或更多个子电机)。例如，在优选实施例中，电机包括八个线圈组，每个线圈组60具有以Y形构造耦合以形成三相子电机的三个线圈子组，使得电机具有八个三相子电机。
图3示出定子热沉253的横截面视图，其中，冷却通道300形成在定子热沉253的圆周部分中。冷却液被配置为流经冷却通道300，如下所述。
冷却通道300被配置为具有第一部分310，第一部分310被定向为基本垂直于冷却通道300的第二部分320。第一部分310和第二部分320形成单个冷却通道300，其中，冷却液被配置为流动通过第一部分310和第二部分320。另外，第一部分310和第二部分320耦合以允许冷却液在第一部分310和第二部分320之间流动。
如图4所示，冷却通道300的第一部分310的一个侧面被配置为邻近定子热沉253的第一表面410延伸。
冷却通道300的第一部分310的第二侧面被配置为邻近定子热沉253的第二表面420延伸，控制装置400被配置为安装在第二表面420上，如图4所示。
另外，冷却通道300的第二部分320的一个侧面被配置为邻近定子热沉253的第三表面430延伸。定子齿和线圈绕组254被配置为安装在第三表面430上，如图4所示。
冷却通道300的第二部分320的第二侧面被配置为邻近定子热沉253的第四表面440延伸，其中第四表面440形成用于容纳电容器450的凹口257的一个侧面，如图4所示。
因此，本发明提供具有冷却通道的冷却装置，其被配置为冷却电子线圈254、第一电子装置(即，控制装置400)和第二电子装置(即，电容器450)。
为了示出冷却通道300的优选配置，图5示出用于在定子热沉253内形成冷却通道300的冷却通道模制件500的优选实施例。优选地，定子热沉257使用砂型铸造工艺来形成，其中，冷却通道模制件300由沙子形成。然而，可以使用任何合适形式的工艺。
本领域技术人员可以理解，冷却通道模制件500的实心部分对应于冷却通道的、冷却液能够在定子热沉253内流动的部分。
相应地，形成在冷却通道模制件500内的间隙对应于冷却通道300内冷却液不能流动的实心部分。
冷却通道模制件500上的特征A对应于冷却通道入口，在此，冷却液被输入至冷却通道中。在定子热沉253内，冷却液以基于图5所示的冷却通道模制件的定向的顺时针方向经过冷却通道300的正交定向部分，冷却通道300的正交定向部分对应于冷却通道300的第一部分310和第二部分320。
冷却通道模制件500上的特征B对应于冷却通道出口，在此，冷却液从冷却通道300输出。
冷却通道300的入口部分的尺寸优选地被配置为确定被引导至在冷却通道300的相应的第一部分310和第二部分320中循环的冷却液的量。例如，冷却通道入口内的突起可以用于设置要在冷却通道300的相应的第一部分310和第二部分320内循环的冷却液的所需百分比。通过示出，如果在冷却通道的第二部分(即夹在电容器450和定子齿的底部之间的冷却通道部分)中需要更大量的冷却，则冷却通道入口内的突起可以用于沿着冷却通道300的该部分输送大部分冷却液。
通过在冷却通道300的第一部分310和第二部分320之间的接口处包括多个突起510，最小化在冷却通道300的第一部分310和第二部分320之间流动的冷却液的量，如图5所示。突起510用作对在冷却通道300的第一部分310和第二部分320之间的冷却液流的障碍，并且因此抑制了两个部分310、320之间的冷却液的移动，由此允许使用单个冷却液通道，但其中在单独部分310、320中冷却液的量可以被独立控制。
优选地，突起510的效果可以通过延伸它们以形成凸条520以覆盖冷却通道的更多实质部分来增强，如图6所示。
因为冷却通道300的第一部分310和第二部分320中的冷却液的流动实际上独立，所以冷却通道300的第一部分310和第二部分320的横截面积可以根据与不同冷却通道部分相关的冷却需要来独立地选择。例如，如果需要增加的冷却，则横截面积可以降低以增加液体流。然而，优选地，针对本实施例，液体流保持为低于每秒五米以最小化定子热沉253的侵蚀的风险。
为了进一步微调冷却通道300的第一部分310和第二部分320的冷却特性，第一部分310和/或第二部分320内的不同部分的横截面积可以根据特定冷却需求而改变。例如，因为安装在定子热沉253上的两个控制装置400中的每一个仅延伸定子热沉圆周的四分之一，为了增强在定子热沉253的安装有控制装置400的部分上的冷却，冷却通道300的第一部分310的在这些位置处的横截面积可以相对于第一部分310的未安装控制装置400的部分而减小，从而增加定子热沉253的在安装控制装置400的位置处的冷却能力。
因此，基于冷却需求，不仅可以在冷却通道300的第一部分310和第二部分320之间改变冷却的量，还可以围绕冷却通道300的第一部分310和第二部分320来改变冷却的量。
增加由定子热沉253提供的冷却的量的另一方法是增大冷却通道的第一和/或第二部分的表面积。在目标位置处(例如在控制装置400下面)提供增大的表面积的一种方法是结合冷却凸条530，如图6所示。
尽管本实施例描述了具有正交定向部分的单个冷却通道，该正交定向部分被配置为向电动机的不同元件和相关控制系统提供最佳的冷却，但电动机还可以包括用于冷却其他部件的另外的冷却通道，其中，该另外的冷却通道可以是传统设计或者如上所述的设计。

Claims (10)

1.一种电动机或发电机，包括：具有用于安装电子线圈的定子齿的定子、转子、被配置为控制所述电子线圈中的电流以在所述转子上生成旋转扭矩的第一电子装置、以及被配置为改变提供至所述第一电子装置的电流的第二电子装置，其中，所述定子包括具有冷却通道的冷却装置，所述冷却通道被配置用于冷却所述电子线圈、所述第一电子装置和所述第二电子装置，其中，所述冷却通道被配置为具有第一部分，所述第一部分被定向为基本垂直于所述冷却通道的第二部分，其中，所述冷却通道的第一部分的一个侧面被配置为与所述电子线圈的第一侧面并排延伸，所述冷却通道的第一部分的第二侧面被配置为与所述第一电子装置的至少一部分并排延伸，所述冷却通道的第二部分的一个侧面被配置为与所述定子齿的第一侧面并排延伸，以及所述冷却通道的第二部分的第二侧面被配置为与所述第二电子装置的至少一部分并排延伸。
2.根据权利要求1所述的电动机或发电机，其中，冷却液被配置为流动通过所述冷却通道的第一部分和第二部分。
3.根据权利要求2所述的电动机或发电机，其中，所述冷却通道具有用于将冷却液流引导至所述冷却通道的另一部分中的至少一个特征。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电动机或发电机，其中，所述第一部分和所述第二部分的横截面积基于所述电子线圈、所述第一电子装置和所述第二电子装置的相对冷却需求来选择。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的电动机或发电机，其中，所述冷却通道被配置为围绕所述定子在径向和/或圆周方向上延伸。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的电动机或发电机，其中，所述第一电子装置是IGBT或其他功率控制装置。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的电动机或发电机，其中，所述第二电子装置是电容器，用于对流向所述第一电子装置的电流进行滤波。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的电动机或发电机，其中，所述冷却通道的第一部分和/或第二部分的横截面积在围绕所述定子的不同位置处变化以改变在围绕所述定子的不同位置处由所述冷却通道提供的冷却的量。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的电动机或发电机，其中，冷却凸条形成在所述冷却通道中以用于在局部区域中提供冷却区域。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的电动机或发电机，其中，冷却凸条形成在所述冷却通道中以用于提供流速改变，所述流速改变用于提供局部冷却。
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