CN105576857A - 用于电动机或发电机的定子 - Google Patents

Abstract

一种用于电动机或发电机的定子，包括周面支承，其具有绕其分布的多个第一接合元件、安装在该周面支承上的具有第一温度传感元件的第一弹性变形元件、用于容纳线圈绕组的多个齿，其中每个齿包括第二接合元件以允许与该周面支承上的第一接合元件接合，从而允许每个齿安装在周面支承上，其中，齿上的线圈绕组被布置成当齿被安装至周面支承时通过以下方式与所述第一温度传感元件接合，即，第一弹性变形元件被布置成当该齿上的线圈绕组与第一温度传感元件接合时变形，以使温度传感元件从第一位置移动至第二位置。

Description

用于电动机或发电机的定子

技术领域

本发明涉及定子，尤其涉及用于电动机或发电机的定子，其布置用于监测电动机或发电机的运行温度。

背景技术

电动机系统通常包括电动机，其具有布置用于控制电动机的电源的控制单元。已知类型的电动机例子包括感应电动机、同步无刷永磁电动机、开关磁阻电动机和直线电动机。在商业领域中，三相电动机是可得到的最常见类型的电动机。

三相电动机通常包括三个线圈组，其中每个线圈组配置成产生与交变电压的三相中的一相相关的磁场。

为了增加形成在电动机内的磁极的数量，每个线圈组通常具有围绕电动机外周分布的若干子线圈组，其被驱动以产生转动磁场。

通过说明，图1示出具有三个线圈组14、16、18的典型的三相电动机10。每个线圈组由四个串联的子线圈组构成，其中对于给定的线圈组来说，通过各子线圈组产生的磁场将具有共同的相。

三相电动机的三个线圈组通常以三角形或Y形构型构成。

用于具有直流电源的三相电动机的控制单元通常包括产生用于驱动电动机的三相供电电压的三相桥式反相器。各电压相位中的每一个被应用至电动机的各线圈组。

三相桥式反相器包括若干开关装置，如电力电子开关，如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关，其被用于由直流供电电压产生交变电压。

当运行时，电动机具有能量损失，这种能量损失通常由随着线圈温度和转矩的平方大致线性增加的铜损耗决定。这对于电动机来说产生热管理问题，因为损耗通过作为电动机内的热能来表明自身，其中，主要的热源作为电流在线圈绕组内流动的结果产生。

由于电动机效率和性能取决于电动机温度并且部件能随着升高的温度而退化，因此期望电动机在一定温度范围内运行，这通常要求监测电动机温度。

然而，温度传感器在电动机内的布置会存在问题，因为可能难以实现与作为电动机内的主要热源的线圈绕组的可靠接触。

期望对这种状况加以改进。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供根据本发明的所附权利要求书的定子。

本发明通过提供使温度传感器被弹簧加载抵靠电动机或发电机的线圈绕组的机构，实现了允许实现温度传感器与线圈绕组在电动机或发电机内的可靠一致的接触的优点。

附图说明

以下将参考附图来举例说明本发明，其中：

图1示出现有技术的三相电动机；

图2示出体现本发明的电动机的分解视图；

图3从其它角度示出图1所示的电动机的分解视图；

图4示出根据本发明实施例的电动机；

图5示出根据本发明实施例的用于电动机的控制装置的分解视图；

图6示出根据本发明实施例的定子散热器；

图7示出根据本发明实施例的定子散热器；

图8示出根据本发明实施例的定子护铁；

图9示出根据本发明实施例的定子护铁；

图10示出根据本发明实施例的定子散热器和热敏电阻引线框；

图11示出根据本发明实施例的热敏电阻引线框；

图12示出根据本发明实施例的定子散热器的局部视图；

图13示出根据本发明实施例的热敏电阻引线框的透视图；

图14示出根据本发明实施例的安装至定子散热器的控制装置的局部视图；

图15示出根据本发明实施例的安装至定子散热器的控制装置的局部视图；

图16示出根据本发明实施例的热敏电阻引线框；

图17示出根据本发明实施例的被弹簧偏压抵靠安装于定子上的线圈绕组的热敏电阻。

具体实施方式

所述的本发明实施例针对具有感温元件的定子，如通过弹性变形元件安装至定子的热敏电阻。定子形成发电机或电动机的一部分，其中电动机优选用于车辆的车轮。但电动机可以位于车辆内的任何位置。电动机是具有一组线圈的类型，这一组线圈作为用于安装至车辆的定子的一部分、被带有用于安装至车轮的一组磁体的转子径向围绕。为避免异议，本发明的不同方面可同样应用于具有相同配置的发电机。同样，电动机的定义想要包括发电机。另外，本发明的一些方面可应用于具有居中安装在径向环绕的线圈内的转子的配置。如本领域技术人员所能理解，本发明能够用于其它类型的电动机。

为了本实施例的目的，如图2和图3所示，轮毂电动机包括定子252，定子具有用作定子252的周向支承的散热器253、热敏电阻引线框(未示出)、定子护铁(未示出)、多重线圈254、在定子后部安装在散热器253上以驱动线圈的两个控制装置400和安装在定子的位于控制装置400内径之内的凹部258中的环形电容器(未示出)，该环形电容器还被称为直流链路电容器。线圈254形成在定子齿叠片上以形成线圈绕组，该齿层安装在定子护铁上。定子盖256安装在定子252后部上，包封控制装置400以形成定子252，然后该定子可固定至车辆且在使用期间不会相对于车辆转动。

每个控制装置400包括两个反相器410和控制逻辑单元420，在该实施例中，控制逻辑单元包括用于控制反相器410的操作的处理器，其在图4中被示意性示出。

环形电容器连接在反相器410与电动机的直流电源之间，用于降低电动机的供电线路上的电压脉动并降低电动机操作期间的电压过冲，该供电线路又被称为直流母线。为了减小的电感，电容器优选安装成靠近控制装置400。

转子240包括前部220和形成盖的柱形部221，该柱形部基本围绕定子252。转子包括布置成围绕柱形部221内部的多个永磁体242。为了本实施例的目的，在柱形部221内部上安装有32对磁体。但可以使用任何对数的磁体。

磁体邻近于定子252上的线圈绕组使得通过线圈产生的磁场与配置为围绕转子240的柱形部221内部的磁体242相互作用以使转子240转动。由于永磁体242用于产生驱动电动机的驱动转矩，因此永磁体常被称为驱动磁体。

转子240通过轴承座223安装至定子252。轴承座223可以是用在车辆中的标准轴承座，所述马达组件将安装在所述车辆中。轴承座包括两个部分，第一部分被固定至定子，第二部分被固定至转子。轴承座被固定至定子252壁的中心部253以及转子240壳壁220的中心部225。于是，转子240转动安装至车辆，该转子将要通过在转子240中心部225的轴承座223与车辆连用。这样做的优点是，轮辋和轮胎可利用常规车轮螺栓被固定至转子240的中心部225，以将轮辋固定至转子中心部，进而牢固固定到轴承座223的转动侧。轮螺栓可以穿过转子中心部225地装入轴承座本身。在转子240和轮都被安装到轴承座223的情况下，在所述转子和轮的转动角度之间存在一一对应关系。

图3从相反侧示出图2所示的相同马达组件的分解图。转子240包括外转子壁220和周壁221，磁体242沿周缘布置在周壁内。如上所述，定子252通过位于转子壁和定子壁的中心部分处的轴承座连接至转子240。

在转子的周壁221与定子的外边缘之间设有V形密封。

转子还包括用于位置检测的一组磁体227，其还被称为换相磁体，这一组磁体与安装在定子上的传感器一起使转子磁通角能被估算。转子磁通角限定出驱动磁体相对于线圈绕组的位置关系。或者，转子还可包括磁性材料环而不是一组独立磁体，所述磁性材料环具有充当一组独立磁体的多个磁极。

为了能够使用换相磁体以计算转子磁通角，优选每个驱动磁体具有相关的换相磁体，其中通过校准所测量的换相磁体磁通角，转子磁通角由与这组换相磁体相关的磁通角导出。为了简化换相磁体磁通角与转子磁通角之间的相关性，这组换相磁体最好具有与所述组驱动磁体对相同数量的磁体或磁极对，其中换相磁体和相关的驱动磁体彼此相互大致径向对准。因此，为了本实施例的目的，该组换相磁体具有32个磁体对，其中每个磁体对与各个驱动磁体对大致径向对准。

在本实施例中为霍尔传感器的传感器安装在定子上。该传感器被定位成当转子转动时形成换相磁环的每个换相磁体分别转动经过该传感器。

当转子相对定子转动时，换相磁体相应转动经过传感器，同时霍尔传感器输出交流电压信号，其中对于经过传感器的每个磁体对，传感器输出360度电角度的完整电压循环。

为了改进位置检测，传感器优选包括相对于第一传感器移位90度电角度的相关的第二传感器。

如图4示意性所示，在本实施例中，电动机包括四个线圈组60，其中每个线圈组60具有三个子线圈组，这三个子线圈组以Y形构造结合以形成三相子电动机，使得在电动机中有四个三相子电动机。各子电动机的操作通过两个控制装置400中的一个来控制。然而，尽管本实施例描述了具有四个线圈组60(即四个子电动机)的电动机，但电动机可同样具有包括相关控制装置的一个或多个线圈组。在优选实施例中，电动机40包括八个线圈组60，每个线圈组60有三个子线圈组，这三个子线圈组以Y形构造结合而形成三相子电动机，使得在电动机具有八个三相子电动机。类似地，每个线圈组可具有任何数量的子线圈组，从而允许每个子电动机具有两相或更多相。

如图4所示，每个线圈组60连接至被包含在控制装置400上的各三相反相器410。如本领域技术人员已知，三相反相器包括六个开关，其中可通过六个开关的可控操作生成三相交变电压。然而，开关数量取决于要应用至各子电动机的电压相位的数量，其中，子电动机可被构造成具有任何相数。每个控制装置400被设置成经由通信总线与其它控制装置400通信。

控制装置400最好是模块化结构。图5示出优选实施例的分解图，其中也被称为电源模块的每个控制装置400包括电源印刷电路板500，在电源印刷电路板上装有控制印刷电路板520、用于通过直流链路电容器与直流电池相连接的四个电源母线530、用于与各线圈绕组连接的六相绕组母线540和两个电源基体组件510，其中每个电源基体组件510包括反相器。

图6示出定子散热器253的横截面视图，其中定子散热器253包括伸长的圆周支承元件430，伸长的圆周支承元件从径向表面610起轴向延伸。具有定子齿的圆周定子护铁200布置成安装在周面支承430上，该定子齿包括位于齿上的线圈绕组，如图7所示。优选地，为了定子散热器253与定子护铁200之间的改善冷却，周面支承430与定子护铁200之间的接合为过盈配合。圆周定子护铁200通过任何适当方式例如使用热降技术安装至周面支承430。

如图6和图7所示，冷却通道300形成在定子散热器253的周向部分中。冷却剂被布置成绕冷却通道流动，从而为定子护铁200和安装在定子护铁200上的定子齿提供冷却。冷却通道300最好还为直流链路电容器和安装至定子散热器253的控制装置400提供冷却。

在优选实施例中，优选包括用于安装定子齿的伸出部210的定子护铁200以单件整体结构件形式构成，如图8所示。例如定子护铁200能由粉末金属模制，或者更普遍的是由若干相同片层组成，其中该片层通常会由钢片如电工钢制成，然而可以使用具有合适的强度和电磁性能的任何材料。片层还可以在表面上且沿着在齿叠和定子护铁200之间的弯曲接合形状具有绝缘涂层，以防止涡电流在片层之间流动。

片层可以通过任何合适方法生成，例如从所需材料片冲压或切割出期望形状或激光蚀刻。例如，片层可以具有在0.3-0.4毫米(mm)之间的厚度，优选具有大约0.35mm的厚度。

尽管该优选实施例说明了在定子护铁200加工后将定子齿安装至定子护铁200的伸出部，然而定子护铁200同样可被加工成包括定子齿。

如图8所示，定子护铁伸出部210绕定子护铁200的外周分布且用作设置用于容纳定子齿的接合元件，其中每个定子齿具有与位于定子护铁200上的、设置用于将各定子齿保持在定子护铁200的元件对应的元件。

由于定子齿独立于定子护铁200，故定子齿在被安装至定子护铁200前可用线圈绕组被预缠绕，其优点是线圈在齿上的缠绕比在齿被集成至定子支承件情况下更容易。例如，用于传统电动机设计的槽填充量(即填充定子齿之间的槽的铜线量)为约37％。然而，由于当定子以具有整体齿的单件形式形成时无空间约束地允许将线圈绕组被加装至定子齿，故槽填充量能增加至约54％或更高。

优选在定子护铁200被安装至周面支承430前，定子齿被安装至定子护铁200，定子齿被径向压迫至各定子护铁伸出部210(即接合元件)上，其中如上所述，定子护铁200上的接合元件和定子齿的接合元件被布置成将定子齿保持到定子护铁。

可以使用任何合适的方法将定子齿保持置定子护铁。

图9示出定子护铁200的横截面视图，在该定子护铁上装有多个定子齿，其中线圈绕组254形成在各定子齿上。

在电动机包括四个线圈组且其中每个线圈组有三个子线圈组的本实施例中，线圈绕组254按照六个一组来配置，其中在六个相邻的齿上的线圈绕组对应于用于线圈组之一的一个子线圈组。因而在本实施例内存在七十二个定子齿和相关的线圈绕组。然而，线圈绕组可以被配置为任何构型。

如图10所示，在与定子轴线垂直且与周面支承430垂直的平面中，热敏电阻引线框1010被安装在定子散热器径向表面1020的外边缘上。周面支承430形成于定子散热器253的径向表面，热敏电阻引线框1010安装于同一径向表面。热敏电阻引线框1010包括两个热敏电阻1030，其中每个热敏电阻1030布置用于监测装在各定子齿上的线圈绕组的温度。每个热敏电阻1030安装在各弹性变形臂1040上，如下所述。

尽管优选实施例将热敏电阻引线框1010描述为具有用于监测安装在两个单独定子齿上的线圈绕组温度的两个热敏电阻1030，然而热敏电阻引线框1010可以具有单独的热敏电阻1030，其安装在单独的弹性变形臂或用于监测单独齿上的线圈绕组的温度的元件上。或者，可以在热敏电阻引线框1010上安装任何数量的热敏电阻1030。同样，可以使用任何温度传感元件替代热敏电阻，例如电阻温度检测器。

图11示出在安装至定子散热器253之前的热敏电阻引线框1010的优选实施例。热敏引线框1010包括被封装在塑料壳体内的四个电连接元件1110，其中该塑料壳体包括安装部段1120、垂直于安装部段1120形成的连接部段1130和两个弹性变形臂1040。两个弹性变形臂1040形成在安装部段1120的相对边缘或相对两侧上并且沿着垂直于连接部段1130和安装部段1120的纵轴线的方向延伸。

安装部段1120具有内表面1150，该内表面布置用于当热敏电阻引线框1010被安装至定子散热器253时与定子散热器径向表面1020平齐地安放。在每个弹性臂1040的端部处安装有热敏电阻1030，在被安装至定子散热器253情况下，所述热敏电阻在其各自弹性变形臂1040上在朝向安装在定子齿上的线圈绕组254的方向取向。

当将热敏电阻引线框1010安装至散热器253时，热敏电阻引线框1010的连接部段1130布置成延伸穿过定子散热器的径向表面1020的外边缘中的孔口，如图12所示，图12示出热敏电阻引线框连接部段1130的端部，其延伸穿过定子散热器253的与安装热敏电阻引线框1010所在的表面相反的径向表面。连接部段1130允许热敏电阻引线框1010与其中一个控制装置400电连接。电连接元件1110具有位于各电连接元件1110的一端的从连接部段1130端面1210起伸出的第一连接部段和位于电连接元件1110的另一端的从安装部段1120起伸出的第二连接部段，如图13所示，其中图13示出热敏电阻引线框1030的透视图。电连接元件1110允许控制装置400被连接至热敏电阻1030，从而允许控制装置400监测线圈绕组254的温度，如将在下文中所述。

图14示出安装至定子散热器253的、与安装热敏引线框1010所在的表面相反的径向表面上的控制装置400。控制装置400具有开口部段1410以允许热敏电阻引线框连接部段1130的端部穿过其中。

图15示出电连接元件1510，其将从热敏引线框的连接部段1130的端面1210延伸的电连接元件1110电连接至安装在控制装置400内的控制印刷电路板520，以允许控制装置400测量热敏电阻1030的温度。

为保证每个热敏电阻1030的测量特性基本相同，从两个热敏电阻1030至各电连接元件1110的第二连接部段的引线长度优选基本相等的长度。

为了允许检测不同的子线圈组上的线圈绕组254的温度，安装在各弹性变形臂上的热敏电阻1030可能需要被安装在距热敏电阻引线框安装部段1120的不同距离处。因此，弹性变形臂1140的长度可能需要是不同的长度。

为了容置来自两个热敏电阻1030的基本相同长度的热敏电阻引线，弹性变形臂被布置为允许热敏电阻引线以允许每个热敏电阻1030的引线被固定至弹性变形臂1140的方式进行布线，尽管热敏电阻引线的长度是不同的，如图16所示。

当热敏电阻引线框1010被安装至定子散热器253时，各热敏电阻1030位于第一位置，在此，热敏电阻1030被布置成在当定子护铁200安装在周面支承430上时线圈绕组254所处的区域中延伸超过周面支承430。当定子护铁200安装在周面支承430上时，安装在各定子齿上的线圈绕组254被布置成与热敏电阻1030相接合。

当线圈绕组254与热敏电阻1030接合时，各变形臂允许热敏电阻1030被线圈绕组254推回，使各热敏电阻1030移动至第二位置。在第二位置上，热敏电阻1030更靠近散热器径向表面1020的外边缘，此时由于热敏电阻引线框1010的弹性变形臂1140向热敏电阻1030提供弹性偏压，故热敏电阻1030被弹簧加载抵靠各线圈绕组254。因此，热敏电阻1030被压迫抵靠各线圈绕组254，从而保证热敏电阻1030与线圈绕组254相接触。

如上所述，定子护铁200可以用任何适当方式被安装至定子的周面支承430，一旦所述定子护铁200被安装至周面支承430，该适当方式防止定子护铁200相对于周面支承430转动，例如使用允许定子护铁200以过盈配合方式安装至周面支承430的热降技术。

图17示出定子散热器253的俯视图，其中定子齿1710和线圈绕组254被安装在定子散热器253上。线圈绕组254与安装在其中一个热敏电阻引线框弹性变形臂1040上的热敏电阻1030接合。线圈绕组254的位置使热敏电阻1030从其第一非簧载位置移动至其第二位置，此时弹性变形臂1040提供弹性偏压，从而使热敏电阻1030被弹簧加载抵靠线圈绕组254。

尽管本实施例描述了一旦被安装/形成在定子护铁200上则被安装至周面支承430的定子齿，该定子护铁随后被安装至定子散热器的周面支承430，但定子齿能以其它方法安装至定子散热器253，该方法允许一旦定子齿已安装至定子散热器的周面支承430则热敏电阻1030被弹簧加载抵靠安装在定子齿上的线圈绕组254。例如定子护铁200可在定子齿没有被首先安装至定子护铁200情况下被安装或形成在定子散热器的周面支承430上。一旦定子护铁200被安装至定子散热器的周面支承430，则定子齿和相关的线圈绕组254随后例如沿径向或轴向被安装至定子护铁200，其中，定子齿被安装至定子护铁200造成热敏电阻1030从第一非簧载位置移动至第二偏压位置，在这里，由弹性变形臂或元件提供的弹性偏压保证了热敏电阻1030保持与装在定子齿上的线圈绕组254接触。

Claims (18)

1.一种用于电动机或发电机的定子，所述定子包括周面支承、安装在该周面支承上的第一弹性变形元件，其中所述第一弹性变形元件包括第一温度传感元件、用于容纳线圈绕组的多个齿、用于将所述多个齿安装至该周面支承的机构，其中所述第一弹性变形元件被布置成当所述多个齿中的一个或多个齿被安装至该周面支承时允许所述温度传感元件从第一位置移动至第二位置。

2.根据权利要求1所述的定子，其中，绕所述周面支承分布有多个第一接合元件。

3.根据权利要求2所述的定子，其中，每个齿包括第二接合元件以允许与位于所述周面支承上的第一接合元件接合，从而允许每个齿被安装在所述周面支承上，其中位于齿上的线圈绕组被布置成当该齿被安装至所述周面支承时与所述第一温度传感元件接合，使得所述温度传感元件从所述第一位置移动至所述第二位置。

4.根据权利要求1所述的定子，其中，所述多个齿和相关的线圈绕组绕安装元件分布。

5.根据权利要求4所述的定子，其中，所述安装元件被布置成安装至所述周面支承，其中位于齿上的线圈绕组被布置成当所述安装元件被安装至所述周面支承时与所述第一温度传感元件接合，使得所述第一温度传感元件从所述第一位置移动至所述第二位置。

6.根据前述权利要求之一所述的定子，其中，所述第一弹性变形元件在所述温度传感元件位于所述第二位置时提供所述温度传感元件对所述线圈绕组的弹性偏压。

7.根据前述权利要求之一所述的定子，其中，所述第一温度传感元件是热敏电阻或者电阻式温度检测器。

8.根据前述权利要求之一所述的定子，其中，所述第一弹性变形元件和所述第一温度传感元件形成被安装至该周面支承的引线框的部分。

9.根据权利要求8所述的定子，其中，所述引线框包括具有所述第一弹性变形元件的塑料壳体。

10.根据权利要求8或9所述的定子，其中，所述引线框包括第一导电元件用于将所述第一温度传感元件连接至安装在所述周面支承上以监测温度的控制装置。

11.根据权利要求8至10之一所述的定子，其中，该引线框包括第二弹性变形元件，第二温度传感元件安装在所述第二弹性变形元件上。

12.根据权利要求11所述的定子，其中，该引线框包括第二导电元件用于将所述第二温度传感元件连接至安装在所述周面支承上以监测温度的控制装置。

13.根据权利要求11或12所述的定子，其中，在第二齿上的线圈绕组被布置成当所述第二齿被安装至所述周面支承时通过以下方式与所述第二温度传感元件接合，即，所述第二弹性变形元件被布置成当在所述第二齿上的所述线圈绕组与所述第二温度传感元件接合时变形，以使所述第二温度传感元件从第一位置移动至第二位置。

14.根据权利要求1至13之一所述的定子，其中，所述第一温度传感元件被布置用于确定在所述第一齿上的线圈绕组的温度。

15.根据权利要求13所述的定子，其中，所述第二温度传感元件被布置用于确定在所述第二齿上的线圈绕组的温度。

16.根据权利要求11所述的定子，其中，所述第一弹性变形元件形成该引线框上的第一臂且所述第二弹性变形元件形成该引线框上的第二臂。

17.根据权利要求15所述的定子，其中，所述第一臂的和所述第二臂的长度是不同的。

18.根据权利要求12和引用权利要求12时的权利要求13至12之一所述的定子，其中，用于将所述第一温度传感元件连接至所述控制装置的所述第一导电元件的长度与用于将所述第二热感应元件连接至所述控制装置的第二导电元件的长度基本相等。