CN106100160A - 用于车辆的电机 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的电机包括转子和堆叠以形成定子铁芯的多个叠片。每个叠片具有朝向转子延伸并限定槽的齿。定子铁芯包括第一组叠片和第二组叠片。第一组叠片的齿比第二组叠片的齿窄。电机还包括卷绕在槽中以形成线圈的绕组。

Description

用于车辆的电机

技术领域

本公开涉及能够用作马达或发电机的电机的定子设计。

背景技术

诸如电池电动车辆和混合动力电动车辆的车辆包含牵引电池组件以用作车辆的能量源。牵引电池可包括用于帮助管理车辆性能和操作的组件和系统。牵引电池还可包括高电压组件和气体或液体热管理系统以控制电池的温度。牵引电池电连接到提供扭矩至驱动车轮的电机。电机通常包括定子和转子，定子和转子配合以将电能转换为机械运动或反之亦然。

发明内容

根据一个实施例，一种用于车辆的电机包括：转子；多个叠片，堆叠以形成定子铁芯。每个叠片具有朝向转子延伸并限定槽的齿。定子铁芯包括第一组叠片和第二组叠片。第一组叠片的齿比第二组叠片的齿窄。电机还包括卷绕在槽中以形成线圈的绕组。

根据另一个实施例，电机包括转子和定子铁芯。定子铁芯包括中间区域和端部区域，中间区域具有带朝向转子延伸并限定槽的齿的第一组叠片，端部区域具有带朝向转子延伸并限定槽的齿的第二组叠片。第二组叠片的齿比第一组叠片的齿窄，以在第二组叠片中创建比第一组叠片的槽更宽的槽。电机还包括卷绕在槽中以形成线圈的绕组。

根据本发明的一个实施例，第一组叠片与第二组叠片具有相同数量的齿和相同数量的槽。

根据本发明的一个实施例，第一组叠片上的齿相同。

根据本发明的一个实施例，第二组叠片上的齿相同。

根据本发明的一个实施例，第一组叠片和第二组叠片的每个槽具有中心线，每个叠片被布置为使得每个槽的中心线与相邻叠片上的相应槽的中心线对齐，以提供沿着定子铁芯的长度延伸的连续的长槽，其中，长槽的位于端部区域内的部分比位于中间区域内的部分宽。

根据本发明的一个实施例，电机还包括另一个端部区域，另一个端部区域具有带朝向转子延伸并限定槽的齿的第三组叠片，其中，第三组叠片的齿比第一组叠片的齿窄以在第三组叠片中创建比第一组叠片中的槽宽的槽。

根据本发明的一个实施例，第二组叠片与第三组叠片大体相同。

根据另一个实施例，电机定子包括内侧叠片组，所述内侧叠片组堆叠以限定定子的中间部分，并包括限定槽的第一组齿。定子还包括外侧叠片组，所述外侧叠片组堆叠以限定定子的端部，并包括限定槽的第二组齿。第二组齿的圆弧宽度比第一组齿的圆弧宽度小，以在外侧叠片组中提供比内侧叠片组的槽更宽的槽。

根据本发明的一个实施例，所述电机定子还包括卷绕在每个槽中以形成线圈的多个绕组。

根据本发明的一个实施例，内部叠片组与外部叠片组具有相同数量的齿和相同数量的槽。

根据本发明的一个实施例，所述电机定子还包括另一个外侧叠片组，另一个外侧叠片组堆叠以限定定子的另一个端部，并包括限定槽的第三组齿，其中，第三组齿的圆弧宽度比第一组齿的圆弧宽度小，以在另一个外侧叠片组中提供比内侧组叠片中的槽宽的槽。

根据本发明的一个实施例，第二组齿和第三组齿具有相同的圆弧宽度。

根据本发明的一个实施例，内侧叠片组的槽具有中心线并且外侧叠片组的槽具有中心线，其中，叠片被布置为使得每个槽的中心线与相邻叠片上的相应槽的中心线对齐，以提供沿着定子的长度延伸的连续的长槽。

根据本发明的一个实施例，两个端部夹着中间部分。

附图说明

图1混合动力车辆的示例的示意图。

图2是定子铁芯的透视图。

图3是具有图2的定子铁芯的定子的透视图。

图4是图2的定子铁芯的局部俯视图。

图5是定子铁芯的端部区域的叠片的俯视图。

图6是定子铁芯的中间区域的叠片的俯视图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，将理解的是，所公开的实施例仅是示例，其它实施例可采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，可将参照任一附图示出并描述的各种特征与在一个或更多个其它附图中示出的特征相结合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可期望用于特定应用或实施方式。

图1描绘了典型的插电式混合动力电动车辆(PHEV)的示意图。然而，某些实施例也可在非插电式混合动力电动车辆和全电动车辆的情况中实现。车辆12包括机械地连接至混合动力传动装置16并电连接至牵引电池组件24的一个或更多个电机14。电机14能够作为马达或发电机运转。此外，混合动力传动装置16可机械地连接至发动机18。混合动力传动装置16还可机械地连接至驱动轴20，驱动轴20机械地连接至车轮22。当发动机18开启或关闭时，电机14可提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且可通过再生制动回收能量而提供燃料经济效益。电机14通过降低发动机18的工作负载减少的污染物排放并提高燃料经济性。

每个电机14包括定子和转子。定子包括堆叠以形成定子铁芯的叠片，其具有中空的中心部分。定子包括卷绕定子铁芯并电连接到电压源(例如，牵引电池24)的多个线圈绕组。转子设置在中央并相对于定子可旋转。转子可包括永磁体，所述永磁体被构造为在电机运转为马达时与由绕组通电时产生的磁场相互作用以产生扭矩。

牵引电池或电池包24储存可以被电机14使用的能量。牵引电池24通常提供来自牵引电池24中的一个或更多个电池单元阵列(有时称为电池单元堆)的高电压直流(DC)输出。电池单元阵列可包括将储存的化学能转化为电能的一个或更多个电池单元。电池单元可包括壳体、正极(阴极)和负极(阳极)。电解质可允许离子在放电期间在阳极和阴极之间运动，然后在再充电期间返回。端子可允许电流从电池单元流出以被车辆使用。

牵引电池24可通过一个或更多个接触器(未示出)电连接至一个或更多个电力电子模块26。所述一个或更多个接触器在断开时使牵引电池24与其它部件隔离，并且在闭合时将牵引电池24连接至其它部件。电力电子模块26可电连接至电机14，并且可提供在牵引电池24和电机14之间双向传输电能的能力。例如，典型的牵引电池24可以提供DC电压，而电机14可能需要三相交流(AC)电压来运转。电力电子模块26可以将DC电压转换为电机14所需要的三相AC电压。在再生模式下，电力电子模块26可以将来自用作发电机的电机14的三相AC电压转换为牵引电池24所需要的DC电压。在此的描述同样适用于全电动车辆。在全电动车辆中，混合动力传动装置16可以是连接至电机14的齿轮箱并且发动机18是不存在的。

牵引电池24除提供用于推进的能量之外，还可提供用于其它车辆电气系统的能量。典型的系统可包括DC/DC转换器模块28，DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换为与其它车辆组件兼容的低电压DC供应。其它高电压负载(例如，压缩机和电加热器)可直接连接至高电压供应而不使用DC/DC转换器模块28。在典型的车辆中，低电压系统电连接至辅助电池30(例如，12V电池)。

电池能量控制模块(BECM，battery energy control module)33可与牵引电池24通信。BECM 33可用作牵引电池24的控制器，并且还可包括管理每个电池单元的温度和电荷状态的电子监控系统。牵引电池24可具有温度传感器31，例如，热敏电阻或其它温度计量器。温度传感器31可与BECM 33通信，以提供关于牵引电池24的温度数据。

车辆12可以通过外部电源36进行再充电。外部电源36连接到电源插座。外部电源36可电连接至电动车辆供电设备(EVSE，electric vehicle supplyequipment)38。EVSE 38可提供电路和控制以调节并管理电源36与车辆12之间的电能传输。外部电源36可向EVSE 38提供DC电或AC电力。EVSE 38可具有用于插入到车辆12的充电端口34中的充电连接器40。充电端口34可以是被配置为将电力从EVSE 38传输到车辆12的任何类型的端口。充电端口34可电连接至充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可以调节从EVSE 38供应的电力，以向牵引电池24提供合适的电压水平和电流水平。电力转换模块32可与EVSE 38配合，以协调将电力传递至车辆12。EVSE连接器40可具有与充电端口34的对应的凹入匹配的插脚。

所讨论的各种部件可具有一个或更多个相关联的控制器，以控制并监测所述部件的操作。控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由专用的电气导管进行通信。

图2至图6和相关的讨论描述了电机14的定子的示例。参照图2至图3，定子50包括堆叠以形成定子铁芯54的多个叠片52。每个叠片52可以是环形的并且可限定空心。每个叠片52包括外侧56和内侧58。外侧56配合以限定定子铁芯54的外表面，内侧58配合以限定腔60。在组装电机14时，转子设置在腔60内。

每个叠片52包括朝向内侧56向内径向延伸的多个齿62。相邻的齿62配合以限定槽64。每个叠片52的齿62和槽64与相邻叠片的齿和槽对齐以限定沿着定子铁芯54延伸的长槽66。多个线圈绕组68卷绕定子铁芯54并设置在长槽66内。线的一部分通常沿着长槽66以轴向方向延伸。在定子铁芯的顶部和底部，线弯曲以围绕定子铁芯54的顶部或底部周向延伸，从而形成端绕组74。在许多现有技术的定子中，线在弯曲之前已经轴向地延伸超过第一个叠片或最后一个叠片以防止由于尖锐的90°弯曲可能造成的任何损坏。

电机的扭矩产生量至少部分是定子铁芯尺寸的函数。定子铁芯尺寸增加可使扭矩增加。车辆通常具有封装约束，这限制了电机的尺寸；因此，使扭矩-尺寸比最大化是有利的。现有技术的轴向延伸设计在端绕组和最外面的叠片之间具有间隙，这使得定子的整体长度增加而没有增加扭矩。本公开包括这样的定子铁芯设计：减小绕组超过第一个叠片或最后一个叠片的轴向延伸的长度以减小间隙并提高扭矩-尺寸比。

定子铁芯54可包括夹在两个端部区域(或外部区域)70之间的中间区域(或内部区域)72。长槽66可沿着定子铁芯54的整个轴向长度延伸并具有位于每个区域中的部分。例如，长槽66可包括端部76和中间部分78。长槽66在端部76的宽度可比长槽在中间部分78的宽度更宽。在端绕组74附近的更宽的槽允许绕组68在长槽66内开始自由地弯曲。因为绕组68能够在长槽内弯曲，所以可减小端绕组74和第一个叠片或最后一个叠片52之间的间隙。这允许定子被缩短同时产生相同的扭矩或在保持相同长度的同时允许另外的叠片来增加扭矩。

每个区域包括一组叠片，这组叠片可与其他区域的一组叠片不同。例如，两个端部区域70具有相同的叠片，并且与中间区域72的叠片不同。在端部区域70内的叠片的齿62比中间区域72内的叠片的齿62窄。因此，限定在端部区域70的叠片内的槽64比限定在中间区域72的叠片内的槽64宽。在端部区域70内的更宽的槽使端绕组74附近的长槽66的宽度增加以提供用于线弯曲的更多的空间。

参照图4，定子铁芯54的端部区域70的至少一个包括多个第一叠片80。每个第一叠片80包括齿82，齿82配合以限定位于相邻齿之间的槽84。每个齿包括径向长度尺寸86和圆弧宽度88。每个齿82可相同。定子铁芯54的中间区域72包括多个第二叠片90。每个第二叠片90包括齿92，齿92配合以限定位于相邻齿之间的槽94。每个齿92包括径向长度尺寸96和圆弧宽度98。每个齿92可相同。

齿82的圆弧宽度88比齿92的圆弧宽度98窄，以提供更宽的槽84，因此，更宽的槽允许线比之前的设计更早的开始弯曲。齿82的径向长度86可与齿92的径向长度相同，以提供长槽66的一致的深度。叠片80和90中的每个可由含铁的金属制成。虽然示出为圆形，但是本公开也考虑其它的几何形状。叠片80和90中的每个可包括相同数量的齿。第一叠片80的齿82和第二叠片90的齿92包括中心线100。叠片80和90可被布置为使得相邻叠片的齿的中心线被堆叠在彼此的顶部上。例如，齿92A的中心线与齿82A的中心线对齐。通过使相邻齿的中心线100对齐，相邻槽的中心线102也对齐，从而在定子铁芯54的区域70和72的每者中创建具有直的侧壁的连续的长槽。

虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例不意在描述了权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如之前所描述的，可将各个实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未明确描述或示出的进一步实施例。尽管各个实施例可能已经被描述为提供优点或在一个或更多个期望特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域的普通技术人员应认识到，根据具体应用和实施方式，可对一个或更多个特征或特性进行折中以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、寿命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并非在本公开的范围之外，并可被期望用于特定应用。

Claims (6)

1.一种用于车辆的电机，包括：

转子；

多个叠片，堆叠以形成定子铁芯，每个叠片具有朝向转子延伸并限定槽的齿，其中，定子铁芯包括第一组叠片和第二组叠片，并且第一组叠片的齿比第二组叠片的齿窄；

绕组，卷绕在槽中以形成线圈。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，第一组叠片限定定子铁芯的端部，第二组叠片限定定子铁芯的中间部分。

3.根据权利要求1所述的电机，其中，第一组叠片和第二组叠片具有相同数量的齿。

4.根据权利要求1所述的电机，其中，所述槽具有中心线，所述叠片堆叠使得每个槽的中心线与相邻叠片上的相应槽的中心线对齐，以提供沿着定子的长度延伸的连续的长槽，其中，第一组叠片内的长槽比第二组叠片内的长槽宽。

5.根据权利要求1所述的电机，其中，第一组叠片的槽比第二组叠片的槽宽。

6.根据权利要求1所述的电机，其中，同一叠片上的齿大体上相同。