CN107317411A - 转子端帽 - Google Patents

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Abstract

公开了一种转子端帽。一种车辆电机可包括定子，所述定子具有从所述定子轴向地延伸的端部绕组。转子可设置在所述定子内并且包括具有外表面的端帽，所述外表面限定出口和带沟的外周边，其中，所述外周边具有被构造为在旋转期间将从所述出口释放到所述外表面上的冷却剂分配至所述端部绕组的不同的轴向位置的边缘。所述带沟的外周边可朝着内部平坦部分锥形化。所述出口可被包含在所述内部平坦部分内。所述带沟的外周边可关于垂直于且经过所述转子的旋转轴线的任意轴线对称。所述外表面还可限定从所述出口延伸到所述边缘的通道。所述通道可凹嵌在所述外表面中。所述带沟的外周边可限定同心的周向的脊。

Description

转子端帽
技术领域
本公开涉及用于电机的转子的端帽(endcap)。
背景技术
许多车辆依赖电机作为机械能的来源。定子绕组接收电流以产生磁场，该磁场与转子的反向磁场配合以提供扭矩。由电机产生的扭矩可能由于由电流引起的定子绕组的电阻加热而受限。
发明内容
一种车辆电机可包括定子，所述定子具有从所述定子轴向地延伸的端部绕组。转子可设置在所述定子内并且包括具有外表面的端帽，所述外表面限定出口和带沟的外周边，其中，所述外周边具有被构造为在旋转期间将从所述出口释放到所述外表面上的冷却剂分配至所述端部绕组的不同的轴向位置的边缘。所述带沟的外周边可朝着内部平坦部分锥形化。所述出口可被包含在所述内部平坦部分内。所述带沟的外周边可关于垂直于且经过所述转子的旋转轴线的任意轴线对称。所述外表面还可限定从所述出口延伸到所述边缘的通道。所述通道可凹嵌在所述外表面中。所述带沟的外周边可限定同心的周向的脊。
一种车辆电机可包括定子，所述定子具有从所述定子轴向地延伸的端部绕组。转子可设置在所述定子内并且可包括具有外表面的端帽，所述外表面限定出口和外周边，其中，所述外周边具有被构造为在旋转期间将从所述出口释放到所述外表面上的冷却剂分配至所述端部绕组的不同的轴向位置的同心的周向的脊。带沟的外周边可朝着内部平坦部分锥形化。所述出口可被包含在所述内部平坦部分内。带沟的外周边可关于垂直于且经过所述转子的旋转轴线的任意轴线对称。所述外表面还可限定从所述出口延伸到边缘的通道。所述通道可凹嵌在所述外表面中。带沟的外周边可限定同心的周向的脊。
根据本发明，提供一种车辆电机，包括：定子，包括从所述定子轴向地延伸的端部绕组；以及转子，设置在所述定子内并且包括具有外表面的端帽，所述外表面限定出口和外周边，其中，所述外周边具有被构造为在旋转期间将从所述出口释放到所述外表面上的冷却剂分配至所述端部绕组的不同的轴向位置的同心的周向的脊。
根据本发明的一个实施例，所述同心的周向的脊朝着内部平坦部分锥形化。
根据本发明的一个实施例，所述出口被包含在所述内部平坦部分内。
根据本发明的一个实施例，在所述外表面上的任意两个位置之间的高度的最大差值小于所述端部绕组延伸超出所述定子的长度。
根据本发明的一个实施例，所述同心的周向的脊关于垂直于且经过所述转子的旋转轴线的任意轴线对称。
根据本发明的一个实施例，所述外表面还限定从所述出口延伸到端帽的边缘的通道。
根据本发明的一个实施例，所述通道凹嵌在所述外表面中。
根据本发明的一个实施例，所述同心的周向的脊具有带沟的外周边。
根据本发明，提供一种车辆电机，包括：定子，包括从所述定子轴向地延伸的端部绕组；以及转子，设置在所述定子内并且包括具有外表面的端帽，所述外表面限定出口和带沟的内部区域以及脊，其中，所述脊朝着外周边锥形化并被构造为在旋转期间将从所述出口释放到所述外表面上的冷却剂分配至所述端部绕组的不同的轴向位置。
根据本发明的一个实施例，所述带沟的内部区域关于垂直于且经过所述转子的旋转轴线的任意轴线对称。
根据本发明的一个实施例，在所述外表面上的任意两个位置之间的高度的最大差值小于所述端部绕组延伸超出所述定子的长度。
根据本发明的一个实施例，所述外表面还限定从所述出口延伸到边缘的通道。
附图说明
图1是示例性混合动力车辆的示意图。
图2是示例性电机的一部分的截面侧视图。
图3是电机的定子的等轴测视图。
图4是电机的定子的叠片。
图5是电机的一部分，指示已穿过端帽的冷却剂的各种着陆区域(landing area)。
图6是转子的端帽。
图7是转子的端帽的另一个实施例。
图8是转子的端帽的另一个实施例，其中，所述端帽具有通道。
图9是转子的端帽的另一个实施例，其中，所述端帽具有通道。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其他实施例可采用各种可替代形式。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具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可以与在一个或更多个其他附图中示出的特征组合以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
电动车辆和混合动力车辆包括永磁牵引马达以推进车辆。永磁体通常嵌入在电机的转子周围。由定子绕组感应出的反向磁场用于使转子相对于定子旋转。定子具有由电工钢或具有高的相对导磁率的材料形成的芯。多个槽沿着定子的内径分布。每个槽均具有容纳能够载送电流的导体的大小。导体缠绕在由槽形成的齿上以形成绕组。绕组可被布置为支持三个不同的电相以增强所产生的磁场。绕组可平行于转子的旋转轴线延伸到定子芯之外以允许产生线匝(turn)。线匝允许在保持电路的连续性的同时产生额外的绕组。这些端部线匝或端部绕组在电机的两个外表面上共同形成环圈(ring)。
三相交变电流可被供给通过定子绕组以感应出磁场。电流可引起定子绕组的电阻加热(resistive heating)。因此，定子绕组可使芯和周围的区域变热。由于发热限制(thermal limit)，电阻加热可能会不必要地限制机械输出或者造成电机的劣化。冷却系统可用于将热从热点引走，减少电机上的磨损并提高机械能输出。
转子可包括将冷却剂分配至遍布转子的冷却通道。冷却剂可在转子的每个端部处离开。设置在每个端部处的端帽可将冷却剂抛掷(sling)到端部绕组。端帽包括从多个位置释放冷却剂的出口或孔口(orifice)。端帽可弯曲或成形为将冷却剂抛掷到端部绕组上的特定位置。端帽可具有被构造为将冷却剂均匀地分配到从定子芯延伸的端部线匝的相当一部分的特征。端帽可具有或限定对冷却剂在端部线匝上的分布进行引导的通道。
端帽可具有部分地凸出的截面以将冷却剂分配至与端部线匝轴向地偏移的距离。端帽可具有内部平面部分或内部平坦部分。内部平面部分可限定出口。端帽的外部部分包括脊(ridge)、沟(furrow)、隆起(swell)、波状物(wave)或类似的特征以搅乱和改变从出口流出的冷却剂的方向。外部部分可包括搅动油的一个单一特征或多个特征。在具有多个特征的构造中，隆起可以以规则或不规则(periodic or sporadic)的方式来组织。不同特征的集合可提供冷却剂在端部绕组上的最佳分布。当端帽旋转时，由所述特征产生的湍流路径从定子芯优选地沿着端部线匝或端部绕组的整个突起(protrusion)分配冷却剂。端帽的特征可沿着径向或周向方向起伏。该特征的峰和谷围绕端帽的外周边不规则地改变冷却剂的轨迹。
图1示出了示例性的插电式混合动力电动车辆(PHEV)并且该示例性的PHEV总体上被称为车辆16。车辆16包括传动装置12并且通过至少一个电机18在内燃发动机20的选择性的协助下被推进。电机18可以是在图1中被示出为“马达”18的交流(AC)电动马达。电机18接收电力并且提供扭矩用于车辆推进。电机18还用作发电机用于通过再生制动将机械功率转化为电功率。
传动装置12可以是动力分配式构造。传动装置12包括第一电机18和第二电机24。第二电机24可以是在图1中被示出为“发电机”24的AC电动马达。如同第一电机18，第二电机24接收电力并且提供输出扭矩。第二电机24还用作发电机用于将机械功率转化为电功率并且优化通过传动装置12的功率流。在其他实施例中，传动装置不具有动力分配式构造。
传动装置12可包括行星齿轮单元26，行星齿轮单元26包括太阳齿轮28、行星架30以及环形齿轮32。太阳齿轮28连接到第二电机24的输出轴以接收发电机扭矩。行星架30连接到发动机20的输出轴以接收发动机扭矩。行星齿轮单元26组合发电机扭矩和发动机扭矩并且提供围绕环形齿轮32的组合输出扭矩。行星齿轮单元26用作不具有任何固定传动比或“阶梯”传动比的无级变速器。
传动装置12还可包括单向离合器(O.W.C)和发电机制动器33。O.W.C结合到发动机20的输出轴以仅允许输出轴沿一个方向旋转。O.W.C防止传动装置12反向驱动发动机20。发电机制动器33结合到第二电机24的输出轴。可启用发电机制动器33以“制动”或者防止第二电机24的输出轴的旋转和太阳齿轮28的旋转。可选地，O.W.C和发电机制动器33可被去除并由发动机20和第二电机24的控制策略代替。
传动装置12还可包括具有包括第一齿轮34、第二齿轮36以及第三齿轮38的中间齿轮的中间轴。行星输出齿轮40连接到环形齿轮32。行星输出齿轮40与第一齿轮34啮合，以在行星齿轮单元26与中间轴之间传递扭矩。输出齿轮42连接到第一电机18的输出轴。输出齿轮42与第二齿轮36啮合，以在第一电机18与中间轴之间传递扭矩。传动装置输出齿轮44连接到驱动轴46。驱动轴46通过差速器50结合到一对驱动轮48。传动装置输出齿轮44与第三齿轮38啮合，以在传动装置12与驱动轮48之间传递扭矩。
车辆16包括诸如牵引电池52的用于储存电能的能量储存装置。电池52是能够输出电功率以使第一电机18和第二电机24运转的高电压电池。当第一电机18和第二电机24作为发电机运转时，电池52还接收来自第一电机18和第二电机24的电功率。电池52是由几个电池模块(未示出)组成的电池组，其中，每个电池模块包含多个电池单元(未示出)。车辆16的其他实施例考虑了补充或代替电池52的不同类型的能量储存装置，诸如电容器和燃料电池(未示出)。高电压总线将电池52电连接到第一电机18和第二电机24。
车辆包括用于控制电池52的电池能量控制模块(BECM)54。BECM 54接收指示车辆状况和电池状况(诸如，电池温度、电压以及电流)的输入。BECM 54计算并估计诸如电池荷电状态和电池功率容量的电池参数。BECM 54将指示电池荷电状态(BSOC)和电池功率容量(Pcap)的输出(BSOC,Pcap)提供到其他的车辆系统和控制器。
车辆16包括DC-DC转换器或可变电压转换器(VVC)10和逆变器56。VVC 10和逆变器56电连接在牵引电池52与第一电机18之间以及电池52与第二电机24之间。VVC 10“增压”或增大由电池52提供的电力的电压电位(voltage potential)。根据一个或更多个实施例，VVC 10还“降压”或减小提供到电池52的电力的电压电位。逆变器56将由主电池52(通过VVC10)供应的DC电逆变为用于使电机18、24运转的AC电。逆变器56还将由电机18、24提供的AC电整流成DC电用于给牵引电池52充电。传动装置12的其他实施例包括多个逆变器(未示出)，诸如每个电机18、24关联有一个逆变器。VVC 10包括感应器组件14。
传动装置12包括用于控制电机18、24、VVC 10以及逆变器56的传动装置控制模块(TCM)58。TCM 58被配置为监测电机18、24的位置、转速以及功率消耗等。TCM 58还监测VVC10和逆变器56内的各个位置处的电气参数(例如，电压和电流)。TCM 58将对应于此信息的输出信号提供至其他车辆系统。
车辆16包括车辆系统控制器(VSC)60，VSC 60与其他车辆系统和控制器通信以协调其功能。虽然VSC 60被示出为单个控制器，但是VSC 60可包括可用于根据总的车辆控制逻辑或软件来控制多个车辆系统的多个控制器。
包括VSC 60和TCM 58的车辆控制器通常包括相互协作以执行一系列操作的任意数量的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如，FLASH、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)以及软件代码。控制器还包括基于计算和测试数据且被存储在存储器内的“查找表”或预定数据。VSC60通过采用通用的总线协议(例如，CAN和LIN)的一个或更多个有线或无线的车辆连接与其他车辆系统和控制器(例如，BECM 54和TCM 58)进行通信。VSC 60接收代表传动装置12的当前位置(例如，驻车挡、倒车挡、空挡或行驶挡)的输入(PRND)。VSC 60还接收代表加速踏板位置的输入(APP)。VSC 60向TCM 58提供代表期望的车轮扭矩、期望的发动机转速以及发电机制动器命令的输出，并向BECM 54提供接触器控制。
车辆16包括用于控制发动机20的发动机控制模块(ECM)64。VSC 60将基于包括APP的若干输入信号且对应于驾驶员用于推进车辆的请求的输出(期望的发动机扭矩)提供至ECM 64。
如果车辆16是PHEV，则电池52可周期性地经由充电端口66接收来自外部电源或电网的AC能量。车辆16还包括从充电端口66接收AC能量的车载充电器68。充电器68是将接收的AC能量转化为适合用于给电池52充电的DC能量的AC/DC转换器。进而，充电器68在再充电期间将DC能量供应至电池52。虽然在PHEV 16的上下文中进行示出和描述，但是应理解的是，电机18、24可在诸如混合动力电动车辆或纯电动车辆的其他类型的电动车辆上实施。
参照图2、图3以及图4，示例性电机70包括具有多个叠片78的定子74。每个叠片78均包括前侧101和后侧。在堆叠时，前侧和后侧靠着相邻的前侧和后侧进行设置以形成定子芯80。每个叠片78均可呈圆环形状并且可限定中空的中心。每个叠片78还包括外径部分(或外壁)82和内径部分(或内壁)84。外径部分82配合以限定定子芯80的外表面86，而内径部分84配合以限定空腔88。
每个叠片78均包括朝着内径部分84径向地向内延伸的多个齿90。相邻的齿90配合以限定槽92。每个叠片78的齿90和槽92与相邻的叠片对齐以在相对的端面112之间限定延伸通过定子芯80的定子槽94。多个绕组(也称为线圈、导线或导体)96围绕定子芯80缠绕并且设置在定子槽94内。绕组96可设置在绝缘材料(未示出)中。绕组96的一部分总体上沿着定子槽94在轴向方向上延伸。在定子芯的端面112处，绕组弯曲以围绕定子芯80的端面112周向地延伸而形成端部绕组98。端面112限定定子芯80的相对的端部并且由定子芯80的第一个叠片和最后一个叠片形成。虽然示出为具有分布式绕组，但是绕组也可以是集中式的。
转子72设置在空腔88内。转子72固定到可操作地连接到齿轮箱的轴76。当电流被供应至定子74时，产生磁场使得转子72在定子74内旋转，从而产生经由一个或更多个轴而被提供至齿轮箱的扭矩。
在运转期间，电机70在定子芯80和绕组96内产生热。为了防止电机过热，可设置流体回路以去除在运转期间产生的热。冷却剂可通过绕轴线250旋转的驱动轴76进入电机70。当驱动轴76旋转时，冷却剂通过中空的通道(tunnel)流动到转子72中。然后，冷却剂从转子端帽200释放出来。端帽200可具有弯曲或弧形的形状以将从转子72释放出来的冷却剂抛掷到端部绕组或端部线匝98的不同的轴向位置处。
现参照图5和图6，端帽200被示出为具有平坦的内部部分210。在其他实施例中，内部部分可具有沟或起伏。内部部分210包括出口或孔口204以释放来自转子主体(未示出)的冷却剂。出口204的大小可不同以释放不同量的冷却剂。出口204还可位于外部部分202上或其他位置。虽然以距离端帽200的中心相似的径向差异示出，但是出口204可置于距离端帽200的中心不同的径向距离处。外部部分202可具有限定带沟的或起伏的外周边(outerperiphery)206的特征。如所示出的，所述特征沿着端帽的周边上升和下降。所述特征朝着内部部分锥形化(taper)。外周边206具有将冷却剂分配到端部绕组98的各个位置的边缘208。在另一个实施例中，所述特征还可朝着外边缘208锥形化。具有朝着外边缘208和内部部分210两者锥形化的边缘的隆起或峰(crest)可提供适当的冷却剂分配。隆起或峰的高度可与绕组的从定子的外表面延伸的长度相关。例如，隆起或峰相对于平坦的内部区域的高度209可小于绕组超出定子的外表面的延伸量的一半。在一些实施例中，带沟的外周边206可关于垂直于且经过转子72的旋转轴线250的任意轴线对称。在其他实施例中，带沟的外周边206可限定同心的周向的脊。
现参照图7，在至少一个另外的实施例中，端帽200被示出为具有平坦的内部部分210。内部部分210包括用于释放来自转子主体(未示出)的冷却剂的出口204。端帽200可具有凸截面。端帽可在外周边上包括沿着径向方向延伸到外边缘208的至少一个起伏部212。穿过起伏部的冷却剂将具有不同的轨迹并且冷却端部绕组(未示出)的不同部分。
现参照图8和图9，端帽200被示出为限定出口204。端帽200可限定用于对从每个出口204释放的冷却剂进行引导的通道214。通道214可具有矩形或弧形的截面。通道214可从端帽200突出或者被端帽200限定为腔体。通道214可延伸到端帽200的边缘208或者未到达边缘208。通道214可弯曲成如同叶轮的叶片以将冷却剂引导至端部绕组。
说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各种实施例可能已经被描述为提供优点或者优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷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、生命周期成本、可销售性、外观、封装、尺寸、可维护性、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实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并可被期望用于特定的应用。

Claims (10)

1.一种车辆电机，包括：
定子，包括从所述定子轴向地延伸的端部绕组；以及
转子，设置在所述定子内并且包括具有外表面的端帽，所述外表面限定出口和带沟的外周边，其中，所述外周边具有被构造为在旋转期间将从所述出口释放到所述外表面上的冷却剂分配至所述端部绕组的不同的轴向位置的边缘。
2.如权利要求1所述的车辆电机，其中，所述带沟的外周边朝着内部平坦部分锥形化。
3.如权利要求2所述的车辆电机，其中，所述出口被包含在所述内部平坦部分内。
4.如权利要求3所述的车辆电机，其中，在所述外表面上的任意两个位置之间的高度的最大差值小于所述端部绕组延伸超出所述定子的长度的一半。
5.如权利要求1所述的车辆电机，其中，所述带沟的外周边关于垂直于且经过所述转子的旋转轴线的任意轴线对称。
6.如权利要求1所述的车辆电机，其中，所述外表面还限定从所述出口延伸到所述边缘的通道。
7.如权利要求6所述的车辆电机，其中，所述通道凹嵌在所述外表面中。
8.如权利要求1所述的车辆电机，其中，所述带沟的外周边限定同心的周向的脊。
9.一种车辆电机，包括：
定子，包括从所述定子轴向地延伸的端部绕组；以及
转子，设置在所述定子内并且包括具有外表面的端帽，所述外表面限定出口和外周边，其中，所述外周边具有被构造为在旋转期间将从所述出口释放到所述外表面上的冷却剂分配至所述端部绕组的不同的轴向位置的同心的周向的脊。
10.一种车辆电机，包括：
定子，包括从所述定子轴向地延伸的端部绕组；以及
转子，设置在所述定子内并且包括具有外表面的端帽，所述外表面限定出口和带沟的内部区域以及脊，其中，所述脊朝着外周边锥形化并被构造为在旋转期间将从所述出口释放到所述外表面上的冷却剂分配至所述端部绕组的不同的轴向位置。
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