CN108377047A - 用于电机的轻量转子端板 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于电机的轻量转子端板，并且公开了一种电机。所述电机可包括转子和端板。端板可限定有孔、内锁紧螺母表面和平衡环表面。锁紧螺母表面可从所述孔的周边延伸至第一直径。平衡环表面可从比所述第一直径大的第二直径延伸至端板的外周。在装配之前，平衡环表面可与转子邻近，且锁紧螺母表面可与转子分隔开。

Description

用于电机的轻量转子端板
技术领域
本公开涉及供电动车辆和混合动力电动车辆使用的电机，能够用作马达或发电机。
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用作能量源的牵引电池组件。例如，牵引电池组件电连接到向驱动轮提供扭矩的电机。牵引电池组件可包括协助管理车辆性能和操作的多个部件和系统。还可包括高电压部件以及用于控制温度的空气或液体热管理系统。
电机通常包括定子和转子，定子和转子配合以将电能转换成机械运动，或者反之亦然。电机可包括用于冷却定子、转子或这两者的热管理系统。
发明内容
根据一个实施例，一种电机可包括转子和端板。端板可限定有孔、内锁紧螺母表面和平衡环表面。锁紧螺母表面可从所述孔的周边延伸至第一直径。平衡环表面可从比所述第一直径大的第二直径延伸至端板的外周。在装配之前，平衡环表面可与转子邻近，且锁紧螺母表面可与转子分隔开。
根据另一实施例，一种电机可包括转子、周向地围绕转子的定子和转子端板。转子端板优选地限定有中央安装孔、锁紧螺母表面环和平衡环表面。锁紧螺母表面环可从中央安装孔的周边延伸至第一直径。平衡环表面可在比所述第一直径大的第二直径与转子端板的外周之间延伸。锁紧螺母表面环可限定有平面，平衡环表面可限定有另一平面。由锁紧螺母表面环限定的平面优选地与由平衡环表面限定的平面分隔开。
根据又一实施例，公开了一种电机。所述电机优选地包括限定安装在轴上的转子的叠片堆、锁紧螺母和端板。所述端板可限定有平衡环、锁紧螺母表面以及由平衡环和锁紧螺母表面之间的区域限定的多个加强肋。平衡环优选地限定有平面且锁紧螺母表面限定有平面。由平衡环限定的平面和由锁紧螺母表面限定的平面可以是非共面的关系。凸出的端板的锁紧螺母表面可被构造成随着锁紧螺母被拧紧而朝向转子变形。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施例的示例性混合动力车辆的示意图；
图2是根据本公开的一个实施例的示例性电动马达的透视图；
图2A是沿图2中的剖面线2A-2A截取的示例性电机的一部分的侧向剖视图；
图3是根据本公开的一个实施例的转子端板的前视平面图；
图4是根据本公开的一个实施例的转子端板的后视平面图；
图5是沿图3中的线5-5截取的转子端板的侧向剖视图。
具体实施方式
根据需要，在此公开本发明的具体实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的可以以各种可替代形式实施的示例。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部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员多样化利用本发明的代表性基础。
参照图1，描绘了示例性插电式混合动力电动车辆(PHEV)，该PHEV笼统地称为车辆16。车辆16包括传动装置12并且在内燃发动机20进行选择性地协助的情况下由至少一个电机18推进。电机18可以是交流(AC)电机，在图1中被描述为“马达”18。电机18接收电力并且提供用于车辆推进的扭矩。电机18还用作通过再生制动将机械动力转换成电力的发电机。
传动装置12可以是动力分流式配置。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AC电动机，在图1中被描述为“发电机”24。与第一电机18类似，第二电机24接收电力并提供输出扭矩。第二电机24还用作发电机，用于将机械动力转换成电力并优化通过传动装置12的动力流。在其他实施例中，传动装置不具有动力分流式配置。
传动装置12可包括行星齿轮单元26，该行星齿轮单元26包括太阳齿轮28、行星架30和环形齿轮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将发电机转矩和发动机转矩组合在一起，并提供绕着环形齿轮32的组合输出扭矩。行星齿轮单元26用作没有任何固定或“阶跃”传动比的无级变速器。
传动装置12还可以包括单向离合器(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，以使输出轴仅沿着一个方向旋转。O.W.C.防止传动装置12反驱动发动机20。发电机制动器33结合到第二电机24的输出轴。发电机制动器33可被致动以“制动”或防止第二电机24的输出轴和太阳齿轮28旋转。替代地，可省略O.W.C.和发电机制动器33，并用针对发动机20和第二电机24的控制策略代替。
传动装置12还可包括具有中间齿轮的副轴，所述中间齿轮包括第一齿轮34、第二齿轮36和第三齿轮38。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和副轴之间传递扭矩。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和副轴之间传递扭矩。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连接到一对驱动轮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包括能量储存装置，例如用于储存电能的牵引电池52。电池52是能够输出电力以操作第一电机18和第二电机24的高电压电池。当第一电机18和第二电机24作为发电机运行时电池52还从它们接收电力。电池52是由多个电池模块(未示出)组成的电池组，其中，每个电池模块均包含多个电池单元(未示出)。车辆16的其他实施例预期使用不同类型的能量储存装置，诸如补充或替换电池52的电容器和燃料电池(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(例如电池温度、电压和电流)的输入。BECM54计算和估计电池参数，例如电池荷电状态和电池功率容量。BECM 54向其他车辆系统和控制器提供指示电池荷电状态(BSOC)和电池功率容量(Pcap)的输出(BSOC，Pcap)。
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和第一电机18之间以及牵引电池52和第二电机24之间。根据一个或更多个实施例，VVC 10“升高”或增大电池52提供的电力的电压电势。VVC 10还“降低”或减小提供至电池52的电力的电压电势。逆变器56将主电池52(通过VVC 10)供应的DC电力逆变成AC电力以操作电机18、24。逆变器56还将电机18、24提供的AC电力整流为DC电力以给牵引电池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包括电感器组件14。
传动装置12包括用于控制电机18、24、VVC 10和逆变器56的传动装置控制模块(TCM)58。TCM 58被配置为除了其他方面以外还监测电机18、24的位置、转速和功率消耗。TCM 58还监测VVC 10和逆变器56内的多个位置处的电参数(例如电压和电流)。TCM 58将与这种信息对应的输出信号提供给其他车辆系统。
车辆16包括与其他车辆系统和控制器通信以协调它们的功能的车辆系统控制器(VSC)60。虽然示出为单个控制器，但是VSC 60可包括多个控制器，其可用于根据车辆整体控制逻辑或软件来控制多个车辆系统。
包括VSC 60和TCM 58的车辆控制器通常包括任何数量的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如FLASH、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)以及彼此协作以执行一系列操作的软件代码。控制器还包括基于计算和测试数据并被存储在存储器内的预定数据或“查找表”。VSC 60使用公共总线协议(例如，CAN和LIN)通过一个或更多个有线或无线车辆连接而与其他车辆系统和控制器(例如，BECM 54和TCM 58)通信。VSC 60接收表示传动装置12的当前位置(例如，泊车挡、倒挡、空挡或前进挡)的输入(PRND)。VSC 60还接收表示加速踏板位置的输入(APP)。VSC 60向TCM 58提供表示期望的车轮扭矩、期望的发动机转速和发电机制动命令的输出，并向BECM54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向ECM 64提供基于多个输入信号(包括APP)并与驾驶员的车辆推进请求对应的输出(期望的发动机扭矩)。
如果车辆16是PHEV，则电池52可经由充电端口66定期从外部电源或电网接收AC电能。车辆16还包括从充电端口66接收AC电能的车载充电器68。充电器68是AC/DC转换器，其将所接收的AC电能转换成适于给电池52充电的DC电能。进而，充电器68在再充电期间将DC电能提供给电池52。虽然在PHEV 16的背景下进行了示出和描述，但是应当理解的是，电机18、24可在其他类型的电动车辆上实现，例如，混合动力电动车辆或纯电动车辆。
参照图2和图2A，示出了电机18。电机18包括布置在转子104的每一侧上的两个端板100。转子104由一堆叠片组成。为了夹紧并使叠片堆保持就位，锁紧螺母(locknut)102被紧固到轴106上，使得端板100夹紧转子104的两端。由于转子由一堆叠片组成，所以优选地在转子表面的大部分表面区域上提供夹紧力。下面将更详细地描述通过端板100而在转子104的表面区域上的夹紧力分布。
轴106可操作地连接到齿轮箱(未示出)。当电流被供应到定子108时，产生磁场，使得转子104在定子108内旋转。这种旋转产生经由一个或更多个轴而被供应至齿轮箱的扭矩。在操作期间，电机18在转子104和定子108内产生热。为了防止电机过热，可设置流体回路以去除在操作期间产生的热。为了冷却电机18，流体流过轴106的中空部分110并沿着方向箭头F流动。
参照图3，示出了转子端板100的前表面100a。转子端板100是圆盘状。平衡环120限定端板100的外周边130。平衡环120具有两个侧部：外侧部120a和施压表面120b。当装配时，平衡环120的施压表面120b与转子邻近地设置。四个装配提升点126设置在端板100和平衡环120内。装配提升点126有利于在装配过程中拾取电机并将电机放置在传动装置(未示出)内。冷却孔124围绕转子端板100的中心周向地布置。冷却孔124的尺寸和位置被设置成使得随着电机内的流体水平升高，允许一些流体流过端板以冷却转子。锁定区域128设置在中心孔121和多个加强肋122之间。锁定区域128具有两个侧部：外锁紧螺母表面128a和内锁紧螺母表面128b。内锁紧螺母表面128b也可称为施压表面或夹紧表面。当装配时，内锁紧螺母表面或施压表面128b与转子邻近地设置。外锁紧螺母表面128a是在紧固时锁紧螺母102与端板接触的区域。优选地，加强肋呈带圆角的矩形形状。与一件相对平坦的材料相比，加强肋提供更大的横截面积，使得材料在载荷下不易屈服。因为与没有加强肋的端板相比，加强肋提供了额外的强度，所以可使用更薄的材料。使用更薄材料的一个优点是降低了与电机端板相关的成本和重量。
参照图4，示出了转子端板100的后表面100b。两个冷却槽129与中心孔121邻近地设置。冷却槽129可称为槽或槽道，并且通过包括底表面以及从底表面延伸的至少两个壁的窄的凹坑形成。如图2所示，设置在端板100的后侧上的冷却通道129有利于流体从轴106的中空部分110向外流动到转子104的外部。
参照图5，示出了端板100的侧向剖视图。从图5中可以看出，在装配之前，转子端板100呈穹顶形状或凸出形状。后表面最靠近虚线5-A并且相对于这条线是凸出的。更具体地，施压表面或内锁紧螺母表面128b与线5-A成一定角度。可通过将端板放置在平坦表面(例如，测量台或其他适合的表面)上并测量平坦表面与施压表面128b之间的间隙来测量凹陷量。施压表面128b与平衡环120的施压表面120b之间的角度可以在0.1°和5°之间，但是优选地，该角度是2°。在装配期间，端板100被放置在轴106上且邻近转子104。为了夹紧限定转子的叠片堆，优选地在端板100的平衡环120和施压表面128b处施加夹紧力。因为转子端板是凸出的或呈穹顶状，所以与拧紧锁紧螺母以固定端板相关联的力更容易地分布在转子的整个表面上。在绕轴106拧紧锁紧螺母102之前，平衡环120邻近转子104。随着锁紧螺母102沿着轴106移动时，外锁紧螺母表面128a和内锁紧螺母表面或施压表面128b开始变形，直到它与转子104接触。
虽然以上描述了示例性实施例，但并不意在这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，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，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。此外，可将各个实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (20)

1.一种电机，包括：
转子；
端板，限定有孔、内锁紧螺母表面和平衡环表面，其中，锁紧螺母表面从所述孔的周边延伸至第一直径，平衡环表面从比所述第一直径大的第二直径延伸至端板的外周，并且在装配之前，平衡环表面与转子邻近，且锁紧螺母表面与转子分隔开。
2.根据权利要求1所述的电机，其中，平衡环表面和内锁紧螺母表面均限定有平面，每个平面均处于由转子限定的旋转轴线的横向，且由平衡环表面限定的平面和由内锁紧螺母表面限定的平面是非共面的。
3.根据权利要求2所述的电机，还包括轴和锁紧螺母，其中，转子和锁紧螺母均附连到所述轴，并被布置成使得端板被夹在锁紧螺母和转子之间，并且随着锁紧螺母被拧紧，内锁紧螺母表面变形直到内锁紧螺母表面邻近转子为止。
4.根据权利要求3所述的电机，其中，在沿着所述轴压紧锁紧螺母之后锁紧螺母夹紧端板，以将端板夹紧到转子上。
5.根据权利要求3所述的电机，其中，非共面的内锁紧螺母表面和平衡环表面被构造成使与拧紧锁紧螺母相关联的夹紧力分布。
6.根据权利要求5所述的电机，其中，夹紧力分布在转子的旋转轴线与转子的外周附近的部分之间。
7.根据权利要求1所述的电机，其中，在装配之前，端板相对于转子是凸出的。
8.根据权利要求1所述的电机，其中，端板具有前表面和后表面，后表面邻近且最靠近转子，后表面限定有从中央径向向外延伸的至少两个冷却槽。
9.根据权利要求1所述的电机，其中，端板限定有绕着所述孔径向地布置的多个加强肋，使得端板限定的横截面积比平坦的转子端板大。
10.根据权利要求9所述的电机，其中，所述多个加强肋中的每个均具有较宽部分和较薄部分，并且加强肋绕着端板的中央径向地布置，使得每个加强肋的较薄部分被定位成最靠近中央。
11.一种电机，包括：
转子；
定子，周向地围绕转子；
转子端板，限定有中央安装孔、锁紧螺母表面环和平衡环表面，其中，锁紧螺母表面环从中央安装孔的周边延伸至第一直径，平衡环表面在比所述第一直径大的第二直径与转子端板的外周之间延伸，锁紧螺母表面环限定有平面，平衡环表面限定有平面，并且由锁紧螺母表面环限定的平面与由平衡环表面限定的平面分隔开。
12.根据权利要求11所述的电机，还包括锁紧螺母和轴，其中，转子和锁紧螺母均设置在所述轴上，并被布置成使得端板被夹在锁紧螺母和转子之间，并且随着锁紧螺母被紧固，锁紧螺母表面环朝向转子变形。
13.根据权利要求11所述的电机，其中，在装配之前，端板相对于转子是凸出的。
14.根据权利要求11所述的电机，其中，锁紧螺母表面环和平衡环表面是非共面的，使得锁紧螺母表面环朝向转子变形，因而使与将锁紧螺母拧紧到端板上相关联的夹紧力分布。
15.根据权利要求11所述的电机，其中，非共面的锁紧螺母表面和平衡环表面被构造成使与拧紧锁紧螺母相关联的夹紧力分布。
16.根据权利要求11所述的电机，其中，端板具有前表面和后表面，后表面邻近且最靠近转子，后表面限定有从中央径向向外延伸的至少两个冷却槽，冷却槽由凹入部分限定，所述凹入部分具有从中央安装孔延伸的至少两个壁构件，且冷却槽被构造成有利于流体从轴流动到端板的外周。
17.一种电机，包括：
叠片堆，限定安装在轴上的转子；
锁紧螺母；
端板，限定有平衡环、锁紧螺母表面以及由平衡环和锁紧螺母表面之间的区域限定的多个加强肋，其中，平衡环限定有平面且锁紧螺母表面限定有平面，由平衡环限定的平面和由锁紧螺母表面限定的平面是非共面的关系，端板的锁紧螺母表面被构造成随着锁紧螺母被拧紧而朝向转子变形。
18.根据权利要求17所述的电机，其中，由平衡环限定的平面和由锁紧螺母表面限定的平面的非共面的关系被构造成使与锁紧螺母和端板相关联的夹紧力分布。
19.根据权利要求18所述的电机，其中，平衡环限定有绕着平衡环周向地分布的多个孔，且所述孔包括圆形部分和槽部分，从而为装配工具提供提升点，以接合端板从而将电机装配在传动装置内。
20.根据权利要求18所述的电机，其中，由与平衡环相关联的平面和与锁紧螺母表面相关联的平面限定的非共面的关系与加强肋协作，以使与锁紧螺母和端板相关联的夹紧力分布。
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