CN108667178A

CN108667178A - 用于电机的转子端板

Info

Publication number: CN108667178A
Application number: CN201810251985.3A
Authority: CN
Inventors: 西里尔·戈德斯坦; 乔尔·赫特里克
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2018-10-16
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: US20180278126A1; CN108667178B; DE102018106810A1; US10594191B2

Abstract

本公开涉及用于电机的转子端板。提供一种电机。电机可以包括端板和设置在轴上的转子。端板可以限定冷却剂捕获环。冷却剂捕获环可以具有在其周边处从端板的外部朝向所述轴延伸的锥形侧壁。冷却剂捕获环可以被构造为使被冷却剂捕获环捕获的冷却剂转向，冷却剂由于与所述轴的旋转相关的离心力而通过所述轴排出。

Description

用于电机的转子端板

技术领域

本公开涉及用于电动车辆和混合动力电动车辆的电机，所述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将扭矩提供至驱动轮的电机。牵引电池组件可包括帮助管理车辆性能和操作的部件和系统。它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，定子和转子协作以将电能转换成机械运动，或将机械运动转换成电能。电机可包括用于冷却定子、转子或二者的热管理系统。

发明内容

根据本公开的一个实施例，提供一种电机。电机可以包括端板和设置在轴上的转子。端板可以限定冷却剂捕获环。冷却剂捕获环可以具有在其周边处从端板的外部朝向所述轴延伸的锥形侧壁。冷却剂捕获环可以被构造为使被冷却剂捕获环捕获的冷却剂转向，该冷却剂由于与所述轴的旋转相关的离心力而通过所述轴排出。

根据本公开的另一实施例，提供一种电机。电机可以包括端板和设置在轴上的转子。端板可以限定冷却剂捕获环。冷却剂捕获环可以具有在其周边处从端板的外部朝向所述轴延伸的锥形侧壁。电机还可以包括设置在端板内的至少一个喷嘴。冷却剂捕获环可以被构造为使通过所述喷嘴排出的冷却剂转向为沿着转子的长度。

根据本公开的又一实施例，提供一种电机。电机可以包括端板和设置在轴上的转子。端板可以包括冷却剂捕获环，冷却剂捕获环具有从内周朝向所述轴延伸的锥形侧壁。端板还可以包括从所述内周延伸的定心板并且可以限定多个槽。所述多个槽可以从所述内周周向偏移。冷却剂捕获环可以将通过所述轴排出的流体重新引导到所述多个槽。

根据本发明的一个实施例，冷却剂通过流动经过由所述轴限定的水平通道而进入电机。

根据本发明的一个实施例，电机还包括设置在端板内的喷嘴，其中，冷却剂捕获环被构造为使通过所述喷嘴排出的冷却剂转向为沿着转子的长度。

根据本发明的一个实施例，电机还包括从所述多个槽的一部分延伸的多个凸耳，其中，所述凸耳进一步引导从流体捕获环接收的冷却剂。

根据本发明的一个实施例，端板通过至少一个铆钉附连到转子。

根据本发明的一个实施例，电机还包括锁定螺母，锁定螺母螺纹连接在所述轴上以将端板保持在转子上。

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3是根据本公开的一个实施例的示例性转子端板的透视图。

图4是根据本公开的一个实施例的电机的截面图。

图5是根据本公开的另一实施例的示例性电机的透视图。

图6是根据本公开的另一实施例的电机的截面图。

图7是根据本公开的一个实施例的示例性转子端板的透视图。

图8是根据本公开的另一实施例的电机的截面图。

图9是根据本公开的另一实施例的电机的截面图。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，应理解，公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可采取各种替代的形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种形式利用本发明的代表性基础。

电机通常包括定子和转子，定子和转子协作以将电能转换成机械运动，或将机械运动转换成电能。电机可包括用于冷却定子、转子或二者的热管理系统。另外，为了减少燃料消耗和车辆排放，有利的是设计重量轻的部件。本公开的一个或更多个方面旨在改进电机的冷却同时减轻重量。

参照图1，示出了插电式混合动力电动车辆(PHEV)的示例，总体上被称为车辆16。车辆16包括传动装置12，并且在内燃发动机20选择性的辅助下由至少一个电机18推进。电机18可以是在图1中被描绘为“马达”18的交流(AC)电动马达。电机18接收电力并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可以是功率分流配置。传动装置12包括第一电机18和第二电机24。第二电机24可以是在图1中被描绘为“发电机”24的AC电动马达。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还用作用于将机械动力转换为电力并优化通过传动装置12的功率流动的发电机。在其它实施例中，传动装置不具有功率分流配置。

传动装置12可包括行星齿轮单元26，行星齿轮单元26包括中心齿轮28、行星架30和环形齿轮32。中心齿轮28连接到第二电机24的输出轴以用于接收发电机扭矩。行星架30连接到发动机20的输出轴以用于接收发动机扭矩。行星齿轮单元26将发电机扭矩和发动机扭矩进行组合，并提供围绕环形齿轮32的组合的输出扭矩。行星齿轮单元26用作没有任何固定的传动比或“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.连接到发动机20的输出轴以仅允许该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连接到第二电机24的输出轴。可启用发电机制动器33以“制动”或防止第二电机24的输出轴和中心齿轮28的旋转。或者，O.W.C.和发电机制动器33可被省略并且由用于发动机20和第二电机24的控制策略替代。

传动装置12还可包括具有中间齿轮的中间轴，中间齿轮包括第一齿轮34、第二齿轮36和第三齿轮38。行星齿轮系输出齿轮40连接到环形齿轮32。行星输出齿轮40与第一齿轮34啮合，用于在行星齿轮单元26和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，用于在第一电机18和中间轴之间传递扭矩。传动装置输出齿轮44连接到传动轴46。传动轴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，用于在传动装置12和驱动轮48之间传递扭矩。

车辆16包括能量存储装置，诸如用于存储电能的牵引电池52。电池52是能够输出电力以使第一电机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还从第一电机18和第二电机24接收电力。电池52是由多个电池模块(未示出)构成的电池组，其中，每个电池模块包含多个电池单元(未示出)。车辆16的其它实施例考虑不同类型的能量存储装置，诸如补充或替代电池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(诸如，电池温度、电压和电流)的输入。BECM 54计算和估计电池参数，诸如，电池荷电状态和电池功率容量。BECM 54向其它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，并且电连接在电池52和第二电机24之间。VVC10“升压”或增加由电池52提供的电功率的电压电位。根据一个或更多个实施例，VVC 10还“降压”或降低提供给电池52的电功率的电压电位。逆变器56将由主电池52(通过VVC 10)提供的DC电力转换为用于使电机18、24运转的AC电力。逆变器56还将由电机18、24提供的AC电力整流为用于为牵引电池52充电的DC电力。传动装置12的其它实施例包括多个逆变器(未示出)，诸如，每个电机18、24均与一个逆变器相关联。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。除此之外，TCM 58还被配置成监测电机18、24的位置、转速和功率消耗等。TCM 58还监测VVC 10和逆变器56内的各个位置处的电参数(例如，电压和电流)。TCM 58将对应于该信息的输出信号提供给其它车辆系统。

车辆16包括与其它车辆系统和控制器通信以协调其功能的车辆系统控制器(VSC)60。虽然VSC 60被示出为单个控制器，但是VSC 60可包括可用于根据整体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任意数量的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如，FLASH、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)和与其彼此协作的软件代码以执行一系列操作。控制器还包括基于计算和测试数据并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与其它车辆系统和控制器(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，驻车挡、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器命令的输出，并且向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向ECM 64提供基于包括APP的多个输入信号并且与驾驶员对车辆推进的请求对应的输出(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从外部电源或电网周期性地接收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是将接收到的AC能量转换成适于对电池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能量提供给电池52。尽管以PHEV 16的概念示出和描述，但是应当理解，电机18、24可以在其它类型的电动车辆(诸如，混合动力电动车辆或全电动车辆)上实现。

参照图2，示出了根据本公开的一个实施例的示例性电机18。电机18包括罩壳80，罩壳80在端板之间延伸并包围电机18的内部部件。转子70设置在罩壳80内。转子包括固定到轴84的多个叠片71(图4)。转子结合到可运转地连接到齿轮箱的轴84。当电流施加到定子时，产生磁场，使得转子70在定子内旋转，产生经由一个或更多个轴供应到齿轮箱的扭矩。在运转期间，电机18在转子70和定子(未示出)内产生热。为了防止电机过热，可以设置冷却剂回路以去除运转期间产生的热。

每个叠片71可包括限定在转子70的外径与轴84之间的轭区域76。多个冷却剂孔74可被限定在每个叠片71的轭区域76中。孔74延伸穿过叠片71的厚度。当被堆叠时，每个叠片71的孔74与相邻叠片的孔对准以限定延伸穿过转子70的转子冷却通道74。

参照图3，示出了转子端板82的前视透视图。端板包括限定端板82的外周86的平衡环88。平衡环可以提供均匀的重量分布以帮助平衡与轴84和端板82的旋转相关联的旋转力。平衡环88可以包括组装提升点90。组装提升点可用于允许机械臂或其他合适的组装设备拾取电机18并将电机18放置在传动装置12(图1)内。端板可以通过铆钉或任何其他合适的机械紧固件附连在铆钉附连孔92处。端板可以由铝或任何其他合适的材料构成。端板可以由各种不同的铸造工艺制成，例如但不限于高压压铸、砂铸、石膏模铸造、壳型铸造和熔模铸造。

冷却剂捕获环96设置在中心孔97周围并且与平衡环88间隔开。冷却剂捕获环96可以具有锥形壁，锥形壁围绕中心孔97延伸并且从冷却剂捕获环96的底部96a延伸到冷却剂捕获环96的顶部96b。锥形壁朝向中心孔97并远离平衡环88倾斜。冷却剂捕获环还可以具有截头圆锥形状。

参照图4，示出了沿图2的剖切线3截取的截面图。当电流施加到定子上时，磁场作用在转子上以使其旋转。冷却剂可以沿着方向箭头F流动经过由轴84限定的中心通道99。当转子70旋转时，轴84旋转。当轴旋转时，离心力作用于进入通道99的冷却剂，使得冷却剂流动经过竖直的冷却剂通道100。当冷却剂离开冷却剂通道100时，冷却剂可以具有大致竖直的分量，该分量垂直于轴84的旋转轴线。冷却剂然后与冷却剂捕获环96接触。冷却剂捕获环将冷却剂从竖直分量重新导向到水平分量，从而冷却剂沿着冷却剂通道或通路74运动。

参照图5和图6，示出了根据本公开的第二实施例的示例性电机218。电机218包括在端板之间延伸并且包围电机218的内部部件的罩壳80。转子70设置在罩壳80内。转子包括固定到轴84的多个叠片71。转子穿过可运转地连接到齿轮箱的轴84。当电流施加到定子时，产生磁场，使得转子70在定子内旋转，产生经由一个或更多个轴供应到齿轮箱的扭矩。冷却剂管200连接到设置在转子端板82内的喷嘴202。冷却剂管200提供从传动装置到喷嘴202的冷却剂流。喷嘴202可具有比冷却剂管200的内径更小的内径，以当流体离开喷嘴时对流体加压。在其他实施例中，喷嘴202的内径可以等于或大于冷却剂管200的内径。当冷却剂离开冷却剂喷嘴202时，冷却剂被喷射到转子端板82的冷却剂捕获环96中。如上所述，冷却剂捕获环96将来自冷却剂管200的冷却剂重新导向到转子70的冷却剂通道74。

随着冷却剂从电机218的一端穿过冷却剂通道74行进到另一端，相对侧上的冷却剂捕获环再次重新导向冷却剂。电机218可具有设置在一侧上的冷却剂管200a和喷嘴202a以及设置在相对侧上的冷却剂管200b和喷嘴202b。设置在喷嘴下方的流体出口孔204a和204b可以设置在喷嘴202a和202b下方。当冷却剂从喷嘴202a运动通过冷却剂通道74时，冷却剂可以与从喷嘴202b进入的流体接触。过量的冷却剂可流动通过冷却剂出口孔204a、204b。

参照图7，示出了根据本公开的另一实施例的端板382。端板382类似于图3中描述的端板，但包括从流体捕获环96的底部96a延伸的定心板98。定心板98包括装配在转子70的轴84上的中心孔97。定心板98可以便于将端板382组装到轴84上，并且它还可以为零件品牌提供空间。定心板98包括围绕中心孔97周向布置的多个槽101。槽101可以从流体捕获环的内周或底部96a偏移。如图所示，槽101可以包括在与流体捕获环相对的方向上延伸的凸耳或突起。槽和凸耳允许被冷却剂捕获环重新定向的冷却剂进入由转子限定的冷却剂通道。具体参照图8，示出了电机318的截面图。电机包括具有定心板98的端板382。

参照图9，示出了一个实施例的电机418的截面图。电机418可以包括通过锁定螺母102附连到转子的端板382。锁定螺母102可以包括内螺纹，该内螺纹与由轴84的外表面的至少一部分限定的外螺纹接合。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明所有可能的形式。更确切地，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下能够进行各种变化。此外，各个实施的实施例的特征可组合以形成本发明进一步的实施例。

Claims

1.一种电机，包括：

转子，设置在轴上；和

端板，限定冷却剂捕获环，冷却剂捕获环具有在其周边处从端板的外部朝向所述轴延伸的锥形侧壁，其中，冷却剂捕获环被构造为使被冷却剂捕获环捕获的冷却剂转向，该冷却剂由于与所述轴的旋转相关的离心力而通过所述轴排出。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，当冷却剂进入电机时，冷却剂捕获环被构造为将冷却剂从冷却剂捕获环的较窄部分引导至冷却剂捕获环的较宽部分，使得冷却剂沿着转子的长度流动。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，冷却剂通过流动经过由所述轴限定的水平通道而进入电机。

4.根据权利要求3所述的电机，其中，冷却剂通过由所述轴限定的竖直通道从水平通道排出。

5.根据权利要求4所述的电机，其中，由所述轴限定的水平通道具有第一直径，并且所述竖直通道具有比第一直径小的第二直径，其中，所述第二直径促进冷却剂速度的增加。

6.根据权利要求1所述的电机，其中，转子包括叠片堆，其中，每个叠片限定冷却剂通道孔，并且每个叠片被对齐以形成沿着所述轴的长度延伸的冷却剂通道，其中，所述冷却剂通道促进从冷却剂捕获环接收的冷却剂的流动。

7.根据权利要求1所述的电机，其中，端板通过至少一个铆钉附连到转子。

8.一种电机，包括：

转子，设置在轴上；

端板，限定冷却剂捕获环，冷却剂捕获环具有在其周边处从端板的外部朝向所述轴延伸的锥形侧壁；和

至少一个喷嘴，设置在端板内，其中，冷却剂捕获环被构造为使通过所述喷嘴排出的冷却剂转向为沿着转子的长度。

9.根据权利要求8所述的电机，其中，端板限定具有内周的中心孔，并且冷却剂捕获环具有从中心孔的内周延伸的截头圆锥形状。

10.根据权利要求8所述的电机，其中，冷却剂捕获环远离所述轴以α角倾斜，其中，设置在端板内的所述喷嘴远离所述轴以α角倾斜。

11.根据权利要求8所述的电机，其中，转子包括叠片堆，其中，每个叠片限定冷却剂通道孔，并且每个叠片被对齐以形成沿着所述轴的长度延伸的冷却剂通道，其中，所述冷却剂通道促进从冷却剂捕获环接收的冷却剂的流动。

12.根据权利要求8所述的电机，还包括终止于所述喷嘴的冷却剂管，其中，冷却剂管具有第一内径，并且所述喷嘴具有小于所述第一内径的第二内径，使得在冷却剂从所述喷嘴离开时第二内径对冷却剂进行加压。

13.根据权利要求8所述的电机，其中，端板通过至少一个铆钉附连到转子。

14.一种电机，包括：

转子，设置在轴上；和

端板，包括：

冷却剂捕获环，包括从内周朝向所述轴延伸的锥形侧壁，和

定心板，从所述内周延伸并且限定从所述内周周向地偏移的多个槽，其中，冷却剂捕获环被构造为将通过所述轴排出的流体重新引导到所述多个槽。

15.根据权利要求14所述的电机，其中，当冷却剂进入电机时，冷却剂捕获环被构造为将冷却剂从冷却剂捕获环的较窄部分引导至冷却剂捕获环的较宽部分，使得冷却剂沿着转子的长度流动。