CN109936266A - 用于车辆的电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有的定子(102)和转子(104)的电机(101)，所述转子(104)能够通过与由定子(102)生成的磁场相互作用而旋转。所述定子(102)包括多个齿(112)，并且所述多个齿(112)中的至少一个齿(113)包括朝向所述定子(102)与所述转子(104)之间的空气间隙(110)设置的头部(306)。具有至少一个面(408,409)的杆部(410)沿着杆部(410)的纵向轴线在头部(306)和所述定子芯之间朝向定子芯(118)延伸。杆部(410)包括沿着至少一个面(408,409)延伸的至少一个边缘(404,405)。所述至少一个面(408,409)在所述至少一个边缘(404,405)处具有在远离中心(C)的方向上移动而渐窄的宽度(W)。

Description

用于车辆的电机

技术领域

本发明涉及车辆及其辅助机器的内燃发动机，其需要以不同的速度在各种负荷下操作。

背景技术

电机通常由定子和转子组成。基于机器拓扑结构，不同机器的转子构造不同。感应电机的转子要么是用滑环缠绕的转子要么是鼠笼型。开关磁阻电机的转子通常是没有磁体的凸极型。基于永磁体的机器的转子通常包括围绕磁体的转子叠层。

当涉及到定子结构时，定子通过堆叠LASER切割的或冲压的叠层片来构造。这些片在整个长度上通常具有相同的形状和尺寸。这形成了定子沿长度的挤压外观。缠绕通常围绕定子齿进行，以产生期望的缠绕模式。

内燃发动机通常提供有用于从零速起动发动机的起动马达。起动马达从诸如电池的能量存储介质获取能量。另外，发动机还配备有用于产生电力给电池充电的磁电机装置。

集成起动发电机(ISG)是与内燃(IC)发动机相关联的专用机器。ISG用于通过让发动机旋转直到提供点火来起动IC发动机，并且然后能够在高于IC发动机操作的阈值速度下从感应电压产生动力。

附图说明

详细描述将参考附图描述。在所有附图中使用相同的编号用来指代相同的特征和部件。

图1示出了根据本发明的实施例的示例性两轮车辆的左侧视图。

图2示出了根据本发明的实施例的电机的典型截面。

图3(a)描绘了由导线缠绕的传统定子齿的后部截面图。

图3(b)描绘了图3(a)中所示的传统定子齿的立体图。

图4(a)示出了根据本发明的实施例的由导线缠绕的定子齿的截面图。

图4(b)示出了根据本发明的实施例的图4(a)中所示的定子齿的立体图。

图4(c)示出了根据本发明的另一个实施例的定子齿的立体图。

具体实施方式

本发明涉及在功能方面超越ISG的机器。本发明还设计成在高负荷条件下对发动机提供辅助，从而可以执行发动机操作以减少CO₂/NO_x排放。

本发明能够借助于多机器拓扑(诸如感应电机、开关磁阻电机(SRM)和BLDC机器)来实现。感应电机和开关磁阻电机与相应的动力电子控制器一起操作，该电力电子控制器基于诸如当前的旋转速度的输入条件来调节扭矩。

感应电机和SRM不具有由感应反电动势限制的速度，由于该感应电压，BLDC的速度范围遭受损害。这是由于存在旋转磁体引起的线圈中的磁通量的变化率而在绕组线圈中感应的电压。该电压限制流入机器的电流，取决于所供给的电压限制了在零速以上的可能扭矩。

考虑到BLDC的速度限制，BLDC机器构造成匝数较少，使得感应电压较小，并且因此速度带较宽。这就要求在起动操作过程中有更多的电流流通至马达线圈。

然而，为了使更多的电流通过线圈，控制器所看到的马达的线路电阻应该更少。为此目的，使用粗导线来缠绕。为了使高电流流过由已知材料制成的线圈，使用这种材料是由于其电阻或密度特性，导线厚度增加。

粗导线具有高的回转半径，并且难以围绕拐角周围的定子齿的边缘弯曲。

当从机器的空气间隙侧看时，围绕其进行缠绕的定子齿的截面通常看起来像矩形。这就要求线圈导体在定子齿的边缘处急剧弯曲。然而，由于粗导体的高曲率半径，导线紧密地抵靠定子齿的边缘挤压，并且这保持了导线和定子齿壁之间的间隙。这个效果如图3(a)所示。

这种结构的问题在于，抵靠齿的尖锐边缘挤压的导线会使珐琅涂层受损，并且可能通过相连接导致主体短路。另外，由于导线给定子齿壁留有一定的空间，所以这种布置使得我们用给定的导线缠绕更少的匝数。

因此，本发明解决了现有技术中的前面提及的和其他的问题。本发明提供改变的定子齿的截面形状，使得截面的尖锐边缘平滑化或倒角化。为了达到这个效果，一些定子叠层被改变成具有不同的齿宽。例如，如果给定马达的定子被组装成具有数百个叠层片，则顶部五个和底部五个叠层片被构造成使得随着片远离该堆叠的中心，叠层片的每个齿的齿宽逐渐减小。齿宽的减小使得沿着绕组轴线的方向观察，任何定子齿的截面将具有平滑边缘。沿着定子长度的齿宽的减小可以使得在定子齿的截面的边缘处产生的倒角半径大于用于绕组的导线的90度弯曲的曲率半径。

通过这样的结构，导线上的应力下降，并且绝缘不会受到损害。

此外，通过这样的构造，可以增加相同匝数的导线的厚度。这减少了操作期间定子中的功率损耗。这会导致以更少的起动应用的匝数，却更多的电流供给机器。

当较粗的导体用于具有与之前相同的电流限制的机器时，电阻减小，因此损耗也减小。机器的整体效率也可以提高。

所考虑的马达可以是径向磁通电机或轴向磁通电机。

通过为绕组提供更多空间并允许使用更粗的导线，齿形变化在SRM和IM配置中也可以是有益的。这种布置也减少了在拐角处的导线的压力，也减少了珐琅变化而被损坏。

在一个实施例中，由于能够使用具有较少股线的较粗导体，本发明有益于诸如集成起动发电机的应用。这使得机器可以高速操作，这也是由于较低的感应电压。由于更多的电流可以给予马达，机器能够在起动时产生更多的扭矩。

在一个实施例中，本发明的定子包括形成堆叠的多个叠层片，其中顶部叠层片中的一个或多个和底部叠层片中的一个或多个提供有不同的齿宽，其中随着从堆叠的中心远离，宽度减小。因此，在一个实施例中，围绕堆叠缠绕的多根导线在拐角处没有受到应力，而且在定子齿的壁和围绕定子齿的壁缠绕的多根导线之间没有浪费空间。

形成线圈或绕组的导线可以围绕本发明的定子的齿缠绕，并且导线以平滑或低的曲率半径缠绕。这使得能够使用任何已知的金属，包括铜、铝或可以缠绕在其上的任何金属合金。因此，本发明使得能够使用相对低成本的导体，使得整个系统有成本效益。而且，本发明使得能够使用具有较高厚度的导体而不考虑导电性，以使得能够实现高电流流动，从而使设计具有灵活性。

在一个实施例中，所提出的电机用于辅助内燃发动机曲轴的旋转，其中在车辆起动期间和在车辆行驶期间在提供对内燃发动机的动力辅助期间，具有被限制为大约50Nm的工作电流的峰值扭矩。此外，本发明的电机的工作电流处的峰值扭矩小于混合动力和/或电动车辆的牵引马达的操作要求。

在一个实施例中，本发明提供了一种电机，其能够容纳增加的厚度的导体并且允许更多的电流通过以增加电机的起动能力。电机包括定子，定子具有定子芯的定子和围绕定子芯周边设置的多个齿。多个齿中的每个齿用预定厚度的导线缠绕以形成绕组。当从至少一个电源接收电能时，转子能够通过与由定子生成的磁场相互作用而转动。转子通过空气间隙与定子分隔。所述多个齿中的每个齿包括朝向空气间隙延伸的头部以及具有顶面和底面并且在头部和定子芯的周边之间沿着杆部的纵向轴线延伸的杆部。杆部包括沿着顶面延伸的第一边缘和第二边缘以及沿着底面延伸的第三边缘和第四边缘。在一个实施例中，所有上述的边缘被平滑化。

此外，在一个实施例中，电机的边缘被平滑化成圆形边缘和倒角边缘之一。在一个实施例中，定子芯由单个件制成。而且，定子芯包括多个叠层片。

在一个实施例中，多个叠层片的至少一个或多个具有不同的杆部宽度。随着片从堆叠的中心远离，叠层片的每个齿的杆部的宽度逐渐减小。

此外，边缘以大致高于导线的弯曲半径的半径被平滑化。

在一个实施例中，本发明提供了一种用于在起动和高速操作期间辅助车辆的内燃发动机并且能够在高速操作时实现减少排放的电机。电机包括转子，当从至少一个电源接收电能时，所述转子能够通过与由定子生成的磁场相互作用而旋转。转子通过空气间隙与定子分隔。转子具有面对定子的多个齿布置的多个永磁体。

在一个实施例中，绕组包括在限定定子边界的平面之外的多个导线段。多个导线段基本上更接近限定定子边界的平面。在一个实施例中，转子设置在所述定子内部。在替代实施例中，转子布置在定子外部。在一个实施例中，磁场垂直于转子的旋转轴线。而在另一个实施例中，磁场平行于转子的旋转轴线。

在一个实施例中，在车辆起动期间以及在车辆行驶期间向内燃发动机提供动力辅助期间，本发明的电机能够实现被限制到约50N·m的工作电流的峰值扭矩。

本发明的这些和其他优点将在下面的描述中结合附图更详细地描述。

图1示出了根据本发明的实施例的示例性两轮车辆的左侧视图。车辆100具有框架组件105，框架组件105用作车辆100的结构构件和骨架。框架组件105包括头管105A，转向组件通过该头管105A可旋转地轴颈支撑。转向组件包括通过一个或多个前悬架120连接至前轮115的车把组件111。前挡泥板125覆盖前轮115的至少一部分。此外，框架组件105包括从头管105A向后向下延伸的主管(未示出)。燃料箱130安装至头管105A。而且，下管(未示出)从主管的后部大致水平地向后延伸。另外，框架组件包括从下管的后部向后倾斜地延伸的一个或多个后管(未示出)。在一个优选实施例中，框架组件105是单管型的，其从车辆100的前部F延伸至后部R。

在一个实施例中，动力单元135安装至下管。在实施例中，动力单元135包括IC发动机。燃料箱130功能性地连接至动力单元135用于供给燃料。在优选实施例中，IC发动机向前倾斜，即IC发动机的活塞轴向前倾斜。此外，IC发动机135功能性地耦接至后轮140。摆臂140可摆动地连接至框架组件105，并且后轮145由摆臂140可旋转地支撑。以一定角度连接摆臂140的一个或多个后悬架150承受由于车轮反作用而产生的径向力和轴向力。后挡泥板155设置在后轮145上方。座椅组件160设置在由框架组件105限定的直通部(step-throughportion)的后部R处。在一个实施例中，座椅组件160包括骑手座椅160A和一个后座椅160B。此外，后座椅160B定位于后轮145的上方。此外，车辆100由安装在框架组件105上的中央支架(未示出)支撑。底板165安装在下管上，并设置在直通部处。底板165覆盖动力单元135的至少一部分。车辆100与由框架组件105支撑的辅助动力单元(未示出)一起使用，例如辅助动力单元是诸如电池的能量存储装置。另外，车辆100提供有至少一组脚踏部180，用于骑手/后座乘客放置其脚。

图2示出了关于本发明的实施例的电机的截面。在一个实施例中，电机101是外部旋转的BLDC机器。在一个实施例中，外部旋转的BLDC机器用作集成起动发电机(ISG)。本发明的电机101包括转子104，转子104还包括背铁106和设置在转子104的内表面上的多个磁体108。在一个实施例中，背铁106随着转子104的旋转一起旋转。在一个实施例中，多个磁体108是永磁体。

此外，背铁106可以由铁、硅钢中的任一种制成，其可以制成为一个整块的铁或硅钢。可替换地，背铁106被制成为中间具有多个电绝缘层的铁或硅钢的层。在一个实施例中，多个磁体108可以是弧形磁体和扁平磁体中的任一种。此外，在一个实施例中，多个磁体108沿周向彼此相邻地设置，没有任何间隙。可替换地，多个磁体108可以沿周向彼此相邻地设置，并且多个磁体108中的两个相邻磁体之间具有周向空气间隙。

此外，电机101包括定子102，定子102具有居中提供的定子芯118，多个定子齿112沿周向围绕定子芯118设置，从而在其间形成多个定子槽114。在一个实施例中，多个定子槽114进一步填充有多个绕组116。在一个实施例中，定子102被封闭在转子104内并且被空气间隙110径向隔开。在一个实施例中，多个定子齿112的每个齿包括杆部。在一个实施例中，多个定子齿112的齿的杆部在杆部的两端上提供有相等的宽度，在杆部的两端上即在朝向定子芯118的第一端和远离定子芯118的第二端处。在一个替代实施例中，多个定子槽114中的每个槽形成为在两端处具有相等的宽度，在两端处即在更靠近定子芯118的一端处和远离定子芯118的一端处，这是由多个在其两端具有不同宽度的定子齿112中两个相邻齿实现的，所述两个相邻齿在其间形成宽度一致的槽。在另一替代实施例中，多个定子齿112中的每个齿和多个定子槽114中的每个槽都以这样的方式形成：在两端处齿和槽的宽度不相等。在一个实施例中，多个定子齿112中的每个齿的杆部以面向转子104的头部结束，并且具有比杆部更宽的宽度。

图3(a)示出了由导线缠绕的传统定子齿的后视截面图。在一个实施例中，传统的定子齿也是围绕定子芯118的周边设置的多个齿112的一部分。多个齿112中的每个齿112包括一个或多个叠层片，以堆叠的方式一个在另一个之上地布置以形成片302的叠层堆叠。传统上，片302的叠层堆叠的叠层片布置成使得每个叠层片具有相等的宽度和相等的厚度，这使得片302的叠层堆叠具有尖锐的拐角。因此，围绕这种尖锐的拐角的导线304的绕组116倾向于减少能够被缠绕的导线304的数量。而且，这样的尖锐的拐角也减小了能够被缠绕的导线304的厚度。而且，拐角处的导线304也易于磨损。

图3(b)示出了图3(a)所示的传统定子齿的立体图。所述多个齿112中的每个齿包括朝向空气间隙110延伸的头部306以及具有一个或多个面308的杆部310，所述一个或多个面308在头部306与定子芯312的周边之间沿杆部310的纵向轴线延伸。顶面和底面优选地考虑为叠层片302被堆叠。

图4(a)示出了根据本发明的实施例的由导线304缠绕的定子齿113的截面图。在一个实施例中，本发明提供了定子齿113，其是围绕定子芯118的周边设置的多个齿112的一部分。多个齿112中的每个齿113都缠绕有预定厚度的导电线304以形成绕组116。通常，当从至少一个电源(未示出)接收电能时，转子104能够通过与由定子102生成的磁场相互作用而旋转。转子104通过空气间隙110与定子102分隔。多个齿112中的每个齿113包括以堆叠的方式一个在另一个之上地布置的一个或多个叠层片，以形成片402的叠层堆叠。

在一个实施例中，片402的叠层堆叠的叠层片402被布置成使得多个叠层片中的一个或多个叠层片具有不同的杆部410宽度W。在一个实施例中，随着片远离堆叠402的中心C，对于叠层片的每个齿113，叠层片的杆部410的宽度W逐渐减小。例如，离堆叠402的中心C较近的一个或多个叠层片提供有杆部410的相等宽度W，而远离中心C并且朝向堆叠402的顶部和底部的那些叠层片提供有杆部410的减小的宽度W。在一个实施例中，从图4(a)可以看出，朝向堆叠402的顶部和底部的叠层片在堆叠的边缘处具有减小的厚度402T。

图4(b)示出了根据本发明的实施例的图4(a)所示的定子齿113的立体图。而图4(c)示出了根据本发明的另一个实施例的定子齿的立体图。在一个实施例中，从图4(b)可以看出，靠近作为顶面的第一面408的边缘以及靠近另一面409的边缘被倒角化，例如形成倒角边缘404。此处所指的另一个面409是与第一面408相邻的可见的纵向面。此外，如图4(c)所示，边缘被平滑化或倒圆以形成平滑的或倒圆的边缘405，而不是倒角边缘404。图4(c)所示的齿113的边缘统称作齿405。

例如，在所描绘的实施例中，堆叠402具有十三个叠层片，数字十三是示例性的而非限制性的。当从堆叠402的中心C朝向侧面移动时，顶部三个片和底部三个片具有逐渐减小的宽度W，其中，方向用在定子芯312的周边处的箭头来描绘。齿宽的减小使得当在绕组116的轴线方向上观察时任何定子齿的截面将具有倒角边缘或平滑边缘。

在一个实施例中，边缘405以基本高于导电线304的弯曲半径的半径平滑化。换句话说，取得了实现最佳绕组的低曲率半径。在一个实施例中，倒角边缘404或平滑边缘405确保可以围绕叠层堆叠402的拐角缠绕的导线304的数量显著地增加。而且，能够缠绕的导线304的厚度也增加。而且，由于平滑边缘或倒角边缘，拐角处的导线304不会磨损。

在一个实施例中，沿着第一面408的杆部410包括沿着第一面408延伸的第一边缘411和第二边缘412以及沿另一面409延伸的第三边缘413和第四边缘414。边缘412对于可互换地称为顶面408的第一面408来说是共同的。由于叠层片的堆叠，基本上彼此平行的堆叠的侧面限定了边缘的轮廓。在一个实施例中，所有上述边缘411、412、413、414被平滑化或倒圆化，如图4(c)所示，边缘411、412、413、414具有平滑的曲率半径。例如，从第一面408到相邻面409，边缘412提供低的曲率半径。典型地，片沿着远离中心的方向移动而具有渐窄宽度的侧面设置成相对侧，因为叠层片优选彼此平行地布置。

此外，上述齿113还提供安装在发动机135或车辆100上的小重量且紧凑的齿，其提供了改进的性能。

应该理解的是，实施例的方面不一定限于在此描述的特征。鉴于以上公开内容，本发明的许多修改和变化是可能的。因此，在本发明的权利要求的范围内，可以以具体描述以外的方式来实践本公开。

Claims (10)

1.一种电机(101)，其能够容纳增加厚度的导电线(304)并且允许更多的电流通过以改善安装到车辆(100)上的内燃发动机(135)的起动性和高速操作，所述电机(101)包括：

定子(102)，其具有定子芯(118)和围绕所述定子芯(118)的周边设置的多个齿(112)，所述多个齿(112)中的每个齿都用预定厚度的所述导电线(304)缠绕以形成绕组(116)；和

转子(104)，其能够在从至少一个电源接收电能时通过与由所述定子(102)生成的磁场相互作用而转动，所述转子(104)通过空气间隙(110)与所述定子(102)隔开，其中

所述多个齿(112)包括至少一个齿(113)，所述至少一个齿(113)包括朝向所述空气间隙(110)设置的头部(306)以及具有至少一个面(408,409)的杆部(410)，所述杆部(410)沿着所述杆部(410)的纵向轴线在所述头部(306)和所述定子芯之间朝向所述定子芯(118)延伸，所述杆部(410)包括沿着所述至少一个面(408,409)延伸的至少一个边缘(404,405)，并且其中所述至少一个面(408,409)在所述至少一个边缘(404,405)处具有沿着远离所述杆部(410)的中心(C)的方向移动而渐窄的宽度(W)。

2.根据权利要求1所述的电机(101)，其中所述杆部(410)包括沿着第一面延伸的第一边缘(411)和第二边缘(412)，以及沿着第二底面延伸的第三边缘(413)和第四边缘(414)，并且所述边缘(411、412、413、414)被平滑化成圆形边缘(405)和倒角边缘(404)中的任一个。

3.根据权利要求1所述的电机(101)，其中所述定子芯(118)由单个件制成。

4.根据权利要求1所述的电机(101)，其中所述定子芯(118)包括多个叠层片(402)。

5.根据权利要求4所述的电机(101)，其中所述多个叠层片(402)中的至少一个或多个具有不同的杆部(410)宽度(W)，并且其中随着远离其中心(C)设置的叠层片(402)的宽度(W)在远离所述中心(C)的方向上移动而减少，所述杆部(410)的宽度(W)逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的电机(101)，其中所述边缘(404,405)以基本高于所述导电线(304)的弯曲半径的半径平滑化。

7.根据权利要求1所述的电机(101)，其中所述绕组(116)包括在限定所述定子边界的平面外部的多个导线段，所述多个导线段基本上更接近限定所述定子边界的所述平面。

8.根据权利要求1所述的电机(101)，其中所述转子(104)设置在所述定子(102)的内部或外部。

9.根据权利要求1所述的电机(101)，其中所述磁场垂直于所述转子(104)的旋转轴线或平行于所述转子(104)的旋转轴线。

10.根据权利要求1所述的电机(101)，其中在所述内燃发动机(135)起动期间以及在所述车辆(100)行驶期间向所述内燃发动机(135)提供动力辅助期间，所述电机(101)能够实现被限制到约50N·m的工作电流的峰值扭矩。