CN109937519A - 电机的套筒和轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种套筒(1)，其在电机的轴和电机(100)的旋转轴承之间提供机械连接，所述套筒包括：‑第一部分(3)，构造成与电机的轴配合，‑第二部分(5)，构造成与旋转轴承配合，其特征在于，第一部分(3)限定至少一个内腔室(4)，并且在套筒(1)周围区域与内腔室(4)之间包括至少一个连通装置(6)。应用于机动车辆。

Description

电机的套筒和轴

技术领域

本发明要求于2016年9月21日提交的法国申请1658872的优先权，其内容(文本、附图和权利要求)通过引用并入本文。

本发明的领域是电机领域，优选地为旋转电机，例如发电机或电动机。更具体地，这些电机安装在车辆中，特别是机动车辆中，例如公路车辆或火车。这些电机例如用于使车辆运动。

背景技术

旋转电机，例如发电机或电动机，包括定子和转子。形成线圈的绕组安装在定子上，并且例如永磁体固定到转子上。转子通过轴可旋转移动。当电机是发电机时，转子与定子的线圈相对的旋转运动使得可以产生电能，并且当电机是电动机时，转子的旋转产生机械能。

在这些电机用于使电动车辆运动的情况下，车辆上车载的所有元件的重量应该最小化，因为这个重量直接影响负责为推动车辆的电动机供电的电源的自主性。这种减轻重量的努力体现为优化该电机的紧凑性，同时保持相同的性能水平。

这种情况导致电机产生的热密度增加。因此，应对其进行冷却，以避免可能导致性能下降、甚至是电机损坏的过热。

发明内容

本发明通过提出一种套筒，其在电机的轴和电机的旋转轴承之间提供机械连接，所述套筒包括：

-第一部分，构造成与电机的轴配合，

-第二部分，构造成与旋转轴承配合，其特征在于，第一部分限定至少一个内腔室，并且在套筒周围位置与内腔室之间包括至少一个连通装置。

因此，本发明使得可以在套筒和电机的轴之间形成流体通道以冷却套筒的内部部分，同时相关地冷却电机的轴的内部容积。流体通道允许通过套筒和与其连接的电机的轴的对流进行冷却。

更具体地，连通装置使得可以形成冷却流体的通道，从而允许冷却流体在位于套筒外部的套筒周围区域与套筒的内腔室之间循环。

可以单独或组合地采用以下根据本发明的各个特征：

-第一部分包括限定内腔室的多个扭矩传递壁，其中的至少两个相邻的扭矩传递壁由至少一个连通装置分开。扭矩传递壁在限定内腔室的同时提供力的传递。

-连通装置是至少一个凹口。

-至少一个扭矩传递壁包括凸肩，该凸肩构造成形成与轴相对的纵向止动件。

-凸肩布置在扭矩传递壁的内表面上。内表面是位于内腔室中或与内腔室相对的套筒的表面。换句话说，内表面是套筒的最靠近套筒的旋转轴线的表面。

-至少一个扭矩传递壁沿着套筒的旋转轴线且从套筒的基部纵向延伸。

-扭矩传递壁围绕套筒的旋转轴线规则地成角度分布，对于数量为N个的扭矩传递壁，角度扇区等于360/N。例如，如果套筒包括四个扭矩传递壁，则角度扇区等于90度，因此每个扭矩传递壁每90度布置。

-第二部分采用耳轴(tourillon)的形式，该耳轴沿着套筒的旋转轴线延伸且适于接收电机的旋转轴承。

-套筒由钢制成。因此，套筒可以传递扭矩并支撑旋转轴承，同时通过连通装置的存在而轻量化。

-至少一个连通装置相对于套筒的旋转轴线径向地通向第一部分。根据实施例，连通装置采用径向凹口的形式，该径向凹口围绕套筒的旋转轴线在角度扇区中延伸。

-第二部分是实心的。

本发明还涉及一种用于电机的中空的轴，包括：

-内部容积，

-中央部分，构造成接收电机的转子，

-至少一个端部部分，构造成与至少一个套筒配合，其特征在于，至少一个端部部分在外周边上包括用于与套筒配合的至少一个凹颈。

可以单独或组合地采用以下根据本发明的各个特征：

-轴包括至少一个纵向肋，该纵向肋在内部容积内且平行于轴的旋转轴线延伸。

-轴由铝制成。因此，中空的铝轴具有良好的热传递性能并且易于制造，特别是通过挤出制造。

本发明还涉及一种用于电机的组件，其特征在于，包括至少一个如前所述的套筒和如前所述的中空的轴，轴的内部容积与套筒的内腔室连通。

可以单独或组合地采用以下根据本发明的各个特征：

-轴的凹颈与套筒的扭矩传递壁的接触部配合。因此，根据实施例，轴的外周上的四个凹颈与套筒的四个扭矩传递壁配合。凹颈和扭矩传递壁的配合被理解为组装。例如，套筒的扭矩传递壁通过压接、焊接、压制或胶合来与轴的凹颈组装在一起。因此，扭矩传递壁的接触部容纳在凹颈中。

-套筒的至少一个扭矩传递壁的外表面与轴的外表面齐平。外表面是位于套筒的周围区域中的套筒的表面。换句话说，外表面是套筒的最远离套筒的旋转轴线的表面。外表面是位于轴的周围区域中的轴的表面。换句话说，外表面是轴的最远离轴的旋转轴线的表面。套筒的旋转轴线和轴的旋转轴线在此重合。组装完成后，组件在其共同的接合处不存在外部的不平整。

-套筒的至少一个扭矩传递壁的内表面与轴的内表面齐平。内表面是位于内腔室中的套筒的表面。换句话说，内表面是套筒的最靠近套筒的旋转轴线的表面。内表面是位于轴的内部容积中的轴的表面。换句话说，内表面是最靠近轴的旋转轴线的轴的表面。套筒的旋转轴线和轴的旋转轴线在此重合。

本发明还涉及一种电机，其特征在于，包括至少一个如前所述的套筒或如前所述的轴或如前所述的组件。

根据实施例，电机通过至少穿过套筒的连通装置的冷却流体来冷却。

附图说明

通过阅读下文说明性的描述并参照附图，使得本发明的其它特征、细节和优点得以更清楚地显现，其中：

-图1是根据本发明的套筒的侧视图，

-图2是根据本发明的套筒的透视图，

-图3是根据本发明的套筒的前视图，

-图4是根据本发明的组件的透视图，组件包括与图1的两个套筒配合的轴，

-图5是图4的组件的剖视图，

-图6是根据本发明的中空的轴的透视图，

-图7是配备有图4的组件的根据本发明的电机的局部剖视图。

具体实施方式

首先，应该注意的是，附图详细描述了本发明以实现本发明，如有需要，所述附图当然能够用于更好地定义本发明。

在以下描述中，诸如“内部”或“外部”的相对概念相对于旋转轴线R限定。旋转轴线R被定义为套筒和轴围绕其旋转的轴线。“内部”的概念根据该坐标系意味着所讨论的元件径向朝向套筒和/或轴的内侧定位或定向，接近旋转轴线R，而“外部”的概念根据该坐标系意味着所讨论的元件径向朝向套筒和/或轴的外侧定位或定向，远离旋转轴线R。纵向轴线被定义为套筒和/或套筒沿着其纵向延伸的轴线，因此纵向轴线和旋转轴线R重合。在下文的描述中，还将参考竖直轴线V和横向轴线T来定向，因为它们由一些图中所示的三棱线R、V、T限定。

图1示出了套筒1，套筒包括构造成与电机的轴配合的第一部分3和构造成与电机的旋转轴承配合的第二部分5。基部9布置在第一部分3和第二部分5之间并与二者连接，基部9作为第一部分3和/或第二部分5的一部分。包括第一部分3、基部9和第二部分5的套筒1是一件式的，有利地由相同的材料制成。

套筒1的第一部分3包括扭矩传递壁8。扭矩传递壁8由连通装置6彼此分开。连通装置6例如是凹口，凹口对应于压痕，即，去除由模制或机械加工产生的套筒1的一部分的材料。因此，两个相邻的扭矩传递壁8即每个位于彼此相邻的扭矩传递壁8由单个凹口6a分开。

连通装置6相对于套筒1的旋转轴线R径向地开口。更具体地，每个连通装置6由起始于套筒1的旋转轴线R的角度扇区界定，并且由径向于套筒1的旋转轴线R的两条直线界定。

在图1所示的实施例中，第一部分3在小于第二部分5的长度的长度上延伸。非限制性地，第二部分5可以比第一部分3短，以提供与滚动轴承(roulement)或旋转轴承的连接，或者比第一部分3长，以提供与变速箱的机械连接。基部9的外直径与内接于传递壁8的圆的外直径相同。第二部分5的直径小于第一部分3的直径。第二部分的外表面是能够承载旋转装置的区域，例如如下所述的滚动轴承。连通装置6，特别是凹口的形式的连通装置在此纵向延伸，并在形成第一部分3的环部中形成切口。

图2示出了一组扭矩传递壁8，在此为四个，其限定了内腔室4。内腔室4通过连通装置6与套筒1的周围区域连通。在前面的实施例中，四个凹口6a，6b，6c和6d使得可以在套筒1的周围区域和内腔室4之间形成用于冷却流体的四个通道。这些冷却流体通道允许通过套筒1和与套筒连接的电机的轴的对流来冷却。当然，除凹口之外，连通装置6可还以采用任何形式，同时允许冷却流体在套筒1的周围区域和内腔室4之间循环。

应该注意的是，每个扭矩传递壁8具有与基部9的外表面90的至少一部分重合的外表面80。换句话说，扭矩传递壁8位于基部9的外周上，扭矩传递壁8的外表面80与基座9的周边齐平。扭矩传递壁8和基座9的外表面80,90是位于套筒1的周围区域中的表面。换句话说，扭矩传递壁8和基部9的外表面80,90位于离套筒1的旋转轴线R最远的表面上。

每个扭矩传递壁8沿着套筒1的旋转轴线R且从套筒1的基部9纵向延伸，相对于基部9与第二部分5相对。基部9是圆柱形的，扭矩传递壁8例如规则地围绕旋转轴线R成角度分布。通常，N个扭矩传递壁8的角度分布或角度扇区对应于360/N。因此，对于四个扭矩传递壁8，每个扭矩传递壁8围绕旋转轴线R每隔90度布置在基座9上。

如图3所示，扭矩传递壁8沿着围绕旋转轴线R旋转的圆形曲线C在基座9上方周向延伸。圆形曲线C在此沿着基座9的外周边。因此，扭矩传递壁8根据电机的使用来执行机械力从轴到第二部分5或从第二部分5到轴的传递功能，同时释放足够的内部容积以布置用于循环冷却流体的内腔室4。

根据实施例，每个扭矩传递壁8包括至少一个凸肩82，该凸肩形成纵向止动件，电机的轴抵靠该纵向止动件。该凸肩82实施在扭矩传递壁8的内表面84上。这里的内表面84是扭矩传递壁8的限定内腔室4的表面。换句话说，内表面84是最靠近套筒1的旋转轴线R的扭矩传递壁8的表面。这种凸肩82通过扭矩传递壁8在其自由端处的厚度减小而形成，从而形成底壁83，轴适于抵靠在该底壁上，底壁83是纵向止动件的实施例。这种凸肩82具有弯曲的形状并且由扭矩传递壁8的弯曲表面界定。该弯曲表面与轴接触并且沿扭矩传递壁8周向延伸。该弯曲表面形成与轴配合的接触部85。该接触部85从扭矩传递壁8的自由端延伸到底壁83。

如图2或4所示，套筒1的第二部分5采用耳轴50的形式，耳轴50沿套筒1的旋转轴线R从基部9并沿与扭矩传递壁8相反的方向延伸。耳轴50构造成与电机的旋转轴承配合。因此，套筒1提供电机的轴和电机的旋转轴承之间的机械连接。应该注意的是，根据附图所示的实施例，这里呈现耳轴50形式的第二部分5是实心的。这意味着第二部分5不是中空的，其不包括孔或腔室。这使得可以机械地加强套筒1。

套筒1例如由金属制成。优选地，套筒1由钢制成。实际上，套筒1形成良好的折衷，以同时允许套筒1传递扭矩、支撑旋转轴承并且被挖空以允许冷却流体经由连通装置6从其外部环境朝向内腔室4循环，并且反之亦然。

图4和5示出了用于电机的组件10，其包括轴2，在轴2上安装有两个套筒1，特别是在该轴2的每个纵向端部处。应该注意的是，分别是套筒1的扭矩传递壁8和基部9的外表面80,90与轴2的外表面20齐平。因此，组件10不存在外部的不平整。同样，套筒1的扭矩传递壁8的内表面84与轴2的内表面21齐平。

因此，根据实施例，位于轴2的外周上的四个凹颈23(图6中可见)各自与套筒1的四个扭矩传递壁8配合，更具体地，与扭矩传递壁8的接触部85配合，接触部由与凸肩82相邻的弯曲表面形成。凹颈23和接触部85的配合形成连接套筒1和轴2的组装。例如，套筒1的接触部85通过压接、焊接、压制或胶合来与轴2的凹颈23被组装。因此，扭矩传递壁8的接触部85容纳在凹颈23中。

如图5所示，凸肩82的底壁83抵靠在轴2的端壁25上。因此，套筒1相对于轴2的纵向定位以纵向止动件的形式产生。可选地或补充地，如图6所示这种止动件可以通过在套筒1的端面15和侧面27之间进行支承来完成，侧面27在径向平面中界定凹颈23。

此外，轴2是中空的并且包括内部容积28，允许冷却流体从第一套筒1的内腔室4朝向第二套筒1的另一内腔室4通过。

在图6中可见的轴2包括中心部分22和端部24，中心部分22构造成接收电机的转子和端部24，套筒1可以安装在端部24上以形成组件10。

端部24在外周上包括用于与套筒1配合的凹颈23。更具体地，凹颈23具有与接触部85互补的形状并且通向轴2的端壁25。端壁25在垂直于旋转轴线R的径向平面中延伸。

凹颈23沿旋转轴线R纵向延伸。凹颈23的长度基本上对应于套筒1的接触部85的长度。应注意，圆形端壁25在这里具有与基部9的直径相同的直径。

凹颈23围绕旋转轴线R沿着类似于圆形曲线C的曲线周向延伸，曲部C在此处沿着端壁25的周边。凹颈23的宽度基本上对应于套筒1的接触部85的宽度。

此外，轴2在其内部容积28中包括在其中延伸的肋26。这些肋26在轴2的每个纵向端部之间平行于轴2的旋转轴线R纵向延伸。这些肋26也围绕旋转轴线R径向延伸。这些肋26增加了轴2的内壁和在内部容积28中循环的冷却流体之间的接触表面。因此，这些肋起到散热器的作用，因此以补充的方式参与电机的冷却。

轴由金属材料制成。为了改善传热，轴2优选地由铝或铝合金制成。实际上，铝除了具有良好的传热性能外，还易于制造轴2，特别是通过挤出制造。

应该注意的是，在由套筒1的连通装置6形成的通道中循环然后通过中空的轴2的冷却流体可以是液体或气体。非限制性地，以下描述考虑的是，冷却流体在此是空气。

图7示出了包括组件10的电机100。除了两个套筒1和轴2之外，电机100还包括能够通过轴2旋转的转子101以及定子102。在定子102和转子101之间存在气隙103，形成第二冷却流体通道，使得可以冷却电机100。

定子102由一叠金属板制成，其上安装有绕组，形成多个线圈(这里未示出)。线圈具有线圈头，并且每个线圈头沿着套筒1的旋转轴线R从定子102的一叠金属板纵向突出。定子102的每个金属板可以可选地包括至少一个来自其外部周边的散热片104，并因此允许冷却定子102的外表面，特别是当电机100包括允许其冷却的第三冷却流体通道时。

此外，电机100可以包括定位在定子102的纵向端部处的至少一个凸缘105。在这里示出的示例中，电机100包括两个凸缘105，每个凸缘布置在定子102的纵向端部处。每个凸缘105可以保持轴2，轴通过套筒1然后通过旋转轴承106旋转地驱动转子101，旋转轴承例如可以是滚珠轴承。

电机100还包括覆盖凸缘105和定子102的护套107。覆盖沿着转子1的旋转轴线R进行，电机100也沿着旋转轴线R延伸。护套107不再压靠定子102的散热片104，散热片104参与第三冷却流体通道，特别是允许冷却流体在散热片104和护套107之间的循环。

为了改善上述冷却流体通道中的空气混合，可以将叶轮108安置在电机100的纵向端部。当电机100包括两个凸缘105时，叶轮108抵靠这两个凸缘108中的一个定位，并且可以通过套筒1的耳轴50旋转移动。在这种情况下，用于接收叶轮108的凸缘105包括在周向和横向于旋转轴线R的方向上限定开口间隔件和，开口允许空气流动的循环。相反的凸缘105可以是打开的，以允许空气朝向电机100的外部排出，或者封闭的，以在U形中产生流体的循环，例如，在电机100中的空气流动。在封闭凸缘的情况下，凸缘包括用于在U形中循环空气流动的周边开口，从而允许混合空气形成电机100的内部回路，以使空气流动然后从叶轮108所在的一侧离开，特别是通过推动该空气流动。

可替换地，叶轮可以构造成通过独立于电机的电致动器旋转地驱动。独立意味着电致动器在机械上独立于电机。优选地，叶轮108的电致动器固定在电机100的凸缘105上，特别是安置在凸缘105和叶轮108之间。

因此，空气流动在第一方向上在电机100中循环，即，在空气朝向远离叶轮108并朝向电机100的内部的方向上循环。例如，该空气流动的循环在经由连通装置6穿过套筒1布置的第一流体通道中，从而在通过内腔室4并然后通过电机100的轴2时冷却套筒1，同时例如沿着纵向肋26在内部容积28中循环。然后，该空气流动在套筒1的相对的内腔室4中循环，然后可以在位于转子101和定子102之间的气隙103中循环，或者使用位于护套107和定子102之间的第三流体通道，定子102的散热片104在第三通道中延伸。在打开的相对凸缘105的情况下，空气流动通过沿着平行于机器100的转子101的旋转轴线R的称为“I”的循环直接从电机离开。

应当理解，考虑到冷却流体的性质，电机100中的其它路径也是可能的。特别地，空气流动可以通过沿定子102的外表面的循环而进入电机100，然后通过套筒1和轴2返回到叶轮108。

因此，根据其各种实施例描述的本发明使得可以从车辆特别是机动车辆的推进电机中获得重要性能，同时保持有限的体积，使得可以将电机定位在车辆中并且限制其重量。由于其冷却得到加强，在体积或重量不变的情况下，电机的性能得以提高。

当然，本领域技术人员可以对套筒1、轴2和容纳其的电机100进行各种改变，因为先前描述的套筒1和/或轴2是实现为和/或具有如本文中所述的流体通道的主要特征。实际上，轴2可以例如通过连通装置6承载扭矩传递壁8，并且套筒在这种情况下可以包括凹颈23。换句话说，图4中所示的在套筒1和轴2之间的组装可以颠倒，而不超出本发明范围。

在任何情况下，本发明不仅限于本文中具体描述的实施例，并且特别地延伸到与这些装置等同的任何装置和技术上可行的任何组合。

Claims (15)

1.一种套筒(1)，其在电机(100)的轴(2)和电机(100)的旋转轴承(106)之间提供机械连接，所述套筒包括：

-第一部分(3)，构造成与电机(100)的轴(2)配合，

-第二部分(5)，构造成与旋转轴承(106)配合，

其特征在于，第一部分(3)限定至少一个内腔室(4)，并且在套筒(1)周围区域与内腔室(4)之间包括至少一个连通装置(6)。

2.根据权利要求1所述的套筒，其特征在于，所述第一部分(3)包括限定所述内腔室(4)的多个扭矩传递壁(8)，其中的至少两个相邻的扭矩传递壁(8)由至少一个连通装置(6)分开。

3.根据前述权利要求中任一项并结合权利要求2所述的套筒，其特征在于，至少一个扭矩传递壁(8)包括凸肩(82)，所述凸肩构造成形成与所述轴(2)相对的至少一个纵向止动件。

4.根据前一项权利要求所述的套筒，其特征在于，所述凸肩(82)布置在所述扭矩传递壁(8)的内表面(84)上。

5.根据前述权利要求中任一项并结合权利要求2所述的套筒，其特征在于，至少一个扭矩传递壁(8)沿着套筒(1)的旋转轴线(R)且从套筒(1)的基部(9)纵向延伸。

6.根据前述权利要求中任一项并结合权利要求2所述的套筒，其特征在于，所述扭矩传递壁(8)围绕所述套筒(1)的旋转轴线(R)规则地成角度分布，对于数量为N个的扭矩传递壁(8)，角度扇区等于360/N。

7.根据前述权利要求中任一项所述的套筒，其特征在于，所述至少一个连通装置(6)相对于所述套筒(1)的旋转轴线(R)径向地通向所述第一部分(3)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的套筒，其特征在于，所述第二部分是实心的。

9.一种用于电机(100)的中空的轴(2)，包括：

-内部容积(28)，

-中央部分(22)，构造成接收电机(100)的转子(101)，

-至少一个端部部分(24)，构造成与至少一个套筒(1)配合，其特征在于，至少一个端部部分(24)在外周边上包括用于与套筒(1)配合的至少一个凹颈(23)。

10.根据前一项权利要求所述的轴，其特征在于，所述轴包括至少一个纵向肋(26)，所述纵向肋在所述内部容积(28)内且平行于所述轴(2)的旋转轴线(R)延伸。

11.一种用于电机(100)的组件(10)，其特征在于，所述组件包括至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的套筒(1)和根据权利要求9或10中任一项所述的中空的轴(2)，轴的内部容积(28)与套筒(1)的内腔室(4)连通。

12.根据前一项权利要求并结合权利要求2所述的组件，其特征在于，轴(2)的凹颈(23)与套筒(1)的扭矩传递壁(8)的接触部(85)配合。

13.根据前一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述套筒(1)的至少一个扭矩传递壁(8)的内表面(84)与所述轴(2)的内表面(21)齐平。

14.一种电机(100)，其特征在于，所述电机包括至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的套筒(1)或根据权利要求9或10中任一项所述的轴(2)或根据权利要求11至13中任一项所述的组件(10)。

15.根据前一项权利要求所述的电机，其特征在于，所述电机通过至少穿过所述套筒(1)的连通装置(6)的冷却流体来冷却。