CN110718982A - 带有狭槽闭合件的电机 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“带有狭槽闭合件的电机”。一种电机，包括：定子，所述定子具有限定开口狭槽的齿；和狭槽闭合件，其设置在所述狭槽中。每个狭槽闭合件都包括被非磁性壳体包围的磁通桥。所述狭槽闭合件设置在齿中的相邻齿之间，其中所述壳体接合并跨越所述相邻齿。所述壳体分别在所述磁通桥和所述相邻齿之间形成非磁性间隙，以减小扭矩波动的可能性。

Description

带有狭槽闭合件的电机

技术领域

本公开涉及电机，并且更具体地涉及包括狭槽闭合件的电机。

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括牵引电池总成以用作车辆的能量源。牵引电池可以包括有助于管理车辆性能和操作的部件和系统。牵引电池还可以包括高电压部件，以及用于控制电池温度的空气或液体热管理系统。牵引电池电连接到电机，所述电机向从动轮提供扭矩。电机通常包括定子和转子，它们配合以将电能转换成机械运动，或者反之亦然。

发明内容

根据一个实施例，一种电机包括定子，所述定子具有限定开口狭槽的齿和设置在狭槽中的狭槽闭合件。每个狭槽闭合件都包括被非磁性壳体包围的磁通桥。所述狭槽闭合件设置在齿中的相邻齿之间，其中所述壳体接合并跨越所述相邻齿。壳体分别在磁通桥和相邻齿之间形成非磁性间隙，以减小扭矩波动的可能性。

根据另一实施例，一种电机包括定子，所述定子具有径向延伸的齿，所述齿在相邻齿之间限定狭槽。狭槽具有在相邻齿的末端之间限定的狭槽开口。狭槽闭合件设置在开口中以闭合狭槽。狭槽闭合件中的每一个包括跨越开口中的相关开口的非磁性壳体和设置在壳体中的磁通桥，其中磁通桥完全被壳体包围。

根据又一实施例，一种组装定子的方法包括：提供定子芯部，所述定子芯部具有带开口的狭槽；以及在狭槽中缠绕导体。所述方法还包括：由铁磁材料制造磁通桥；将磁通桥封装在非磁性壳体中以形成狭槽闭合件；并且将狭槽闭合件插入开口中的一个中，使得非磁性壳体在磁通桥和定子之间形成至少一个非磁性间隙，以减小扭矩波动的可能性。

附图说明

图1是电机的示意图。

图2是电机的定子的一端的透视图，示出了所有绕组路径。

图3是电机的一部分的轴向横截面视图。

图4是图3的狭槽闭合件的放大视图。

图5是磁通桥的透视图。

图6是另一定子的局部横截面视图。

图7是根据另一实施例的狭槽闭合件的横截面视图。

图8是根据又一实施例的狭槽闭合件的横截面视图。

图9是示出制造定子的方法的流程图。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以不同方式使用本发明的代表性基础。如所属领域一般技术人员将理解，参考任何一个附图所示出并描述的各个特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。所示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出各种组合和修改可能是特定应用或实施方式所期望的。

参考图1，电机20可以用在诸如全电动车辆或混合动力电动车辆的车辆中。当然，电机20也可以用在非车辆应用中。电机20可以被称为电动马达、牵引马达、发电机等。电机20可以是永磁电机、感应电机等。电机20能够用作马达和发电机两者。

在车辆环境中，电机20可以由车辆的牵引电池供电。牵引电池可以在牵引电池内提供来自一个或多个电池单元阵列(有时称为电池单元堆)的高电压直流(DC)输出。电池单元阵列可以包括一个或多个电池单元，所述电池单元将存储的化学能转换成电能。电池可以包括壳体、正电极(阴极)以及负电极(阳极)。电解质允许离子在放电期间在阳极与阴极之间移动，然后在再充电期间返回。端子允许电流流出电池单元以供车辆使用。

牵引电池可以电连接到一个或多个电力电子模块。电力电子模块可以电连接到电机20，并且可以提供在牵引电池与电机之间双向传递电能的能力。例如，典型的牵引电池可以提供DC电压，而电机20可能需要三相交流(AC)电压来起作用。电力电子模块可以包括逆变器，所述逆变器根据电机20的要求将DC电压转换为三相AC电压。在再生模式中，电力电子模块可以将来自用作发电机的电机20的三相AC电压转换为牵引电池需要的DC电压。

参考图1和图2，电机20包括壳体21，所述壳体围封定子22和转子24。定子22固定到壳体21并且包括圆柱形芯部32，所述圆柱形芯部具有内径28(其限定孔30)和外径29。芯部32可以由多个堆叠的叠片形成。转子24被支撑以在孔30内旋转。转子24可以包括绕组或永磁体，当电机20通电时，所述绕组或永磁体与定子22的绕组相互作用以产生转子24的旋转。转子24可以被支撑在延伸穿过壳体21的驱动轴26上。

定子芯部32具有齿33，齿33在相邻齿之间限定狭槽34。狭槽34围绕芯部32并从内径28向外延伸地周向布置。狭槽34可以围绕圆周等距间隔开并且从芯部32的第一端36轴向地延伸到第二端38。在所示实施例中，芯部32限定了三十六个狭槽，但是在其他实施例中，芯部32可以包括更多或更少的狭槽。电机20包括绕组40，绕组40被放置在芯部32的狭槽34中、位于径向外端42和狭槽的开口之间。绕组可以是发卡绕组、(如图所示)分布绕组或集中绕组。绕组40可以包括多个相，例如三个相，并且每个相可以包括多个并联路径。可以在绕组40与芯部32之间提供诸如纸的绝缘体。

图3是电机20的局部横截面视图，其示出了狭槽34中的四个。狭槽34被称为“开口狭槽”，因为每个狭槽34具有限定在相邻齿的末端52之间的狭槽开口50。开口狭槽便于定子22的制造，但是增加了不希望的扭矩波动和其他负面特性的可能性。先前的设计已经提出在狭槽开口中插入金属楔件，以完全闭合狭槽，类似于闭合狭槽设计。然而，这些设计还产生不希望的特征，诸如用于磁化通量的短的高渗透路径，所述短的高渗透路径对于低于额定工况的扭矩产生是适得其反的。

参考图4，本申请公开了狭槽闭合件60，所述狭槽闭合件60包括导电材料和绝缘材料两者，以在狭槽闭合件60内形成非磁性间隙，以减小扭矩波动和其他负面特性。在一个实施例中，每个狭槽闭合件60包括壳体62和一个或多个磁通桥64。壳体62由非磁性且不导电的材料(例如，塑料)形成。磁通桥64是铁磁材料(例如，软磁复合材料)的主体。磁通桥64完全包含在壳体62内，使得壳体的部分在磁通桥64和齿33之间形成非磁性间隙。如这里所使用的，“非磁性间隙”不一定是指空隙空间，即气隙，而是指的是由于绝缘材料(例如，空气、塑料等)在两个或更多个磁性部件之间的接合而引起的磁性空隙。

在图4所示的实施例中，每个狭槽闭合件60包括第一磁通桥64a和第二磁通桥64b。第一磁通桥和第二磁通桥中的每一个都被壳体62封装，以将磁通桥64包围在非磁性和非导电材料中。例如，壳体62包括设置在磁通桥64a和齿33a之间的第一部分66，以形成非磁性间隙70。壳体62还包括设置在磁通桥64b和齿33之间的第二部分68，以形成第二非磁性间隙72。壳体62的第三部分74设置在第一磁通桥64a和第二磁通桥64b之间，以形成第三非磁性间隙76。壳体62的径向外部部分78将磁通桥64与绕组40分开以形成第四非磁性间隙80，并且径向内部部分82围封磁通桥64的径向内侧。

参考图4和图5，每个磁通桥64可以包括棱柱形主体90，棱柱形主体90具有相对的端面92和在端面之间延伸的多个侧面。在所示的实施例中，主体90包括四个侧面94、96、98和100，并且具有大体上三角形的横截面。当然，可以设想其他几何形状(例如，参见图7和图8)。第一磁通桥64a和第二磁通桥64b可以是以不同取向设置在壳体62中的相同部件。相对于侧面94成锐角的倾斜侧面96允许磁通桥64a、64b重叠，同时维持第三非磁性间隙76。

狭槽闭合件60可以通过首先制造磁通桥64并用树脂(树脂硬化以形成壳体62)封装磁通桥64来形成。替代地，可以制造完全成形的壳体62，所述壳体62包括用于在其中接收磁通桥64的开口。然后，磁通桥64被插入壳体62的开口中以完成组装。

返回参考图3和图4，狭槽闭合件60具有的长度可以基本上等于定子芯部32的长度，例如，端36和38之间的距离。磁通桥64可以沿着狭槽闭合件60是连续的，并且此外具有的长度基本上等于芯部32长度。可以通过将狭槽闭合件60从芯部32的一端插入开口50中，而将狭槽闭合件60安装在狭槽开口50中。

齿33和狭槽闭合件60可以包括配合以将狭槽闭合件60保持在狭槽开口50中的特征。例如，齿33可以包括凹入部分102，凹入部分102接收狭槽闭合件60的突出部104。凹入部分102可以形成在齿33的每个相对侧上，并且狭槽闭合件60的每个相对侧可以包括突出部104，以将狭槽闭合件60完全固定就位。凹入部分102可以沿着齿33的长度延伸，并且突出部104可以沿着狭槽闭合件60的长度延伸。

包括导电(例如，磁通桥64)和绝缘(例如壳体62材料)两者的狭槽闭合件60为跨越定子22和转子24之间的气隙71的磁化通量提供高磁导率路径，并且在高扭矩和低扭矩操作点两者处都提供改善的特性。在高扭矩时，磁通桥64为可能有助于扭矩波动的外来漏磁通提供路径，同时，在低扭矩时，非磁性隙防止过量的磁化通量因泄漏而损失。先前的金属楔形狭槽闭合件不具有任何非磁性间隙，并且不能防止在低扭矩操作期间过多的磁化通量由于泄漏而损失。

狭槽闭合件60可以全部以与图3中所示相同的取向布置在狭槽开口50中。替代地，狭槽闭合件60可以在不同的狭槽34中以不同的取向放置。如图6所示，狭槽闭合件60的方向可以沿着定子芯部32的周向方向交替。在图6中，相邻的狭槽闭合件围绕它们的纵向轴线相对于彼此旋转180°。这可用于调谐扭矩波动响应，例如，通过将扭矩波动增加到额定扭矩以下来换取减小额定扭矩下的扭矩波动。

磁通桥可以具有许多不同的尺寸、形状和取向，以满足特定电机的特定需求。图7示出了另一狭槽闭合件120，另一狭槽闭合件120包括设置在壳体124中的单个磁通桥122。类似于上述狭槽闭合件60，壳体124封装磁通桥122以在磁通桥122、定子齿33和绕组40之间形成非磁性间隙。磁通桥122可以是圆柱形的，并且具有椭圆形横截面形状，其中长轴在齿之间延伸，并且短轴在定子芯部32的径向方向上延伸。

参考图8，在又一实施例中，狭槽闭合件130包括设置在壳体内的三个磁通桥132、134和136。磁通桥中的每以个完全被壳体138的部分包围，以形成多个非磁性间隙。壳体138的第一部分设置在磁通桥136和齿33之间，以形成第一非磁性间隙139。壳体138的第二部分在磁通桥134和磁通桥136之间形成非磁性间隙140。壳体138的第三部分在磁通桥132和磁通桥136之间形成非磁性间隙142。壳体138的第四部分在磁通桥132和磁通桥134之间形成非磁性间隙144。壳体138的第五部分在磁通桥132和齿33之间形成非磁性间隙146。

三个磁通桥132、134和136可以基本上相同，具有不同的尺寸和形状，或者它们的组合。例如，三个磁通桥可以是具有矩形横截面的棱柱性主体，但是其中磁通桥132和136大于磁通桥134。当然，其他组合也是可能的，这允许狭槽闭合件被调谐到它们所安装到的特定电机。

参考图9，制造定子的方法150包括在步骤152处提供具有带开口的狭槽的定子芯部。定子芯部可以与上述定子芯部32相同或相似。在步骤154处，导体被安装在狭槽中以形成定子绕组。绕组可以是分布绕组、集中式绕组或发卡绕组。在步骤156处，磁通桥由铁磁材料制成。磁通桥可以被制造成具有如上所述的各种不同的形状和尺寸。在步骤158处，磁通桥被封装在非磁性壳体中，以形成多个狭槽闭合件。非磁性壳体可以通过在包覆成型材料(诸如，塑料树脂)中包覆成型磁通桥而形成。根据实施例，多个磁通桥可以以间隔开的关系布置并且被封装以形成具有多个磁通桥的狭槽闭合件。在步骤160处，狭槽闭合件被插入狭槽开口中，使得每个非磁性壳体在相应的一个磁通桥和定子之间形成至少一个非磁性间隙，以减小扭矩波动的可能性。

虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例无意描述权利要求所涵盖的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变。如先前所述，各种实施例的特征可以组合形成可能未明确描述或示出的本发明的另外的实施例。虽然各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述成不如其他实施例或现有技术实施方式理想的实施例也在本公开的范围内，并且对于特定应用而言可能是理想的。

根据实施例，所述封装还包括在硬化以形成所述壳体的包覆成型材料中包覆成型所述磁通桥。

根据实施例，磁通桥具有的长度基本上等于定子的长度。

Claims (15)

1.一种电机，其包括：

定子，其具有限定开口狭槽的齿；和

狭槽闭合件，每个狭槽闭合件包括被非磁性壳体包围并设置在所述齿中的相邻齿之间的磁通桥，其中所述壳体接合并跨越所述相邻齿，其中所述壳体分别在所述磁通桥和所述相邻齿之间形成非磁性间隙，以减小扭矩波动的可能性。

2.如权利要求1所述的电机，其中所述磁通桥是第一磁通桥，并且所述狭槽闭合件中的每一个还包括放置在所述壳体中的第二磁通桥，使得所述壳体的一部分设置在所述第一磁通桥和所述第二磁通桥之间，以在所述磁通桥之间形成另一非磁性间隙。

3.如权利要求2所述的电机，其中所述另一非磁性间隙相对于所述壳体的径向内侧成角度。

4.如权利要求2所述的电机，其中所述狭槽闭合件中的每一个还包括第三磁通桥，所述第三磁通桥放置在所述壳体中、位于所述第一磁通桥和所述第二磁通桥之间，使得所述壳体的部分分别设置在所述第一磁通桥和所述第三磁通桥之间以形成第三非磁性间隙，以及所述第二磁通桥和所述第三磁通桥之间以形成第四非磁性间隙。

5.如权利要求4所述的电机，其中所述第三磁通桥具有的横截面积小于所述第一磁通桥的横截面积。

6.如权利要求1所述的电机，其中所述磁通桥被封装在所述壳体中。

7.如权利要求1所述的电机，其还包括绕组，所述绕组设置在所述狭槽中、位于所述狭槽的径向外端与所述狭槽闭合件之间。

8.如权利要求1所述的电机，其中所述相邻齿各自限定凹入部分，所述凹入部分被构造为接收所述壳体的突出部，以将所述狭槽闭合件固定在所述狭槽的相对应的一个狭槽中。

9.一种电机，其包括：

定子，其具有径向延伸的齿，所述齿在相邻齿之间限定狭槽，所述狭槽具有在所述相邻齿的末端之间限定的狭槽开口；和

狭槽闭合件，其设置在所述狭槽开口中以闭合所述狭槽，狭槽闭合件中的每一个包括跨越所述狭槽开口中的相关开口的非磁性壳体和设置在所述壳体中的磁通桥，其中所述磁通桥完全被所述壳体包围。

10.如权利要求9所述的电机，其中所述壳体的一部分设置在所述相邻齿中的一个和所述磁通桥之间，以形成非磁性间隙。

11.如权利要求1或9所述的电机，其中所述磁通桥由铁磁材料形成。

12.如权利要求1或9所述的电机，其中所述壳体是塑料的。

13.如权利要求1或9所述的电机，其中所述狭槽闭合件延伸所述狭槽的长度。

14.如权利要求9所述的电机，其还包括转子，所述转子被支撑以在所述定子内旋转，并且其中所述壳体的一部分设置在所述磁通桥与所述转子之间。

15.一种组装定子的方法，其包括：

提供具有带开口的狭槽的定子芯部；

在所述狭槽中缠绕导体；

由铁磁材料制造所述磁通桥；

将所述磁通桥封装在非磁性壳体中以形成狭槽闭合件；和

将所述狭槽闭合件插入所述开口中的一个中，使得所述非磁性壳体在所述磁通桥和定子之间形成至少一个非磁性间隙，以减小扭矩波动的可能性。

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