CN111146883A - 具有可压缩层的电机 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“具有可压缩层的电机”。一种电机包括定子芯、围绕所述芯体的圆柱形壳体以及环形可压缩层。所述环形可压缩层被接收在所述芯体上并且具有抵靠所述壳体设置的外表面。所述外表面的直径大于所述芯体的内表面的直径以在所述壳体与所述压缩层之间形成干涉配合。

Description

具有可压缩层的电机

技术领域

本公开涉及电机，并且更具体地涉及在定子芯与壳体之间包括用于促进壳体与定子芯之间的干涉配合的可压缩层的电机。

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含用于充当车辆的能量源的动力电池总成。动力电池可以包括有助于管理车辆性能和操作的部件和系统。动力电池还可以包括高压部件以及用于控制电池温度的空气或液体热管理系统。动力电池电连接到电机，该电机向被驱动的车轮提供扭矩。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，或者反过来将机械运动转换成电能。

发明内容

根据一个实施例，一种电机包括定子芯、围绕所述芯体的圆柱形壳体以及环形可压缩层。所述环形可压缩层被接收在所述芯体上并且具有抵靠所述壳体设置的外表面。所述外表面的直径大于所述芯体的内表面的直径以在所述壳体与所述压缩层之间形成干涉配合。

根据另一个实施例，一种电机包括定子芯和围绕所述芯体的圆柱形壳体。所述壳体限定内圆周表面。环形套筒插置在所述芯体与所述壳体之间。所述套筒被接收在所述芯体上并且具有抵靠所述内表面设置的外圆周表面。所述外表面的直径大于所述内表面的直径以在所述壳体与所述套筒之间形成干涉配合。

根据又一实施例，一种电机包括定子芯、围绕所述芯体的圆柱形壳体以及插置在所述芯体与所述壳体之间的环形套筒。所述套筒包括以间隔开的关系围绕所述定子芯周向地布置的弓形段。所述套筒的外径大于所述壳体的内径以在所述壳体与所述套筒之间形成干涉配合。

附图说明

图1是电机的示意图。

图2是电机的定子的透视图。

图3是根据一个实施例的电机的环形可压缩层的透视图。

图4是具有与定子干涉配合的壳体的电机的端视图。出于说明目的，省略了定子绕组。

图5是图4的电机的分解图。

图6是根据另一个实施例的具有环形可压缩层的电机的端视图。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采用各种替代形式。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，本文中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，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征进行组合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，可能需要根据本公开的教导对这些特征做出各种组合和修改。

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。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。在所示实施例中，电机20是三相交流(AC)电机。电机20既可以用作推进车辆的马达，也可以用作诸如再生制动期间的发电机。

电机20可以由车辆的动力电池供电。动力电池可以提供来自动力电池内的一个或多个电池单元阵列(有时称为电池单元堆)的高压直流(DC)输出。电池单元阵列可以包括将存储的化学能转换成电能的一个或多个电池单元。所述单元可以包括壳体、正电极(阴极)和负电极(阳极)。电解质允许离子在放电期间在阳极和阴极之间移动，然后在再充电期间返回。端子允许电流流出电池以供车辆使用。

动力电池可以电连接到一个或多个功率电子模块。功率电子模块可以电连接到电机20，并且可以提供在动力电池和电机20之间双向传递电能的能力。例如，典型的动力电池可以提供DC电压，而电机20可能需要三相(AC)电压。功率电子模块可以包括根据电机20的要求将DC电压转换为三相AC电压的逆变器。在再生模式中，功率电子模块可以将来自用作发电机的电机20的三相AC电压转换成动力电池所需的DC电压。尽管电机20被描述为用于车辆的牵引马达，但是本公开不限于任何特定应用。电机20例如也可以用在工业装备、发电等中。

参考图1和图2，电机20包括壳体21，该壳体封装定子22和转子24。定子22固定到壳体21并且包括圆柱形芯体26，所述圆柱形芯体具有限定孔30的内圆周表面28以及外圆周表面29。芯体26可以由多堆叠片32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，所述绕组或永磁体与定子22的绕组相互作用，以在电机20通电时产生转子24的旋转。转子24可以支撑在延伸穿过壳体21的驱动轴34上。驱动轴34被配置为与车辆的传动系联接。

芯体26限定径向向内延伸的多个齿35。相邻的齿35协作以限定围绕芯体26周向地布置的狭槽36。槽36可以围绕圆周等距地间隔开并从芯26的第一端部38轴向地延伸到第二端部39。多个线圈绕组40缠绕在定子芯26上并且设置在狭槽36内。电线的各部分通常在轴向方向上延伸穿过狭槽36。在定子芯端部38、39处，绕组40弯曲以围绕定子芯26的顶部或底部周向延伸，从而形成端部绕组42。

可以通过干涉配合(压配合)将壳体21固定到定子芯26。干涉配合可以通过紧固件或其他连接方式进行补充。通过将内部部件插入内径小于内部部件的外径的外部部件中，可以形成干涉配合。干涉配合的紧密度是基于干涉量(内径与外径之间的尺寸差)。电机20可以将壳体21干涉配合到定子22。然而，当壳体和定子芯由具有不同的热膨胀系数(CTE)的不同材料形成时，将壳体直接干涉配合到芯体上会产生问题。

定子芯26通常由钢形成，而壳体21通常由重量较轻的材料(诸如铝)形成。铝的CTE大约是钢的两倍。这种CTE差会导致钢芯与铝制壳体之间的干涉量基于温度而变化。在高温下，由于壳体相对于芯体的膨胀而减少了干涉量，而在低温下，由于铝制壳体相对于钢芯的收缩而增加了干涉量。

申请人的测试和模拟已经确定，在牵引马达的较高温度范围内会发生干涉损失，从而导致定子芯从壳体上松脱，而在牵引马达的较低温度范围内会产生过多干涉，从而导致定子或壳体损坏。例如，铝制壳体可能会由于在较低温度下过度干涉而破裂。

本公开提出在定子芯26与壳体21之间添加可压缩层48，使得在电机20的工作温度范围内保持适当的干涉配合。可压缩层48允许在室温下最初有更紧密的干涉配合，使得在工作范围的较高温度下保持适当的干涉，并且所述可压缩层是可压缩的以防止在工作范围的较低温度下损坏壳体21或定子芯26。可压缩层48可以由具有比壳体和/或定子芯低的弹性模量的材料形成。可压缩层可以由弹性模量在0.1吉帕斯卡(GPA)至6.5GPA之间的材料形成。示例性材料包括镁或聚合物。选择用于可压缩层48的材料可以取决于定子芯26和壳体21的材料。一种合适的组合是使用具有钢芯的镁或聚合物可压缩层和铝制壳体。

可压缩层48可以为环形以包围定子芯26。可压缩层48可以由单个部件形成，或者可以包括围绕定子芯的外表面29周向地布置的多个部件。可压缩层48包括设置在定子芯的外径29上的内圆周表面49和与壳体21的内表面44接合的外圆周表面52，所述内圆周表面具有内径50。外表面52的外径大于表面44的内径以在壳体21与可压缩层48之间形成干涉配合。在一个实施例中，可压缩层48是套筒。如图3中所示，套筒可以是单件，或者可以包括多个弓形段，所述多个弓形段如图4中所示以间隔开的关系围绕定子芯26周向地布置。

参考图3，套筒60被设计成插置在定子芯与壳体之间以用作可压缩层以促进定子芯与壳体之间的干涉配合。套筒60包括沿着套筒的长度延伸的开口62以促进套筒60的径向膨胀和收缩。开口62延伸穿过套筒的厚度。套筒60包括外径64和内径66。内径66的尺寸可以被设计成基本上与定子芯的外径匹配。外径64的尺寸被设计成大于壳体的内径使得在安装时在套筒60与壳体之间形成干涉配合。套筒60的长度可以与定子芯的长度匹配。

在所示实施例中，套筒60具有光滑的内表面和外表面，然而，在其他实施例中，套筒60可以包括用于与壳体或定子芯互连的连接特征。例如，芯体和套筒中的一者包括突出部，而芯体和套筒中的另一者包括在其中接收突出部的插孔。在一些实施例中，可以使用多个突出部和插孔来固定套筒和芯体。连接特征有助于在壳体安装期间将套筒保持在芯体上，以及在壳体和芯体由于温度变化而收缩和膨胀期间将套筒保持就位。在一些实施例中，连接特征可以在壳体与套筒之间而不是在套筒与芯体之间。

参考图4和图5，电机80包括多段套筒(可压缩层)82，所述多段套筒通过连接特征保持在定子芯84上。除了连接特征之外，定子芯84类似于定子芯26。壳体86可以类似于壳体21。套筒82包括多个弓形段88，所述弓形段围绕定子芯84周向地布置使得段88间隔开以限定间隙89。将套筒分成多个段可以有助于电机的组装，并且间隙89可以为套筒提供径向膨胀和收缩的空隙。段88中的每一者包括安置在定子芯84上的内表面90和抵靠壳体86设置的外表面92。外表面92协作以形成套筒82的不连续外表面94。套筒82的外径大于壳体86的内径96以形成干涉配合。

在所示实施例中，连接特征是限定在定子芯84的外表面98上的齿100和限定在段88的内表面90上的齿102。齿100和102彼此啮合以将段88固定到定子芯84上。在其他实施例中，啮合的齿可以被突出部和插孔代替。尽管结合连接特征进行了说明，但是多段套筒82可以用于不包括连接特征的电机中。

参考图6，可压缩层可以是与上述套筒相比具有高弹性程度的弹性构件。例如，电机110可以包括设置在定子芯114与壳体113之间的波形弹簧112。弹簧112可以由弹簧钢形成。波形弹簧112被配置为主要在径向方向(R)上膨胀和收缩。波形弹簧112包括安置在芯体114的外表面117上的径向内部触点116和安置在壳体120的内表面上的径向外部触点118。波形弹簧112可以被压缩以使内部触点116和外部触点118朝向彼此移动以减小弹簧112的外径119，并且可以膨胀以使内部触点116和外部触点118彼此远离移动以增大弹簧112的外径119。

波形弹簧112的静止外径119(在径向相对的外部触点118之间测量的)大于壳体120的内径，使得波形弹簧112在安装时被压缩。弹簧112的压缩分别在内部触点116与外部触点118和定子芯114与壳体120之间产生足够的摩擦，以类似于上述实施例的干涉配合将壳体120固定到定子芯114。弹簧112被配置为在较高温度下在壳体相对于定子芯114膨胀时膨胀以维持摩擦接合，并且被配置为在较低温度下在壳体120相对于定子芯114收缩时收缩以防止损坏。

弹簧112可以为管状以沿着定子芯114的主要部分轴向延伸。在一些实施例中，波形弹簧112可以与定子芯114一样长。可选地，可以使用多个较短的弹簧。

虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述由权利要求书涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的用词是描述性用词而非限制性用词，并且应当理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如先前描述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的进一步实施例。尽管各种实施例可能已经被描述为关于一个或多个期望的特性提供了优点或者优于其他实施例或现有技术实现方式，但本领域普通技术人员应认识到，根据具体应用和实现方式，一个或多个特征或特性可以折衷以实现期望的总体系统属性。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、寿命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、组装便易性等。因此，关于一个或多个特性被描述为不如其他实施例或现有技术实现方式理想的实施例并不在本公开的范围之外，并且可能是特定应用所期望的。

在本发明的一方面，所述环形可压缩层由铜、镁或聚合物形成。

在本发明的一方面，所述芯体限定突出部和插孔中的一者，而所述套筒限定所述突出部和所述插孔中的另一者，其中所述突出部接收在所述插孔中。

在本发明的一个方面，上述发明的特征还在于，转子被支撑以在所述定子芯内旋转。

Claims (15)

1.一种电机，其包括：

定子芯；

圆柱形壳体，其围绕所述芯体并限定内圆周表面；和

插置在所述芯体与所述壳体之间的环形套筒，所述套筒被接收在所述芯体上并且具有抵靠所述内表面设置的外圆周表面，其中所述外表面的直径大于所述内表面的直径以在所述壳体与所述套筒之间形成干涉配合。

2.如权利要求1所述的电机，其中所述套筒由镁或聚合物形成。

3.如权利要求1所述的电机，其中所述套筒由金属或聚合物形成。

4.如权利要求1所述的电机，其中所述套筒由多个弓形段形成，所述多个弓形段以间隔开的关系围绕所述定子芯周向地布置，使得在所述弓形段中的相邻弓形段之间限定间隙。

5.如权利要求1所述的电机，其中所述芯体限定向外延伸的突出部，所述向外延伸的突出部设置在限定于所述套筒中的插孔中。

6.如权利要求1所述的电机，其中所述套筒限定向外延伸的突出部，所述向外延伸的突出部设置在限定于所述壳体中的插孔中。

7.如权利要求1所述的电机，其中所述芯体具有限定齿的外圆周表面，并且所述套筒具有内圆周表面，其限定与所述芯体的所述齿配合的齿。

8.一种电机，其包括：

定子芯；

圆柱形壳体，其围绕所述芯体；和

环形可压缩层，其被接收在所述芯体上并且具有抵靠所述壳体设置的外表面，其中所述外表面的直径大于所述芯体的内表面的直径以在所述壳体与所述可压缩层之间形成干涉配合。

9.如权利要求8所述的电机，其中所述可压缩层的弹性模量小于所述壳体的弹性模量。

10.如权利要求8所述的电机，其中所述环形可压缩层是套筒。

11.如权利要求8所述的电机，其中所述环形可压缩层包括多个弓形段，所述多个弓形段以间隔开的关系围绕所述定子芯周向地布置，使得在所述弓形段中的相邻弓形段之间限定间隙。

12.如权利要求8所述的电机，其中所述可压缩层是波形弹簧。

13.一种电机，其包括：

定子芯；

圆柱形壳体，其围绕所述芯体；和

环形套筒，其插置在所述芯体与所述壳体之间并且包括以间隔开的关系围绕所述定子芯周向地布置的弧形段，其中所述套筒的外径大于所述壳体的内径以在所述壳体与所述套筒之间形成干涉配合。

14.如权利要求1或13所述的电机，其中所述套筒由具有比所述壳体低的弹性模量的材料形成。

15.如权利要求1或13所述的电机，其中所述套筒、所述芯体和所述壳体由不同材料形成。

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