CN112186981A

CN112186981A - 一种电机用电流传输装置以及具有该装置的电机和车辆

Info

Publication number: CN112186981A
Application number: CN201910588682.5A
Authority: CN
Inventors: 邓钏; 杜国华; 袁怡刚
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2021-01-05
Also published as: WO2021003360A1; US20220255277A1; US11916343B2; DE112020003208T5

Abstract

根据本发明，提供了一种电机用电流传输装置，包括：固定在转子轴内并随其旋转的旋转轴承构件和非旋转部件。旋转轴承构件包含：填充有导电流体的第一隔室，具有第一开口、以及与其中的导电流体电接触并电连接到转子正极的转子正极连接件；填充有导电流体并与第一隔室绝缘分隔开的第二隔室，具有第二开口、以及与其中的导电流体电接触并电连接到转子负极的转子负极连接件。非旋转部件封闭第一和第二开口，并且包含：延伸进第一隔室并与其中的导电流体电接触的电源正极连接件；延伸进第二隔室并与其中的导电流体电接触的电源负极连接件。相比于现有的导电流体传输结构，本发明的装置集成于转子轴内，更加紧凑和可靠，最大程度地避免受到外部影响。

Description

一种电机用电流传输装置以及具有该装置的电机和车辆

技术领域

本发明总体上涉及电气技术领域，具体地，涉及一种电机用电流传输装置以及具有该装置的电机和车辆。

背景技术

目前的电机通常包括转子和定子两部分，以作为用来实现电能向机械能转换以及机械能向电能转换的能量转换装置。在一些电机结构中，需要通过电源向电机转子的转子绕组或者反方向传输直流电，以产生电场，进而可以使转子跟着电机定子的旋转磁场一起旋转。

从电源向电机转子的转子绕组或者反方向传输直流电的过程中涉及活动部件之间的电流传输，目前本领域主要采用的技术方案包括机械滑环传输、旋转变压器传输、电容式功率传输以及共振式功率传输。其中，机械滑环传输损耗较高，而旋转变压器传输、电容式功率传输以及共振式功率传输则结构复杂且成本较高。

在中国专利文献CN2697938Y中，公开了一种流体励磁引流系统，其中提及了通过导电流体传输电流的方案。在该流体励磁引流系统中，励磁电流从电源正极或负极到静止良导体经良导体液体到转轴上的良导体到发电机转子绕组，其中在发电机的转轴上装设旋转良导体装置，随同转轴一起转动，在旋转良导体的外围装设静止良导体装置，在旋转良导体装置与静止良导体装置之间形成一空腔，空腔内填充有良导体液体。在该结构中，旋转良导体装置、静止良导体装置和良导体液体均被设置在发电机转轴的外部，整体结构较大，易受外部影响。

在此背景下，本申请的发明人认识到，需要一种电机用电流传输装置，该装置可以通过导电流体向转子绕组传输电流，并且相比于现有的导电流体传输结构更加紧凑和可靠，最大程度地避免了外部影响。

发明内容

本公开总结了实施例的各方面，并且不应当用于限制权利要求。根据在此描述的技术可设想到其他实施方式，这对于本领域普通技术人员来说在研究以下附图和具体实施方式后将是显而易见的，并且这些实施方式意图被包含在本申请的范围内。

本发明的优势在于，提供了一种电机用电流传输装置，该装置相比于现有的导电流体传输结构更加紧凑和可靠，最大程度地避免了受到外部的影响。

根据本发明，提供了一种电机用电流传输装置，包括：

固定在转子轴内并随其旋转的旋转轴承构件，包含：

填充有导电流体的第一隔室，具有第一开口、以及与其中的导电流体电接触并电连接到转子正极的转子正极连接件；

填充有导电流体并与第一隔室绝缘分隔开的第二隔室，具有第二开口、以及与其中的导电流体电接触并电连接到转子负极的转子负极连接件；和

封闭第一和第二开口的非旋转部件，包含：

延伸进第一隔室并与其中的导电流体电接触的电源正极连接件；

延伸进第二隔室并与其中的导电流体电接触的电源负极连接件。

根据本发明的一个实施例，旋转轴承构件包括相互独立的第一部分与第二部分，第一部分包括第一隔室并具有第一开口，第二部分包括第二隔室并具有第二开口。

根据本发明的一个实施例，非旋转部件还包括与第一和第二开口的边缘邻接的封闭部件，电源正极连接件和电源负极连接件延伸穿过封闭部件。

根据本发明的一个实施例，第一开口和第二开口朝向相反的轴向方向。

根据本发明的一个实施例，第一开口和第二开口朝向相同的轴向方向。

根据本发明的一个实施例，非旋转部件还包括分别设置在与第一开口和第二开口交界处的流体密封结构。

根据本发明的一个实施例，非旋转部件还包括与旋转轴承构件邻接的旋转轴承。

根据本发明的一个实施例，旋转轴承构件由金属制成，并且在与导电流体接触的表面上涂覆有绝缘镀层。

根据本发明的一个实施例，旋转轴承构件由绝缘塑料制成。

根据本发明的一个实施例，导电流体包括导电溶液或液态金属。

根据本发明，提供了一种电机，包括：

转子，具有转子绕组以及含内侧空腔的转子轴，转子绕组具有转子正极和转子负极；和

电流传输装置，包含：

固定在内侧空腔内并随转子轴旋转的旋转轴承构件，包含：

封闭第一和第二开口的非旋转部件，包含：

根据本发明的一个实施例，旋转轴承构件由绝缘塑料制成。

根据本发明，提供了一种机动车辆，包括如以上所述的电机。

附图说明

为了更好地理解本发明，可以参考以下附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制，并且可以省略相关的元件，或者在一些情况下比例可能已经被放大，以便强调和清楚地示出本文描述的新颖特征。另外，如本领域中已知的，系统部件可以被不同地布置。此外，在附图中，贯穿几个视图，相同的附图标记表示相应的部分。

图1示出了包括根据本发明一实施例的电机用电流传输装置的电机的框图，其中电机通过直流-直流转换器连接至电源；

图2示出了根据本发明一实施例的电机用电流传输装置的剖视示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的电机用电流传输装置中的旋转轴承构件的放大示意图，为了清楚起见已经移除了其内部容纳的部件；

图4示出了根据本发明另一实施例的电机用电流传输装置中的旋转轴承构件的放大示意图，为了清楚起见已经移除了其内部容纳的部件；和

图5示出了根据本发明又一实施例的电机用电流传输装置的剖视示意图。

具体实施方式

以下描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。附图不一定按比例绘制；某些功能可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种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没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改对于某些特定应用或实施方式可能是期望的。

为了使电机中使用的电流传输装置的结构更加紧凑和可靠，并最大程度地避免外部影响，本发明提供了一种电机用电流传输装置100。在图1示出了包括该电机用电流传输装置100的电机220的框图。

下面在继续参考图1的同时，具体参考图2和3，二者分别示出了根据本发明一实施例的电机用电流传输装置100的示意图以及其中的旋转轴承构件的放大图，为了清楚起见在图3的放大图中已经移除了其内部容纳的部件。图中可以看出，电机用电流传输装置100包括旋转轴承构件130和非旋转部件185。旋转轴承构件130固定在电机220转子轴135内部，并且随转子轴135的旋转而旋转。旋转轴承构件130内部包含第一隔室145和第二隔室150。其中，如图3中更清楚地示出的，第一隔室145具有第一开口155，并且内部具有转子正极连接件175，该转子正极连接件175穿过旋转轴承构件130电连接至转子正极165。第一隔室145内部填充有导电流体140，该导电流体140与转子正极连接件175保持电接触。第二隔室150具有第二开口160，并且内部具有转子负极连接件180，该转子负极连接件180穿过旋转轴承构件130电连接至转子负极170。第二隔室150内部填充有导电流体140，该导电流体140与转子负极连接件180保持电接触。其中，第一隔室145和第二隔室150之间绝缘分隔开，从而使第一隔室145和第二隔室150各自内部的导电流体140绝缘分隔开。非旋转部件185封闭第一开口155和第二开口160，并包括电源正极连接件190和电源负极连接件195。电源正极连接件190延伸进第一隔室145并与第一隔室145中的导电流体140电接触。电源负极连接件195延伸进第二隔室150并与第二隔室150中的导电流体140电接触。

如图1和2中所示，根据本发明的一些实施例，在装配状态下，电机用电流传输装置100处在转子轴135的空腔230内，其转子正极连接件175和转子负极连接件180分别连接至电机转子125的转子绕组105的转子正极165和转子负极170。旋转轴承构件130及可选地其转子正极连接件175和转子负极连接件180固定至转子轴135，并能够随着转子轴135和转子绕组105一起转动。非旋转部件185以及电源正极连接件190和电源负极连接件195相对于转子轴135保持静止。在电源正极连接件190与转子正极连接件175之间，以及电源负极连接件195与转子负极连接件180之间，通过导电流体140传递电流。在电机220运行期间，转子绕组105通过电机用电流传输装置100经直流-直流转换器(DC-DC)110从电源120接收电能或者向其传输电能。本领域技术人员可以理解的是，本发明所涉及的构思并不受限于图中所示的部件，如直流-直流转换器110可以不存在。

附图示出的如旋转轴承构件130及其第一隔室145和第二隔室150以及非旋转部件185等的形状和相对位置并不旨在限定，而仅作为可以实施本发明的实施方式之一。例如，其中的转子正极连接件175和转子负极连接件180、以及电源正极连接件190和电源负极连接件195可以不必如图所示地延伸进导电流体140一段距离，而是可以缩小为与非旋转部件185或其封闭部件200第一隔室145或第二隔室150内侧表面齐平或略微突出的电触点，当然也可以延伸进导电流体140更大距离。该转子正极连接件175和转子负极连接件180、以及电源正极连接件190和电源负极连接件195可以通过例如焊接、铆接、形状配合等固定方式与旋转轴承构件130和非旋转部件185结合，以保证有足够的密封性使导电流体140不会泄漏。

此外，导电流体140对第一隔室145和第二隔室150的填充可以是完全填充，也可以是部分填充，这对于本领域技术人员来说，可以根据结构、成本、装配需求等因素进行改变，而实质不脱离本公开的范围。根据本发明的一些实施例，导电流体140对第一隔室145和第二隔室150的填充为完全填充。

另外，本领域技术人员可以理解，非旋转部件185可以为包括电源正极连接件190和电源负极连接件195的一整体部件，并同时封闭第一开口155和第二开口160，如图4的实施例中所示；可选地，非旋转部件185也可以包括两个独立部分，该两个独立部分分别封闭第一开口155和第二开口160，并分别具有电源正极连接件190和电源负极连接件195，如图2的实施例中所示。

下面参考图4，其中示出了根据本发明另一实施例的电机用电流传输装置中的旋转轴承构件130，为了清楚起见已经移除了其内部容纳的部件。根据本发明的一些实施例，旋转轴承构件130可以包括相互独立的第一部分235与第二部分240。在该实施方式中，第一部分235包括第一隔室145并具有第一开口155以及转子正极连接件175，第二部分240包括第二隔室150并具有第二开口160以及转子负极连接件180。在该实施例中，转子正极连接件175和转子负极连接件180的位置设置更加灵活，可以不必局限于置于同一位置附近。

根据本发明的一个实施例，非旋转部件185还包括与第一开口155和第二开口160的边缘邻接的封闭部件200。其中，电源正极连接件190和电源负极连接件195各自延伸穿过封闭部件200。附图中可以看出，封闭部件200可以为一个(如图5中的实施例所示)或多个(如图2中的实施例所示)。封闭部件200的存在能够更可靠地固定电源正极连接件190和电源负极连接件195，并更好地封闭第一开口155和第二开口160，以阻止导电流体140泄漏。本领域技术人员可以理解，非旋转部件185应由绝缘材料制成，如绝缘塑料，绝缘陶瓷材料或者涂覆有绝缘涂层的金属材料等等。

据本发明的一些实施例，第一开口155朝向转子轴135的一端，第二开口160转子轴135的另一端，也就是说第一开口155和第二开口160朝向彼此相反的轴向方向。在这种情况下，电源正极连接件190和电源负极连接件195从相对的方向延伸进入转子轴并各自进入第一隔室145和第二隔室150，以与其中储存的导电流体140接触，具体结构参考图2所示。在这种结构中，将非旋转部件185装配进旋转轴承构件130时的对中需求较低，并且，在旋转轴承构件130旋转时，延伸进入导电流体140的电源正极连接件190和电源负极连接件195在各自的导电流体140中造成的扰动也较小。

在本发明的一些进一步的实施方式中，旋转轴承构件130、电源正极连接件190、和电源负极连接件195设置为彼此同轴。在这种结构中，在旋转轴承构件130旋转时，电源正极连接件190和电源负极连接件195均居于旋转轴线上，位于第一隔室145和第二隔室150的中间位置。这可以进一步减小延伸电源正极连接件190和电源负极连接件195在各自的导电流体140中造成的扰动。

根据本发明的一个实施例，第一开口155与第二开口160朝向转子轴135相同的一端。也即第一开口155和第二开口160朝向相同的轴向方向。根据进一步的实施例，非旋转部件185可以为一整体部件，包括穿过其中的电源正极连接件190和电源负极连接件195二者，并且在同一侧上同时封闭第一开口155和第二开口160。在这种结构中，与电源120或者直流-直流转换器110的连线经同一侧进入转子轴135内，布线上较为便利，装配成本因而得以降低。

在本发明的另外一些实施例中，非旋转部件185还包括若干流体密封结构205，该若干流体密封结构205分别设置在非旋转部件185与第一开口155和第二开口160的交界处。这种情况下，非旋转部件185通过流体密封结构205来实现对第一隔室145和第二隔室150中的导电流体140的密封。流体密封结构205可以采用诸如磁流体密封技术，能够在相互旋转运动的旋转轴承构件130与非旋转部件185之间实现更好的密封性能，最大程度地保证导电流体140不会泄漏。当然，本领域技术人员可以理解，本发明的保护范围并不局限于流体密封结构205，在其他的实施例中也可以采用其他合适的密封技术。

根据本发明的若干实施例，非旋转部件185还包括旋转轴承205，该旋转轴承205可以位于非旋转部件185或者其封闭部件200与旋转轴承构件130之间，并与旋转轴承构件130邻接，如图2中所示。在一些进一步的实施方式中，第一开口155和第二开口160各包括一个旋转轴承205，处于密封结构的外侧。本领域技术人员可以理解，该旋转轴承205可以为球轴承、圆柱轴承、或圆锥轴承等等。在非旋转部件185与旋转轴承构件130之间设置旋转轴承205可以为旋转轴承构件130相对于非旋转部件185的旋转运动提供更好的支承力，确保了整体旋转结构更加稳定。

在本发明的一些实施例中，旋转轴承构件130可以由金属制成，并且在第一隔室145和第二隔室150内侧——即与导电流体140接触的表面上——涂覆有绝缘镀层，以确保第一隔室145和第二隔室150内的导电流体140彼此电绝缘。该绝缘涂层可以包括例如氧化铝陶瓷涂层或者陶瓷聚合物涂层等任何合适的绝缘涂层。金属结构的旋转轴承构件130强度较高，寿命更长，同时也通过绝缘涂层保证了所需的绝缘性。

根据本发明的另外一些实施例，旋转轴承构件130可以由绝缘塑料制成，该绝缘塑料例如可以包括PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)。由于塑料的价格和加工成本都相对较低，对于旋转轴承构件130采用绝缘塑料的方案来说，也可以降低装置整体的价格和加工成本。

在本发明的一些实施例中，导电流体140包括导电溶液或液态金属。其中，导电溶液例如为氯化钠溶液氯化钾溶液硫酸钠溶液氢氧化钠溶液硝酸钾溶液等等，液态金属例如包括汞。在本发明的另一些实施例中，液态金属可以包括金属镓及其合金。导电溶液或液态金属的选择可以根据结构、成本、使用环境、使用寿命等等因素进行考量，以选择其中最适宜的作为导电流体140。此外，在本发明的一些实施例中，可以根据各个电连接件175、180、190、195所使用材料的化学特性来选择上述导电溶液或液态金属，以减缓或避免其与连接件产生反应。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机220，参考图1-5，电机220包括转子125和以上所述的电机用电流传输装置100。转子125具有转子绕组105以及转子轴135，转子轴135包含内侧空腔230，转子绕组105具有转子正极165和转子负极170。电机用电流传输装置100包括旋转轴承构件130和非旋转部件185。旋转轴承构件130固定在电机220转子轴135的内侧空腔230之内，并且随转子轴135的旋转而旋转。旋转轴承构件130包含第一隔室145和第二隔室150。其中，如图3中更清楚地示出的，第一隔室145具有第一开口155，并且内部具有转子正极连接件175，该转子正极连接件175穿过旋转轴承构件130和转子轴135电连接至转子正极165。第一隔室145内部填充有导电流体140，该导电流体140与转子正极连接件175保持电接触。第二隔室150具有第二开口160，并且内部具有转子负极连接件180，该转子负极连接件180穿过旋转轴承构件130和转子轴135电连接至转子负极170。第二隔室150内部填充有导电流体140，该导电流体140与转子负极连接件180保持电接触。其中，第一隔室145和第二隔室150之间绝缘分隔开，从而使第一隔室145和第二隔室150各自内部的导电流体140绝缘分隔开。非旋转部件185封闭第一开口155和第二开口160，并包括电源正极连接件190和电源负极连接件195。电源正极连接件190延伸进第一隔室145并与第一隔室145中的导电流体140电接触。电源负极连接件195延伸进第二隔室150并与第二隔室150中的导电流体140电接触。

应当理解，在不相互冲突的情况下，以上针对根据本发明的电机用电流传输装置100阐述的所有实施方式、特征和优势同样地适用于根据本发明的电机220。也就是说，上面所述的电机用电流传输装置100的所有实施例及其变化都可以直接移转应用于根据本发明的电机220中，并直接结合于此，为了本公开的简洁起见，在此不再重复阐述。

根据本发明又一个方面，提供了一种机动车辆，包括如以上所述的电机220。同样地，以上针对根据本发明的电机用电流传输装置100和电机220阐述的所有实施方式、特征和优势同样地适用于根据本发明的机动车辆。

综上，在现有技术中的电机用电流传输技术的基础上，本发明提出了一种电机用电流传输装置100和具有该装置的电机220和机动车辆，相比于现有的导电流体传输结构，该装置220集成于转子轴内，更加紧凑和可靠，并且最大程度地避免了受到外部环境的影响。

在技术上可行的前提下，以上针对不同实施例所列举的技术特征可以相互组合，从而形成本发明范围内的另外实施例。

在本申请中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定或不定冠词的使用并不旨在指示基数。具体而言，对“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在表示多个这样对象中可能的一个。此外，可以使用连接词“或”来传达同时存在的特征，而不是互斥方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括”是包容性的并且具有与“包含”相同的范围。

上述实施例是本发明的实施方式的可能示例，并且仅是为了使本领域技术人员清楚地理解本发明的原理而给出。本领域技术人员应当理解：以上针对任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的整体构思下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以彼此进行组合，并产生如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在具体实施方式中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明所要求的保护范围之内。

Claims

1.一种电机用电流传输装置，包括：

固定在转子轴内并随其旋转的旋转轴承构件，包含：

填充有导电流体并与所述第一隔室绝缘分隔开的第二隔室，具有第二开口、以及与其中的导电流体电接触并电连接到转子负极的转子负极连接件；和

封闭所述第一和第二开口的非旋转部件，包含：

2.根据权利要求1所述的电机用电流传输装置，其中，所述旋转轴承构件包括相互独立的第一部分与第二部分，所述第一部分包括所述第一隔室并具有所述第一开口，所述第二部分包括所述第二隔室并具有所述第二开口。

3.根据权利要求1所述的电机用电流传输装置，其中，所述非旋转部件还包括与所述第一和第二开口的边缘邻接的封闭部件，所述电源正极连接件和电源负极连接件延伸穿过所述封闭部件。

4.根据权利要求1所述的电机用电流传输装置，其中，所述第一开口和第二开口朝向相反的轴向方向。

5.根据权利要求1所述的电机用电流传输装置，其中，所述第一开口和第二开口朝向相同的轴向方向。

6.根据权利要求3所述的电机用电流传输装置，其中，所述非旋转部件还包括分别设置在与所述第一开口和第二开口交界处的流体密封结构。

7.根据权利要求3所述的电机用电流传输装置，其中，所述非旋转部件还包括与所述旋转轴承构件邻接的旋转轴承。

8.根据权利要求1所述的电机用电流传输装置，其中，所述旋转轴承构件由金属制成，并且在与导电流体接触的表面上涂覆有绝缘镀层。

9.根据权利要求1所述的电机用电流传输装置，其中，所述旋转轴承构件由绝缘塑料制成。

10.根据权利要求1所述的电机用电流传输装置，其中，所述导电流体包括导电溶液或液态金属。

11.一种电机，包括：

转子，具有转子绕组以及含内侧空腔的转子轴，所述转子绕组具有转子正极和转子负极；和

电流传输装置，包含：

固定在所述内侧空腔内并随所述转子轴旋转的旋转轴承构件，包含：

填充有导电流体的第一隔室，具有第一开口、以及与其中的导电流体电接触并电连接到所述转子正极的转子正极连接件；

填充有导电流体并与所述第一隔室绝缘分隔开的第二隔室，具有第二开口、以及与其中的导电流体电接触并电连接到所述转子负极的转子负极连接件；和

封闭所述第一和第二开口的非旋转部件，包含：

12.根据权利要求11所述的电机，其中，旋转轴承构件包括相互独立的第一部分与第二部分，所述第一部分包括第一隔室并具有第一开口，所述第二部分包括第二隔室并具有第二开口。

13.根据权利要求11所述的电机，其中，所述非旋转部件还包括与所述第一和第二开口的边缘邻接的封闭部件，所述电源正极连接件和电源负极连接件延伸穿过所述封闭部件。

14.根据权利要求11所述的电机，其中，所述第一开口和第二开口朝向相反的轴向方向。

15.根据权利要求11所述的电机，其中，所述第一开口和第二开口朝向相同的轴向方向。

16.根据权利要求13所述的电机，其中，所述非旋转部件还包括分别设置在与所述第一开口和第二开口交界处的流体密封结构。

17.根据权利要求13所述的电机，其中，所述非旋转部件还包括与所述旋转轴承构件邻接的旋转轴承。

18.根据权利要求11所述的电机，其中，所述旋转轴承构件由金属制成，并且在与导电流体接触的表面上涂覆有绝缘镀层。

19.根据权利要求11所述的电机，其中，所述旋转轴承构件由绝缘塑料制成。

20.一种机动车辆，包括如权利要求11所述的电机。