CN114616747A - 包括承载结构的润滑剂支承的电动机 - Google Patents

Abstract

一种润滑剂支承的电动机，包括具有定子滚道的定子和可相对于定子绕轴线移动的转子。所述转子具有转子滚道，所述转子滚道以与所述定子滚道径向地间隔且相对的关系设置，以在其间限定间隙。润滑剂设置在所述间隙中，以相对于所述定子支承所述转子。所述定子滚道包括承载结构，所述承载结构包括多个液动表面和多个静液袋部。其中，所述多个液动表面沿所述定子滚道以平行关系排列，所述多个静液袋部相对于所述多个液动表面以径向地凹陷关系设置。

Description

包括承载结构的润滑剂支承的电动机

相关申请的交叉引用

本PCT国际专利申请要求于2020年10月8日提交的第17/065,800号美国实用专利申请的优先权，该美国实用专利申请要求于2019年10月8日提交的第62/912,130号美国临时申请的优先权，上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及电动装置，例如电动机和发电机。更具体地，本公开涉及润滑剂支承的电动机。

背景技术

本节提供背景信息的一般概要，并且在本节中提供的评论和示例不一定是本公开的现有技术。

汽车、卡车和某些非公路应用中的各种传动系从中央原动机获得动力，并使用机械装置(例如变速器、变速驱动桥、螺旋桨轴和活动轴)将动力分配给车轮。当原动机可以是体积大的或重的，例如各种内燃机(“ICE”)时，这些构造工作得很好。然而，更多的注意力指向提供改进的环境性能、消除机械传动系部件，并带来具有更多乘客和有效载荷空间的重量更轻的车辆的原动机的替代布置。

“车轮上”、“车轮内”或者“车轮附近”电动机构造是传统的ICE原动机的一种替代布置，该ICE原动机经由设置在所述多个车轮上、内或附近的一个或多个电动机将原动机功能分配给所述多个车轮中的每一个或一些。例如，在一个例子中，牵引发动机，使用通过转子和滚动元件轴承的中心轴来支承转子，可以用作“车轮上”、“车轮内”或者“车轮附近”发动机构造。在另一例子中，润滑剂支承的电动机，如第16/144,002号美国申请中所描述的(其公开以通过引用并入本文)，可以用作“车轮上”、“车轮内”或者“车轮附近”发动机构造。而与基于内燃机的原动机相比，这些构造中的每个都会导致小尺寸和轻重量，他们各自具有一定缺点或不足。

例如，牵引发动机做为“车轮上”、“车轮内”或“车轮附近”构造的使用仍然导致发动机太重，并且不够稳固以至于冲击载荷不足以用于轮端应用。这些牵引发动机也必须由通常在电动机轴的每端的滚动元件轴承所支承，这也使得它们太重和太大而不能用于轮端应用。这些传统的滚动元件轴承对承受(吸收)大的突然冲击的能力有限，并且还消耗电动机内的显著空间，这不利于扭矩产生。类似地，当承受宽范围的动力时，其中该动力出现在以原动机应用中所出现的宽范围速度而操作的期间，润滑剂支承的电动机做为“车轮上”、“车轮内”或“车轮附近”电动机使用在汽车或陆上车辆应用中会导致具有一些性能问题的布置。润滑剂支承的电动机通常也不包括被充分设计为用作承载的转子和定子结构。因此，仍然存在对润滑剂支承的电动机的持续需求，该电动机能够在高冲击和振动环境中运行期间改进性能，同时提供替代原动机实施方案所寻求的更轻和更小的占地面积。

发明内容

本发明一般涉及一种润滑剂支承的电动机，所述电动机包括具有定子滚道的定子和可相对于所述定子绕轴线移动的转子。所述转子具有转子滚道，所述转子滚道以与所述定子滚道径向地间隔且相对的关系设置，以在其间限定间隙。润滑剂设置在所述间隙中，以相对于所述定子支承所述转子。所述定子滚道包括承载结构，所述承载结构包括多个液动表面和多个静液袋部。其中，所述多个液动表面沿所述定子滚道以平行关系排列，所述多个静液袋部相对于所述多个液动表面以径向地凹陷关系设置。所述承载结构结合至所述定子提供了具有改进的转子-定子系统刚度的润滑剂支承的电动机，以允许所述润滑剂支承的电动机在高冲击和高振动环境中使用，例如运输业和制造业，尽管相对于现有电动机被设计成轻且小。与现有设计相比，所述承载结构还使得所述润滑剂支承的电动机具有更高的效率。其它优点可以通过以下关于本发明的更详细描述而理解。

附图说明

此处描述的附图仅用于所选方面的说明性目的，而不是所有可能的实现，并且不旨在限制本公开的范围。

图1是示例性润滑剂支承的电动机的截面侧视图，其示出了沿轴线延伸并可旋转地设置在定子内以在所述定子与其之间限定间隙的转子，以及设置在所述间隙内用于将所述转子支承在所述定子内的润滑剂；

图2是图1的示例性定子的透视图，所述定子由沿轴线彼此堆叠的多个定子叠片形成；

图3是定子的可替代布置的透视图，用于在润滑剂支承的电动机的互换布置中实现，其中所述定子沿轴线延伸并且所述转子围绕所述定子可旋转地布置；

图4是润滑剂支承的电动机的截面侧视图，其示出了设置在定子的内定子滚道上的承载结构；

图5是图4的润滑剂支承的电动机的截面侧视图，示出了由多个定子叠片形成的承载结构；

图6是图4的润滑剂支承的电动机的截面侧视图，其示出了由连续套筒形成的承载结构，所述连续套筒围绕在第一定子端和第二定子端之间的定子叠片轴向地设置；

图7是润滑剂支承的电动机的截面侧视图，其示出了设置在定子的外定子滚道上并且由多个定子叠片形成的承载结构；

图8是润滑剂支承的电动机的截面侧视图，其示出了设置在定子的外定子滚道上并且由连续套筒形成的承载结构；

图9是图8的定子的立体侧视图，其更清楚地示出了从第一定子端延伸到第二定子端的连续套筒；

图10是图5的一部分的放大的截面视图，其示出了形成液动表面的多个定子叠片中的每个，所述多个定子叠片具有在第一边缘侧和第二边缘侧倾斜的周向外边缘，以限定多个润滑剂释放通道，其中，所述第一边缘侧朝向第一定子端设置，所述第二边缘侧朝向第二定子端设置；

图11是图7的一部分的放大的截面视图，其示出了形成液动表面的多个定子叠片中的每个，所述多个定子叠片具有在所述第一边缘侧和所述第二边缘侧倾斜的周向外边缘，以限定多个润滑剂释放通道，其中，所述第一边缘侧朝向第一定子端设置，所述第二边缘侧朝向第二定子端设置；以及

图12是形成液动表面的定子叠片的放大的截面视图，其示出了在相邻定子叠片之间通过的多个润滑剂供应管。

具体实施方式

现在将更全面地描述根据本公开的润滑剂支承的电动机的示例实施方式。提供这些示例实施例中的每一个以使得本公开是彻底的并且向本领域技术人员充分地传达本发明的构思、特征和优点的范围。为此，阐述了许多具体细节，例如与润滑剂支承的电动机相关联的具体部件、装置和机构的示例，以提供对与本公开相关联的每个实施例的全面理解。然而，如本领域技术人员将显而易见的，不需要采用本文描述的所有具体细节，示例实施例可以许多不同的形式体现，因此不应被解释或解释为限制本公开的范围。

图1和图4-11示出了根据本发明的一方面的润滑剂支承的电动机10。如在图1中最佳示出的，所述润滑剂支承的电动机10包括定子12和转子14，所述转子14沿轴线A延伸，并且可移动地(即，可旋转)设置在所述定子12内，以在所述转子14与所述定子12之间限定间隙16(参见图7-8和图11，在图1中也以“G”示出)。在可替代的布置中，所述定子12和所述转子14可以互换，其中所述定子12沿轴线A延伸，并且所述转子14可旋转地设置在所述定子12周围(参见例如图3-6和图10)，其不脱离本公开的范围。在任一布置中，并且如在图2-3中最佳示出的，所述定子12由沿轴线A彼此堆叠的多个定子叠片17形成。

润滑剂18设置在所述间隙16中，以用于在所述定子12内或周围支承所述转子14，并且在这些部件之间提供连续接触。因此，所述润滑剂18可用作所述定子12和所述转子14之间的缓冲(例如，悬浮)，以最小化或防止它们之间的接触。换句话说，所述润滑剂18防止了所述定子12和所述转子14之间的直接接触，并提供了所述润滑剂支承的电动机10，该电动机由于所述润滑剂18的存在可以稳固地对抗冲击和振动载荷。另外，并且可选地，可以使用基本上不可压缩的润滑剂18，以便使所述定子12和所述转子14之间的间隙最小化。

如图1所示，所述定子12限定了通道20，所述通道20设置成与所述间隙16流体连通以引入所述润滑剂18。然而，所述通道20可以设置在所述润滑剂支承的电动机10的任何其它部件上，而不偏离本发明公开内容。根据一方面，所述润滑剂18可以以各种方式循环或泵送通过所述通道20并进入所述间隙16。例如，所述润滑剂18的高压源(例如，泵)24可流体连接到所述润滑剂18的低压源(例如，贮槽)26，其中，所述润滑剂18可从所述低压源移动到所述高压源，穿过所述通道20并进入所述间隙16。所述转子14相对于所述定子12的旋转可操作为自泵以驱动所述润滑剂18通过所述通道20并进入所述间隙16。

如图1中进一步示出的，所述转子14优选地与驱动组件22互连，以用于将所述润滑剂支承的电动机10连接到车辆的多个车轮中的一个。例如，在一个例子中，所述驱动组件22可以包括行星齿轮系统。可选地，所述驱动组件22可以包括一个或多个平行轴齿轮。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，所述转子14可以直接连接到车辆的车轮。所述定子12和所述转子14被构造为在它们之间施加电磁力以将电能转换为机械能，从而移动所述转子14并最终驱动经由所述驱动组件22连接到所述润滑剂支承的电动机10的车轮。所述驱动组件22可响应于所述转子14的运动而在所述润滑剂支承的电动机10和车轮之间提供一个或多个减速比。

如在图1和图4-8中最佳示出的，所述转子14具有转子滚道28(在图1和图7-8中布置为内滚道)，并且所述定子12具有所述定子滚道30(在图1和图7-8中布置为外滚道)，所述定子滚道30以与转子滚道28相对的关系设置。然而，当所述定子12和所述转子14相对于轴线A的布置相反时，相应的滚道28、30类似地互换，所述定子滚道30布置为内滚道，所述转子滚道28布置为外滚道(见图4-6)。在任一布置中，并且如在图4-8中最佳地示出的，所述定子滚道30包括承载结构32，所述承载结构32包括多个液动表面34，每个液动表面34以彼此轴向间隔的关系设置并且沿定子滚道30以平行于轴线A的关系周向排列。换句话说，每个液动表面34沿定子滚道30周向延伸，并且以与多个液动表面34中相邻的液动表面径向间隔地设置。

所述定子12的所述承载结构32还限定多个静液袋部36’、36”。所述静液袋部36’、36”沿所述定子滚道30周向延伸，并相对于所述液动表面34呈径向凹陷关系。多个静液袋部36’、36”中的每个轴向地设置在多个液动表面34中的一对相应的液动表面34之间。在优选的布置中，多个静液袋部36’、36”中的每个呈矩形，然而在不脱离本公开的范围的情况下可以使用其它形状。多个静液袋部36’、36”包括第一组静液袋部36’和第二组静液袋部36”，其中，所述第一组静液袋部36’沿所述定子滚道30以彼此周向间隔的关系并邻近所述定子12的第一端38延伸，所述第二组静液袋部36”沿所述定子滚道30以彼此周向间隔的关系并邻近所述定子12的第二端40延伸。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用附加的静液袋部组36’、36”。如图4-8所示，所述定子包括多个润滑剂供应管42，所述多个润滑剂供应管42设置成与每组静液袋部36’、36”流体连通，以用于将润滑剂18输送到所述静液袋部36’、36”，然后连续地输送到液动表面34。如图12所示，所述润滑剂供应管42优选地在相邻的定子叠片17之间通过。然而，所述润滑剂供应管42也可以在包装空间允许的情况下穿过定子绕组区域。

如在图4-8中进一步示出的，所述定子12的所述承载结构32包括从液动表面34径向凹陷并沿所述定子滚道30沿周向延伸的排水沟44，所述排水沟44在所述第一组静液袋部36’和第二组静液袋部36”之间以轴向间隔的关系设置。所述排水沟44优选地布置在所述定子滚道30的中心。并且，所述排水沟44设计成从所述液动表面34捕获润滑剂18以及启动所述润滑剂18通过所述定子12到所述贮槽26的低压回流/排放。因此，所述定子12还包括润滑剂返回管46，所述润滑剂返回管46设置成与所述排水沟44流体连通，所述润滑剂返回管46也优选布置在相邻的定子叠片17之间并从相邻的定子叠片17之间通过(参见图12)。

如图4-6所示，当所述定子12沿轴线A布置时，所述承载结构32沿所述定子的内滚道30布置。然而，如图7-9所示，当所述定子12和所述转子14相对于轴线A的布置互换，并且所述转子14沿轴线A布置时，所述承载结构32沿所述定子的外滚道30布置。在任一布置中，所述承载结构32可以以多种方式形成，例如但不限于以下示例性实施方式。

根据本公开的一方面，所述承载结构32可以由定子叠片17本身形成。更具体地，所述定子叠片的外径(如图5所示)或所述定子叠片的内径(如图7所示)可以被加工以形成所述液动表面34、所述静液袋部36’36”、以及所述排水沟44。所述定子叠片17的某些组被加工成相对于相邻的定子叠片减小定子叠片的整体直径，从而形成凹陷区域，而所述凹陷区域形成了所述静液袋部36’36”和所述排水沟44。剩余的定子叠片17可以被加工成足以产生没有锐利边缘的光滑的所述流体动力承载表面34(例如，小于0.4微米的Ra(平均粗糙度))。所述叠片表面加工成足够薄以最小化其中的涡流损失。或者，代替精加工这些表面，可以将承载材料的薄板(例如，环或条)放置在所述液动表面34上并且通过粘合剂等固定到相应的定子叠片17。

根据本公开的另一方面，并且如在图6和图8中最佳地示出的，所述承载结构32可以通过在所述定子12的所述第一端38和所述第二端40之间的所述定子叠片17上放置和设置连续套筒48而形成。在这种布置中，堆叠的定子叠片17形成连续的内表面或外表面(参见例如图2-3)，所述连续套筒48放置在所述内表面或外表面上以形成所述液动表面34、所述静液袋部36、36”、以及所述排水沟44。图9示出了沿所述定子外滚道30布置的所述连续套筒48的透视图。所述连续套筒38可以通过使用多种方法被固定到所述定子叠片17，所述方法包括但不限于压紧过盈配合、收缩过盈配合、粘合、或机械特征(例如肋或花键)。

与形成所述定子12的方法类似，所述转子14的结构也可以多种类似的方式形成。例如，所述内转子滚道或外转子滚道28可以用精加工形成，以产生光滑的承载表面(例如，小于0.4微米的Ra)。或者，所述内转子滚道或外转子滚道28可以由承载材料的薄板(例如，环或条)形成，而该薄板由粘合剂保持。另外，所述内转子滚道或外转子滚道28可以由使用多种方法固定到所述转子14的连续转子套筒形成，所述方法包括挤压过盈配合、收缩过盈配合、粘合、或机械特征(例如肋或花键)。所述连续转子套筒还可以为所述转子14的完整性提供机械支承，例如，当所述润滑剂支承的电动机10的高速运行的情况下，所述转子14的结构被施加大的向外的力时。当所述润滑剂支承的电动机10是永磁无刷型时，这种结构对于磁体保持特别有用，通常用于所述转子14的层压支承，并且还用于感应电机的鼠笼式鲁棒性。根据本公开的一方面，一些润滑剂支承的电动机10具有实心转子14(例如，特殊的感应电机)，其表面可以直接用作承载表面。

图10-11示出了由定子叠片17的内径或外径形成的液动表面34的放大的截面图。如图10所示，当所述转子14绕所述定子12可旋转地设置时，形成所述液动表面34的每个定子叠片17可包括周向外边缘50，所述周向外边缘50在第一边缘侧52和第二边缘侧54倾斜，其中所述第一边缘侧52设置成朝向所述定子12的第一端38，所述第二边缘侧54设置成朝向所述定子的第二端40。或者，如图11所示，当所述转子14沿轴线A布置时，形成液动表面34的每个定子叠片17可包括周向内边缘56，所述周向内边缘56相似地在第一边缘侧52和第二边缘侧54倾斜，其中，所述第一边缘侧52设置成朝向所述定子12的所述第一端，所述第二边缘侧54设置成朝向所述定子的所述第二端。倾斜的周向外边缘50或周向内边缘56有利地将润滑剂流动特征结合到承载结构32的液动表面34，从而形成设置在每个相邻定子叠层17之间的轻微凹陷的润滑剂释放通道58，其可允许正确的润滑剂流动以改善承载性能和稳定性。在定子叠片17之间形成的释放通道58可以连接到润滑剂传导通道和润滑剂流量控制设备。

另外以及可替换地，定子叠片17的堆叠可以包括直径稍微不同的定子叠片，这样，每隔一个或每隔三个叠片(通常，“n”中的一个或多个定子叠片)的一个定子叠片比其他叠片稍微凹陷(更大的内径)。具有较小内径的定子叠片被研磨以形成所述液动表面34，并且具有较大内径的定子叠片不被研磨，因此每“n”个叠片形成凹陷或“释放区域”。

根据本发明的所述承载结构32，有利地允许现有技术的润滑剂支承的电动机所未提供的多个承载控制构造和方法。例如，所述承载结构32通过将更多的润滑剂18经由径向润滑剂供应管46和释放通道58泵送到液动表面34来提供增加的轴承刚度。例如，这种构造和方法可用于最小化所述润滑剂支承的电动机10的所述转子14和所述定子12中的临界速度共振的影响。另外，通过允许润滑剂经由所述释放通道58、所述润滑剂供应管42和所述润滑剂返回管46流出所述液动表面34，而减小所述液动表面34中的压力，从而可以提供减小的轴承剪切损失。这两种效果可通过径向地围绕所述承载结构32或轴向地沿所述承载结构32增大或减小承载压力来进一步控制。另外，所述液动表面32的热控制可以在逐段的基础上被进一步控制。

根据本公开的一方面，所述定子叠片17优选地包括以下特性、特征和支承。所述定子叠片17包括与电动机绕组中的电流类似的有效磁通传导。所述定子叠片17还包括沿径向的机械刚度，以适应承载载荷而不会使所述定子叠片17屈曲。所述定子叠片17还包括用于绕组和润滑剂流的定子槽间隙。所述定子叠片17还包括用于润滑剂通过以及叠片联结的定子齿宽度，以提供定子叠片之间的电绝缘和定子叠片的机械粘附。所述定子叠片17还优选地包括产生叠片堆叠的压缩的机械结构(例如，定子壳体、转子轮毂、焊接件和穿通销)、以及产生肩部(例如用于保持轴承环、轴承套筒、静液袋部套筒和排水沟套筒)的内径变化。

本文所详述对润滑剂支承的电动机的改进，优点包括更高水平的效率，刚性和稳定的承载结构以支承润滑剂支承的电动机的转子，以及能够承受高冲击(振动)的支承能力。另外的优点包括节省空间(紧凑)，以及充分冷却(通过润滑剂)电动机绕组，以提高润滑剂支承的电动机10的扭矩密度(即，每体积的扭矩)。

显然，根据上述教导，本公开的许多修改和变化是可能的，并且可以在所附权利要求的范围内以不同于具体描述的方式实施。特定实施例的单个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的，并且即使未具体示出或描述，也可选定的实施例中使用。

Claims (13)

1.一种润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述电动机包括：

定子，具有定子滚道；

转子，可旋转地设置在所述内定子和所述外定子之间，以限定在所述转子和所述内定子之间径向地延伸的内间隙、以及在所述转子和所述外定子之间径向地延伸的外间隙；以及

润滑剂，设置在所述间隙中，以用于相对于所述定子支承所述转子；以及

所述定子滚道包括承载结构，所述承载结构包括多个液动表面和多个静液袋部；所述多个液动表面沿所述定子滚道以平行关系排列，所述多个静液袋部相对于所述多个液动表面以径向地凹陷关系设置。

2.根据权利要求1所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述多个液动表面各自以彼此轴向地间隔的关系设置，并且所述多个静液袋部中的每个轴向地设置在所述多个液动表面中的一对相邻的流体静力表面之间。

3.根据权利要求2所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述定子从第一定子端轴向地延伸到第二定子端，并且所述多个静液袋部包括第一组静液袋部和第二组静液袋部，所述第一组静液袋部邻近所述第一定子端以周向地间隔且排列的关系延伸，所述第二组静液袋部邻近所述第二定子端以周向地间隔且排列的关系延伸。

4.根据权利要求3所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述承载结构包括从所述多个液动表面径向地凹陷的排水沟，并且所述排水沟沿所述定子滚道在所述第一组静液袋部和所述第二组静液袋部之间以轴向地间隔的关系周向地延伸。

5.根据权利要求4所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述定子包括多个润滑剂供应管和至少一个润滑剂返回管，所述多个润滑剂供应管设置成与所述多个静液袋部流体连通，所述至少一个润滑剂返回管设置成与所述排水沟流体连通。

6.根据权利要求5所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述定子包括沿所述轴线彼此堆叠的多个定子叠片，并且所述多个润滑剂供应管中的每个和所述至少一个润滑剂返回管在堆叠的定子叠片中相邻的定子叠片之间通过。

7.根据权利要求6所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述堆叠的定子叠片的内径或外径被加工以形成所述多个液动表面、所述多个静液袋部、以及所述排水沟。

8.根据权利要求7所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，共同限定所述多个液动表面的所述定子叠片中的每个包括周向边缘，所述周向边缘在朝向所述定子的第一端设置的第一边缘侧和朝向所述定子的第二端设置的第二边缘侧倾斜，以形成润滑剂释放通道；所述润滑剂释放通道设置在形成所述多个液动表面的每个定子叠片的相邻的第一倾斜侧边缘和第二倾斜侧边缘之间。

9.根据权利要求5所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述定子包括连续套筒，所述连续套筒设置在所述第一定子端和所述第二定子端之间的所述定子叠片上且周向地围绕，以形成所述承载结构。

10.根据权利要求1所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述转子沿所述轴线延伸，并且所述转子可旋转地设置在所述定子内。

11.根据权利要求1所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述定子沿所述轴线延伸，并且所述转子可旋转地围绕所述定子设置。

12.根据权利要求1所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述转子与车辆的车轮可操作地互连。

13.根据权利要求1所述的润滑剂支承的电动机，其特征在于，所述多个静液袋部中的每个具有矩形的截面形状。

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