CN115699533A - 具有用作一外滚道的多个电导体的润滑剂支撑电动机 - Google Patents

Abstract

一电动机包括呈现一第一表面的一定子。一转子可相对于所述定子旋转。所述转子呈现与所述定子的所述第一表面成间隔关系设置的一转子滚道。所述定子的所述第一表面限定彼此成间隔关系的多个槽，以在所述多个槽之间限定多个间隔开的齿。至少一个电导体设置在所述多个槽的每一个中并且被配置为选择性地产生一移动磁场，以作用在所述转子上以提供所述转子的旋转运动。所述至少一个电导体的一部分实质上延伸成与所述定子的所述第一表面径向对齐，或者延伸超过所述定子的所述第一表面，以至少部分地限定所述定子的一定子滚道，以用于在所述转子与所述定子之间的相对径向运动期间接合所述转子的所述转子滚道。

Description

具有用作一外滚道的多个电导体的润滑剂支撑电动机

相关申请案的交叉引用

本申请主张2020年6月8日申请的美国第63/036,167号临时专利申请案的优先权，其全部公开内容在此通过引用其整体并入本文中。

技术领域

本公开总体上是关于一润滑剂支撑电动机。更具体地，本公开是关于具有由多个电导体限定的一定子的一滚道的一润滑剂支撑电动机。

背景技术

本节提供背景信息的一般概述，并且本节中提供的所述多个评论和多个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动力传动系统从一中央原动机，例如一内燃机(“internal combustion engine，ICE”)获取动力，并使用多个机械装置，例如多个传动装置、多个传动轴、多个螺旋桨轴和多个主动轴将所述动力分配给多个车轮。然而，越来越多的注意力转向多个原动机的多个替代布置，这些布置提供改进的环境性能，消除多个机械动力传动系统组件，并产生多个重量更轻的车辆，为多位乘客和有效负载提供更多空间。

“轮上(on wheel)”、“轮内(in-wheel)”或“近轮(near-wheel)”电动机配置是多个传统ICE原动机的一种替代布置，它通过设置在所述多个车轮上、所述多个车轮内或所述多个车轮附近的一个或多个电动机将所述原动机功能分配给所述多个车轮中的每一个或一些。例如，在一种情况下，一牵引电动机使用通过一转子的一中心轴和滚动多个元件轴承来支撑所述转子，可以用作所述“轮上”、“轮内”或“近轮”电动机配置。在另一种情况中，一润滑剂支撑电动机，例如美国第16/144,002号申请案中所描述的，可以用作所述“轮上”、“轮内”或“近轮”电动机配置。虽然与基于多个ICE的所述多个原动机相比，这些电动机配置中的每一个都导致更小的尺寸和更轻的重量布置，但仍有进一步改进的空间。

例如，将多个牵引电动机用作所述“轮上”、“轮内”或“近轮”配置仍然会导致多个电动机相对较重，并且通常不足以承受冲击负载，无法针对多种轮端应用进行优化。换言之，目前的多个牵引电动机是由滚动多个元件轴承支撑的多个大而重的结构，对于多种实际的轮端应用来说相对较重。在一汽车或陆地车辆应用中，作为所述“轮上”、“轮内”或“近轮”电动机的多个润滑剂支撑电动机是多个牵引电动机的一轻量级替代品。这类润滑剂支撑电动机包括设置在一转子与定子之间的一间隙中的一润滑剂，所述润滑剂用于将所述转子支撑在所述定子内并提供这些组件之间的连续接触。所述润滑剂因此可以充当所述转子与定子之间的一轴承(例如悬架)，从而最小化或防止它们之间的接触。已知在所述转子与定子之间设置高电阻率材料，例如哈氏合金(Hastelloy)或特灵(Delrin)的一轴承套以适应所述转子与定子之间的旋转接触。这类轴承套的一个问题是它们会引起所述定子的多个涡流损耗(eddy current loss)，从而导致性能下降。还已知在所述转子与定子之间设置一非导电聚合物轴承套，但是这类轴承套具有相对较差的多个机械特性。此外，这两种选择都需要额外的制造和组装步骤。因此，尽管已知的多个润滑剂支撑电动机提供了多个牵引电动机的一轻量级替代品，但仍需要进一步的多个改进。

发明内容

一种电动机包括包括呈现一第一表面的一定子。一转子围绕一轴线延伸并可相对于所述定子旋转。所述定子呈现一转子滚道，所述转子滚道被设置为与所述定子的所述第一表面成间隔关系，以限定其间的一间隙以容纳一润滑剂。所述定子的所述第一表面限定彼此成间隔关系的多个槽，以在所述多个槽之间限定多个间隔开的齿。至少一个电导体被设置在所述多个槽的每一个中并被配置为选择性地产生一移动磁场，以作用在所述转子上以提供所述转子的旋转运动，以响应施加到所述至少一个电导体的一电流。所述多个槽的每一个中的所述至少一个电导体的一部分实质上延伸成与所述定子的所述第一表面径向对齐，或者延伸超过所述定子的所述第一表面，以至少部分地限定所述定子的一定子滚道，以用于在所述转子与所述定子之间的相对径向运动期间接合所述转子的所述转子滚道，以用作一轴承同时还产生所述移动磁场。

使用一个或多个电导体例如绕组(以及可选地还有所述定子芯)来限定所述外滚道允许所述多个电导体不仅提供电流传导以驱动所述转子，还机械地支撑所述定子。这消除了对一单独的定子轴承套以机械地支撑所述定子的所述需要，从而提供了一更简单和紧凑的组件并且简化了所述电动机的制造和组装。

附图说明

将容易理解本公开的其他多个方面，因为当结合所述多个附图考虑时，通过参考以下详细描述可以更好地理解这些方面，其中：

图1是一润滑剂支撑电动机的一示意图；

图2是所述润滑剂支撑电动机的所述定子的一透视剖视图，显示了由多个电导体和所述定子的多个齿组成的所述定子的一内径；

图3是所述润滑剂支撑电动机的一转子的一透视图；

图4是所述润滑剂支撑电动机的一定子和一转子的一局部前剖面图，显示了用作一内滚道的所述定子的一槽中的多个电导体；

图4A是所述润滑剂支撑电动机的一定子的一局部前剖面图，显示了一槽中多个电导体的一替代布置。

具体实施方式

现在将更全面地描述根据本公开的具有用作一定子的一外滚道的至少一个电导体的一润滑剂支撑电动机的多个示例实施例。提供这些示例实施例中的每一个使得本公开是透彻的并且向本领域技术人员充分传达本发明的多个构思、多个特征和多个优势的所述范围。为此，阐述了许多具体细节，例如与所述润滑剂支撑电动机相关联的具体的多个组件、多个装置和多个机构的多个示例，以提供对与本公开相关联的所述多个实施例中的每一个的一透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，并非需要采用本文描述的所有具体细节，所述多个示例实施例可以以许多不同的形式体现，因此不应被理解或解释为限制本公开的所述范围。所述下面的示例性实施例描述了具有可旋转地位于一定子12内的一转子14的一径向磁通电动机10。在不脱离本主题公开的所述范围的情况下，本文的所述多个教导也可以应用于具有可旋转地围绕一定子定位的一转子的一反向径向磁通电动机、多个轴向磁通电动机及多个轴向/径向磁通电动机。

图1至4A显示了根据本公开的一方面的一润滑剂支撑电动机10。如图1中最佳所示，所述润滑剂支撑电动机10包括所述定子12和所述转子14，所述转子14沿一轴线A延伸并且可旋转地被设置在所述定子12内，以在其间限定一间隙16。一润滑剂18被设置在所述间隙16中，用于将所述转子14支撑在所述定子12内，并提供这些组件之间的连续接触。所述润滑剂18因此可以充当所述转子14与定子12之间的一缓冲器(例如悬架)，以最小化或防止它们之间的接触。换言之，所述润滑剂18使所述定子12与转子14之间的直接接触最小化，并提供一电动的润滑剂支撑电动机10，由于存在所述润滑剂18，所述电动的润滑剂支撑电动机10能够承受冲击和振动负载。另外地或替代地，可以使用一实质上不可压缩的润滑剂18，以最小化所述定子12与转子14之间的所述间隙。

如图1进一步所示，所述定子12限定一个或多个与所述间隙16流体连通的通道20，用于引入所述润滑剂18。在不脱离本主题公开的情况下，所述通道20也可以被设置在所述润滑剂支撑电动机10的任何其他组件上。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的一高压源21(例如一泵，示意性显示)可以流体耦合到所述润滑剂18的一低压源23(例如，一油槽，示意性显示)，并且所述润滑剂可以从所述高压源移动到所述较低压源23，通过所述通道20并进入所述间隙16。此外，所述转子14相对于所述定子12的旋转可用作一自泵，以驱动润滑剂18通过所述通道20并进入所述间隙16。

如图1进一步所示，所述转子14与一驱动组件22耦合，用于将所述润滑剂支撑电动机10耦合到所述车辆的所述多个车轮之一者。例如，在一种情况下，所述驱动组件22可包括一行星齿轮系统。替代地，所述驱动组件22可包括一个或多个平行轴线齿轮。所述定子12和转子14被配置成在它们之间施加一电磁力，以将电能转换成机械能，移动所述转子14并最终驱动经由所述驱动组件22耦合到所述润滑剂支撑电动机10的所述车轮。所述多个驱动组件20可以响应于所述转子14的运动，在所述润滑剂支撑电动机10与所述车轮之间提供一个或多个减速比(reduction ratio)。

参考图1、2、4和4A，所述定子12包括一芯23，所述芯23由一钢材多个轴向压缩的叠片25组成(图1中示意性显示)。所述芯23呈现一加工的径向内(第一)表面26及一径向外(第二)表面24。所述径向内表面26限定多个径向向外延伸的槽28，这些槽沿周向彼此间隔开并且在其间沿周向限定多个齿30。一个或多个电导体31被接收在所述多个槽28的每一个中并且共同被配置成选择性地产生作用在所述转子14上的一移动磁场，以提供所述转子14的旋转，以响应施加到其上一电流。如所述示例实施例中所示，所述多个电导体31可由一根或多根轴向延伸的导电棒31组成。替代地，所述多个电导体31可由多个绕组组成，所述多个绕组缠绕或以其他方式耦合到所述多个齿30。所述多个槽28的每一个中的所述多个电导体31的一个或多个的至少一部分从所述槽28径向向内延伸，实质上与所述定子12的所述内表面26径向对齐，或者通过所述定子12的所述内表面26，使得所述电导体31至少部分地限定一外定子滚道32。所述多个电导体31因此可以单独限定所述外定子滚道32，或者与所述定子12的所述内表面26组合限定所述外定子滚道32。在所述外定子滚道32由所述多个电导体31和所述定子12的所述内表面26限定的所述布置下，所述外滚道32可由所述多个电导体31的多个周向交替段和所述定子12的所述内表面26限定。使用所述多个电导体31来限定所述外滚道32允许所述多个电导体31不仅提供电流传导以驱动所述转子14，还机械地支撑所述定子12。这消除了对一单独的定子轴承套以机械地支撑所述定子12的所述需要，从而提供了一更简单和紧凑的组件并且简化了所述电动机10的制造和组装。图4中最右边的槽28显示了一种布置，其中所述多个电导体31从所述定子12径向向内延伸，而图4的所述其他多个槽28显示了多种布置，其中所述多个电导体31与所述定子12实质对齐。可以使用图4A中所示的所述多个电导体31/多个槽28的任意组合。

参考图1、3和4，所述转子14由一转子芯33和多个磁体35组成，所述多个磁体35围绕所述转子芯33的一外表面定位。如图3所示，所述多个磁体35可以各自大致轴向延伸，并且可以彼此沿周向成间隔关系布置。所述转子14的一径向外周长34(沿着所述多个磁体35)限定一内转子滚道36。如果所述内滚道32和外滚道36响应于所述转子10与定子12之间的径向运动而相互接触，则所述外滚道32和所述内滚道36被配置成通过适应所述定子12与转子14之间的相对旋转运动而充当一轴承。如以下将进一步详细讨论的，因为所述多个电导体31部分地限定所述外滚道32，所以它们被配置成不仅传导一电流以提供所述旋转14的旋转，还机械地支撑所述定子12。

如图4和4A中最佳所示，所述多个电导体31可由多个电导体31的两层或多层38、40、42，所述多个电导体31的两层或更多层38、40、42在所述径向方向上堆叠在彼此之上。根据所述示例实施例，多个电导体31的堆叠层38、40、42包括一顶层38、一中间层40及一底层42，然而，在不脱离主题公开的所述范围的情况下，可以使用更多或更少的层38、40、42。多个电导体31的所述堆叠层38、40、42使用多种技术中的任何一种以在所述槽28中提供一紧密配合的一方式组装，所述多种技术例如干涉压配合、热收缩配合、及位移/变形轧制工艺等。如图4所示，多个电导体31的每一层38、40、42可由多根导电棒组成，然而，如图4A所示，每一层38、40、42也可仅由一单根导电棒组成。

限定所述外滚道32的所述部分的所述顶层38由比其下方的所述层40、42导电率更低且更硬的一材料(例如铜铁(CuFePCoSn)或铜锌(CuZn5))组成，以提供总体所述多个电导体31的最小电阻，同时还为所述外滚道32提供一更硬的表面。另一方面，所述中间层和底层40、42由比所述顶层38导电率更高且更软的一材料(例如，载氧铜(oxygen carryingcopper；Cu-ETP)或无氧高导电铜(oxygen-free high conductivity copper；Cu-OF))组成，以提供一足够的磁场。具有非常高导电性的多个铜合金通常是机械上较软的多个材料，并且对于多个轴承表面来说不是最佳的。另一方面，更适合多个轴承表面的多个较硬铜合金通常具有一较低的导电率，如果在所述顶层下方的一层中使用，这将不利于电动机效率。通过在所述多个电导体31的所述多个正确径向位置使用多个高导电率/软材料和多个低导电率/硬材料，提供一硬轴承表面和足够的导电率。如图4和4A所示，多个电导体31的所述堆叠层38、40、42的所述结构通过使多个电导体31的所述层38、40、42布置有多个平坦表面45来实现机械刚度，所述多个平坦表面45彼此堆叠且其间具有一最小绝缘层。更具体地，电导体层38、40、42的所述多个层中的每一层包括至少一个实质上平坦的底部及/或顶部表面45，其中所述多个实质上平坦的表面45在所述槽28中相互重叠和接合。

如图4进一步所示，根据一实施例，所述外滚道32可以在所述圆周方向上呈现一实质上平滑的表面。这可以由所述多个电导体31单独提供或与所述多个齿30组合提供。作为此布置的部分，一聚合物涂层47可以在所述多个槽28的每一个中的所述多个电导体31和所述定子12的所述第一表面上延伸，以限定所述实质上平滑的表面。所述平滑的表面可围绕所述外滚道32的部分或一整个圆周提供。

如图4进一步所示，所述多个电导体31的一个或多个可限定一冷却通道43，所述冷却通道43可从所述高压源21或低压源24接收冷却剂，以冷却所述多个电导体31。任何数量的多个冷却通道43可以设置在任何数量的所述多个电导体31上。

所述多个定子叠片25以足够的多个压缩力和密封进行组装和保持，以避免润滑油渗入所述多个叠片25中。提供这类压缩力和密封的多种技术/多种特征包括：

·压缩所述定子12的所述芯23的所述多个叠片25的总体多个结构。例如，一外壳可以收缩配合在所述定子12的一外径上并且可以包括多个端板，所述多个端板用多个螺栓或其他多个紧固件拉在一起，

以将所述多个叠片25固定到位。

·所述定子12的所述芯23的所述多个叠片25的表面焊接/接合。例如，可以焊接所述定子12的外径及/或内径，以确保所述定子12的所述多个堆叠叠片25的完整性。另外地，所述定子12的一外径或内径可以用一结构黏着剂或模制聚合物层接合，以确保所述定子12的完整性并密封所述定子12防止油进入。

·具有密封/接合特性的所述定子12的所述多个叠片25的绝缘。更具体地，所述定子12的所述多个叠片25可以用诸如清漆(varnish)的一材料彼此电绝缘。

在组装期间，在多个电导体31的所述堆叠层38、40、42被定位在所述多个槽28内之后，可选地对所述外滚道32进行加工或精加工，以产生适合于感兴趣的所述应用的所述外滚道32的一平滑抛光。所述内滚道36和外滚道32可包括改善和保持润滑剂18的所述膜的多个特征(例如紧密容限区域(close-tolerance area)、凹穴区域(pocket area)等)。这可以包括多个轴承结构，例如已知用于混合多个轴颈轴承的多个轴承结构。此外，所述定子12的所述多个组装结构也可用于沿所述外滚道36形成多个轴承表面特征，例如：

·多个轴承流体动力、紧密空隙区域(clearance region)(例如参见图4中的紧密空隙区域37)。

·多个轴承流体静力凹穴区域：

o所述多个电导体31的一个或多个可位于所述多个齿30的稍微径向外侧(即，所述多个电导体31可比所述多个齿30稍微更浅)。

o所述多个槽28的多个边缘可以由多个叠片或多个铜绕组形成，其径向向内延伸比所述定子12的所述多个齿30更大的范围。

参见例如图4中所示的多个铜叠片39的所述周长。

o如图2所示，多个泄水沟41可沿所述定子12的一内径形成，并且多个流体动力凹穴43可沿所述多个电导体31的一内径形成。

·符合规定的多个轴承流体动力区域可在多个高转速、高动态压力条件下提供紧密空隙释放；及

·符合规定的多个轴承流体动力区域在多个冲击负载和高加速度条件下提供负载共享(创造有利于挤压多个膜形成的多个条件)。更具体地，在其中所述多个定子叠片及/或多个铜电导体31的刚度可以降低或“顺应”的多个紧密空隙轴承流体动力区域使得在所述转子重压在所述定子12上的多个重冲击负载情况下，所述定子12少量变形以增加接触的转子10和定子12的所述区域。

鉴于前述，在所述定子12的多个齿30之间周向布置的多个电导体31的所述堆叠层38、40、42以这样的一方式布置：

·提供坚硬的、压缩的机械支撑，以补偿施加到所述外滚道26的多个负载。

·通过所述多个齿30在所述多个电导体31之间周向地提供电绝缘。

·提供热传导至所述定子12的所述芯23以用于冷却目的。

在所述多个电导体31受到多个磁力和多个机械振动的情况下为所述多个电导体31提供机械支撑。

·根据需要在槽28内设置多个冷却通道43(如图4所示)。

·在所述芯23和电导体31结构的所述多个叠片的不同热膨胀的多个条件下为所述定子12的所述芯23和多个电导体31提供机械支撑。例如，所述多个槽28的所述锥形形状将所述多个电导体31向下压向所述芯23的所述径向外表面24，这保持了所述外滚道32的一直径。

·在主要用于提供导电的多个电导体31的下层40、42中提供多种不同的材料，而多个电导体31的所述顶层38主要用作所述内滚道36的部分。

所述定子12的所述结构还可以包含支持电动机操作的其他多个方面的多个特征，例如：

·多个轴承润滑剂供应通道20。

·多个轴承润滑剂供应通道20带有多个毛细管或孔口区域，以限制润滑剂流动。

·用通过所述定子12通过所述供应通道20到达所述轴承区域的油进行冷却。

·具有多个电容电桥测量的转子14/定子12接近感测。

·具有可变磁阻或霍尔效应(hall-effect)磁力感测的转子14/定子12接近感测。

显然地，根据上述多个教导，本发明的许多修改和变化是可能的，并且可以在所附多个权利要求的所述范围内以不同于具体描述的方式实施。这些先前的叙述应被解释为涵盖本发明新颖性行使其效用的任意组合。

Claims (14)

1.一种电动机，其特征在于：所述电动机包括：

一环状定子，其围绕一轴线延伸并且呈现一第一径向表面；

一转子，其围绕所述轴线延伸并可相对于所述定子旋转，并且呈现限定一转子滚道的一第二径向表面，所述转子滚道被设置为与所述定子的所述第一径向表面成间隔关系，以限定其间的一间隙以容纳一润滑剂；

所述定子的所述第一径向表面，其限定彼此间隔开的多个槽，以在所述多个槽之间限定多个间隔开的齿；

至少一个电导体，其设置在所述多个槽的每一个中并被配置为选择性地产生一移动磁场，以作用在所述转子上以提供所述转子的旋转运动，以响应施加到所述至少一个电导体的一电流；及

所述多个槽的每一个中的所述至少一个电导体的一部分，其实质上延伸成与所述定子的所述第一径向表面径向对齐，或者延伸超过所述定子的所述第一径向表面，以至少部分地限定所述定子的一定子滚道，以用于在所述转子与所述定子之间的相对运动期间接合所述转子的所述转子滚道，以用作一轴承同时还产生所述移动磁场。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于：所述多个槽的每一个中的所述至少一个电导体包括所述多个槽的每一个中的多个电导体，并且其中所述多个槽的每一个中的所述多个电导体包括至少一第一电导体，所述第一电导体径向堆叠在一第二电导体上，并且其中所述第一电导体由比所述第二电导体更硬且导电性更差的一材料制成。

3.如权利要求2所述的电动机，其特征在于：所述第一电导体由一铜铁和铜锌材料中的一种组成，并且其中所述第二电导体由一载氧铜和一无氧高导电铜中的一种组成。

4.如权利要求2所述的电动机，其特征在于：所述多个槽的每一个中的所述多个电导体还包括一第三电导体，所述第三电导体径向位于所述第二电导体下方，并且其中所述第一电导体由比所述第三电导体更硬且导电性更差的一材料制成。

5.如权利要求2所述的电动机，其特征在于：所述多个槽的每一个中的所述第一和第二电导体使用一干涉压配合、热收缩配合及一位移/变形轧制工艺中的至少一种装配在所述槽中，以提供所述第一和第二电导体在所述槽中的一紧密配合。

6.如权利要求2所述的电动机，其特征在于：所述多个槽的每一个的所述第一和第二电导体中的每一个限定至少一个实质上平坦表面，并且其中所述第一层和第二层的多个电导体的所述多个实质上平坦表面在所述槽中重迭并彼此接合，以提供机械刚度并最小化所述第一层和第二层的多个电导体之间的绝缘。

7.如权利要求1所述的电动机，其特征在于：所述多个槽的每一个中的所述至少一个电导体是一轴向延伸的导电棒。

8.如权利要求1所述的电动机，其特征在于：所述多个槽的每一个中的所述至少一个电导体由多个绕组组成。

9.如权利要求1所述的电动机，其特征在于：所述多个槽的每一个中的所述至少一个电导体径向向内延伸通过所述定子的所述第一径向表面。

10.如权利要求1所述的电动机，其特征在于：所述多个槽的每一个中的所述至少一个电导体延伸成与所述定子的所述第一表面径向对齐，使得所述定子滚道由所述多个电导体的多个圆周交替段和所述定子的所述第一表面限定。

11.如权利要求1所述的电动机，其特征在于：所述定子滚道在所述圆周方向上呈现一实质上平滑表面。

12.如权利要求11所述的电动机，其特征在于：一聚合物涂层在所述多个槽的每一个中的所述至少一个电导体和所述定子的所述第一表面上延伸，以限定所述外滚道的所述实质上平滑表面。

13.如权利要求1所述的电动机，其特征在于：所述定子限定至少一个与所述间隙流体连通的通道，以用于将一润滑剂传递到所述间隙中。

14.如权利要求1所述的电动机，其特征在于：一轴承套不径向位于所述定子与所述转子之间的所述间隙中。

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