CN116566082A - 磁绝缘定子衬套系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“磁绝缘定子衬套系统”。一种定子包括被布置成限定多个狭槽的芯和成型的中间部段。所述定子还包括缠绕在所述狭槽内的多个导体。所述中间部段的紧邻所述狭槽的部分包括嵌入其中的磁绝缘体。所述磁绝缘体是电绝缘的并且具有亚铁磁序。所述定子还包括设置在所述导体与所述定子的内径表面之间的多个非磁性楔块。

Description

磁绝缘定子衬套系统

技术领域

本公开涉及电机构造。

背景技术

用于诸如电池电动车辆和插电式混合动力车辆的电动车辆的扩展驾驶里程技术不断地增加对用于车辆推进的电机的要求。实现高性能可能需要牵引电池和电机具有更高的功率输出。实现更高的功率输出的一种方式是增加定子的磁通承载能力，从而增加其扭矩产生能力。

发明内容

一种电机包括定子，所述定子具有被布置成限定多个狭槽的芯和中间部段，以及缠绕在狭槽内的多个导体。中间部段的紧邻狭槽的部分包括具有亚铁磁序(ferrimagneticordering)的电绝缘材料。

一种定子包括被布置成限定多个狭槽的芯和成型的中间部段。定子还包括缠绕在狭槽内的多个导体。中间部段的紧邻狭槽的部分包括磁绝缘体。磁绝缘体是电绝缘的并且具有亚铁磁序。定子还包括设置在导体与定子的内径表面之间的多个非磁性楔块。

一种定子包括其上具有涂层并且限定多个狭槽的芯，以及缠绕在狭槽内的多个导体。涂层的紧邻狭槽的部分包括具有亚铁磁序的电绝缘材料。

附图说明

图1是示例性电动车辆的示意图。

图2是拆卸的定子的分解组装图。

图3是常规定子狭槽的平面图。

图4是传递成型的中间部段的透视图。

图5是定子的一部分的横截面视图。

具体实施方式

本文描述了实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅是示例并且其他实施例可采用各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制。一些特征可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，而是仅仅作为用于教导本领域技术人员的代表性基础。

参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。

电动车辆通常包括一个或多个电机。电机可以被称为电动马达、牵引马达或发电机。电机可以是永磁电机或感应电机。取决于工况，电机可能能够作为马达或发电机工作。例如，电机可以提供用于车辆推进的扭矩，或者用作发电机以使用再生制动技术将机械动力转换成电力。电机还可以提供减少的污染物排放，因为电动车辆可以以电动模式或混合动力模式操作以减少车辆燃料消耗。虽然本公开是在电动车辆的背景下描述的，但是应当理解，其可以与非汽车应用结合使用。例如，所公开的电机可以在制造设备或发电机器中使用。

图1描绘了混合动力电动车辆(“HEV”)112。HEV 112包括电动化推进系统，所述电动化推进系统具有机械地联接到混合动力变速器(未示出)的一个或多个电机114。另外，混合动力变速器机械地联接到内燃发动机118(即，ICE)。电机114被布置成在发动机118操作或关闭时提供推进扭矩以及减速扭矩能力。当发动机118关闭时，HEV 112可以在纯电动行驶模式下使用电机114作为唯一推进源进行操作。混合动力变速器还机械地联接到行车轮，以从电机114和/或燃烧发动机118输出扭矩。

牵引电池或电池组124存储可以用于对电机114供电的能量。电池组124提供高压直流(DC)输出。一个或多个接触器142可以在断开时将牵引电池124与DC高压总线154A隔离，而在闭合时将牵引电池124联接到DC高压总线154A。牵引电池124经由DC高压总线154A电联接到一个或多个电力电子模块126。电力电子模块126还电联接到电机114，并且提供在AC高压总线154B与电机114之间双向传递能量的能力。根据一些示例，牵引电池124可以提供DC电流，而电机114使用三相交流电(AC)进行操作。电力电子模块126可以将DC电流转换为三相AC电流以操作电机114。在再生模式中，电力电子模块126可以将来自充当发电机的电机114的三相AC电流输出转换为与牵引电池124兼容的DC电压。本文中的描述同样适用于不具有燃烧发动机的纯电动车辆。

除了提供用于推进的能量之外，牵引电池124还可以为其他车辆电气系统提供能量。车辆112可以包括电联接到高压总线154的DC/DC转换器模块128。DC/DC转换器模块128可以电联接到低压总线156。DC/DC转换器模块128可以将牵引电池124的高压DC输出转换为与低压车辆负载152兼容的低压DC供应。低压总线156可以电联接到辅助电池(例如，12V电池)。低压负载152可以电联接到低压总线156。低压负载152可以包括车辆112内的各种控制器。一个或多个高压电气负载158可以联接到高压总线154A。高压电气负载158还可以包括压缩机和电加热器。

牵引电池124可以通过车外电源136进行再充电。车外电源136可以是与电气插座的连接。外部电源136可以电联接到充电器或另一类型的电动车辆供电装备(EVSE)138。车外电源136可以是由电力公用事业公司提供的配电网络或电网。EVSE 138提供电路和控件以管理在电源136与车辆112之间的能量传递。车外电源136可以向EVSE138提供DC或AC电力。EVSE 138可以具有用于插入到车辆112的充电端口162中的充电连接器160。充电端口162可以电联接到车载电力转换模块或充电模块164。充电模块164可以调节从EVSE 138供应的电力以向牵引电池124提供适当的电压和电流水平。

所讨论的各种部件可以具有一个或多个相关联的控制器，以控制、监测和协调部件的操作。控制器可以经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由分立的导体进行通信。另外，可以提供车辆系统控制器148以协调各个部件的操作，诸如管理去往和来自一个或多个电机的电流。

电机可以包括例如用于推进电动车辆的定子和转子。图2描绘了拆卸的定子200的分解图。定子200可以包括具有前侧和后侧的多个叠片(未示出)。当堆叠时，前侧和后侧抵靠相邻的前侧和后侧设置以形成定子芯202。每个叠片还包括外径(或外壁)和内径(或内壁)。外径协作以限定定子200的外表面，并且内径协作以限定空腔204。

定子芯202可以包括围绕定子芯202的圆周间隔开的多个狭槽206。多个绕组(也称为线圈、导线或导体)208可以缠绕在定子200上并且设置在定子狭槽206内。绕组208可以以蜿蜒方式布线遍及狭槽206以形成一个或多个绕组路径以通过定子200传输电流。基于绕组208的布置，绕组的部分可以从定子芯202的端面210突出。在一些具体示例中，绕组208包括铜发卡绕组，所述铜发卡绕组布线在整个铁合金定子芯中。多个单独的发卡可以轴向地插入穿过狭槽206，并且具有突出超过端面210以邻接相邻狭槽中的发卡的端部部分。

定子200还可以包括经由涂覆或成型工艺围绕定子芯202形成的中间部段212。也就是说，中间部段212可以是例如经由电泳沉积而沉积在定子芯202上的涂层，或者是与定子芯202的形状和特征匹配的聚合物材料的原位传递成型或注塑成型部件。中间部段212包括狭槽216，所述狭槽被布置成对应于定子芯202的限定用于容纳绕组208的基本上为矩形的狭槽的狭槽206。在一些实施例中，所使用的聚合物材料可以是环氧树脂、尼龙或合成橡胶。

当电机作为马达操作时，供应到绕组208的电流产生促使转子旋转的机电场。当电机作为发电机操作时，在绕组208中由转子的惯性旋转产生电流，并且能量可以存储在电池中和/或用于为其他车辆部件供电。在电机作为马达和发电机两者的操作期间，可以在整个定子芯202和绕组208中产生热量。该热量可以使用冷却介质(例如，通过使变速器油或其他合适的冷却介质循环)来从电机去除。冷却介质(或冷却剂)降低绕组208和定子芯202的温度，从而允许定子促进较高电流负载的通过而不会引起不期望的发热程度。

热管理总成可以用于促进冷却介质。因此，电机可以包括热管理总成，所述热管理总成将油或其他介电流体引入到电机的用于冷却目的的部分。在一些示例中，油可以滴落或喷洒到电机的导线或绕组上。然而，施加到绕组的冷却剂流的不均匀性可能降低冷却效率。替代地，可以提供空气冷却的热管理总成以帮助管理电机的热状况。气流冷却可能需要风扇或鼓风机与端部绕组流体流动连接以将空气推向所述端部绕组以用于冷却目的。这种配置还可能需要消耗封装空间的附加部件，诸如风道。

为了解决这些缺点，可以提供封闭的冷却剂通道总成以帮助管理电机的绕组的热状况。在一些具体示例中，封闭的冷却剂通道总成可以由一个或多个注塑成型的聚合物部件形成并安装到定子200。在一些实施例中，封闭的冷却剂通道总成由注塑成型的聚合物形成。封闭的冷却剂通道总成可以限定内部空腔，所述内部空腔被布置成引导冷却剂流与绕组208热连通。在一些任选的实施例中，例如，一对端盖214可以设置在定子200的端面210附近。端盖214和定子芯202可以相对于彼此布置，以在其间形成流体密封，并且使得被导引通过通道的冷却剂容纳在其中。在一些实施例中，端盖214可以包括用于从贮存器或其他源接收冷却剂流的一个或多个入口端口218，以及用于从电机热管理系统排出冷却剂的一个或多个出口端口220。冷却剂流入定子200允许从突出超过定子芯202的端面210的绕组208的端部部分移除热量。

由于这些增强的冷却能力可以提高排热效率，因此定子可以能够适应附加的电流负载而没有热劣化问题。例如，定子齿(即，芯的与定子狭槽直接相邻的部分)可以制造得更大，以增加定子的磁通承载能力。然而，较大的定子齿可能会使狭槽收缩并减少导体可用的空间。导体可用的空间较小可能意味着材料(诸如直接有助于扭矩产生的铜)更少。此外，通常用于在导体(诸如铜)与芯(诸如硅钢芯)之间提供隔离的狭槽绝缘衬(slot liner)可能进一步减小狭槽中的可用空间。

例如，图3示出了常规定子300，所述常规定子包括至少一个绕组302、至少一个定子狭槽304和至少一个狭槽绝缘衬306，以在至少一个绕组302与定子300之间提供绝缘。至少一个狭槽绝缘衬306可以由多层专用纸、塑料等制成，以获得最优的介电强度和机械强度。为了使效率最大化，通常仅留下插入导体302所需的最小间隙作为自由空间。

为了补救上述潜在问题中的一个或多个，可以使用具有亚铁磁序的电绝缘材料(例如，合适的铁氧体粉末)作为涂层或将其添加到上面讨论的中间部段。该材料可以具有10至20000的相对磁导率。在一些实施例中，亚铁磁性材料可以包括钴铁氧体、钴镍锌铁氧体、镁锰锌铁氧体、锰锌铁氧体、镍铁氧体、镍锌铁氧体、钇铁石榴石或其组合。中间部段(如果成型的话)可以由注塑或传递成型的聚合物形成。

图4示出了中间部段404的透视图。中间部段404可以由聚合物(或多种聚合物)和铁氧体粉末的组合形成。在一个实施例中，用于形成传递成型的中间部段404的聚合物可以是环氧树脂，如上所述。除了通过将聚合物与铁氧体粉末混合来成型之外，还可以通过使用电泳沉积对定子进行铁氧体涂覆来制造中间部段404。

图4的中间部段404可以包括多个狭槽406，所述多个狭槽被布置成对应于定子芯(未示出)的用于容纳绕组(未示出)的狭槽。中间部段404还可以包括多个非磁性楔块414，所述多个非磁性楔块设置在狭槽406的靠近定子中心的短端处，使得一旦组装，非磁性楔块414就可以设置在导体与定子的内径表面之间。一旦组装好，联接到传递成型的中间部段404的楔块414就可以完全包住绕组。在一些实施例中，楔块414可以与导体直接接触。楔块414可以在两步过程中被传递成型到中间部段404，或者在传递成型之前作为单独的楔块插入。在一些实施例中，楔块414可以是塑料的。在一些实施例中，非磁性楔块414的紧邻导体的宽度大于非磁性楔块414的邻近内径表面的宽度。在一些实施例中，中间部段404的材料可以不同于非磁性楔块414的材料。

在一些实施例中，中间部段的一些部分可以没有具有亚铁磁序的电绝缘材料，以避免不必要地增加狭槽泄漏电感。换句话说，材料的分布可以是均匀的或不均匀的。在一些实施例中，中间部段404的紧邻狭槽406的部分可以具有嵌入其中的铁氧体粉末，使得这些部分的磁导率大于中间部段404的缺少铁氧体粉末的其他部分。用于避免磁通泄漏和缺少铁氧体(以具有低磁导率)的区域可以对应于非磁性楔块414。

图5示出了定子400的子部段的横截面视图，其示出了多个定子狭槽402的详细视图。在一些实施例中，中间部段404可以包括对应于共同限定多个定子狭槽402的多个定子芯狭槽408的多个中间部段狭槽406。因此，定子狭槽402可以由中间部段404到定子芯410的联接限定。在一些实施例中，中间部段404还可以包括设置在定子狭槽402的靠近定子400的中心的短端处的多个非磁性楔块414。换句话说，多个非磁性楔块414可以设置在导体412与定子400的内径表面之间。

在诸如图5所示的一些实施例中，中间部段404可以替换通常由专用纸制成的常规狭槽绝缘衬。因此，本公开的一个优点可以是用中间部段404替换狭槽绝缘衬可以使导体412与定子芯410之间的热传递得到改善。这可能是因为具有亚铁磁序的电绝缘材料的热导率大于常规的狭槽绝缘衬。材料的高磁导率和附加磁通量也可以增加定子的磁通承载能力，从而导致更高的扭矩能力。

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权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述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，可做出各种改变。

如先前所述，各种实施例的特征可进行组合以形成可能未明确描述或示出的另外的实施例。尽管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应认识到，可折衷一个或多个特征或特性来实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于：强度、耐久性、寿命周期、可销售性、外观、包装、大小、可维修性、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为不如其他实施例或现有技术实施方式期望的实施例处在本公开的范围内，并且对于特定应用来说可能是期望的。

根据本发明，提供了一种电机，其具有：定子，所述定子包括被布置成限定多个狭槽的芯和中间部段；以及缠绕在所述狭槽内的多个导体，其中所述中间部段的紧邻所述狭槽的部分包括具有亚铁磁序的电绝缘材料。

根据一个实施例，所述电绝缘材料包括钴铁氧体、钴镍锌铁氧体、镁锰锌铁氧体、锰锌铁氧体、镍铁氧体、镍锌铁氧体、钇铁石榴石或其组合。

根据一个实施例，所述电绝缘材料的相对磁导率为10至20000。

根据一个实施例，所述中间部段包括环氧树脂、尼龙或合成橡胶。

根据一个实施例，所述定子还包括设置在所述导体与所述定子的内径表面之间的多个非磁性楔块。

根据一个实施例，所述非磁性楔块的邻近所述导体的宽度大于所述非磁性楔块的邻近所述内径表面的宽度。

根据本发明，提供了一种定子，其具有：芯；成型的中间部段，其中所述芯和所述成型的中间部段被布置成限定多个狭槽；缠绕在所述狭槽内的多个导体，其中所述中间部段的紧邻所述狭槽的部分包括嵌入其中的铁氧体粉末并且其中所述铁氧体粉末是电绝缘的且具有亚铁磁序；以及多个非磁性楔块，所述多个非磁性楔块设置在所述导体与所述定子的内径表面之间。

根据一个实施例，亚铁磁性粉末包括钴铁氧体、钴镍锌铁氧体、镁锰锌铁氧体、锰锌铁氧体、镍铁氧体、镍锌铁氧体、钇铁石榴石或其组合。

根据一个实施例，所述铁氧体粉末的相对磁导率为10至20000。

根据一个实施例，所述成型的中间部段的材料包括环氧树脂、尼龙或合成橡胶。

根据一个实施例，所述非磁性楔块的邻近所述导体的宽度大于所述非磁性楔块的邻近所述内径表面的宽度。

根据一个实施例，所述成型的中间部段的材料不同于所述非磁性楔块的材料。

根据本发明，提供了一种定子，其具有：芯，所述芯上具有涂层并且限定多个狭槽；以及缠绕在所述狭槽内的多个导体，其中所述涂层的紧邻所述狭槽的部分包括具有亚铁磁序的电绝缘材料。

根据一个实施例，所述电绝缘材料沿着所述狭槽均匀地分布。

根据一个实施例，所述电绝缘材料包括钴铁氧体、钴镍锌铁氧体、镁锰锌铁氧体、锰锌铁氧体、镍铁氧体、镍锌铁氧体、钇铁石榴石或其组合。

根据一个实施例，所述电绝缘材料的相对磁导率为10至20000。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于设置在所述导体与所述芯的内径表面之间的多个非磁性楔块。

根据一个实施例，所述非磁性楔块与所述导体中的一些直接接触。

根据一个实施例，所述非磁性楔块的邻近所述导体的宽度大于所述非磁性楔块的邻近所述内径表面的宽度。

Claims (15)

1.一种电机，其包括：

定子，所述定子包括被布置成限定多个狭槽的芯和中间部段，以及缠绕在所述狭槽内的多个导体，其中所述中间部段的紧邻所述狭槽的部分包括具有亚铁磁序的电绝缘材料。

2.如权利要求1所述的电机，其中所述电绝缘材料包括钴铁氧体、钴镍锌铁氧体、镁锰锌铁氧体、锰锌铁氧体、镍铁氧体、镍锌铁氧体、钇铁石榴石或其组合。

3.如权利要求1所述的电机，其中所述电绝缘材料的相对磁导率为10至20000。

4.如权利要求1所述的电机，其中所述中间部段包括环氧树脂、尼龙或合成橡胶。

5.如权利要求1所述的电机，其中所述定子还包括设置在所述导体与所述定子的内径表面之间的多个非磁性楔块。

6.如权利要求5所述的电机，其中所述非磁性楔块的邻近所述导体的宽度大于所述非磁性楔块的邻近所述内径表面的宽度。

7.一种定子，其包括：

芯；

成型的中间部段，其中所述芯和所述成型的中间部段被布置成限定多个狭槽；

缠绕在所述狭槽内的多个导体，其中所述中间部段的紧邻所述狭槽的部分包括嵌入其中的铁氧体粉末，并且其中所述铁氧体粉末是电绝缘的且具有亚铁磁序；以及

多个非磁性楔块，所述多个非磁性楔块设置在所述导体与所述定子的内径表面之间。

8.如权利要求7所述的定子，其中亚铁磁性粉末包括钴铁氧体、钴镍锌铁氧体、镁锰锌铁氧体、锰锌铁氧体、镍铁氧体、镍锌铁氧体、钇铁石榴石或其组合。

9.如权利要求7所述的定子，其中所述铁氧体粉末的相对磁导率为10至20000。

10.如权利要求7所述的定子，其中所述成型的中间部段的材料包括环氧树脂、尼龙或合成橡胶。

11.如权利要求7所述的定子，其中所述非磁性楔块的邻近所述导体的宽度大于所述非磁性楔块的邻近所述内径表面的宽度。

12.如权利要求7所述的定子，其中所述成型的中间部段的材料不同于所述非磁性楔块的材料。

13.一种定子，其包括：

芯，所述芯上具有涂层并且限定多个狭槽；以及

缠绕在所述狭槽内的多个导体，其中所述涂层的紧邻所述狭槽的部分包括具有亚铁磁序的电绝缘材料。

14.如权利要求13所述的定子，其中所述电绝缘材料沿着所述狭槽均匀地分布。

15.如权利要求13所述的定子，其中所述电绝缘材料包括钴铁氧体、钴镍锌铁氧体、镁锰锌铁氧体、锰锌铁氧体、镍铁氧体、镍锌铁氧体、钇铁石榴石或其组合。