CN116937865A - 包括从机壳伸入定子芯绕组间空间的冷却片的轴向磁通电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括从机壳伸入定子芯绕组间空间的冷却片的轴向磁通电机。一种轴向磁通电机，包括机壳、定子芯、绕组和翅片。该机壳具有中空圆柱形状，具有内径向表面和外径向表面。定子芯沿机壳的内径向表面周向间隔开。绕组围绕定子芯缠绕。翅片从机壳的内径向表面突出到绕组之间的空间。

Description

包括从机壳伸入定子芯绕组间空间的冷却片的轴向磁通电机

引言

在此部分中提供的信息是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。在此部分中描述的程度上，当前署名的发明人的著作以及在提交时可能不构成现有技术的描述的各方面，既不明示地也不暗示地被认为是本公开的现有技术。

技术领域

本公开涉及轴向磁通电机，包括从机壳突出到定子芯上绕组之间的空间的冷却翅片。

背景技术

电机可以作为马达和发电机操作。马达通过产生扭矩将电能转化为机械功。发电机把机械功转化为电能。电动车辆，包括电池电动车辆、混合动力车辆和燃料电池车辆，采用电机，电机当用作电动马达时推进车辆，当用作发电机时捕获制动能量。在本文中将提到马达；然而，可以理解的是，这些原理也同样适用于发电机。

通常，电动马达包括在操作期间旋转的转子和静止的定子。转子相对于固定的定子旋转并可能包含多个永磁体。转子连接到转子轴，转子轴也随转子一起旋转。包括永磁体的转子通过预定的气隙与定子分开。定子包括呈绕组形式的导体。当电能通过绕组施加时，产生磁场。当电能被馈送到定子的绕组中时，功率可以通过作用在转子中的永磁体上的磁通量传递。以这种方式，机械功率可以传递到旋转的转子轴。因此，在电动车辆中，转子经由旋转轴将扭矩传输到车辆的驱动轮。

两种常见类型的电动马达包括径向磁通型或轴向磁通型马达。在径向磁通马达中，转子和定子通常位于同心或嵌套构造中，因此当定子通电时，它产生从定子径向延伸到转子的磁通量。因此，定子中的绕组通常平行于旋转轴线布置，从而产生磁场，该磁场从旋转轴线(沿着转子轴)在径向方向上定向。

在轴向磁通马达中，由定子中的绕组产生平行于旋转轴线的磁场，因此磁通量平行于旋转轴线(平行于转子轴)延伸。在某些应用中，轴向磁通马达是合乎需要的，因为与径向磁通马达相比，它们相对较轻，产生增加的功率，并且具有紧凑的尺寸。

发明内容

本公开描述了一种轴向磁通电机的示例，其包括机壳、定子芯、绕组和翅片。该机壳具有中空圆柱形状，具有内径向表面和外径向表面。定子芯沿机壳的内径向表面周向间隔开。绕组围绕定子芯缠绕。翅片从机壳的内径向表面突出到绕组之间的空间。

在一个方面，翅片与机壳一体地形成为单个整体。

在一个方面，翅片与机壳分开形成并附连到机壳上。

在一个方面，每个翅片具有基部和顶部。基部从机壳的内径向表面突出。顶部从基部向机壳的中心纵向轴线突出。

在一个方面，每个翅片的基部与机壳直接接触。

在一个方面，每个翅片的顶部具有三角形的周边。

在一个方面，每个翅片的基部具有第一弯曲表面，该第一弯曲表面抵接机壳的内径向表面。

在一个示例中，每个定子芯具有梯形周边，梯形周边具有倒圆角部，每个绕组围绕定子芯之一的梯形周边缠绕并采用其形状，每个翅片的基部还包括第二弯曲表面和第三弯曲表面。第二弯曲表面接纳定子芯之一的其中一个倒圆角部并与其形状一致。第三弯曲表面接纳定子芯中另一个的其中一个倒圆角部并与其形状一致。

在一个方面，每个翅片是实心金属件。

在一个方面，每个翅片限定包含相变材料的腔。

在一个方面，机壳限定围绕机壳在周向方向上延伸的冷却剂路径，并且翅片在机壳的轴向方向上与冷却剂路径对准。

在一个方面，每个翅片限定与机壳的冷却剂路径流体连通的冷却剂通道。

本公开还描述了用于轴向磁通电机的冷却系统的示例。冷却系统包括机壳和翅片。该机壳具有中空圆柱形状，具有内径向表面和外径向表面。翅片从机壳的内径向表面突出，并被构造成突出到围绕轴向磁通电机的定子芯缠绕的绕组之间的空间中。

在一个方面，翅片与机壳一体形成为单个整体。

在一个方面，翅片与机壳分开形成并附连到机壳上。

在一个方面，每个翅片有基部和顶部。基部从机壳的内径向表面突出。顶部从基部向机壳的中心纵向轴线突出。

在一个方面，每个翅片是实心金属件。

在一个方面，每个翅片限定包含相变材料的腔。

在一个方面，机壳限定围绕机壳在周向方向上延伸的冷却剂路径，并且翅片在机壳的轴向方向上与冷却剂路径对准。

在一个方面，每个翅片限定与机壳的冷却剂路径流体连通的冷却剂通道。

从详细描述、权利要求和附图中，本公开的另外的应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅仅旨在用于说明目的，而并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本公开将从详细描述和附图中变得更全面地被理解，其中：

图1是根据本公开原理的轴向磁通电机的示例的部分分解透视图，该轴向磁通电机包括定子、转子、机壳和从机壳突出到定子的定子芯上的绕组之间的空间的冷却翅片；

图2是图1的轴向磁通电机的分解透视图，其中转子被省略以更好地示出定子，并且机壳以虚线显示以示出其中的冷却剂路径；

图3是图1的轴向磁通电机的截面透视图，示出了定子芯、绕组、机壳和冷却翅片；

图4是图1的轴向磁通电机的透视图，其中转子、定子芯和两个绕组被省略，以显示设置在两个省略的绕组之间的冷却翅片之一；

图5是根据本公开原理的冷却翅片的另一示例的透视图，翅片中包括腔，腔包含相变材料；以及

图6是根据本公开的原理的冷却翅片的另一示例的透视图，该翅片中具有冷却剂通道。

在附图中，附图标记可以被重复使用来标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

轴向磁通马达的定子通常包括围绕机壳的内径向表面周向间隔开的多个定子芯，绕每个定子芯缠绕的绕组，以及填充绕组之间的空间的环氧树脂。环氧树脂也放置在定子芯与机壳的内径向表面之间。因此，绕组没有暴露的表面，这使得难以移除绕组产生的热量。

根据本公开的轴向磁通马达包括多个冷却翅片，这些冷却翅片从机壳的内径向表面突出并进入绕组之间的空间。每个翅片包括连接到机壳的基部，冷却剂流动通过基部。翅片提供了热路径，通过该热路径，由绕组产生的热量被提取。此外，翅片取代了绕组之间的空间中的环氧树脂，这也改善了热移除。

在各个方面，本公开涉及从机壳突出到轴向磁通电机的定子芯上的绕组之间的空间的冷却翅片。应当理解，这些概念不仅适用于从电能产生机械能的轴向磁通马达，而且适用于可以从机械能产生电能的轴向磁通发电机。在图1至图4中示出了轴向磁通马达100形式的轴向磁通电机的非限制性示例，也称为扁平马达（pancake motor）。

马达100包括第一转子110、第二转子120、转子轴130、定子140、机壳150和冷却翅片160。第一转子110和第二转子120二者都连接到转子轴130并被构造成绕转子轴130旋转。第一转子110和第二转子120中每一个都具有环形或盘形形状，带有中心设置的孔118。转子轴130穿过中心设置的孔118。转子轴130限定旋转轴线132，转子110，120绕该旋转轴线132转动。

定子140设置在第一转子110与第二转子120之间。定子140具有环形或盘形形状。定子140是固定和静止的，而第一转子110和第二转子120在操作期间随转子轴130旋转。第一转子110面向定子140的第一侧142，并在两者间限定第一气隙（未图示）。第二转子120面向定子140的第二侧146，并在两者间限定第二气隙（未图示）。

尽管如本领域技术人员所理解的，马达100被显示为具有中心单个定子140和两个外部转子110、120，但也可设想到其它构造。这些其它变型可以包括那些具有两个定子和单个转子的变型，或者其中电动马达组件包括更多或更少的转子和/或定子的变型。随后的描述也适用于这些其它实施例。

第一转子110和第二转子120中的每一个都可以具有相同的设计(在相反方向面向定子140)，因此这里将描述共同的部件。第一转子110和第二转子120中的每一个都包括附接到转子主体114的多个永磁体112。永磁体112可以具有交替的极性。每个永磁体112在它们之间限定了通道（未图示），通道沿着相应转子的面在径向延伸。以这种方式，永磁体112和通道可以一起限定多个磁极。

如图2和图3所示，定子140包括多个定子芯152，多个绕组154绕多个定子芯152缠绕。定子芯152沿机壳150的内径向表面162周向间隔开。绕组154可以包括铜或铜合金。绕组154在它们之间限定多个空间158。定子芯152之间的空间158接纳绕组154，绕组154缠入空间158中并穿过空间158。定子140可以是固定的和静止的。尽管未示出，但是也可以设想本领域中理解的其他绕组构造和技术。例如，绕组154可以在空间158上延伸或者桥接空间158。

每个定子芯152具有侧表面153，侧表面153限定具有倒圆角部155的梯形周边。每个绕组154围绕定子芯152之一的侧表面153缠绕，并且采用该定子芯152的形状。因此，每个绕组154还具有侧表面157，侧表面157限定具有倒圆角部159的梯形周边。

转子轴130穿过定子140中的中心设置的孔128(图3），并由轴承支撑，该轴承相对于定子140对准转子110、120，同时允许转子轴130旋转。定子140的绕组154可以由铜或其他导线形成，绕组154被构造成在施加电流时产生磁场，从而与绕第一转子110和第二转子120圆周具有交替磁极的多个永磁体112的磁场相互作用。定子140的不同区域可以被选择性地通电，以在第一转子110和第二转子120上赋予旋转力，导致转子110、120和转子轴130相对于旋转轴线132旋转。

具有单个定子140以及第一转子110和第二转子120的轴向磁通马达100能够用于高扭矩应用，包括用于电动或混合动力车辆。在这种变型中，包住马达100的壳体可以附连到车架，并且来自转子轴130的一端的至少一个输出联接到减速齿轮箱或者直接联接到车辆驱动轮。轴向磁通马达100的车辆应用是作为示例性实施例提供的，而并不旨在进行限制。

转子110、120、转子轴130和定子140设置在机壳150内。在某些方面，机壳150可以固定到车架，并且轴可以联接到车辆内的齿轮箱，例如减速齿轮箱。机壳150具有中空圆柱形状，具有内径向表面162和外径向表面164。

如在图2中最佳地示出，机壳150限定了在围绕机壳150的周向方向上延伸的冷却剂路径166。在所示的示例中，冷却剂路径166绕机壳150的圆周延伸三次。冷却剂路径166具有入口端口168和出口端口169。冷却剂通过入口端口168进入冷却剂路径166，并且冷却剂通过出口端口169离开冷却剂路径166。流过冷却剂路径166的冷却剂从机壳150吸收热量，并将热量散发到热交换器（未示出）和/或环境。

翅片160在机壳150的轴向方向上与冷却剂路径166对准，并且从机壳150的内径向表面162突出并进入定子芯152之间的空间158。翅片160从绕组154吸收热量并将热量散发到机壳150。在所示的示例中，翅片160与机壳150一体形成为单个整体。在其他示例中，翅片160与机壳150分开形成，并使用例如紧固件或粘合剂（例如，环氧树脂）附连到机壳150。机壳150和/或翅片160可以由金属（例如，铝）形成（例如，铸造）。

如在图4中最佳地示出，每个翅片160具有基部170和顶部172。每个翅片160的基部170从机壳150的内径向表面162突出。每个翅片160的顶部172从其基部170向机壳150的中心纵向轴线173突出。每个翅片的顶部172具有三角形的周边。

每个翅片160的基部170具有第一弯曲表面174、第二弯曲表面176和第三弯曲表面178。基部170的第一弯曲表面174与机壳150的内径向表面162联结、直接抵接和/或从机壳150的内径向表面162突出。第二弯曲表面176接纳绕组154之一的其中一个倒圆角部159并与其形状一致。第三弯曲表面178接纳绕组154中另一个绕组的其中一个倒圆角部159并与其形状一致。在图3所示的示例中，第二弯曲表面176和第三弯曲表面178与接纳在其中的绕组154的倒圆角部159隔开。在其他示例中，第二弯曲表面176和第三弯曲表面178与接纳在其中的绕组154的倒圆角部159直接接触。

在图1至图4所示的示例中，每个翅片160是实心材料（例如，金属）件。现在参考图5，显示了翅片180的另一示例。翅片180可以用来代替翅片160中的一个或多个（例如，每个翅片160）。翅片180具有与翅片160相同的形状，并且可以具有与翅片160相同的尺寸。然而，与翅片160不同，翅片180在其中限定包含相变材料的腔182。相变材料可以比例如实心金属吸收更多的热量，因为来自热量的一些能量被用于改变相变材料的相（例如，熔化）。

相变材料可以包括钠、盐水合物、石蜡或其组合。相变材料具有较低的热导率。因此，如果在腔182中放置实心相变材料件，则相变可以被限制在相变材料的表面。因此，相变材料可以被灌注到由高热导率材料（例如石墨）制成的多孔结构上，该多孔结构将从绕组154吸收的热传导到相变材料内的各个位置。

图6显示了可用于代替翅片160中一个或多个（例如，每个）翅片190的又一示例。与翅片180类似，翅片190具有与翅片160相同的形状，并且可以具有与翅片160相同的尺寸。然而，与翅片160不同，翅片190在其中限定了冷却剂通道192。冷却剂通道192具有入口端口194和出口端口196。冷却剂通道192的入口端口194和出口端口196与图2所示的机壳150的冷却剂路径166流体连通。因此，流过机壳150的冷却剂路径166的冷却剂也流过翅片190的冷却剂通道192。因此，翅片190可以具有比翅片160更高的冷却能力。

先前的描述本质上仅仅是说明性的，决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实施。因此，虽然本公开包括特定的示例，但是本公开的真实范围不应该被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后，其他修改将变得显而易见。应当理解，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。此外，尽管实施例中每一个在上面被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在其他实施例中的任何实施例中实施和/或与其他实施例中的任何实施例的特征组合，即使该组合没有被明确描述。换句话说，所描述的实施例不是互斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍然在本公开的范围内。

元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接的”、“接合的”、“联接的”、“相邻的”、“紧挨着的”、“在……的顶部上”、“在……上方”、“在……下方”和“设置在”。除非明确描述为“直接”，否则当在上述公开中描述第一元件与第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一元件与第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，但是也可以是在第一元件与第二元件之间存在一个或多个中间元件(空间上或功能上)的间接关系。

为了便于描述，本文可以使用空间相对术语，例如“内部、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，来描述如图所示的一个元件或特征与另外一个或多个元件或特征的关系。除了附图中描绘的取向之外，空间相对术语可以旨在包括在使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为“在其它元件或特征下方”或“在其它元件或特征下面”的元件将被定向为“在其它元件或特征上方”。因此，示例术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。该装置可以其它方式定向(旋转90度或处于其它取向)，并且本文使用的空间相对描述符被相应地解释。

尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部段，但是这些元件、部件、区域、层和/或部段不应受这些术语的限制。这些术语可以仅用于区分一个元件、部件、区域、层或部段与另一个区域、层或部段。诸如“第一”、“第二”和其它数字术语在本文中使用时并不意味着顺序或次序，除非上下文明确指出。因此，在不脱离示例实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部段可以被称为第二元件、部件、区域、层或部段。

如本文所用的术语“和/或”包括相关联的列举项目中的一个或多个的任何和所有组合。如本文所用的短语“A、B和C中的至少一个”应该被解释为使用非排他性逻辑“或”来表示逻辑(A或B或C)，并且不应该被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。

Claims (10)

1.一种轴向磁通电机，包括:

机壳，所述机壳具有中空圆柱形状，具有内径向表面和外径向表面；

定子芯，所述定子芯沿着所述机壳的所述内径向表面周向间隔开；

绕组，所述绕组围绕所述定子芯缠绕；以及

翅片，所述翅片从所述机壳的所述内径向表面突出到所述绕组之间的空间。

2.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其中，所述翅片与所述机壳一体形成为单个整体。

3.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其中，所述翅片与所述机壳分开形成，并附连到所述机壳上。

4.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其中，每个翅片都有基部和顶部，所述基部从所述机壳的所述径向内表面突出，所述顶部从所述基部向所述机壳的中心纵向轴线突出。

5.根据权利要求4所述的轴向磁通电机，其中，每个翅片的所述基部具有第一弯曲表面，所述第一弯曲表面抵接所述机壳的所述内径向表面。

6.根据权利要求5所述的轴向磁通电机，其中:

每个定子芯具有带倒圆角部的梯形周边；

每个绕组围绕所述定子芯之一的所述梯形周边缠绕，并采用其形状；以及

每个翅片的所述基部还包括第二弯曲表面和第三弯曲表面，所述第二弯曲表面接纳所述定子芯之一的其中一个所述倒圆角部并与其形状一致，所述第三弯曲表面接纳所述定子芯中另一个定子芯的其中一个所述倒圆角部并与其形状一致。

7.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其中，每个翅片都是实心金属件。

8.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其中，每个翅片限定包含相变材料的腔。

9.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其中:

所述机壳限定了在围绕所述机壳的周向方向上延伸的冷却剂路径；以及

所述翅片在所述机壳的轴向方向上与所述冷却剂路径对准。

10.根据权利要求9所述的轴向磁通电机，其中，每个翅片限定冷却剂通道，所述冷却剂通道与所述机壳的所述冷却剂路径流体连通。