CN117859254A - 带有由定子电动单元和压缩间隔件形成以提高热传递效率的定子的马达 - Google Patents

Abstract

提供了一种电动马达，该电动马达具有定子以及以可旋转的方式安装在定子中的转子。该定子包括多个电动单元，每个电动单元具有铁质金属芯部段以及位于芯部段上的导电绕组。多个电动单元排列成圆形布置结构，并且设置有多个楔形件，其中，楔形件中的一个楔形件定位在这些电动单元中的相邻电动单元的导电绕组之间的每个界面中，该楔形件将电动单元中的相邻电动单元的导电绕组朝向所述铁质金属芯部段中的相应的铁质金属芯部段按压。这提供了一种在导电绕组与芯部段或芯部段中的每个芯部段上的电绝缘体之间具有最小气隙或者无气隙的布置结构。

Description

带有由定子电动单元和压缩间隔件形成以提高热传递效率的 定子的马达

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年8月26日提交的美国非临时申请17/412,411的优先权，该美国非临时申请的全部公开内容通过参引并入本文中。

技术领域

本公开涉及电动车辆或混合动力电动车辆中所使用的电动马达(电动马达)，并且更具体地涉及由芯部段与导电绕组制成的电动单元形成的定子，芯部段与导电绕组形成电动马达的定子。

背景技术

材料的热传导率会影响在电动马达中产生所需磁场以产生机械能所需的材料量。对于机动车辆应用，有必要优化性能以增加车辆的续航里程。因此，降低电动马达封装堆叠层的热阻有助于提高功率密度，从而允许减轻重量或改善性能。

已经发现，在对由预缠绕的芯部段(电动单元)组装的集中绕组式电动马达定子所用的定子芯部段进行卷绕期间，目前的张紧方法可能会在芯部段的铜与塑料线轴包覆模制件之间留下小的气隙。该气隙对于基于已组装的定子中的材料之间的热传递的电动马达性能来说是一个问题。

发明内容

在一方面，本公开旨在减少或消除该气隙，以提供定子线圈和定子芯部段/线轴的紧密配合，线圈以最小气隙或无气隙缠绕在定子芯部段/线轴上，从而增加热传递效率。

根据本公开，提供了一种电动马达，该电动马达具有定子以及以可旋转的方式安装在定子中的转子。该定子包括多个电动单元，每个电动单元具有铁质金属芯部段以及位于芯部段上的导电绕组。多个电动单元排列成圆形布置结构，并且设置有多个楔形件，其中，楔形件中的一个楔形件定位在这些电动单元中的相邻电动单元的导电绕组之间的每个界面中，该楔形件将电动单元中的相邻电动单元的导电绕组朝向所述铁质金属芯部段中的相应的铁质金属芯部段按压。这提供了一种在导电绕组与芯部段或芯部段中的每个芯部段上的电绝缘体之间具有最小气隙或者无气隙的布置结构。

在一个实施方式中，楔形件各自具有恒定的锥度。

在另一实施方式中，楔形件包括在径向外端部与径向内端之间延伸的两个绕组接触侧部，径向外端部比径向内端部宽，并且绕组接触侧部具有凸形形状部。这导致楔形件在凸形形状部向外延伸或弯曲的区域中于导电绕组上施加更大的力。

在另一个实施方式中，楔形件包括在径向外端部与径向内端部之间延伸的两个绕组接触侧部，径向外端部比径向内端部宽，并且绕组接触侧部具有轮廓部，该轮廓部构造成在径向外端部与径向内端部之间的区域中于所述导电绕组中的相邻导电绕组上施加更大的周向压缩力。在这种布置结构中，可以针对特定应用或电动单元布置结构来定制轮廓部。

在一方面，楔形件由聚合物材料形成。

在另一方面，楔形件由导热材料形成。导热材料可以是聚合物导热材料。

在另一方面，在导电绕组周围注入有绝缘的灌封材料，该灌封材料优选地也是导热的。

在另一方面，提供了一种组装电动马达的定子的方法，并且该方法包括：(a)将导电绕组围绕铁质金属芯部段缠绕，以形成电动单元；(b)将多个电动单元排列成圆形布置结构，并且在所述电动单元中的相邻电动单元的导电绕组之间的每个界面中放置楔形件；(c)将电动单元压缩在一起，使得楔形件将所述电动单元中的相邻电动单元的导电绕组朝向所述铁质金属芯部段中的相应的铁质金属芯部段按压，以形成定子。

该方法还可以包括用由聚合物材料形成的电绝缘体来包覆模制铁质金属芯。替代性地，可以使用其他类型的绝缘体，比如纸绝缘体。

该方法还可以包括在导电绕组和楔形件周围注入灌封材料。

楔形件的形状和构型也可以从本文中所公开的各种布置中选择，以便尽量减小或消除导电绕组与芯部段之间的气隙，从而增加热传递效率并提高电动马达的整体效率。

应当注意的是，上述特征中的各种特征可以单独使用或者彼此组合使用。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容和以下详细的描述，附图说明了本发明的优选实施方式。在附图中：

图1是根据本公开的一个实施方式的电动马达的示意图。

图2是用于组装图1中所示的电动马达的定子的电动单元的立体图。

图3A是用于组装定子的楔形件的第一实施方式的侧视图。

图3B是图3A中所示的楔形件的俯视图。

图4A是用于组装定子的楔形件的第二实施方式的侧视图。

图4B是图4A中所示的楔形件的俯视图。

图5A是用于组装定子的楔形件的第三实施方式的侧视图。

图5B是图5A中所示的楔形件的俯视图。

图6是示出了定子的部件的视图，该定子包括正在组装的电动单元和楔形件。

图7是封装在外壳中的组装好的定子的横截面图。

图8是穿过定子的横截面的放大详细视图，其示出了被位于电动单元之间的楔形件压缩的绕组、以及绕组和楔形件周围的灌封材料。

具体实施方式

在以下描述中仅出于方便使用了某些术语，并且这些术语不是限制性的。词语“向内”和“向外”指的是朝向附图中所参照的部分的方向和远离附图中所参照的部分的方向。例如，对被引用为“a或b中的至少一者”(其中，a和b表示所列出的项目)的项目列表的引用是指项目a或b中的任何单个一者、或者a和b的组合。这也将以类似的方式适用于三个或更多个项目的列表，以便包括所述项目中的单个项目或其组合。除非另有说明，否则术语“约”和“大约”涵盖指示值的±10％。术语包括在上面具体指出的词语、这些词语的派生词以及相似含义的词语。在气隙被最大程度地减小的情况下，这意味着气隙是0.030英寸或更小。

参照图1，示意性地示出了根据本公开的电动马达(电动马达)10。电动马达10包括定子20以及以可旋转的方式安装在定子20中的转子40，从转子40延伸有轴42。定子20被壳体或外壳21包围。还可以应用未示出的端部覆盖件以及其他安装部件和电子部件。

参照图2和图8，定子20包括多个电动单元22，每个电动单元包括铁质金属芯部段24和芯部段24上的导电绕组26。图2中示出了单个电动单元，其中，导电绕组26围绕芯部段24缠绕。如在图8中详细示出的，铁质金属芯部段24中的每个铁质金属芯部段在导电绕组26的区域中优选地涂覆或覆盖有电绝缘体28(也称为线轴)，并且导电绕组26缠绕在电绝缘体28上。绝缘体优选地由导热材料制成，所述导热材料比方说例如是导热聚合物、电绝缘纸或PET膜，其中导热聚合物可以是PA46尼龙与玻璃填充物的混合物。导电绕组26优选地由经涂覆的铜线制成。然而，可以使用其他导电材料。

如图6和图7中所示，多个电动单元22排列成圆形布置结构，并且提供多个楔形件30，其中，楔形件30中的一个楔形件定位在电动单元22中的相邻电动单元的导电绕组之间的每个界面中，楔形件将电动单元22中的相邻电动单元的导电绕组26朝向铁质金属芯部段24中的相应的铁质金属芯部段按压。

如图3A和图3B中所示，楔形件30可以具有恒定的锥度。在图4A和图4B中示出了楔形件30A的第一种替代形式。楔形件30A包括在楔形件30A的径向外端部34与径向内端部35之间延伸的两个绕组接触侧部32、33，其中，径向外端部34比径向内端部35宽，并且绕组接触侧部32、33各自均具有凸形形状部36。这允许在导电绕组26的中间区域中有针对性地施加更大的力。替代性地，如图5A和图5B中所示，楔形件30B可以包括轮廓部37，该轮廓部构造成在径向外端部32与径向内端部33之间的区域中对导电绕组26中的相邻导电绕组施加更大的周向力。取决于需要对导电绕组施加附加力的位置，该轮廓部37可以是简单的矩形轮廓部、或者是更复杂的阶梯形轮廓部，以便减小或消除在目标区域中导电绕组26与相应定子芯部段24或定子芯部段上的电绝缘体28之间的气隙，该目标区域在图8中用点划线表示。在单个定子20中可以使用相同或不同类型的楔形件30、30A、30B。减小或消除气隙提供了在操作期间从导电绕组26传递热量的更好的热效率，从而提高了电动马达10的整体性能和效率。

楔形件30、30A、30B优选地由诸如玻璃填充的尼龙混合物之类的聚合物材料、或陶瓷材料、或其他导热材料形成。楔形件30、30A、30B优选地也由导热材料形成。

如在图8中详细示出的，导电绕组26周围有灌封材料38，该灌封材料优选地也是导热且电绝缘的。该灌封材料可以在电动单元22和楔形件30、30A、30B已经组装好之后被注入，电动单元及楔形件的组装过程将在下面进一步详细地描述。

现在参照图6，描述了一种组装电动马达10的定子20的方法。在通过将导电绕组26围绕铁质金属芯部段24缠绕而形成电动单元22之后，将多个电动单元22布置成圆形布置结构，其中，在电动单元22中的相邻电动单元的导电绕组26之间的每个界面中放置楔形件30、30A、30B。如在图6中示意性地示出的，该布置结构设置在夹持组件50(该夹持组件表示为夹持环)内，并且在将电动单元22和楔形件30、30A、30B布置就位之后，它们被夹持环50压缩在一起，使得楔形件30、30A、30B将电动单元22中的相邻电动单元的导电绕组26朝向铁质金属芯部段24中的相应铁质金属芯部段或铁质金属芯部段上的电绝缘体28按压，以形成定子20。夹持环50可以是最终组件的永久部分，或者压缩好的布置结构可以转移到壳体或外壳21中，该壳体或外壳将受压缩的电动单元22和楔形件30、30A、30B保持就位，如图7中所示，其中，导电绕组26压靠铁质金属芯部段24或铁质金属芯部段上的绝缘体28，从而减少或消除任何气隙。

电绝缘体28优选地由聚合物材料形成，并且被包覆模制在铁质金属芯部段24上。

此外，一旦组装好，就可以在导电绕组26和楔形件30、30A、30B周围注入灌封材料38，以提供更有效的热传递，并减少由于振动而导致的部件的任何运动。

因此，已经详细地描述了本实施方式，对于本领域技术人员来说将理解并且将明显的是，在不改变本发明中所体现的发明构思和原理的情况下，可以进行许多物理改变，在本发明的详细描述中仅例示了这些物理改变中的一些物理改变。还应当理解的是，仅包含优选实施方式的一部分的许多实施方式是可能的，这些实施方式相对于那些部分不会改变本发明中所体现的发明构思和原理。因此，本实施方式和可选的构型在所有方面都被视为是示例性的和/或说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是由前述描述来表示，并且因此，该实施方式的落入所述权利要求的含义和范围内的所有替代性实施方式和变化都将被包含在本发明中。

附图标记列表

10 电动马达

20 定子

21 外壳或壳体

22 电动单元

24 铁质金属芯部段

26 导电绕组

28 电绝缘体

30、30A、30B楔形件

32 绕组接触侧部

33 绕组接触侧部

34 径向外端部

35 径向内端部

36 凸形形状部

37 轮廓部

38 灌封物

40 转子

42 轴

50 夹持环。

Claims (17)

1.一种电动马达，所述电动马达包括：

定子；

转子，所述转子以可旋转的方式安装在所述定子中；

所述定子包括：

多个电动单元，每个电动单元包括铁质金属芯部段以及位于所述芯部段上的导电绕组，

所述多个电动单元排列成圆形布置结构，以及

多个楔形件，所述楔形件中的一个楔形件定位在所述电动单元中的相邻电动单元的所述导电绕组之间的每个界面中，所述楔形件将所述电动单元中的所述相邻电动单元的所述导电绕组朝向所述铁质金属芯部段中的相应的铁质金属芯部段按压。

2.根据权利要求1所述的电动马达，还包括位于所述铁质金属芯部段中的每个铁质金属芯部段上的电绝缘体，并且所述导电绕组缠绕在所述电绝缘体上。

3.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述楔形件各自具有恒定的锥度。

4.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述楔形件包括在径向外端部与径向内端部之间延伸的两个绕组接触侧部，所述径向外端部比所述径向内端部宽，并且所述绕组接触侧部具有凸形形状部。

5.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述楔形件包括在径向外端部与径向内端部之间延伸的两个绕组接触侧部，所述径向外端部比所述径向内端部宽，并且所述绕组接触侧部具有轮廓部，所述轮廓部构造成在所述径向外端部与所述径向内端部之间的区域中于所述导电绕组中的相邻的导电绕组上施加更大的周向压缩力。

6.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述楔形件由聚合物材料或陶瓷材料形成。

7.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述楔形件由导热材料形成。

8.根据权利要求1所述的电动马达，还包括包围所述导电绕组的灌封材料。

9.一种组装电动马达的定子的方法，所述方法包括：

将导电绕组围绕铁质金属芯部段缠绕，以形成电动单元；

将多个电动单元排列成圆形布置结构，并且在所述电动单元中的相邻电动单元的所述导电绕组之间的每个界面中放置楔形件；以及

将所述电动单元压缩在一起，使得所述楔形件将所述电动单元中的所述相邻电动单元的所述导电绕组朝向所述铁质金属芯部段中的相应的铁质金属芯部段按压，以形成定子。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括在缠绕所述导电绕组之前在所述铁质金属芯部段上设置电绝缘体。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述铁质金属芯部段包覆模制有由聚合物材料形成的电绝缘体。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述导电绕组和所述楔形件周围注入灌封材料。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述楔形件各自具有恒定的锥度。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述楔形件包括在径向外端部与径向内端部之间延伸的两个绕组接触侧部，所述径向外端部比所述径向内端部宽，并且所述绕组接触侧部具有凸形形状部。

15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述楔形件包括在径向外端部与径向内端部之间延伸的两个绕组接触侧部，所述径向外端部比所述径向内端部宽，并且所述绕组接触侧部具有轮廓部，所述轮廓部构造成在所述径向外端部与所述径向内端部之间的区域中于所述导电绕组中的相邻导电绕组上施加更大的周向压缩力。

16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述楔形件由聚合物材料或陶瓷材料形成。

17.根据权利要求9所述的方法，其中，所述楔形件由导热材料形成。