用于车辆的电机的制作方法

本公开涉及用于电动车辆和混合动力电动车辆的电机，所述电机能用作马达或发电机。

背景技术：

诸如电池电动车辆和混合动力电动车辆的车辆包含用作能量源的牵引电池组件。例如，牵引电池组件电连接到提供扭矩以驱动车轮的电机。牵引电池组件可包括帮助管理车辆性能和操作的部件和系统。它还可包括高电压部件，以及用于控制温度的空气或液体热管理系统。

电机通常包括定子和转子，定子和转子协作以将电能转换成机械运动，或将机械运动转换成电能。电机可包括用于冷却定子、转子或二者的热管理系统。

技术实现要素：

根据一个实施例，一种用于车辆的电机包括：定子，具有槽和轭区域，所述轭区域限定在定子的相对的端面之间延伸的多个通道。绕组延伸穿过所述槽并且具有与所述端面相邻的端部绕组。转子设置在定子内。该电机还包括第一环形盖和第二环形盖，每个环形盖限定具有多个壁的空腔，所述多个壁将所述空腔分隔成彼此周向隔离的多个冷却室。每个环形盖附连到所述端面中的一个，使得端部绕组中的相应一个设置在所述空腔中的一个内，并且使得每个通道与第一环形盖的冷却室中的相应一个直接流体连通并与第二环形盖的冷却室中的相应一个直接流体连通。

根据本发明的一个实施例，每个壁限定切口，并且所述端部绕组中的相应一个的至少一部分设置在所述切口内。

根据本发明的一个实施例，第一环形盖比第二环形盖具有更多的冷却室。

根据本发明的一个实施例，第一环形盖包括限定凹槽的内表面，所述凹槽接纳所述壁中的一个的边缘部分。

根据本发明的一个实施例，第一环形盖限定通向所述冷却室中的一个的入口端口和通向所述冷却室中的另一个的出口端口。

根据本发明的一个实施例，入口端口被构造为与变速器壳体的通道连接。

根据另一实施例，一种电机包括：定子，具有在定子的相对的端部之间延伸的冷却通道和与所述端部相邻的端部绕组。盖限定空腔并且具有将所述空腔分隔成分隔式冷却室的壁。每个壁限定将相应一个端部绕组的一部分接纳在其中的切口，并且每个冷却通道与所述冷却室中的一个直接流体连通。

根据另一实施例，一种电机包括定子，定子具有相对的端部和在所述相对的端部之间延伸的槽。定子还包括具有与所述端部相邻的端部绕组的绕组。绕组的一部分延伸穿过槽，使得在绕组和槽的边界之间限定冷却通道。盖限定空腔并且将端部绕组中的一个接纳在其中。所述盖具有限定空腔内的分隔式冷却室的壁。所述冷却通道与冷却室中的一个直接流体连通。

根据本发明的一个实施例，每个壁限定切口，并且所述端部绕组中的一个的至少一部分设置在所述切口内。

根据本发明的一个实施例，每个壁还包括附连到所述盖的外壁的第一部件和附连到内壁的第二部件。

根据本发明的一个实施例，第一部件和第二部件限定协作构件，所述协调构件配合以将第一部件固定到第二部件。

根据本发明的一个实施例，该电机还包括附连到所述端部中的另一个的另一盖，所述另一盖限定空腔，所述空腔具有将空腔分隔成分隔式冷却室的壁，其中，每个壁限定接纳所述端部绕组中的另一个的至少一部分的切口。

根据本发明的一个实施例，该电机还包括设置在定子内的转子。

附图说明

图1是示例性混合动力车辆的示意图。

图2是示例性电机的一部分的截面侧视图。

图3是图2的电机的定子的透视图。

图4是图3所示的定子的叠片的俯视图。

图5是电机的前透视图。

图6是沿切割线6-6截取的截面主视图。

图7是图5所示的电机的后透视图。

图8是沿着切割线8-8截取的截面后视图。

图9a是通过电机的冷却介质的示例性流动路径的示意图。

图9b是通过电机的冷却介质的另一示例性流动路径的示意图。

图9c是通过电机的冷却介质的又一示例性流动路径的示意图。

图10是附连到电机的示例性盖的一部分的截面侧视图。

图11是沿着切割线11-11截取的图10所示的盖的截面主视图。

图12是根据替代实施例的电机的截面主视图。

图13是根据又一实施例的电机的截面主视图。

图14是变速器的一部分的截面侧视图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应理解，公开的实施例仅为示例，其它实施例可采取各种替代的形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征结合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。

图1中示出了插电式混合动力电动车辆(phev)的示例，通常被称为车辆16。车辆16包括变速器12，并且在内燃发动机20选择性的辅助下由至少一个电机18推进。电机18可以是在图1中被描绘为“马达”18的交流(ac)电动马达。电机18接收电力并提供用于车辆推进的扭矩。电机18还用作通过再生制动将机械功率转换成电功率的发电机。

变速器12可以是功率分流配置。变速器12包括第一电机18和第二电机24。第二电机24可以是在图1中被描绘为“发电机”24的ac电动马达。与第一电机18类似，第二电机24接收电力并提供输出扭矩。第二电机24还用作用于将机械功率转换为电功率并优化通过变速器12的功率流动的发电机。在其它实施例中，变速器不具有功率分流配置。

变速器12可包括行星齿轮单元26，行星齿轮单元26包括中心齿轮28、行星架30和环形齿轮32。中心齿轮28连接到第二电机24的输出轴用于接收发电机扭矩。行星架30连接到发动机20的输出轴以用于接收发动机扭矩。行星齿轮单元26将发电机扭矩和发动机扭进行组合，并提供围绕环形齿轮32的组合输出扭矩。行星齿轮单元26用作没有任何固定的或“阶梯”传动比的无级变速器。

变速器12还可包括单向离合器(o.w.c.)和发电机制动器33。o.w.c.连接到发动机20的输出轴以仅允许输出轴沿一个方向旋转。o.w.c.防止变速器12反向驱动发动机20。发电机制动器33连接到第二电机24的输出轴。可致动发电机制动器33以“制动”或防止第二电机24和中心齿轮28的输出轴的旋转。或者，o.w.c.和发电机制动器33可被省略并且由用于发动机20和第二电机24的控制策略替代。

变速器12还可包括具有中间齿轮的中间轴，中间齿轮包括第一齿轮34、第二齿轮36和第三齿轮38。行星输出齿轮40连接到环形齿轮32。行星输出齿轮40与第一齿轮34啮合，用于在行星齿轮单元26和中间轴之间传递扭矩。输出齿轮42连接到第一电机18的输出轴。输出齿轮42与第二齿轮36啮合，用于在第一电机18和中间轴之间传递扭矩。变速器输出齿轮44连接到传动轴46。传动轴46通过差速器50连接到一对驱动轮48。变速器输出齿轮44与第三齿轮38啮合，用于在变速器12和驱动轮48之间传递扭矩。

车辆16包括能量存储装置，诸如用于存储电能的牵引电池52。电池52是能够输出电功率以操作第一电机18和第二电机24的高电压电池。当第一电机18和第二电机24作为发电机运行时，电池52还从第一电机18和第二电机24接收电功率。电池52是由多个电池模块(未示出)构成的电池组，其中，每个电池模块包含多个电池单元(未示出)。车辆16的其它实施例考虑不同类型的能量存储装置，诸如，补充或替换电池52的电容器和燃料电池(未示出)。高压总线将电池52电连接到第一电机18和第二电机24。

车辆包括用于控制电池52的电池能量控制模块(becm)54。becm54接收指示车辆状况和电池状况(诸如，电池温度、电压和电流)的输入。becm54计算和估计电池参数，诸如，电池荷电状态和电池功率容量。becm54向其它车辆系统和控制器提供指示电池荷电状态(bsoc)和电池功率容量(pcap)的输出(bsoc，pcap)。

车辆16包括dc-dc转换器或可变电压转换器(vvc)10和逆变器56。vvc10和逆变器56电连接在牵引电池52和第一电机18之间，并且电连接在电池52和第二电机24之间。vvc10“升压”或增加由电池52提供的电功率的电压电位。根据一个或更多个实施例，vvc10还“降压”或降低提供给电池52的电功率的电压电位。逆变器56将由主电池52(通过vvc10)提供的dc电力转换为用于操作电机18、24的ac电力。逆变器56还将由电机18、24提供的ac电力整流为用于为牵引电池52充电的dc电力。变速器12的其它实施例包括多个逆变器(未示出)，诸如，每个电机18、24均与一个逆变器相关联。vvc10包括电感器组件14。

变速器12包括用于控制电机18、24、vvc10和逆变器56的变速器控制模块(tcm)58。tcm58被配置成除了别的以外还监测电机18、24的位置、转速和功率消耗。tcm58还监测vvc10和逆变器56内的各个位置处的电参数(例如，电压和电流)。tcm58将对应于该信息的输出信号提供给其它车辆系统。

车辆16包括与其它车辆系统和控制器通信以协调其功能的车辆系统控制器(vsc)60。虽然vsc60被示出为单个控制器，但是vsc60可包括可用于根据整体车辆控制逻辑或软件来控制多个车辆系统的多个控制器。

包括vsc60和tcm58的车辆控制器通常包括任意数量的微处理器、asic、ic、存储器(例如，flash、rom、ram、eprom和/或eeprom)和与其彼此协作的软件代码以执行一系列操作。控制器还包括基于计算和测试数据并存储在存储器内的预定数据或“查找表”。vsc60使用公共总线协议(例如，can和lin)通过一个或更多个有线或无线车辆连接与其它车辆系统和控制器(例如，becm54和tcm58)通信。vsc60接收表示变速器12的当前位置(例如，驻车挡、倒挡、空挡或行驶挡)的输入(prnd)。vsc60还接收表示加速踏板位置的输入(app)。vsc60向tcm58提供表示期望的车轮扭矩、期望的发动机转速和发电机制动命令的输出，并且向becm54提供接触器控制。

车辆16包括用于控制发动机20的发动机控制模块(ecm)64。vsc60向ecm64提供基于包括app的多个输入信号并且与驾驶员对车辆推进的请求对应的输出(期望的发动机扭矩)。

如果车辆16是phev，则电池52可经由充电端口66从外部电源或电网周期性地接收ac能量。车辆16还包括从充电端口66接收ac能量的车载充电器68。充电器68是将接收到的ac能量转换成适于对电池52充电的dc能量的ac/dc转换器。进而，充电器68在再充电期间将dc能量提供给电池52。尽管以phev16的概念示出和描述，但是应当理解，电机18、24可以在其它类型的电动车辆(诸如，混合动力电动车辆或全电动车辆)上实现。

参照图2、图3和图4，示例电机70包括具有多个叠片78的定子74。每个叠片78包括前侧100和与前侧相对的后侧。当叠片78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铁心80。每个叠片78可以是环形的并且可以限定中空的中心。每个叠片78还包括外径82和内径84。外径82配合限定定子铁心80的外表面86，内径84配合限定空腔88。

每个叠片78包括朝向内径84径向向内延伸的多个齿90。相邻的齿90配合以限定槽92。每个叠片78的齿90和槽92与相邻叠片的齿和槽对准以限定定子槽94，定子槽94在相对的端面112之间延伸穿过定子铁心80。端面112限定铁心80的相对端，并且由定子铁心80的第一叠片和最后的叠片形成。多个绕组(也称为线圈、导线或导体)96围绕定子铁心80缠绕并且设置在定子槽94内。绕组96可设置在绝缘材料(未示出)中。绕组96的一些部分通常沿着定子槽94在轴向方向上延伸。在定子铁心的端面112处，绕组96弯曲以围绕定子铁心80的端面112周向延伸而形成端部绕组98。虽然示出为具有分布式绕组，但绕组也可以是集中式的。

转子72设置在空腔88内。转子72固定到可操作地连接到变速箱的轴76。当电流被供应给定子74时，会产生磁场，使得转子72在定子74内旋转，产生通过一个或更多个轴供应到变速箱的扭矩。

每个叠片78还可包括限定在外径82和槽92的谷108之间的轭区域104。多个流体孔106可限定在每个叠片的轭区域104中。孔106在前侧100和后侧之间延伸，提供完全穿过叠片78的空隙。孔106可以是槽(如图所示)或者可以是另一形状。当叠片78堆叠时，每个叠片78的孔106与相邻叠片的孔对准，以限定在端面112之间延伸穿过定子铁心80的冷却通道110。示例叠片78示出为具有六个孔，然而，本公开考虑每个叠片具有多于或少于六个的孔。

在运行期间，电机70在定子铁心80和绕组96内产生热。为了防止电机的过热，可提供流体回路以除去在运行期间所产生的热。

参照图5和图6，电机70可包括设置在引线侧端部绕组98a上的第一环形盖120。如下面更详细地描述的，该盖限定用于冷却端部绕组98a(示意性地示出为实心环)的冷却室。盖120可包括外壁122、内壁124和连接内壁和外壁的邻接壁126。盖120的尺寸可使得当盖120安装在定子铁心80的端面112上时，外壁122靠近定子铁心80的外表面86，并且内壁124靠近定子铁心80的内表面129。盖120可包括附连到定子铁心以将盖固定到定子上的凸耳125。壁122、124、126配合以限定空腔128。多个分隔壁130设置在空腔128内，以将空腔分成多个分隔的冷却室140。每个冷却室140通过分隔壁130彼此周向隔离开。这里使用的“隔离”并不意味着完美的或完全的隔离。分隔壁和绕组之间的密封可能不是完美的，并且一些流体可能从一个冷却室泄漏到另一个冷却室。尽管存在这种潜在的泄漏，但是周向隔离的冷却室仍然能够具有足以产生流过系统的流体流动的不同的压力。

每个壁130包括第一主侧面132、第二主侧面134和在主侧面之间延伸的副侧面136。主侧面是限定冷却室140的表面，副侧面是与盖120连接的短侧面。对于每个分隔壁130，第一主侧面132是其中一个冷却剂室140的一部分，而第二主侧面134是另一冷却室140的一部分。每个分隔壁130限定切口(cutout)138，切口138被构造为当盖120安装在定子铁心80上时接纳端部绕组98a和绕组96的一部分。切口138的尺寸适于围绕端部绕组形成相当紧密的配合，以防止油流过壁130和绕组。可在切口138周围施加橡胶或其它类似材料以便于与绕组密封。在一些实施例中，外侧壁122、内侧壁124和邻接壁126一体形成。在一个实施例中，分隔壁130还与盖120的其它部件一体形成。分隔壁130可由柔性材料制成，以允许分隔壁弹性变形，使得更容易将端部绕组98a插入到切口138中。盖120可由塑料或金属制成。

参照图7和图8，电机70还包括设置在引线相对侧端部绕组98b上的第二环形盖150。第二盖150可与第一盖120类似。例如，第二盖150包括具有分隔壁154的空腔152，分隔壁154将空腔分成多个分隔的冷却剂室156。第一盖120可比第二盖150包括更多或更少的冷却室140。在示出的实施例中，第一盖120包括四个冷却室140，第二盖150包括三个冷却室156。因此，第一盖120包括四个分隔壁130，第二盖包括三个分隔壁154。所示的壁和室的数量仅仅是示例。本公开考虑具有不同数量的壁和室的其它实施例。

参照图5至图8，冷却通道110将空腔128与空腔152连接为流体连通，允许流体从其中一个空腔流动到另一个空腔。每个冷却室140、156与冷却通道110中的至少一个流体连通。在所示实施例中，冷却室140、156中的一些与一个通道110流体连通，冷却室140、156中的一些与两个通道110流体连通。每个冷却通道110包括通向一个冷却室的入口端口158和通向另一个冷却室的出口端口160。

在示出的示例性实施例中，每个冷却室140、156与至少一个冷却通道直接流体连通，但是在其它实施例中，每个冷却室可与多个冷却通道直接流体连通。直接流体连通意味着流体在离开一个部件时立即进入另一个部件，反之亦然。更具说明性地，由于通过通道110b的端口160离开的流体立即流入腔室140b，所以通道110b与腔室140b直接流体连通。

冷却室140、156和冷却通道110配合以限定冷却绕组96和定子铁心80的流体回路161(由箭头部分地示出)。流体回路161可使油(诸如，变速器流体)或任何其它合适的传热液体循环。流体回路161可以是串联回路(如图所示)或并联回路。在示出的实施例中，第一盖120限定入口端口142和出口端口144。入口端口142和出口端口144通向不同的冷却室140。流体经由入口端口142进入第一冷却室140a。然后，流体流过第一冷却通道110a并流入第二冷却室156a。流体继续迂回流过电机70，直到流体流入最后的冷却室140b，并从出口端口144流出。如将在下面更详细地描述的，入口端口142和出口端口144可被构造为与变速器的流体供给和返回通道连接。在其它实施例中，入口端口142限定在第一盖120中，出口端口限定在第二盖150中。入口端口142和出口端口144可位于盖120的顶部157、盖的底部159、盖的一侧或其任何组合。

图9a至9c示出了用于电机70的示例性流体回路。图9a是图5和图7中所示的流体回路161。图9b示出了另一种冷却配置162，其具有第一串联流体回路164和第二串联流体回路166。第一流体回路164在定子的一半上，第二流体回路166在定子的另一半上。例如，第一回路164在左纵向侧上，包括限定在第一盖中盖的顶部附近的入口端口168，并且包括限定在第二盖中盖的底部附近的出口端口170。第二回路166在右纵向侧上，包括限定在第一盖中盖的顶部附近的入口端口172，并且包括限定在第二盖中盖的底部附近的出口端口174。图9c示出了具有第一串联流体回路176和第二串联流体回路177的又一冷却配置175。除了所有入口端口178a、178b和所有出口端口179a、179b位于相同的盖之外，冷却配置175与配置162类似。

在一些实施例中，环形盖的所有部件可以一体地形成。在其它实施例中，只有盖的一些部件一体形成。参照图10和图11，示出了根据另一实施例的盖182。盖182与盖120类似，包括外侧壁184、内侧壁186和邻接壁188。当盖182安装在定子74的端面112上时，所述壁配合以在限定将端部绕组98接纳在其中的空腔。在该实施例中，外侧壁184、内侧壁186和邻接壁188可一体地形成。但是，与一些实施例不同，分隔壁192不与盖182的其它部分一体形成。相反，盖182的内表面190可限定凹槽194，每个凹槽194接纳分隔壁192的边缘部分196以将壁192定位到盖182。粘合剂可施加在凹槽中，以在盖和所述壁之间形成永久性结合。在其它实施例中，所述壁可通过包括卡扣、销、紧固件、夹子等的本领域普通技术人员已知的任何方式固定到盖。

在一些实施例中，分隔壁192可包括第一部件198和第二部件200。第一部件198可从外侧壁184朝向端部绕组98的外部径向向内延伸。第二部件200从内侧壁186朝向第一部件径向向外延伸。第一部件198和第二部件200可通过机械连接、粘合剂或以上二者连接在一起。例如，第一部件和第二部件可限定协作构件，其配合以将第一部件固定到第二部件。在一个实施例中，第一部件198可限定接纳第二部件200的突起(pin)202的凹腔(sleeve)204。突起和凹腔可包括卡扣特征。第一部件198和第二部件200配合以限定在其内接纳端部绕组98的切口206。例如，第一部件198限定切口206的外部，第二部件200限定切口的内部。分隔壁192具有多部件结构允许分隔壁由更刚性的材料制成，并使切口与端部绕组具有更紧密的配合。

冷却通道可被限定为通过定子铁心的轭区域之外的区域。例如，冷却通道可延伸通过定子的槽。参照图12，定子210包括在定子铁心的端面之间延伸的多个槽212(例如，如图3所示)。绕组214延伸穿过每个槽212。槽的尺寸设置成使得冷却通道216被限定在槽的边界218和绕组214之间。冷却剂通道216可位于槽212的谷220处。绕组214可缠绕在绝缘套管(未示出)中。如果包括套管，则在槽和套管之间限定冷却剂通道。在一些实施例中，冷却通道216可由延伸穿过槽的导管限定。

参照图13，另一定子226包括在定子铁心的端面之间延伸的多个槽228。绕组230延伸穿过每个槽228。槽的尺寸被设置为使得冷却剂通道232也延伸穿过其中。冷却剂通道232可通过槽228和绕组230的配合来限定，或者物理导管可延伸穿过槽以形成冷却剂通道232的边界。在不使用导管的实施例中，密封件236可放置在入口区域234中以封闭槽228。每个冷却剂通道232限定在槽228的边界、密封件236的内表面和绕组230之间。如果使用导管，则导管可放置在槽的入口和绕组230之间的入口区域234中，并且可省略密封件。

参照图14，混合动力变速器250包括限定空腔254的壳体252。电机256(其可与电机70相同或相似)被支撑在空腔254内。电机256包括安装到壳体252的定子258，使得定子不能相对于壳体252旋转。转子260设置在定子内并且固定(例如，花键固定)到轴262。轴262可连接到齿轮箱。电机包括连接到定子258以形成围绕端部绕组266的冷却室的一对环形盖264(与盖120、150相同或相似)。所述盖中的至少一个包括与限定在壳体252中的一个或更多个通道270流体连通的端口268。通道270可与变速器250的阀体流体连通，并且被构造为将油输送到冷却室以冷却电机256。盖也可与其它通道(未示出)流体连通以将油输送回到阀体，或将油输送到油底壳。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了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性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下能够进行各种变化。如前所述，各个实施例的特征可组合，以形成本发明可能没有明确描述或说明的进一步的实施例。虽然各个实施例能被描述为在一个或更多个期望特性方面提供优点或优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的总体系统属性。这些属性包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、封装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式合意的实施例不在本公开的范围之外，且可期望用于特定应用。