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，一种车用电机包括：定子，具有端面和限定通道的轭区域。端部绕组与所述端面相邻。环形盖具有限定被构造为容纳端部绕组的环形腔的内壁和外壁。所述通道通向所述环形腔，并且内壁和外壁之间的径向距离小于或等于端面的径向长度。

根据另一实施例，一种车辆电机包括：定子铁心，具有限定槽的内表面、外表面、相对的第一端面和第二端面以及限定在第一端面和第二端面之间延伸的通道的轭区域。所述通道具有由第一端面限定的第一端口和由第二端面限定的第二端口。定子的绕组被构造为延伸穿过所述槽并且具有与所述端面相邻的端部绕组。转子设置在由内表面限定的空腔内。该电机还包括第一环形盖和第二环形盖，每个环形盖具有外周壁和内周壁，所述外周壁和内周壁共同限定环形冷却腔，所述环形冷却腔被构造为容纳所述端绕组中的一个。内周壁和外周壁之间的径向距离小于或等于内表面和外表面之间的径向距离。第一端口通向第一环形盖的环形冷却腔，第二端口通向第二环形盖的环形冷却腔，以将所述环形冷却腔流体地连接。

根据本发明的一个实施例，所述通道是多个通道，每个通道延伸通过所述轭区域并且包括由第一端面限定的第一端口和由第二端面限定的第二端口。

根据本发明的一个实施例，第一环形盖限定入口端口，第二环形盖限定出口端口，并且其中所述端口、盖和通道配合以限定并联冷却回路，所述并联冷却回路被构造为将油从入口端口输送通过所述通道并离开出口端口。

根据本发明的一个实施例，所述并联冷却回路被布置为使得油沿相同方向循环通过每个通道。

根据本发明的一个实施例，第一环形盖还限定入口端口和出口端口。

根据本发明的一个实施例，第二环形盖还限定入口端口和出口端口。

根据本发明的一个实施例，定子铁心包括多个堆叠的叠片，每个叠片限定有槽，并且其中所述叠片被布置为使得所述槽对准并配合以限定所述通道。

根据又一实施例，一种车用电机包括：定子，具有内表面和外表面以及在内表面和外表面之间延伸的端面。绕组延伸穿过由所述内表面限定的槽。环形盖具有限定腔的内周壁和外周壁，所述腔被构造为容纳所述绕组的一部分。所述内周壁和所述外周壁之间的径向距离小于或等于所述端面的径向长度。

根据本发明的一个实施例，定子限定有通道，每个通道设置在所述槽和所述外表面之间并且包括由所述端面限定的端口。

根据本发明的一个实施例，定子还包括与所述端面相对且在所述内表面和外表面之间延伸的另一端面，所述电机还包括抵靠所述另一端面设置的另一环形盖，并且所述另一环形盖包括内周壁和外周壁，内周壁和外周壁限定被构造为容纳所述绕组的一部分的腔，其中，所述内周壁和所述外周壁之间的径向距离小于或等于所述另一端面的径向长度。

根据本发明的一个实施例，所述内周壁和所述外周壁中的每个的端部表面抵靠所述端面设置。

根据另一实施例，车辆的动力传动系统包括设置在变速器壳体内的电机。电机包括：定子，具有内表面和外表面以及在内表面和外表面之间延伸的端面。绕组延伸穿过由内表面限定的槽。环形盖具有限定被构造为容纳所述绕组的一部分的腔的内壁和外壁，内壁和外壁之间的径向距离小于所述端面的径向长度。

根据本发明的一个实施例，环形盖还具有入口端口，所述入口端口与至少部分地由变速器壳体限定的通道流体连通。

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截取的电机的截面侧视图。

图7是另一电机的截面侧视图。

图8是又一电机的截面侧视图。

图9是示例性串联冷却流动路径的示意图。

图10是示例性并联冷却流动路径的示意图。

图11a是用于重力供给系统的示例性盖的主视图。

图11b是用于强制供给系统的示例性盖的主视图。

图12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矩进行组合，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传动比或“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。行星齿轮系输出齿轮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，诸如补充或替代电池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。除此之外，tcm58还被配置成监测电机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共同限定定子铁心80的外表面86，内径84共同限定形成为腔88的壁的内表面87。

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。每个端面112具有在外表面86和内表面87之间测量的径向长度113。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的凹部(valley)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)的环形冷却腔。盖120可包括外周壁122、内周壁124和连接内周壁和外周壁的邻接壁126。盖的尺寸可使得当盖120安装在定子铁心80的端面112上时，外周壁122靠近定子铁心80的外表面86，并且内周壁124靠近定子铁心80的内表面87。盖的尺寸可使得内周壁和外周壁之间的径向距离121小于或等于端面112的径向长度113。这种设计使得盖的占用空间最小化。在该设计中，内周壁突出超过定子铁心80的内表面129。因此，定子和转子之间的间隙不必如同一些现有技术的设计所进行的由于盖而增加。变速器内的空间有限，并且迫切需要使电机的尺寸最小化。盖120可经由凸耳125附连到端面。当附连时，外周壁的端表面127和内周壁的端表面131抵靠端面112设置。

壁122、124、126共同限定环形冷却腔128。在冷却腔128中容纳端部绕组98a。在一些实施例中，外周壁122、内周壁124和邻接壁126一体形成。在其它实施例中，这些部件中的一个或更多个可与其余部件分离。

电机70还包括设置在引线相对侧(anti-lead-side)的端部绕组98b周围的第二环形盖150。第二盖150可与第一盖120类似。例如，第二盖150限定环形冷却腔152，在冷却腔152中容纳端部绕组98b。如下面更详细描述的，盖120、150可由塑料、复合材料、金属或硬化树脂(诸如环氧树脂)制成。

冷却腔128(由第一盖120限定)和冷却腔152(由第二盖150限定)经由流体通道110以流体连通的方式进行连接，流体通道110延伸通过定子铁心80的轭区域104。每个流体通道110包括通向腔128的第一端口156和通向腔152的第二端口158。在示出的实施例中，端口156是入口端口，端口158是出口端口。冷却腔128、152中的每个与冷却通道110中的至少一个直接流体连通。直接流体连通意味着流体在离开其中一个部件时立即进入另一个部件，反之亦然。更具说明性地，由于流体通过通道110a的端口158流出时立即流入冷却腔152，则通道110a与冷却腔152直接流体连通。

参照图7，另一电机160包括定子铁心162和从该定子铁心突出的端部绕组164。电机160还包括盖166，盖限定围绕端部绕组164设置的腔168。该腔被构造为将冷却介质(诸如，油)输送通过端部绕组164以冷却端部绕组。在该实施例中，盖166使用包覆成型工艺由环氧树脂形成。环氧树脂盖166是整体式盖，其包括具有最外表面172的外部170和具有最内表面176的内部174。最外表面172和最内表面176之间的距离小于或等于端面178的径向长度。在一种示例性工艺中，环氧树脂包覆成型的盖首先通过使端部绕组周围的蜡硬化而形成。蜡的尺寸和形状适合匹配腔的期望尺寸和形状。然后，将蜡覆盖的端部绕组浸入环氧树脂填充的容器中，并将其置于室温或升高的温度下使其固化。硬化的环氧树脂粘附到定子铁心162并形成端盖166。最后，蜡熔化以露出腔168。

参照图8，另一电机190包括定子铁心192和从该定子铁心突出的端部绕组194。电机190还包括盖196，盖196具有间隔开的内壁198和外壁200以及在它们之间延伸的第一竖直壁202和第二竖直壁204。盖196连接到定子铁心192的端面214。这些壁共同限定围绕端部绕组194的腔212。该腔被构造为将冷却介质(诸如，油)输送通过端部绕组194以冷却端部绕组。

第二竖直壁204可以是抵靠端面214设置的环形环。壁204可限定通道开口208，通道开口208与延伸穿过定子铁心192的冷却通道206对准。开口208允许流体从通道206流到腔212中。壁204还可包括与定子槽对准的绕组槽210，允许绕组延伸到腔212中。盖196可具有两件式结构，其中内壁198、外壁200和第一竖直壁202一体地形成为第一部件，且第二壁204形成为第二部件。利用这种设计，首先将第二壁204附连到端面214，然后将第一部件组装到第二部件，由此可将盖196组装到定子。示例性附接装置包括卡扣、紧固件或本领域技术人员已知的其它装置。

根据入口端口和出口端口的布置以及端口的数量，通过电机的冷却剂流动可具有多种不同的冷却路径设计。例如，冷却流动路径可以是串联或并联的。根据设计，冷却流动路径可以是重力供给或强制供给。

参照图9，在示例性电机222上示出了示例性串联流动路径220。流动路径220示出了示例性强制供给设计。电机222可包括定子铁心224、端部绕组226和限定在定子铁心中的冷却通道228。第一盖230具有第一腔232，并且设置在一个端面上。第二盖234具有第二腔236，并且设置在另一端面上。第一腔232和第二腔236经由冷却通道228以流体连通的方式进行连接。第一盖230包括与供应管道(诸如，限定在变速器中的通道)连接的入口端口238。第二盖234包括出口端口240，出口端口240连接到返回管道(诸如，限定在变速器中的通道)或者可以简单地允许油排放到变速器油底壳。在操作期间，油(或其它介电流体)首先经由入口端口238供应到第一腔232。油向下流动通过端部绕组226并流到冷却通道228中。随着油从第一盖流到第二盖，流过冷却通道228的油使定子铁心224冷却。一旦油到达第二腔236，油流过端部绕组226以冷却它们。然后，油经由出口端口240流出电机。

参照图10，在示例性电机222上示出了另一流动路径250。流动路径250示出了示例性重力供给设计。此处，盖230、234中的每一个具有入口端口和出口端口。例如，第一盖230包括入口端口252和出口端口254，第二盖234包括入口端口256和出口端口258。大部分油在入口端口和出口端口之间的冷却腔内流动。但是，一些油将流过冷却通道228以冷却定子铁心224。

盖的入口端口和出口端口的布置可根据设计约束而变化。其中一个约束为系统是重力供给还是强制供给。通常，重力供给系统需要入口端口位于出口端口上方。图11a示出了设计用于重力供给系统的盖260。盖260可限定位于盖260的顶部的入口端口272和位于盖的底部的出口端口274。将入口端口和出口端口分开180度进行布置，并且将它们定位在盖的最上部和最下部，这确保整个端部绕组将接触到油。但是，根据冷却要求，可修改入口端口272和出口端口274的位置，使得油不接触端部绕组的每个部分。

图11b示出了用于强制供给系统的盖280。在强制供给系统中，端口的位置不太关键，这是因为不需要重力来驱动冷却介质。盖280包括入口端口282和出口端口284。在示出的实施例中，每个端口位于盖的侧部区域上。角度(α)可以在5度至180度的范围内。在一个优选实施例中，α在45度至160度之间。在示出的示例中，α为95度。

参照图12，示出了示例性混合动力变速器290。变速器290包括限定腔294的壳体292。电机296(其可以与电机70相同或相似)被支撑在腔294内。电机296包括定子298，其安装到壳体292使得定子不能相对于壳体292旋转。转子300设置在定子内并且固定(例如，花键连接)到轴302。轴302可连接到齿轮箱。电机包括连接到定子298以形成围绕端部绕组306的冷却腔的一对环形盖304(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292中的一个或更多个通道310流体连通的端口308。通道310可与变速器290的阀体流体连通，并且被构造为将油输送到冷却腔以冷却电机296。所述盖也可与其它通道(未示出)流体连通以将油输送回阀体，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。