CN114430206A

CN114430206A - 电机分配环

Info

Publication number: CN114430206A
Application number: CN202111221242.XA
Authority: CN
Inventors: M.奥斯丁; J.贾格; P.科斯克; J.斯伦奇克; R.瓦诺; S.魏德
Original assignee: Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2021-10-20
Publication date: 2022-05-03
Also published as: US20220140669A1; EP3993226A1

Abstract

本发明涉及一种旋转电机的定子，该定子包括：壳体、定子芯(1)、绕组、和分配环(2)，定子芯(1)具有内纵向凹槽和外纵向凹槽(11)，外纵向凹槽(11)和壳体形成配置为引导冷却剂的轴向冷却通道；绕组位于内纵向凹槽内并在定子芯(1)的每个端部处形成突出的绕组端部，分配环(2)与定子芯(1)邻接并且包括延伸外纵向凹槽(11)的凹部(21)，凹部(21)配置为将冷却剂从外纵向凹槽(11)朝向突出的绕组端部引导，使得冷却剂在重力作用下和/或由于冷却剂的压力而流过突出的绕组端部以冷却突出的绕组端部。

Description

电机分配环

技术领域

本发明属于被配置为搭载在例如电动车辆(EV)或混合动力车辆(HV)的机动车辆上的旋转电机的领域。

本发明特别地涉及集成到旋转电机以冷却定子绕组的冷却系统领域。

背景技术

众所周知，电动或混合动力车辆包括需要冷却系统的电气系统，以确保电气系统的正常运行。尤其是，电动或混合动力车辆通常包括需要冷却的交流(AC)电机，因为热损失是当以更高功率水平作为目标时的限制因素。

通常，交流电机的定子包括具有内纵向凹槽的定子芯、和定子绕组。位于内纵向凹槽内的定子绕组在定子芯的每个端部处形成突出的绕组端部。

定子绕组，特别是突出的绕组端部，需要被高效地冷却。在这种情况下，本发明的目的是提高定子绕组的冷却效率，同时提高定子的紧凑性。

发明内容

本发明的目的是通过一种特别配置为安装在电动或混合动力车辆上的旋转电机的定子来实现的，该定子包括：壳体；定子芯，其安装在壳体中并且分别在定子芯的内周和外周上具有内纵向凹槽和外纵向凹槽，外纵向凹槽和壳体形成被配置为引导冷却剂的轴向冷却通道；绕组，其位于内纵向凹槽内并在定子芯的每个端部处形成突出的绕组端部；以及具有环形截面分配环，其相对于定子芯同轴地布置并与定子芯相邻；其中，分配环包括提供外纵向凹槽的延伸部的凹部，所述凹部被配置为将冷却剂从外纵向凹槽朝向突出的绕组端部引导，使得冷却剂在重力作用下和/或由于冷却剂的压力而流过突出的绕组端部以冷却突出的绕组端部。

安装在壳体中的定子芯分别在定子芯的内周和外周上具有内纵向凹槽和外纵向凹槽。外纵向凹槽和壳体形成被配置为引导冷却剂的轴向冷却通道。

位于内纵向凹槽内的绕组在定子芯的每个端部处形成需要被冷却的突出的绕组端部。

分配环具有环形截面并且相对于定子芯同轴且邻接。此外，分配环包括提供外纵向凹槽的延伸部的凹部。凹部被配置为将冷却剂从外纵向凹槽朝向突出的绕组端部引导。换句话说，分配环将冷却出口从外纵向凹槽轴向移动，以更好地到达突出的绕组端部。以此方式，冷却剂在重力作用下和/或由于冷却剂的压力而流过突出的绕组端部以冷却突出的绕组端部。特别是，当提供恰当的密封和适当的冷却剂压力时，可以在分配环的整个圆周上产生冷却效果。冷却剂是一种冷却液，例如油。

因此，本发明使得可以将定子芯的冷却回路还用来冷却突出的绕组端部，增加旋转电机的紧凑性。

有利地，分配环包括在相对于定子芯的相反侧上的外围面。凹部优选地包括至少一个穿过其而形成的径向出口和/或在外围面上的无障碍边缘。于是，凹部被配置为通过至少一个径向出口和/或在无障碍边缘上朝向突出的绕组端部引导冷却剂。

有利地，凹部的一部分高于外纵向凹槽的一部分。此外，与凹部的该部分相比，所述至少一个径向出口的直径可以较小。因此，凹部充当用于改进的冷却剂流动控制的缓冲器。

凹部可以包括无障碍边缘、两个侧壁、以及底壁。底壁有利地具有向下的斜坡以易于冷却剂流动。

凹部可以包括所述至少一个径向出口的径向出口、无障碍边缘和两个侧壁。有利地，两个侧壁形成V形并且V形的连接处具有向下的斜坡以缓和冷却剂流动。

凹部可以包括至少一个径向出口、两个侧壁、底壁、以及在外围面上封闭凹部的外围壁。于是，外围壁允许改进对冷却剂流动的控制。此外，所述至少一个径向出口优选地包括沿分配环的环宽度分布的多个径向出口。这允许确保在与径向出口的数量相对应的多个轴向位置处的突出的绕组端部的冷却，径向出口的数量优选地等于三。

第一凹部和第二凹部可以都与相同的外纵向凹槽对齐。第一凹部和第二凹部彼此径向分离。此外，第一和第二凹部分别包括第一和第二径向出口。第一径向出口和第二径向出口分别位于彼此间隔开的第一轴向位置和第二轴向位置。因此，冷却剂分别在第一和第二轴向位置处冷却突出的绕组端部。在本发明的第五实施例中，并置的第一和第二环形成分配环。于是，并置的第一环和第二环固定在一起并分别包括第一径向出口和第二径向出口。

分配环可以包括在外周上的顶壁，使得顶壁覆盖凹部。

有利地，分配环包括上部，仅上部包括凹部。

有利地，分配环包括位于分配环下部的出口冷却系统。出口冷却系统被配置为从分配环排出冷却剂。

有利地，分配环由非磁性和非导电材料制成，优选为塑料材料。因此，减小了分配环与突出的绕组端部之间的间隙距离要求，增加了旋转电机的紧凑性。此外，塑料材料成本更低。

有利地，绕组包括矩形线束组，布置为在矩形线束之间布置有空隙。因此，冷却剂可以在突出的绕组端部之间流动，提高了突出的绕组端部的冷却效率。

有利地，旋转电机包括转子和定子。进一步地，定子包括定子芯、突出的绕组端部、以及位于定子芯两侧的两个分配环。因此，两个分配环冷却突出的绕组端部。

本发明的一个方面是一种电驱动器，其包括配置为将直流电压转换成交流电压的逆变器和由逆变器驱动的本发明的旋转电机。

本发明的一个方面是一种车辆，其包括用于驱动所述车辆的电驱动装置。

附图说明

本发明的这些和其他目的、特征、方面和优点对于本领域技术人员来说将从以下详细描述变得显而易见，该详细描述结合附图公开了本发明的优选实施例。

通过阅读以下描述并参考作为非限制性示例给出的附图，将更好地理解本发明，其中相同的附图标记表示相似的对象，并且其中：

图1示出了根据本发明的第一实施例的定子的视图；

图2示出了根据本发明的第一实施例的定子的局部视图；

图3示出了根据本发明的第一实施例的分配环的视图；

图4示出了根据本发明的第二实施例的分配环的视图；

图5示出了根据本发明的第三实施例的分配环的视图；

图6示出了根据本发明的第四实施例的分配环的视图；

图7示出了根据本发明的第五实施例的分配环的视图；

图8示出了根据本发明的第六实施例的分配环的视图；

图9示出了根据本发明的第三实施例的旋转电机的横截面图。

具体实施方式

现在将参考附图解释本发明的选定实施例。根据本公开内容，本领域技术人员将清楚，提供本发明的实施例的以下描述仅用于说明而非用于限制由所附权利要求及其等同方案限定的本发明。

本发明涉及一种被配置为搭载在电动或混合动力车辆上的旋转电机的定子，但这并不限制本发明的范围。定子是指旋转电机的固定部分。

以下提供本发明的一般描述。

如图1所示，根据本发明的定子包括壳体、定子芯1、绕组和分配环2。安装在壳体中的定子芯1分别在定子芯1的内圆周和外圆周上具有内纵向凹槽和外纵向凹槽11。外纵向凹槽11和壳体形成被配置为引导冷却剂的轴向冷却通道。位于内纵向凹槽内的绕组在定子芯1的每个端部处形成突出的绕组端部3。应当注意的是，定子芯1和突出的绕组端部3需要被冷却。

具有环形截面的分配环2与定子芯1同轴且邻接。参考图2，分配环2包括凹部21，该凹部的存在允许延伸外纵向凹槽11。凹部21于是被配置为将冷却剂从外纵向凹槽11朝向突出的绕组端部3引导。换句话说，分配环2使冷却出口从外纵向凹槽11轴向移动，以更好地到达突出的绕组端部3。以该方式，冷却剂在重力作用下流过突出的绕组端部3以冷却突出的绕组端部3。附加地或替代地，特别是当提供适当的密封和合适的冷却剂压力时，可以在分配环的整个圆周上产生冷却效果。图1至图8表示冷却剂(通常是油)的示意性流动路径。

下面对分配环2进行详细说明。

有利地，参考图2至图8，分配环2包括在相对于定子芯1相反侧的外围面22。凹部21以有利的方式包括至少一个穿过其形成的径向出口212和/或在外围面22上的无障碍边缘213。于是，凹部21被配置为通过所述至少一个径向出口212和/或在无障碍边缘213上朝向突出的绕组端部3引导冷却剂。有利地，凹部21的一部分高于外纵向凹槽11的一部分。此外，与凹部21的该部分相比，所述至少一个径向出口212的直径可以较小。因此，凹部21充当用于改进的冷却剂流动控制的缓冲器。

如图2和3所示，根据本发明的第一实施例，凹部21包括无障碍边缘213、两个侧壁、以及底壁。底壁有利地具有向下的斜坡以易于冷却剂流动。在本发明的第一实施例中，冷却剂从外纵向凹槽11向凹部21内流动，并越过无障碍边缘213从凹部21向外落下。

如图4所示，根据本发明的第二实施例，凹部21包括所述至少一个径向出口212的径向出口、无障碍边缘213、以及两个侧壁。有利地，两个侧壁形成V形并且V形的连接处具有向下的斜坡以易于冷却剂流动。在本发明的第二实施例中，冷却剂从外纵向凹槽11向凹部21内流动，且通过径向出口并越过无障碍边缘213从凹部21向外落下。

如图5和6所示，根据本发明的第三和第四实施例，凹部21包括所述至少一个径向出口212、两个侧壁、底壁、以及在外围面22上封闭凹部21的外围壁211。有利地，外围壁211允许改进对冷却剂流的控制。

在本发明的第三和第四实施例中，所述至少一个径向出口212包括沿分配环2的环宽度分布的多个径向出口。这允许确保突出的绕组端部3在与径向出口的数量相对应的多个轴向位置处的冷却，径向出口的数量优选地等于三个。有利地，所述至少一个径向出口212中的每一个包括孔。在本发明所述的第三和第四实施例中，冷却剂从外纵向凹槽11向凹部21内流动，并通过所述多个径向出口从凹部21向外落下。

此外，可以调整分配环2的壁厚。壁厚由期望的机械强度与期望的重量和分配环2的占用空间之间的折衷得到。作为示例，参照图5的根据本发明的第三实施例的分配环2的壁厚低于参照图6的根据本发明的第四实施例的分配环2的壁厚。

如图7所示，根据本发明的第五实施例，第一和第二凹部都与相同的外纵向凹槽对齐。第一凹部和第二凹部彼此径向分离。在本发明的第五实施例中，第一凹部和第二凹部分别包括第一径向出口和第二径向出口。第一径向出口和第二径向出口分别位于彼此间隔开的第一轴向位置和第二轴向位置。因此，冷却剂分别在第一和第二轴向位置处冷却突出的绕组端部3。在本发明的第五实施例中，并置的第一环2a和第二环2b形成分配环2。并置的第一环2a和第二环2b固定在一起并分别包括第一径向出口和第二径向出口。

在本发明所描述的第五实施例中，冷却剂从外纵向凹槽11向第一和第二凹部内流动，并分别通过第一和第二径向出口从第一和第二凹部向外落下。第一和第二径向出口可以具有平行六面体形状。

如图8所示，根据本发明的第六实施例，分配环2包括在外圆周上的顶壁23，使得顶壁23覆盖凹部21。此外，根据第六实施例的分配环2有利地包括外围壁211和至少一个径向出口212。

此外，分配环2可以包括上部和下部。以有利的方式，仅上部包括凹部21。此外，下部有利地包括出口冷却系统，该出口冷却系统被配置为从分配环2排出冷却剂。

以有利的方式，分配环2由非磁性和非导电材料制成，优选为塑料材料。非磁性和非导电材料的使用允许减小分配环2和突出的绕组端部3之间的间隙距离要求。为了避免电磁干扰现象对突出的绕组端部3的扰动，需要遵守间隙距离要求。此外，减小的间隙距离使得可以减小壳体的尺寸并因此减小相关成本，并且增加旋转电机的紧凑性。

分配环2优选地使用注射成型方法制造。

下面描述定子和旋转电机。

绕组优选地包括一组矩形线束，在它们之间布置有空隙。因此，冷却剂可以在突出绕组端部3之间流动。于是，与以独特圆形线束布置的绕组相比，冷却剂与突出的绕组端部3的更大表面接触。因此，由该组矩形线束形成的这种绕组提高了突出的绕组端部3的冷却效率。

如图9所示，旋转电机包括转子和定子。如前所述，定子包括定子芯1、突出的绕组端部3、以及定位在定子芯1两侧的两个分配环。因此，两个分配环冷却突出的绕组端部3。两个分配环中的任一个的实施例可以不同于两个分配环中的另一个的实施例。

尽管已经参考其多个说明性实施例描述了实施例，但是应当理解，本领域技术人员可以设计出落入本公开的原理的精神和范围内的许多其他修改和实施例。

现在将详细说明本发明的技术优点。

简而言之，本发明涉及被构造为集成在旋转电机中的定子。本发明使得可以将定子芯的冷却回路还用来冷却突出的绕组端部。因此，本发明允许至少部分地增加旋转电机的容量。此外，本发明防止在突出的绕组端部中出现热点导致突出的绕组端部可能的过早热失效。

有利地，本发明有助于旋转电机的成本效率。分配环独立于旋转电机的壳体，分配环可由比壳体便宜的材料制成，例如塑料材料。

此外，以有利的方式，将非磁性和/或非导电材料用于分配环减小了分配环和突出的绕组端部之间的间隙距离。因此，与使用磁性和/或导电材料的冷却解决方案相比，本发明允许节省空间并且需要更小的壳体。因此，本发明有助于成本效率、减轻重量、并增加旋转电机的紧凑性。

以有利的方式，本发明提供了在旋转电机的制造方法的后期阶段安装分配环的可能性。因此，本发明在旋转电机的制造方法中提供了灵活性。

Claims

1.一种旋转电机的定子，特别配置为安装在电动或混合动力车辆上，所述定子包括：

壳体；

定子芯(1)，所述定子芯安装在所述壳体中且在所述定子芯(1)内周和外周上分别具有内纵向凹槽和外纵向凹槽(11)，所述外纵向凹槽(11)和所述壳体形成被配置为引导冷却剂的轴向冷却通道；

绕组，位于所述内纵向凹槽内，且在所述定子芯(1)的每个端部处形成突出的绕组端部(3)；

具有环形截面的分配环(2)，其相对于所述定子芯(1)同轴设置并与定子芯(1)相邻；

其中，所述分配环(2)包括提供所述外纵向凹槽(11)的延伸部的凹部(21)，所述凹部(21)配置为将冷却剂从所述外纵向凹槽(11)朝向所述突出的绕组端部(3)引导，使得所述冷却剂在重力作用下和/或由于所述冷却剂的压力而流过所述突出的绕组端部(3)以冷却所述突出的绕组端部(3)。

2.根据权利要求1所述的定子，所述分配环(2)包括在相对于所述定子芯(1)的相反侧上的外围面(22)，其中，所述凹部(21)包括穿过其而形成的至少一个径向出口(212)和/或在所述外围面(22)上的无障碍边缘(213)，所述凹部(21)被配置为通过所述至少一个径向出口(212)和/或在所述无障碍边缘(213)上朝向所述突出的绕组端部(3)引导所述冷却剂。

3.根据权利要求2所述的定子，所述分配环(2)包括环宽度，其中，所述至少一个径向出口(212)包括沿所述环宽度分布的多个径向出口，以确保在对应于所述多个径向出口的多个轴向位置处对所述突出的绕组端部(3)进行冷却。

4.根据权利要求3所述的定子，其中，径向出口的数量等于三。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的定子，其中，所述凹部(21)包括在所述外围面(22)上封闭所述凹部(21)的外围壁(211)。

6.根据权利要求1或2所述的定子，其中，彼此径向分离的第一凹部和第二凹部均与相同的外纵向凹槽对齐，所述第一凹部和第二凹部分别包括分别定位在彼此间隔开的第一轴向位置和第二轴向位置处的第一径向出口和第二径向出口，以分别在第一轴向位置和第二轴向位置处冷却所述突出的绕组端部(3)。

7.根据权利要求6所述的定子，其中，并置的第一环(2a)和第二环(2b)形成所述分配环(2)，所述并置的第一环(2a)和第二环(2b)分别包括第一径向出口和第二径向出口。

8.根据前述权利要求中任一项所述的定子，其中，所述分配环(2)包括在外周上的顶壁(23)，所述顶壁(23)覆盖所述凹部(21)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的定子，其中，所述分配环(2)包括上部，仅所述上部包括所述凹部(21)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的定子，其中，所述分配环(2)包括位于所述分配环(2)的下部的出口冷却系统，所述出口冷却系统被配置为从所述分配环(2)排出冷却剂。

11.根据前述权利要求中任一项所述的定子，其中，所述绕组包括一组矩形线束，所述矩形线束布置为在它们之间具有空气，使得允许冷却剂在所述突出的绕组端部(3)之间流动。

12.一种旋转电机，包括转子和根据前述权利要求中任一项所述的定子，其中，所述定子包括定子芯(1)、突出的绕组端部(3)、和定位在定子芯(1)的两侧的两个分配环，使得所述两个分配环冷却所述突出的绕组端部(3)。