用于电机总成的转子结构的制作方法

本公开涉及用于电气化车辆的电机总成的转子。

背景技术：

用于电气化车辆(诸如，电池电动车辆(bev)和插电混合动力车辆(phev))的扩大驾驶范围技术正在不断改进。然而，与先前的bev和phev相比，实现这些范围的增加经常需要牵引电池和电机具有更高的功率输出并且相关联的热管理系统具有更大的容量。改善电机转子的重量和刚度特性可增加功率输出和改善车辆性能。

技术实现要素：

一种车辆包括牵引电池和电机。所述电机与牵引电池进行操作通信并且所述电机包括限定空腔的定子心和设置在空腔内的转子，所述转子具有由三角形孔的集合限定的内部区域，所述三角形孔被镶嵌在各自的中心区域周围以形成桁架结构，使得在旋转操作期间桁架结构的孔不影响由所述转子的磁体产生的磁通路径。所述转子可具有小于或等于16100焦耳的应变能值。所述桁架结构可包括成对的对称部分，每个对称部分包括与相邻的转子部分一起被设置为限定三角形孔的构件。所述构件可包括第一构件、第二构件、第三构件、第四构件和侧方构件，第一构件由成对的对称部分中的每个对称部分共用。每个第一构件可与一个第二构件和转子的相邻部分一起被设置为限定第一三角形孔和第二三角形孔。每个第二构件与一个第三构件和一个侧方构件的一部分一起被设置为限定第三三角形孔和第四三角形孔。每个第三构件可与一个第四构件和一个侧方构件的另一部分一起被设置为限定第五三角形孔和第六三角形孔。第四构件和对称部分的基础部分可相对于彼此而被设置为限定第七三角形孔。第一构件可以延伸到成对的对称部分中的一个的基础部分以将第七三角形孔平分成两个单独的开口。三角形孔可以相对于彼此而被设置以使得转子的应变能等于或小于16100焦耳。

一种电机总成包括定子心和转子。定子心限定空腔。转子被设置在空腔内并且包括围绕转子中央通孔沿径向布置多个扇形部分。所述多个扇形部分中的每个包括桁架结构和用于容纳磁体的不多于两个的磁体开口，所述不多于两个的磁体开口被布置为v形，所述桁架结构包括由构件限定的多个三角形孔，所述构件均具有位于三角形孔的中央区域的端部以形成从中央区域散发的星芒图案。所述桁架结构可包括第一对称部分和第二对称部分。每个对称部分可共用第一构件，并且每个对称部分可包括第二构件和第三构件。第一构件可与对应的第二构件和转子的相邻部分一起被设置为限定第一三角形孔和第二三角形孔。每个第二构件可与一个第三构件和转子的另一相邻部分一起被设置为限定第三三角形孔和第四三角形孔。每个第三构件可与第一对称部分和第二对称部分中的一个的基础构件一起被设置为限定所述第三构件与所述基础构件之间的第五三角形孔。第一构件可延伸到第一对称部分和第二对称部分中的每个的基础构件以平分第五三角形孔。第一构件可限定在安装于两个磁体开口内的一对磁体之间延伸的中轴。

一种电机总成包括定子心和转子。定子心限定空腔。转子被设置在空腔内并且包括内部区域和外部区域，所述内部区域具有桁架结构，所述外部区域用于安装磁体并且从所述内部区域沿径向布置。所述桁架结构被限定尺寸，使得转子具有约为16000焦耳的应变能值和约为6.35千克的重量。所述桁架结构可限定径向长度约为54毫米。所述桁架结构可包括第一对称部分和第二对称部分。每个对称部分可共用第一构件，并且每个对称部分可包括第二构件、第三构件和第四构件。第一构件可与对应的第二构件和转子的相邻部分一起被设置为限定第一三角形开口和第二三角形开口，每个第二构件可与一个第三构件和转子的另一相邻部分一起被设置为限定第三三角形开口和第四三角形开口。每个第三构件可与一个第四构件和转子的又一相邻部分一起被设置为限定第五三角形开口和第六三角形开口。第四构件可与对称部分的基础部分一起被设置为限定第七三角形开口。每个构件可限定宽度为3毫米至7毫米，所述转子可限定直径为110毫米至230毫米。第一构件可延伸到各自的对称部分的基础部分延伸以平分第七三角形开口。所述桁架结构可包括第一对称部分和第二对称部分。每个对称部分可共用第一构件并且每个对称部分可包括第二构件和第三构件。第一构件可与对应的第二构件和转子的相邻部分一起被设置为限定第一三角形开口和第二三角形开口。第二构件和第三构件中的每个可与转子的另一相邻部分一起被设置为限定第三三角形开口和第四三角形开口。每个第三构件和各自的对称部分的基础部分可一起被设置为限定第三构件与所述基础部分之间的第五三角形开口。

附图说明

图1是示出电气化车辆的示例的示意图。

图2是电机的一部分的示例的立体分解视图。

图3是示出不同转子区域的转子示例的剖面前视图。

图4是用于电机的转子的示例的剖面前视图。

图5是图4中的转子的一部分的剖面前视图。

图6是用于电机的转子的一部分的示例的剖面前视图。

图7是用于电机的转子的一部分的示例的剖面前视图。

图8是用于电机的转子的一部分的示例的剖面前视图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，并且其它实施例可采用各种替代形式。附图无需按比例绘制；可夸大或缩小一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种方式利用本公开的代表性基础。本领域普通技术人员将理解的是，参照任一附图示出并描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征相结合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可用于特定应用或实施方式。

图1描绘了电气化车辆的示例的示意图。在此示例中，电气化车辆是被称为车辆12的phev。车辆12可包括机械连接至混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。每个电机14都能够作为马达或发电机运行。此外，混合动力传动装置16机械连接至发动机18。混合动力传动装置16还机械连接至驱动轴20，所述驱动轴20机械连接至车轮22。电机14可在发动机18启动或者关闭时提供推进和减速能力。电机14还能够作为发电机运行并且可通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济性效益。由于车辆12在特定状况下可运行在电动模式下，因此电机14还可提供降低的污染物排放。

牵引电池24储存可被电机14使用的能量。牵引电池24通常可提供来自牵引电池24内的一个或更多个电池单元阵列(也被称为电池单元堆)的高电压直流(dc)输出。电池单元阵列可包括一个或更多个电池单元。牵引电池24通过一个或更多个接触器(未示出)电连接到一个或更多个电力电子模块26。所述一个或更多个接触器在断开时将牵引电池24与其它组件隔离并且在闭合时将牵引电池24连接至其它组件。电力电子模块26还电连接至电机14并且提供在牵引电池24与电机14之间双向传输电能的能力。例如，典型的牵引电池24可提供dc电压，而电机14可需要三相交流(ac)电压来运行。电力电子模块26可将dc电压转换为如电机14所需的三相ac电压。在再生模式下，电力电子模块26可将来自用作发电机的电机14的三相ac电压转换为牵引电池24所需的dc电压。这里描述的某些部分同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可能是连接到电机14的齿轮箱，并且可能不存在发动机18。

除了提供用于推进的能量之外，牵引电池24还可提供用于其它车辆电力系统的能量。典型的系统可包括dc/dc转换器模块28，dc/dc转换器模块28将牵引电池24的高电压dc输出转换为与其它车辆负载兼容的低电压dc供应。其它高电压负载(例如压缩机和电热器)可直接连接到高电压而不需要利用dc/dc转换器模块28。在典型的车辆中，低电压系统电连接到辅助电池30(例如，12伏电池)。

电池电力控制模块(becm)33可与牵引电池24通信。becm33可用作牵引电池24的控制器，并且还可包括管理牵引电池24中每个电池单元的温度和荷电状态的电子监测系统。牵引电池24可具有诸如热敏电阻或其它温度计的温度传感器31。温度传感器31可与becm33通信以提供关于牵引电池24的温度数据。

车辆12可通过诸如电力插座的外部电源36再充电。外部电源36可电连接至电动车辆供电设备(evse)38。evse38可提供电路和控制，以调节和管理在电源36和车辆12之间的电能传输。外部电源36可向evse38提供dc或ac电力。evse38可具有用于插入车辆12的充电端口34中的充电连接器40。充电端口34可以是被配置为将电力从evse38传输至车辆12的任何类型的端口。充电端口34可电连接至充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可调节从evse38供应的电力，以向牵引电池24提供适当的电压和电流水平。电力转换模块32可与evse38进行接合，以协调对车辆12的电力传输。充电连接器40可具有与充电端口34的相应凹槽匹配的管脚。

前述各种组件可具有一个或更多个关联的控制器以控制和监测组件的操作。所述控制器可通过串行总线(例如，控制器局域网(can))或通过离散的导体通信。

牵引电池24的电池单元(诸如方形电池单元或袋型电池单元)可包括将储存的化学能转换为电能的电化学元件。方形电池单元或袋型电池单元可包括外壳、正电极(阴极)和负电极(阳极)。电解质可允许离子在放电操作期间在阳极和阴极之间移动，然后在充电操作期间返回。端子可允许电流从电池单元中流出，以供车辆使用。当位于多个电池单元构成的阵列中时，每个电池单元的端子可与彼此相邻的反向端子(正极和负极)对齐，同时，母线可辅助促进多个电池单元之间的串联连接。还可以以并联方式设置电池单元，使得相似的端子(正极和正极或负极和负极)彼此相邻。

图2示出了用于电气化车辆的电机(在此一般称为电机100)的部分的示例的部分分解视图。电机可包括定子心102和转子106。如前所述，电气化车辆可包括多于一个电机。所述电机中的一个可主要作为马达运行，其余电机可主要作为发电机运行。马达可运行以将电能转换为机械能，发电机可运行以将机械能转换为电能。定子心102可限定内表面108和空腔110。转子106可被限定尺寸以便在空腔110内放置和运行。轴112可被可操作地连接到转子106并可与其它车辆组件结合以通过所述其它车辆组件传递机械能。

绕组120可被设置在定子心102的空腔110内。在电机作为马达的示例中，可向绕组120供应电流以获得转子106上的旋转力。在电机作为发电机的示例中，通过转子106的旋转在绕组120中产生的电流可用于向车辆组件供电。绕组120的一部分(诸如，绕组端部126)可从空腔110伸出。在电机100运行期间，可沿着绕组120和绕组端部126产生热量。转子106可包括磁体，使得转子106的旋转与流过绕组端部126的电流相互作用产生一个或更多个磁场。例如，电流流过绕组端部126产生旋转磁场。转子106的磁体将磁化并伴随着所述旋转磁场旋转，以使轴112旋转产生机械能。

图3示出了车辆电机的被称为转子130的转子的示例。转子130包括中央通孔134和外表面136，所述通孔134被限定尺寸以容纳如前所述的轴112的轴(未示出)。转子130还包括内部区域138、中间区域139和外部区域140。

内部区域138与中央通孔134相邻并围绕中央通孔134沿径向延伸。内部区域138限定径向长度142。内部区域138的内边界与中央通孔134隔开。外部区域140与外表面136相邻，并围绕中央通孔134、内部区域138和中间区域139沿径向延伸。外部区域140限定径向长度144。中间区域139限定径向长度146。区域内的开口或切口可提供用于安装组件的位置，并提供减轻重量的益处。这些开口或切口的大小和位置也可影响转子130的刚度。

典型的转子设计不包括位于内部区域的桁架结构，并且对于质量为6.35kg的转子可具有在16900焦耳和19000焦耳之间的应变能值。应变能是由经受变形的系统储存的能量，并且是结构的柔顺度的指标。较高的应变能通常反映较高的结构柔顺度。柔顺度可被定义为结构刚度的倒数。较低的柔顺度通常反映较高的刚度。包括桁架结构的转子结构可能比典型的设计更坚硬。较高的刚度有助于减少转子运行时的转子应力，并有助于提高转子运行时的转子耐久性。较高的刚度还可有助于使转子减重。

图4和图5示出了用于车辆电机的被称为转子150的转子的另一个示例。转子150包括中央通孔154和外表面156。转子150的内部区域包括桁架结构160。多个桁架结构160可以围绕中央通孔154沿径向布置并且位于内部区域内。在图4中，示出转子150有八个桁架结构160。相比转子150没有桁架结构160的实施例，桁架结构160可将转子150的重量减少20％。与转子150没有桁架结构160的实施例相比，桁架结构160可提供这种减重，同时还将整体结构刚度提高20％。在一个示例中，质量为6.35kg的转子150的桁架结构160可有助于产生转子150的16100焦耳的应变能。与具有16000焦耳到19000焦耳的应变能值的典型转子相比，16100焦耳的应变能值表示4％到15％的刚度增加。

每个桁架结构160可包括第一中央构件164和第二中央构件166。第一中央构件164和第二中央构件166中的每个可从中央通孔154向外沿中轴167延伸。每个桁架结构160可以被布置在转子150上，使得电流可沿中轴167流动，以在转子150运行时辅助控制转矩。每个桁架结构160还包括一对第三构件168，一对第四构件170、一对第五构件172、一对侧方构件178、下方构件182和上方构件180。所述一对侧方构件178中的每个限定轴183。每个轴183表示磁通从转子150到定子(未示出)的运动路径。

构件可相对于彼此而被布置以限定转子150的大致呈三角形的开口。例如，每个桁架结构160可以限定八个三角形开口。构件可以相对于彼此而被布置为使得每个构件的端部在三角形开口之间的桁架结构160的中央区域汇合，以形成从中央区域散发的星芒图案。例如，三角形开口可以是镶嵌在各自的中心区域周围的，以形成各自的桁架结构160。与转子150的实心实施例相比，这些开口被布置在转子150上以减少转子150的重量。每个桁架结构160可以基于转子150的尺寸、三角形开口的尺寸和桁架结构构件的尺寸来限定径向长度。在一个示例中，桁架结构160可以限定径向长度大约为四分之一的转子150的半径，诸如，径向长度在五十毫米和六十毫米之间。

每个桁架结构160可包括第一对称区域和第二对称区域。每个对称区域可包括部分的第一中央构件164和部分的第二中央构件166、一对第三构件168中的一个、一对第四构件170中的一个、一对第五构件172中的一个、一对侧方构件178中的一个、部分的上方构件180和部分的下方构件182。

每个第三构件168、部分的上方构件180和部分的第一中央构件164可限定第一三角形开口。每个第三构件168、第四构件170中的一个和侧方构件178中的一个的一部分可限定第二三角形开口。每个第四构件170、第五构件172中的一个和侧方构件178中的一个的一部分可限定第三三角形开口。每个第五构件172、部分的第二中央构件166和部分的下方构件182可限定第四三角形开口。

在转子150限定直径在一百一十毫米和二百三十毫米之间的实施例中，每个第三构件168和第五构件172可限定在三毫米和七毫米之间的宽度。每个侧方构件178可限定宽度在1.5毫米和3.5毫米之间。每个第一中央构件164、每个第二中央构件166、所述一对第三构件168、所述一对第四构件170、所述一对第五构件172和所述一对侧方构件178可限定长度在五毫米和二十毫米之间。

转子150的外部区域可包括一对切口186，每个切口186被限定尺寸以容纳磁体。一对切口186中的每个可以相对于彼此而被布置为限定v形。v形的顶点可指向中央通孔154。一对切口186中的每个与外表面156相邻。一对切口186中的一个的边缘可被布置为与桁架结构160的一个构件的边缘平行。在转子150运行期间，位于一对切口186中的每个切口内的磁体产生磁通。开口可被设置在转子150上，以使转子150的电磁特性不受影响。例如，转子150的内部区域和外部区域可以相对于彼此而被设置为使得中间区域限定径向长度大致为二十六毫米。这种径向长度在桁架结构160和可位于切口186内的磁体之间提供间距，以使在转子150旋转时磁体的电磁特性不受影响。

转子150可包括位于中央通孔154周围的多个扇形部分。例如，每个扇形部分都可以由轴183、中央通孔154的部分边缘和部分的外表面156来限定。每个扇形部分可由一个中轴167平分，并且包括不超过两个的相对于彼此而布置成v形的切口186，所述切口186用于容纳两个磁体。每个扇形部分可包括一个桁架结构160。

图6示出了部分的转子198，所述部分的转子198具有被称为桁架结构200的内部区域的桁架结构示例。转子198包括中央通孔204和外表面206。多个桁架结构200可围绕中央通孔204沿径向布置，并且位于内部区域内。图6仅示出一个桁架结构200，然而，应理解的是，转子198的完整视图应包括多个桁架结构200。相比于具有实心结构的转子(诸如转子130)，转子198的桁架结构200可以减轻转子198的重量。相比于转子198没有桁架结构200的实施例，桁架结构200可提供这种减重，同时还将整体结构刚度增加20％。

每个桁架结构200可包括中央构件210。每个中央构件210可从中央通孔204向外沿中轴212延伸。每个桁架结构200可被设置在转子198上，使得电流可沿中轴212流动，以在转子198运行时辅助控制转矩。每个桁架结构200还包括一对第二构件218、一对第三构件220、一对侧方构件222、下方构件224和上方构件226。一对侧方构件222中的每个限定轴230。每个轴230表示磁通从转子198到定子(未示出)的运动路径。

构件可相对于彼此而被设置为限定转子198的大致三角形的开口。例如，每个桁架结构200可以限定五个三角形开口。与转子198的实心实施例相比，这些开口被设置在转子198上以减少转子198的重量。每个桁架结构200可以基于转子198的尺寸、三角形开口的尺寸和桁架结构构件的尺寸来限定径向长度。在一个示例中，桁架结构200可以限定径向长度大约为四分之一的转子198的半径。

每个桁架结构200可包括第一对称区域和第二对称区域。每个对称区域可包括部分的中央构件210、一对第二构件218中的一个、一对第三构件220中的一个、一对侧方构件222中的一个、部分的下方构件224和部分的上方构件226。

每个第二构件218、部分的上方构件226和部分的中央构件210可限定第一三角形开口。每个第二构件218、第三构件220中的一个和侧方构件222中的一个可限定第二三角形开口。第三构件220和下方构件224可限定第三三角形开口。

转子198的外部区域可包括一对切口234，每个切口234被限定尺寸以容纳磁体。一对切口234中的每个可以相对于彼此而被布置为限定v形。v形的顶点可指向中央通孔204。一对切口234中的每个与外表面206相邻。一对切口234中的一个的边缘可被布置为与桁架结构200的一个构件的边缘平行。开口可被设置在转子198上使得转子198的电磁特性不受影响。例如，桁架结构200和可位于切口234内的磁体之间的间距可以是这样的间距：使得在转子198旋转时磁体的电磁特性不受影响。

图7示出了部分的转子248，所述部分的转子248具有被称为桁架结构250的内部区域的桁架结构的另一示例。转子248包括中央通孔254和外表面256。多个桁架结构250可围绕中央通孔254沿径向布置，并且位于内部区域内。图7仅示出一个桁架结构250，然而，应理解的是，转子248的完整视图应包括多个桁架结构250。相比于转子248没有桁架结构250的实施例，桁架结构250可提供减重，同时还将整体结构刚度增加20％。

每个桁架结构250可包括中央构件260。每个中央构件260可从中央通孔254向外沿中轴262延伸。每个桁架结构250可被设置在转子248上，使得电流可沿中轴262流动，以在转子248运行时辅助控制转矩。每个桁架结构250还包括一对第二构件268、一对第三构件270、一对侧方构件272、下方构件274和上方构件276。一对侧方构件272中的每个限定轴280。每个轴280表示磁通从转子248到定子(未示出)的运动路径。

构件可相对于彼此而被设置为限定转子248的大致三角形的开口。例如，每个桁架结构250可以限定六个三角形开口。与转子248的实心实施例相比，这些开口被设置在转子248上以减少转子248的重量。此外，开口被限定尺寸以提供减轻重量的益处，同时还增加转子248的刚度。每个桁架结构250可以基于转子248的尺寸、三角形开口的尺寸和桁架结构构件的尺寸来限定径向长度。

每个桁架结构250可包括第一对称区域和第二对称区域。每个对称区域可包括部分的中央构件260、一对第二构件268中的一个、一对第三构件270中的一个和一对侧方构件272中的一个。

每个第二构件268、部分的上方构件276和部分的中央构件260限定第一三角形开口。每个第二构件268、第三构件270中的一个和侧方构件272中的一个的一部分可限定第二三角形开口。每个第三构件270、侧方构件272中的一个的一部分和部分的下方构件274可限定第三三角形开口。

转子248的外部区域可包括一对切口284，每个切口284被限定尺寸以容纳磁体。一对切口284中的每个可相对于彼此而被布置为限定v形。v形的顶点可指向中央通孔254。一对切口284中的每个与外表面256相邻。一对切口284中的一个的边缘可被布置为与桁架结构250的一个构件的边缘平行。

图8示出了部分的转子298，所述部分的转子298具有被称为桁架结构300的内部区域的桁架结构的另一示例。转子298包括中央通孔304和外表面306。多个桁架结构300可以围绕中央通孔304沿径向布置，并且位于内部区域内。图8仅示出一个桁架结构300，然而，应理解的是，转子298的完整视图应包括多个桁架结构300。相比于具有实心结构的转子(诸如转子130)，转子298的桁架结构300可减轻转子298的重量。桁架结构300可提供这种减重，同时还提供满意的刚度因数。

每个桁架结构300可包括中央构件310。每个中央构件310可从中央通孔304向外沿中轴312延伸。每个桁架结构300可以被设置在转子298上，使得电流可沿中轴312流动，以在转子298运行时辅助控制转矩。每个桁架结构300还包括一对第二构件318、一对第三构件320、一对第四构件322、一对侧方构件324、下方构件326和上方构件328。一对侧方构件324中的每个限定轴330。每个轴330表示磁通从转子298到定子(未示出)的运动路径。

构件可相对于彼此而被设置为限定转子298的大致三角形的开口。例如，每个桁架结构300可限定八个三角形开口。与转子298的实心实施例相比，这些开口被设置在转子298上以减少转子298的重量。每个桁架结构300可以基于转子298的尺寸、三角形开口的尺寸和桁架结构构件的尺寸来限定径向长度。

每个桁架结构300可包括第一对称区域和第二对称区域。每个对称区域可包括部分的中央构件310、一对第二构件318中的一个、一对第三构件320中的一个、一对第四构件322中的一个、一对侧方构件324中的一个、部分的下方构件326和部分的上方构件328。

部分的中央构件310、一对第二构件318中的一个和部分的上方构件328可限定第一三角形开口。第二构件318中的一个、第三构件320中的一个和侧方构件324中的一个的一部分可限定第二三角形开口。第三构件320中的一个、第四构件322中的一个和侧方构件324中的一个的一部分可限定第三三角形开口。第四构件322和下方构件326可限定第四三角形开口。

转子298的外部区域可包括一对切口334，每个切口334被限定尺寸以容纳磁体。一对切口334中的每个可相对于彼此而被布置为限定v形。v形的顶点可指向中央通孔304。一对切口334中的每个与外表面306相邻。一对切口334中的一个的边缘可被布置为与桁架结构300的一个构件的边缘平行。

开口可被设置在转子298上使得转子298的电磁特性不受影响。例如，内部区域和外部区域可以相对于彼此而设置，使得在桁架结构300和位于切口334内的磁体之间的间距有助于确保在转子298旋转时磁体的电磁特性不受影响。

说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。如前所述，可组合各个实施例的特征以形成本发明的可能未明确描述或说明的进一步的实施例。虽然关于一个或更多个期望特性，多个实施例可能已被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，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整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等。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的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。