电机平衡板和电机的制作方法

1.本发明涉及电机(电动机和/或发电机)领域，尤其是用于纯电动车辆或混合动力车辆的电机，且特别地涉及内转子电机及其平衡板。


背景技术：

2.参照图1，对于例如内转子电机10，其转子11的轴向a上的端部通常设有平衡板20。平衡板20能跟随转子11转动，起到了调整转子11的转动惯量的作用。
3.然而，在电机10高速转动的过程中、尤其是在连续地以高速和大扭矩运转时，转子11将产生大量的热，这会导致电机运行状态变差、甚至发生故障。因此，有必要采取有效措施对电机10进行降温。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种电机平衡板和包括该平衡板的电机。
5.根据本发明的第一方面，提供一种电机平衡板，其用于设置在电机的转子的轴向上的端部，所述平衡板呈圆盘形，其中，
6.所述平衡板的用于朝向所述转子的端面部分地向所述转子凸出而形成多个叶片，所述多个叶片沿所述平衡板的周向排列，所述叶片从所述平衡板的径向内侧向径向外侧延伸而形成离心式叶片，从而当所述平衡板转动时，所述叶片能搅动空气以形成从所述径向内侧流向所述径向外侧的气流。
7.在至少一个实施方式中，所述叶片为出口角小于90
°
的后向式叶片，或所述叶片为出口角等于90
°
的径向式叶片。
8.在至少一个实施方式中，在垂直于所述轴向的截面上，所述叶片呈曲线形而形成为曲叶片。
9.在至少一个实施方式中，所述平衡板的用于朝向所述转子的端面部分地向背离所述转子的方向凹进而形成空腔。
10.在至少一个实施方式中，在所述平衡板的径向上的至少部分区域，越往所述径向内侧去，所述端面的凹进程度越大。
11.在至少一个实施方式中，所述叶片包括第一叶片，所述端面在内周部分不被所述第一叶片覆盖。
12.在至少一个实施方式中，所述叶片还包括第二叶片，所述第二叶片在内周侧超出所述第一叶片、在外周侧与所述第一叶片对齐。
13.在至少一个实施方式中，在所述平衡板的周向上，所述第二叶片与所述第一叶片交替地设置。
14.根据本发明的第二方面，提供一种电机，其包括转子和定子，所述转子位于所述定子的内周侧，所述电机还包括根据本发明的电机平衡板，所述平衡板设置于所述转子的所
述轴向上的至少一个端部。
15.根据本发明的第三方面，提供一种电机，其包括转子和定子，所述转子位于所述定子的内周侧，
16.所述电机还包括根据本发明的电机平衡板，
17.所述转子具有若干在所述轴向上贯通的通孔，所述通孔至少部分地不被所述第一叶片阻挡。
18.根据本发明的电机平衡板结构简单且能帮助电机散热。
19.根据本发明的电机散热性能好。
附图说明
20.图1是一种可能的包括平衡板的电机的剖开的示意图。
21.图2是根据本发明的一个实施方式的电机的剖开的示意图。
22.图3和图4是根据本发明的一个实施方式的平衡板的两个不同视角的示意图。
23.图5是根据本发明的一个实施方式的平衡板的俯视示意图。
24.图6是根据本发明的一个实施方式的电机在平衡板处所形成的气道处的部分的剖视示意图。
25.图7是根据本发明的平衡板的叶片的四种可能结构的示意图。
26.图8是根据本发明的电机在平衡板处所形成的气道的四种可能结构的示意图。
27.附图标记说明：
28.10电机；11转子；12定子；
29.20平衡板；21叶片；211长叶片；212短叶片；
30.11f前盘面；20r后盘面；
31.θ出口角；l1第一射线；l2第二射线；e出口端；c出口圆；
32.r径向；a轴向。
具体实施方式
33.下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
34.除非特别说明，参照图1、图2、图6和图8，a表示电机10和平衡板20的轴向，r表示电机10和平衡板20的径向。
35.参照图2，根据本发明的电机10包括转子11、定子12和平衡板20。
36.定子12相对于电机10的壳体抗扭地(不能相对转动地)设置，转子11设置于定子12的内周侧，转子11能相对于定子12转动。
37.转子11的轴向a上的至少一个端部设有平衡板20，平衡板20与转子11不能相对转动地连接，即，在转子11转动的过程中，平衡板20会跟随转子11转动。
38.同时参照图3至图5，平衡板20呈大致圆盘状，平衡板20的中部具有通孔以供主轴穿过。
39.平衡板20的朝向转子11的端面部分地沿背离转子11的方向凹进，考虑到下文中介
绍的离心式叶片的结构，以下将该端面称为后盘面20r，将与后盘面20r相对的转子11的轴向上的端面称为前盘面11f。由于后盘面20r的凹进，后盘面20r和前盘面11f之间形成空腔。
40.后盘面20r部分地向前盘面11f凸出而形成多个叶片21。叶片21从径向内侧向径向外侧延伸，多个叶片21沿平衡板20的周向排列。由于与离心风机的叶片相似，也将这种形式的叶片21称为离心式叶片。
41.在本实施方式中，叶片21包括长叶片(第二叶片)211和短叶片(第一叶片)212，长叶片211和短叶片212在周向上交替地设置。长叶片211和短叶片212在外周侧对齐，即，长叶片211和短叶片212的径向外侧的端部位于同一个圆周上；长叶片211在内周侧超出短叶片212，即，在平衡板20的径向r上，长叶片211比短叶片212延伸至更内侧的区域，短叶片212的设置是为了避免下文中介绍的气道入口被阻塞。
42.由于平衡板20几乎紧贴转子11的端部，因此，轴向a上在后盘面20r和前盘面11f之间、周向上在相邻两个叶片21之间的区域形成一个相对独立的气道。参照图5，当平衡板20沿图中的空心弧形箭头所指的顺时针方向转动时，叶片21搅动空气而使得空气以离心的方式(即沿图中空心直箭头所指的方向)通过气道。
43.应当理解，由于制造工艺的影响，通常，叶片21在轴向a上非常接近前盘面11f，但叶片21与前盘面11f在轴向a上仍可能有间隙，由于该间隙非常小，因此不影响离心气流的形成。
44.值得说明的是，由于希望空气以离心的方式通过气道，因此每个气道在从内周侧至外周侧的方向上是贯通的，表现为，气道在内周侧留有气流入口、在外周侧留有气流出口，气流入口和气流出口由平衡板20的表面和转子11的表面之间的间隙限定。
45.在气道入口处，出于各种原因，转子11在轴向a上形成有若干通孔，这些通孔至少部分地与气道连通而限定出气道入口。为了保证气道入口的足够大的面积，部分叶片21被设置成上文介绍的短叶片212的形式，使得转子11的在轴向a上的通孔至少部分不被叶片21阻塞。
46.参考图6，气流能从气道的内周侧流入、从气道的外周侧流出。
47.再次参考图2，对于整个电机10而言，当转子11带动平衡板20转动时，叶片21搅动空气形成的离心气流将导致转子11附近的空气沿图中空心直箭头所指的方向流动。流动的空气能将转子11内部的热量带出，还能给转子11附近的零部件降温。
48.应当理解，当转子11的两端都设置平衡板20时，由于转子11的各片层之间在轴向a上存在间隙，气流能通过这些间隙流入转子11的通孔、并进一步流入气道。
49.图3和图5所示的叶片21为后向式叶片，应当理解，在其它可能的实施方式中，叶片21也可以遵循其它的走向。
50.例如，图7示意性地示出了四种不同走向的离心式叶片，这四种离心式叶片不论顺时针转动或逆时针转动均能搅动空气使空气沿叶片的切向朝径向外侧流动，然而不同形状的叶片所产生的风力大小和噪音大小不同。
51.图7中，形式(a)和形式(b)中的叶片21在垂直于轴向a的截面上呈直线形，因此称为直叶片；形式(c)和形式(d)中的叶片21在垂直于轴向a的截面上呈曲线(弧线)形，因此称为曲叶片。
52.另外，形式(a)中的叶片21的出口角θ等于90
°
，因此也称为径向式叶片；形式(b)和
形式(c)中的叶片21的出口角θ小于90
°
，因此也称为后向式叶片；形式(d)中的叶片21的出口角θ大于90
°
，因此也称为前向式叶片。
53.出口角θ为第一射线l1和第二射线l2的夹角。叶片21在径向r上的最外端构成出口端e，在叶片21的转动过程中，出口端e的轨迹形成出口圆c。从出口端e出发，沿叶片21的切向朝径向外侧所作的射线、构成第一射线l1。从出口端e出发，沿叶片21的转动方向(图中空心箭头所示的方向)的反向作与出口圆c相切的射线、构成第二射线l2。
54.根据试验，对于例如平均转速大于12000rpm、极限转速大于19000rpm的电机，形式(c)中的后向式曲叶片在应用中所产生的噪音最小、且能提供足够的离心风力，因此是本实施方式中优选使用的叶片形式。
55.此外，对比这四种形式的叶片21，按所提供的风力的大小将它们降序排列，依次为形式(d)、形式(a)、形式(c)和形式(b)；按所产生的噪音的大小将它们降序排列，依次为形式(d)、形式(a)、形式(b)和形式(c)。特别地，如形式(a)的径向式直叶片，其在顺时针转动和逆时针转动过程中的风力大小和噪音大小相同。
56.由于实际应用中一般需要综合考虑离心风力的大小和所产生的噪音的大小，因此可以根据应用需要选择不同形式的叶片。
57.参照图6和图8，气道在轴向a上的截面形状会影响转子11周围的气流方向。该截面形状受后盘面20r和前盘面11f的形状的影响，而由于前盘面11f通常是平面，因此可以简化地讨论不同形状的后盘面20r对气流的影响。
58.图8所示为四种可能的不同形式的后盘面20r所对应的气道的示意图。
59.形式(a)中的后盘面20r在气道所在的区域为垂直于轴向a的平面。
60.形式(b)中的后盘面20r在气道所在的区域为相对于垂直于轴向a的平面倾斜的平面，其对应的平衡板20的整个后盘面20r部分地沿背离转子11的方向凹进，越往径向内侧去、凹进的程度越大，并且在径向上每单位距离的凹进的增量不变。
61.形式(c)中的后盘面20r在气道所在的区域为曲面，其对应的平衡板20的整个后盘面20r部分地沿背离转子11的方向凹进，越往径向内侧去、凹进的程度越大，并且在径向上每单位距离的凹进的增量递增。
62.形式(d)中的后盘面20r在气道所在的区域为曲面，其对应的平衡板20的整个后盘面20r部分地沿背离转子11的方向凹进，越往径向内侧去、凹进的程度越大，并且在径向上每单位距离的凹进的增量递减。
63.根据试验，形式(b)、(c)和(d)的气道由于越往径向外侧去、气道越窄，这使得气流在离心运动的路径上的压力保持上升，从而从气道的位于径向外侧的出口处流出的气流的压力大于周围空气压力，避免空气反向地从气道的出口进入气道，即，气流能按预期的路径在转子11的周围流动。
64.特别地，如形式(c)和(d)的后盘面20r的截面具有弧形的气道，其不容易产生湍流，湍流越少则气流产生的噪音和带来的振动越小，因此形式(c)和形式(d)的气道是优选的。尤其地，形如形式(d)的气道的后盘面20r使得平衡板20较容易模铸成型，因此在本实施方式中，后盘面20r更优选地采用形式(d)所示的方案。
65.应当理解，上述在径向r上截面积发生变化的气道，尤其是针对气道的外周部分。例如参照图6，该平衡板20所形成的空腔在外周部分是越往径向内侧去、凹进程度越大；但
是为方便加工，空腔的内周部分形成圆角而不遵循上述形状限定。因此也称，在径向r上的至少部分区域，越往径向内侧去，后盘面20r的凹进程度越大。
66.本发明至少具有以下优点中的一个优点：
67.(i)本发明在保留平衡板原有功能的基础上，使其能够帮助电机散热。
68.(ii)形成于平衡板的离心式叶片在转动过程中形成沿特定方向流动的气流，该气流能将转子内部的热空气泵出，从而给转子散热。
69.(iii)由离心式叶片搅动而产生的气流还能将定子外部的温度较低的空气带入定子内周，在冷空气压入、热空气泵出的过程中使定子散热。
70.(iv)由离心式叶片搅动而产生的气流还能进一步促进位于电机的壳体附近的空气的流动，有助于壳体的散热。
71.(v)根据本发明的平衡板可以不增加、或是仅很小程度地增加电机的体积，且由于电机散热性能好，其可以不通过增加体积的方式追求热容量的增加，因此电机可以设计成具有较小的体积，有助于电机在应用系统的集成。
72.(vi)离心式叶片的转动是跟随平衡板进行的，转矩例如来自于系统的主轴，叶片的转动与转子同步而不需要引入额外的控制系统。
73.(vii)根据本发明的平衡板结构简单，可以通过铸造成型，可以不需要机加工工艺。
74.(viii)通过仿真试验，根据本发明的电机系统较改进前的方案运行温度下降约10摄氏度。
75.(ix)根据本发明的电机，在利用离心气流降温的基础上，噪音小、振动小。
76.当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。
77.例如：根据本发明的电机，可以只在轴向上的一端设置根据本发明的平衡板，而对于轴向上的另一端是否设置平衡板、设置何种形式的平衡板不作限定。