CN101521428B - 车辆动力系统的电动机组件及安装方法和电动变速变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆动力系统内带定子的电动机组件及其安装方法。其中车辆动力系内的一种电动机组件装配有一个大致环形定子，环形定子被装在由外壳限定的动力系内腔中。滚柱被装在外壳和定子之间。定子具有多个第一几何特征，外壳具有多个第二几何特征。第一几何特征被构型为：当把定子装入容器中后，第一几何特征与第二几何特征相互对准，并且滚柱被装在外壳与定子之间的对准的第一与第二几何特征处。另外还提供了一种电动机组件组装方法。

Description

车辆动力系统的电动机组件及安装方法和电动变速变速器

相关申请的交叉参考

本申请要求得到于2008年2月26日提出申请的美国临时申请61/031,482的相关权益，在此将参考引用其全文。 

技术领域

本发明涉及一种电动机组件及一种将电动机装入车辆动力系统的方法；具体而言，涉及车辆动力系统外壳内的一种电动机定子配合，并在其间装有滚柱。 

背景技术

电动机，比如通常用在汽车混合机电动力系内的那些电动机，具有一个环绕转子的定子，其中转子可相对定子转动。定子被紧固在传动外壳或传动箱等固定构件上。重要的是，定子与转子的相对位置要基本保持恒定以便在定子与转子间留有精确尺寸的间隙。这对于车辆动力系或其它动力系元件来说尤为困难，因为在车辆经受碰撞或驶过凹凸不平的路面时，电动机会承受剧烈的振动和机械冲击。可用多种方法中的一种方法将定子紧固在传动箱上，比如说用检接法或滑动配合法。当因热变化而引起外壳及/或定子膨胀和收缩时，必须使定子保持其相对外壳的轴向与径向位置。定子由钢制成，因为在其受激励后必须产生电磁场以便驱动转子。可用热膨胀系数大于钢的各种非铁材料如铝合金或塑料等来制造外壳。 

发明内容

定子与动力系外壳所用不同材料的热膨胀率差异可引起动力系内电动机定子与转子的错位。一种简易的解决方法就是防止定子与外壳间的相对运动。具体来说，为车辆动力系中的电动机组件配装一个大致环形定子配合，并将其装在电动机外壳限定的内腔中。在外壳和定子间装有滚柱。滚柱，有时称为弹簧制销，是细长的大致柱形销子，将滚柱径向压缩并加偏压以保持径向外弹力。从而，当把滚柱装在外壳和定子之间后，由于热膨胀率差异而引起定子和外壳之间的间隙尺寸变化到至少本于预定间距时，滚柱将必要地膨胀和收缩以使定子与外壳保持接触。 

定子具有多个第一几何特征，外壳具有多个第二几何特征。第一几何特征被构型为：在将定子装入容腔后，第一几何特征与第二几何特征径向对准。滚柱被装在外壳和定子之间相互对准的第一与第二几何特征处。可分别在定子外表面和外壳内表面上用冲压、铸造、模塑、拉削、轧制或其它方法制成第一与第二几何特征。由于配制了几何特征，所以来自定子的作用力就横穿过滚柱并被传递到外壳上，而且该作用力垂直于外壳相对定子的径向增长方法，或者垂直于由振动与机械冲击施加的机械主作用力。 

相应地，将电动机装入车辆动力系外壳的方法包括：对定子外表面具有多个第一几何特征的环形定子进行构型，并对外壳内表面具有多个第二几何特征的外壳进行构型。该方法要求第一几何特征与第二几何特征相互对准并把环形定子压力装配进外壳内。滚柱被插入定子和外壳间的对准特征处。 

其它解决混合变速器内膨胀率差异的方法包括：在传动外壳内使用一个独立的电动机外壳，电动机外壳所用材料与定子所用材料相同，因而定子就被固定在电动机外壳上，而不是传动箱上。此处所用滚柱和几何特征相对简易，而且比起使用单独电动机外壳来说成本较低。另外，此处所述几何特征使电动机组件保持紧凑的总直径，从而可将变速器装入普通自动变速器设计的车辆包装空间内。 

从以下的本发明最优实现模式详细说明中，并结合附图，就容易理解本发明以上特点和优势以及其它特点和优势。 

附图说明

图1为电动变速混合动力系中电动机组件第一实施例的截面侧视图，其中图示了固接在传动外壳上的定子局部； 

图2为图1所示实施例中所用滚柱的透视示意图； 

图3为电动机组件第二实施例的截面端视图； 

图4为电动机组件第三实施例的截面端视图； 

图5为电动机组件第四实施例的截面端视图； 

图6为图3所示电动机组件在热膨胀状态下的局部剖面图。 

具体实施方式

参照附图，其中相同的参考数字表示相同的元件，图1 显示了混合动力系11的电动变速变速器10的局部，其中混合动力系11包含有一个电动机组件12。电动机组件12包括有一个外壳14，此时外壳14既作为电动机外壳，又作为变速器外壳或传动箱。变速器外壳或传动箱既容纳有齿轮传动装置，比如下述齿轮传动装置32，又容纳有电动机组件，而不像独立电动机外壳仅容纳定子与转子那样。电动机组件12包括有一个大致环形的钢制定子16，其被压入装配到由外壳14限定的内腔18中。具体来说，定子16是由冲压硅钢片制成的胶合叠片。图中只显示了定子16与外壳14位于变速器10旋转轴线20上方的部分。技术精通人员会容易理解，定子16与外壳14基本上相对旋转轴线20同心。外壳14由塑料、铝合金或镁合金等非铁材料制成，从而减小了组件重量并防止了电流与磁流从定子16传到外壳14。如局部视图所示，转子22也相对中心线20同心，并由定子16通过受激励定子16发出的部分存在于转子22与定子16间间隙24的磁力线来驱动。当向定子线圈26、28供电后，转子22就被驱动，其中定子线圈26、28贯穿定子16并由蓄电池或燃料电池(无图)等动力源供给动力。用连接构件30将转子22连接到齿轮传动装置32上。发动机或其它动力源(无图)也被传动联结到齿轮传动装置22上，从而变速器10就成为一个机电混合变速器。 

为确保定子16与外壳14稳固配合以免相对转动，特在定子16与外壳14之间装配有滚柱34(图中画出一个)，其中滚柱34相对定子16外周表面36及外壳内周表面38都有一定距离。具体而言，以凹槽40为形式的第一组几何特征可被冲制或压制在定子16的外表面36上。凹槽40与以互补凹槽42(图中画出一个)为形式的第二组几何特征相互对准，可在外壳14的内表面38(即壳体内腔)上用模塑、拉削或轧制等方法形成以互补凹槽42为形式的第二组几何特征。当沿旋转轴线20将定子16滑动配合到容腔18内时，凹槽40就与类似隔开的凹槽42对准。对准后的凹槽40、42限定了小容腔44(图中画出一个)，其中小容腔44被定尺寸为用以支撑滚柱34。当把定子16滑动配合到外壳14内之后，滚柱34就被插入到外壳14与定子16之间的容腔44内。 

图2详细显示了一个滚柱34。滚柱34是一个开槽滚柱，形成一个具有纵向槽46的细长柱形钢柱。钢柱34为单圈中空设计， 并在受压时提供外偏力。滚柱34被定尺寸为在被装入外壳14与定子16之间后，它会压缩某一预定量。当给定预期使用时变速器10环境内预期温度变化后，滚柱34就被构型为具有具有受零应力下某一直径并具有已知弹簧常数，这样当定子16与外壳14以不同速率膨胀并改变容腔18径向宽度时，滚柱34将会膨胀以便与定子16及外壳14都保持接触。图3与图6显示了滚柱134的此种膨胀情形，如下所述。可用其它形式的滚柱，如绕制滚柱，来代替开槽滚柱。 

容腔44可作为冷却油流经定子外表面的通道。用一个或多个螺栓54将定子支座52固定到外壳14上，从而就由紧接外壳14的定子支座50、52形成了外壳14与外壳16之间的密封油腔59。形成于外壳14和定子16之间的油腔59由各种唇形密封件56和压缩密封件58加以保持。定子支座50、52上开有通孔60、62(图中各画出一个)，油腔59内的流体通过通孔60、62而配流到定子线圈26、28上以使其冷却。 

可用各种几何构型实施例来使滚柱保持在定子和外壳之间。比如说，参照图3，在另一电动机组件112实施例中，将定子116滑动配合到电动机外壳114内腔118中，其中电动机外壳114同时也是变速器外壳。定子116是由冲压硅钢片制成的胶合叠片。图中没有画出转子，但转子会装在定子116径向内腔118中，并与定子116保持一定间距。电动机外壳114可由压铸铝合金、压铸镁合金或塑料等制成。将空腔或沟槽144铸在外壳114上以使冷却油流经定子116的外表面136。定子116配有以半圆凹痕140为形式的第一组几何特征，其中半圆凹痕140是冲压或压制在定子116外表面136上的。同理，外壳114配有以半圆凹痕142为形式的第二组特征，其中半圆凹痕142是拉削或轧制在外壳114内表面138(即内腔)上的。将定子116压入装配到外壳114中，从而凹痕140、142就得以对准，并且滚柱134也被插入到外壳114和定子间对准凹痕140、142形成的小容腔内。可以使用各种类型的滚柱，而滚柱134的特征在于：其尺寸及弹力可使滚柱134在预期热膨胀范围内与外壳114和定子116保持接触。比如说，如图3所示，当电动机组件112处于第一工作温度时，滚柱134受到压缩并与外壳114及定子116都接触。参照图6，在更高的第二工作温度下，定子116和外壳114以不同速率膨胀，从而定子116与外壳114之间就 出现了间距d。弹力使滚柱134外偏为图6所示膨胀形状，此时滚柱134与定子及外壳114保持接触。当工作温度降低时，定子116与外壳114就会在尺寸上收缩，并且间距d也会消除，滚柱134会恢复到图3所示形状。滚柱134被构型为：在定子116与外壳114具有热膨胀差异而产生间距d时，滚柱134与定子116及外壳114都保持接触。 

由于本实施例中所示滚柱134位于外壳116侧面，所以从滚柱与外壳接触中心到滚柱与定子接触中心的连线实际上是水平的。从而，当装有外壳114及定子116的车辆在凹凸不平的路面上行驶时，由定子116重量及机械冲击引起的作用力方向实际上垂直于滚柱134和定子116及外壳114间的接触力方向。也就是说，滚柱134可使定子116在外壳114内对中，同时还与外壳114和定子116保持接触，这使得定子116可承受最大的机械载荷。 

参照图4，另一电动机组件212实施例中包括有一个滑动配合到电动机外壳214内腔218中的定子216，其中电动机外壳214也是变速器外壳。电动机外壳214由压铸铝合金、压铸镁合金或塑料制成。定子216是由冲压硅钢片制成的胶合叠片。图中没有画出转子。将空腔或沟槽244铸在外壳214上以使冷却油流经定子216的外表面236。定子216配有以含四分之一圆齿根241的直齿240为形式的第一组几何特征，其中含四分之一圆齿根241的直齿240是冲压或压制在定子216外表面236上的。同样地，外壳214配有以沟槽242为形式的第二组特征，其中沟槽242是模塑、拉削或轧制在外壳214的内表面238(即内腔)上的。将定子216压入装配到外壳214内以使齿240与沟槽242对准。将多对滚柱234插入外壳214和定子216之间由对准齿240和沟槽242形成的小容腔内，在各个齿240的每一侧都装有一个滚柱234，且滚柱234在沟槽242中处于齿242平面侧和定子214之间，这样滚柱234就在沟槽242与齿及定子214滚动接触。可以使用各种类型的滚柱，而滚柱234的特征在于：其尺寸及弹力可使其在预期热膨胀范围内与外壳214和定子216保持接触。如果对沟槽242适当定尺寸以使足够的冷却油流经定子216外表面236，那么也可去掉沟槽244。 

参照图5，在另一电动机组件312实施例中，将定子316滑动配合到电动机外壳314内腔318中，其中电动机外壳314同时也是变速器外壳。定子316是由冲压硅钢片制成的胶合叠片。图中没有画 出转子。电动机外壳314可由压铸铝合金、压铸镁合金或塑料制成。与图4所示实施例不同，在外壳314上没有铸出沟槽，以便减小外壳314的总尺寸。在定子316和外壳314上同样构型有几何特征以保持较小的总尺寸。具体而言，定子316配有以带半圆形凹痕340的伸出部或凸起339为形式的第一组几何特征，其中带半圆形凹痕340的伸出部或凸起339是冲压或压制在定子316外表面336上的。同理，外壳314配有以带半圆形凹痕342的伸出部或凸起341为形式的第二组特征，其中带半圆形凹痕342的伸出部或凸起341是拉削或轧制在外壳314的内表面38(即内腔)上的。将定子316压入配合到外壳314中，从而伸出部339、341和凹痕340、342就得以对准，并且滚柱334也被插入到外壳314和定子315间对准凹痕314、342形成的小容腔内。可以使用各种类型的滚柱，而滚柱334的特征在于：其尺寸及弹力可使其在预期热膨胀范围内与外壳314和定子316保持接触。 

相应地，就可依据一种相对图1所示电动机组件而述的方法将上述电动机组件12、112、212及312组装起来，该方法包括对定子16外表面36具有多个第一几何特征(如凹槽40)的环形定子16进行构型(如冲制或压制)。该方法还包括对外壳14内表面38具有多个第二几何特征(如凹槽42)的外壳14进行构型(比如拉削、轧制或模塑)。使凹槽40与42对准，将定子16装入外壳14内，并将滚柱34插入定子16与外壳14之间的对准凹槽40、42处。定子16与外壳14可以是相互滑动配合，也可以是轻度压力装配或热压配合。如果滚柱轴向长度短于定子16，那么在将定子16装入外壳14内之后，可将滚柱34插入对准凹槽40、42中，以便沿各个凹槽40、42将每个滚柱34压入到选定轴向位置，如图1所示。 

现已详细描述了本发明最优实现模式，熟知本发明相关技术的人员将认识到，在附带权利要求书所述本发明范围内，可作出各种替选设计和实施例以实施本发明。 

Claims (9)

1.一种车辆动力系内的电动机组件，其包括：

位于动力系内部且限定有一个内腔的电动机外壳；

配合于内腔内部的大致环形定子；

多个装在外壳和定子之间的滚柱；其中滚柱被构型为：在电动机外壳和定子热膨胀时，滚柱膨胀和收缩以便与具有不同热膨胀率的电动机外壳和定子都保持接触；

其中定子具有多个第一几何特征；其中外壳具有多个第二几何特征；其中第一几何特征被构型为：在将定子装入内腔中后，第一几何特征与第二几何特征径向对准；其中滚柱被装在外壳和定子之间的对准第一与第二几何特征处；

其中所述多个第一几何特征是间隔分布在定子外表面上的一组齿；其中所述多个第二几何特征是间隔分布在外壳内表面上的一组沟槽；其中齿与沟槽相互对准以限定多个容腔；其中所述滚柱中的不同的各对滚柱中的各个滚柱被装在各个容腔中，而且不同的各对滚柱中的各个滚柱位于各个齿的各侧。

2.依据权利要求1所述电动机组件，其中电动机外壳由具有第一热膨胀率的第一材料制成；其中定子由具有第二热膨胀率的第二材料制成。

3.依据权利要求1所述电动机组件，其中沟槽被构型为用以沿定子外表面配流冷却油。

4.依据权利要求1所述电动机组件，其中外壳由非铁材料制成，而定子由钢制成。

5.依据权利要求1所述电动机组件，其中动力系包括有变速器；其中电动机外壳是变速器外壳。

6.一种将电动机和车辆动力系外壳组装起来的方法，其包括：

对定子外表面具有多个第一几何特征的环形定子进行构型；

对外壳内表面具有多个第二几何特征的外壳进行构型；

使第一几何特征与第二几何特征对准；

将环形定子压入装配到外壳中；

将各个滚柱插入定子与外壳之间的各自对准特征处；

其中所述多个第一几何特征是间隔分布在定子外表面上的一组齿；其中所述多个第二几何特征是间隔分布在外壳内表面上的一组沟槽；其中齿与沟槽相互对准以限定多个容腔；其中所述滚柱中的不同的各对滚柱中的各个滚柱被装在各个容腔中，而且不同的各对滚柱中的各个滚柱位于各个齿的各侧。

7.依据权利要求6所述方法，其中对环形定子所述构型是指冲压或压制第一几何特征。

8.依据权利要求6所述方法，其中对外壳所述构型是指用铸造、拉削或轧制其中一种方法制出第二几何特征。

9.一种电动变速变速器，其包括：

限定有一个内腔的变速器外壳；

具有定子的电动机/发电机；其中定子被压入装配到变速器外壳的内腔中；

多个由变速器外壳及定子支撑并处于变速器外壳和定子之间的滚柱；其中变速器外壳和定子的特征在于具有不同的热膨胀率；其中滚柱被构型为：当定子与外壳由于不同的热膨胀率而导致其间产生间距时，滚柱仍与外壳及定子保持接触；

其中定子具有多个第一几何特征；其中外壳具有多个第二几何特征；其中第一几何特征被构型为：在将定子装入内腔中后，第一几何特征与第二几何特征径向对准；其中滚柱被装在外壳和定子之间的对准第一与第二几何特征处；

其中所述多个第一几何特征是间隔分布在定子外表面上的一组齿；其中所述多个第二几何特征是间隔分布在外壳内表面上的一组沟槽；其中齿与沟槽相互对准以限定多个容腔；其中所述滚柱中的不同的各对滚柱中的各个滚柱被装在各个容腔中，而且不同的各对滚柱中的各个滚柱位于各个齿的各侧。

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