CN101364753A - 电动马达电力连接组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动马达电力连接组件。将热从电源和电动马达之间传送电流的电导体转移开的电动马达电力连接组件。电导体的特征在于垂直于电流流动方向的有效截面积和电流方向上的长度，该长度大于具有有效截面积的圆的半径。“有效截面积”是垂直于电流的方向的面积，电流被传送通过该有效截面积，且因此有效截面积取决于电导体的导电部件的截面形状和个数，该导电部件可以是一个或多个电线。热转移机构定位为沿电导体的长度热接触以将热从电导体转移。电动马达电力连接组件适用于混合机电变速器。

Description

电动马达电力连接组件
技术领域
本发明涉及带有用于电动马达的热转移机构的电力连接组件。
背景技术
例如在混合机电变速器中使用的电动马达包括定子，该定子由供给到定子绕组的电流驱动。定子绕组在高电流密度下运行且可能达到华氏180度或更高的相对高的温度。用于马达的电力由例如直流电池的电源供给且通过电力逆变器转化为交流电。电力然后经由电缆通过端子连接件供给到连接到定子绕组的马达线或导体棒。电流在从逆变器通向定子绕组时必须通过变速器外壳且与之绝缘。通过电缆的电流导致了电缆自身内的发热，且电缆外侧的电绝缘阻碍了热从电缆通到电缆的运行环境，该运行环境例如为轿车下部或发动机舱内部。定子绕组的高的运行温度可能导致另外的热通到马达线或导体棒且甚至进一步通到电缆，因此增加了电缆上的热负荷，因为这些导电的部件也是典型的良好的热导体。因为电缆具有相对地柔性的绝缘，所以它们典型地不能在定子绕组的典型高温下运行，且它们必须设计为具有较大的尺寸(即较大的有效传送电流截面积)，以将它们的运行温度保持在可接受的工作范围内。
发明内容
电动马达电力连接组件将热从在电源和电动马达之间传送了电流的电导体转移。热转移防止了部件的不希望的发热，例如从电力逆变器延伸的用于为定子绕组供给电流的电缆的发热。电导体的特征在于垂直于电流流动方向的有效截面积，和在电流流动方向上的长度，该长度大于具有有效截面积的圆的半径。“有效截面积”是垂直于电流的方向的面积，电流被传送通过该有效截面积，且因此有效截面积取决于电导体的导电部件的截面形状和个数，该导电部件可以是一个或多个电线。电导体定位为与热转移机构热接触，以将热从电导体转移。电导体与热转移机构沿电导体的长度热接触，该电导体长度可以称为“冷却长度”且不必是电导体的整个长度。优选地，冷却长度至少为具有有效截面积的圆的半径的三倍，以改进热转移的效率。
在一个实施例中，电导体是延伸端子，例如固定到电缆的环端子，且热转移机构是沿延伸端子的冷却长度施加的冷却流体。延伸端子可以通过将带螺纹螺栓延伸通过延伸端子且通过马达端子且然后将螺栓固定到带螺纹的端子块而固定到马达端子(该马达端子固定到马达线)。这允许电流从延伸端子流到马达端子且在其上流到马达线。
在另一个实施例中，电导体是如上所述的固定到电缆的延伸端子，但热转移机构是沿延伸端子的冷却长度封闭了延伸端子的电绝缘体以在延伸端子和电绝缘体之间限定冷却通道。电绝缘体具有与加压流体流体连通的开口，加压流体被引导通过该开口且沿冷却长度通过通道以冷却延伸端子。电绝缘体可以是两个半圆柱形的部件，它们构造有径向向内延伸的延伸部，该延伸部定尺寸为使得绝缘体仅在延伸部处接触延伸端子的外部外周，从而留下了大体上围绕绝缘体的冷却通道，且允许最大化在外周上的加压流体热接触。
在另一个实施例中，电导体是电缆的暴露部分，电流从电源流过该电缆。例如，将外套或电绝缘保护涂层从电缆上沿冷却长度去除，从而暴露了“裸露的”电缆线。在此实施例中，热转移机构是与暴露部分(即裸露的电缆线)热接触的导热的电绝缘体，以将热从电缆排出。
在再另一个实施例中，电导体是电汇流条，例如在将电力从电源供给到电缆的电力逆变器内。热转移机构是与汇流条热接触的导热的电绝缘体。散热器可以放置为与导热的电绝缘体接触，以将热从绝缘体排出。
在本发明的范围内，混合变速器包括限定了变速器腔的变速器外壳。例如电池的电源位于腔的外侧。位于腔的内侧的电动马达与例如内燃机的另一个动力设备联合来通过变速器传动装置驱动变速器。电动马达可运行地连接到电源且由通过逆变器和例如电缆和马达线的其他部件供给的到马达的电流来驱动。根据以上所述的实施例的任何实施例的电导体和热转移机构用于防止电缆的不希望的加热。在混合马达车辆应用中所使用的典型的电缆的总长度不超过具有有效截面积的圆的半径的1000倍，且优选地为该半径的100至300倍。与使用在其他电力连接应用中的电缆导体相比，例如与地下电缆相比，此长度与截面半径的比相对地小。在车辆上典型地使用在电缆外侧上的柔性电绝缘体具有比电缆的电导体低至超过10000倍的热传导性，且绝缘体的厚度大于导体半径的十分之一。电缆长度与有效截面积半径的相对地小的比值使得能成功地防止电缆整个长度发生有害的发热，即使热转移仅在电缆的一端或两端上发生。因此，以上所述的电动马达电力连接组件适合于实施在混合马达车辆变速器上。
以上所述的特征和优点以及本发明的其他特征和优点从如下对实行本发明的最佳模式的详细描述中参考附图容易地显见。
附图说明
图1是动力总成的部分截面视图的示意性图示，该动力总成包括带有电动马达和本发明的范围内的电动马达电力连接组件的混合变速器；
图2是使用在图1的电动马达电力连接组件内的延伸环端子的截面视图的示意性图示；
图3是图1的动力总成的部分地分解视图和部分地截面视图的示意性图示；
图4是用于图1的动力总成的电动马达电力连接组件的第一替代实施例的部分截面视图的示意性截断图示；
图5是沿图4中示出的箭头5-5截取的电绝缘体和马达线的示意性截面图示；
图6是用于图1的动力总成的电动马达电力连接组件的第二替代实施例的部分截面视图的示意性截断图示；和
图7是沿图6中示出的箭头7-7截取的延伸环端子和形成了围绕延伸环端子的冷却通道的电绝缘体的示意性截面图示。
具体实施方式
参考附图，其中类似的参考数字指示了类似的部件，图中示出了用于车辆的混合动力总成10的部分。混合动力总成10包括混合变速器12。变速器12包括变速器外壳14，变速器外壳14限定了变速器腔16，在变速器腔16内容纳了电动马达18。电动马达18也可以称为马达/发电机，因为它可以用于通过变速器传动装置20提供原动力，且可以用于从变速器传动装置的旋转动力来生成电能，如所已知。虽然为图示在此所述的本发明的目的仅示出了一个马达18，但动力总成10可以包括一个或多个另外的马达。马达18包括具有电绕组24的定子22，该电绕组24接收了通过马达线26的电流，使得交变电流的每相提供在分开的马达线或线组上。如在图1和图3中示出，马达线26优选地引入到绕组24内且与之整合。马达18也包括转子28，转子28同中心地被定子22围绕。定子22内的电力导致转子28旋转运动，或反之，这影响了变速器传动装置20内的转矩。发动机(未示出)也可运行地连接到变速器传动装置20，使得发动机和马达18任一或二者可以影响输入构件(未示出)和输出构件(未示出)之间的速度比和转矩比，也可运行地连接到变速器传动装置20且延伸通过外壳14，如本领域一般技术人员所已知，以提供牵引运动。
马达线26内的交流电流由单元30提供或提供到电源30，电源30优选地为直流电池。来自直流电池30的电力被电力逆变器32转换为交流电。电缆33可运行地将电力逆变器32与马达线26连接。为图示本发明的目的，仅示出了一个电缆33；然而，要求分开的电缆来将交流电流的每个分开的相提供到不同相的马达绕组24。电缆33以截断形式示出且具有形成了保护性电绝缘覆盖件的电缆外套34。
混合变速器12利用了多个电动马达电力连接组件来处理与定子绕组24的相对的高的运行温度有关的生热，且最小化并控制了电缆33上的该生热的影响以最小化电缆33的要求尺寸，因此降低了成本和重量。在本发明的范围内，这些电动马达电力连接组件的任一个可以自身足以满足特定的混合变速器应用的目标热控制目的，或多种电动马达电力连接组件可以以不同的组合使用。
混合变速器12利用了第一电动马达电力连接组件38，电动马达电力连接组件38包括压接在电缆33的一端上的延伸环端子40。延伸环端子40延伸通过外壳14内的开口42。电绝缘体44也延伸通过开口42且支持了延伸环端子40。电绝缘体44可以是软橡胶材料，其中上部分和下部分形成了半圆柱形开口，该开口匹配以支持示出的电缆33和延伸环端子40，以及在外壳14处相互邻近将不同相的电流提供到定子绕组26的另外的环端子和电缆(未示出)。O型圈43形成了延伸环端子40和电绝缘体44之间的密封。延伸环端子40是导电的且具有通过其传送电流的有效截面积。在图1的实施例中，延伸环端子40的截面是圆的，如在图2中示出，且以此其有效截面积为πr2，其中r为截面半径。在本发明的范围内，延伸环端子40可以具有有效截面积相同的替代的截面形状。对于替代形状，半径可以从面积与替代形状的有效截面积相同的圆计算出。(例如，7单位宽且7单位高的正方形有效截面积为49平方单位，且具有4单位的半径的圆的面积为16π平方单位，或略微高于49平方单位，使得面积与正方形的面积相同的圆的半径略微小于4单位。)
第一电动马达电力连接组件38也包括热转移机构48，该热转移机构48在此情况中是施加在延伸环端子40的冷却长度L1上的冷却液体。冷却长度L1不必然地为延伸环端子40的整个长度，但必须长于具有延伸环端子40的有效截面积的圆的半径以提供有效的冷却。热转移机构48(即冷却液体)通过液体引导设备49供给，该液体引导设备49可以是流体通道或其他流体包含机构，可以加压或不加压，且可以包括喷射喷嘴。
导电的马达环端子50压接到马达线26的端部。带螺纹螺栓52延伸通过延伸环端子40和马达环端子50的每个内的开口以将各端子相互电接触地固定。带螺纹螺栓52又固定到带螺纹的端子块54内。电流在马达线26和电缆33之间经过接触端子40、50通过。电流的方向沿长度L1，垂直于在图2中示出的截面积。因为马达线26、环端子40和50以及电缆33都是良好的电导体，所以它们也一般地是良好的热导体。应用于延伸环端子40的热转移机构48最小化了从马达线26通到电缆33的热。
第二电动马达电力连接组件60在电缆33的相对端处使用以进一步控制和最小化电缆33的发热。第二电动马达电力连接组件60包括电汇流条62，该电汇流条62将电力逆变器32内转化的交流电供给到需要交流电的一个或多个设备，包括电缆33。(将不同相的电流提供到定子绕组24的另外的电缆(未示出)以类似的方式可运行地连接到汇流条62。)在汇流条62和电缆33之间的电连接由导电的环端子64提供，环端子64压接到电缆33的端部且通过延伸通过汇流条62内的带螺纹的开口的带螺纹螺栓66固定到汇流条62。导电的环端子64以及所有其他在此描述的端子可以通过任何已知的方式固定而作为压接的替代。导热的电绝缘体68与汇流条62热接触，它在至少长度L2上与汇流条62的底部接触地走向，该长度L2称为冷却长度。汇流条62和导热的电绝缘体68实际上在比示出的冷却长度L2更长的长度上热接触，因为仅汇流条62和导热的电绝缘体68的总长度的部分被示出。然而，在本发明的范围内长度L2是充分地冷却的长度，因为它长于面积与传送电流的汇流条62的有效截面积相同的圆的半径。汇流条62的有效截面积是汇流条62的宽度W乘以高度H。电流在长度L2的方向上垂直于有效截面积行进。散热器70与导热的电绝缘体68热接触且将热从电绝缘体68引出。冷却散热片72可以从散热器延伸以增加汇流条62的冷却速度。散热器70固定到电力逆变器32的壁或其他结构上。螺栓66也可以延伸通过导热的电绝缘体68和散热器70。如果电缆33和环端子64的温度超过了汇流条62的温度，则热将从电缆33向汇流条62流动且将通过导热的电绝缘体68和散热器70散去。
图3以部分分解视图示出了动力总成10，图中示出了在电缆33的一端处的第二电动马达电力连接组件60，其中汇流条62与电绝缘体68和散热器70接触，它们都固定到逆变器32。电源30未示出。第一电动马达电力连接组件38示出为处于电缆33的另一端处，它包括对齐为***通过电绝缘体44的延伸环端子40以与马达线26通过马达环端子50运行地连接，使得热转移机构48(即冷却液体)与延伸环端子40热接触。
参考图4和图5，图中示出了本发明的范围内的电动马达电力连接组件138的替代实施例。电缆33包括不被电缆外套34覆盖的暴露部分136。暴露部分136与热转移机构148沿长度L3直接接触。热转移机构148是导热的电绝缘体。如在图5中显见，导热的电绝缘体148包括第一部分149和第二部分151，它们的每个是半圆柱形形状的且接触了电缆33。如在图5中可见，电缆33包括多个分开的集束在一起的电线153，每个具有分开的圆柱形形状。电缆33的有效截面积为πr2*n，其中n为电缆内的分开的电线的个数，且r为每个电线的半径。每个电线153与另外的电线和/或与导热的电绝缘体148热接触，以促进通过导热的电绝缘体148的散热。导热的电绝缘体148在其外表面处可以受到液体冷却，以进一步冷却电绝缘体且促进热流出电缆33。密封的O型圈143密封了在电缆33上压接的环端子140，以防止腔16内的液体通过暴露的电缆33芯吸出。带螺纹螺栓52延伸通过马达环端子50和环端子140内的开口，且固定到带螺纹的端子块54。另一个密封O型圈155围绕电缆外套34且将其与周围的导热的电绝缘体148密封，以防止湿气从变速器腔16的外侧进入与暴露部分136接触。
参考图6和图7，图中图示了电动马达电力连接组件238的另一个实施例。电动马达电力连接组件238包括压接到电缆33的端部的延伸环端子240。电绝缘体248围绕了延伸环端子240，且二者都***通过外壳14内的开口42。如在图7中示出，电绝缘体248包括半圆柱形的上部分249和半圆柱形的下部分251，它们定尺寸为围绕延伸环端子，以在延伸环端子240的外表面和电绝缘体248之间限定冷却通道261。电绝缘体248仅在形成在其内的小突出263处接触延伸环端子240，使得冷却通道261保持一般地为环形，且将延伸环端子240的外表面的暴露最大化。突出263支承了延伸环端子240且将其居中，且仅最小地沿延伸环端子240的长度延伸。密封的O型圈243围绕延伸环端子240固定以封闭且密封冷却通道261的一端。冷却通道261的另一端打开到变速器腔16。电绝缘体248具有从冷却通道261延伸到电绝缘体248的外表面的径向延伸的开口265。如在图6中示出，开口265通过可形成在外壳14内的通道267(或替代地通过管或其他装置)流体连通到加压流体的源269，例如流体泵，使得可以引导流体通过开口，沿延伸环端子240的长度L4到冷却通道261内(L4限定在O型圈243和电绝缘体248的打开端245之间)，且从打开端245出来。长度L4大于一般地为圆柱形的延伸环端子240的半径，如在图7中示出。流过延伸环端子240的外表面的加压流体冷却了延伸环端子240，以限制从马达线26到电缆33的传热。
虽然用于实施本发明的最佳形式已详细描述，但与本发明涉及领域的一般技术人将认识到在附带的权利要求书的范围内的用于实行本发明的多种替代的设计和实施例。

Claims (17)

1.一种用于以电源电驱动马达的电动马达电力连接组件，包括：
用于传送电流通过组件的电导体，其特征在于传送电流通过的有效截面积和电流方向上的长度；其中截面积垂直于电流的方向；
定位为沿电导体的长度热接触以将热从电导体转移的热转移机构；且其中长度大于具有所述的截面积的圆的半径。
2.根据权利要求1所述的电动马达电力连接组件，其中电导体是延伸端子；且其中热转移机构是沿电导体的长度施加的冷却流体。
3.根据权利要求2所述的电动马达电力连接组件，进一步包括：
电流通过它流到延伸端子的电缆，其中延伸端子固定到电缆；
可运行地连接到马达以将电流提供到马达的马达线；
固定到马达线的马达端子；
定尺寸为配合通过马达端子和延伸端子的带螺纹螺栓；
螺栓固定在其内的带螺纹的端子块；且其中螺栓将延伸端子和马达端子固定到带螺纹的端子块且相互接触，以允许电流在其间流动。
4.根据权利要求2所述的电动马达电力连接组件，进一步包括：
沿长度大体上封闭了延伸端子的电绝缘体，以在延伸端子和电绝缘体之间限定通道；其中电绝缘体具有开口；且其中热转移机构是引导通过开口且通过通道以冷却延伸端子的加压流体。
5.根据权利要求1所述的电动马达电力连接组件，其中电导体是电缆的暴露的部分，电流从电源流过该电缆。
6.根据权利要求1所述的电动马达电力连接组件，其中电导体是用于将电力提供到电缆的电汇流条；且其中热转移机构是与汇流条热接触的导热的电绝缘体。
7.根据权利要求1所述的电动马达电力连接组件，其中长度至少大于半径三倍。
8.一种用于将马达与电源电连接以允许电力流向马达的电动马达电力连接组件，包括：
用于传送电流通过组件的导电的延伸端子，其特征在于传送电流通过的有效截面积和电流方向上的长度；其中有效截面积垂直于电流的方向；
施加在延伸端子的长度上的冷却流体，以将热从延伸端子转移；且其中长度大于具有所述的有效截面积的圆的半径。
9.根据权利要求8所述的电动马达电力连接组件，进一步包括：
电流流过它的电缆；
与电缆可运行地电接触的用于将电流供给到电缆的汇流条；
与汇流条热接触的导热的电绝缘体；和
与导热的电绝缘体热接触的散热器。
10.根据权利要求8所述的电动马达电力连接组件，进一步包括：
固定到马达线的马达端子；
定尺寸为配合通过马达端子和延伸端子的带螺纹螺栓；
螺栓通过其固定的带螺纹的端子块；且其中螺栓将延伸端子、马达端子和带螺纹的端子块固定到一起且相互接触，以允许电流在延伸端子和马达端子之间流动。
11.一种混合变速器，包括：
限定了变速器腔的变速器外壳；
位于变速器腔外侧的电源；
位于变速器腔内的用于驱动变速器的电动马达；其中电动马达可运行地连接到电源且由来自电源的电流来驱动；
可运行地连接到电动马达以将电流提供到电动马达的马达线；
可运行地连接在电源和马达线之间用于在其间传送电流的电导体，且其特征在于传送电流通过的有效截面积和电流方向上的长度；其中有效截面积垂直于电流的方向；
定位为沿电导体的长度热接触以将热从电导体沿长度转移的热转移机构；且其中长度大于具有所述的有效截面积的圆的半径。
12.根据权利要求10所述的混合变速器，进一步包括：
将电流从电源传送到电导体的电缆，其中电导体是固定到电缆的延伸端子；且其中热转移机构是施加在电导体的长度上的冷却流体。
13.根据权利要求10所述的混合变速器，进一步包括：
将电流从电源传送到电导体的电缆，其中电导体是固定到电缆的延伸端子；
沿长度大体上封闭了延伸端子的电绝缘体，以在延伸端子和电绝缘体之间限定通道；其中电绝缘体具有开口；且其中热转移机构是引导通过开口且通过通道以冷却延伸端子的加压流体。
14.根据权利要求10所述的混合变速器，其中电导体是电流从电源流过它的电缆；其中电缆具有暴露部分；且其中长度是电缆的暴露部分。
15.根据权利要求10所述的混合变速器，其中长度至少大于半径三倍。
16.根据权利要求10所述的混合变速器，进一步包括：
将电流从电源传送到电导体的电缆，其中电导体是用于将电流提供到电缆的汇流条；其中热转移机构是与汇流条热接触的导热的电绝缘体；和
与导热的电绝缘体热接触的散热器。
17.根据权利要求10所述的混合变速器，进一步包括：
在电源和马达线之间传送电流的电缆；且其中电缆的特征在于电流方向上的总长度和电缆有效截面积；且其中总长度不大于具有所述的电缆有效截面积的圆的半径的1000倍。
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