CN102714432B

CN102714432B - 带有隔离接地电子器件的电机

Info

Publication number: CN102714432B
Application number: CN201180006650.1A
Authority: CN
Inventors: M·D·布拉德菲尔德
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Finia Technology Co
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: US8339000B2; CN102714432A; WO2011091148A1; US20110175495A1

Abstract

一种交通工具的电系统包括电池和交流发电机，所述电池包括正极端子和负极端子。所述交流发电机包括金属壳体，其中转子和定子定位在所述壳体内。所述交流发电机还包括定位在交流发电机壳体上的电子器件包。所述电子器件包包括调节器和整流器，所述整流器包括多个负二极管和多个正二极管。所述多个正二极管定位在电连接到电池的负极端子的第一二极管承载件上。所述多个正二极管定位在电连接到电池的正极端子的第二二极管承载件上。第一二极管承载件通过定位在第一二极管承载件与所述壳体之间的电绝缘构件与所述壳体分开。

Description

带有隔离接地电子器件的电机

技术领域

本申请涉及电机领域，更特别地涉及具有安装到电机的电子元件包的电动机。

背景技术

交通工具电动机的渐增的功率密度产生了将机器的外壳用作电子元件和电路的散热装置的一些电机。由于在现代交通工具中渐增的电子元件和电路的数量，在一些情况下还希望隔离电系统以便于减小元件与电路之间的破坏性的电流和电磁干扰（EMI）。

交通工具交流发电机产生整流成直流电的三相交流电。相关的电压可以存储在交通工具电池中或者由被提供直流（DC）电压的交通工具的电路直接使用。三相交流电的整流一般是通过具有六个功率二极管的整流桥实现的。这些二极管的其中三个是正二极管，这些正二极管连接在交流发电机的定子绕组的相端子与连接到交通工具的电池和电路的交流发电机的正极端子B+之间。三个另外的二极管，即负二极管，连接在交通工具的电接地与前面提到的定子绕组的相端子之间。

正负二极管构成了承受高电流的整流桥。因此，以最有效可行的方式冷却这些二极管是必要的。为此，这些二极管通常安装在布置在交流发电机的外部上的金属板上。这些金属板不仅用作支撑板，而且用作设计成散出由二极管产生的热量的散热装置。这些二极管一般分在两块承载件上，其中一块为正二极管预留，另一块为负二极管预留。通过压力将整流二极管插入承载件/散热装置的容纳孔中，或者使用合适的焊料合金焊接到承载件上。连接到整流二极管的端线能够使整流二极管连接到外部源。

在这种整流桥安装在承载件上的交流发电机装置中，该系统的负二极管连接到交通工具接地/电池返回路径上。交通工具接地/电池返回路径通常由发动机本身提供，包括交流电发电机壳体。但是，在一些交通工具设计中，流过发动机的电流可能产生与发动机电子控制模块（ECM）和/或其他电子器件包相关的问题。例如，通过返回路径的电流可能导致中断ECM操作的电磁干扰（EMI）。

由于前面提到的问题，所以提供一种避免破坏性的返回路径电流流过的交流发电机装置是理想的。如果交流发电机的尺寸相对较小也是理想的以便于避免发动机隔室中的过渡拥挤。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，提供了一种电机，包括位于壳体中的转子和定子。该电机还包括整流器，该整流器包括多个正二极管和多个负二极管。所述负二极管安装在第一导电承载件上。绝缘分离器定位在第一导电承载件与所述壳体之间。正二极管安装在第二导电承载件上。

根据本发明的另一个实施方式，提供了一种交通工具电系统，包括具有壳体的电动机。该交通工具电系统还包括第一散热装置，多个第一二极管连接到该第一散热装置。第一电绝缘构件定位在第一散热装置与所述壳体之间。该交通工具电系统还包括第二散热装置，多个第二二极管连接到所述第二散热装置。第二电绝缘构件定位在第一散热装置与第二散热装置之间。

根据本发明的又一个实施方式，提供了一种交通工具，其包括发动机、包括正极端子和负极端子的电池、以及交流发电机。该交流发电机包括金属壳体、定位在该壳体内的转子和定子，所述转子配置成在发动机操作时转动。所述交流发电机还包括定位在所述壳体上的电子器件包。所述电子器件包包括调节器和整流器，所述整流器包括多个负二极管和多个正二极管。所述多个正二极管定位在电连接到电池的负极端子的第一二极管承载件上。所述多个正二极管定位在电连接到电池的正极端子的第二二极管承载件上。所述第一二极管承载件通过定位在第一二极管承载件与所述壳体之间的电绝缘构件与所述壳体分开。

通过参照如下的详细描述和附图，上面描述的以及其他的特征和优点对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。虽然提供一种提供这些或其他优点的一个或多个的电机是理想的，但是这里所公开的教导延伸到落入所附权利要求范围内的那些实施方式，与他们是否实现了上面提到的一个或多个优点无关。

附图说明

图1示出了包括具有隔离接地电子器件的电机的交通工具电系统的示意图；

图2示出了图1的具有隔离接地电子器件的电机的端部的分解截面视图；

图3示出了具有组装好的元件的图2的电机的端部的截面视图；

图4示出了图2和3的电机的端部的分解透视图，其中该透视图是从电机的背面示出的；

图5示出了图2的电机的替代性实施方式中的电机的端部的透视图，其中其上定位有绝缘分离器；

图6示出了图5的电机的透视图，其中负二极管散热装置临近所述绝缘分离器定位；

图7示出了图6的电机的透视图，其中正二极管散热装置靠近负二极管散热装置定位但是与其电分离；以及

图8示出了图7的电机的透视图，其具有靠近正二极管散热装置定位但与其电分离的端子。

具体实施方式

参见图1-3，提供了交流发电机10形式的交通工具（或车辆）8的电动机。交流发电机10包括容纳转子14和定子16的金属框架/壳体12。转子14定位在转动轴16上，定子18在壳体12内处于固定。电子器件包20安装在壳体12的端部上。所述电子器件包20连接到交通工具电池22。该电子器件包包括具有多个正二极管26和多个负二极管28的整流器。所述正二极管26安装在正二极管承载件20上，所述负二极管28安装在负二极管承载件32上。正如下面要进一步详细解释的，整流器与电池之间的接地/返回路径是从交流发电机壳体12隔离的专用路径。

图2和3总体上示出了用于将整流器二极管26、28安装在交流发电机壳体12上的元件。绝缘分离器40可以由塑料材料或者其他的一般具有显著电绝缘特性的非导电材料组成。

分离器40可以以许多种形状和尺寸提供。在图2的实施方式中，分离器40具有基本圆形的底座使得周界是圆形的或成弧形的。所述分离器40包括许多成型其中的开口，这些开口包括大的中心开口44和多个外部开口42。所述分离器40定位在交流发电机壳体12上使得所述壳体12的保持转子轴16的端部的部分穿过所述大的中心开口44延伸。

所述分离器40具有足以将所述负二极管承载件32与交流发电机壳体12分开一段安全距离的宽度w₁（即轴向反向上的厚度）以便于防止负二极管承载件32与所述壳体12之间的放电。同时，所述分离器足够薄以避免将过多的长度添加到交流发电机10的端部。在至少一个实施方式中，分离器40具有4mm和10mm之间的宽度w₁，特别地大约5mm。所述宽度w₁可以根据交流发电机应用和流过交通工具电系统的电流不同地设计。

所述负二极管承载件32靠近分离器40直接定位在交流发电机壳体12的端部上。所述负二极管承载件32设计成传导电流，还起到了整流器的负二极管28的散热装置的作用。因此，所述负二极管承载件32一般是由具有良好电和热传导性能的材料组成。例如，所述负二极管承载件32可以由比如铝或钢之类的材料组成。

所述负二极管承载件32设计成相对于分离器40直接装在交流发电机壳体12的端部上，因此所述负二极管承载件32可以具有基本与分离器40的周界相配的周界。所述负二极管承载件32还包括允许承载件32装在壳体12的转子轴部上方的中心孔。在负二极管承载件32上成型多个二极管孔，其中每个二极管孔设计成容纳其中一个负二极管28。这些二极管28可以以多种方式的任何一种保持在承载件32的孔中，比如以摩擦配合或者使用粘结剂或环氧材料。

在图2和3的实施方式中，所述负二极管承载件32作为金属板构件提供，在板的周界部上包括外翅片38。翅片38提供了额外的热量传递质量，允许负二极管承载件32更好地用作安装在所述板上的负二极管28的散热装置。构成所述负二极管承载件32的所述板具有宽度w₂（即轴向方向上的厚度），如图2和3中所示。在至少一个实施方式中，宽度w₂在5mm和10mm之间，特别是大约7mm。

所述正二极管承载件30靠近负二极管承载件32定位在交流发电机壳体12上，但是与负二极管承载件32分开。第二绝缘分离器80以合适的距离将负二极管承载件32与正二极管承载件30分开。第二绝缘分离器80可以作为与承载件30、32完全分开的元件提供或者通过固定到承载件30、32的一个或两个上的电绝缘材料提供。在任何情况下，第二绝缘分离器以合适的距离将承载件30、32分开使得负二极管承载件32上的电流保持与正二极管承载件30上的电流分开。

正二极管承载件30设计成传导电流并且用作整流器的正二极管26的散热装置。因此，正二极管承载件30一般是由具有良好电和热传导性能的材料组成的。例如，正二极管承载件30可以由比如铝或钢之类的材料组成。

正二极管承载件30设计成装在负二极管承载件32的底座内，尤其装在外翅片36内。因此，正二极管承载件30的周长可以比负二极管承载件32小，但是二者基本相配。在正二极管承载件30上成型多个二极管孔，其中每个二极管孔设计成容纳其中一个正二极管26（在图2和3的截面中未示出）。二极管26可以以多种方式的任何一种保持在承载件30的孔中，比如以摩擦配合或者使用粘结剂或环氧材料。

在图2和3的实施方式中，正二极管承载件30作为金属板构件提供，在板的周界部上包括内翅片34和外翅片36。翅片34、36提供了额外的热量传递质量，允许正二极管承载件30更好地用作安装在所述板上的正二极管26的散热装置。

正二极管承载件30、负二极管承载件32和绝缘分离器40均通过紧固件46保持在交流发电机壳体12的端部上，这些紧固件46穿过承载件30、32和分离器40延伸进入交流发电机壳体12上的螺纹孔中。非导电覆盖构件50定位在承载件30、32上方并且提供对交流发电机10以及相关电子器件包20的覆盖。

再次参见图1，交流发电机10定位在交通工具8中。交通工具8包括由交通工具底盘支撑的发动机50和电池22。这里使用的词语“交通工具”指的是设计成运送或运输物或人的任何装置，包括但不局限于小客车、卡车、轮船、火车和飞机。发动机50提供用于使交通工具8运动的驱动扭矩。发动机50可操作地连接到交流发电机10的转子14使得发动机50的操作导致转子14及其励磁线圈的转动。特别地，当点火开关52关闭时，来自于电池18的电流传到起动电动机（未示出）。当起动电动机得电时，其起动发动机50。当发动机14点火后，转子14转动，交流发电机10在结点54处产生输出电压。交流发电机10的输出电压被用来对电池22充电并且还被正如通过交通工具负载56呈现出的交通工具8的其他电装置使用。

继续参见图1，交流发电机10包括转子14、定子18、整流器24和调节器58。交流发电机壳体12一般是金属壳体，比如钢壳体或铸铝壳体。但是，将会认识到的是所述壳体12还可以由任何其他合适的材料组成。

交流发电机16的转子14包括励磁线圈60，其接收来自于调节器58的正如通过调节器操作励磁电流控制程序控制的电流。所述定子18包括定位在转子14周围的绕组62。所述定子18产生具有基于通过励磁线圈60的电流量级的输出电流。所述定子18电连接到整流器24，其在结点54处传送交流发电机输出电流。整流器24包括正二极管26和负二极管28。正如先前提到的，正二极管26由正二极管承载件30保持，负二极管28由负二极管承载件32保持（见图2和3）。

调节器58处的电压输入（B+或S）提供了表示电池22的正极端子处的电压的信号。至少部分地基于该信号，调节器58控制通过励磁线圈60的电流，因此控制来自于交流发电机10的相关的输出电压和输出电流。调节器基于各种调节器输入确定合适的励磁线圈电流，所述各种调节器输入可以包括例如来自于发动机控制模块（ECM）70、温度传感器72、电流传感器64、点火开关52、定子绕组、电池22的信号以及各种其他信号的任一种。

有利地，在图1-3中的装置中，电池22的负极端子使用在图1的示意图中示出的接地隔离电缆68在结点66处连接到调节器。通过使用绝缘电缆68作为整流器24的返回路径，避免了破坏性的返回路径电流。此外，整流器二极管可以仍然安装在作为交流发电机壳体12的端部上的二极管26、28的散热装置操作的二极管承载件30、32上。

图4从交流发电机的背面示出了图2的装置的更详细的透视图。特别地，图4示出了交流发电机壳体12的端部，其中绝缘分离器40定位在壳体12与负二极管承载件32之间。负二极管承载件32是碗状的，具有提供外翅片38的锯齿形外壁。在负二极管承载件32的表面上提供螺纹孔或其他连接点，因此接地隔离电缆68可以连接到负二极管承载件32。正二极管承载件30装在负二极管承载件32的碗部内，其中第二绝缘分离器80定位在负二极管承载件32与正二极管承载件30之间。端子90临近正二极管承载件32定位并且便于正二极管26、负二极管28和来自于定子绕组62的导线之间的合适连接。紧固件46穿过二极管承载件30、32的凸出部延伸并且被攻螺纹用于螺栓连接。

图1-3仅示出了正如根据本发明预期到的具有隔离接地电子器件的电机的一个实施方式的一个示例。图5-8示出了电机的一个替代性实施方式。特别地，图5-8的实施方式配置成用于与类似于2005年6月28日授权给Bradfield等人的美国专利No.6,911,750中示出的电子器件包装置一起使用，其内容通过引用全文并入于此。

特别参见图5，示出了在交流发电机10的一端处定位在壳体表面12上的绝缘分离器40。分离器40成型成具有多个开口的形状，这些开口将壳体12的下表面露出。分离器40还包括许多孔74，这些孔74成型成使带螺纹的紧固件通过的尺寸，所述紧固件配置成接合壳体12中的互补孔。

如图6中所示，负二极管承载件32定位在绝缘分离器40的表面上。负二极管承载件32是弧形的，类似于绝缘分离器40。多个孔76穿过正在半32延伸以允许紧固件通过承载件32进入壳体12中。三个二极管28压配合到承载件32的表面上的互补孔中。导线从二极管28向上延伸。负极电池端子B-定位在承载件的表面上并且远离承载件32延伸。B-端子配置成连接到延伸到负极电池端子的电缆上。在负二极管承载件32的表面上还定位多个电绝缘构件80。这些绝缘构件80配置成以合适的距离将正二极管承载件30与负二极管承载件32分开。

如图7中所示，正二极管承载件30靠近负二极管承载件30定位在交流发电机壳体12的端部上。正二极管承载件30在形状上与负承载件32类似并且在壳体12的端部上基本覆盖负承载件32。正二极管承载件30包括许多翅片84。三个二极管26压配合到承载件30的表面上的互补孔中。导线从二极管26向上延伸。正极电池端子B+定位在正二极管承载件30的表面上并且远离承载件30延伸。B+端子配置成连接到延伸到正极电池端子的电缆上。此外，正二极管承载件30包括孔82，这些孔82允许来自于负二极管28的导线穿过承载件30延伸。

如图8中所示，端子90可以用于将二极管26、28的导线连接到来自于定子绕组62的导线（在图5-8中未示出；见图1）。来自于定子绕组的导线穿过交流发电机壳体12上的孔94延伸并且在连接器92处紧固到端子90。附加的连接器96将二极管26、28的导线连接到端子90。端子90电分离成三个隔离区，每个区专门对应于定子绕组62的三相的其中一相。因此，端子90在定子绕组62与整流器二极管26、28之间建立了合适的电连接，比如在图1的示意图中示出的。

图5-8的实施方式中的装置提供了具有隔离接地电子器件的交流发电机。虽然绝缘分离器40和专用的负极散热构件向交流发电机添加了一些长度，但是附加的长度相对较小，并且在已经拥挤的发动机隔室中提供了不占据显著空间量的交流发电机。

这里已经仅通过示例并且是非限定性的方式呈现了具有隔离接地电子器件的电机的一个或多个实施方式的前面的详细描述。此外，可以不结合上面描述的其他方面获得这里描述的单个改进的优点。此外，所附权利要求的精髓和范围不应该局限于这里所包含的优选实施方式的描述。

Claims

1.一种电机，其包括：

定位在壳体内的转子和定子；

包括多个正二极管和多个负二极管的整流器；

第一导电承载件，其中所述负二极管安装在该第一导电承载件上；

连接到第一导电承载件的第一端子，所述第一端子构造为连接到接地隔离电缆；

定位在第一导电承载件与所述壳体之间的绝缘分离器；

第二导电承载件，其中所述正二极管安装在该第二导电承载件上；以及

连接到第二导电承载件的第二端子，所述第二端子构造为连接到电池电缆。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一导电承载件由在所述壳体的一端临近所述绝缘分离器定位的金属板提供。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述绝缘分离器由塑料材料组成。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述绝缘分离器是第一绝缘分离器，其中第二导电承载件与第一绝缘分离器通过第二绝缘分离器分开。

5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，来自于正二极管的导线在一端子处连接到来自于负二极管的导线，并且来自于定子的导线也连接到所述端子。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述绝缘分离器在轴向方向上的厚度在4mm和7mm之间。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述第一导电承载件在轴向方向上的厚度为7mm。

8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机还包括至少一个紧固件，所述至少一个紧固件穿过第二导电承载件、第一导电承载件和绝缘分离器延伸，并且延伸进入所述壳体中，所述至少一个紧固件配置成将第二导线承载件、第一导电承载件和绝缘分离器紧固到所述壳体。

9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，连接到所述第一导电承载件的所述第一端子连接到接地隔离电缆，且接地隔离电缆延伸到交通工具电池的负极电池端子。

10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，连接到所述第二导电承载件的所述第二端子连接到延伸到交通工具电池的正极电池端子的电缆。

11.一种交通工具电系统，其包括：

包括壳体的电动机和限定轴向方向的转子；

第一散热装置；

连接到所述第一散热装置的多个第一二极管；

定位在所述第一散热装置与所述壳体之间的第一电绝缘构件，所述第一电绝缘构件沿着轴向方向的厚度在4mm和10mm之间；

第二散热装置；

连接到所述第二散热装置的多个第二二极管；

定位在所述第一散热装置与所述第二散热装置之间的第二电绝缘构件。

12.根据权利要求11所述的交通工具电系统，其特征在于，所述第一散热装置包括第一金属板构件，所述第二散热装置包括第二金属板构件。

13.根据权利要求11所述的交通工具电系统，其特征在于，所述第一电绝缘构件包括塑料板构件。

14.根据权利要求13所述的交通工具电系统，其特征在于，所述塑料板构件在轴向方向上的厚度为5mm。

15.根据权利要求11所述的交通工具电系统，其中所述多个第一二极管定位在第一散热装置的孔中。

16.根据权利要求11所述的交通工具电系统，其特征在于，来自于所述多个第一二极管的导线在一端子构件处连接到来自于所述多个第二二极管的导线。

17.一种交通工具，其包括：

发动机；

包括正极端子和负极端子的电池；以及

交流发电机，其包括：

金属壳体，

定位在壳体内的转子，所述转子配置成在发动机操作时转动，

定位在壳体内的定子，以及

定位在所述壳体上的电子器件包，所述电子器件包包括调节器和整流器，所述整流器包括多个负二极管和多个正二极管，其中所述多个负二极管定位在通过以从电池的负端子延伸到电子器件包的接地隔离电缆的形式的第一电缆电连接到电池的负极端子的第一二极管承载件上，其中所述多个正二极管定位在通过第二电缆电连接到电池的正极端子的第二二极管承载件上，其中第一二极管承载件通过定位在第一二极管承载件与所述壳体之间的电绝缘构件与所述壳体分开。

18.根据权利要求17所述的交通工具，其特征在于，所述电绝缘构件是第一电绝缘构件，其中第一二极管承载件通过第二电绝缘构件与第二二极管承载件分开。

19.根据权利要求17所述的交通工具，其特征在于，来自于正二极管的导线在一端子构件处连接到来自于负二极管的导线，其中来自于定子的导线也连接到该端子构件。