CN101032067B - 辐条永磁体转子 - Google Patents

Abstract

一种包括限定转子轴线的轴(30)的辐条永磁体转子(15)。第一非磁性端部(65)联接到轴上，而且铁磁极片(85)限定穿过其中的孔(105)。第二非磁性端部(70)定位成将所述极片布置在所述第一端部和所述第二端部之间。所述第一端部和所述第二端部中的一个端部的一部分延伸穿过所述孔，并与所述第一端部和所述第二端部中的另一个端部结合。

Description

辐条永磁体转子

技术领域

本发明涉及一种用于电动机器的转子以及制造和组装该转子的方法。更具体地，本发明涉及一种用于电机的辐条永磁体转子以及一种制造和组装所述辐条永磁体转子的方法。

背景技术

US5091668A公开了一种电机转子，并具体公开了以下技术特征(参见其说明书第3栏第1-30行、图1、2)：该转子包括轴1、平板7、转子叠片3和平板8，平板7固定在与轴1嵌合的环10上，从图1可以看出，轴1限定出转子轴线，平板8定位成将转子叠片3布置在平板7和8之间，平板7上的连接杆6穿过转子叠片3限定的孔，通过螺母9固定在平板8上。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供一种转子，该转子包括限定转子轴线的轴。第一端部联接到所述轴，且极片限定穿过其中的孔。第二端部定位成将所述极片布置在所述第一端部和所述第二端部之间。所述第一端部和所述第二端部中的一个端部的一部分延伸穿过所述孔，并与所述第一端部和所述第二端部中的另一个端部结合。

在另一实施例中，本发明提供一种电动机器，该电动机器包括：定子；以及转子，该转子布置成与所述定子相互作用。所述转子包括：轴，该轴沿着转子轴线延伸。第一端部联接到所述轴，而且多个极片绕所述轴沿周向布置。所述多个极片中的每个极片限定穿过其中的孔。第二端部定位成将所述多个极片夹在所述第一端部和所述第二端部之间。所述第一端部和所述第二端部中的一个端部的一部分延伸穿过所述孔中的每个孔，并与所述第一端部和所述第二端部中的另一个端部结合。轴承至少部分地支承所述转子轴，从而绕所述转子轴线旋转。

本发明还提供一种制造转子的方法。该方法包括提供多个极片，所述极片中的每个包括孔。该方法还包括：绕轴线布置所述多个极片；形成第一端部；以及形成第二端部，使得所述第一端部和所述第二端部中的至少一个端部的一部分通过所述孔，并与所述第一端部和所述第二端部中的另一个端部结合。

通过考虑详细描述和附图，本发明的其他发面和实施例将变得明显。

附图说明

详细的描述具体参照附图，在附图中：

图1为包括转子的电动机的轴向示意图；

图2为图1的转子的透视图；

图3为图2的转子的一部分的透视图；

图4为图2的转子的另一部分的透视图；

图5为图2的转子除磁体以外的局部分解图；

图6为包括斜的磁体的转子的示意图；

图7为另一转子的示意图，该转子包括存在轴向偏移的转子芯；

图8为包括矩形开口的极片的端视图；

图9为包括矩形开口和圆形开口的另一极片的端视图；而且

图10为图2的转子的另一部分的透视图。

具体实施方式

在具体说明本发明的任何实施例之前，应理解本发明不限于其在以下描述中阐述的或在附图中示出的部件构造和布置的细节中的应用。本发明能具有其他的实施例，并能通过多种方式加以实施或实现。而且，应理解这里使用的用语和术语是为了描述的目的，而不应该视为是限定性的。这里，“包括”、“含有”、或“具有”以及它们的变型的用法旨在包括其后列出的各项及其等同物，以及其他的物项。除非另有说明或限定，在宽泛的意义上使用术语“安装”、“连接”、“支承”以及“联接”及它们的变型，而且这些术语包括直接和间接的安装、连接、支承和联接。而且，“被连接”和“被联接”不限于物理或机械的连接或联接。

如图1所示，电机10通常包括布置在定子20内的转子15。该转子15包括芯25和轴30，轴30从芯25的一端或两端延伸，从而提供支承点并提供方便的轴功率取出点。通常，轴30机械地联接到将要被电机10驱动的部件(例如，泵、压缩机、动力传动系统等)。

通常，一个或多个轴承35与转子轴30接合，并支承转子15，使得转子绕旋转轴40旋转。定子20通常装配在外壳45内。定子20限定了在电机技术领域内通常被提及的、以旋转轴40为中心的大致柱形开口或孔55。当转子15处于其相对于定子20的运行位置时，在转子和定子之间建立起小的气隙。该气隙使得转子15可以在定子20内相对地自由旋转。

图1所示的电机10是无刷永磁体电机。这样，转子15包括限定了两个或更多的磁极的永磁体60(图3示出了一个磁体)，从而产生磁场。定子20包括一个或更多能选择加以通电从而产生磁场的线圈。转子15的磁场与定子20的磁场相互作用，从而产生电磁力矩并使转子旋转。如本领域内技术人员将意识到的那样，除了这里示出的无刷永磁体电机之外，本发明还很好地适于许多种类的电机。这样，本发明不应被限制于仅仅这些类型的电机。而且，本领域内技术人员将意识到本发明还能应用到许多类型的发电机中。此外，这里给出的附图和描述针对转子和/或电机。因此，尽管附图和说明指的是无刷永磁体电机和/或转子，但其他应用也是可能的。

图2示出了已组装的转子15，其适于与图1的电机10一起使用。转子15包括第一端部65、第二端部70、转子轴30、以及芯25。示出的第一端部65和第二端部70呈盘形。然而，如果需要，也可采用诸如多边形的其他形状，来形成第一端部65和/或第二端部70。

在一些结构中，转子15包括定位在轴30附近并环绕轴30的毂75，如图3所示。毂75包括多个向外延伸的类似齿轮齿的齿80。毂75可以具有其他的形状，并能由任何材料形成，而塑料是优选的。相对柔软的塑料能用来吸收和消除在电机工作期间由于嵌齿和波动力矩而产生的扭转振动。毂75通常优选地通过注模而连接到轴30上，从而二者一体地旋转。为了加强毂75和轴30之间的机械接触，轴表面能滚花或能包括底切。能采用其他合适的连接方法(例如，键、螺钉、销等)来将毂75连接到轴30上。在另一结构中，毂75形成为轴30或端部65的一部分。

图3示出的转子芯25包括多个极片85以及多个沿周向布置在转子轴30周围的永磁体60。极片85定位成限定径向延伸的槽90，这些槽90在旋转轴40周围彼此间隔开。槽90通常为尺寸适于容纳和保持永磁体60的大致矩形的开口。这样，永磁体60布置在转子轴30周围，并大致径向延伸，从而它们类似轮子中的辐条。为了使磁通量泄漏最小，能由铁磁钢制成的极片85和永磁体60与轴30径向间隔开。在图3示出的结构中，极片85包括位于外径附近的钩部95。该钩部95有助于保持永磁体60，并抑制磁体60在径向向外的方向上的运动。在其他结构中，不采用该钩部95，而是采用诸如胶合的其他方式来将磁体固定在合适位置。该钩部95在被采用的情况下，还通过在磁体60上方部分闭合槽90而起到了电磁作用，从而降低了磁场在电机气隙内的变化，并减小了嵌齿和/或波动力矩。

如图2至5所示，永磁体60通常在固定的角度位置处沿着旋转轴40延伸。例如，在转子15的一个端部处的12点钟位置开始的永磁体60结束于转子15的相对一端的12点钟位置。然而在一些结构中，期望使永磁体60倾斜，以减小嵌齿和/或波动力矩。图6示出了一种结构，其中永磁体60基本连续，但是不在恒定的角度位置处沿转子15延伸。图6示出的永磁体60在左侧上在大约3点钟位置处开始，而在右侧上在大约1点钟位置处结束。

在另一结构中，如图7所示，通过使两个类似的芯25a、25b偏移而实现有效的倾斜。一个芯25b绕旋转轴40旋转一角度(例如，10度)从而实现倾斜。通常，将非磁性的间隔件或板100定位在这两个芯25a、25b之间，从而使永磁体的轴向通量泄漏最小。可通过与第一端部65或第二端部70类似的方式形成间隔件100。

极片85中的每个极片85通常由铁磁性材料、诸如电工钢的多个迭层形成。这些迭层通常被压制并通过紧固件、粘合剂或其他合适方式而彼此连接。在其他结构中，单件材料形成极片85。在这些结构中，可采用粉末状金属(铁)或柔软的磁性组合物来形成该部件，或者它可以挤压成形、烧结、机器加工或以另外的方式形成。

极片85聚集并集中由通常被切向磁化的永磁体60产生的磁通量。磁路的这一结构增加了电机的单位力矩输出。在一些结构中，每块极片85都包括至少一个阻止极片85和相邻的永磁体60之间相对运动的接口表面。这一结构增强了转子的结构一体性和机械强度。例如，极片85可以包括燕尾形延展物或舌状物，以更好地联接极片85和永磁体60。

极片85限定多个沿着大致平行于旋转轴40的方向延伸穿过极片85的孔(洞)105。在图3示出的结构中，每个极片85都限定三个圆形孔105。当然，如果需要，可以采用更多的或更少的孔105，以及大小和/或形状不同的孔105。

继续参照图3，第一端部65包括第一盘110、环形毂115以及多个销120。如果需要，可将多个指状物125(图4所示)形成为该第一盘110的一部分。在一些结构中，没有这些元件中的一些元件，例如环形毂115和/或指状物125。第一盘110的外径基本等于所布置的极片85的外径，并为第一端部65的其余特征件提供支承。一轴孔延伸穿过第一盘110，从而形成转子轴30的通路。用于端部65的优选材料为相对硬的塑料，这增强了转子15的机械强度。端部65能过模制在轴30和毂75(如果存在毂75的话)上。

环形毂115从第一盘110延伸，而且在一些结构中，还包括限定多个凹部135的内径。凹部135的大小和形状确定为接合转子毂75(参见图5)。这样，环形毂115以及第一端部65联接到轴30上，以进行旋转。尽管图3的结构示出了半圆形齿80和凹部135，但本领域内技术人员将意识到可以采用许多其他的形状来联接毂75和第一端部65以进行旋转。例如，另一结构可包括方形齿和凹部。其他结构可采用燕尾布置。在没有毂75的另外结构中，优选地通过注模工艺将环形毂115直接连接到轴30上。

环形毂115还限定多个向外延伸的块部140，这些块部140从环形毂115的外径延伸。块部140中的每个块部与两个相邻的极片85之间限定的槽90对应。这样，环形毂115限定槽90的最内面的直径，并与安装在每个槽90内的永磁体60接合。

在一些结构中，块部140为燕尾形。燕尾与相邻的极片85接合，并提供一些逆着在电机运行过程中产生的离心力的限制。也可采用不同于燕尾的形状来限定槽90的最内面直径并至少部分地保持相邻的极片85。

所述多个销120中的每个销都从第一盘110延伸穿过限定在极片85内的孔105中的一个孔。在图2至图5示出的结构中，销120为柱形从而与圆形孔105匹配。在使用其他形状的孔105的其他结构中，应采用与孔105对应的其他形状的销120。图3的结构示出了延伸穿过每个极片85内的一个孔105的单个销120。在另一结构中，两个或更多个销120可延伸穿过一些或全部极片85内的孔105。

如所描述的那样，能改变销120和孔105的数量、大小和形状。例如，图8示出了极片85a，该极片85a包含放置在中央极轴线155上的大致矩形的孔150。凸耳160连接到第一端部65或第二端部70上或者是第一端部65或第二端部70的一体部分，凸耳160轴向延伸穿过洞150并进入极片85a。在一些结构中，洞150能一直延伸到极片85a的上表面，从而限定开口槽。还可如图9所示，与圆形洞165一起采用矩形或多边形洞150。如所描述的那样，塑料销轴向延伸穿过圆洞165。凸耳160提供了用于组装多个极片85a和永磁体60的较好固定，而且还提高了转子组件的机械强度。

在一种结构中，凸耳160由例如塑料的非磁性材料制成，并与第一端部65或第二端部70一起注模。在这一结构中，凸耳160还起到了q轴电枢反应场的磁路径内的通量阻挡的作用。降低了q-d凸极比，因此减小了可能存在的磁阻力矩。包括这种转子结构的电机具有较低的电感，从而改进了电流换向。在该电机作为具有拟方波电流的无刷DC电机运行时，这一改进特别明显。

在另一结构中，凸耳160由磁性材料制成，诸如具有相对高的导磁性的铁磁钢，或柔软磁性组合物。在这一结构中，与非磁性凸耳相比，凸耳160的存在对q轴电枢反应场的磁路径的影响降低。此外，所产生的电机具有相对高的q-d凸极，这能用来提高单位力矩输出，特别是在电机作为具有拟正弦波电流的无刷AC电机运行时更是如此。

参照图5，指状物125从第二盘170延伸，并定位在钩部95附近的两个极片85之间。在一些结构中，指状物125形成为第一端部65或第二端部70的一体部分。指状物125与块部140配合，从而使两个相邻的极片85之间维持理想的间隔，并将相邻的极片85相互隔开。这样，任何两个相邻的极片85都与指状物125中的一个以及块部140中的一个配合，从而限定并环绕槽90的周边。指状物125还使永磁体60与在定子和转子之间形成的气隙分开，从而增强了永磁体材料的环境保护。

在参照图4，示出了第二端部70。该第二端部70包括第二盘170、多个销175、多个销孔180、转子轴孔185以及指状物125。应指出，指状物125能形成为第一盘110或第二盘170的一部分，但仅采用了一组指状物125。转子轴孔185的尺寸适于容纳转子轴30并使得轴30可以穿过盘170。在一些结构中，盘170和轴30可包括彼此接合从而进一步联接盘170和轴30进行旋转的部件或特征件(类似于中央毂75和环形毂115)。优选地，端部70由注模相对硬的塑料而形成。

所述多个销175中的每个销都从盘170延伸，且其大小和形状适于与极片85形成的孔105中的一个孔接合。如图3所示，每个极片85都包括三个孔105。这三个孔105中的一个孔接合从第一盘110延伸的销120。其余的两个孔105容纳图4所示的销175。由第二盘170限定的孔180的大小、形状和位置适于容纳从第一盘110延伸的销120。这一布置形成联接和固定所有部件从而作为整体旋转的互锁关系。如所描述的那样，如果需要，可采用不同数量的销175和/或不同布置的销175。此外，可采用许多形状和大小用于销175，以增强转子15和电机10的机械和电磁性能。在一些结构中，只要通过孔180将销120固定到端盘170上可确保转子15令人满意的一体性，可没有所述多个销175。

转而参照图5和图10，将描述转子15的结构。第一端部65优选地由利用注模工艺由塑料材料直接形成到轴30上，和形成到毂75上(如果存在毂75的话)。然而，可采用其他的非磁性材料，且其他的塑性形成工艺也适用。第一端部65包括销120和环形毂115，并可包括指状物125。可选的是，指状物125从第二端部70延伸，如图4和图5所示的那样。极片85叠置在合适位置，且每个迭层都在销120上滑动并接合两个相邻块140之间的空间。在叠置迭层时或者在叠置结束后，可将它们相互紧固或结合。在另一结构中，迭层被叠置，并彼此连接或结合，从而形成完整的极片85，该完整的极片85然后在销120上滑动。在采用实心或单件极片85的结构中，极片85在销120上滑动从而将其定位在转子15中。在极片85正在定位时或已经定位所有的极片85时，永磁体60被定位在槽90中的每个槽内。如果采用预先磁化的磁体60，则所描述的方法特别合适，在该情况下端部65还起到了方便制造的固定件的作用。

在不将指状物125形成为第一端部65或第二端部70的一部分的结构中，可使用可插入的指状物125。在将极片85定位在转子轴30的周围时，该可插入的指状物125能定位在相邻的极片85之间。

第一端部65、极片85、永磁体60以及在优选结构中的转子轴30定位在模具内，以形成第二端部70。第二端部70利用注模工艺由塑料材料制成。在该模制工艺中，形成从第二盘170延伸的销175，也形成环绕从第一盘110延伸的销120的孔180。销175在形成时与第一端部65结合，而在形成孔180时，孔180与从第一盘110延伸的销120结合。如果需要的话，模制的塑料还可延伸并形成指状物125，并覆盖芯25和第一端部65。通常，塑料可自由流入模具中并可填充模具内的任何空的空间。在另一适于小转子的结构中，第二端部70单独形成，并仅包括具有轴孔185和销孔180的非磁性盘170。在此情形下，端部70连接到转子上，并采用热来将塑料结合到端部70、轴30和销120。

在模制步骤之后，可进行任何所需的机器加工来获得具有理想尺寸从而确保能在诸如图1的电机10的电动机器内正常运行的转子15。

应指出的是，一些或所有部件表面可包括接合特征件，或可另外粗糙化，从而增强特定部件和任何模制塑料之间的接合。例如，转子轴30可被滚花，以增强其与毂和/或端部65和70的接合。

在采用非磁化磁体60的情况下尤其合适的另一结构中，极片85、永磁体60以及轴30被布置在它们的运行位置并保持在模具中的固定件中，而且第一端部65和第二端部70在单独一个成形步骤中同时形成。在优选的结构中，该成形步骤包括注模。塑料或其他可注射的材料填充部件内的所有空的空间，将极片85、永磁体65和转子轴30结合在一起。

所描述的制造过程在第一端部65和第二端部70之间建立了化学或分子结合。该结合提供了完成转子组件所需的强度。此外，极片85和永磁体60基本被密封在塑料或其他可注射的材料内，从而提供了一些防止损坏并防止污物或其他污染物的保护。

因此，其中，本发明提供了一种用于诸如电动机10的电动机器的新型和有用的转子15，以及一种组装该转子15的方法。以上所描述的以及在附图中示出的该转子15的结构以及组装该转子15的方法是仅通过示例的方式给出的，并不是对本发明的概念和原理的限制。本发明的各个特征和优点在以下权利要求中阐明。

Claims (13)

1.一种转子，该转子包括：

轴，该轴限定转子轴线；

第一端部，该第一端部联接到所述轴；

极片，该极片限定穿过其中的第一孔；

第二端部，该第二端部定位成将所述极片布置在所述第一端部和所述第二端部之间，所述第一端部和所述第二端部中的一个端部的一部分延伸穿过所述第一孔，并与所述第一端部和所述第二端部中的另一个端部化学或分子结合；以及

一体形成为所述第一端部的一部分的第一销，所述第一销延伸穿过所述第一孔；

其中所述极片包括第二孔，并且其中所述第二端部包括一体形成为所述第二端部的一部分的第二销，所述第二销延伸穿过所述第二孔。

2.如权利要求1所述的转子，其中，所述第一端部模制到所述轴上，从而所述轴和所述第一端部形成一体部件。

3.如权利要求1所述的转子，其中，所述极片为多个极片中的任一极片，每个极片包括穿过其中的所述第一孔并沿周向布置在所述轴周围。

4.如权利要求3所述的转子，其中，所述第一端部包括多个所述第一销，而且其中所述第一销中的每一个第一销延伸穿过所述第一孔中的一个第一孔。

5.如权利要求4所述的转子，其中，所述第一端部还包括多个指状物，所述指状物具有第一侧和第二侧，所述第一侧与所述多个极片中的一个极片接触，所述第二侧与所述多个极片中的相邻一个极片接触。

6.如权利要求3所述的转子，其中，所述多个极片中的每个极片与相邻的极片配合，从而限定矩形的槽。

7.如权利要求6所述的转子，其中，每个槽至少部分地填充有永磁体材料，从而限定永磁体辐条，所述永磁体辐条绕所述转子轴在角度上间隔开并在径向方向上延伸。

8.如权利要求6所述的转子，其中，每个槽至少部分地填充有永磁体材料，从而限定永磁体辐条，而且其中，所述辐条在所述转子的第一端处位于相对于所述转子轴线的第一角位置处，而在所述转子的第二端处位于与所述第一角位置不同的第二角位置处。

9.如权利要求3所述的转子，其中，所述多个极片中的每个极片包括多个彼此紧密接触而叠置的迭层。

10.如权利要求1所述的转子，其中，所述第一销紧密地结合到所述第二端部，且所述第二销紧密地结合到所述第一端部。

11.如权利要求1所述的电机，其中，所述第一端部和所述第二端部中的每个端部至少部分地由注模塑料形成。

12.如权利要求1所述的电机，其中，所述第一端部和所述第二端部中的每个端部同时形成，从而完全包住所述极片。

13.如权利要求1所述的电机，其中，所述极片是第一多个极片中的一个极片，而且其中，所述第一多个极片中的相邻极片相配合，从而限定第一多个槽，所述电机还包括第二多个极片，其中第二多个极片中的相邻极片相配合，从而限定第二多个槽，而且其中，所述第二多个极片定位成使得所述第二多个槽在角度上偏离所述第一多个槽。

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