CN101473144B - 用于旋转机械的减振转子组件 - Google Patents

Abstract

一种用于电机的具有转子铁芯长度的转子，包括包含柱形部的轴和具有柱形开口的轴套筒。该轴套筒联接到轴，使得柱形开口和柱形部限定过盈配合。转子套筒延长转子铁芯长度并包括柱形外表面和内表面。该内表面与轴套筒隔开一段非零距离以限定空间。弹性材料设置在该空间内并结合到轴套筒和转子套筒。

Description

用于旋转机械的减振转子组件

相关申请数据

本申请根据美国法典第35篇第119条(e)款要求于2006年5月16日提交的共同未决的美国临时申请NO.60/800,686的权益，该临时申请的全文以引用的方式结合在此。

技术领域

本发明涉及一种用于电机的转子。更具体地是，本发明涉及一种包括转子铁芯的电机，该转子铁芯具有提供阻尼的弹性元件。

背景技术

诸如发电机和电机的电机通常包括至少部分地布置在定子内的转子。定子和转子包括磁体或产生磁场的励磁线圈。磁场互相作用以产生转子的期望旋转(即转速和方向)。

如特定的应用所要求的，某些转子可能以变化的转速运行。这些转子中的一些可能会在特定转速(例如低转速运行)下产生不希望的振动。该振动可在连接到电机的部件上造成额外的磨损，这通常是不希望的。

发明内容

本发明提供了一种用于诸如电机的电机的转子铁芯，其包括提供转子阻尼以降低电机噪音的弹性元件。铁芯包括基本上限定一个环形空间的第一套筒和第二套筒。弹性材料布置在环形空间内以使第一套环和第二套筒彼此结合。第一套筒包括沿套筒长度延伸以改善第一套筒和弹性材料之间的连接的多个峰部和谷部。

在一种结构中，本发明提供了一种具有转子铁芯长度的电机的转子。该转子包括包含柱形部的轴和具有柱形开口的轴套筒。该轴套筒联接到轴，使得柱形开口和柱形部限定过盈配合。转子套筒延长转子铁芯长度并包括柱形外表面和内表面。该内表面与轴套筒隔开一段非零距离以限定空间。弹性材料布置在该空间内并结合到轴套筒和转子套筒。

在另一种结构中，本发明提供了一种具有转子铁芯长度的电机的转子。该转子包括包含柱形部的轴以及具有柱形开口和外部表面的轴套筒。所述外部表面包括多个峰部和谷部。轴套筒联接到柱形部。转子套筒具有柱形外表面和内表面。该内表面与轴套筒隔开一段非零距离以限定空间。转子套筒延长铁芯长度，并且弹性材料布置在该空间内并结合到轴套筒和转子套筒。

在又一种结构中，本发明提供了一种具有转子铁芯长度的电机的转子。转子包括限定旋转轴线的包含柱形部的轴。轴套筒联接到该轴并具有第一内表面和第一外表面。该第一内表面在垂直于旋转轴线的平面内具有圆形横截面而第一外表面在该平面内具有非圆形横截面。转子套筒延长转子铁芯长度并包括第二外表面和第二内表面。该第二外表面在所述平面内具有圆形横截面而第二内表面在所述平面内具有非圆形横截面。内表面与轴套筒隔开一段非零距离以限定空间，并且弹性材料布置在该空间内并结合到第一外表面和第二内表面。

附图说明

图1是包括转子的电机的侧面示意图；

图2是沿图3的2-2线截取的图1的转子铁芯的剖视图；

图3是图1的转子铁芯的正视图；

图4是沿图5的4-4线截取的图1的转子铁芯的轴套筒的剖视图；

图5是图4的轴套筒的正视图；

图6是沿图7的6-6线截取的另一个转子铁芯的剖视图；

图7是图6的转子铁芯的正视图；

图8是沿图9的8-8线截取的另一个转子铁芯的剖视图；

图9是图8的转子铁芯的正视图；

图10是图8的转子铁芯的轴套筒的正视图；

图11是图8的转子铁芯的转子套筒的内表面的峰部的放大图；

图12是沿图3的2-2线截取的并包括间隔件的图3的转子铁芯的剖视图；和

图13是沿图3的2-2线截取的并包括另一间隔件的图3的转子铁芯的剖视图。

具体实施方式

在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明并不将其应用局限于在以下的说明书中阐述或在附图中示出的结构和部件布置的细节。本发明能有其它的实施例并且能够以各种方式实践或实现。而且，应当理解，本文中所使用的措辞和专业术语是出于描述的目的而不应视为限制。本文中“包含”、“包括”、或“具有”及其变形的使用是表示涵盖了其后列出的项及其等价物以及附加项。除非另外指定或限定，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变形都被广义使用并涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和联接。而且，“连接”和“联接”并不限于物理或机械式的连接或联接。

如图1示意性示出的，电机10通常包括设置在定子20内的转子15。转子15包括转子铁芯25和优选为固体的轴30，该轴30从转子铁芯25的一端或两端延伸，以提供支撑点并提供便利的轴动力分出点。通常，两个或多个轴承35与转子轴30接合并支撑转子15，使得转子15绕旋转轴线40旋转。定子20通常包括支撑定子铁芯50的壳体45。定子铁芯50限定在旋转轴线40上居中的基本为柱形的腔体55。当转子15相对于定子20处于其运行位置时，转子铁芯25通常在腔体55内居中，使得在转子铁芯25和定子铁芯50之间建立小的气隙。该气隙允许转子15在定子20内的相对自由的旋转。

图1所示的电机10是永磁无刷电机。如此，转子15包括限定两个或多个磁极的永磁体(未示出)。定子20包括可选择性地励磁以产生变动磁场的绕组。转子15的永磁体与定子20的磁场互相作用以产生转子旋转。如本领域普通技术人员将认识到的，除了在此示出的永磁无刷电机10之外，本发明能够很好地适用于多种类型的电机(例如感应电机)。由此，本发明不应限于仅这些类型的电机。此外，本领域普通技术人员将认识到，本发明还可应用于多种类型的发电机。因此，尽管附图和说明书涉及无刷电机10和/或转子15，但是其他的应用也是可能的。

图2和图3示出了适合与图1的电机10一起使用的转子铁芯25。具体地是，图2示出了包括第一套筒或轴套筒60、阻尼部65以及第二套筒或转子套筒70的转子铁芯25。转子套筒70是具有内表面85和外表面90的基本为柱形的管。设置外表面90的大小以容纳特定的电机10所需的永磁体、叠片、或转子铁芯件。

在示出的结构中，转子套筒70相对较厚(也就是大于约0.25英寸)，使得不再需要叠片或附加的铁芯材料。永磁体被简单地粘接或直接连接到转子套筒70的外表面90。在优选的结构中，使用粉末金属来形成转子套筒70。但是，可以采用多种不同的制造工艺(例如模压锻造，机械加工等)，只要转子套筒70包括足够多的铁质材料即可。

图4和图5所示的轴套筒60包括内表面95和外表面100。设置内表面95的大小以紧密地配合在转子15的轴30上。在优选的结构中，轴30和轴套筒60之间存在轻度的过盈配合以抑制两部件之间的相对旋转。在某些结构中，轴30的内表面95和外表面之一或两者都可以被粗糙化以增加其间的摩擦接合。

轴套筒60的外表面100包括在轴套筒60的整个长度上延伸的多个峰部105和谷部110。当在垂直于旋转轴线(图3)的平面内观察时，最好地示出了峰部105和谷部110。在示出的结构中，有六个峰部105和六个谷部110，而其它的结构可以采用更多或更少的峰部105和谷部110。每个峰部105都略窄于每个谷部110。换句话说，每个峰部105限定平均峰部宽度121而每个谷部110限定大于峰部宽度121的平均谷部宽度122。但是，其它的结构可包括宽度相等的峰部105和谷部110或者峰部105比谷部110更宽。峰部105和谷部110由基本为正弦的光滑曲线限定。但是，其它的结构可包括不同形状的峰部，例如三角形、正方形、梯形或者其它形状。

例如，图8至10示出了包括峰部105和谷部110的转子铁芯25b的另一结构，其中峰部包括基本平坦的表面75，该基本平坦的表面75在谷部110的底部和峰部105的顶部之间延伸。如图10所示，相邻的表面75配合限定了大约为120度的角80，其他角度的角80也是可能的。因此，峰部105包括弯曲顶峰123，弯曲顶峰123限定在外表面100内部的焦点124或焦点区。谷部110包括槽部126，槽部126限定在外表面100内部的焦点127或焦点区。在某些结构中，槽部126是基本上平坦的，因此在外表面100上定位焦点，为了说明的目的，其位于外表面100的内部。

在示出的结构中，轴套筒60由粉末金属制成。但是，其它的结构可使用其它的制造工艺(例如铸造，锻造，机械加工等)以成形轴套筒60。在优选的结构中，采用铁质材料和也适于使用的其它材料。

转子套筒70和轴套筒60协作以大体上限定环形空间125。在某些结构中，如果需要，可以采用环形端板以完全封闭环形表面125。在继续说明之前，如本文中所用的术语“环形”不应被限制为由两个挤压和隔开的圆限定的空间。而是任何由环绕第二部件的第一部件所限定的空间都是“环形”。因此，不规则的或非圆形的内表面或外表面也可以限定环形空间。

弹性材料在环形空间125内布置在轴套筒60和转子套筒70之间，以限定阻尼部65并使轴套筒60和转子套筒70互连。选择弹性材料，使得在轴套筒60和转子套筒70之间提供足够刚性的连接以允许转矩的传递，但是仍能提供一些减振。在优选的结构中，优选采用具有大约47到57之间硬度值的材料。一种合适的材料是聚氨酯或聚氨酯橡胶，而其他的材料也是可能的。

轴套筒60的峰部105和谷部110与弹性材料接合并增强其间的连接。具体地，不再只依赖于轴套筒60和阻尼部65之间的摩擦连接，峰部105和谷部110引入了某种剪切区域，增加了在阻尼部65和轴套筒60之间造成相对移动所需的力。

在某些结构中，转子套筒70的内表面85被粗糙化、滚花或裂瓣处理以增加阻尼部65和转子套筒70之间的连接强度。通常，这是不需要的，因为阻尼部65和转子套筒70之间的表面面积远远大于轴套筒60和阻尼部65之间的表面面积。较大的表面面积增加了两部件之间的总摩擦力且通常使非圆形表面不再必要。

图9和图11示出了包括在转子套筒70b的内表面85上形成的峰部112的转子铁芯25b。峰部112延伸入环形表面125中并提供附加的剪切区域以及附加的接合弹性材料的表面面积。与没有峰部112时能够传递的转矩相比，峰部112增加了能够在转子套筒70b和阻尼部65之间传递的转矩量。如图11所示，峰部112基本为三角形或楔形的，具有两个基本平坦的表面113和一个轻微圆化的顶角部114。两个平面113协作限定大约为90度的角116，其它角度也是可能的。当然，如特定应用需要，可将峰部112改变为其它形状、尺寸和数量。例如，其它的结构包括正方形的峰部、半圆形的峰部，和/或梯形的峰部。如希望确保转子铁芯和弹性材料以及转子套筒和弹性材料之间足够的连接和足够的剪切面积，可改变转子铁芯峰部的形状和转子套筒峰部的形状。在一种结构中，转子铁芯峰部和转子套筒峰部类似于花键轴的花键。

尽管本结构包括直接连接到定子套筒70的外表面90的永磁体，但是其它的结构可包括连接到定子套筒70的外表面90的叠片或其它铁芯部分。磁体然后连接到该叠片或其它铁芯部分。

图6和图7示出了包括基本为管状部件的轴套筒60a的另一种转子铁芯25a。换句话说，在从垂直于旋转轴线的平面内看去时内表面和外表面都是圆形的。尽管这种结构会在某些应用中有效，但是图2至图5所示的结构仍具有几个优点。例如，图2至图5的结构能够以比图6至图7的结构更高的转矩水平下运行。

图12示出了包括设置在转子套筒70的内表面附近的间隔件150的另一种转子铁芯25b。间隔件150与转子套筒70协作限定未用弹性材料填充的空间155。间隔件150包括与转子套筒70相接触并形成基本密封以阻止弹性材料进入空间155内的两个内表面160、165。因此，间隔件150减少了布置在轴套筒60和转子套筒70之间的弹性材料的量。在优选的布置中，在间隔件150的任意一端上都要使用至少一英寸的弹性材料以限定阻尼部65并确保转子套筒70和轴套筒60之间足够的连接。

图13示出了类似于图12的一种替代结构。图13的转子铁芯25c包括与轴套筒60而不是与转子套筒70协作限定空间175的间隔件170。在这种布置中，间隔件170包括两个内表面180、185，该两个内表面完全匹配轴套筒60的形状以在其间限定基本密封。因此，图13的间隔件170也减少了限定阻尼部65和填充轴套筒60与转子套筒70之间空间所需的的弹性材料的量。

在又一种结构中，第一垫圈和第二垫圈被插入到轴套筒60和转子套筒70之间的空间内。垫圈包括与轴套筒60接触的内表面和与转子套筒70接触的外表面。因此，当垫圈彼此隔开时，它们限定未填充弹性材料的空间。在这种结构中，轴套筒60和转子套筒70之间的空间被分为填充有弹性材料以限定阻尼部65的两个独立空间。

为了组装本文中讨论的转子铁芯25、25a，首先制造转子套筒70和轴套筒60。如上所述，优选的结构采用粉末金属来制造这些部件，照这样，一般可以采用代表性的粉末金属制造技术(例如压制、烧结、机械加工等)。

在某些结构中，转子套筒70在进一步组装之前联接到轴30。在其他的结构中，转子铁芯25在轴30联接到轴套筒60之前被进一步组装。轴套筒60和转子套筒70布置在模具内并加入弹性材料。在一种结构中，弹性材料从开孔中注入到环形空间125内并被允许设置以完成阻尼部65。在另一种结构中，轴套筒60和转子套筒布置在模具内以封闭环形空间125，而弹性材料被喷入空间125内以完成阻尼部65。使用两种工艺中的任意一种来生产包括由阻尼部65彼此结合的转子套筒70和轴套筒60的转子铁芯25。

在轴30被最后加入的结构中，将铁芯25压到或者收缩配合到轴30上。然后使用任意合适的工艺(例如，焊接、软钎焊、硬钎焊、粘合剂、胶粘剂、紧固件等)将磁体连接到转子套筒70。

因此，除了其他方面以外，本发明还提供了一种用于电机10的新型而有用的转子铁芯25。更具体地，本发明提供了一种新型而有用的转子铁芯25，其包括降低了不希望的电机噪音的阻尼部65。

Claims (20)

1.一种具有转子铁芯长度的电机的转子，所述转子包括：

包括柱形部的轴；

延伸所述转子铁芯长度并且具有柱形开口的单件式轴套筒，所述轴套筒联接到所述轴，使得所述柱形开口和所述柱形部限定过盈配合；

单件式转子套筒，该转子套筒延伸所述转子铁芯长度并包括柱形外表面和内表面，所述内表面与所述轴套筒隔开一段非零距离以限定空间；和

弹性材料，该弹性材料设置在所述空间内并结合到所述轴套筒和所述转子套筒，其中所述轴套筒包括外部表面，所述外部表面包括多个峰部和多个谷部，所述多个峰部和多个谷部由基本为正弦的光滑曲线限定。

2.如权利要求1所述的转子，其中所述轴限定旋转轴线，且所述转子套筒的所述外表面和所述内表面在垂直于所述旋转轴线的平面中限定圆形横截面。

3.如权利要求1所述的转子，还包括固定地连接到所述柱形外表面的多个磁体。

4.如权利要求1所述的转子，其中所述多个峰部具有第一宽度且所述多个谷部具有第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度。

5.如权利要求1所述的转子，其中所述多个峰部包括弯曲顶峰，该弯曲顶峰具有在所述外部表面内部的焦点，并且所述多个谷部包括槽部，该槽部具有在所述外部表面内部的焦点。

6.如权利要求1所述的转子，其中所述转子套筒的内表面包括朝着所述轴延伸的多个基本楔形的峰部。

7.一种具有转子铁芯长度的电机的转子，所述转子包括：

包括柱形部的轴；

单件式轴套筒，该轴套筒延伸所述转子铁芯长度并且具有柱形开口以及包括多个峰部和谷部的外部表面，所述轴套筒联接到所述柱形部；

具有柱形外表面和内表面的转子套筒，所述内表面与所述轴套筒隔开一段非零距离以限定空间，所述转子套筒延伸所述铁芯长度；和

弹性材料，该弹性材料设置在所述空间内，并结合到所述轴套筒和所述转子套筒。

8.如权利要求7所述的转子，其中所述柱形部和所述柱形开口相配合以限定过盈配合。

9.如权利要求7所述的转子，其中所述轴限定旋转轴线，并且其中所述柱形开口在垂直于所述旋转轴线的平面中限定圆形横截面。

10.如权利要求9所述的转子，其中所述转子套筒的所述外表面和所述内表面在垂直于所述旋转轴线的所述平面中限定圆形横截面。

11.如权利要求7所述的转子，还包括固定地连接到所述柱形外表面的多个磁体。

12.如权利要求7所述的转子，其中所述峰部限定第一宽度，且所述谷部限定第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度。

13.如权利要求7所述的转子，其中所述峰部包括弯曲顶峰，该弯曲顶峰具有在所述外部表面内部的焦点，并且其中所述谷部包括槽部，该槽部具有在所述外部表面内部的焦点。

14.如权利要求7所述的转子，其中所述转子套筒的内表面包括朝着所述轴延伸的多个基本楔形的峰部。

15.一种具有转子铁芯长度的电机的转子，所述转子包括：

包括柱形部的轴，所述轴限定旋转轴线；

单件式轴套筒，该轴套筒联接到所述轴并具有第一内表面和第一外表面，所述第一内表面在垂直于所述旋转轴线的平面中具有圆形横截面，且所述第一外表面在所述平面中具有非圆形横截面；

单件式转子套筒，该转子套筒延伸所述转子铁芯长度并包括第二外表面和第二内表面，所述第二外表面在所述平面中具有圆形横截面，且所述第二内表面在所述平面中具有非圆形横截面，所述第二内表面与所述轴套筒隔开一段非零距离以限定空间；和

弹性材料，该弹性材料设置在所述空间内，并结合到所述第一外表面和所述第二内表面。

16.如权利要求15所述的转子，其中所述第一内表面和所述柱形部相配合以限定过盈配合。

17.如权利要求15所述的转子，还包括固定地连接到所述第二外表面的多个磁体。

18.如权利要求15所述的转子，其中所述第一外表面包括多个限定第一宽度的峰部和多个限定第二宽度的谷部，所述第二宽度大于所述第一宽度。

19.如权利要求15所述的转子，其中所述第一外表面包括多个峰部和多个谷部，所述多个峰部包括弯曲顶峰，该弯曲顶峰具有在所述第一外表面内部的焦点，所述多个谷部包括槽部，该槽部具有在该槽部内部的焦点。

20.如权利要求15所述的转子，其中所述第二内表面包括朝着所述轴延伸的多个基本楔形的峰部。

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