CN102904358B - 永久磁体转子和组装该永久磁体转子的方法 - Google Patents

永久磁体转子和组装该永久磁体转子的方法 Download PDF

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Abstract

描述一种永久磁体转子。该永久磁体转子包括至少一个永久磁体和转子芯体，该转子芯体包括第一端部和第二端部。转子芯体包括至少一个内壁，该至少一个内壁限定永久磁体开口，该永久磁体开口构造成容纳该至少一个永久磁体。转子芯体还包括至少一个永久磁体保持构件，该至少一个永久磁体保持构件从该至少一个内壁基本上沿径向延伸并且构造成维持该至少一个永久磁体相对于该至少一个永久磁体开口的位置。

Description

永久磁体转子和组装该永久磁体转子的方法
技术领域
这里描述的实施例总体上涉及电机，并且更特别地涉及用于电机的内部永久磁体转子和组装该内部永久磁体转子的方法。
背景技术
各种类型的电机包括永久磁体。例如，无刷直流（BLDC）马达可以包括联接到转子芯体的外表面的多个永久磁体。典型地，该多个永久磁体使用粘合剂和/或外部保持覆盖物联接到转子芯体的外表面。永久磁体和转子芯体之间的联接必须抵抗在倾向于从转子芯体分离永久磁体的高速旋转期间施加在永久磁体上的力。
永久磁体也可以布置在转子芯体内。这种转子可以称为内部永久磁体转子。槽形成在转子内并且磁体插入到槽中。磁体槽必须大于磁体以允许磁体插入。然而，磁体必须被固定在槽内以防止磁体在机器的操作期间运动。机器的性能取决于将磁体维持在转子内的已知位置中。为了将磁体固定在相对于转子的固定位置中，槽可以是锥形的以便挤压磁体。由于从层叠件到层叠件的交错和制造公差，锥形的槽难以实现。永久磁体也可以使用粘合剂固定在槽内。然而，由于诸如温度、温度循环和环境情况的因素，粘合剂具有有限的寿命。
发明内容
在一个方面，提供一种永久磁体转子。该永久磁体转子包括至少一个永久磁体和转子芯体，该转子芯体包括第一端部和第二端部。转子芯体包括至少一个内壁，该至少一个内壁限定永久磁体开口，该永久磁体开口构造成容纳该至少一个永久磁体。转子芯体还包括至少一个永久磁体保持构件，该至少一个永久磁体保持构件从该至少一个内壁基本上沿径向延伸并且构造成维持该至少一个永久磁体相对于该至少一个永久磁体开口的位置。
在另一方面，提供一种电机。该电机包括机器外壳和至少部分地布置在机器外壳内的定子。电机还包括转子，该转子至少部分地布置在机器外壳内并且构造成相对于定子旋转。转子包括至少一个永久磁体和转子芯体。转子芯体包括第一端部、第二端部和限定永久磁体开口的至少一个内壁，该永久磁体开口构造成容纳该至少一个永久磁体。转子芯体还包括至少一个永久磁体保持构件，该至少一个永久磁体保持构件从该至少一个内壁基本上沿径向延伸并且构造成维持该至少一个永久磁体相对于该至少一个永久磁体开口的位置。
在又一方面，提供一种用于维持永久磁体相对于转子芯体的位置的方法。转子芯体包括第一端部、第二端部和限定永久磁体开口的至少一个内壁，该永久磁体开口构造成容纳永久磁体。永久磁体在转子芯体的第一端部和第二端部之间延伸。该方法包括设置至少一个永久磁体保持构件，该至少一个永久磁体保持构件用于向着至少一个内壁偏压永久磁体。该方法还包括将永久磁体布置在永久磁体开口内。
附图说明
图1是示例性电机的透视剖开视图。
图2是可以被包括在图1中示出的电机内的示例性转子芯体的前视图。
图3是图2中示出的转子芯体的一部分的展开视图。
图4是可以被包括在图1中示出的电机内的转子芯体的第一替代实施例的前视图。
图5是可以被包括在图1中示出的电机内的转子芯体的第二替代实施例的前视图。
图6是可以被包括在图1中示出的电机内的转子芯体的第三替代实施例的前视图。
图7是用于维持永久磁体相对于可以被包括在图1中示出的电机内的转子芯体的位置的示例性方法的流程图。
具体实施方式
这里描述的方法、系统和设备维持永久磁体转子内的永久磁体的位置。虽然在这里被描述为与电动马达关联，但这里描述的方法、系统和设备也可以与发电机关联。如这里描述的，转子芯体内的永久磁体开口包括至少一个永久磁体保持构件，该永久磁体保持构件构造成维持磁体在该开口内的位置，同时减小对低制造公差的依赖。
图1是示例性电动马达10的透视剖开视图。虽然这里称为电动马达10，但电动马达10可以用作发电机或马达。电动马达10包括第一端部12和第二端部14。电动马达10包括马达组件外壳16。电动马达10还包括静止组件18和可旋转组件20。马达组件外壳16限定马达10的内部22和外部24并且构造成至少部分地包围和保护静止组件18和可旋转组件20。静止组件18包括定子芯体28，该定子芯体包括多个定子齿30和缠绕定子齿30的多个绕组32。在示例性实施例中，静止组件18是三相凸极定子组件，定子芯体28由层叠件堆叠而形成，该堆叠的层叠件由高度磁性可穿透材料制成，并且绕组32以本领域技术人员已知的方式缠绕在定子芯体28上。
可旋转组件20包括永久磁体转子芯体36和轴38。在示例性实施例中，转子芯体36由层叠件堆叠而形成并且基本上被容纳在定子芯体28的中心芯体中，该堆叠的层叠件由磁性可穿透材料制成。转子芯体36和定子芯体28在图1中为了简单起见被示出为实线，它们的构造是本领域技术人员熟知的。虽然图1是三相电动马达的图示，但这里描述的方法和设备可以被包括在具有任何数量的相的马达（包括单相和多相电动马达）内。
在示例性实施例中，电动马达10联接到风扇（未示出）以便使空气移动通过空气处理系统，以便将空气吹过冷却线圈，且/或以便驱动空气调节/制冷系统内的压缩机。更具体地，马达10可以用在用于加热、通风和空气调节（HVAC）工业的空气移动应用中，例如在使用1/3马力（hp）到1hp马达的住宅应用中。马达10也可以用于商业和工业应用和/或用于空气调节应用的封闭式压缩机马达，其中马达10可以具有大于1hp的额定功率。虽然这里在空气处理系统的情况下被描述，但电动马达10可以接合任何合适工作部件并且构造成驱动这种工作部件。
图2是可以被包括在电动马达10（在图1中被示出）内的转子芯体36（在图1中被示出）的示例性实施例的前视图。在示例性实施例中，可旋转组件20包括转子芯体36和轴38。可旋转组件20也可称为内部永久磁体转子。可以包括内部永久磁体转子的马达的例子包括但不限于电子整流马达（ECM）。ECM可以包括但不限于无刷直流（BLDC）马达、无刷交流（BLAC）马达和可变磁阻马达。
转子芯体36包括轴开口42，该轴开口的直径对应于轴38的直径。转子芯体36和轴38是同心的并且构造成绕旋转轴线50（在图1中被示出）旋转。在示例性实施例中，转子芯体36包括互锁的或松开的多个层叠件。在替代实施例中，转子芯体36是实体芯体。例如，转子芯体36可以使用烧结工艺由软磁复合（SMC）材料、软磁合金（SMA）材料和/或粉末铁氧体材料形成。
转子芯体36还包括多个内壁，该多个内壁限定多个永久磁体开口52。例如，第一内壁54、第二内壁56、第三内壁58和第四内壁60限定多个永久磁体开口52的第一永久磁体开口68。在示例性实施例中，永久磁体开口52还包括第二永久磁体开口70、第三永久磁体开口72、第四永久磁体开口74、第五永久磁体开口76、第六永久磁体开口78、第七永久磁体开口80、第八永久磁体开口82、第九永久磁体开口84、第十永久磁体开口86、第十一永久磁体开口（在图2中未示出）、第十二永久磁体开口（在图2中未示出）、第十三永久磁体开口（在图2中未示出）、第十四永久磁体开口（在图2中未示出）、第十五永久磁体开口（在图2中未示出）、第十六永久磁体开口（在图2中未示出）、第十七永久磁体开口（在图2中未示出）、第十八永久磁体开口（在图2中未示出）、第十九永久磁体开口（在图2中未示出）和第二十永久磁体开口（在图2中未示出）。
永久磁体开口52从第一端部12（在图1中被示出）延伸通过转子芯体36到第二端部14（在图1中被示出）。永久磁体开口52的每一个构造成容纳一个或更多个永久磁体。永久磁体至少部分地通过开口52从转子芯体36的第一端部12延伸到第二端部14。例如，第一永久磁体110布置在第一永久磁体开口68内，第二永久磁体112布置在第二永久磁体开口70内，第三永久磁体114布置在第三永久磁体开口72内，第四永久磁体116布置在第四永久磁体开口74内，第五永久磁体118布置在第五永久磁体开口76内，第六永久磁体120布置在第六永久磁体开口78内，第七永久磁体122布置在第七永久磁体开口80内，第八永久磁体124布置在第八永久磁体开口82内，第九永久磁体126布置在第九永久磁体开口84内，并且第十永久磁体128布置在第十永久磁体开口86内。
在示例性实施例中，转子芯体36包括多个转子极148，例如，十个转子极。每一个转子极148包括多个永久磁体。例如，第一转子极150由第一永久磁体110和第二永久磁体112产生，第二转子极152由第三永久磁体114和第四永久磁体116产生，第三转子极154由第五永久磁体118和第六永久磁体120产生，第四转子极156由第七永久磁体122和第八永久磁体124产生，并且第五转子极158由第九永久磁体126和第十永久磁体128产生。虽然被描述为包括十个极，但转子芯体36可以包括允许马达10如这里描述的那样起作用的任何数量的极。此外，虽然被描述为分别由两个永久磁体产生，但多个转子极148的每一个可以由三个永久磁体、四个永久磁体、或允许电动马达10如这里描述的那样起作用的任何其它合适数量的永久磁体产生。
图3是转子芯体36（在图2中被示出）的部分（A）的展开前视图。如上面描述的，在示例性实施例中，转子芯体36包括永久磁体开口52。在示例性实施例中，开口52是基本上矩形的开口。虽然被描述为矩形的，但开口52可以是允许可旋转组件20如这里描述的那样起作用的对应于永久磁体的形状的任何合适形状。
在示例性实施例中，永久磁体开口52包括至少一个永久磁体保持构件180。例如，第五永久磁体开口76包括至少一个永久磁体保持构件180。在示例性实施例中，永久磁体保持构件180是从第一内壁54基本上沿径向延伸的突起。保持构件180也可以称为突出构件和/或突出部。永久磁体保持构件180维持第五永久磁体118相对于第五永久磁体开口76的位置。更具体地，保持构件180与永久磁体118的第一边缘190接触并且构造成向着第二内壁56偏压永久磁体118。
在示例性实施例中，永久磁体保持构件180在转子芯体36的第一端部12（在图1中被示出）和第二端部14（在图1中被示出）之间沿轴向延伸。保持构件180可以构造成提供轻微的柔性，即相对于内壁54的一些挠性。这种挠性允许具有较宽尺寸范围（例如，由于较大的制造公差）的永久磁体在永久磁体开口76内被保持就位。此外，这种挠性使保持构件180能够维持永久磁体118的第二端部192和第二内壁56之间的接触以便磁体具有比永久磁体开口76是实心的并且在所有侧上没有柔性的情况高的制造公差。
在示例性实施例中，为提供上述柔性，保持构件180从第一内壁54延伸使得保持构件180和第一内壁54之间的角度200小于90度。此外，确定保持构件180的厚度202以设置具有预定义柔性的保持构件180。永久磁体118可以包括具有预定义的半径206的圆的角部。在示例性实施例中，确定保持构件180的长度208（即，保持构件180延伸到永久磁体开口中的距离）使得永久磁体保持构件180延伸过半径206到永久磁体的边缘，例如边缘190。
图4是可以被包括在电动马达10（在图1中被示出）内的转子芯体220的第一替代实施例的前视图。在替代实施例中，转子芯体220包括多个永久磁体开口222，每一个永久磁体开口包括至少一个永久磁体保持构件224。例如，第一内壁230、第二内壁232、第三内壁234和第四内壁236限定多个永久磁体开口222的第一永久磁体开口238。在替代实施例中，永久磁体保持构件224是从第三内壁234基本上沿径向延伸的突起。永久磁体保持构件224维持永久磁体240相对于第一永久磁体开口238的位置。更具体地，保持构件224与永久磁体240的第一边缘242接触并且构造成向着第二内壁232偏压永久磁体240。
图5是可以被包括在电动马达10（在图1中被示出）内的转子芯体250的第二替代实施例的前视图。在替代实施例中，转子芯体250包括多个永久磁体开口252。在替代实施例中，永久磁体开口252的每一个包括至少一个永久磁体保持构件254。例如，第一内壁256、第二内壁258、第三内壁260和第四内壁262限定多个永久磁体开口252的第一永久磁体开口264。在替代实施例中，永久磁体保持构件254是从第一内壁256基本上沿径向延伸的突起。永久磁体保持构件254维持永久磁体266相对于第一永久磁体开口264的位置。更具体地，保持构件254与永久磁体266的第一边缘268接触。在替代实施例中，第一内壁256和保持构件254之间的角度200近似等于90°。永久磁体保持构件254不如上面相对于保持构件180（在图3中被示出）和保持构件224（在图4中被示出）描述的那样挠曲和偏压永久磁体266。保持构件254帮助维持永久磁体266相对于永久磁体开口264的位置，然而，不提供柔性和由柔性保持构件（例如，保持构件180和/或224）所提供的固定保持。
图6是可以被包括在电动马达10（在图1中被示出）内的转子芯体270的第三替代实施例的前视图。在第三替代实施例中，转子芯体270包括多个永久磁体开口272，该多个永久磁体开口包括第一永久磁体开口274。第一内壁276、第二内壁278、第三内壁280和第四内壁282限定第一永久磁体开口274。在第三替代实施例中，每一个转子极由单个永久磁体产生。第一永久磁体284布置在第一永久磁体开口274内。
在第三替代实施例中，每一个永久磁体开口包括两个永久磁体保持构件。第一永久磁体保持构件例如保持构件180（在图3中被示出），和第二永久磁体保持构件例如保持构件254（在图5中被示出）从第一内壁276延伸。永久磁体保持构件180和254维持永久磁体284相对于第一永久磁体开口274的位置。更具体地，保持构件180与永久磁体284的第一边缘290接触并且构造成向着第二保持构件254偏压永久磁体284。
图7是用于维持永久磁体例如第五永久磁体118（在图3中被示出）相对于转子芯体例如转子芯体36（在图3中被示出）的位置的示例性方法302的流程图300。方法302包括设置304至少一个永久磁体保持构件，例如，保持构件180（在图3中被示出），该保持构件180用于将永久磁体118偏压向至少一个内壁，例如第二内壁56（在图3中被示出）。方法302还包括将永久磁体118布置306在永久磁体开口72内。
设置304至少一个永久磁体保持构件可以包括设置从第一内壁54延伸的至少一个柔性突起。此外，将永久磁体118布置306在永久磁体开口72内可以包括至少部分地将永久磁体118布置在永久磁体保持构件180和永久磁体开口72之间。此外，方法302可以包括确定308永久磁体保持构件180和至少一个内壁54之间的角度200（在图3中被示出），从而向永久磁体118提供压力并且维持永久磁体118相对于永久磁体开口72的位置。
这里描述的是用于维持永久磁体相对于转子芯体的位置的示例性方法、系统和设备。如这里描述的，转子内的磁体槽包括至少一个永久磁体保持构件，该至少一个永久磁体保持构件构造成维持磁体在槽内的位置，同时允许增大的制造公差。
这里描述的方法，系统和设备促进用于电机的永久磁体转子的高效率的且经济的制造。在这里详细描述且/或示出方法、系统和设备的示例性实施例。该方法、系统和设备不限于这里描述的具体实施例，而是每一个设备或系统的部件，以及每一个方法的步骤可以与这里描述的其它部件和步骤独立地且分离地使用。每一个部件和每一个方法步骤也可以与其它部件和/或方法步骤组合地使用。
当介绍这里描述和/或示出的方法和设备的元件/部件/等时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图意指存在一个或更多个元件/部件/等。术语“包括”、“包含”和“具有”意图是包括性的并且意指可以存在除了列出的元件/部件/等外的另外的元件/部件/等。
这个书面描述使用例子来公开本发明（包括最佳模式），并且也使本领域技术人员能够实施本发明（包括制造和使用任何装置或系统和执行任何包括的方法）。可取得专利的本发明的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它例子。如果其它例子具有与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果其它例子包括与权利要求的字面语言无本质差异的等同结构要素，则这种其它例子也在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种永久磁体转子，所述永久磁体转子包括：
至少一个永久磁体；和
包含第一端部和第二端部的转子芯体，所述转子芯体包括限定永久磁体开口的第一周向侧壁、第二周向侧壁、径向内壁和径向外壁，所述永久磁体开口构造成容纳所述至少一个永久磁体，其中，所述径向外壁包括第一部分和相对于所述第一部分倾斜定向的第二部分，其中，所述第二周向侧壁被定向成基本上垂直于所述径向内壁和所述径向外壁中的至少一个，所述转子芯体还包括至少一个永久磁体保持构件，所述至少一个永久磁体保持构件靠近所述第一周向侧壁并朝向所述第二周向侧壁从所述径向内壁和所述径向外壁中的一个以锐角延伸，所述至少一个永久磁体保持构件构造成：通过将所述至少一个永久磁体朝向第二周向侧壁偏压，以保持在所述至少一个永久磁体的对应于所述永久磁体开口的第二周向侧壁的端部和所述第二周向侧壁之间的接触，使得所述永久磁体的周向运动被限制，而维持所述至少一个永久磁体相对于至少一个所述永久磁体开口的位置。
2.根据权利要求1所述的转子，其中，所述至少一个永久磁体保持构件在所述第一端部和所述第二端部之间沿轴向延伸。
3.根据权利要求1所述的转子，其中，所述至少一个永久磁体保持构件包括柔性突起。
4.根据权利要求3所述的转子，其中，所述柔性突起与所述至少一个永久磁体的第一边缘接触。
5.根据权利要求1所述的转子，其中，在所述永久磁体插入所述永久磁体开口后，在所述至少一个永久磁体保持构件的、与所述永久磁体接触的一侧与所述保持构件从其延伸的所述径向内壁或者径向外壁之间的角度小于90度。
6.根据权利要求1所述的转子，其中，所述转子芯体包括多个层叠件，其中每一个层叠件包括限定所述永久磁体开口的第一周向侧壁、第二周向侧壁、径向内壁和径向外壁，并且至少一个永久磁体保持构件从所述径向内壁和所述径向外壁中的所述至少一个基本上沿径向延伸。
7.一种用于维持永久磁体相对于转子芯体的位置的方法，所述转子芯体包括限定永久磁体开口的第一端部、第二端部、第一周向侧壁、第二周向侧壁、径向内壁和径向外壁，所述永久磁体开口构造成容纳所述永久磁体，所述永久磁体在所述第一端部和所述第二端部之间延伸，所述方法包括：
设置至少一个永久磁体保持构件，所述至少一个永久磁体保持构件靠近所述第一周向侧壁并且朝向所述第二周向侧壁从所述径向内壁和所述径向外壁中的一个以锐角延伸，用于抵靠所述第二周向侧壁偏压所述永久磁体使得所述永久磁体的周向运动被限制，其中，所述第二周向侧壁定向成基本上垂直于所述径向内壁和所述径向外壁中的至少一个；和
将所述永久磁体布置在所述永久磁体开口内，其中，至少一个所述永久磁体包括对应于所述永久磁体开口的第二周向侧壁的端部，所述永久磁体借助于所述至少一个永久磁体保持构件朝向第二周向侧壁偏压所述永久磁体以保持在所述永久磁体的所述端部和所述第二周向侧壁之间的接触而定位。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，设置至少一个永久磁体保持构件包括设置从所述径向内壁和所述径向外壁中的至少一个延伸的至少一个柔性突起。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述永久磁体布置在所述永久磁体开口内包括将所述永久磁体至少部分地布置在所述至少一个永久磁体保持构件和所述永久磁体开口之间。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括：确定所述至少一个永久磁体保持构件与所述保持构件从其延伸的所述径向内壁和所述径向外壁中的一个之间的角度，从而向所述永久磁体提供压力并且维持所述永久磁体相对于所述转子芯体的位置。
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