CN104767304A - 用于电动机或发电机的转子 - Google Patents

Abstract

用于电动机或发电机的转子，该转子包括径向部分、筒形部分、第一软铁磁材料元件和第二软铁磁材料元件，其中该径向部分布置成可转动安装到定子上，该筒形部分布置成在转子可转动安装到定子上时在定子上形成的径向齿上轴向延伸，其中第一软铁磁材料元件的第一表面被安装到该筒形部分的内表面，第一软铁磁材料元件的第二表面布置成在其上安装有第一磁体，从而第一磁体的极的表面的取向基本不垂直于从转子中心到第一磁体的线，其中第二软铁磁材料元件的第一表面布置成安装到第一磁体上，从而第一磁体被夹在第一软铁磁材料元件和第二软铁磁材料元件之间，第二软铁磁材料元件的第二表面布置成基本垂直于从该转子的中心至第一磁体的线。

Description

用于电动机或发电机的转子

技术领域

本发明涉及转子，尤其是用于电动机或发电机的转子。

背景技术

电动机的工作原理如下，载流导线在存在磁场时将受力。当载流导线垂直于磁场安放时，作用于载流导线的力是与磁场的磁通密度成比例的。一般，在电动机中以转矩形式产生作用于载流导线的力。

已知类型的电动机的例子包括感应电动机、无刷永磁电动机、开关磁阻电动机和同步滑环电动机，它们如本领域技术人员所众所周知地具有转子和定子。

因为作用于载流导线的力和进而用于电动机的转矩是与磁场磁通密度成比例的，故对于转矩对其是重要标准的同步永磁牵引电动机来说，最好使用具有尽量高的磁通密度的磁体。

因此，与其它类型的磁体相比产生强许多的磁场的稀土磁体常用在同步永磁体电动机中。但是，稀土磁体的成本可能相对高昂，这已经导致有人提出电动机解决方案来增强电动机转子设计中的稀土磁体的磁性能，由此允许对给定的磁通密度使用较小的稀土磁体。

已被用于具有内转子的电动机中的一项提案是V形磁体设计，其中利用两个稀土磁体产生一电动机极。用于这两个磁体的“极”相对彼此在相反方向上倾斜，由此形成V形配置形式。但是，用于利用V形磁体配置形式的内转子的这种设计不适用于具有外转子的电动机，通常，带有外转子的电动机中的转子所具有的径向空间不足以利用一体式转子铁构件来容纳被用在内转子设计中的成角度偏置的稀土磁体。而且，对于这些设计来说，磁通泄漏可能比较高。

人们希望改善这种情况。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供根据所附权利要求书的转子和方法。

这样做的优点是允许V形磁体设计被加入具有外转子构型的电动机中，该外转子构型具有缩小的径向空间和进而缩小的直径。此外，在所有转子驱动磁体之间的磁通泄漏可得以最小化，由此改善了磁体利用。

附图说明

现在将参照附图来举例描述本发明，其中：

图1示出实现本发明的马达的分解视图；

图2是从另一个角度看的图1的马达的分解视图；

图3示出根据本发明的实施例的转子；

图4示出根据本发明的实施例的转子；

图5示出根据本发明的实施例的转子；

图6示出根据本发明的实施例的转子。

具体实施方式

图1和图2示出了带有电动机的电动机组件，该电动机具有根据本发明的转子，其中该电动机组件包括内装式电子器件并且被构造用作被构建成能容装车轮的轮毂电机或轮内电动机。但本发明可被加入任何形式的电动机中。该电动机也可以发电机形式构成。

图2从相反侧示出了与图1相同的组件的分解视图。

如图1和图2所示，为了实现本实施例，轮内电动机包括定子252和转子240。定子252优选包括主定子机座253，其包含有散热片、复线圈254和安装在主定子机座253的后部内以驱动该线圈的电子模块255。线圈254在定子齿叠片上形成以形成线圈绕组。该定子齿可以作为主定子机座253的一部分来制造，或者作为可安装至定子机座253的单独元件来制造。定子罩256被安装在主定子机座253的后部上，罩住电子模块255而形成定子252，该定子随后可被固定至车辆上并且在使用中相对于车辆不转动。但可采用其它形式定子，例如电子模块255可以远离该定子就位。

为了实现本实施例，电子模块255包括两个控制装置400，其中每个控制装置400一般包括逆变器和控制逻辑。

转子240包括前部220，换句话说径向部分；还包括筒形部分221，换句话说转子磁轭。径向部分220被布置成利用轴承部件可转动地安装至定子，如下所述。该转子的筒形部分221布置成在转子被可转动安装至定子时在定子齿上轴向延伸，由此基本包围定子252。该转子包括呈V形配置形式布置在转子磁轭221内的多个永磁体242，其中形成V形的一对磁体对应于一电动机极。为了尽量增大磁通密度，形成V形的每对磁体优选安装在转子磁轭221内的软铁磁材料如铁质材料或电工钢之间，如下所述。如本领域技术人员所众所周知地，软铁磁材料具有高导磁率，由此允许它支持在其内部形成磁场。

软铁磁材料可以呈任何形式，例如钢叠片或软磁性复合材料。安装在转子磁体上且在转子被安装到定子上时靠近定子齿的软铁磁材料对应于转子磁轭221的内表面，其中在转子磁轭221的内表面和定子齿端部之间的气隙优选保持最小程度。如本领域技术人员所众所周知，利用具有高导磁率的软铁磁材料，磁体至转子磁轭221的内表面的距离并不重要。

电动机的每个极对应于呈V形配置的两个磁体30。形成一电动机极的两个磁体中的每一个是倾斜的，从而当转子被安装到定子上时，从轴向横剖视图来看，它们基本不垂直于该磁体对位于其上的定子齿31的端面，此时每个磁体30沿相反方向取向，如图3所示。因而，形成V形磁体配置形式的所述磁体对30中的一个磁体的极的表面朝向该定子/转子中心取向，但基本不垂直于从转子中心至磁体的线。相似地，对于第二磁体30的相同极的表面朝向该定子/转子中心，但基本不垂直于从转子中心到该磁体的线。但是，第一和第二磁体30相对于至转子中心的线取向的角度在彼此相反的方向上，由此形成V形配置形式。

也如图3所示，电动机的每个相邻极具有与下一极相反的极性，其中在图3中心的电动机极具有北极性，而两个相邻的电动机极具有南极性。

虽然电动机可以包括任何数量的极，但为了实现本实施例之目的，针对具有16英寸直径的转子，该转子优选包括60个极，就是说，60个V形磁体对。但是可以采用任何数量的磁体对。

如上所述，当转子被安装至定子上时，转子磁轭221的内表面布置成紧邻定子252上的线圈绕组，从而由所述线圈所产生的磁场与形成各自电动机极的磁体对相互作用，所述磁体对围绕转子240的筒形部分221的内侧布置以造成转子240转动。为了保证该转子能绕定子转动而不受定子干扰，在叠片定子齿401的顶面和转子磁轭221的内表面之间存在气隙。典型的气隙将在1.0mm左右。因为永磁体242被用于产生驱动电动机的驱动力矩，故该永磁体一般被称为驱动磁体。

转子240通过轴承部件223被安装至定子252。轴承部件223可以是将在待安装上该马达组件的车辆中采用的标准轴承件。该轴承部件包括两个部分，第一部分被固定至定子，第二部分被固定至转子。该轴承部件被固定至定子252的壁的中心部253以及转子240的壳壁220的中心部225。于是，转子240转动安装至车辆，该转子将要通过在转子240的中心部225的轴承部件223与车辆连用。这样做的优点是，轮辋和轮胎于是可利用常规轮螺栓被固定至转子240的中心部225，以将轮辋固定至转子的中心部并进而牢固固定到轴承部件223的转动侧。轮螺栓可以穿过转子中心部225地被装入轴承部件本身当中。在转子240和轮都被安装到轴承部件223上的情况下，在所述转子和轮的转动角度之间存在一一对应关系。

该支承的倾转刚性优选被选择成大于基于特定设计标准的预定刚性。例如，通过具有其倾转刚性高于5500Nm/度的支承，在对转子施以侧向力的高达1g侧向加速度的车辆转弯操纵过程中，这将最小化着地面接触的危险。

转子壳体也包括聚中环和磁体227，用于位置感测。

V形密封350设置在转子的周向壁221和定子壳体230的外边缘之间。

一般，为了在保持结构强度的同时减轻重量，转子壳体和主定子机座253由铝合金制造。

为了最大化磁体利用，最好尽量减小在转子设计构造内的磁通泄漏(如磁通短路路径)，由此增强在定子齿线圈所产生的磁场和转子驱动磁体30之间的磁体耦合。

为了允许以磁通短路路径最小化的情况将转子驱动磁体30安装到转子上，每个转子驱动磁体30通过第一软铁磁材料元件32被安装到转子磁轭221的铝部分上，该第一软铁磁材料元件的形状被成形为允许各自转子驱动磁体30在被安装在转子上时以V形配置形式来安装。第一软铁磁材料元件32可以是安装有所有转子驱动磁体30的单个元件，或者第一软铁磁材料元件32可以是多个元件，在每个所述元件上安装有相应一子组的转子驱动磁体30。

一旦各转子驱动磁体30已被安装到第一软铁磁材料元件32上，则多个第二软铁磁材料元件33被安装到转子驱动磁体30上以形成内转子磁轭表面。为了避免磁通短路出现，如图3所示，在安装进转子磁轭221中时，在所述多个第二软铁磁材料元件的各自端部之间存在气隙34。在多个软铁磁材料元件之间安装转子驱动磁体30可消除在各磁体的两极之间的直接铁键合，由此减少磁通短路路径能经过的路径，于是增强磁体利用

在第一实施例中，可以如上所述呈任何形式如电工钢叠片或软磁性复合材料的第一软铁磁材料元件32是基本周向元件。该筒形元件可以是单个实心元件或者由两个或更多互锁元件构成的分段设计。

第一软铁磁材料元件32的外表面35优选具有与铝转子壳体的轮缘的内表面互补的表面。

第一软铁磁材料元件32的外表面35布置成安装到该铝转子壳体的轮缘的内表面上。

可以采用任何适用于将第一软铁磁材料元件32安装到转子壳体上的机构，例如采用胶或者利用热滴方法，其中在转子壳体和第一软铁磁材料元件32之间的温差被用于允许外径大于转子壳体内径的第一软铁磁材料元件32安装在转子壳体内，从而当温差消除时，在第一软铁磁材料元件32和转子壳体之间存在过盈配合，或者在第一软铁磁材料元件32的外表面和转子壳体边缘的内表面之间的界面上形成任何形式的键联接结构。

或者第一软铁磁材料元件32可用作转子壳体而不需要单独的铝部段。

第一软铁磁材料元件32的内表面36布置成具有形成重复齿图案的起伏表面。在第一软铁磁材料元件32的内表面36上的、在彼此相反的方向上倾斜但彼此相向的相邻表面被布置成其上安装有各自的转子驱动磁体30。安装在相反倾斜的表面上的各磁体30(即磁体对)的表面具有相同的磁极性以形成一电动机极。

相应地，各磁体对的背对第一软铁磁材料元件32的表面具有彼此相同的、但与安装在第一软铁磁材料元件32上的磁体表面相反的极性。

如上所述利用角向偏置的多个磁体对构成的多个各自电动机极被布置成使得相邻的电动机极具有相反的磁极性，如本领域技术人员所众所周知的那样。举例而言，图3示出了形成三个相邻的电动机极的各自磁体的磁极性，其如上所述对应于南-北-南布置形式。

转子驱动磁体可利用任何合适手段、例如通过使用粘胶被安装到第一软铁磁材料元件32上。

在形成一电动机极的转子驱动磁体对30的每个内表面37上安装有第二软铁磁材料元件33。就像针对第一软铁磁材料元件32那样，第二软铁磁材料元件33可以呈任何形式，例如电工钢叠片或软磁性复合材料。

为了尽量减小磁通泄漏/磁通环，优选将单独的第二软铁磁材料元件33安装到形成一相邻的电动机极的各自转子驱动磁体对30的内表面37上，如图3所示，其中在各第二软铁磁材料元件33之间或者在各第二软铁磁材料元件33和第一软铁磁材料元件32之间不存在直接铁键合。

如图3所示，每个第二软铁磁材料元件33呈楔形，其中一个表面被安装到一个转子驱动磁体30的内表面37上，另一个表面被安装到在与第一转子驱动磁体30相反的方向上倾斜的另一个转子驱动磁体30的内表面37上。每个所述第二软铁磁材料元件33的第三表面形成转子磁轭221的内表面38并且基本垂直于从转子中心至第二软铁磁材料元件33的线，其中在各自第二软铁磁材料元件33的端部/端边之间存在气隙34。

换句话说，所述多个第二软铁磁材料元件的内表面形成该筒形部分的周向内表面，其中在相应的所述多个第二软铁磁材料元件的周向端区之间存在间隙。

虽然本实施例描述了利用在各自第二软铁磁材料元件33的端部/端边之间的气隙，但可以在该间隙内插入任何低导磁率材料。

第二软铁磁材料元件33可以利用任何合适手段例如使用粘胶被安装到转子驱动磁体30上。

因为在各第二软铁磁材料元件33之间或者在各第二软铁磁材料元件33和第一软铁磁材料元件32之间不存在直接铁键合，故这最小化了任一个转子驱动磁体30的端部上形成磁通泄漏路径的可能性。

在第二实施例中，第一软铁磁材料元件32包括多个软铁磁材料元件，它们布置成在各自内表面36上安装有两个磁体30。

在优选实施例中，每个第一软铁磁材料元件32基本呈楔形，其中一个表面被安装到转子磁轭壳体的内表面上。当各自第一软铁磁材料元件32被安装到转子磁轭壳体的内表面上时，各楔形的软铁磁材料元件的另外两个表面形成与在第一实施例中所描述的相似的重复齿图案。就像针对第一实施例那样，在相邻的第一软铁磁材料元件32上的在彼此相反的方向上倾斜的彼此相向的表面36被布置成在其上安装有各自的转子驱动磁体30。安装在相反倾斜的表面上的各自磁体30(即磁体对)的表面具有相同的磁极性以形成一电动机极。

因而，每个第一软铁磁材料元件32在各自表面上装有两个磁体30，但是，每个磁体30是一不同的电动机极的一部分，因而具有不同的磁极性。

利用如上所述的角向偏置的多个磁体对构成的各电动机极如此布置，即，相邻的电动机极如本领域技术人员所众所周知地具有相反的磁极性。

转子驱动磁体可以利用任何合适的手段例如通过使用粘胶被安装到第一软铁磁材料元件32上。

在转子驱动磁体30的形成一电动机极的每个内表面37上安装有第二软铁磁材料元件33。就像针对第一软铁磁材料元件32那样，第二软铁磁材料元件33可以呈任何形式，例如电工钢叠片或者软磁性复合材料。

为了尽量减小磁通泄漏/磁通环，最好将单独的第二软铁磁材料元件33安装到形成一电动机极的各自转子驱动磁体对的内表面37，其中在各第二软铁磁材料元件33之间或者在各第二软铁磁材料元件33和第一软铁磁材料元件32之间不存在直接铁键合。

每个第二软铁磁材料元件33基本呈楔形，其中一个表面被安装到一个转子驱动磁体30的内表面37上，另一个表面被安装到在与第一转子驱动磁体30相反的方向上倾斜的另一个转子驱动磁体30的内表面37上。每个第二软铁磁材料元件33的第三表面形成转子磁轭221的内表面38并且基本垂直于起自转子中心的线，其中在各自第二软铁磁材料元件33的端部/端边之间存在气隙34。虽然本实施例描述了利用在各自第二软铁磁材料元件33的端部/端边之间的气隙34，但可在该间隙内插入任何低导磁率材料。

第二软铁磁材料元件33可以利用任何合适手段例如通过使用粘胶被安装到转子驱动磁体30上。

因为在各第二软铁磁材料元件33之间或者在各第二软铁磁材料元件33和第一软铁磁材料元件32之间不存在直接铁键合，故这最小化了在任何一个转子驱动磁体30的任一端上形成磁通泄漏路径的可能性。

图4示出根据第二实施方式的第一转子V驱动磁体配置形式的一个例子，其中示出了转子磁轭221的对应于单个电动机极的部段。就是说，两个转子磁体30呈V形配置形式。

转子磁轭221的所示部段包括安装至转子磁轭壳体上的两个第一软铁磁材料元件32。转子驱动磁体30被安装到这两个第一软铁磁材料元件32上的对应表面36，从而这些驱动磁体30是成角度的，使得它们基本不垂直于定子齿31的端面，此时每个磁体30在相反的方向上取向。每个磁体的面向定子齿的端面的极是相同的。

在两个转子驱动磁体30之间安装有第二软铁磁材料元件33，它布置成仅延伸至各自转子驱动磁体的边缘，由此保证在在第二软铁磁材料元件33、第一软铁磁材料元件32和转子磁轭壳体之间存在气隙34，以避免在第一软铁磁材料元件32和第二软铁磁材料元件33之间产生磁通泄漏路径。

在此实施例中，转子驱动磁体30的内表面37边缘布置成相互接触。相反，图5示出了另一个实施例，其配置形式与图4所示的配置形式相似，除了内表面边缘是分开的。

图6示出了另一个实施例，其配置形式与图5所示的配置形式相似，除了采用互锁布置形式来安装第一软铁磁材料元件32和第二软铁磁材料元件33到转子磁轭壳体上。

如上所述，可以采用任何适用于将第一软铁磁材料元件32、第二软铁磁材料元件33和磁体30配置安装到转子磁轭221上的手段。但优选的方法是首先将所述多个第二软铁磁材料元件33的内表面安放到基本周向的支架上，其中该周向支架包括用于产生磁场的机构。一旦第二软铁磁材料元件33已被安放在该支架上，则产生磁场以允许将所述多个第二软铁磁材料元件33保持至该周向支架。

磁体30随后被安放在各自第二软铁磁材料元件33的各自外表面上，从而各自磁体30的极的表面的取向基本不垂直于从周向支架中心到各自软铁磁材料元件的线。

第一周向软铁磁材料元件32被安放在所述多个磁体30上方，从而第一软铁磁材料元件32的表面与各自磁体30的这样的极接触，该极与所述多个软铁磁材料元件33的各自第一侧所接触的极相反。转子磁轭221的周向部分随后被安放在第一软铁磁材料元件32上方。

或者，第一周向软铁磁材料元件32可以用多个第一软铁磁材料元件来代替，如在第二实施例中描述的那样。

虽然本实施例描述了采用呈V形布置形式配置的两个驱动磁体30，但或者可以用单个C形磁体来代替这两个驱动磁体30。

虽然V形磁体配置形式可能导致磁体长度增加，但对于相同的电机转矩要求，磁体宽度可被显著缩小，这导致磁体质量的显著减小。例如对于如图4、图5和图6所示的磁体配置形式，与传统的表面安装型磁体布置相比，只需要54％的磁体质量。

另外，V形磁体配置形式已经表现出能提供更好的抗退磁性。

Claims (14)

1.一种用于电动机或发电机的转子，该转子包括径向部分、具有第一软铁磁材料元件和第二软铁磁材料元件的筒形部分，其中该径向部分布置成可转动安装到定子上，该筒形部分布置成在该转子被可转动安装至该定子上时在该定子上形成的径向齿上轴向延伸，并且该第一软铁磁材料元件的第一表面布置成在其上安装有第一磁体，从而该第一磁体的极的表面的取向基本不垂直于从该转子的中心到该第一磁体的线，其中该第二软铁磁材料元件的第一表面布置成安装到该第一磁体上，从而该第一磁体被夹在所述第一软铁磁材料元件和第二软铁磁材料元件之间，其中该第二软铁磁材料元件的第二表面布置成基本垂直于从该转子的中心到该第一磁体的线。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征是，该第一软铁磁材料元件的第二表面安装在该筒形部分的内表面上。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征是，该第一软铁磁材料元件包括两个软铁磁材料部段，其中这两个软铁磁材料部段的第一表面被安装到该筒形部分的内表面上，这两个软铁磁材料部段的第二表面布置成在其上安装有各自的磁体，从而这两个磁体的极的表面的取向基本不垂直于从该转子的中心到所述各自磁体的线，其中这两个磁体以基本相同的角度相对于从该转子的中心至所述各自磁体的线倾斜，但在彼此相反的方向上。

4.根据权利要求3所述的转子，其特征是，该第二软铁磁材料元件的该第一表面被安装到所述各自的磁体中的一个磁体上，该第二软铁磁材料元件还包括第三表面，该第三表面布置成安装到所述各自的磁体的第二磁体上，从而该第二磁体被夹在所述第二软铁磁材料元件和安装该另一个磁体的所述软铁磁材料部段之间。

5.根据权利要求1或2所述的转子，其特征是，该第一软铁磁材料元件的第三表面布置成在其上安装有第二磁体，从而该第二磁体的极的表面的取向基本不垂直于从该转子的中心至该第二磁体的线，其中该第二软铁磁材料元件的第三表面布置成安装到该第二磁体上，从而该第二磁体被夹在所述第一软铁磁材料元件和所述第二软铁磁材料元件之间，其中该第二磁体相对于从该转子的中心到该第二磁体的线倾斜的角度与该第一磁体相对于从该转子的中心到该第一磁体的线的倾斜基本相同，但在相反方向上。

6.根据权利要求3至5之一所述的转子，其特征是，所述第一磁体和所述第二磁体对应于该电动机的一极。

7.根据权利要求3至6之一所述的转子，其特征是，所述第一磁体和第二磁体没有直接接触。

8.根据权利要求3至7之一所述的转子，其特征是，还包括安装在各自磁体对上的多个第二软铁磁材料元件，其中所述多个第二软铁磁材料元件都没有相互直接接触。

9.根据权利要求3至7之一所述的转子，其特征是，还包括安装到各自磁体对上的多个第二软铁磁材料元件，其中所述多个第二软铁磁材料元件的内表面形成该筒形部分的周向内表面，其中在相应的所述多个第二软铁磁材料元件的周向端区之间存在间隙。

10.根据权利要求9所述的转子，其特征是，该间隙是气隙。

11.根据权利要求9所述的转子，其特征是，低导磁率材料安置在所述间隙内。

12.根据前述权利要求之一所述的转子，其特征是，该第一磁体利用粘胶被安装到该第一软铁磁材料元件的所述第一表面上。

13.根据前述权利要求之一所述的转子，其特征是，所述第一软铁磁材料元件、第二软铁磁材料元件和/或第三软铁磁材料元件利用软铁磁材料叠片或者软磁性复合材料构成。

14.一种组装用于电动机或发电机的转子的方法，该方法包括：将多个软铁磁材料元件的一侧安放到基本周向支架上；产生用于将所述多个软铁磁材料元件保持至该周向支架的磁场，其中所述多个软铁磁材料元件的所述一侧布置成基本垂直于从该周向支架的中心至各自软铁磁材料元件的线；将磁体安放在所述各自软铁磁材料元件的第二侧，从而所述各磁体的极的表面的取向基本不垂直于从该周向支架的中心至所述各自软铁磁材料元件的线；以及将第二周向软铁磁材料元件安放在所述多个磁体上方，从而所述第二软铁磁材料元件的表面与所述各自磁体的与所述多个软铁磁材料元件的各自第一侧相接触的极相反的极接触；以及将转子的周向部分安放到第二软铁磁材料元件上方。