CN105322749B - 无刷电机的转子 - Google Patents

Abstract

一种无刷电机包括沿轴线布置的定子和从所述定子径向向内布置的转子。转子包括芯、多个第一磁体、和配置为相对于所述多个第一磁体具有相反极的多个第二磁体。所述多个第一磁体和所述多个第二磁体可每个具有基本矩形横截面，并且与由径向朝外面对的所述芯承载的基本平的表面接触。

Description

无刷电机的转子

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2014年7月31日提交的美国临时专利申请序列号62/301,502的优先权，其全部内容在此通过参考并入。

技术领域

本公开涉及无刷电机以及更特别地涉及无刷电机的转子。

背景技术

对于无刷PM电机来说，永磁体的成本取决于磁体的形状，以及还与磁体上需要的精加工操作的数量有关。期望具有弧形的表面安装的永磁体(SPM)以获得更低的齿槽转矩(cogging torque)、更低的BEMF谐波以及因此在电机中的更小的转矩脉动。如果应用需要低的脉动性能，则弧形磁体(线圈型或者可为直节段或偏斜节段的节段型)需要显著打磨以保持更紧密公差。这些磁体具有较低的材料产量，因此单位成本也较高。

具有矩形形状的磁体的内部永磁(IPM)转子设计因而可能使期望的以弥补废料耗费并增加材料产量。然而，由于磁体的形状，所以在齿槽效应、谐波、脉动和噪音方面的电机性能并不理想。进一步，位于转子芯内部的磁体以及通过阶偏斜方式消除齿槽效应和谐波的传统方法，特别地使得磁体和转子难以制造。因此，主动消除齿槽转矩和转矩脉动是必要的。而且，齿槽转矩的主动消除需要用于消除的某些电压预算，这可消极地影响电机的尺寸。

因此，需要改进的转子设计以减少制造成本，以及改善转矩效率和磁性保持。

发明内容

在本公开的一个实施例中，无刷电机包括沿轴线布置的定子和从所述定子径向向内布置的转子。转子包括芯、多个第一磁体、和配置为相对于所述多个第一磁体具有相反极的多个第二磁体。所述多个第一磁体和所述多个第二磁体可每个具有基本矩形横截面，并且与由径向朝外面对的所述芯承载的基本平的表面接触。

在本公开的另一个实施例中，无刷电机包括沿轴线布置的定子和从所述定子径向向内布置的转子。转子包括芯、多个第一磁体、和配置为相对于所述多个第一磁体具有相反极的多个第二磁体。所述多个第一磁体和所述多个第二磁体的每一个包括具有相同极、彼此相邻布置且周向地隔开的第一节段和第二节段。所述转子的多个T形保持器的每一个在相应的第一节段和第二节段之间周向地布置。

这些和其他优点及特征将从以下结合附图的描述变得更明显。

附图说明

被认为是本发明的主题在说明书的结论处的权利要求中具体地指出和明确要求。本发明的前述的和其他特征以及优点从以下结合附图的详细描述显见，其中：

图1示出根据本公开的无刷电机的转子横截面；

图2示出从图1的圆圈2取出的转子的部分放大视图；

图3示出根据无刷电机的第二实施例的转子横截面；

图4示出根据无刷电机的第三实施例的转子横截面；以及

图5示出从图4的圆圈5取出的转子的部分放大视图。

具体实施方式

现在参照附图，其中本发明将参考具体实施例被描述，而不限制该实施例，图1-5描述具有永磁体的转子设计的各种实施例，其可为矩形的，安装到芯上。

本公开寻求在主动消除电机设计中的一些被动消除形式和从制造和材料使用角度使电机成本有效之间的平衡。用于可以制造内部永磁体(IPM)电机的各种技术存在以最小化齿槽转矩和谐波，但是以增加的复杂性和输出转矩为代价。本公开的实施例包括更简单的设计技术以实现这些目标，同时保持如在IPM无刷电机中使用的可为矩形形状的磁体。在图1-5中示出的本发明实施例公开了与在电机中磁性保持相关联的独特设计，其使用低成本的矩形磁体，避免在设计中的复杂性以减小齿槽转矩并且还提高电机的输出转矩。

更具体地和参照图1和2，无刷电机20包括沿着旋转轴线24布置的转子22，和与转子22同心地定位并从转子22径向向外布置的定子26。转子22包括大体由钢基材料制成的芯28、多个第一磁体30(例如所示的三个)、多个第二磁体32(例如所示的三个)、以及可轴向延伸的多个肋34。第一磁体30和第二磁体32定向成以便它们彼此之间具有相反的极，并且围绕芯28交替地周向分布。磁体30，32可具有基本矩形横截面，以及大体附着或者以其他方式接合到由芯28承载的基本平的表面36。每个第一磁体30从邻近的第二磁体32通过位于其之间的多个肋34的相应肋而周向地隔开。

每一磁体30，32可具有相反的且基本平的表面38，40，其中面38径向向内面对并接触芯28的表面36，以及相反的面40径向向外面朝并紧邻定子26。每个肋34从芯28径向向外突出，并且包括远端42，其大体从磁体30，32的面40径向向内布置。作为一个非限制性实例，肋34可为非磁性的，可由聚合物制成，并且可直接模制到芯28。还可构思和理解，肋34可以为磁性材料，并且还可以为芯的延伸部；然而，作为磁性材料，在相反的极之间会存在一些磁通泄漏。

使用在芯表面上的矩形磁体30，32可以从成本和被动消除的有效性两者对电机设计有益。图1和2示出6极电机设计，但是可构思若干不同的设计，包括8极或更多极。无刷电机20可大体为表面永磁体(SPM)电机。

参照图3，示出了无刷电机的第二实施例，其中对第一实施例的相同元件具有相同的标示标记，除了额外的主标记后缀。无刷电机20’包括每个具有相同极性的第一节段30A和第二节段30B的多个磁体30’，以及每个具有相同极性并且与第一节段30A和第二节段30B极性相反的第一节段32A和第二节段32B的多个磁体32’。第一磁体30’的节段30A，30B彼此周向地隔开且相邻(即没有在其之间周向地定位的其他磁体)。相似地，第二磁体32’的节段32A，32B彼此周向地隔开且相邻。肋34’可周向地位于磁体30’，32’之间、节段30A，30B之间，以及节段32A，32B之间。节段30A，30B，32A，32B可大体具有矩形横截面。电机20’可为SPM电机。

参照图4，示出无刷电机的第三实施例，其中对第一实施例的相同的元件具有相同的标示标记，除了额外的双主标记后缀。无刷电机20”可包括每个具有节段30A”，30B”的第一磁体30”，和每个具有节段32A”，32B”的第二磁体32”。第一磁体30”和第二磁体32”由肋34”彼此周向地隔开。第一节段30A”和第二节段30B”可由可为T形的保持器44分开。第一节段32A”和第二节段32B”也可由相似的保持器44分开。

每个保持器44可包括凸缘部分46和基体部分48，基体部分48接合到转子22”的芯28”并且径向跨越在转子22”的芯28”和凸缘部分46的中点之间。凸缘部分46周向地跨越相应的节段30A”，30B”以及相应的节段32A”，32B”的基本平的面40A，40B的一部分并且在该部分上(即从径向向外)。保持器44可由磁性材料(例如，与芯相同的材料)制成。保持器44可随芯28”铸造和/或机加工。保持器44可还独立于芯28”制造并且通过机械手段、焊接和/或其他粘附方式附接到芯。

用于接纳磁体节段30A”、30B”、32A”、32B”的任何一个的开口50的边界可由芯28”的平的表面36”、保持器44和肋34”限定。在装配期间，磁体节段30A”，30B”，32A”，32B”通过在基本轴向方向上并通过开口50滑动节段30A”，30B”，32A”，32B”来安装到芯28”。

因为转子20”的制造不需要产生内部压力的更传统的包覆模制过程，所以膨胀和破损(即，典型地在更传统的腹板位置处)得以避免。通过用保持器44桥接磁体30”的节段30A”，30B”和桥接磁体32”的节段32A”，32B”，随阶偏斜的转子22”的被动消除更容易，因为磁体30”，32”更接近外转子面或在外转子面处。而且，伴随在腹板位置处的更传统IPM电机的膨胀和破损问题通过T形的保持器设计来消除。更进一步，更传统的腹板使用T形的保持器44完全消除。因为本公开的肋34”大体替代由芯材料制成的更传统的桥接件，所以在相反极之间不存在磁通短路桥接，而是T形保持器44利于来自属于相同极的磁体的磁通。有利地，转子20”的磁性保持与更传统的IPM电机的磁性保持大约相当。

虽然仅通过有限数量的实施例来详细描述本发明，但是应容易理解的是，本发明不受限于这些公开的实施例。相反，本发明可被修改以包含此前没有描述但与本发明的范围和精神相称的任何数量的变化、改变、替换或者等效设置。此外，虽然描述了本发明的各种实施例，但是应当理解的是，本发明的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受到前面描述的限制。

Claims (9)

1.一种无刷电机，包括：

沿轴线布置的定子；和

从所述定子径向向内布置的转子，并且包括芯、多个肋、多个第一磁体、和配置为相对于所述多个第一磁体具有相反极的多个第二磁体，所述多个肋从所述芯径向向外突出并至少在所述多个第一磁体和所述多个第二磁体的每一个之间周向地分布，所述多个第一磁体和所述多个第二磁体的每一个包括彼此周向相邻布置且周向地隔开的第一节段和第二节段，并且其中所述多个第一磁体和所述多个第二磁体的每一个具有基本矩形横截面，并且与由径向朝外面对的所述芯承载的基本平的表面接触；

其中所述转子包括在所述多个第一磁体的所述第一节段和所述第二节段之间和在所述多个第二磁体的所述第一节段和所述第二节段之间周向地布置的多个T形保持器。

2.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述转子是表面安装的永磁转子。

3.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述多个第一磁体和所述多个第二磁体径向向外突出，并且超过所述多个肋。

4.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述多个肋由接合到由磁性材料制成的芯的非磁性聚合物制成。

5.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述T形保持器的每一个包括：凸缘部分，其周向地跨越所述多个第一磁体和所述多个第二磁体的每一个的所述第一节段和所述第二节段的一部分；和基体部分，其接合到所述芯并且在所述芯和所述凸缘部分之间径向突出。

6.如权利要求5所述的无刷电机，其特征在于，所述多个第一磁体和所述多个第二磁体径向向外突出至少和所述多个肋一样远。

7.如权利要求6所述的无刷电机，其特征在于，所述多个肋为非磁性的。

8.如权利要求7所述的无刷电机，其特征在于，其中所述多个T形保持器由磁性材料制成，并且所述多个肋由聚合物材料制成并模制到所述芯。

9.如权利要求5所述的无刷电机，其特征在于，所述芯、所述多个T形保持器的T形保持器和所述多个肋的肋大体限定开口，所述开口用于所述多个第一磁体和所述多个第二磁体中一个的第一节段和第二节段中一个的轴向插入。