CN105634165B - 绕线转子同步电动机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绕线转子同步电动机的转子，其以预定的间隙与定子的内径表面间隔开，并且包括由转子线圈缠绕且彼此周向间隔一定距离的多个齿，其中在齿之间形成狭槽，每个齿形成有面向定子内径表面的承托，并且承托的两端沿着相邻的承托两端的方向突出，其中每个齿包括对应于齿的绕组主体的第一部分和从第一部分的两侧沿着相邻的承托两端的方向延伸的第二部分。

Description

绕线转子同步电动机的转子

技术领域

本发明涉及绕线转子同步电动机，更具体涉及能够减少由于转子线圈的离心力造成的转矩波动同时确保机械强度的绕线转子同步电动机的转子结构。

背景技术

一般地，混合动力交通工具或电动交通工具可通过电动电动机(以下称“驱动电动机”)生成驱动转矩，电动电动机由电能获得驱动转矩。

例如，混合动力交通工具可以电动交通工具(EV)模式驱动，或以混合电动交通工具(HEV)模式驱动，电动交通工具(EV)模式为仅适用驱动电动机的动力的纯电动交通工具模式，而混合电动交通工具(HEV)模式使用发动机转矩和驱动电动机转矩两者作为动力。通常，使用驱动电动机的转矩作为动力源来驱动电动交通工具。

具体地，用作环境友好的交通工具的动力源的驱动电动机通常使用永磁同步电动机(PMSM)。PMSM在有限的布局条件中使永磁体的性能最大化。

在以上永磁体中，钕(Nd)改善了永磁体的强度，而镝(Dy)改善了耐高温退磁性。然而，嵌入永磁体中的稀土金属Nd和Dy只限于一些国家，诸如中国，并且Nd和Dy非常昂贵且具有大的价格变动。

为解决上述问题，已经开发了用于混合动力交通工具的异步电动机。然而，而呈现出相同的电动机性能，异步电动机不利地具有增加的体积和重量。

同时，近年来，作为用作环境友好交通工具的动力源的驱动电动机，已经开发出绕线转子同步电动机(以下称“WRSM”)来替换永磁同步电动机(PMSM)。

在围绕转子以及定子缠绕线圈的情况下，如果向WRSM施加电流，则转子就被电磁化，使得永磁同步电动机(PMSM)的永磁体被WRSM替换。

在WRSM中，转子与定子内侧间隔开预定的间隙。如果电源施加到定子线圈和转子线圈，就形成磁场。转子通过在定子线圈和转子线圈之间生成的磁引力而旋转。

与永磁同步电动机不同，由于线圈在WRSM中围绕转子缠绕，所以在转子高速旋转(通常，最大值为10,000rpm，或者在EV的情况下更大)时，极大的离心力就施加到转子线圈。

因此，在转子高速旋转时，由于施加到转子线圈的离心力，所以转子线圈的排序可劣化，并且压力集中到缠绕转子线圈的转子齿，使得转子齿破损。

同时，转矩为却动WRSM性能的参数。由于转矩波动与振动噪声密切相关，所以转矩波动非常重要。转矩和转矩波动可以根据定子和转子的形状，以及绕组占空因数和线圈电流来确定。

在此期间，性能可根据缠绕转子线圈的齿的形状来确定。如果齿的末端短，则磁通量集中，因此确保转矩有利，但转矩波动却增加。在转子高速旋转时，难以确保支撑定子线圈的离心力的机械强度。

因此，在现有技术中，在齿之间插入楔形物，使得支撑转子线圈离心力的机械强度得以确保，但却增加了部件的数目。

进一步地，在现有技术中，存在通过增加齿的末端的长度来增加转子线圈的接触面积将施加到转子线圈的离心力进行分散的方法。然而，此类解决方法使转矩性能劣化。

在该背景部分中公开的以上信息仅为增强对该发明背景的理解，并且因此其可包含未形成在该国家中对本领域的技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供了绕线转子同步电动机(WRSM)的转子，通过改善齿的结构，其具有将施加到转子线圈的离心力分散同时将转矩性能保持在相同水平的优点，从而减少转矩波动同时确保机械强度，并且增大绕组占空因数。本发明的示例性实施例提供了在绕线转子同步电动机中与定子的内径表面间隔预定的间隙的转子，转子包括由转子线圈缠绕并且彼此周向间隔开与预定距离的多个齿，其中在所述齿之间形成狭槽，在每个齿中形成有面向所述定子的内径表面的承托(shoe)，并且所述承托的两端沿着相邻的承托的两端的方向突出，每个齿包括对应于所述齿的绕组主体的第一部分和从所述第一部分的两侧沿着相邻的承托两端的方向延伸的第二部分，并且所述第一部分和第二部分分别形成具有不同曲率半径的第一圆弧和第二圆弧。

其中所述第二部分由支撑结构构造，所述支撑结构用于支撑在狭槽中施加到所述转子线圈的离心力。

第二部分的第二圆弧的曲率半径大于第一部分的第一圆弧的曲率半径。

在定子的内径表面与第一圆弧之间的间隙不同于在定子的内径表面与第二圆弧之间的间隙。

在第一圆弧与定子的内径表面之间的间隙沿着第一圆弧的方向变化。

在第一圆弧与定子的内径表面之间的间隙从第一圆弧的中心到第一圆弧的两侧逐渐增加。

在第二圆弧与定子的内径表面之间的间隙大于在第一圆弧与定子的所述内径表面之间的间隙。

在第二圆弧与定子的内径表面之间的间隙沿着第二圆弧的曲率半径均匀一致。

根据本发明，绕线转子同步电动机包括定子；转子，其与所述定子的内径表面间隔开预定的间隙，所述转子包括：由转子线圈缠绕并且彼此周向间隔开预定距离的多个齿，和在所述齿之间形成的狭槽，每个齿形成有面向所述定子的内径表面的承托，并且所述承托的两端沿着相邻的承托两端的方向突出，其中，每个齿包括对应于所述齿的绕组主体的第一部分和从所述第一部分的两侧沿着相邻的承托两端的方向延伸的第二部分，所述第一部分和第二部分分别形成具有不同曲率半径的第一圆弧和第二圆弧。

附图说明

图1为示出根据本发明示例性实施例的绕线转子同步电动机(WRSM)的转子的视图。

图2为示出根据本发明示例性实施例的应用到WRSM的转子的齿结构的放大图。

图3为示出根据本发明示例性实施例的用于描述WRSM的操作效果的第一比较实例的视图。

图4为示出根据本发明示例性实施例的用于描述WRSM的操作效果的第二比较实例的视图。

具体实施方式

本文使用的专有名词仅是为描述特定实施例的目的，且并非旨在限制该发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚表明，否则单数形式“一种/个”和“该”也旨在包括复数形式。应进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括的”，限定了所述特征、整数、步骤、操作、要素，和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件，和/或其集合的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的列出术语的任何或全部组合。贯穿该说明书，除非明确的相反描述，否则词语“包括”及变式(诸如“包含”或“包括的”)将理解为暗示包括所述要素但不排除任何其他要素。另外，在该说明书中所述的术语“单元”、“…器”、“…物”和“模块”意为处理至少一个功能和操作的单元，并且可通过硬件部件或软件部件及其组合来实施。

应该理解，如本文所使用的，术语“交通工具”或“交通工具的”或其他类似的术语通常包括机动交通工具，诸如包括运动型多功能汽车(SUV)、公共汽车、货车、各种商业交通工具的客运汽车，包括各种小船和大船的船只，飞机等等，并且包括混合动力交通工具、电动交通工具、插电式混合动力电动交通工具、氢动力交通工具和其他替代燃料交通工具(例如采自除石油之外的资源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力交通工具为具有两种或两种以上动力源的交通工具，例如汽油动力和电动两者的交通工具。

进一步地，本发明的控制逻辑可呈现为在计算机可读介质上的非暂时性计算机可读媒介，其中计算机可读介质包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储器设备。计算机可读介质也可分布在网络联接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布的方式储存并且执行，例如，通过远程信息处理服务器或控域网(CAN)。

图1为示出根据本发明示例性实施例的绕线转子同步电动机(WRSM)的转子的视图。

参考图1，将本发明的示例性实施例应用到WRSM。WRSM适用于用于混合动力交通工具的驱动电动机，以通过电能在环境友好交通工具中获得驱动转矩。

例如，根据本发明示例性实施例的WRSM包括使用定子线圈(未示出)缠绕的定子1，和使用转子线圈缠绕并且放置在定子1内侧的转子100。

在这种情况下，根据本发明示例性实施例的转子100包括转子芯7，多个钢板层压在转子芯中7。转子芯7的内径表面与旋转轴(未示出)连接，并且转子芯7的外径设置在定子1的内侧，以与定子1的内径表面间隔开预定的间隙。

因此，在转子线圈3围绕转子100以及定子1缠绕的情况下，如果将电流施加到WRSM，转子就被电磁化，使得由于在转子100的电磁和定子1的电磁之间的吸引力和排斥力而生成驱动转矩。

进一步地，应用到本发明示例性实施例的WRSM用于驱动交通工具，并且使用具有8个极或更多极的转子结构，以便增加输出密度。

通过改善缠绕转子线圈3的齿的结构，以下将要描述的根据本发明示例性实施例的WRSM的转子100具有能够将电动机的转矩性能维持在相同水平并且将施加到转子线圈3的离心力分散的结构。

具体地，本发明的示例性实施例提供了绕线转子同步电动机(WRSM)的转子100，其可减少转矩波动同时在离心力施加到转矩线圈的情况下确保机械强度，并且增大转子线圈3的绕组占空因数。

图2为示出根据本发明示例性实施例的应用到WRSM的转子的齿结构的放大图。

参考图1和图2，转子线圈3围绕根据本发明示例性实施例的转子100，并且转子100包括彼此周向间隔开的多个齿10。

在齿10之间形成用于围绕齿10缠绕转子线圈3的狭槽11。

具体地，齿10在转子芯7中彼此轴线间隔开预定的距离同时狭槽11介于其间。在这种情况下，用于使围绕齿10缠绕的转子线圈3绝缘的绝缘树脂(未示出)可在齿10之间的狭槽11处模塑。

在本发明的示例性实施例中，每个齿10包括使用转子线圈3缠绕的线圈绕组部分31，和在线圈绕组部分31上一体形成的转子承托33。

线圈绕组部分31通过具有正方形截面形状的线圈绕组主体配置，并且转子承托33形成面向定子1的内径表面的外轮部分，外轮部分与定子1的内径表面间隔开预定的间隙。

在这种情况下，转子承托33的两端突出到相邻的齿10的两端。具体地，转子承托33可经形成使得其两侧(如图2所示的右侧和左侧)基于齿10的中心，即，基于转子100的旋转中心点的连接的中心线对称形成。

在这种情况下，如上所述，由于转子承托33的两端突出到相邻的转子承托33的两端，所以在本发明示例性实施例中，相邻的转子承托33可形成足以围绕齿10的线圈绕组部分31缠绕转子线圈3的相对窄的间隙。

根据本发明示例性实施例的转子承托33包括对应于线圈绕组部分31的第一部分51，和从第一部分51两侧朝向相邻的转子承托33的两端延伸的第二部分52。

在附图中，第一部分51在线圈绕组部分31的顶端形成，而第二部分52从第一部分51的两侧朝向相邻的转子承托33突出。即，在相邻的齿10中的转子承托33的第二部分52可形成足以围绕线圈绕组部分31缠绕转子线圈3的相对窄的间隙。

在这种情况下，第一部分51和第二部分52被配置成以预定间隙面向定子的内径表面的外轮部分，并且第二部分52可通过支撑结构55配置，支撑结构55支撑围绕线圈绕组部分31缠绕的转子线圈3。即，第二部分52可支撑施加到围绕线圈绕组部分31缠绕的转子线圈3的离心力。

同时，在本发明的实例性实施例中，第一部分51和第二部分52分别形成具有不同曲率半径R1和R2的低于圆弧61和第二圆弧62。例如，第二圆弧62的曲率半径R2可大于低于圆弧61的曲率半径R1。

进一步地，在本发明的示例性实施例中，在定子1的内径与第一圆弧61之间的间隙G1不同于在定子1的内径与第二圆弧62之间的间隙G2。例如，在第二圆弧62与定子1的内径表面之间的间隙G2可大于在第一圆弧61与定子1的内径表面之间的间隙G1。

在这种情况下，在第一圆弧61与定子1的内径表面之间的间隙G1沿着第一圆弧61的方向而变化。例如，在第一圆弧61与定子1的内径表面之间的间隙G1从第一圆弧61的中心到第一圆弧61的两侧逐渐增加。

进一步地，在第二圆弧62与定子1的内径表面之间的间隙G2可沿着第二圆弧62的曲率半径R2一致。

在下文，将通过与第一比较实例和第二比较实例进行比较来描述根据本发明示例性实施例的WRSM的转子的操作效果。

图3为示出根据本发明示例性实施例的用于描述WRSM的操作效果的第一比较实例的视图。

参考图3，根据本发明示例性实施例的第一比较实例的转子200具有其中在齿210的相邻的转子承托233之间的间隙相对宽的结构，即，相邻的转子承托233的两端是短的。

在第一比较实例中，由于相邻的转子承托233的两端相对短，所以磁通量集中以利于确保转矩。然而，在转子200高速旋转时，就难以确保用于支撑施加到转子线圈3的离心力的机械强度，使得转矩波动可相对增加。

因此，在第一比较实例中，在高速旋转时，为支撑施加到转子线圈3的离心力，在齿210之间安装了楔形物220。

然而，在本发明的示例性实施例中，转子承托33的第二部分52延伸到相邻的转子承托33的第二部分52侧，并且第二部分52可配置支撑结构55，同时使在相邻的转子承托33之间的间隙窄。

因此，在本发明的示例性实施例中，由于围绕齿10的线圈绕组部分31缠绕的转子线圈3可通过转子承托33的第二部分52被固定支撑，所以在转子100高速旋转时，施加到转子线圈3的离心力就被分散，并且转子100的机械强度可进一步增加。

进一步地，在本发明的示例性实施例中，由于转子承托33的第二部分52通过用于支撑转子线圈3的支撑结构55配置，所以不使用像在第一比较实例中的分开的楔形物220，使得转子部件的整体数目可减少，同时确保稳定的机械强度，并且可减少制造成本。

另外，在本发明的示例性实施例中，由于转子承托33的第二部分52延伸到相邻的转子承托33的第二部分52侧，所以围绕齿10的线圈绕组部分31缠绕的转子线圈3的接触面积增加，使得线圈占空因数增大，并且转子线圈3的发热可减少，从而导致改善电动机的性能和最大输出。

图4为示出根据本发明示例性实施例的用于描述WRSM的操作效果的第二比较实例的视图。

参考图4，根据本发明示例性实施例的第二比较实例的转子300具有其中在齿310的相邻的转子承托333之间的间隙相对窄的结构，即，相邻的转子承托333是长的。

在第二比较实例中，由于相邻的转子承托333两端相对长，所以转子线圈3的绕组占空因数可增大，但转矩性能可降低并且磁阻可变化，并且根据在定子(未示出)与转子300之间的相对位置，转矩波动可增加。

然而，在本发明的示例性实施例中，由于转子承托33的第一部分51和第二部分52分别形成具有不同曲率半径的第一圆弧61和第二圆弧62，所以在定子1的内径表面与第一圆弧61之间的间隙G1不同于在定子1的内径表面与第二圆弧62之间的间隙G2，在转子100高速旋转时，可调节在定子1的内径表面与转子承托33之间的间隙长度。

因此，在本发明示的示例性实施例中，在转子100高速旋转时，由于施加到转子线圈3的离心力在高速旋转时被分散，并且在定子1的内径表面与转子承托33之间的间隙长队可调节，所以转矩波动可减少，同时使磁阻的变化率最小化，磁阻可根据在定子1与转子100之间的相对位置而变化。

同时，下表1列出了根据本发明示例性实施例的WRSM的转子100与使用根据第一比较实例和第二比较实例的转子200和300的WRSM的性能比较。

(表1)

类别	线圈接触面积(mm<sup>2</sup>)	平均转矩(Nm)	转矩波动(％)
				第一比较实例	1521	277.8	3.7
第二比较实例	2024	274.7	3.3
				示例性实施例	2024	275.5	2.7

如表1所列出，与第一比较实例和第二比较实例相比，在本发明的示例性实施例中，转子线圈3的接触横截面增加30％，转矩波动减少28％，并且转矩减少0.8％。

具体地，本发明的示例性实施例可增大转子线圈3的绕组占空因数，以增加电动机的性能和输出，同时将转矩性能维持在于第一比较实例和第二比较实例相同的水平，并且可减少转矩波动，使得在电动机操作状态中的振动和噪音特征可得以改善。

如先前所提到的，依照根据本发明示例性实施例的WRSM的转子100，通过改善转子齿10的结构，施加到转子线圈3的离心力可被分散，同时将转矩性能维持在相同水平，并且转矩波动可减少同时确保机械性能，并且关于齿10的绕组占空因数可得以改善。

尽管该发明已经结合当前被认为是实际的实施例进行了描述，但应该理解，该发明不限于所公开的实施例。相反，其旨在覆盖包括在随附权利要求的实质和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (5)

1.一种转子，其在绕线转子同步电动机中与定子的内径表面间隔开预定的间隙，所述转子包括：

由转子线圈缠绕并且彼此周向间隔开预定距离的多个齿，

其中在所述齿之间形成狭槽，在每个齿中形成有面向所述定子的内径表面的承托，并且所述承托的两端沿着相邻的承托的两端的方向突出，

每个齿包括对应于所述齿的绕组主体的第一部分和从所述第一部分的两侧沿着相邻的承托两端的方向延伸的第二部分，

并且所述第一部分和第二部分分别形成具有不同曲率半径的第一圆弧和第二圆弧，

其中在所述定子的所述内径表面与所述第一圆弧之间的间隙不同于在所述定子的所述内径表面与所述第二圆弧之间的间隙，

其中在所述第一圆弧与所述定子的所述内径表面之间的间隙沿着所述第一圆弧的方向变化，

其中在所述第二圆弧与所述定子的所述内径表面之间的间隙沿着所述第二圆弧的曲率半径均匀一致，并且

其中所述第二部分的第二圆弧的曲率半径大于所述第一部分的第一圆弧的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的转子，其中所述第二部分由支撑结构构造，所述支撑结构用于支撑在狭槽中施加到所述转子线圈的离心力。

3.根据权利要求1所述的转子，其中在所述第一圆弧与所述定子的所述内径表面之间的所述间隙从所述第一圆弧的中心到所述第一圆弧的两侧逐渐增加。

4.根据权利要求1所述的转子，其中在所述第二圆弧与所述定子的所述内径表面之间的所述间隙大于在所述第一圆弧与所述定子的所述内径表面之间的间隙。

5.一种绕线转子同步电动机，其包括：

定子；

转子，其与所述定子的内径表面间隔开预定的间隙，

所述转子包括：

由转子线圈缠绕并且彼此周向间隔开预定距离的多个齿，和在所述齿之间形成的狭槽，每个齿形成有面向所述定子的内径表面的承托，并且所述承托的两端沿着相邻的承托两端的方向突出，

其中，每个齿包括对应于所述齿的绕组主体的第一部分和从所述第一部分的两侧沿着相邻的承托两端的方向延伸的第二部分，所述第一部分和第二部分分别形成具有不同曲率半径的第一圆弧和第二圆弧，

其中在所述定子的所述内径表面与所述第一圆弧之间的间隙不同于在所述定子的所述内径表面与所述第二圆弧之间的间隙，

其中在所述第一圆弧与所述定子的所述内径表面之间的间隙沿着所述第一圆弧的方向变化，

其中在所述第二圆弧与所述定子的所述内径表面之间的间隙沿着所述第二圆弧的曲率半径均匀一致，并且

其中所述第二部分的第二圆弧的曲率半径大于所述第一部分的第一圆弧的曲率半径。