CN107181338A - 电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转子。一种电机转子包括被构造成绕着中央轴线旋转的叠片和多对永磁体。每对永磁体均以V形图案布置并且固定在所述叠片内以产生用于所述叠片的旋转的磁场。所述叠片还包括周向地跨接所述永磁体的外部的外边缘，其中，质量减小切口延伸通过嵌设于V形图案内的叠片，所述V形图案由邻近所述转子的外表面的永磁体限定。所述叠片还包括延伸通过所述转子的外边缘的应力减小狭槽。

Description

电机转子

技术领域

本公开涉及一种永磁电机的转子。

背景技术

电机通常利用转子和定子来产生转矩。电流流经定子的绕组以产生磁场。由定子产生的磁场可与固定到转子的永磁体共同作用以产生转矩。

发明内容

一种电机可包括：转子，限定在其外边缘附近周向地分布的多个空腔并且具有限定多个狭槽的外表面，所述多个狭槽中的每个延伸到所述多个空腔中的一个中，以减小所述空腔与所述外表面之间的叠片材料中的应力集中。所述狭槽可具有形成穿过所述转子的外边缘的大约0.4mm的间隙的尺寸。质量减小切口大致呈三角形，并且，应力减小狭槽从三角形的质量减小切口的外基部延伸。所述狭槽可被定向成与所述转子的中央轴线正交地延伸。所述狭槽可被定向成相对于转子的中央旋转轴线偏斜。

根据本发明，提供一种转子，包括：叠片，包含各个对永磁体对，所述永磁体周向地分布在所述叠片的外边缘附近，所述叠片限定周向地分布在叠片的所述外边缘附近的多个空腔，使得所述多个空腔中的每个均被设置在所述永磁体对中的一对之间，并且所述叠片包括多个狭槽，所述多个狭槽中的每个均从所述外边缘延伸到所述多个空腔的一个中。

根据本发明的一个实施例，所述永磁体对中的每对均以V形图案布置，其中，三角形的质量减小切口延伸通过嵌设于所述V形图案内的叠片，所述V形图案由所述永磁体产生。

根据本发明的一个实施例，每个叠片均在一对永磁体之间限定质量减小切口，并且所述多个狭槽中的一个从所述质量减小切口延伸通过所述叠片的外表面。

根据本发明的一个实施例，所述多个狭槽中的一个具有形成穿过叠片中的一个的外表面的大约0.4mm的间隙的尺寸。

根据本发明的一个实施例，所述多个狭槽中的一个被定向成与所述转子的中央轴线正交地延伸。根据本发明的一个实施例，所述多个狭槽中的一个被定向成相对于转子的中央轴线偏斜。

根据本发明，提供一种转子，包括：具有绕组的定子，被配置成响应于通过所述绕组的电流而产生电磁场；转子，被定子围绕，并具有固定在所述转子的外边缘附近的多对永磁体以便于通过所述电磁场来驱动所述转子，并且在所述多对永磁体中的每对之间限定径向地延伸通过所述转子的外边缘的应力减小狭槽。

根据本发明的一个实施例，所述多对永磁体中的每对均以V形图案定向，并且，三角形的质量减小切口嵌设于所述V形图案中。根据本发明的一个实施例，所述应力减小狭槽中的每个均从所述三角形的质量减小切口中的一个的基部延伸通过所述转子的外边缘。根据本发明的一个实施例，所述应力减小狭槽中的每个具有形成穿过所述转子的一部分的外边缘的大约0.4mm的间隙的尺寸。

根据本发明的一个实施例，所述应力减小狭槽中的每个均与所述转子的中央旋转轴线正交地延伸。根据本发明的一个实施例，所述应力减小狭槽中的每个均相对于转子的中央旋转轴线偏斜地定向。

附图说明

图1是电机的转子的叠片堆的立体图。

图2是叠片的俯视图。

图3是基准叠片的冯·米塞斯应力分布的等值线图。

图4是沿着图2的视向4节选的叠片的俯视图。

图5是具有应力减小狭槽的叠片的冯·米塞斯应力分布的等值线图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采用各种和可替代形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可以与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。

电机的转子可具有连续的边缘以保持转子和定子之间的恒定的气隙。气隙磁导(air gap permeance)可对电机的输出特性有直接的影响。通常避免转子的外边缘的不规则性以限制对机械动力学的任何不利影响。特别地，在使用期间转子的外边缘上的狭槽可减小给予转子的不期望的应力。

通常，转子叠片可具有围绕转子的边缘布置以容纳永磁体的容纳部(pocket)或腔部。永磁体可被定位为与由定子绕组产生的磁场相互作用。这些容纳部或腔部可包括使磁体之间的不期望的磁通泄漏最小化的磁通成形区域(flux-shaping area)。这些具有磁通成形区域的腔部可造成不期望的应力出现在转子在腔部附近的外边界中。出乎意料地，位于质量减小切口(mass reduction cutout)附近的狭槽可减小腔部附近的不期望的应力。这意味着，相对于腔部错位的狭槽可对位于外边界的其他区域中的应力具有影响。永磁体腔部的位置可迫使质量减小切口具有特定的位置。类似地，V形的永磁体腔部可类似地容许三角形的质量减小切口。转子外边缘上的每个狭槽可位于质量减小切口附近。所述狭槽可以是直角的或倾斜的，并且所述狭槽可设置在每个质量减小切口的中央或者设置在边缘上的其他位置以提供类似地出乎意料的结果。

电机可包括转子，该转子限定周向地分布在其外边缘附近的多个空腔并具有限定多个狭槽的外表面，每个狭槽均延伸到空腔中的一个中以减小空腔和外表面之间的叠片材料中的应力集中。转子的每个叠片均可在一对永磁体之间限定质量减小切口。狭槽中的一个从质量减小切口延伸通过叠片中的一个的外表面。每对永磁体以V形图案布置。三角形的质量减小切口可延伸通过嵌设于由永磁体产生的V形图案内的每个叠片。质量减小切口可以是其他形状(例如，卵形、矩形)的。

狭槽中的一个可具有形成穿过叠片中的一个的外表面的大约0.4mm的间隙的尺寸。每个狭槽可改变尺寸以改变应力分布和气隙磁导。所述狭槽可被定向为径向地向外或者可成一定角度定向。可最小化狭槽宽以限制对气隙磁导的影响，并且较大的狭槽宽可对电机的转矩产生具有不利的影响。

转子叠片可包括各个永磁体的对，所述永磁体周向地分布在叠片的外边缘附近以在受到外磁场作用时引起转子的旋转。叠片可限定周向地分布在外边缘附近的多个空腔。每个空腔均可被设置在一对永磁体之间，并包括多个狭槽，每个狭槽均从外边缘延伸到空腔的一个中。

参照图1，示出了电机的转子10。转子10可包括叠片12的堆。每个叠片包括多个容纳部，每个容纳部被构造成保持永磁体。电机包括围绕转子10的定子。定子还包括许多绕组以响应于电流而产生电磁场。当电机通电时，电磁场排斥永磁体以引起转子的旋转。

参照图2，示出了叠片12的俯视图。叠片12包括多对永磁体，所述永磁体形成围绕转子的边缘间隔开的磁极16。中央开口或孔18被设置在转子的内径、内表面或内边缘上以接合输出轴。

许多桥(bridge)连接永磁体容纳部28周围的材料。中央桥30在容纳部28之间径向地延伸。顶侧桥32在容纳部28外部周向地延伸。每个中央桥与一对外部顶侧桥的组合在离心载荷的作用下保持叠片的除桥以外的部分和磁体。在机械方面，在电机运行期间桥使转子可靠地承受由正在被电磁驱动的转子引起的离心载荷。然而，桥也会造成磁通漏泄，该磁通漏泄降低电机的输出转矩和效率。因此，在电磁学方面可期望薄的桥来实现高的转矩输出和高的马达效率。强度和性能之间的平衡造成了机械设计与电磁设计之间根本取舍。

此外，保持永磁体对16的容纳部28的V形定向限定嵌设于V形部分的中央的固体质量块。质量减小空腔或孔34设置在固体质量块的中央部分中。质量减小切口邻近转子的外表面并且在永磁体之间的外部顶侧桥32处产生薄材料部分。越大的空腔34能减小越多的需要通过桥来保持的转子叠片的质量。

图3是在电机运转期间在载荷作用下的转子叠片12的一部分的冯·米塞斯应力(Von Mises stress)的等值线图。图3的应力分布对应于不具有额外的应力减小应对措施的基准转子叠片。应力集中产生在叠片12的多个位置。具体而言，许多薄材料桥经受归因于转子的旋转的高应力以及来自永磁体的电磁力。经常在外部顶侧桥32的附近发现叠片中的最高的应力水平。在所提供的示例中，受到的最大应力出现在外部顶侧桥32的位置36。如可在图3的应力等值线图中见到的，质量减小切口34外部的薄材料部分38中的应力明显地小于设置在永磁体的每侧上的外部桥32中的应力。

虽然围绕永磁体的每个保持部分的边缘设置平滑的形状在某些程度上可助于应力管理，但是额外的应力管理技术可允许进一步的优化。如上面所讨论的，位于每个叠片12的外周附近的质量减小切口34在每对永磁体之间限定薄材料桥。根据本公开的一方面，应力减小狭槽切穿位于质量减小切口的外部分处的叠片。

参照图4的视向4，应力减小狭槽40延伸通过薄材料部分38。在所提供的示例中，质量减小切口34通常呈三角形并且延伸通过嵌设于V形图案内的叠片，所述V形图案由永磁体对16产生。应力减小狭槽40从三角形的质量减小切口34的外基部开始延伸。应力减小狭槽40被定向成从位于转子的中央的旋转轴线20沿着线42所指示的方向径向向外地延伸。在可选的实施例中，应力减小狭槽40可以以相对于位于转子的中央的旋转轴线20倾斜的角度来定向。切穿外保持边界的应力减小狭槽40降低外部顶侧桥32中的应力，外部顶侧桥32是转子10的叠片12的特别高的应力区域。在至少一个实施例中，每个应力减小狭槽40具有形成穿过转子的外保持边界的大约0.4mm的间隙44的尺寸。应力减小狭槽的尺寸影响转矩脉动，在获得相同的结果的条件下，这可能需要狭槽的宽度尽可能地减小。

图5公开了转子的应力分布。不同于先前的不具有应力减小狭槽的版本，应力由于应力减小狭槽40而减小。如所实施的，外部顶侧桥32不再是遭受叠片的最大应力的位置。另外，总的最高应力值减小，并且，最大应力的位置转移到中央孔18附近的位置44。应清楚的是，由应力减小狭槽40引起的应力重新分布造成中央桥30处的应力增加。中央桥30处的应力增加可被视为为了减小叠片的总的最大应力而做出的适当取舍。

下面在表1中示出了对于宽度为0.4mm的狭缝在最高马达载荷下中央桥和外部顶侧桥中的应力水平以及电磁输出变量的相关的数值结果。

属性	从不具有狭槽的基准设计变化
		转矩脉动变化(峰值到峰值)	-32.8％
平均转矩变化	-0.3％
		冯·米塞斯应力变化(外部顶侧桥)	-13.9％
冯·米塞斯应力变化(中央桥)	+5.0％

表1

上面的表1还示出：应力减小狭槽40的增加还影响电机在最大载荷下的峰值到峰值的转矩。在一些实施例中，应力减小狭槽还被用于改善转矩脉动性状。

说明书中所使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各种实施例可能已经被描述为提供优点或者优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据特定的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并可被期望用于特定的应用。

Claims (10)

1.一种电机，包括：

转子，限定在所述转子的外边缘附近周向地分布的多个空腔并且具有限定多个狭槽的外表面，所述多个狭槽中的每个延伸到所述多个空腔中的一个中，以减小所述多个空腔与所述外表面之间的叠片材料中的应力集中。

2.如权利要求1所述的转子，其中，所述转子的每个叠片均在一对永磁体之间限定质量减小切口，其中，所述多个狭槽中的一个从所述质量减小切口延伸通过所述多个叠片中的一个的外表面。

3.如权利要求1所述的转子，其中，每对永磁体均以V形图案布置，其中，三角形的质量减小切口延伸通过嵌设于所述V形图案内的每个叠片，所述V形图案由所述永磁体产生。

4.如权利要求3所述的转子，其中，所述多个狭槽中的一个具有形成穿过所述多个叠片中的一个的外表面的大约0.4mm的间隙的尺寸。

5.如权利要求4所述的转子，其中，所述多个狭槽中的一个被定向成与所述转子的中央轴线正交地延伸。

6.一种转子，包括：

叠片，包含各个永磁体对，所述永磁体周向地分布在所述叠片的外边缘附近，所述叠片限定周向地分布在叠片的外边缘附近的多个空腔，使得所述多个空腔中的每个均设置在所述永磁体对中的一对永磁体之间，并且所述叠片包括多个狭槽，所述多个狭槽中的每个均从所述叠片的外边缘延伸到所述多个空腔的一个中。

7.如权利要求6所述的转子，其中，所述永磁体对中的每对均以V形图案布置，其中，三角形的质量减小切口延伸通过嵌设于V形图案内的叠片，所述V形图案由所述永磁体产生。

8.如权利要求6所述的转子，其中，每个叠片均在一对永磁体之间限定质量减小切口，并且所述多个狭槽中的一个从所述质量减小切口延伸通过所述叠片的外表面。

9.如权利要求8所述的转子，其中，所述多个狭槽中的一个具有形成穿过叠片的外表面的大约0.4mm的间隙的尺寸。

10.一种电机，包括：

具有绕组的定子，被配置成响应于流过所述绕组的电流而产生电磁场；以及

转子，被定子围绕，并具有固定在所述转子的外边缘附近的多对永磁体，以便于通过所述电磁场驱动所述转子，并且在所述多对永磁体中的每对之间限定径向地延伸通过所述转子的外边缘的应力减小狭槽。