CN107534371A - 电机转子 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于轴向磁通电机(12)的转子(10)。所述转子(10)包括：由铁磁材料制成并具有相对的第一表面和第二表面(26，28)的环形盘状中心框体(20)。该第一表面和第二表面(26，28)中的每个表面具有伸出的成形突起(40)。转子(10)还包括由导电的非铁磁材料制成的第一外框体和第二外框体(22，24)，每个外框体(22，24)具有内周部(32)和外周部(34)，多个导条电(36)连接该内周部和该外周部(32，34)。在相邻的导条(36)与该内周部和该外周部之间(32，34)形成间隙部(38)，该间隙部(38)与该中心框体(20)的该成形突起(40)的形状互补。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机转子，具体地，涉及一种轴向磁通感应电机的转子。
本发明主要用于电动或混合动力车辆的电动机，下面将结合本申请进行描述。然而，应理解，本发明不限于该特定使用领域。
背景技术
几乎所有的混合动力车辆中，都期望减小汽车零部件的尺寸，降低汽车零部件的重量。同时，也期望增大混合动力车辆中使用的电动机的功率输出。
因此，期望混合动力车辆中使用的电机的单位质量功率输出(通常称为“功率密度”，单位kW/kg)较高。然而，遗憾的是，现有电机并不能满足这些要求，因此无法很好地使用在混合动力汽车中。
为纯电动车辆供电的电机同样存在这种情况。
在多种方式下，轴向磁通型电机都最适用于混合动力车辆和纯电动车辆，原因之一是可以通过设计使其具有高功率密度。然而，轴向磁通类型的机器的装配和操作过程存在装配难度大、操作不可靠的问题，因此轴向磁通类型的机器的设计无法进一步优化。对于这种类型的机器的转子，情况尤其如此。
本发明的目的是提供一种用于轴向磁通电机的转子，以克服或基本上改善现有技术的至少一些缺陷，或至少提供替代方案。
应理解，如果本文涉及任何现有技术信息，这种涉及并不是承认在澳大利亚或任何其它国家该信息构成本领域公知常识的一部分。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于轴向磁通电机的转子。所述转子包括：
由铁磁材料制成并具有相对的第一表面和第二表面的环形盘状中心框体，其中，相对的所述第一表面和所述第二表面中的每个表面具有伸出的成形突起；
由导电的非铁磁材料制成的第一外框体和第二外框体，每个外框体具有内周部和外周部，多个导条电连接所述内周部和所述外周部，其中，在相邻的导条与所述内周部和所述外周部之间形成间隙部，所述间隙部与所述中心框体的所述成形突起的形状互补；
其中，所述第一外框体固定到所述中心框体的所述第一表面，所述第二外框体固定到所述中心框体的所述第二表面，并且所述成形突起延伸穿过所述外框体的所述间隙部。
优选地，所述中心结构一体成形。
优选地，每个所述外框体一体成形。
优选地，所述多个导条在所述内周部和外周部之间径向延伸。
优选地，每个所述外框体还包括至少一个中间部，所述至少一个中间部设置在所述内周部和外周部之间并且与所述多个导条交叉。
优选地，所述铁磁材料是钢，所述非铁磁材料是铝或铜。
优选地，所述中心框体和所述外周部通过铣削、激光切割、水射流切割、放电加工或铸造工艺形成。
优选地，所述导条的数量是基于与所述轴向磁通电机的定子上的槽缝数量相关的比例来选择的。理想地，所述比例是相对于定子槽缝具有更多导条的高比例，例如1.666:1。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于轴向磁通电机的转子，所述转子包括：
由铁磁材料制成并具有相对的第一表面和第二表面的环形盘状中心框体，其中，相对的所述第一表面和所述第二表面中的每个表面具有伸出的成形突起；
由导电的非铁磁材料制成的第一外框体和第二外框体，每个外框体具有内周部、外周部以及所述内周部和所述外周部之间的至少一个中间部；多个导条电连接所述内周部、所述至少一个中间部和所述外周部，其中，在相邻的导条与所述内周部、所述至少一个中间部和所述外周部之间形成间隙部，所述间隙部与所述中心框体的所述成形突起的形状互补；
其中，所述第一外框体固定到所述中心框体的所述第一表面，所述第二外框体固定到所述中心框体的所述第二表面，并且所述成形突起延伸穿过所述外框体的所述间隙部。
本发明的其他方面也被公开。
附图说明
尽管本发明范围内还包括其它形式，但现在仅通过示例结合附图对本发明的优选实施例进行描述，其中：
图1是根据本发明一优选实施例的包括转子的轴向磁通感应机器的示意图；
图2是根据本发明一优选实施例的转子的平面图；
图3是图2所示转子的横断面图；
图4是根据本发明另一优选实施例的转子的平面图；
图5是图4所示转子的横断面图；
图6是根据本发明又一优选实施例的转子的平面图；
图7是图6所示转子的横断面图。
具体实施方式
应注意，在以下描述中，不同实施例中相似或相同的附图标记表示相同或相似的特征。
本发明涉及一种应用于轴向磁通感应电机12的转子10。参考图1，该电机10包括第一定子14和第二定子16，该第二定子16与第一定子14呈镜像对称关系，以至于在第一定子14和第二定子16中间形成间隙18。薄环形盘状的转子10设置在间隙18中。盘的厚度基本上小于盘的半径。
参考图2和3，转子结构10包括中心铁磁材料框体20和两个外部非铁磁材料框体22，24，这两个外部非铁磁材料框体固定在中心框体20的相对表面26、28。
非铁磁框体22、24由诸如铝或铜的高导电材料制成。非铁磁性框体22、24包括内周边32和外周边34。由相同材料制成的导条36电连接到周边32、34。导条36与内周边32和外周边34一起形成转子10的笼式绕组。如图所示，导条36设置为从内周边32径向延伸到外周边34。然而，导条的其它构造也会正常工作。例如，图4和图5示出了转子110的可替换实施例，其中，导条136具有偏斜设置。
导条36的数量理想地按照基于定子14、16上的槽缝数量的比例来选择的。可以看出，与使用低比例相比，使用高比例(即，与定子槽缝的数量相比，具有更多的导条)减少了差漏磁。已得出理想比例为1.666：1。在所示的实施例中，该比例相当于80个导条适用于具有48个定子槽缝的定子。
非铁磁框体22、24的构造设置有间隙部38，该间隙部38设置在相邻的导条36与内周边32和外周边34之间。
为了使盘状转子10具有高水准的结构刚性，以使转子10保持尺寸稳定并能承受轴向和径向结构应力和力矩应力，中心框体20由诸如钢的铁磁材料制成。该铁磁框体20一体成形为单件。
在中心框体20的相对侧26、28上，整体成形的突起40从框体20上伸出。该突起40示为楔形，与非铁磁框体22、24中的间隙部38的形状相匹配。
非铁磁框体22、24分别位于中心框体20的各侧面26、28上，其中楔形突起40容纳在非铁磁结构22、24的间隙部38，并延伸穿过该间隙部38。例如，非铁磁结构22、24可以使用合适的环氧树脂固定到位。
该布局增强了转子10的通量运载能力，并且在第一定子14和第二定子16之间提供了磁通路径，这是由于多个铁磁楔形突起40延伸穿过非铁磁结构22、24且互相间隔适当距离，以使径向非铁磁导条36适当地位于突起40之间。
中心框体20具有中心孔42，中心孔内容纳有单独的毂构件。该毂构件用于固定将安装在电机12的轴11上的转子，例如，通过径向平头螺钉和轴键的方式。中心孔42周围有许多附加的孔44，用于容纳螺栓、螺钉或其它适当工具，以将转子10固定到毂构件上。
该毂构件在图4至图7所示的可替换实施例中未示出。
图6和图7示出了转子210的可替换实施例。在该实施例中，非铁磁结构222、224具有设置在内周边232和外周边234之间的中间部250。导条236在内周边232和中间部250之间，以及在中间部250和外周边234之间延伸。同样，这种布局设置了间隙部238，并且中心框体220具有互补状突起240，以用于适合间隙部238并且延伸穿过间隙部238。在试验中已发现，通过改进磁路和减小转矩波动，使得具有中间部250的转子210的性能得到了改善。
通过铣削、激光切割、水射流切割或放电加工，铁磁转子部件20和非铁磁转子部件22、24可以采用材料去除方法由金属板制成。可替换地，转子部件20、22、24可以采用直接金属烧结3D打印方法制成。
在优选实施例中，中心框体20通过铸造工艺形成。潜在地，采用铁磁框体作为压铸模具内的形状，非铁磁框体22、24可以在中心铁磁框体20上压铸成形。
解释
实施例
本说明书通篇所称的“一个实施例”或“实施例”指的是结合实施例描述的特定功能、结构或特征包含于本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书通篇多处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指的是同一个实施例。此外，很显然，本领域技术人员可以将该特定功能、结构或特征以合适的方式组合在一个或多个实施例中。
同样，应理解，在本发明的上述示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时结合在单个实施例、附图或其描述中进行说明，以便简化说明书，并有助于理解一个或多个创造性的特征。然而，本公开的方法不应被解释为，表明要求保护的发明还需要除了每个权利要求中明确引用的特征之外的其他特征。而是，正如后附的权利要求所表明的那样，体现创造性的特征可以少于前文描述的单个实施例中的所有特征。因此，说明书之后的权利要求在对具体实施例进行描述时，清楚地结合了说明书中的描述，其中每个权利要求本身可以作为本发明一个单独的实施例。
此外，对本领域技术人员来说，虽然文中描述的一些实施例包括了一些特征，而没有包括其它实施例中的特征，但是应当认为不同实施例的特征组合也在发明范围内，并且形成了不同的实施例。比如，在接下来的权利要求中，任何要求保护的实施例均可以通过任何方式组合起来。
对象的不同示例
本文中，除非另有指定，使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来描述一个普通的对象，仅表示类似对象涉及不同示例，并不表示以这种方式描述的对象在时间上、空间上、等级上或者其他任何方式下必须依照给定的顺序。
具体细节
在本文的描述中，阐述了许多具体的细节。然而，应理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实现。在其它实例中，公知的方法、结构和技术没有详细示出，以免混淆对本说明书的理解。
术语
在附图中所显示的本发明的优选实施例中，为清楚起见而借助了特定的术语。然而，本发明并不受限于所选用的特定术语，而是应理解为每个特定术语都包括了以类似方式实现类似技术目的的所有等同的技术特征。诸如“前”、“后”、“径向”、“周向”、“向上”、“向下”等术语是用于提供参考点而非构成限制性的术语。
包括和包含
在所附的权利要求书中以及在本发明前述的说明书中，除了上下文要求外，由于表达语言或必要的含义，词语“包括”或其变体如“包括”(comprises)或“包括中”comprising)是一种开放性的表达，即，详细指明存在所描述的特征，但并不排除在本发明的不同实施例中存在或增加其他特征。
本文使用的“包含”、“其包含”或“所包含”中的任意一个术语也是一个开放性的术语，也意味着至少包括该术语之后的元素或特征，但不排除其它元素或特征。因此，“包含”是“包括”的同义词。
发明范围
因此，尽管已经对本发明的优选实施例进行了描述，但是本领域技术人员将认识到，可以在不偏离本发明精神的范围内对其作出其它修改，旨在保护落在本发明范围内的所有此类变化和修改。例如，上面给出的任何公式仅仅表示可以使用的程序。可以在框图中增加或删除功能模块，各种操作也可以在功能模块之间进行交互。对本发明范围内的所述方法可以增加或删除步骤。
尽管结合特定实施例对本发明作了说明，但本领域普通技术人员应理解，本发明可以体现为许多其它形式。
工业实用性
基于以上描述，很显然，上述布局可以应用于电机行业。
Claims (32)
1.一种用于轴向磁通电机的转子，所述转子包括：
由铁磁材料制成并具有相对的第一表面和第二表面的环形盘状中心框体，其中，相对的所述第一表面和所述第二表面中的每个表面具有伸出的成形突起；
由导电的非铁磁材料制成的第一外框体和第二外框体，每个外框体具有内周部和外周部，多个导条电连接所述内周部和所述外周部，其中，在相邻的导条与所述内周部和所述外周部之间形成间隙部，所述间隙部与所述中心框体的所述成形突起的形状互补；
其中，所述第一外框体固定到所述中心框体的所述第一表面，所述第二外框体固定到所述中心框体的所述第二表面，并且所述成形突起延伸穿过所述外框体的所述间隙部。
2.根据权利要求1所述的转子，其中所述中心框体一体成形。
3.根据权利要求1或2所述的转子，其中每个所述外框体一体成形。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中所述多个导条在所述内周部和所述外周部之间径向延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中每个所述外框体还包括至少一个中间部，所述至少一个中间部设置在所述内周部和所述外周部之间并且与所述多个导条交叉。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中所述铁磁材料是钢。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中所述非铁磁材料是铝。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的转子，其中所述非铁磁材料是铜。
9.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中所述中心框体通过铣削、激光切割或水射流切割工艺形成。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的转子，其中所述中心框体通过铸造工艺形成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中每个所述外框体通过铣削、激光切割或水射流切割工艺形成。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的转子，其中每个所述外框体通过铸造工艺形成。
13.根据权利要求12所述的转子，其中每个所述外框体直接铸造在所述中心框体上。
14.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中所述导条的数量是基于与所述轴向磁通电机的定子上的槽缝数量相关的比例来选择的。
15.根据权利要求14所述的转子，其中所述比例是相对于定子槽缝具有更多导条的高比例。
16.根据权利要求15所述的转子，其中所述比例为1.666:1。
17.一种用于轴向磁通电机的转子，所述转子包括：
由铁磁材料制成并具有相对的第一表面和第二表面的环形盘状中心框体，其中，相对的所述第一表面和所述第二表面中的每个表面具有伸出的成形突起；
由导电的非铁磁材料制成的第一外框体和第二外框体，每个外框体具有内周部、外周部以及所述内周部和所述外周部之间的至少一个中间部；多个导条电连接所述内周部、所述至少一个中间部和所述外周部，其中，在相邻的导条与所述内周部、所述至少一个中间部和所述外周部之间形成间隙部，所述间隙部与所述中心框体的所述成形突起的形状互补；
其中，所述第一外框体固定到所述中心框体的所述第一表面，所述第二外框体固定到所述中心框体的所述第二表面，并且所述成形突起延伸穿过所述外框体的所述间隙部。
18.根据权利要求17所述的转子，其中所述中心框体一体成形。
19.根据权利要求17或16所述的转子，其中每个所述外部框体一体成形。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的转子，其中所述多个导条从所述内周部径向延伸。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的转子，其中所述铁磁材料是钢。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的转子，其中所述非铁磁材料是铝。
23.根据权利要求17至21中任一项所述的转子，其中所述非铁磁材料是铜。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的转子，其中所述中心框体通过铣削、激光切割、水射流切割或放电加工工艺形成。
25.根据权利要求17至23中任一项所述的转子，其中所述中心框体通过铸造工艺形成。
26.根据权利要求17至25中任一项所述的转子，其中每个所述外框体通过铣削、激光切割、水射流切割或放电加工工艺形成。
27.根据权利要求17至25中任一项所述的转子，其中每个所述外框体通过铸造工艺形成。
28.根据权利要求27所述的转子，其中每个所述外框体直接铸造在所述中心框体上。
29.根据权利要求17至28中任一项所述的转子，其中所述导条的数量是基于与所述轴向磁通电机的定子上的槽缝数量相关的比例来选择的。
30.根据权利要求29所述的转子，其中所述比例是相对于定子槽缝具有更多导条的高比例。
31.根据权利要求30所述的转子，其中所述比例为1.666:1。
32.一种轴向磁通电机，包括根据前述任一项权利要求所述的转子。
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