CN107769413B - 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，所述转子包括具有第一表面的壳体，第一组磁体安装在该第一表面上；以及环形夹紧圈，用于将第二组磁体保持在所述壳体的第二表面上，其中所述第二表面上的所述第二组磁体的位置使得所述第一组磁体的位置可以被确定，其中所述环形夹紧圈包括安装点，该安装点用于使所述环形夹紧圈被安装于所述壳体以将所述第二组磁体保持在所述第二表面上，其中在邻近所述安装点的区域中减小所述环形夹紧圈的横截面面积，以及其中将所述环形夹紧圈安装在第二组磁体之上。

Description

用于电动机或发电机的转子

技术领域

本发明涉及一种用于电动机或发电机的转子，尤其是一种用于在转子内部保持一组磁体的机械装置。

背景技术

永磁同步电动机通过产生旋转磁场而起作用，该旋转磁场的产生一般是通过电流流经安装于定子上的线圈绕组而形成。所述线圈绕组一般形成分布在耦合在一起的定子的周围的一组相绕组。对于三相电动机或发电机，三组相绕组以星形或者三角形构造连接在一起。

在图1中示出具有以星形构造连接在一起的六组相绕组的六相电动机或发动机的表现，其中每一个绕组的一端连接到同一点，该点被称为星点100。

在电动机或发电机运行的过程中，在每一组相绕组两端施加或生成不同的电压相位。于是，对于n相电动机或发电机，在该电动机或发动机的相应的相绕组两端施加n相电压。

通过确保施加在相绕组上的电相位即电相角与一般安装在转子上的永磁体所生成的磁场同步，使得电相位角处于对给定转矩/速度的磁场的固定相位偏移，使永磁同步电动机或发电机的效率最佳化。换句话说，电相角与转子磁通角同步。

为了允许各自相绕组的电相位与安装在转子上的永磁体所生成的磁场，即转子磁通角同步，将换向磁环形式的磁环或多磁极环安装在转子上，该转子具有与安装在转子上的充当驱动磁体的永磁体相匹配的构造，其中所述换向磁体用于估算所述驱动磁体的磁通角。

安装在定子上的一般是霍尔传感器，其设置为测量来自换向磁环的磁场强度。为了允许确定转子方向以及为了被改善的准确度，第二霍尔传感器一般放在离第一霍尔传感器90度的电角度处。

随着转子相对于定子转动，霍尔传感器输出交流电压信号，使得转子磁通角可以被估算。通过三角函数计算，从由霍尔传感器输出的信号来确定转子磁通角。对于两个霍尔传感器的构造，一个霍尔传感器表示转子磁通角的正弦(sine)，第二霍尔传感器信号表示转子磁通角的余弦(cosine)。该输出的交流电压信号具有与转子速度成比例的频率。通过图示的方式，图2表示了安装在定子上的两个霍尔传感器的输出，该输出已经由大约90度的电相角分开。如图示，输出了两个正弦曲线信号，其中一个输出信号相对于另一个输出信号偏移了大约90度。

为了确保所述换向磁环保持在转子上的适当位置，同时还能将换向磁环相对于驱动永磁体移动的风险最小化，一般在整个换向磁环上安装夹紧圈，从而允许该换向磁环可以相对于驱动永磁体维持在固定位置上。一般使用在夹紧圈圆周周围以特定间隔放置的多个安装点，将所述夹紧圈装在转子上。通过图示的方式，图3示出了使用三个安装点安装在转子上的夹紧圈。

然而，如图3所示，其中图3只示出了夹紧圈安装在转子的部分，夹紧圈30安装于转子32可能导致夹紧圈30变得扭曲，这引起了夹紧圈30周围的起皱效应(crinklingeffect)，其中夹紧圈30在安装点34之间的部分一般比夹紧圈30在安装点34周围的部分离转子表面更远。例如，如图3所示，两个安装点之间中间的区域比临近安装点34的区域离转子表面更远。这可能影响换向磁环相对于位置传感器的位置，其中各自换向磁体(未示出)相对于转子表面的距离可以根据夹紧圈30的表面而变化，这可能会导致在确定转子磁通角时的误差。为了帮助使夹紧圈的扭曲效应最小化，可以使用将换向磁环胶合于转子的过程，然而这使制造过程复杂化并增加了组装电动机所需的时间。

这种情况有待改善。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种根据所附技术方案的方法和装置。

通过减少换向磁体和转子安装表面之间距离的变化，所要求保护的本发明具有了提高电相位测量准确度的优点。本发明还具有额外的简化电动机或发电机制造过程并同时还减少了组装电动机或发电机所需时间的优点。

附图说明

本发明的实施例将通过举例的方式参考下列附图进行说明，其中：

图1示出电动机的表现；

图2示出用于确定转子位置的霍尔传感器的输出的表现；

图3示出现有技术的换向磁体夹紧圈；

图4示出根据本发明实施例的电动机的分解图；

图5示出图4的电动机的从另一角度观察的分解图；

图6示出根据本发明实施例的电动机的横截面视图；

图7示出根据本发明实施例的夹紧圈的截面图；

图8示出了根据本发明实施例的夹紧圈。

具体实施方式

本发明的实施例所说明的是用于电动机或发电机的转子，该转子具有将换向磁体保持在该转子上的夹紧圈。

出于本实施例的目的，所述转子是用于在车辆的车轮中使用的电动机，但电动机可以位于车辆内的任何地方。所述电动机的类型设置为包括作为安装到车辆上的定子一部分的一组线圈，所述线圈由安装到车轮护铁上、承载有一组磁体的转子径向环绕。为免生疑问，本发明的各种方面同样适用于发电机的转子。因此，电动机的定义旨在包括发电机。正如由本领域技术人员所理解的，本发明适用于在其它类型的电动机中使用的转子。

图4和5根据本发明的实施例，提供了一种具有转子240的优选的电动机的分解图示例，其中图5示出了如图4所示相同的电机组装在相反侧观察的分解图。轮内电动机包括定子252，所述定子包括散热器253、定子护铁、两个控制装置400以及环形电容器，其中所述定子护铁安装在散热器253上，具有在定子齿形叠片上形成的多个线圈254以形成线圈绕组，用于驱动线圈的所述两个控制装置400安装在所述定子的后部上的散热器253上，所述环形电容器安装在所述定子上的所述控制装置400内径内，又称为直流链电容器(DC linkcapacitor)。定子盖256被安装在所述定子252的后部，包围所述控制装置400以形成所述定子252，所述定子252然后可以固定于车辆并在使用过程中不相对于车辆旋转。所述定子护铁优选由一系列圆周叠片形成，所述圆周叠片由具有高磁导率的材料制造，从而允许在护铁内部形成磁场以增加磁通量。用于护铁的材料示例包括铁或电工钢(又称为叠片钢、硅钢或变压器钢)。所述叠片一般通过由薄板材料冲压为所需形状而形成，该叠片一般具有大约0.35mm的厚度。优选地，定子齿形叠片形成为圆周叠片的一部分，或在定子护铁组装后安装到定子护铁上去。

转子240包括前部220以及形成盖的圆筒部221，所述转子240基本上环绕所述定子252。转子包括安装在圆筒部内表面的护铁，多个永磁体242安装在该护铁的内表面从而设置在该圆筒部221的内侧周围。出于本实施例的目的，三十二个磁体对被安装在所述圆筒部221的内侧。然而，可以使用任何数量的磁体对。正如定子护铁，转子护铁优选由一系列圆周叠片形成，所述圆周叠片由具有高磁导率的材料制造，例如电工钢。

护铁的内圆周包括从护铁的内表面和外表面轴向延伸的多个脊状物，其中脊状物在径向向内方向上突起。所述脊状物充当安装在护铁内圆周上的磁性件之间的间隔物，这也可用于辅助对齐安装在护铁上的磁体。一个磁体设置为安装在一对脊状物之间，邻近的磁体具有相交替的磁极。

优选地，定子散热器和转子壳体都由被选择为结构牢固但重量轻且抗腐蚀的铝或铝合金形成。

所述磁体设置为紧密靠近所述定子252上的线圈绕组，使得由线圈产生的磁场与设置在转子240的圆筒部221的内侧的磁体242相互作用，以使转子240旋转，而相应的转子和定子护铁被用于使电动机磁路完整。由于永磁体242被用于产生用于驱动电机的驱动转矩，永磁体通常被称为驱动磁体。

包括多个磁体的磁环227又被称为换向磁体，被设置用于识别转子相对于定子的位置。定子的位置一般通过安装在定子上的一个或多个位置传感器确定，例如霍尔传感器，其中所述一个或多个位置传感器通过测量由磁环227产生的磁场来确定转子的位置。

为了改善磁场检测，优选地，在磁环227的下方形成换向聚合环(未示出)，该换向聚合环在垂直于磁环227的方向上聚合磁环产生的磁场。该转向聚合环一般将由具有高磁导率的材料形成，例如电工钢。将磁环227安装在转子以具有与安装在转子上充当驱动磁体的永磁体相匹配的磁性构造。于是，在本实施例内，磁环包括三十二个磁体对，但是也可以使用任意数量的磁体对。换向磁体用于估算所述驱动磁体的转子磁通角。磁体对通过任何合适的方式形成，例如设置为形成一个环的各个磁体或设置为具有多个磁体对的单个磁性件。

现在将描述转子240的前部220的内侧的磁环227的安装的实施例。

图6示出了电动机的横截面图，其中形成磁环227的多个换向磁体安装在转子的环形圆盘部600上，该环形圆盘部由凸起唇缘610围绕，其中所述环形圆盘部600由凸起唇缘610所包围的凹部所形成。磁环定位在该凹部内。在图4和图5中所示的相同特征使用相同的附图标记来表示。

优选地，磁环227的上表面640在凸起唇缘610的上表面650之上延伸以允许来自夹紧圈620的正向夹紧力施加在磁环上。

优选地，通过使用置于换向磁体227和转子表面600之间的粘合剂(未示出)，例如通过使用胶条或胶带，先将多个换向磁体保持在转子的环形圆盘部。或者，可以使用另一方式，例如弹簧箍，先将换向磁体保持在环形圆盘部。

一旦多个换向磁体已经置于转子的环形圆盘部600上，就将夹紧圈620定位在换向磁体227之上并通过下文所述的保持件630将该夹紧圈装在转子上。

图7示出了包括安装点700的环形夹紧圈620的局部俯视图，该安装点用于将夹紧圈620安装到形成于转子上的凸起唇缘610上，其中所述夹紧圈620设置为绕安装有磁环227的所述环形圆盘部延伸。如图6所示，当夹紧圈620安装于转子时将其设置为将磁环227保持在转子上。

优选地，安装点700包括孔，其中穿过该安装孔插入保持件630，以将该环形夹紧圈620保持于转子壳体。可以使用任何合适的保持件，例如螺钉或铆钉。或者，可以在每个安装点使用点焊。

当将所述夹紧圈620安装于转子时，为了限制夹紧圈620的变形，如图7所示，至少在邻近安装点700的一个区域中减少环形夹紧圈620的横截面面积。优选地，通过在邻近安装点700周向形成的一个或多个槽710来实现环形夹紧圈620的横截面面积的减少。为了本实施例的目的，临近安装点700形成五个槽710。这使得夹紧圈620的任何变形都局限在安装点700的周围，其中在夹紧圈620中形成的槽710将保持件630所产生的任何扭曲力都局限在安装点700周围的区域。这防止了整个夹紧圈620上的扭曲。因此，夹紧环620能够将磁环227保持在转子上，而使磁环227的整个表面基本上维持在离转子内表面600基本恒定的距离。

在图7中用字母A表示在槽之外延伸的夹紧圈620材料的径向长度，和在图7中用字母B表示的槽之间的周向距离限定了夹紧圈620的安装点部分和夹紧圈620其余部分之间联结刚度。槽710的数量以及A和B的值可以调整为使施加于磁环227上的所需夹紧力最佳化，而使得适当的变形局限在安装点700周围以将夹紧圈620的周围的扭曲最小化。

在本实施例内，邻近安装点700的五个周向部具有减小的径向横截面区域。然而，邻近安装点700的任意数量周向部都可以具有减小的径向横截面面积，这使得夹紧环620安装到转子所导致的变形力被局限于安装点700。

尽管本发明是通过使用邻近安装点700形成的径向槽710将安装夹紧圈620于转子所引起的扭曲进行局限，但邻近安装点700的横截面区域的减小也可以在轴向方向上实现，而不贯穿夹紧圈。

如图8所示，在本实施例内，夹紧圈620包括彼此等距的三个安装点700，其中减小了的横截面区域邻近各个安装点形成。图8还示出了夹紧圈620相对于转子内表面600的高度，其中夹紧圈620的任何变形都局限于邻近各个安装点700，夹紧圈620在安装点700之间的部分维持在恒定高度。尽管本实施例结合了三个安装点700，但可以使用任意数量的安装点700，这使得电动机在运行时可以将夹紧圈620保持于转子。

优选地，为了进一步帮助将磁环227保持于转子，在磁环227和环形夹紧圈620之间放置粘合剂(未示出)，例如应用胶条或胶带。

将夹紧圈安装在转子上之后，转子240通过轴承座223连接到定子252。轴承座223可以是将用于车辆中的标准轴承座，此电机组件将被安装于所述车辆。所述轴承座包括两个部分，固定于定子的第一部分和固定于转子的第二部分。所述轴承座被固定于定子252的壁的中心部253，并且被固定于转子240的壳壁220的中心部225。因此转子240被可旋转地固定于所述车辆，随着所述车辆，所述转子240将通过位于转子240的中心部225上的轴承座223被使用。这种设置的优点在于，可以使用普通车轮螺栓将轮辋固定于所述转子的中心部，从而牢固地固定在所述轴承座223的可旋转侧上，从而则使得轮辋和轮胎固定在转子240的中心部225。所述车轮螺栓本身可以贯穿转子的中心部225穿入轴承座而被装配。随着转子240和车轮被安装于轴承座223，转子和车轮的旋转角之间存在一一对应的关系。

在本实施例中，被组装的电动机包括四个线圈组，其中每个线圈组具有三个子线圈组，所述三个子线圈组以字母Y的结构耦合，以形成三相子电机，从而使得所述电机具有四个三相子电机。通过两个控制设备400之一控制各个子电机的运行。然而，虽然本实施例描述了具有四个线圈组(即四个子电机)的电动机，所述电机可以同样具有一个或多个带有相关联的控制装置的线圈组。在一个优选的实施例中，所述电机包括八个线圈组，其中每个线圈组具有三个子线圈组，所述三个子线圈组以字母Y的结构耦合，以形成三相子电机，从而使得所述电机具有八个三相子电机。类似地，每个线圈组可具有任何数量的子线圈组，从而使每个子电机具有两相或更多相。

Claims (7)

1.用于电动机或发电机的转子，所述转子包括具有第一表面的壳体，第一组磁体安装在该第一表面上；以及环形夹紧圈，用于将第二组磁体保持在所述壳体的第二表面上，其中所述第二表面上的所述第二组磁体的位置使得所述第一组磁体的位置可以被确定，其中所述环形夹紧圈包括安装点，该安装点用于使所述环形夹紧圈被安装于所述壳体以将所述第二组磁体保持在所述第二表面上，其中在邻近所述安装点的区域中减小所述环形夹紧圈的横截面面积，其中将所述环形夹紧圈安装在第二组磁体之上。

2.根据权利要求1所述的转子，其中所述壳体包括周向部。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其中在邻近所述安装点的区域中减小所述环形夹紧圈的径向横截面面积。

4.根据权利要求1所述的转子，其中所述环形夹紧圈包括位于邻近所述安装点的多个减小了的横截面区域。

5.根据权利要求1所述的转子，其中所述环形夹紧圈包括多个安装点，所述安装点具有位于邻近各个安装点的减小了的横截面区域。

6.根据权利要求1所述的转子，其中所述安装点是孔，其中穿过安装孔插入保持件，以将所述环形夹紧圈保持于所述转子壳体。

7.根据权利要求1所述的转子，其中将粘合剂置于第二组磁体和所述转子壳体的所述第二表面之间以及第二组磁体和所述环形夹紧圈之间。

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