CN108463941A - 转子组件 - Google Patents

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Abstract

转子组件(10)具有转子支撑毂(12)，该转子支撑毂(12)包括围绕转子支撑毂的周边布置的多个第一连接部件。转子组件还具有多个转子段(14)，该多个转子段各自具有第二连接部件。第二连接部件中的每个与多个第一连接部件中的至少一个是可配合的，以围绕转子支撑毂的周边连接转子段中的每一个。多个固定部件(26)各自构造成被容纳在配合的第一连接部件和第二连接部件之间，并在其间形成过盈配合，以便将转子段固定到转子支撑毂。转子支撑毂可以包括多个叠片。

Description

转子组件
技术领域
本发明涉及转子组件。更具体地但非唯一地，本发明涉及用于电机(electricmachine)的转子组件、电机和包括电机的交通工具。
背景
使用电机来产生牵引力以驱动交通工具，例如混合动力交通工具(HEV)或电动交通工具(EV)越来越普遍。永磁马达可提供适用于这些应用的高功率密度和效率。然而，这些特性可以依赖于高能量密度永磁体的使用，这降低了对于给定功率密度所需的电负载水平和相关的绕组损耗。由稀土元素制成的永磁体(例如钕铁硼(NdFeB))提供高功率密度和良好的抗去磁性。然而，这些类型的永磁体相对昂贵，在历史上受到价格波动的影响，并且被引证为具有明显的环境影响(environmental footprint)。因此，如果开发具有足够的功率密度、效率和抗去磁性的水平的新马达，则至少在某些应用中，使用包括更少或不包括稀土元素的磁体(例如铁氧体磁体)将是可取的。
包括两部分的辐条式转子(即围绕中心非磁性支撑件布置的多个铁磁极)提供了适于开发所需的新马达的转子拓扑结构(rotor topology)。(确保高速运行所需的转子的结构完整性，同时由于非磁性中心支撑而提供了相对高的功率密度水平。)然而，这种两部分转子通常由于额外的转子部件和用于将磁极和中心支撑件彼此联接所必需的设置而导致额外的成本。组成部件通常使用高精度加工工艺制造以确保它们之间的充分连接。这种加工相对昂贵，并且不理想地使两部分转子的每成本竞争力的性能最小化。可以使用相对便宜的挤压工艺制造组成部件。然而，适于在挤压工艺中使用并且提供良好转子特性的材料(例如铜铍合金)是不期望地昂贵的。正是在这种背景下构思了本发明。
本发明的实施方案的目的是至少减轻与已知布置相关联的一个或更多个问题。
发明概述
根据本发明的第一方面，提供了一种用于电机的转子组件，该转子组件包括：转子支撑毂，其具有围绕转子支撑毂的周边布置的多个第一连接部件；多个转子段，其各自具有第二连接部件，第二连接部件中的每一个与多个第一连接部件中的至少一个是可配合的，以围绕转子支撑毂的周边连接转子段中的每一个；以及多个固定部件，其各自构造成被容纳在配合的第一连接部件和第二连接部件之间，并在其之间形成推理配合，以便将转子段固定到转子支撑毂。使用固定部件将转子段固定到转子支撑毂上消除了使用高精度加工工艺制造转子支撑毂和/或转子段的需求。
在某些实施方案中，第一连接部件中的至少一个或第二连接部件中的一个可包括凹口，该凹口构造成将多个固定部件中的至少一个容纳在其中。凹口可有助于固定部件在相对于第一连接部件、第二连接部件或两者的最佳位置的插入。
可选地，固定部件中的至少一个可以是销。附加地或可替代地，固定部件中的至少一个可以是非磁性的和/或固定部件之一由聚合物材料组成或包括聚合物材料。附加地或可替代地，固定部件中的至少一个可以由纤维增强材料组成或包括纤维增强材料。
在某些实施方案中，多个第一连接部件中的至少一个或多个第二连接部件中的一个具有冷杉树轮廓(fir tree profile)。
在某些实施方案中，转子支撑毂可以包括多个叠片。可选地，该多个叠片中的一个或更多个叠片可以结合到该多个叠片中的至少一个其它叠片。附加地或可替代地，多个叠片中的一个或更多个可以机械地紧固(例如夹紧)到多个叠片中的至少一个其它叠片。
叠片可以基本上垂直于在使用中转子支撑毂旋转所围绕的轴线。附加地或可替代地，叠片是单件式叠片。在某些实施方案中，转子支撑毂可由非磁性材料组成或包括非磁性材料。另外或可替代地，转子支撑毂可以由金属材料组成或包括金属材料。在某些实施方案中，该叠片可以由片材制成。叠片可使用冲压或模具或通过激光切割制成。
在某些实施例中，转子组件还可以包括多个永磁体。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于支撑多个转子段的转子支撑毂，该转子支撑毂包括多个叠片。在根据第二方面的本发明的实施方案中，转子支撑毂可以有以上参考第一方面的转子支撑毂描述的任何特征。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于电机的转子组件，该转子组件包括如上所述的转子支撑毂。转子组件还可以包括围绕转子支撑毂的周边布置的多个转子段。
根据本发明的第四方面，提供了一种电机，该电机包括如上所述的转子组件。
根据本发明的第四方面，提供了一种包括如上所述的电机的交通工具。该交通工具可以是汽车、飞机或船舶。
附图简述
现在将参考附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施方案，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方案的转子组件的透视图；
图2示出了图1的转子组件的转子支撑毂的俯视图；
图3示出了图1的转子组件的转子段的俯视图；
图4示出了根据本发明的实施方案的转子支撑毂的透视图；和
图5示出了根据本发明的实施方案的包含电机的交通工具的示意图。
详细描述
现在将参照附图描述根据本发明实施方案的转子组件10。转子组件10在用于交通工具100(如图5所示)的牵引马达中具有特殊应用。图1示出了包括转子支撑毂12和多个转子段14(有时称为转子极或转子极段)的两部分转子组件10。转子组件10具有纵向轴线X-X，转子组件10在使用中围绕该轴线旋转。本文对径向方向的参考是相对于纵向轴线X-X的。
转子支撑毂12提供转子组件10的中心部分并且具有大体上环形的轮廓。中心孔16与纵向轴线X-X成一直线地延伸穿过支撑毂12的中心。转子段14围绕转子支撑毂12的径向外周12A(在图2中最佳地示出)周向地间隔开。以这种方式布置，转子段14形成从支撑毂12径向向外延伸的辐条。相邻转子段14之间的周向间隔提供了多个转子槽18。图1所示的转子组件10具有140毫米的外径和39毫米的堆叠长度(stack length)，其中堆叠长度是支撑毂12在纵向轴线X-X的方向上的尺寸。当然，可以考虑其它尺寸，因为转子支撑毂12的确切直径和/或堆叠长度将取决于转子组件10的规格，即转子支撑毂12的确切直径和/或堆叠长度将取决于其设计速度、输出功率和/或临界转速。在某些实施方案中，转子毂12的直径可以是介于70毫米和280毫米之间的任何合适的直径。在某些实施方案中，堆叠长度可以是20毫米至400毫米之间的任何合适的长度。在某些实施方案中，两个或更多个转子支撑毂12可以串联地堆叠在一起。
在本实施方案中，转子组件10还包括输出轴20和多个永磁体22。永磁体22中的每一个安装在多个转子槽18之一中。在本实施每个中，提供了十个转子段14，因此具有十个转子槽18和十个永磁体22。当然，应当理解，某些实施方案将具有除了十个转子段14、十个转子槽18和十个永磁体22之外的其它数量的转子段、转子槽、永磁体。永磁体22可以是铁氧体磁体，例如FB9B级铁氧体磁体。然而，永磁体22可以包括其它材料，例如，诸如NdFeB、SmCo或AlNiCo磁体的稀土磁体。某些实施方案将不包括永磁体22，例如在依赖磁阻转矩的电机或具有转子绕组的转子中。
支撑毂12由非磁性材料形成。在本实施方案中，支撑毂12由非磁性钢形成。参照图4，支撑毂12可以包括多个单件式第一叠片24，其布置成堆叠以形成支撑毂12。应当理解，第一叠片24基本上被布置成垂直于纵向轴线X-X。第一叠片24各自具有整体结构，并且可以由片材形成，例如使用冲压或模具或通过激光切割。在某些实施方案中，第一叠片24可以由3％的加工硬化316不锈钢制成。在某些实施方案中，第一叠片24可以由[AK钢(R)硝化级中的一种，例如AK钢(R)硝化钢50]制成。如将理解的，也可以考虑其它材料，例如非磁性钢和铝，例如302和304不锈钢和2024-T3铝合金。第一叠片24中的每个可以结合到第一叠片24中的至少一个其它叠片上。附加地或可替代地，第一叠片24中的每个可以机械地紧固(例如夹紧)到第一叠片24中的至少一个其它叠片上。
转子段14由磁性材料形成。在某些实施方案中，多个转子段14中的每一个可以包括多个单件式第二叠片(未示出)，该多个单件式第二叠片布置成堆叠，以形成转子段14中的每一个。在某些实施方案中，转子段14可以由M270-35A非晶粒取向电工钢制成。当然，应当理解，也可以使用其它材料，例如任何非晶粒取向级的电工钢。转子段14可由合金材料制成以增加其电磁性能(例如高磁导率和低磁滞和涡流损耗)和/或被绝缘以最小化涡流传播。
转子支撑毂12的径向外周12A可以构造成用于将多个转子段14附接到转子支撑毂12。在本实施方案中，形成径向向外周边12A的轮廓以提供多个第一连接部件12B(在图2中最佳地示出)。此外，转子段14中的每个具有径向内部部分14A，该径向内部部分14A可附加地或替代地构造成用于将多个转子段14附接到转子支撑毂12。在本实施方案中，形成径向内部部分14A的轮廓以提供多个第二连接部件14B(在图3中最佳地示出)。第一连接部件12B可以与第二连接部件12A互补。第一连接部件12B和第二连接部件14B可以分别形成多个阳连接部件和多个阴连接部件，反之亦然。第一连接部件12B可以围绕转子支撑毂12的径向外周12A形成第一连接表面。类似地，第二连接部件12B可以围绕转子段14中的每个的径向内部部分14A形成第二连接表面。
如附图所示，多个第一连接部件12B中的每一个可以包括一个或更多个第一突起30，并且第二连接部件14B中的每一个可以包括一个或更多个第一凹陷32。第一凹陷32可以配置成与第一突起30互补。附加地或可替代地，第二连接部件14B中的每一个可以包括一个或更多个第二突起34，并且第一连接部件14B中的每一个可以包括一个或更多个第二凹陷36。第二凹陷36可构造成与第二突起34互补。突起30、34可以从径向方向垂直延伸或与径向方向相切地延伸。如将理解的，第一突起30和/或第二凹陷36可以形成转子支撑毂12的径向外周12A的一部分。因此，第一突起30和/或第二凹陷36可以形成第一连接表面的一部分。第二突起34和/或第一凹陷32可以形成转子段14中的每一个的径向内部部分14A的一部分。因此，第二突起34和/或第一凹陷32可以形成第二连接表面的一部分。上述的第一连接部件12B和第二连接部件14B有时被称为“冷杉树”结构。
第一连接部件12B和第二连接部件14B被构造成彼此配合(例如联锁)，以便围绕转子支撑毂12的径向外周12A连接多个转子段14。第一连接部件12B可以至少部分地容纳在配合的第二连接部件14B内，反之亦然。第一连接部件12B和第二连接部件14B的配合可以通过一个或更多个第一突起30促进，该一个或更多个第一突起30至少部分地由一个或更多个相应的第一凹陷32容纳。类似地，第一连接部件12B和第二连接部件14B的配合可以通过一个或更多个第二突起34促进，该一个或更多个第二突起34至少部分地被一个或多个相应的第二凹陷36容纳。当部件12B、14B在垂直于纵向轴线X-X的平面内沿任意方向相对于彼此移动时，一个或更多个突起30、34在相应凹陷32、36中的这种至少部分容纳导致第一连接部件12B和配合的第二连接部件14B的邻接。因此，第一连接部件12B保持在第二连接部件14B中，反之亦然。第一连接部件12B和第二连接部件14B的配合限制了转子段14在垂直于纵向轴线X-X的平面内相对于转子支撑毂12的运动。第一连接部件12B和第二连接部件14B的配合松散地连接转子支撑毂12和转子段14，即在垂直于纵向轴线X-X的平面内提供转子支撑毂12和每个转子段14之间的近似配合(approximate fit)和/或游隙。当部件12B、14B在垂直于纵向轴线X-X的平面内沿任意方向相对于彼此移动时，第一连接部件12B和第二连接部件14B的配合导致第一连接表面和第二连接表面的邻接。
第一连接部件12B和第二连接部件14B可以被构造成彼此配合，以便提供彼此的余隙/滑动配合。换句话说，第一连接部件12B和第二连接部件14B可以被构造成彼此配合，以便允许转子段14中的每个相对于转子支撑毂12在平行于纵向轴线X-X的方向上运动。事实上，这样每个转子元件14可以容易地装配到转子支撑毂12上。因此，多个间隙中的一个间隙设置在转子支撑毂12和多个转子段14中的每一个之间。关键地，根据本发明的实施方案，不需要转子支撑毂12和转子段通过单独联锁连接部件12B、14B而紧密地配合在一起。因此，不需要使用高精度加工工艺来制造转子支撑毂12和/或转子段14。
转子组件10还包括多个固定部件26。在本实施方案中，固定部件26是金属辊销(metallic roll pin，有时称为弹簧销或张力销)。然而，固定部件26不限于辊销和/或不必是金属的。在某些实施方案中，固定部件26中的一个或更多个可以是销、杆、棒、圆柱体或棱柱。此外，固定部件26中的一个或更多个可以是或可以不是磁性的。在某些实施方案中，固定部件26中的一个或更多个可以由聚合物材料，例如酚醛树脂制成。固定部件26可以由纤维增强材料制成。固定部件26构造成被容纳在转子支撑毂12和多个转子段14中的每一个之间的每一个间隙中，并且在其间形成过盈配合(interference fit)。因此，固定部件26占据转子支撑毂12和每个转子段14之间的游隙。固定部件26将转子段14中的每一个固定到转子支撑毂12。为了提供过盈配合，固定部件中的每个可以具有大于转子支撑毂12和多个转子段14中的每一个之间的间隙的宽度/直径。
为了提供过盈配合，固定部件26被强制插入第一连接部件12B和第二连接部件14B之间。固定部件26中的每个可以具有基本上等于转子支撑毂12的堆叠长度的长度。固定部件26中的每个可以具有基本上沿其长度的恒定横截面。强制插入部分地压缩固定部件26中的每一个，并导致由固定部件26在第一连接部件12B和第二连接部件14B中的每一个上施加压缩力。该力使第一连接部件12B和第二连接部件14B在垂直于纵向轴线X-X的平面内相对于彼此移位，直到如上所述的部件12B、14B的邻接发生。固定部件26可将第一连接部件12B和第二连接部件14B抵靠彼此推压，以便在其间提供紧密配合。因此，固定部件26可将第一连接表面和第二连接表面抵靠彼此推压。
在示出的实施方案中，第一连接部件12B中的每个设置有多个凹口28中的一个，每个凹口28成形为至少部分地容纳固定部件26中的至少一个。凹口28可在相对于第一连接部件12B和第二连接部件14B中的任一个或两者的期望位置处增大每个间隙。凹口28可以至少部分地提供第一连接部件12B和第二连接部件14B之间的间隙。虽然固定部件可以插入到第一连接部件12B和第二连接部件分14B之间的任何位置，但是凹口28可以有助于在相对于第一连接部件12B、第二连接部件14B或两者的最佳位置处插入。
图5示出了包括电机102的交通工具100的示意图。电机102包括转子组件10。电机102产生用于驱动交通工具100的牵引力。例如，交通工具可以是混合动力电动交通工具(HEV)、电动交通工具(EV)或插电式混合动力电动交通工具(PHEV)。交通工具100可以是汽车、飞机或船舶。与使用常规的两部分转子相关的一个问题是由于额外的转子部件和将磁极和中心支撑件彼此联接所必需的设置而产生的额外成本。至少在某些实施方案中，固定部件28的使用可以减少对转子支撑毂12和/或转子段14的高精度、高成本加工的需要。在某些实施方案中，叠片24可减少对转子支撑毂12的昂贵的加工的需要。
本发明不限于任何上述实施方案的细节，例如，转子组件10可以包括不由多个第一叠片24组成的转子支撑毂12。多个转子段14可以包括或可以不包括多个第二叠片。在某些实施方案中，第一连接部件12B和第二连接部件14B都不包括多个凹口28中的一个。某些实施方案可以包括没有连接第一部件12B的转子毂12。本说明书(包括任何所附权利要求和附图)中公开的全部特征，可以以任何组合来组合，除了其中这类特征的至少一些相互排斥的组合之外。
除非另外明确声明，否则本说明书(包括任何所附权利要求和附图)中公开的每个特征可以被用于其的可选特征、等效物或类似目的所替换。因此，除非另外明确说明，所公开的每个特征仅是通用系列的等效或类似特征中的一个示例。
本发明扩展到在本说明书(包括任何所附权利要求和附图)中公开的特征中的任何新颖的一个或任何新颖的组合。权利要求不应被解释为仅覆盖前述实施方案，还应覆盖落入权利要求范围内的任何实施方案。

Claims (24)

1.一种用于电机的转子组件，所述转子组件包括:
转子支撑毂，所述转子支撑毂具有围绕所述转子支撑毂的周边布置的多个第一连接部件；
多个转子段，其各自具有第二连接部件，所述第二连接部件中的每个与所述多个第一连接部件中的至少一个是可配合的，以围绕所述转子支撑毂的所述周边连接所述转子段中的每一个；和
多个固定部件，其各自构造成被容纳在配合的第一连接部件和第二连接部件之间，并在其间形成推理配合，以便将所述转子段固定到所述转子支撑毂。
2.根据任一前述权利要求所述的转子组件，其中所述第一连接部件中的至少一个或所述第二连接部件中的一个包括凹口，所述凹口构造成将所述多个固定部件中的至少一个容纳在其中。
3.根据权利要求1或2所述的转子组件，其中所述固定部件中的至少一个是销。
4.根据权利要求1、2或3所述的转子组件，其中所述固定部件中的至少一个是非磁性的。
5.根据任一前述权利要求所述的转子组件，其中所述固定部件中的至少一个由聚合物材料组成或包括聚合物材料。
6.根据任一前述权利要求所述的转子组件，其中所述固定部件中的至少一个由纤维增强材料组成或包括纤维增强材料。
7.根据任一前述权利要求所述的转子组件，其中所述多个第一连接部件中的至少一个或所述多个第二连接部件中的一个具有冷杉树轮廓。
8.根据任一前述权利要求所述的转子组件，其中所述转子支撑毂包括多个叠片。
9.根据权利要求8所述的转子支撑组件，其中所述多个叠片中的一个或更多个叠片结合到所述多个叠片中的至少一个其它叠片。
10.根据权利要求8或9所述的转子支撑组件，其中所述多个叠片中的一个或更多个机械地紧固到所述多个叠片中的至少一个其它叠片。
11.根据任一前述权利要求所述的转子组件，其中所述转子组件还包括多个永磁体。
12.一种用于支撑多个转子段的转子支撑毂，所述转子支撑毂包括多个叠片。
13.根据权利要求12所述的转子支撑毂，其中所述叠片基本上垂直于在使用中所述转子支撑毂旋转所围绕的轴线。
14.根据权利要求12或13所述的转子支撑毂，其中所述叠片是单件式叠片。
15.根据权利要求12、13或14所述的转子支撑毂，其中所述转子支撑毂由非磁性材料构成或包括非磁性材料。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的转子支撑毂，其中所述转子支撑毂由金属材料构成或包括金属材料。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的转子支撑毂，其中所述转子支撑毂具有多个第一连接部件，所述第一连接部件围绕所述转子支撑毂的周边布置，用于连接多个转子段。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的转子支撑毂，其中所述叠片由片材制成。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的转子支撑毂，其中所述叠片使用冲压或模具或通过激光切割制成。
20.一种用于电机的转子组件，所述转子组件包括根据权利要求12至19中任一项所述的转子支撑毂。
21.根据权利要求20所述的转子组件，还包括围绕所述转子支撑毂的周边布置的多个转子段。
22.一种电机，所述电机包括根据权利要求1至11中任一项所述的转子组件或根据权利要求12至19中任一项所述的转子支撑毂。
23.一种交通工具，所述交通工具包括根据权利要求22所述的电机。
24.转子组件、转子支撑毂或电机，如上文参照附图所描述的和在附图中所说明的。
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