CN108539886A - 电机转子 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电机转子。转子包括限定转子叠片的整体式单一材料基体，转子叠片具有：凹槽，限定腿部并且被构造为将永磁体容纳在凹槽中以建立转子的磁极。转子包括具有预定磁导率的第一区域。转子包括：第二区域，限定在所述腿部和转子叠片的外周之间。第二区域具有小于第一区域的磁导率，以减小预定谐波阶次的扭矩波动。

Description

电机转子
技术领域
本公开涉及电机转子。
背景技术
电机产生扭矩。电机中产生磁场以产生扭矩。磁场的方向和大小影响电机的能耗和扭矩输出。磁场形成区域用于改进磁场的方向和大小。
发明内容
一种转子包括限定转子叠片的整体式单一材料基体，转子叠片具有：凹槽，限定腿部并且被构造为将永磁体容纳在凹槽中以建立转子的磁极。转子包括具有预定磁导率的第一区域。转子包括：第二区域，限定在腿部和转子叠片的外周之间。第二区域具有小于第一区域的磁导率，以减小预定谐波阶次的扭矩波动。
一种转子包括限定转子叠片的整体式单一材料基体，转子叠片具有：一对相邻的凹槽，限定腿部并且被构造为将永磁体容纳在凹槽中以建立转子的磁极。转子包括具有预定磁导率的第一区域。转子包括：第二区域，限定在所述一对相邻的凹槽的相邻腿部之间并限定在转子叠片的外周与中线之间，所述中线在所述外周和转子的轴线之间。第二区域具有小于第一区域的磁导率，以减小预定谐波阶次的扭矩波动。
根据本发明的一个实施例，第二区域包括物理上分开的多个部分。
根据本发明的一个实施例，所述物理上分开的多个部分与所述凹槽的相应腿部等距。
一种转子包括限定转子叠片的整体式单一材料基体，转子叠片具有：一对相邻的V形凹槽，被构造为将永磁体容纳在凹槽中以建立转子的磁极。转子包括具有预定磁导率的第一区域。转子包括第二区域，第二区域具有：小于第一区域的磁导率；第一部分，限定在所述一对相邻的V形凹槽的相邻腿部之间并限定在转子叠片的外周与中线之间，所述中线在所述外周和转子的轴线之间。第二区域具有限定在所述凹槽的腿部和所述外周之间的第二部分。
根据本发明的一个实施例，第一部分和第二部分与所述凹槽的相应腿部等距。
根据本发明的一个实施例，第一部分和第二部分中的每个部分被定位成邻近于所述外周。
附图说明
图1A是永磁体同步转子叠片的平面图；
图1B是堆叠以形成转子或转子部分的转子叠片的侧视图；
图2是具有设置在限定磁极的磁体凹槽之间的第二区域的转子部分；
图3是具有形成转子磁极的成对永磁体凹槽以及设置在磁极对之间的第二区域的转子部分；
图4是包括具有不同部分的第二区域的转子部分；
图5是具有第二区域的转子部分，第二区域包括具有旋钮形状的不同部分；
图6是具有从转子的外周偏移的第二区域的转子部分；
图7是具有限定在永磁体凹槽与转子的外周之间的第二区域的转子部分；
图8A是示出转子归一化的48阶扭矩波动的图形，转子具有限定在V形永磁体凹槽的腿部之间的第二区域，永磁体凹槽限定磁极；
图8B是示出转子归一化的24阶扭矩波动的图形，转子具有限定在磁极对之间的第二区域；
图8C是示出转子归一化的24阶扭矩波动的图形，转子具有第二区域，第二区域具有：第一部分，限定在V形永磁体凹槽的腿部和V形永磁体对之间；第二部分，限定在永磁体凹槽的相邻腿部之间以及磁极对之间，永磁体凹槽限定磁极；和
图8D是示出转子归一化的48阶扭矩波动的图形，转子具有第二区域，第二区域具有：第一部分，限定在V形永磁体凹槽的腿部和V形永磁体对之间；第二部分，限定在永磁体凹槽的相邻腿部之间以及磁极对之间，永磁体凹槽限定磁极。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可以采用多种和替代的形式。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部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式使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与在一个或更多个其它附图中示出的特征相组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可期望用于特定应用或实施方式。
电机用于使用各种方法产生扭矩。一些电机使用永磁体来产生转子磁场。其他电机可以使用感应的转子磁场或绕线转子电磁体。无论如何，这些磁场的方向和大小确保产生适当的扭矩。磁场可以使用各种方法来形成。一种可用于形成磁场的方法是低磁导率区域。低磁导率区域阻碍磁通量并将磁通量重新定向到优选的方向。电机的转子可以由大体一种材料或至少一种基体制成。电机的区域通过塑性变形、掺杂或其他方法转化，以控制磁通量通过转子叠片的流动。这些区域可以定位成消除已知和不期望的磁通量或者有效地重新定向这些磁通量。
在稳态操作期间，当电机被命令产生恒定扭矩时，产生的实际扭矩包括恒定量(平均扭矩)和变化量(扭矩波动)。扭矩波动是由电机内定子磁通量和转子磁通量的不期望分量的瞬时相互作用产生的。在转子叠片中适当放置的第二区域可以减少目标谐波磁通，这进而减少目标阶次内的波动。
参照图1A至图1B，示出了转子叠片100。转子叠片100可以与其他叠片100堆叠以形成转子10。叠片100可以具有相同或不同的布局。转子可以围绕中心轴线12旋转。叠片100可以具有限定磁极104、106的极距。对于八极电机，极距为45°。磁极104、106可以在外部北极104和外部南极106之间交替。磁极可以由位于凹槽108中的永磁体110形成。凹槽可以布置成V形磁体对以限定磁极104、106。凹槽108可以包括空腔以引导或指引从永磁体发出的磁场。叠片100限定内孔20，内孔的尺寸适于接纳传动轴。内孔20可以包括传动键22以接纳传动轴并将传动轴锁定就位。
参照图2，示出了转子叠片100的一部分。转子叠片100包括限定用于保持永磁体110的凹槽108的第一区域111，永磁体110产生转子10的磁极104。凹槽108具有V形形状以形成腿部116。凹槽108可以具有任何形状。例如，凹槽可以是V形、U形或线性形状。腿部116可以从V形的顶点(U形上的相应公共点(例如，咬合点(bite)))延伸，或者包括线性形状的一半。腿部可由磁体110的边缘、凹槽108或磁体110的中心线限定。第二区域114限定在凹槽108的腿部116与转子的外周107之间。如图所示，第二区域114可以具有位于每个腿部附近的不同部分。额外的部分可以用来改善转子的48阶谐波响应。例如，第二区域114可以包括如图所示的任意数量的不同部分。当第二区域被设置或限定在V形凹槽的腿部116之间时，第二区域114通过减小扭矩波动来改善转子的48阶谐波响应。如图所示，第二区域114包括设置在外周107上或邻近于外周107的两个不同的半卵形部分。第二区域通过变形或掺杂形成，以保持没有凹陷、凹口或凹坑的大致圆形的外周107。在没有凹陷、凹口或凹坑的情况下，第二区域114允许来自永磁体110的磁通量被引导。
第一区域111的磁导率等于基体材料的磁导率，所述基体材料优选地是磁导率大于4π×10-7H·m-1的电工钢。第二区域114可以具有小于第一区域111的磁导率。第二区域114的磁导率降低通过改变磁极的表面或气隙上的磁通量分布来减小谐波磁通。
第二区域114的磁导率可以使用变形来修正或改变。可以使用弹性或塑性变形。在塑性变形中，第二区域114的基体可以使用各种方法变形。例如，可以使用压入、喷丸、变形或冲压。可以使用喷射喷丸、激光喷丸、空化喷丸和湿喷射喷丸。变形可能导致基体的晶体结构发生变化，改变变形区域的磁导率。喷丸工艺可以在铸造叠片之后通过在第二区域114中形成压痕而发生。可以使用模具来使第二区域114中的叠片变形。本领域已知的任何类型的变形可以用于产生第二区域114的弧形形状。
第二区域114的磁导率可以通过掺杂或改变第一区域111的基体组成来修正或改变。例如，可以使用相变来改变基体的磁导率以限定第二区域114。叠片100可以在第二区域114中被加热和冷却以改变其磁导率。添加剂可用于维持改变的磁导率。涂层和扩散物可用于覆盖第二区域114并改变该区域的磁导率。涂层和扩散物可以是至少包括铝、硅、碳、硫、锗、镍、铬或任何其他材料组合的合金，以改变第二区域114的磁导率，而不改变第一区域111和叠片100的基体。可将涂层施加到进行层叠以形成转子10的一些或全部叠片100上。上述元素可扩散到第一区域111的基体中以改变其磁导率并产生第二区域114。例如，锰、镍或其组合可以扩散到整体式单一基体叠片100中以改变第二区域114的磁导率。另外，离子注入可用于改变第二区域114，同时保持整体式单一基体叠片100。
参照图3，示出了转子叠片200的一部分。转子叠片200包括限定用于保持永磁体210的凹槽208的第一区域211，永磁体210产生交替的磁极204、206。凹槽208具有V形以形成腿部216。第二区域214限定在相邻对的V形凹槽208的腿部216之间。相邻对可以表示转子的相邻的磁极部分204、206。如图所示，第二区域214可具有位于每个腿部216附近的不同部分。这些部分可以位于成对的V形磁体凹槽208之间。这些部分可以在转子叠片200的中线230上方，该中线位于中心轴线12和外周207之间。额外的部分可以用于改善转子的24阶谐波响应。例如，第二区域214可以包括任意数量的不同部分。当第二区域被设置或限定在V形凹槽的腿部216之间时，第二区域214通过减小扭矩波动来改善转子的24阶谐波响应。如图所示，第二区域214包括设置在外周207上或邻近于外周207的两个不同的半卵形部分。如上所述，通过变形或掺杂形成第二区域，以保持没有凹陷、凹口或凹坑的大致圆形的外周207。在没有凹陷、凹口或凹坑的情况下，第二区域214允许来自永磁体210的磁通被引导。
参照图4，示出了转子叠片300的一部分。转子叠片300包括限定用于保持永磁体310的凹槽308的第一区域311，永磁体310产生磁极304。凹槽308具有V形以形成腿部316。第二区域314限定在凹槽308的腿部316之间。如图所示，第二区域314可具有位于每个腿部316附近的不同部分。这些部分可以在成对的V形磁体凹槽308之间。这些部分可以在转子叠片300的中线330上方，中线在中心轴线12和外周307之间。可以使用额外的部分来改善转子的24阶谐波响应。例如，第二区域314可以包括任何数量的不同部分。当第二区域被设置或限定在相邻的V形凹槽的腿部316之间时，第二区域314通过减小扭矩波动来改善转子的24阶谐波响应。第二区域314也可以设置在其中一个V形磁体凹槽308的腿部316之间，以改善与转子的48阶谐波有关的谐波响应。因此，如图所示，第二区域314可以包括设置在外周307上或邻近于外周307的四个不同的半卵形部分，从而减小转子的24阶和48阶谐波响应。如上所述，第二区域通过变形或掺杂而形成，以保持没有凹陷、凹口或凹坑的大致圆形的外周307。在没有凹陷、凹口或凹坑的情况下，第二区域314允许来自永磁体310的磁通量被引导。
参照图5，示出了转子叠片400的一部分。转子叠片400包括限定用于保持永磁体410的凹槽408的第一区域411，永磁体410产生转子10的交替的磁极404。凹槽408具有V形以形成腿部416。第二区域414限定在凹槽408的腿部416之间。如图所示，第二区域414可具有位于每个腿部416附近的不同部分。这些部分可以在成对的V形磁体凹槽408之间。这些部分可以在转子叠片400的中线430上方，中线在中心轴线12和外周407之间。可以使用额外的部分来改善转子的24阶谐波响应。例如，第二区域414可以包括任意数量的不同部分。当第二区域被设置或限定在相邻的V形凹槽的腿部416之间时，第二区域414通过减小扭矩波动来改善转子的24阶谐波响应。第二区域414也可以设置在其中一个V形磁体凹槽408的腿部416之间，以改善与转子的48阶谐波有关的谐波响应。因此，如图所示，第二区域414可以包括设置在外周407上或邻近于外周407的四个不同部分，从而减小转子的24阶和48阶谐波响应。如图所示，这些部分是旋钮形的。旋钮形状包括杆和手柄。如上所述，第二区域通过变形或掺杂而形成，以保持没有凹陷、凹口或凹坑的大致圆形的外周407。在没有凹陷、凹口或凹坑的情况下，第二区域414允许来自永磁体410的磁通被引导。
参照图6，示出了转子叠片500的一部分。转子叠片500包括限定用于保持永磁体510的凹槽508的第一区域511，永磁体510产生转子10的交替的磁极504。凹槽508具有V形以形成腿部516。第二区域514限定在凹槽508的腿部516之间。如图所示，第二区域514可具有位于每个腿部516附近的不同部分514(第一部分或第二部分)。这些部分可以在成对的V形磁体凹槽108之间。这些部分可以在转子叠片500的中线530上方，该中线在中心轴线12和外周507之间。额外的部分可以用于改善转子的24阶谐波响应。当第二区域被设置或限定在相邻的V形凹槽的腿部516之间时，第二区域514通过减小扭矩波动来改善转子的24阶谐波响应。第二区域514也可以设置在其中一个V形磁体凹槽508的腿部516之间，以改善与转子的48阶谐波有关的谐波响应。因此，如图所示，第二区域514可以包括设置在外周507上或邻近于外周507的四个不同部分，从而减小转子的24阶和48阶谐波响应。如图所示，这些部分是卵形形状并且从叠片500的外周507偏移。区域514的一些或所有部分可以偏移。区域514的一部分或全部可以是卵形、方形、旋钮状、矩形、圆形或其它几何形状，以改变叠片的磁通量。如上所述，第二区域通过变形或掺杂而形成以改变来自永磁体510的磁通量。
参照图7，示出了转子叠片500。叠片500可以与上述任何其他叠片设计进行组合。叠片500包括限定永磁体凹槽508的第一区域511。凹槽508的尺寸可适于容纳永磁体510。转子叠片500可以包括用于引导磁通量的第二区域514。第二区域514可以具有不同的部分，这些部分均匀地或随机地分布在叠片500的顶桥534上。这些部分可以与顶桥534的厚度成比例地关联。这些部分之间的间距可以是基于在这些部分的位置处的相关的顶桥534的厚度的。这些部分可以相对于外周507和凹槽508等距离地设置。
参照图8A至图8D，图形600、700、800、900示出了上述叠片设计可能的益处。图形600指示如上所述在V形磁体凹槽的腿部之间具有第二区域的电机的扭矩波动减少25％。图形700指示如上所述在相邻对的V形磁体凹槽之间具有第二区域的电机的扭矩波动减少50％。当转子叠片包括如上所述的在相邻对的V形磁体凹槽之间以及在V形磁体凹槽的腿部之间的第二区域时，图形800和900指示相似的结果。
说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。如前所述，可以组合各个实施例的特征以形成本发明未明确描述或说明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已经被描述为提供优点或者就一个或更多个期望特性来说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，根据具体应用和实施方式，为了达到期望的整体系统属性，可以对一个或更多个特征或特性进行折衷。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、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上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，并且可以期望用于特定的应用。

Claims (15)

1.一种转子，包括：
整体式单一材料基体，限定转子叠片，转子叠片具有：
凹槽，限定腿部并且被构造为将永磁体容纳在凹槽中以建立转子的磁极，
第一区域，具有预定的磁导率，和
第二区域，限定在所述腿部和转子叠片的外周之间，并且具有小于第一区域的磁导率，以减小预定谐波阶次的扭矩波动。
2.根据权利要求1所述的转子，其中，第二区域被塑性变形以改变其磁导率。
3.根据权利要求1所述的转子，其中，第二区域被涂覆和扩散以改变其磁导率。
4.根据权利要求3所述的转子，其中，涂层和扩散物包括锰和镍。
5.根据权利要求3所述的转子，其中，涂层和扩散物包括铝、硅、碳、硫、锗、镍或铬中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的转子，其中，第二区域被限定为邻近于所述外周。
7.根据权利要求1所述的转子，其中，第二区域与所述外周间隔开。
8.根据权利要求1所述的转子，其中，第二区域具有旋钮形状。
9.根据权利要求1所述的转子，其中，第二区域包括物理上分开的多个部分。
10.根据权利要求9所述的转子，其中，所述物理上分开的多个部分与所述凹槽的相应腿部等距。
11.一种转子，包括：
整体式单一材料基体，限定转子叠片，转子叠片具有：
一对相邻的凹槽，限定腿部并且构造为将永磁体容纳在凹槽中以建立转子的磁极，
第一区域，具有预定的磁导率，和
第二区域，限定在所述一对相邻的凹槽的相邻腿部之间并限定在转子叠片的外周与中线之间，并且具有小于第一区域的磁导率以减小预定谐波阶次的扭矩波动，所述中线在所述外周和转子的轴线之间。
12.根据权利要求11所述的转子，其中，第二区域部分地限定在与所述凹槽相关联的空腔与所述外周之间。
13.根据权利要求11所述的转子，其中，第二区域被限定为邻近于所述外周。
14.根据权利要求11所述的转子，其中，第二区域与所述外周间隔开。
15.根据权利要求11所述的转子，其中，第二区域具有旋钮形状。
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