CN109936228B - 具有用于生成不平衡力的非对称配置的电动机 - Google Patents

具有用于生成不平衡力的非对称配置的电动机 Download PDF

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Abstract

一种电动机包括转子，该转子具有相对于彼此轴向定位的叠片堆。叠片堆包括被划分成第一部分和第二部分的第一转子叠片。第一转子叠片被配置为具有非对称质量分布，使得第一部分具有第一质量，并且第二部分具有第二质量，其中第一质量不同于第二质量。电动机被配置为在操作期间(即，当转子转动时)选择性地生成不平衡力。电动机可以包括定子，该定子被配置成具有非对称磁场分布。电动机可以被用于触觉组件中，并且消除了对生成触觉信号的独立偏心质量的需要。

Description

具有用于生成不平衡力的非对称配置的电动机
引言
本公开涉及具有用于生成不平衡力的非对称配置的电动机。不平衡力导致机械振动，该机械振动可以被用于许多设备(诸如触觉设备)中。触觉设备生成信号，而该信号旨在被用户感觉到作为警报或反馈机制。触觉警报所需的信号可以由附接到电动机轴的不平衡偏心质量产生。然而，偏心质量增加了触觉设备的长度和质量。
发明内容
本文公开的是具有转子的电动机，该转子具有相对于彼此轴向定位的叠片堆。叠片堆包括被划分成第一部分和第二部分的第一转子叠片。第一转子叠片被配置为具有非对称质量分布，使得第一部分具有第一质量，并且第二部分具有第二质量。第一质量不同于第二质量。第一转子叠片被配置为选择性地生成不平衡力。换句话说，电动机被配置为在操作期间(即，当转子转动时)生成不平衡力。还公开了采用电动机来生成触觉信号的触觉组件。
非对称质量分布可以由下面描述的特征中的一个或多个来生成。第一转子叠片包括中心毂和从中心毂径向向外延伸的多个齿。在一个示例中，第一部分的特征在于中心毂中的至少一个切口。第一部分中的多个齿中的至少一个齿的特征在于穿孔。在另一示例中，第一部分中的多个齿中的至少一个限定第一径向长度，以及第二部分中的多个齿中的另一个限定第二径向长度，其中第一径向长度不同于第二径向长度。在另一示例中，第一部分中的多个齿中的至少一个限定第一厚度，以及第二部分中的多个齿中的另一个限定第二厚度，其中第一厚度不同于第二厚度。
第一转子叠片可以包括从多个齿在圆周方向上延伸的相应的多个齿尖部。相应的多个齿尖部限定相应的外端面和相应的内端面。在一个示例中，第一部分中的相应的多个齿尖部中的至少一个的特征在于孔。第一部分中的相应的多个齿尖部中的至少一个可以包括在相应的外端面上的外凹口。在另一示例中，第一部分中的相应的多个齿尖部中的至少一个包括在相应的内端面上的内凹口。
在另一示例中，第一部分中的多个齿尖部中的至少一个限定第一圆周宽度，第二部分中的多个齿尖部中的另一个限定第二圆周宽度，其中第一圆周宽度不同于第二圆周宽度。相应的多个齿尖部可以包括第一部分中的第一对相邻齿尖部和第二部分中的第二对相邻齿尖部。第一对相邻齿尖部限定相应的相邻尖部之间的第一空气间隙。第二对相邻齿尖部限定相应的相邻尖部之间的第二空气间隙，第一空气间隙不同于第二空气间隙。
在另一示例中，第一转子叠片具有第一总质量。叠片堆包括具有第二总质量的第二转子叠片。叠片堆的特征在于轴向非对称质量分布，使得第一总质量不同于第二总质量。电动机包括对应于多个齿并在多个齿之间间隔开的多个槽。各个导体被配置为允许电流从多个槽中的一个流到多个槽中的另一个。在一个示例中，第一部分具有第一数量的相应导体，并且第二部分具有第二数量的相应导体，其中第一数量不同于第二数量。
电动机包括具有多个磁体的定子，定子被划分为多个极对，每个极对落入第一区段和第二区段中的一个中。定子可以被配置为具有非对称的磁场分布，使得第一区段的特征在于第一磁场强度，并且第二区段的特征在于第二磁场强度，第一磁场强度不同于第二磁场强度。在一个示例中，第一区段包括具有第一强度和第一体积的第一磁体，并且第二区段包括具有第二强度和第二体积的第二磁体。通过不同的第一强度和第二强度以及相同的第一体积和第二体积来实现非对称磁场分布。在另一示例中，通过具有相同强度的多个磁体中的每一个来实现非对称磁场分布，而第一区段中的多个磁体的相应总体积不同于第二区段，即，第一区段中的多个磁体的总体积不同于第二区段中的多个磁体的总体积。
结合附图根据以下实行本技术的最佳模型的详细描述，本发明的以上特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。
附图说明
图1是具有多个转子叠片和定子的电动机的示意性截面图；
图2是图1的电动机的多个转子叠片的示意性局部侧视图，其中定子被移除；
图3是可以被用于图1的电动机中的示例转子叠片的示意性局部剖视图；
图4是可以被用于图1的电动机中的另一示例转子叠片的示意性局部剖视图；和
图5是根据本公开的另一实施例的电动机的示意性截面图。
具体实施方式
参考附图，其中在所有几幅图中，相同的参考标号指代相同或相似的部件，图1是电动机10的示意性截面图。电动机10被配置为通过例如将电能转换成旋转运动来生成电机扭矩。电动机10可以被配置成从诸如电池阵列(未示出)的电源接收电能，以生成旋转运动。电动机10可以包括但不限于永磁直流、内部永磁、表面永磁、感应、同步、磁阻或独立激励/绕场电动机。如下所述，电动机10可以是触觉组件12的一部分，并且被配置为通过生成不平衡力F来产生触觉信号。
参照图1，电动机10包括定子14和可相对于定子14旋转并在定子14内旋转的转子16。转子16可以是环形的，具有延伸穿过中心开口19(见图2)的中心轴18(见图1和2)。参照图2，转子16可以包括相对于彼此轴向定位的叠片堆20。叠片堆20包括第一转子叠片22、第二转子叠片24和第三转子叠片26，如图2中所示。应当理解的是，叠片堆20中的叠片数量可以基于在手边的应用而变化。在图1中示出了第一转子叠片22。可替换地，转子16和/或定子14可以由固体铁类材料制成。
参照图1，第一转子叠片22包括中心毂30，该中心毂30具有从中心毂30径向向外延伸的多个齿32。多个齿32在相对应的多个槽34之间间隔开。参照图1，电动机10包括被配置为允许电流从多个槽34中的一个的相应第一支路流到多个槽34中的另一个的相应第二支路的多个导体36。导体36可以限定基本上矩形的横截面。应当理解的是，图1中示出的导体36是示意性的，并不意味着代表入本领域技术人员所理解的导体36的比例或特定形状。应该理解的是，电动机10可以包括适合于在手边的应用的任何数量的槽、极和相。
参照图1，定子14可包括一个或多个定子槽40，其具有填充有一个或多个永磁体(诸如，第一磁体42A和第二磁体42B)的部分或全部用于生成磁场。定子槽40可以沿轴线O(图2中示出)纵向延伸，并可沿周向彼此间隔开。
参照图1，在具有两个磁极的示例配置中，第一转子叠片22被划分为第一部分44和第二部分46。第一转子叠片22被配置为具有非对称的质量分布，使得第一部分44具有第一质量，并且第二部分46具有第二质量，其中第一质量不同于第二质量。在一个示例中，第一部分44和第二部分46各自覆盖第一转子叠片22的总体积的大约50％。在另一示例中，第一部分44的范围在大约40％至60％之间，并且第二部分46覆盖第一转子叠片22的总体积的剩余60％至40％。非对称质量分布可以通过下面描述的一个或多个特征来实现，并且当转子16转动时导致不平衡力F的生成。换句话说，第一转子叠片22被配置为当电动机10运行时选择性地生成不平衡力F。不平衡力是不平衡质量和/或不平衡磁路的结果。不平衡力F引起振动或其它触感信号(本文称为触觉信号)，其可由触觉组件12的用户(未示出)辨别。电动机10可以是触觉组件12的部件。电动机10消除了对生成触觉信号的独立偏心质量的需要。结果，电动机10减小了包装尺寸，这允许触觉组件12尺寸更短且质量减少。电动机10减少了成本、部件数和串扰，这允许多个触觉单元的间距相对更近。
参照图1，第一转子叠片22可以包括从多个齿32在圆周方向(在相应尖端52、53之间)上延伸的相应的多个齿尖部50。相应的多个齿尖部50限定相应的外端面54和相应的内端面56。参照图1，在一个示例中，第一部分44的特征在于中心毂30中的切口58。这导致第一部分44相对于第二部分46的较低的质量。在示出的示例中，切口58被成形为半环。
参照图1，多个齿32包括第一部分44中的第一齿48A和第二部分46中的第二齿48B。参照图1，第一部分44中的多个齿32中的至少一个(例如第一齿48A)的特征在于穿孔60。在图1中示出的示例中，第一部分44中的多个齿32(图1中的六个齿)中的每一个具有相应的穿孔60。应当理解的是，具有穿孔60的多个齿32的数量以及穿孔60的相应尺寸可以根据手边的应用变化。
参照图1，不平衡力F可以通过具有非对称分布的导体36引入，例如，通过移除第一部分44中的导体36(参见图1中具有较少导体36的槽32A)中的一些。在一个示例中，第一部分44具有第一数量的导体36，并且第二部分46具有第二数量的导体36，其中第一数量不同于第二数量。附加地，不平衡力可以通过在第一部分44中相对于第二部分46创建非对称电流分布来引入，例如通过选择性地从导体36中的一些移除激励。
参照图3，根据本公开的另一实施例，示出了的电动机110的示例转子叠片的示意性局部视图。应当理解的是，图1-5中示出的各种元件可以单独使用或以各种方式组合使用。电动机110包括被划分为第一部分144和第二部分146的第一转子叠片122。第一转子叠片122被配置为具有非对称质量分布，使得第一部分144具有第一质量，并且第二部分146具有第二质量，其中第一质量不同于第二质量。
第一转子叠片22被配置为当电动机110运行时生成不平衡力。第一转子叠片122包括从中心毂130延伸的多个齿132。多个齿132包括第一部分144中的第一齿132A和第二部分146中的第二齿132B。参照图3，可以通过改变多个齿132的径向长度来实现非对称质量分布。第一齿132A的特征在于第一径向长度(如图3中示出为r1)。第二齿132b的特征在于第二径向长度(如图3中示出为r2)，第一径向长度(r1)不同于第二径向长度(r2)。这里，第一径向长度(r1)小于第二径向长度(r2)，以便第一部分144具有比第二部分146更小的质量。
参照图3，第一转子叠片122包括从多个齿132在圆周方向(在相应尖端152、153之间)上延伸的相应的多个齿尖部150。相应的多个齿尖部150限定相应的外端面154和相应的内端面156。如图3中所示，第一部分144中相应的多个齿尖部150中的至少一个的特征可以在于孔162。如图3中所示，第一部分144中的相应的多个齿尖部150中的至少一个可以包括相应外端面154上的外凹口164。如图3中所示，第一部分144中的相应的多个齿尖部150中的至少一个包括在相应内端面156上的内凹口165。孔162、外凹口164和内凹口165减小了第一部分144相对于第二部分的质量。具有孔162、外凹口164和内凹口165的多个齿132的数量以及它们各自的尺寸可以根据手边的应用变化。
参照图4，根据本公开的又一实施例，示出了电动机210的示例转子叠片的示意性局部视图。电动机210包括被划分为第一部分244和第二部分246的第一转子叠片222。第一转子叠片222被配置为具有非对称质量分布，使得第一部分244具有第一质量，并且第二部分246具有第二质量，其中第一质量不同于第二质量。
参照图4，第一转子叠片222包括从中心毂230径向向外延伸的多个齿232。如图4中所示，第一部分244中的多个齿232中的至少一个限定第一厚度(T1)，第二部分246中的多个齿232中的另一个限定第二厚度(T2)，其中第一厚度(T1)不同于第二厚度(T2)。换句话说，第一部分244中的多个齿132中的一个或多个可以被配置为“细齿”，以便实现非对称质量分布。在图4中示出的示例中，第一部分244中多个齿232中的六个齿中的三个(具有第一厚度(T1))是“细齿”。该数字可以根据应用而变化。
参照图4，第一转子叠片222可以包括从多个齿232沿周向延伸的相应的多个齿尖部250。如图4中所示，相应的多个齿尖部250包括第一部分244中的第一对相邻齿尖部251A和第二部分246中的第二对相邻齿尖部251B。第一对相邻齿尖部251A限定相应的相邻尖部之间的第一空气间隙(图4中的G1)。第二对相邻齿尖部251B限定相应的相邻尖部之间的第二空气间隙(图4中的G2)。如图4中所示，第一空气间隙(G1)被配置为不同于第二空气间隙(G1)，以便实现非对称质量分布。
如图4中所示，第一部分244中的多个齿尖部250中的至少一个可以限定相应的尖端252A、253A之间的第一圆周宽度(W1)，而第二部分246中的多个齿尖部250中的另一个限定其相应的尖端252B、253B之间的第二圆周宽度(W2)。如图4中所示，第一圆周宽度(W1)可以被配置为不同于第二圆周宽度(W2)以便实现非对称质量分布。
参照图2，叠片堆20的特征可以在于轴向非对称质量分布，使得第一转子叠片22的第一总质量不同于第二转子叠片24的第二总质量(图2中示出)。例如，第一转子叠片22、第二转子叠片24和第三转子叠片26可以分别从中心轴18限定不同的长度L1、L2、L3(见图2)，以便生成轴向非对称质量分布。
可替换地，参照图1，定子14可被划分为第一区段70和第二区段72，并且被配置为具有非对称磁场分布，使得第一区段70的特征在于第一磁场强度，并且第二区段72的特征在于不同于第一磁场强度的第二磁场强度。图1和图5中示出了用于实现非对称磁场分布的示例配置。
在图1中，第一区段70包括具有第一强度和第一体积的第一磁体42A。第二区段72包括具有第二强度和第二体积的第二磁体42B，其中第一强度和第二强度不同，并且第一体积和第二体积相同。因此，第一区段70中磁体的总体积与第二区段72中磁体的总体积相同，但是第一区段70包括相对于第二区段72强度不同的磁体。
参照图5，电动机310包括定子314和转子316。转子316的配置与图1中示出的转子16类似。定子314可以被划分为第一区段370和第二区段372。定子314被配置为具有非对称磁场分布，使得第一区段370的特征在于第一磁场强度，并且第二区段372的特征在于第二磁场强度，其中第一磁场强度不同于第二磁场强度。参照图5，第一区段370包括第一磁体342A和第二磁体342B，而第二区段包括单个第三磁体342C。第一磁体342A、第二磁体342B和第三磁体342C中的每一个具有相同的强度。这里，因为第一区段370中的多个磁体的总体积不同于第二区段372中的多个磁体的总体积所以实现非对称磁场分布，而第一磁体342A、第二磁体342B和第三磁体342C中的每一个具有相同的强度。
各种部件的确切尺寸可以根据每个特定应用的需要来选择。这些值可以通过使用有限元分析模拟工具或本领域采用的其他建模方法执行的优化过程来导出。例如，可以基于产生合适振动的配置来选择齿长度、齿宽度和空气间隙。
详细描述和附图或图是对本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实行要求保护的公开的最佳模式中的一些和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的公开的各种可替代设计和实施例。另外，附图中所示的实施例或本说明书中提及的各种实施例的特征不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，实施例的示例中的一个中描述的每个特征可以与来自其他实施例的一个或多个其他期望特征相结合，从而产生没有以文字或参考附图描述的其他实施例。因此，这样的其它实施例落在所附权利要求的范围的框架内。

Claims (10)

1.一种电动机，包括：
转子，具有相对于彼此轴向定位的叠片堆；
定子，具有多个磁体，所述定子被划分为第一区段和第二区段；
其中，所述叠片堆包括被划分为第一部分和第二部分的第一转子叠片；
其中，所述第一转子叠片包括中心毂和从所述中心毂径向向外延伸的多个齿；
其中，所述第一转子叠片被配置为具有非对称质量分布，使得所述第一部分具有第一质量，并且所述第二部分具有第二质量，所述第一质量不同于所述第二质量；以及
其中，所述第一转子叠片被配置为选择性地生成不平衡力，
其中，所述定子被配置为具有非对称磁场分布，使得所述第一区段的特征在于第一磁场强度，并且所述第二区段的特征在于第二磁场强度，所述第一磁场强度不同于所述第二磁场强度；以及
其中，所述第一区段包括具有第一强度和第一体积的第一磁体；以及
其中，所述第二区段包括具有第二强度和第二体积的第二磁体，所述第一强度和所述第二强度不同，并且所述第一体积和所述第二体积相同。
2.如权利要求1所述的电动机，其中：
所述第一部分的特征在于所述中心毂中的至少一个切口；
所述第一部分中的所述多个齿中的至少一个限定第一径向长度；以及
所述第二部分中的所述多个齿中的至少另一个限定第二径向长度，所述第一径向长度不同于所述第二径向长度。
3.一种触觉组件，被配置为传递触觉信号，所述触觉组件包括：
电动机，具有转子，所述转子具有相对于彼此轴向定位的叠片堆；
其中，所述叠片堆包括被划分为第一部分和第二部分的第一转子叠片；
其中，所述第一转子叠片包括中心毂和从所述中心毂径向向外延伸的多个齿；
其中，所述第一转子叠片被配置为具有非对称质量分布，使得所述第一部分具有第一质量，并且所述第二部分具有第二质量，所述第一质量不同于所述第二质量；以及
其中，所述电动机被配置为选择性地生成不平衡力，
其中，所述电动机还包括定子，定子具有多个磁体，所述定子被划分为第一部分和第二部分；
其中，所述定子被配置为具有非对称磁场分布，使得所述第一部分的特征在于第一磁场强度，并且所述第二部分的特征在于第二磁场强度，所述第一磁场强度不同于所述第二磁场强度。
4.如权利要求3所述的触觉组件，其中：
所述第一部分的特征在于所述中心毂中的至少一个切口；
所述第一部分中的所述多个齿中的至少一个限定第一径向长度；以及
所述第二部分中的所述多个齿中的至少另一个限定第二径向长度，所述第一径向长度不同于所述第二径向长度。
5.如权利要求3所述的触觉组件，其中：
所述第一部分中的所述多个齿中的至少一个限定第一厚度；以及
所述第二部分中的所述多个齿中的至少另一个限定第二厚度，所述第一厚度不同于所述第二厚度。
6.如权利要求3所述的触觉组件，其中：
所述第一转子叠片包括从所述多个齿在圆周方向上延伸的相应的多个齿尖部；
所述相应的多个齿尖部限定相应的外端面和相应的内端面；以及
所述第一部分中的所述相应的多个齿尖部中的至少一个包括所述相应的内端面上的内凹口和所述相应的外端面上的外凹口中的至少一个。
7.如权利要求3所述的触觉组件，其中：
所述第一部分中的所述多个齿中的至少一个的特征在于穿孔；
所述第一转子叠片包括从所述多个齿在圆周方向上延伸的相应的多个齿尖部；以及
所述第一部分中的所述相应的多个齿尖部中的至少一个的特征在于孔。
8.如权利要求3所述的触觉组件，其中：
所述第一转子叠片包括从所述多个齿在圆周方向上延伸的相应的多个齿尖部；
所述第一部分中的所述相应的多个齿尖部中的至少一个限定第一圆周宽度；以及
所述第二部分中的所述相应的多个齿尖部中的至少另一个限定第二圆周宽度，所述第一圆周宽度不同于所述第二圆周宽度。
9.如权利要求3所述的触觉组件，其中：
所述第一转子叠片包括从所述多个齿在圆周方向上延伸的相应的多个齿尖部；
所述相应的多个齿尖部包括所述第一部分中的第一对相邻齿尖部和所述第二部分中的第二对相邻齿尖部；
所述第一对相邻齿尖部限定相应的相邻尖部之间的第一空气间隙；以及
所述第二对相邻齿尖部限定相应的相邻尖部之间的第二空气间隙，所述第一空气间隙不同于所述第二空气间隙。
10.如权利要求3所述的触觉组件：
其中，所述第一部分的特征在于所述中心毂中的至少一个切口；
其中，所述第一部分中的所述多个齿中的至少一个限定第一径向长度，并且所述第二部分中的所述多个齿中的至少另一个限定第二径向长度，所述第一径向长度不同于所述第二径向长度；
其中，所述第一部分中的所述多个齿中的至少一个限定所述第一厚度，并且所述第二部分中的所述多个齿中的至少另一个限定所述第二厚度，所述第一厚度不同于所述第二厚度；
其中，所述第一转子叠片包括从所述多个齿在圆周方向上延伸的相应的多个齿尖部；
其中，所述相应的多个齿尖部限定相应的外端面和相应的内端面，使得所述第一部分中的所述相应的多个齿尖部中的至少一个包括所述相应的内端面上的内凹口和所述相应的外端面上的外凹口中的至少一个；
其中，所述第一部分中的所述多个齿中的至少一个的特征在于穿孔；以及
其中，所述第一部分中的所述多个齿尖部中的至少一个限定所述第一圆周宽度，并且所述第二部分中的所述相应的多个齿尖部中的至少另一个限定第二圆周宽度，所述第一圆周宽度不同于所述第二圆周宽度。
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