CN111614177A - 转子结构、电机和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种转子结构、电机和车辆。该转子结构包括转子铁芯，转子铁芯上设置有安装槽，安装槽内安装有永磁体，转子铁芯的两端分别设置有端部转子挡板，端部转子挡板上设置有弹性凸台，弹性凸台包括配合部，配合部与端部转子挡板之间形成有供弹性凸台形变的形变空间，弹性凸台能够以塑性形变的方式压在永磁体上。根据本申请的转子结构，能够使得永磁体和转子铁芯的轴向高度相匹配，提高产品可靠性。

Description

转子结构、电机和车辆

技术领域

本申请涉及电机设备技术领域，具体涉及一种转子结构、电机和车辆。

背景技术

驱动电机是新能源汽车的心脏，其噪音、性能等，影响整车的关键性能和可靠性。目前大部分企业使用的均为永磁同步电机或永磁同步磁阻电机，无论使用哪种方案，都需要将永磁体装入转子铁芯中，再在铁芯的前、后端分别使用转子挡板进行轴向锁紧。

为了满足装配需求，永磁体和铁芯的轴向配合方式为间隙配合。由于加工误差的存在，永磁体和转子铁芯的轴向尺寸必然存在差异：如果永磁体高度超过转子铁芯高度，转子挡板轴向锁紧后，永磁体存在被挡板压溃的风险，使产品的性能急剧下降，影响整车性能；如果永磁体高度低于转子铁芯高度，则永磁体在磁钢槽内存在轴向窜动间隙，运行过程中易出现噪音。目前，现有技术中的永磁体与转子铁芯的轴向高度不匹配问题难以得到有效解决。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种转子结构、电机和车辆，能够使得永磁体和转子铁芯的轴向高度相匹配，提高产品可靠性。

为了解决上述问题，本申请提供一种转子结构，包括转子铁芯，转子铁芯上设置有安装槽，安装槽内安装有永磁体，转子铁芯的两端分别设置有端部转子挡板，端部转子挡板上设置有弹性凸台，弹性凸台包括配合部，配合部与端部转子挡板之间形成有供弹性凸台形变的形变空间，弹性凸台能够以塑性形变的方式压在永磁体上。

优选地，配合部的至少两个相对侧设置有连接部，配合部通过连接部固定连接在端部转子挡板上。

优选地，弹性凸台由端部转子挡板冲压形成。

优选地，端部转子挡板上具有冲压形成的避让槽，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面上，避让槽的宽度大于或者等于永磁体的宽度，避让槽的长度大于或等于永磁体的长度。

优选地，配合部与永磁体之间为面配合；和/或，端部转子挡板的轴向厚度与永磁体的截面积成正比。

优选地，端部转子挡板上设置有多个弹性凸台和用于避让永磁体的避让槽，弹性凸台、避让槽的数量和位置与永磁体的数量和位置相对应。

优选地，弹性凸台发生塑性形变之前，连接部与端部转子挡板之间的夹角为10°～30°。

优选地，端部转子挡板的弹性模量E≥200GPa。

优选地，弹性凸台的塑性变形压力小于永磁体的压溃强度，且大于转子结构受到意外冲击力时永磁体施加至弹性凸台的配合部的冲击力。

优选地，意外冲击力大于或等于5G，其中G为转子结构的自身重力。

优选地，弹性凸台的宽度与弹性凸台的塑性变形压力成正比。

优选地，弹性凸台为长条形。

优选地，转子结构还包括辅助转子挡板，辅助转子挡板设置在端部转子挡板远离转子铁芯的一端，辅助转子挡板的弹性模量小于端部转子挡板的弹性模量。

优选地，端部转子挡板为钢结构，辅助转子挡板为铝结构。

优选地，辅助转子挡板上对应弹性凸台设置有限位槽，弹性凸台能够容纳在限位槽内。

优选地，弹性凸台位于限位槽内且弹性凸台塑性形变压在永磁体上时，弹性凸台与限位槽的底面之间的距离小于或等于0.5mm。

根据本申请的另一方面，提供了一种电机，包括转子结构，该转子结构为上述的转子结构。

根据本申请的另一方面，提供了一种车辆，包括转子结构，该转子结构为上述的转子结构。

本申请提供的转子结构，包括转子铁芯，转子铁芯上设置有安装槽，安装槽内安装有永磁体，转子铁芯的两端分别设置有端部转子挡板，端部转子挡板上设置有弹性凸台，弹性凸台包括配合部，配合部与端部转子挡板之间形成有供弹性凸台形变的形变空间，弹性凸台能够以塑性形变的方式压在永磁体上。本申请采用弹性凸台发生塑性变形的方式压在永磁体上，从而使得弹性凸台能够根据永磁体的轴向长度自适应调整凸台高度，在与转子铁芯配合之后，可以适配不同高度的永磁体，通过凸台塑性变形后产生的形变力，将永磁体压固在安装槽内，使永磁体在铁芯中不会发生窜动或压溃，提高产品可靠性，同时降低材料成本和工艺成本。

附图说明

图1为本申请实施例的转子结构的总成结构图；

图2为本申请实施例的转子结构的辅助转子挡板的结构示意图；

图3为本申请实施例的转子结构的端部转子挡板的第一种结构示意图；

图4为本申请实施例的转子结构的端部转子挡板的第二种结构示意图；

图5为本申请实施例的转子结构的端部转子挡板的A向结构视图；

图6为本申请实施例的转子结构的端部转子挡板的D-D向断面结构图；

图7为本申请实施例的转子结构的转子铁芯的结构示意图；

图8为本申请实施例的转子结构的转子轴的立体结构示意图；

图9为本申请实施例的转子结构装配后的第一顶视图；

图10为本申请实施例的转子结构装配后的第二顶视图；

图11为本申请实施例的转子结构在永磁体轴向高度小于转子铁芯轴向高度时的弹性凸台的变形结构图；

图12为图11的I处的放大结构示意图；

图13为图9的F-F向的剖视结构图；

图14为图10的I-I向的剖视结构图；

图15为本申请实施例的转子结构在永磁体轴向高度大于转子铁芯轴向高度时的弹性凸台的变形结构图；

图16为图15的II处的放大结构示意图；

图17为图9的F-F向的剖视结构图；

图18为图10的I-I向的剖视结构图。

附图标记表示为：

1、辅助转子挡板；2、端部转子挡板；3、永磁体；4、转子铁芯；5、转子轴；101、第一定位凸台；105、限位槽；110、轴孔；115、螺栓口；120、与端部转子挡板配合面；125、第一配合面；201、弹性凸台；201'、变形后的弹性凸台；205、第二定位凸台；210、轴孔；215、螺栓孔；220、第二配合面；225、第三配合面；225'、发生轻微变形后的第三配合面；225”、发生一定量变形后的第三配合面；230、第四配合面；235、避让槽；240、背面；245、连接部；401、安装槽；405、定位凸台；410、减重孔；415、轴孔；420、螺栓孔； 501、径向定位凹槽；505、轴肩。

具体实施方式

结合参见图1至图18所示，根据本申请的实施例，转子结构包括转子铁芯4，所述转子铁芯4上设置有安装槽401，所述安装槽401内安装有永磁体3，所述转子铁芯4的两端分别设置有端部转子挡板2，所述端部转子挡板2上设置有弹性凸台201，所述弹性凸台201包括配合部，所述配合部与所述端部转子挡板2之间形成有供所述弹性凸台201形变的形变空间，所述弹性凸台201 能够以塑性形变的方式压在所述永磁体3上。

本申请采用弹性凸台201发生塑性变形的方式压在永磁体3上，从而使得弹性凸台201能够根据永磁体3的轴向长度自适应调整凸台高度，在与转子铁芯4配合之后，可以适配不同高度的永磁体3，通过凸台塑性变形后产生的形变力，将永磁体3压固在安装槽401内，使永磁体3在铁芯中不会发生窜动或压溃，提高产品可靠性，同时降低材料成本和工艺成本。

由于本申请是采用使得弹性凸台201发生塑性形变的方式压在永磁体3上，因此能够根据永磁体3的轴向长度自动调整形变量，使得永磁体3能够被稳定固定在转子铁芯4内，无需对转子铁芯4使用环氧树脂胶灌封等手段，因此可以降低材料成本和工艺成本约3％～4％。

此外，由于弹性凸台201塑性变形量的自适应性，因此能够有效降低永磁体3和转子铁芯4对制造公差的敏感性，减少加工成本约1％，同时也能够降低加工难度，提高良品率，提高加工效率。

在装配过程中，只需要对弹性凸台201施加预设的压力，在该压力作用下，当弹性凸台201与永磁体3接触之后，就会自然产生塑性变形，进而压紧在永磁体3上，对永磁体3形成有效的轴向固定，因此装配更加方便，可以有效降低工艺成本约1.5％。

由于弹性凸台201的塑性形变对于永磁体3的轴向定位的有效性以及塑性形变的定型性，能够在压紧永磁体3之后保持在当前的结构状态，不会发生回弹，因此可以提高产品可靠性，减少永磁体3在转子铁芯4中因装配间隙引起的振动、噪声，有效解决转子铁芯4与永磁体3的轴向高度不匹配的问题。

转子结构还包括转子轴5，其中，第一定位凸台101、第二定位凸台205、第三定位凸台405以及螺栓孔115、螺栓孔215、螺栓孔420分别开设在辅助转子挡板1、端部转子挡板2以及转子铁芯4上，其开设位置、大小相同，用于与转子轴5的径向定位凹槽501配合，转子铁芯4上开设安装槽401，永磁体3放置在该槽内，转子铁芯4上还开设有减重孔410，用于降低转子铁芯4 重量，轴孔415与转子轴5配合。上述零部件，使用螺栓贯穿其各自的螺栓孔，螺栓尾部与螺母配合，使上述零部件轴向锁紧。转子轴5端部再使用锁紧螺母，将上述零部件轴向锁紧在转子轴5上。

所述配合部的至少两个相对侧设置有连接部245，所述配合部通过所述连接部245固定连接在所述端部转子挡板2上。在配合部的至少两个相对侧分别设置连接部245，能够使得配合部的两个相对侧均与端部转子挡板2之间实现连接，使得弹性凸台201在发生塑性变形时，两端的塑性变形作用力能够基本上保持一致，不仅能够提高塑性变形的一致性，保证配合部从整体上对永磁体 3形成良好的压紧固定作用，而且能够更加有效地保证配合部与永磁体3可以形成良好的面配合，而非是点配合，受力作用更加均衡，对于永磁体3的压紧作用力更加平均，既能够保证对永磁体3的压紧，又能够避免永磁体3端面受力不均衡而发生压溃现象。

所述弹性凸台201由所述端部转子挡板2冲压形成，可以使得弹性凸台201 与端部转子挡板2之间形成一体式结构，既能够保证弹性凸台201与端部转子挡板2之间的结构强度，而且还可以降低弹性凸台201在端部转子挡板2上的设置难度，降低加工成本，工艺上也更加易于实现，可以减少成型工艺。

所述端部转子挡板2上具有冲压形成的避让槽235，弹性凸台201的宽度小于或者等于避让槽235的宽度，从而使得弹性凸台201能够完全进入到避让槽235内，形成更大的塑性变形空间，可以更好地适应永磁体3的轴向长度。

优选地，在垂直于所述转子铁芯4的中心轴线的截面上，所述避让槽235 的宽度大于或者等于所述永磁体3的宽度，所述避让槽235的长度大于或等于所述永磁体3的长度，此种情况下，由于避让槽235能够完全供永磁体3穿过，因此即使永磁体3的轴向长度大于转子铁芯4的轴向长度，也可以通过使得永磁体3进入到避让槽235的方式，来使得永磁体3轴向长度大于转子铁芯4的轴向长度时，弹性凸台201的塑性变形仍然适用于对永磁体3形成轴向固定限位。

优选地，所述配合部与所述永磁体3之间为面配合，使得配合部在与永磁体3之间贴合之后，能够形成较大的受力面积，使得配合部在发生塑性形变的过程中施加至永磁体3的作用力更加均衡，降低此过程中永磁体3的单位面积压力，降低永磁体3被压溃的风险。

所述端部转子挡板2的轴向厚度与所述永磁体3的截面积成正比。由于永磁体3的截面积越大，所需要的锁紧作用力也就越大，而该锁紧作用力是由端部转子挡板2冲压出的弹性凸台201的塑性变形作用力提供，因此弹性凸台201 所需的塑性变形作用力越大，锁紧作用力也就越大，而要提高该塑性变形作用力，在弹性凸台201的宽度不变的情况下，就需要增加弹性凸台201也即端部转子挡板2的轴向厚度的方式来实现。

优选地，所述弹性凸台201发生塑性形变之前，所述连接部245与所述端部转子挡板2之间的夹角为10°～30°，既能够使得弹性凸台201与端部转子挡板2之间形成足够大的形变空间，来满足适应永磁体3的轴向长度过程中弹性凸台201的形变量要求，又能够避免连接部245与端部转子挡板2之间的夹角过大导致无形中增大塑性变形阻力的问题，从而使得弹性凸台201的塑性变形作用力处于一个合理的可控范围内。

优选地，所述端部转子挡板2的弹性模量E≥200GPa，从而使得采用该种材质制成的弹性凸台201，既能够采用冲压方式成型，又能够利用较小的厚度实现所需求的塑性形变作用力。

在本实施例中，端部转子挡板2为冷轧薄钢板结构，其厚度与电机的外径尺寸以及磁钢截面积成正比，即：电机功率、体积较大，磁钢截面积较大，则端部转子挡板2的厚度越厚，反之则越薄。端部转子挡板2上开设若干个数量、位置与永磁体3数量、位置对应的弹性凸台201及避让槽235，该弹性凸台201 为冲压成型，冲压面为第二配合面220，即：由第二配合面220向背离第二配合面220的方向冲压，成型后，第二配合面220在轴向上无特征，弹性凸台201 通过弹性凸台201的左右两个连接部245与端部转子挡板2连接。当施加力到弹性凸台201与永磁体3的第三配合面225时，弹性凸台可在轴向上发生不同程度的变形，变形后的位置如图6中的虚线所示，即变形后的弹性凸台为201'，由于弹性凸台201与端部转子挡板2之间是通过两个连接部245连接，而连接部位245具备一定的强度，因此弹性凸台201受力发生塑性变形后，回弹风险较低，不会发生多次回弹变形导致的疲劳失效。

优选地，所述弹性凸台201的塑性变形压力小于所述永磁体3的压溃强度，且大于转子结构受到意外冲击力时所述永磁体3施加至所述弹性凸台201的配合部的冲击力。在进行弹性凸台201的设计时，保证弹性凸台201的塑性变形压力小于所述永磁体3的压溃强度，就能够使得弹性凸台201在发生塑性变形之前不会产生大于永磁体3的压溃强度的作用力，从而对永磁体3形成有效保护，避免永磁体3压溃问题。而将弹性凸台201的塑性变形压力设置为大于转子结构受到意外冲击力时所述永磁体3施加至所述弹性凸台201的配合部的冲击力，是为了避免在转子结构应用于车辆等移动设备上时，如果受到意外冲击时，永磁体3对弹性凸台201所产生的冲击力会大于弹性凸台201的塑性变形压力，进而导致弹性凸台201发生塑性变形，失去对于永磁体3的轴向限位作用。通过合理设定弹性凸台201的塑性变形压力，既能够对永磁体3形成有效保护，又能够使得弹性凸台201即使受到来自于永磁体3的突然冲击作用，也不会发生塑性变形，对于永磁体3能够始终保持良好的轴向限位。

在本实施例中，所述意外冲击力大于或等于5G，其中G为所述转子结构的自身重力。

弹性凸台201的宽度B1根据永磁体3的压溃强度进行设计，即：弹性凸台201不同的宽度对应不同的变形的压力。优选地，所述弹性凸台201的宽度与所述弹性凸台201的塑性变形压力成正比。

优选地，所述弹性凸台201为长条形，一般而言，永磁体3在垂直于转子铁芯4的中心轴线的截面内为矩形条，因此，为了与永磁体3形成良好的配合效果，弹性凸台201也采用与永磁体3的端面结构类似的结构，也即长条形结构，从而提高弹性凸台201与永磁体3之间配合的适配性。

所述转子结构还包括辅助转子挡板1，所述辅助转子挡板1设置在所述端部转子挡板2远离所述转子铁芯4的一端，所述辅助转子挡板1的弹性模量小于所述端部转子挡板2的弹性模量。在本实施例中，利用塑性变形的作用力来对永磁体3形成限位作用主要是依靠端部转子挡板2来实现，而对于转子铁芯 4的轴向限位作用，则可以依靠辅助转子挡板1来实现。

在本实施例中，所述端部转子挡板2为钢结构，所述辅助转子挡板1为铝结构。钢制材料屈服强度及弹性模量均大于铝制材料，设置的弹性凸台201也可以用冲压方式进行生产，较薄的材质就可实现需求的力；铝制挡板材质较轻，可用于轴向限位，有效降低电机重量。通过采用两种材料结合的方式来形成转子挡板，能够对转子挡板的功能进行区分，利用不同材料的各自特性来设计转子挡板的结构，从而能够兼顾转子挡板的各个不同设计要求，解决转子挡板采用单一材料的过程中，难以利用单一材料实现转子挡板多个设计要求的问题。

所述辅助转子挡板1上对应所述弹性凸台201设置有限位槽105，所述弹性凸台201能够容纳在所述限位槽105内。通过设置限位槽105，能够对弹性凸台201形成一定的限位作用，既能够加大弹性凸台201的塑性变形量，又能够对弹性凸台201的形变形成轴向限制，避免弹性凸台201失效导致形变量过大，对于永磁体3失去轴向限位作用的问题。

所述弹性凸台201位于所述限位槽105内且所述弹性凸台201塑性形变压在所述永磁体3上时，所述弹性凸台201与所述限位槽105的底面之间的距离小于或等于0.5mm。

转子结构前后两个辅助转子挡板1，通过螺栓和螺母锁紧后，压紧转子铁芯4、永磁体3以及端部转子挡板2。辅助转子挡板1的其中一个面开设限位槽105，限位槽105与永磁体3、端部转子挡板2的弹性凸台201位置、大小相同，其开设深度为h，可以根据永磁体3与转子铁芯4叠片的公差设定，使永磁体3与转子铁芯4装配压紧后，永磁体3高出转子铁芯4的部分使弹性凸台201变形，其第三配合面225的背面240，距离限位槽105底面的间隙c不得大于0.5mm，从而可以利用辅助转子挡板1对永磁体3形成双重限位，即使端部转子挡板2对于永磁体3的轴向限位失效，仍然可以利用辅助转子挡板1 对永磁体3形成有效的轴向限位。

转子结构装配时，辅助转子挡板1的第一配合面125与转子轴5的轴肩505 配合，辅助转子挡板1具有与端部转子挡板2配合的配合面120，配合面120 与端部转子挡板2的第二配合面220接触，端部转子挡板2的配合面230与转子铁芯4接触。当永磁体3和转子铁芯4的轴向高度因为公差存在差异时，端部转子挡板2的弹性凸台201可随着尺寸差异进行自动调整。

所有零部件按顺序装配并通过螺栓和螺母轴向锁紧后，前后两个辅助转子挡板1的配合面120压紧两个端部转子挡板2的第二配合面220，使两个端部转子挡板2的第四配合面230与转子铁芯4接触，如图11～图14所示，当永磁体3高度小于铁芯4高度时，装配后，弹性凸台201受力产生轻微变形，变形量为k1，变形方向为图12中箭头所示，其第三配合面225与永磁体3接触并变形后，位置变为图12中的虚线位置，此时与永磁体3的接触面为225'。永磁体3通过前后两个端部转子挡板2的冲压的弹性凸台201轴向压紧。

如图15～图18所示，当永磁体3高度大于铁芯4高度时，装配后，弹性凸台201受力发生一定量变形，变形量为k2，变形方向为图16中箭头所示。弹性凸台与永磁体3配合的第三配合面225与永磁体3接触并变形后，位置变为图16中虚线位置，与永磁体3的接触面为225”，225”的背面240与限位槽105 底面的距离为c。当弹性凸台201反向变形高度超出第二配合面220时，辅助转子挡板1的避让槽105可容纳其变形。永磁体3通过前后两个端部转子挡板 2冲压的弹性凸台201变形力轴向压紧。

根据本申请的实施例，电机包括转子结构，该转子结构为上述的转子结构。该电机优选地为驱动电机。

根据本申请的实施例，车辆包括转子结构，该转子结构为上述的转子结构。该车辆优选地为新能源汽车。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (18)

1.一种转子结构，其特征在于，包括转子铁芯，所述转子铁芯上设置有安装槽，所述安装槽内安装有永磁体，所述转子铁芯的两端分别设置有端部转子挡板，所述端部转子挡板上设置有弹性凸台，所述弹性凸台包括配合部，所述配合部与所述端部转子挡板之间形成有供所述弹性凸台形变的形变空间，所述弹性凸台能够以塑性形变的方式压在所述永磁体上。

2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述配合部的至少两个相对侧设置有连接部，所述配合部通过所述连接部固定连接在所述端部转子挡板上。

3.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于，所述弹性凸台由所述端部转子挡板冲压形成。

4.根据权利要求3所述的转子结构，其特征在于，所述端部转子挡板上具有冲压形成的避让槽，在垂直于所述转子铁芯的中心轴线的截面上，所述避让槽的宽度大于或者等于所述永磁体的宽度，所述避让槽的长度大于或等于所述永磁体的长度。

5.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述配合部与所述永磁体之间为面配合；和/或，所述端部转子挡板的轴向厚度与所述永磁体的截面积成正比。

6.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述端部转子挡板上设置有多个弹性凸台和用于避让所述永磁体的避让槽，所述弹性凸台、所述避让槽的数量和位置与所述永磁体的数量和位置相对应。

7.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于，所述弹性凸台发生塑性形变之前，所述连接部与所述端部转子挡板之间的夹角为10°～30°。

8.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述端部转子挡板的弹性模量E≥200GPa。

9.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述弹性凸台的塑性变形压力小于所述永磁体的压溃强度，且大于转子结构受到意外冲击力时所述永磁体施加至所述弹性凸台的配合部的冲击力。

10.根据权利要求9所述的转子结构，其特征在于，所述意外冲击力大于或等于5G，其中G为所述转子结构的自身重力。

11.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述弹性凸台的宽度与所述弹性凸台的塑性变形压力成正比。

12.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述弹性凸台为长条形。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的转子结构，其特征在于，所述转子结构还包括辅助转子挡板，所述辅助转子挡板设置在所述端部转子挡板远离所述转子铁芯的一端，所述辅助转子挡板的弹性模量小于所述端部转子挡板的弹性模量。

14.根据权利要求13所述的转子结构，其特征在于，所述端部转子挡板为钢结构，所述辅助转子挡板为铝结构。

15.根据权利要求13所述的转子结构，其特征在于，所述辅助转子挡板上对应所述弹性凸台设置有限位槽，所述弹性凸台能够容纳在所述限位槽内。

16.根据权利要求15所述的转子结构，其特征在于，所述弹性凸台位于所述限位槽内且所述弹性凸台塑性形变压在所述永磁体上时，所述弹性凸台与所述限位槽的底面之间的距离小于或等于0.5mm。

17.一种电机，包括转子结构，其特征在于，所述转子结构为权利要求1至16中任一项所述的转子结构。

18.一种车辆，包括转子结构，其特征在于，所述转子结构为权利要求1至16中任一项所述的转子结构。

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