CN111669006A - 轴向磁通电机组件及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组装电机的方法，该方法包括将转子毂联接到转子盘以形成转子组件，并且在第一位置处将转子毂可滑动地联接到轴。该方法还包括将定子组件联接到轴，以在定子组件与转子组件之间限定第一轴向间隙。该方法进一步包括使转子组件沿着所述轴滑动到第二位置，以在所述定子组件与所述转子组件之间限定第二轴向间隙。第二位置基于当转子组件处于第二位置时测定的电机的反EMF常数。

Description

轴向磁通电机组件及其组装方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年3月8日提交的美国非临时专利申请No.16/296,974的优先权，其全部公开内容通过引用整体结合于此。

技术领域

本文描述的实施例总体上涉及轴向磁通电机，更具体地涉及具有可调节的转子组件的轴向磁通电机。

背景技术

在电动机设计中，反电动势(反EMF)是电动机效率以及电动机工作曲线(转矩和速度)的关键参数。反EMF通常用于指代在其中转子组件与由定子组件产生的磁场之间存在相对运动、因此在作为电动机运行的同时还充当发电机的电机中出现的电压。该电压与本来施加的电压串联并与之对向。随着电机转速的提高，电机内部电阻两端的总电压降低，流入电机的电流减小，从而导致电机速度降低。由于反EMF与电机的速度成正比，所以随着速度降低，反EMF减小。反EMF的减小导致电机两端的电压增大(因此电流增大)。该额外的电流会产生额外的转矩，电机需要该额外的转矩以便随着负荷增加而恢复其速度。电机的反EMF常数被设计为允许电机在以额定速度运行时汲取额定电流并传递额定转矩。

然而，反EMF受多种制造变量的影响，这使其成为很难以高精度控制的参数。例如，影响电机的反EMF的主要变量之一是转子组件与定子组件之间的轴向气隙的大小。至少一些已知的电机被设计成具有预定的气隙，该气隙提供预定的反EMF常数。然而，在组装至少一些已知的电机之后，由于制造公差，实际的气隙可能与预定的期望气隙不同。电机的每个部件都有其自身的制造公差范围，并且由于这些部件沿着轴堆叠在一起，公差彼此叠加，并且可能会导致气隙偏离预期的设计并总体上对电机的性能产生不良影响。

发明内容

在一方面，提供了一种组装电机的方法。该方法包括将转子毂联接到转子盘以形成转子组件，并且在第一位置处将转子毂可滑动地联接到轴。该方法还包括将定子组件联接到轴，以在定子组件与转子组件之间限定第一轴向间隙。该方法还包括使转子组件沿着轴滑动到第二位置，以在定子组件与转子组件之间限定第二轴向间隙。第二位置是基于当转子组件处于该第二位置时测得的电机的反EMF常数。

在另一方面，提供了一种组装电机的方法。该方法包括将转子毂联接到转子盘以形成转子组件，并且在第一位置处将转子毂可滑动地联接到带有轴向滚花的轴。该方法还包括在转子组件附近将定子组件联接到轴，并且当转子组件处于第一位置时测量电机的反EMF常数。该方法还包括使转子组件沿着轴滑动到第二位置，其中在该第二位置处测定的反EMF常数基本上等于预定的反EMF常数。

在又一方面，提供了一种用于具有定子组件的轴向磁通电机中的转子组件。该转子组件包括沿着旋转轴线延伸的轴以及转子毂，该转子毂可滑动地联接到该轴，使得该轴延伸穿过转子毂的第一中心开口。转子组件还包括固定地联接到转子毂的转子盘。转子毂的至少一部分延伸穿过转子盘的第二中心开口。基于测定的反EMF常数，转子毂和转子盘可相对于定子组件沿着轴从轴上的第一位置滑动到轴上的第二位置。

附图说明

图1是电机的一个示例性实施例的透视图；

图2是图1的电机的分解图；

图3是部分组装的图1的电机的放大截面图，并且示出了第一轴向间隙；

图4是完全组装好的图1的电机的截面图，并且示出了第二轴向间隙；

图5是示出了组装图1的电机的示例性方法的流程图；

图6是示出了组装图1的电机的另一方法的流程图。

具体实施方式

本文描述了用于轴向磁通电机及其组装的示例性方法和系统。本文描述的实施例包括转子组件，该转子组件在组装之后可沿着轴滑动以将转子组件定位在沿着轴的提供电机的最大工作效率的位置处。更具体地，转子组件包括可滑动地联接到带有轴向滚花的轴的转子毂和固定地联接到转子毂的转子盘。当电机已基本上组装好时，当转子组件处于第一位置时在转子组件与定子组件之间限定了第一气隙。然后基于测定的电机反EMF常数来调节转子组件沿着轴的位置。该调节改变了在转子组件与定子组件之间限定的气隙的尺寸，使得电机以其最高效的方式工作。

因此，本文描述的电机和组装方法通过允许可调节的转子组件在组装之后微调/精细调节电机效率来适应电机部件的制造公差在组装期间的累积。具体而言，通过使转子组件的位置以及最终气隙的大小基于测定的反EMF常数而不是仅基于气隙的物理尺寸，本文描述的方法可以使每个电机都独立地保持平衡并进行微调以实现最高效率。

图1是电机10的一个示例性实施例的透视图。在该示例性实施例中，电机10是轴向磁通电机，包括定子组件12、转子组件14和轴16。转子组件14联接到轴16，使得轴16和转子组件14绕轴线18旋转。轴16延伸穿过固定的定子组件12，并且盖板20与转子组件14相对地联接到定子组件12。在该示例性实施例中，定子组件12包括由树脂包覆成型的多个定子齿(未示出)和绕组(未示出)。或者，定子组件12可以不通过树脂包覆成型。

图2是电机10的分解图。图3是部分组装的电机10的放大截面图。图4是完全组装好的电机10的截面图。在该示例性实施例中，电机10还包括一对轴承组件22，每个轴承组件都包括定位在定子组件12的凹部26内的轴承杯24。轴承28于是定位在每个轴承杯24内以使轴16能够在定子组件12的中心孔30内旋转。多个垫圈和/或挡圈32定位在轴承组件22附近，以有利于电机10的运转。电机10还包括联接到定子组件12并且定位在盖板20内的电子面板34。多个紧固件36将盖板20联接到定子组件12。

在该示例性实施例中，转子组件14包括联接到轴16的转子毂38和联接到转子毂38的转子盘40。如图3和4最佳所示，转子毂38包括轴部42，该轴部42具有穿过其中限定的具有光滑内孔的中心开口44，该中心开口44接纳轴16，使得转子毂38可滑动地联接到轴16。转子毂38还包括从轴部42的轴向端径向向外延伸的凸缘46。

在该示例性实施例中，转子盘40固定地联接到转子毂38。具体而言，凸缘46包括外表面48，该外表面48使用粘合剂联接到转子盘40的内表面50。或者，使用任何有利于如本文所述的转子组件14的工作的方式将外表面48联接到内表面50。此外，转子盘40包括中心开口52，该中心开口52接纳穿过轴部42。这样，转子毂38将转子盘40与轴16间隔开，使得转子盘16不接触轴16。

转子组件14还包括至少一个磁体54，该磁体54联接到转子盘40的内表面50并由转子盘40的外沿56保持。在一个实施例中，使用粘合剂将磁体54联接到内表面50。或者，通过任何有利于如本文所述的转子组件14工作的方式将磁体54联接到内表面50。如图3和4所示，磁体54包围转子毂38的一部分。更具体地，磁体54包围转子毂38的凸缘46。

在该示例性实施例中，轴16在其外表面上包括沿轴向定向的滚花58，其使转子组件14(更具体地，转子毂38)能够沿着轴16滑动调节。转子毂38的限定中心开口44的内表面在转子毂38压配合到轴16上时与滚花58接合。滚花58充当减摩导向件，以允许转子毂38和整个转子组件14相对于轴16轴向移动。此外，由于其轴向定向，滚花58还减小或防止了转子毂38相对于轴16的旋转移动，从而维持了电机10的扭矩。

图3示出了处于在定子组件12与转子组件14之间限定第一轴向间隙62的沿着轴16的第一位置60的转子组件14。更具体地，转子毂38压配合到轴16上并沿着滚花58滑动到第一位置60，以在磁体54与定子组件之间限定第一轴向间隙62。类似地，图4示出了处于在定子组件12与转子组件14之间限定第二轴向间隙66的沿着轴16的第二位置64的转子组件14。更具体地，在最初联接到轴16并定位在第一位置60之后，转子毂38沿着轴16的滚花58进一步滑动到第二位置64，以在磁体54与定子组件12之间限定第二轴向间隙66。如本文所述，第二轴向间隙66小于第一轴向间隙62。更具体地，第一轴向间隙在大约3.0毫米(mm)至5.0mm之间的范围内，并且第二轴向间隙在大约2.4mm至2.8mm之间的范围内。或者，间隙62和66是有助于如本文描述的电机10的工作的任何尺寸。

图5是示出了组装电机10的示例性方法100的流程图。在该示例性实施例中，方法100包括将转子毂38联接102到转子盘40，以至少部分地形成转子组件14。如本文所述，方法100还包括将磁体54联接到转子盘。然后，通过将转子毂38沿着滚花58可滑动地联接104到轴16上的第一位置60来将转子组件14联接到轴16。

方法100进一步包括在转子组件14处于第一位置60时在转子组件14附近将定子组件12联接106到轴16并测量108电机10的反EMF常数。方法100还包括将测定的第一位置60处的反EMF常数与预定的期望反EMF常数进行比较，其中测定的第一位置60处的反EMF常数与预定的期望反EMF常数不同。在转子组件14处于第一位置60时测量反EMF常数之后，使转子组件14沿着轴16滑动110到第二位置64，使得测定的第二位置64处的反EMF常数与预定的期望反EMF常数基本相似。

如本文所述，联接106定子组件12包括在第一位置60处联接定子组件12以在定子组件12与转子组件14之间限定第一轴向间隙62。此外，使转子组件14滑动110包括使转子组件14滑动以在定子组件12与转子组件14之间限定第二轴向间隙66。这样，在该示例性实施例中，测量了电机10的反EMF常数，并且在组装之后沿着轴16调节转子组件14的位置，使得测定的反EMF常数与设计的电机10将具有的预定的期望反EMF常数相匹配。因此，当转子组件14为考虑反EMF的测量值而被调节到第二位置64时，第一轴向间隙62缩短为第二轴向间隙66。这样，转子组件14的第二位置64和第二轴向间隙66不是基于第二气隙66的物理尺寸，而是基于测定的电机10的反EMF常数。

图6是示出了组装电机10的示例性方法200的流程图。在该示例性实施例中，方法200包括将转子毂38联接202到转子盘40，以至少部分地形成转子组件14。如本文所述，方法200还包括将磁体54联接到转子盘。然后，通过使转子毂38沿着滚花58可滑动地联接204至轴16上的第一位置60来将转子组件14联接到轴16。

方法200还包括将定子组件12联接206到轴16，以在定子组件12与转子组件14之间限定第一轴向间隙62。联接步骤204和206可以以任意次序进行，以初始限定第一轴向间隙62。如本文所述，转子组件14沿着轴16滑动，以在第一位置60处在磁体54与定子组件12之间限定第一轴向间隙62。在该示例性实施例中，第一轴向间隙62在大约3.0毫米(mm)至5.0mm之间的范围内。一旦形成了第一轴向间隙62，就将至少一个轴承组件22连同垫圈和挡圈32一起联接到轴16。

当电机10已完全组装好时，除了电子面板34和盖20之外，对转子组件14和定子组件12进行动态平衡，以防止轴承组件22承受过大的载荷并防止产生不希望有的振动和噪音。众所周知，动态平衡通常是通过在运行期间进行振动测量并在规定位置处增加补偿质量或去除材料直到振动被减小或消除来进行的。在该示例性实施例中，当转子组件14处于第一位置60时进行动态平衡。

方法200还包括使转子组件14沿着轴16滑动208到第二位置64，以当转子组件14处于第二位置64时在定子组件12与转子组件14之间限定第二轴向间隙66，使得第二位置64基于测定的电机10的反EMF常数。如本文所述，第二轴向间隙66小于第一轴向间隙62。在该示例性实施例中，第二轴向间隙66在大约2.4mm至2.8mm的范围内。更具体地，方法200还包括将磁体54联接到转子盘40，使得在磁体54与定子组件12的轴向端面之间限定第一轴向间隙62和第二轴向间隙66。

在该示例性实施例中，方法200的滑动步骤208包括当转子组件14处于第一位置60时测量电机10的反EMF常数，并将在第一位置60处测定的反EMF常数与预定的期望反EMF常数进行比较。在判定为在限定第一轴向间隙62的第一位置60处的反EMF常数测量值与预定的期望反EMF常数不同时，随后使转子组件14沿着轴16滑动，并且在转子组件14沿着轴移动时连续进行反EMF常数测量，直到测定的反EMF常数基本上等于预定的期望反EMF常数。

测定的反EMF常数基本上等于预定的期望反EMF常数时所处的位置是第二位置64，并且限定第二轴向间隙66。这样，通过沿着轴测量电机10的反EMF常数并调节转子组件14的位置直到测定的反EMF常数基本上等于为电机10设计的预定的期望反EMF常数来确定在定子组件12与磁体54之间物理地限定的第二轴向间隙66。

在该示例性实施例中，在组装之后，测量电机10的反EMF常数并沿着轴16调节转子组件14的位置，使得测定的反EMF常数与设计的电机10将具有的预定的期望反EMF常数相匹配。因此，当转子组件14为考虑反EMF的测量值而被调节到第二位置64时，第一轴向间隙62缩短为第二轴向间隙66。这样，转子组件14的第二位置64和第二轴向间隙66不是基于第二气隙66的物理尺寸，而是基于测定的电机10的反EMF常数。

本发明提供了轴向磁通电机，其被微调以提高效率并减少噪声产生。具体地，本文描述的实施例包括转子组件，该转子组件在组装之后可沿着轴滑动以将转子组件定位在沿着轴的提供电机的最大工作效率的位置处。更具体地，转子组件包括可滑动地联接到带有轴向滚花的轴的转子毂和固定地联接到转子毂的转子盘。当电机已被大部分组装时，当转子组件处于第一位置时在转子组件与定子组件之间限定了第一气隙。然后基于测定的电机反EMF常数来调节转子组件沿着轴的位置。该调节改变了在转子组件与定子组件之间限定的气隙的尺寸，使得电机以其最高效的方式工作。

因此，本文描述的电机和组装方法通过允许可调节的转子组件在组装之后微调电机效率来适应电机部件的制造公差在组装期间的累积。具体而言，通过使转子组件的位置以及最终气隙的大小基于测定的反EMF常数而不是仅基于气隙的物理尺寸，本文描述的方法可以使每个电机都独立地保持平衡并进行微调以实现最高效率。

本文描述的实施例涉及一种轴向磁通电机及其组装方法。具体地，实施例涉及包括转子组件的电机，该转子组件在组装之后可沿着轴滑动以将转子组件定位在沿着轴的提供电机的最大工作效率的位置处。更具体地，转子组件包括可滑动地联接到轴的转子毂和固定地联接到转子毂的转子盘。当电机已基本上组装好时，对其进行动态平衡，然后基于测定的电机的反EMF常数来调节转子组件沿着轴的位置。该调节改变了在转子组件与定子组件之间限定的气隙的尺寸，使得电机以其最高效的方式工作。方法和设备并不局限于文中所述的特定实施例，相反，设备的构件和/或方法的步骤可与文中所述的其它构件和/或步骤独立地和分开地利用。

虽然本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中示出而在其它附图中未示出，但这只是为了方便。按照本发明的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征进行论述和/或主张权利。

该书面描述使用例子来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它例子包含在权利要求的保护范围内。

Claims (20)

1.一种组装电机的方法，所述方法包括：

将转子毂联接到转子盘以形成转子组件；

在第一位置处将所述转子毂可滑动地联接到轴；

将定子组件联接到所述轴，以在所述定子组件与所述转子组件之间限定第一轴向间隙；以及

使所述转子组件沿着所述轴滑动到第二位置，以在所述定子组件与所述转子组件之间限定第二轴向间隙，其中，所述第二位置是基于当所述转子组件处于该第二位置时测定的所述电机的反EMF常数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述转子组件滑动包括：使所述转子组件滑动以使得所述第二轴向间隙小于所述第一轴向间隙。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：在使所述转子组件滑动到所述第二位置之前将至少一个轴承组件联接到所述轴。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：将至少一个磁体联接到所述转子盘，其中，在所述至少一个磁体与所述定子组件之间限定所述第一轴向间隙和第二轴向间隙。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述转子组件滑动包括：使所述转子组件滑动以使得所述第一轴向间隙在大约3.0mm至5.0mm之间的范围内。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述转子组件滑动包括：使所述转子组件滑动以使得所述第二轴向间隙在大约2.4mm至2.8mm之间的范围内。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：使所述转子组件在处于所述第一位置时动态地平衡。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述转子组件滑动至所述第二位置包括：使所述转子组件从所述第一位置沿着所述轴滑动，直到测定的反EMF常数基本上等于预定的反EMF常数。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述转子组件滑动到所述第二位置包括：

当所述转子组件处于所述第一位置时测量所述电机的反EMF常数；

将在第一位置处测定的反EMF常数与预定的期望反EMF常数进行比较；

将所述转子组件沿着所述轴调节或滑动到所述第二位置；以及

当所述转子组件处于所述第二位置时，测量所述电机的反EMF常数。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述第一位置处测定的反EMF常数与所述预定的期望反EMF常数不同。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述第二位置处测定的反EMF常数基本上等于所述预定的期望反EMF常数。

12.一种组装电机的方法，所述方法包括：

将转子毂联接到转子盘以形成转子组件；

在第一位置处将所述转子毂可滑动地联接到带有轴向滚花的轴；

在所述转子组件附近将定子组件联接到所述轴；

当所述转子组件处于所述第一位置时，测量所述电机的反EMF常数；以及

使所述转子组件沿着所述轴滑动到第二位置，其中在所述第二位置处测定的反EMF常数基本上等于预定的反EMF常数。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，联接所述定子组件包括：联接所述定子组件以在所述定子组件与处于所述第一位置的所述转子组件之间限定第一轴向间隙，并且其中，使所述转子组件滑动包括：使所述转子组件滑动以在所述定子组件与所述转子组件之间限定第二轴向间隙。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括：将在所述第一位置处测定的反EMF常数与所述预定的期望反EMF常数进行比较，其中，在所述第一位置处测定的反EMF常数与所述预定的期望反EMF常数不同。

15.一种用于具有定子组件的轴向磁通电机中的转子组件，所述转子组件包括：

沿着旋转轴线延伸的轴；

转子毂，该转子毂可滑动地联接到所述轴，其中，所述轴延伸穿过所述转子毂的第一中心开口；和

转子盘，该转子盘固定地联接到所述转子毂，其中，所述转子毂的至少一部分延伸穿过所述转子盘的第二中心开口，并且其中，所述转子毂和所述转子盘能基于测定的反EMF常数相对于所述定子组件沿着所述轴从所述轴上的第一位置滑动到所述轴上的第二位置。

16.根据权利要求15所述的转子组件，其中，所述轴包括在第一位置和第二位置之间的沿轴向定向的滚花，并且其中，所述转子毂的限定所述第一中心开口的内表面构造成与所述沿轴向定向的滚花可滑动地接合。

17.根据权利要求15所述的转子组件，其中，所述转子毂包括联接到所述轴的轴部和从所述轴部径向向外延伸的凸缘。

18.根据权利要求17所述的转子组件，其中，所述凸缘包括联接到所述转子盘的内表面的外表面。

19.根据权利要求18所述的转子组件，还包括至少一个磁体，所述至少一个磁体联接到所述转子盘的内表面以使得所述至少一个磁体包围所述凸缘。

20.根据权利要求15所述的转子组件，还包括联接到所述转子盘的至少一个磁体，其中，所述至少一个磁体包围所述转子毂的至少一部分。

Images