CN114977577A - 电机转子芯用插件 - Google Patents

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Abstract

一种用于电动机的转子芯，包括：芯堆叠，其包括多个层压板，每个层压板包括形成在其中的多个孔，每个层压板的多个孔轴向对齐并限定多个轴向磁体槽，轴向磁体槽延伸穿过芯堆叠并适于在其中支撑多个永久磁体；以及至少一个插件，其轴向延伸穿过芯堆叠并适于向多个层压板提供径向结构稳定性，以防止在电动机运行期间由于施加在多个层压板上的径向力导致多个层压板中邻近多个磁体槽的部分弯曲。

Description

电机转子芯用插件
技术领域
本公开涉及一种用于汽车内部电机的转子芯。
背景技术
电机(electric machine)通过载流导体产生的转子磁场和定子磁场的相互作用，利用电能产生机械转矩，从而起到电机(motor)的作用。一些电动机也可以作为发电机，通过使用扭矩产生电能。诸如内部永磁电机或同步电机此类的电机具有包括转子芯的转子组件，而转子芯周围间隔有极性交替的磁体。一些转子芯定义了作为磁场阻挡层的槽。某些槽里可能含有磁体。
由于离心力的作用，转子芯的应力水平通常在转子芯的腹板最高处或桥板最高处。增加腹板或桥板的厚度或增加部分限定腹板或桥板的槽的圆弧半径可以减小这种应力，但不能由于增加漏磁而不减小扭矩。对组成转子芯的部分不锈钢层压板进行选择性热处理可以提供额外的强度，而不会因为漏磁和渗透性降低导致相应的扭矩减小。这意味着通过增大截面而增加扭矩或强度，但却不增加扭矩/漏磁，因为它们现在是不可渗透的。然而，这种方法造价昂贵，并且大大增加了转子的成本。
因此，在目前的转子芯达到其预期目的同时，仍需要一种新型改进的转子芯，其结构完整，足以承受电机使用过程中的离心力，而且不会因漏磁增加而减小扭矩。
发明内容
根据本公开的几个方面，一种用于汽车电机的转子芯包括：芯堆叠，其包括多个几乎相同的层压板，每个层压板包括形成在其中的多个孔，每个层压板的所述多个孔轴向对齐并限定多个轴向磁体槽，所述轴向磁体槽延伸穿过所述芯堆叠并适于在其中支撑多个永久磁体；以及至少一个插件，其轴向延伸穿过所述芯堆叠并适于向所述多个层压板提供径向结构稳定性，以防止在电动机运行期间由于施加在所述多个层压板上的径向力而导致所述多个层压板中邻近所述多个磁体槽的部分弯曲。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个包括沿所述芯堆叠的整个长度轴向延伸的单梁。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个包括多个梁段，其轴向对齐并沿所述芯堆叠的整个长度轴向延伸，每个梁段延伸穿过所述多个层压板的一部分。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个包括多个梁片，其轴向对齐并沿所述芯堆叠的整个长度轴向延伸，所述至少一个插件中的每一个的梁片定位在所述多个层压板中的每一块中。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个完全由铁质材料制成。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个包括铁质材料制成的部分和奥氏体材料制成的部分。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个的奥氏体部分位于所述芯堆叠内的相邻磁体槽之间。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个完全由非铁质材料制成。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个在所述芯堆叠的内径和所述芯堆叠的外径之间径向延伸，所述多个层压板中的每一块包括位于所述至少一个插件的相邻对之间的多个饼状径向段。
根据另一方面，所述多个层压板中的每一块为一单件并且包括至少一个径向槽，所述至少一个插件中的一个定位在所述至少一个径向槽的每一个中。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个适于向所述芯堆叠提供压缩预载，以在所述转子运行期间对抗部分邻近所述多个磁体槽的所述多个层压板所受到的径向力。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个压入配合或收缩配合在所述多个层压板内。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个径向向内延伸并接合轴向延伸穿过所述芯堆叠的转子轴。
根据另一方面，所述至少一个插件中的每一个包括特征件，该特征件适于接合邻近所述多个磁体槽的所述多个层压板的径向向外部分，以在所述转子的运行期间径向支撑邻近所述多个磁体槽的所述多个层压板的部分。
根据本文提供的描述，进一步的适用领域将变得显而易见。应当理解，上述描述和具体示例仅用于说明目的，而非旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的，而非旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本公开一示例性实施例的转子芯的芯堆叠的透视图；
图2A是如图1所示的无插件的芯堆叠的端视图；
图2B是如图1所示的带插件的芯堆叠的端视图；
图2C是图2B其中一部分的放大图；
图3A是根据本公开一示例性实施例的插件的端视图；
图3B是根据一示例性实施例的单件插件的透视图；
图4是根据另一示例性实施例的包括梁段的插件的透视图；
图5是根据另一示例性实施例的堆叠转子的透视图，该堆叠转子具有被部分移除的层压板并包括插件的梁片；
图6A是根据另一示例性实施例的转子芯的端视图，该转子芯具有从芯堆叠内径延伸到芯堆叠外径的插件；
图6B是转子芯的端视图，该转子芯具有从芯堆叠的外径向内延伸并接合形成在转子轴内的槽的插件；
图7是根据另一示例性实施例的具有铁质部分和奥氏体部分的插件的截面图；以及
图8是具有如图7所示的插件的芯堆叠的一部分的放大图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。
参考图1，一种用于汽车电机的转子芯10包括芯堆叠12，其包含多个相同的层压板14。转子芯12来自汽车内部的电机，例如但不限于起动器、交流发电机、起动器/发电机或其他电动机。每个层压板14由铁质材料制造，例如但不限于钢或无取向电工钢。层压板14沿着中心轴线16彼此相邻地设置，以限定芯堆叠12。
参考图2A，每个层压板14包括形成在其中的多个孔17。层压板14沿中心轴线16相对于彼此对齐，使得每个层压板14的孔17与相邻层压板14中相应的孔17轴向对齐，以限定多个磁体槽18。磁体槽18平行于中心轴线16轴向延伸穿过芯堆叠12。磁体槽18适于在其中支撑多个永久磁体。
在如图1和图2A所示的示例性实施例中，芯堆叠12包括围绕芯堆叠12周向均匀间隔的八组对称的磁体槽18。每组磁体槽18包括四个被定向为V形的磁体槽18。每组磁体槽18还限定了外部磁通引导件20、中间磁通引导件22和内部磁通引导件24。外部、中间和内部磁通引导件20、22、24在转子芯10的运行期间为电磁通电流提供路径。
参考图1和图2B，芯堆叠12包括至少一个轴向延伸穿过芯堆叠12的插件26。至少一个插件26适于向多个层压板14提供径向结构稳定性，以防止在转子芯10运行期间由于施加在多个层压板14上的径向力而导致多个层压板14中邻近多个磁体槽18的部分弯曲。更具体地，插件26与每一组磁体槽18相关联。如图所示，芯堆叠12包括八个插件26。插件26适于为外部磁通引导件20、中间磁通引导件22和内部磁通引导件24提供支撑，以防止外部磁通引导件、中间磁通引导件和内部磁通引导件20、22、24在转子芯10运行期间旋转时由于离心力而向外弯曲。
参考图2C和图3A，至少一个插件26中的每一个包括特征件，其适于接合多个层压板14的邻近多个磁体槽18的径向向外部分。在如图所示的示例性实施例中，每个插件26包括第一远端28、第二远端30，以及在第一远端28和第二远端30之间延伸的主体部分32。第一和第二远端28、30各自包括向外张开的凸缘部分34、36和从主体部分32的侧面40延伸的凸块38。第一远端28的凸缘部分34包括与外部磁通引导件20的径向向外部分44接合的径向向内表面42。第二远端30的凸缘部分36包括径向向外表面46，其在芯堆叠12的内径50附近与层压板14的径向向内部分48接合。凸块38从插件26的主体部分32沿圆周向外延伸，并与中间磁通引导件22的径向向外表面52接合。
参考图3B，在一示例性实施例中，每个插件26包括沿芯堆叠12的整个长度54轴向延伸的单梁26'。参考图4，在另一示例性实施例中，每个插件26包括多个梁段26”，其沿芯堆叠12的整个长度54轴向对齐并轴向延伸。如图所示，插件26包括三个梁段26”。每个梁段26”延伸穿过多个层压板14的一部分，并且当插入芯堆叠12内时，端到端轴向延伸穿过芯堆叠12的整个长度54。参考图5，其中一块层压板14被示出为部分地从芯堆叠12移除。在另一示例性实施例中，每个插件26包括多个梁片26”'，其轴向对齐并沿芯堆叠12的整个长度54轴向延伸。每个单独的梁片26”'与一个层压板14的厚度大致相同。每个插件26的一个梁片26”'定位在每个层压板14内。当层压板14沿芯堆叠12的中心轴线16轴向对齐时，每个梁片26”'排成一行以形成插件26。如图所示，每个层压板14包括位于其中的八个梁片26”'。当层压板14沿芯堆叠12的中心轴线16轴向对齐时，每个梁片26””排成一行形成八个插件26。
再次参考图1、图2B和图2C，在一示例性实施例中，每个层压板14为一单件并且包括至少一个径向槽56。如图所示，每个层压板14包括八个径向槽56。层压板14沿中心轴线16相对于彼此对齐，使得每个层压板14的径向槽56与相邻层压板14中的相应径向槽56轴向对齐，并且插件26定位于其中。
如图1、图2B和图2C所示，插件26在芯堆叠12的外径58和芯堆叠12的内径50之间径向延伸。每个插件26的第一远端28并非一直向外延伸到芯堆叠12的外径58，每个插件26的第二远端30并非一直向内延伸到芯堆叠12的内径50。
参考图6A，在另一示例性实施例中，每个插件26在芯堆叠12的内径50和芯堆叠12的外径58之间径向延伸。每个插件26的第一远端28一直向外延伸到芯堆叠12的外径58，每个插件26的第二远端30一直向内延伸到芯堆叠12的内径50。每一块层压板14的包括定位于相邻对插件26之间的多个饼状径向段60。
参考图6B，在另一示例性实施例中，每个插件26在芯堆叠12的内径50和芯堆叠12的外径58之间径向延伸。每个插件26的第一远端28一直延伸到芯堆叠12的外径58，每个插件26的第二远端30延伸到芯堆叠12的内径50的内侧。每个插件26的第二远端30的凸缘部分36被容纳在形成于转子轴70里的槽68内，该转子轴轴向延伸穿过芯堆叠12。第二远端30的凸缘部分36包括与转子轴70的径向向内部分49接合的径向向外表面46。每一块层压板14包括位于相邻对插件26之间的多个饼状径向段60。
在另一示例性实施例中，每个插件26适于在芯堆叠12上提供压缩预载，以在所述转子运行期间对抗部分邻近所述多个磁体槽的所述多个层压板所受到的径向力。压缩预载在芯堆叠12上产生压缩力，如图2C中的箭头62所示。在一示例中，每个插件26压入配合在多个层压板14内。每个插件26的尺寸设置为：当插件26定位在芯堆叠12的层压板14内时，第一远端28的径向向内表面42与外部磁通引导件20的径向向外部分44具有很少的干涉配合。与此类似，第二远端30的径向向外表面46在芯堆叠12的内径50附近与层压板14的径向向内部分48有很少的干涉配合。当插件26被压入芯堆叠12时，或者当插件26的梁片26”'被压入层压板14时，这些干涉配合的接合导致插件26向层压板14施加压缩预载，如图2C中的箭头62所示。
在另一示例中，每个插件26收缩配合在多个层压板14内。每个插件26的尺寸设置为：当插件26定位在芯堆叠12的层压板14内时，第一远端28的径向向内表面42与外部磁通引导件20的径向向外部分44具有很少的干涉配合。与此类似，第二远端30的径向向外表面46在芯堆叠12的内径50附近与层压板14的径向向内部分48有很少的干涉配合。将插件26和芯堆叠12或梁片26”'和层压板14加热到受控温度。插件26和层压板14的热膨胀特性导致当芯堆叠12和插件26被策略地加热和冷却时，能够容易地将插件26定位在芯堆叠12内。同样，当层压板14和梁片26”被策略性地加热和冷却时，梁片26”和层压板14的热膨胀特性导致能够容易地将梁片26”定位在层压板14内。随着材料冷却，插件26和层压板14之间干涉配合的接合导致插件26向层压板14和芯堆叠12施加压缩预载，如图2C中的箭头62所示。
参考图3A和3B，在一示例性实施例中，每个插件26完全由奥氏体或非磁性材料制成。当铁质或磁性材料互连两个相邻的永久磁体时，转子芯10内的磁通电流的效率损失。完全由非磁性材料制成的插件防止了这种损失，并将转子芯10设计成具有较小的磁体，从而降低了成本。在另一示例性实施例中，每个插件26完全由高强度铁质材料制成。在这种情况下，转子组件可以在不增加漏磁的情况下以更高的速度旋转。
参考图7和图8，在另一示例性实施例中，每个插件26由双相材料制成。每个插件26包括由铁质或磁性材料制成的部分64和由奥氏体或非磁性材料制成的部分66。每个插件26的奥氏体部分66位于芯堆叠12内的相邻磁体槽18之间，以避免效率损失。
本公开的转子芯具有如下优点：提供具有结构完整性并足以承受电机使用过程中的离心力，而不会因为传统的转子芯强化方法造成漏磁增加而减小扭矩的转子芯。采用如本文所公开的转子芯的电机可以使用较小的永久磁体来提供相等于使用较大永久磁体的转子芯的电机转矩，从而改善转子芯的成本和封装特性，或者可选地，使用如本文所公开的转子芯的电机将带来电机转矩、功率和运行速度的增长。
本公开的描述本质上仅是示例性的，并且不偏离本公开要旨的变型都在本公开的范围之内。这些变型不应被视为背离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于汽车电机的转子芯，包括：
芯堆叠，其包括多个层压板；
每个层压板包括形成在其中的多个孔，每个层压板的多个孔轴向对齐并限定多个轴向磁体槽，所述轴向磁体槽延伸穿过所述芯堆叠并适于在其中支撑多个永久磁体；以及
至少一个插件，其轴向延伸穿过所述芯堆叠，并适于向所述多个层压板提供径向结构稳定性，以防止在电动机运行期间由于施加在所述多个层压板上的径向力而导致所述多个层压板中邻近所述多个磁体槽的部分弯曲。
2.根据权利要求1所述的转子芯，其中，所述至少一个插件中的每一个包括沿所述芯堆叠的整个长度轴向延伸的单梁。
3.根据权利要求1所述的转子芯，其中，所述至少一个插件中的每一个包括多个梁段，其轴向对齐并沿所述芯堆叠的整个长度轴向延伸，每个梁段延伸穿过所述多个层压板的一部分。
4.根据权利要求1所述的转子芯，其中，所述至少一个插件中的每一个包括多个梁片，其轴向对齐并沿所述芯堆叠的整个长度轴向延伸，所述至少一个插件中的每一个的一个梁片定位在所述多个层压板中的每一块中。
5.根据权利要求1所述的转子芯，其中，所述至少一个插件中的每一个包含铁质材料制成的部分和非铁质材料制成的部分。
6.根据权利要求5所述的转子芯，其中，所述至少一个插件中的每一个的奥氏体部分位于所述芯堆叠内的相邻磁体槽之间。
7.根据权利要求1所述的转子芯，其中，所述至少一个插件中的每一个完全由铁质材料制成。
8.根据权利要求1所述的转子芯，其中，所述至少一个插件中的每一个完全由非铁质材料制成。
9.根据权利要求1所述的转子芯，其中，所述至少一个插件中的每一个在所述芯堆叠的内径和所述芯堆叠的外径之间径向延伸，所述多个层压板中的每一块包括位于所述至少一个插件的相邻对之间的多个饼状径向段。
10.根据权利要求9所述的转子芯，其中，所述至少一个插件中的每一个径向向内延伸并接合轴向延伸通过所述芯堆叠的转子轴。
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