CN115378158A

CN115378158A - 电机

Info

Publication number: CN115378158A
Application number: CN202210505604.6A
Authority: CN
Inventors: S.何; P.张; M.C.缪尔; Y.S.梁
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2022-11-22
Also published as: US20220368184A1; DE102022107905A1

Abstract

一种电机可以包括转子，该转子在每个极处具有凹口，其中每个凹口偏斜一定的机械角度。凹口可将转子的一端流体联接到转子的另一端，并为其中的流体提供泵送功能。

Description

电机

技术领域

本公开涉及旋转电机。

背景技术

旋转电机存在于许多工业和产品应用中。电动车辆(包括混合电动车辆)包括用于产生动力的至少一个旋转推进马达。无刷AC马达是推进马达的普遍选择。AC马达包括含有一相或多相交流电的定子。通常，AC推进马达是多相的，并且使用三相或更多相的交流电在定子中产生旋转磁场来驱动马达的转子。

一个示例性无刷AC马达可以包括内部永磁(“IPM”)电机，该电机具有形成转子芯结构的多个电工钢叠片，芯结构嵌有有目的地布置的永磁体(例如由钕铁硼(“NdFeB”)、钐钴(“SmCo”)、铁氧体或具有非常适于该应用的磁性的另一种磁性材料构成的双V形结构的磁体)。永磁同步磁阻马达(“PM-SRM”)也可用于要求相对高速运行、功率密度和效率的应用。

旋转电机在许多应用中是辐射噪声的主要来源，包括在电气化动力系中，其中一个或多个电机被用作扭矩源(例如作为高压推进马达)。这种机器噪声往往在主要的绕组和扭矩脉动阶数(order)最普遍，例如在示例性三相电机的极通阶数的三次谐波和对应于定子槽数量的扭矩脉动阶数。典型的电动和混合电动车辆动力系倾向于使转子或定子偏斜，以尽量减小不希望的噪声、振动和不平顺性(“NVH”)效应。然而，这种偏斜技术可能具有降低整体机器性能和操作效率的不良效果。在机器的整体电磁设计中施加更严格的NVH约束可能会导致类似的结果。因此，需要一种更有效的方法来降低采用旋转电机的电气化动力系中的谐波噪声。

发明内容

在一示例性实施例中，电机可以包括定子、具有第一和第二端的转子、限定在定子和转子之间的气隙以及转子中与定子相对的凹口，该凹口沿着转子的第一和第二端中间的转子的至少一部分偏斜。

除了这里描述的一个或多个特征之外，凹口可以等同地分布在转子的q轴的两侧。

除了这里描述的一个或多个特征之外，转子可以包括相对于q轴对称地嵌入转子内的一组永磁体。

除了这里描述的一个或多个特征之外，转子中的凹口可以包括流体联接转子的第一和第二端的连续凹口。

除了这里描述的一个或多个特征之外，转子中的凹口可以包括不连续凹口。

除了这里描述的一个或多个特征之外，转子中的不连续凹口可以包括多个子凹口。

除了这里描述的一个或多个特征之外，子凹口可以单独不偏斜。

除了这里描述的一个或多个特征之外，子凹口可以单独偏斜。

除了这里描述的一个或多个特征之外，转子中的连续凹口可以包括多个子凹口。

除了这里描述的一个或多个特征之外，凹口可以包括切向连续的圆角，这些圆角将凹口平滑地过渡到转子的外径表面。

除了这里描述的一个或多个特征之外，转子可以包括多个叠片，其中多个叠片可以包括不超过三种完全不同的叠片图案。

除了这里描述的一个或多个特征之外，转子可以包括多个叠片，其中多个叠片可以包括不超过两种完全不同的叠片图案。

除了这里描述的一个或多个特征之外，转子可以包括多个叠片，其中多个叠片可以包括多个完全不同的叠片图案，这些叠片图案基本等同于对应于最长子凹口的转子堆叠的部分中的叠片总数。

除了这里描述的一个或多个特征之外，凹口可以大于0度且小于约5度的角度偏斜。

除了这里描述的一个或多个特征之外，凹口可以约1度至约2度范围内的角度偏斜。

除了这里描述的一个或多个特征之外，凹口可以约3.1度至约5度范围内的角度偏斜。

除了这里描述的一个或多个特征之外，当转子旋转时，转子中的凹口可以有效泵送流体通过。

除了这里描述的一个或多个特征之外，转子中的凹口是通过将凹口加工成转子堆叠而形成的。

在另一示例性实施例中，电机可以包括定子、具有第一端和第二端的转子、限定在定子和转子之间的气隙以及转子中与定子相对的凹口，该凹口在转子的第一端和第二端之间以约1度至约2度范围内的角度偏斜，并在转子的第一端和第二端之间限定连续的流体通道。

在又一示例性实施例中，电气化动力系可以包括电池组和连接到电池组的牵引功率逆变器模块(“TPIM”)，其配置为将来自电池组的直流(“DC”)电压改变为交流(“AC”)电压。电气化动力系还可以包括由来自TPIM的AC电压激励的旋转电机，并且包括定子、具有第一和第二端、被定子围绕并且具有内径表面和外径表面的转子，其中转子包括多个等间距的转子磁极，在每个等间距的转子磁极处的转子中的相应凹口，每个凹口与定子相对并且沿着转子的第一端和第二端中间的转子的至少一部分偏斜，以及转子轴，其连接到转子并且被转子包围，并且配置为当电机通电时与转子一起围绕旋转轴线旋转。电气化动力系还可包括联接到转子轴并由电机提供动力的变速器。

当结合附图时，从以下详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

其他特征、优点和细节仅通过示例的方式出现在以下详细描述中，该详细描述参考了附图，其中：

图1示出了根据本公开的电气化车辆动力系；

图2示出了根据本公开的示例性凹口配置；

图3示出了根据本公开的转子的示例性极；

图4A示出了根据本公开的电机定子的实施例的等距视图；

图4B示出了根据本公开的图4A所示电机的定子的示意图；

图5示出了根据本公开的电机定子的实施例的等距视图；

图6A示出了根据本公开的电机定子的实施例的等距视图；

图6B示出了根据本公开的图6A所示的电机定子的示意图；

图7示出了根据本公开的电机定子的实施例的等距视图；

图8示出了根据本公开的电机定子的实施例的等距视图；

图9示出了根据本发明的电机定子的实施例的等距视图；

图10示出了根据本公开的电机定子的实施例的示意图；

图11示出了根据本公开的电机定子的实施例的示意图；

图12示出了根据本公开的电机定子的实施例的示意图；

图13示出了根据本公开的电机定子的实施例的示意图；

图14示出了根据本公开的电机定子的实施例的示意图；

图15示出了根据本公开的电机定子的实施例的示意图；

图16示出了根据本公开的电机定子的实施例的示意图；

图17示出了根据本公开的电机定子的实施例的示意图；以及

图18示出了根据本公开的扭矩波动对凹口偏斜角度的曲线图。

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、其应用或用途。在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。

参考附图，其中相同的附图标记表示多个图中相同或相似的部件，在图1中示意性地描绘了电气化动力系10(例如用于示例性机动车辆11上)。动力系10包括具有转子组件14A和定子16的旋转电机12。当定子16通电时，转子组件14A向变速器(“T”)20(例如有级齿轮自动变速器)提供马达扭矩(箭头T_M)。尽管为了说明的简单而省略，但电气化动力系10还可以包括配置为产生发动机扭矩的内燃机。当如此配备时，所产生的发动机扭矩被选择性地提供给变速器20，或者单独提供或者与来自电机12的马达扭矩(箭头T_M)一起提供。

为了降低电机12中的目标噪声、振动和不平顺性(“NVH”)阶数，转子组件14A的转子14的外围外径表面30被修改以限定与任何给定的转子极相关的凹部或凹口40(见图2)。如本领域普通技术人员将理解，电机12具有直轴(“d轴”)和交轴(“q轴”)。所公开的凹口以本文所述的各种附图中所示的方式布置在这些轴线附近或相对于这些轴线布置。

当图1的车辆11实施为混合电动车辆时，电机12和/或发动机可以为变速器20提供动力。可替代地，车辆11可以是电池电动车辆，在这种情况下，变速器20可以仅由来自电机12的马达扭矩(箭头T_M)提供动力。所公开的改进涉及电机12的构造，并且可以不受限制地在车辆11的混合电动车辆(“HEV”)和电动车辆(“EV”)实施例中实现，以及在诸如发电厂、起重机、移动平台和机器人等非车辆应用中实现。

电机12的转子组件14A定位成邻近定子16，并通过气隙G与其隔开，这种气隙G形成磁通量屏障。转子组件14A的定子16和转子14可由薄叠片(例如电工钢或另一种含铁材料，如本领域普通技术人员将理解，每个叠片通常约0.2mm-0.5mm厚)的堆叠构成。根据非限制性示例性实施例的转子组件14A同心地布置在定子16内，使得定子16围绕转子组件14A。在这样的实施例中，气隙G是径向气隙，并且电机12体现为径向磁通型电机。然而，可以实现转子组件14A和定子16的相对位置颠倒的其他实施例。为了说明的一致性，这里将描述图1的实施例，其中转子组件14A径向位于定子16内，而不将构造限制于这种配置。

图1中示意性示出的转子14可选地包括嵌入的一组永磁体，在此统称为转子磁体55(见图3)。在这样的实施例中，电机12是内部永磁(“IPM”)电机，或者可替代地是同步磁阻电机。转子磁体55可以由例如铁氧体、钕铁硼、钐钴、铝镍钴等或者另一种适合应用的材料构成。在这种实施例中，转子磁体55嵌入转子14的单独钢叠片堆叠中。转子磁体55的图示配置是IPM电机的一个示例性实施例。

继续参考图1的示例性车辆11，电气化动力系10可以包括交流(“AC”)电压总线13。AC电压总线13可以经由牵引功率逆变器模块(“TPIM”)28选择性地被激励，TPIM28是直流(“DC”)耦合到高压电池组(“B_HV”)24，例如锂离子、锂硫、镍金属氢化物或其他高能电压源。AC电压总线13提供AC总线电压(“VAC”)并传导AC电流到电机12或从电机12传导AC电流。当以驱动或电动模式运行时，来自通电电机12的马达扭矩(箭头T_M)被传递到转子组件14A的转子轴14R，转子轴14R通过轴颈、花键或其他方式连接到转子14的内径表面34(见图3)。马达扭矩(箭头T_M)然后被引导至耦合的负载，比如变速器20和/或一个或多个车轮22。

电气化动力系10还可以包括DC至DC(“DC-DC”)转换器26，其配置为根据需要降低或增加相对较高的DC总线电压(“VDC”)。DC-DC转换器26通过相应的DC电压总线15的正极(+)和负极(-)连接在电池组24和TPIM28之间。在一些配置中，辅助电池组(“B_AUX”)124可以连接到DC-DC转换器26，其中辅助电池组124可以实现为铅酸电池或由另一种适合应用的化学物质构成的电池，并且配置为存储或向一个或多个连接的辅助设备(未示出)提供例如12-15V的辅助电压(“V_AUX”)。

参考图2和3，图1的定子16具有从圆柱形定子外壳或芯16C(图3)向内延伸的径向突出的定子齿16T。也就是说，定子齿16T从定子芯16C延伸，定子芯16C具有环形外径表面33。定子16的内径表面31是定子齿16T的径向最内侧表面，其面向或相对着转子14的外径表面30，间隔相邻以形成气隙G(见图1)。如本领域普通技术人员将理解，相邻的定子齿16T通过相应的定子槽37彼此分开。定子槽37封闭电导体，通常为铜线或铜条/“发夹”。这些导体共同形成定子绕组32。当定子绕组32被来自图1的TPIM28的多相输出电压顺序激励时，产生旋转的定子磁场。由所产生的旋转定子磁场形成的定子磁极与由转子磁体55的不同分组提供的转子极相互作用，以旋转包括轴14R(图1和3)的转子组件14A。

转子磁体55的数量、类型、位置和/或相对定向最终影响电机12的含铁材料中磁通量的大小和分布。参考图3，当沿着转子14的旋转轴线观察转子14时，转子磁体55可以成组布置，如图所示，大致呈V形构造。在这种V形构造中，转子磁体55的一端比转子磁体55的另一端更靠近转子14的外径表面30。最靠近外径表面30的转子磁体55的端部比更靠近转子轴14R的转子磁体55的端部间隔得更近在一起。同样，当如图3中轴向观察时，转子磁体55可以相对于q轴对称分布，具有较大的第一对转子磁体55(例如，对于给定的转子极，如图所示以双V图案布置的矩形条形磁体邻近q轴定位)。较大的第一对转子磁体55的侧面是较小的第二对转子磁体55，第二对转子磁体55同样示出为以双V形构造布置。

如图2中的近视图所示，为了提供本文公开的各种NVH降低益处，转子14的外围外径表面30被修改以限定凹口40。凹口40相对于转子14的每个磁极以对称方式围绕转子14布置，并且可以具有相同或不同的尺寸和/或形状。因此，示出的尺寸和形状是本教导的示例而非限制。

关于外径表面30，每个转子凹口40具有凹口宽度r₁和凹口深度r₂，其中r₁>r₂是一实施例。然而，可以设想其他实施例，其中r₁≤r₂，这在某些应用中可能具有足够的实用性。每个凹口40的宽度r₁提供到转子14的外径表面30的平滑、切向连续过渡，以减少转子14中的应力集中。在其他实施例中，可以使用非切向/非平滑曲率或其他过渡轮廓，作为各种考虑之间的折衷，例如NVH益处和应力/制造简单性。

图3描绘了转子组件14A的转子14的单个磁极。转子14可以在转子轴14R附近限定气腔39(例如为了减轻重量，从图3的透视图中可以看到一个这样的气腔39)。如本领域普通技术人员将理解，图3中的描绘代表转子14的八极实施例，其余七极与图3的示例性极相同，因此为了说明的简单和清楚起见而省略。然而，所公开的转子凹口40可用于广泛的机器配置中，包括转子极(例如四、六、八、十等)和定子槽(例如二十四、三十六、四十八、七十二等)的不同组合。因此，图3的八极实施例是非限制性的，并且仅说明了一种可能的配置。

对于每个转子极，本文设想的转子凹口40包括位于q轴附近的相关凹口N(“q轴凹口”)。虽然未示出，但可以提供附加的与极相关的凹口，例如位于q轴和d轴之间的凹口。凹口N的附加凹口可以对称地位于q轴凹口N的侧面。如本文所用，术语“对称侧面”指的是与q轴凹口等距。因此，在其他实施例中，可以在每个转子极处使用一对或多对额外的对称侧面凹口。

关于转子凹口40的表面轮廓几何形状，凹口40的尺寸和形状可以根据给定的应用进行调整，以便最大程度地降低噪声，并在图1的电机12中均匀地分配振动能量。总的来说，在电机12的每个转子极处包括凹口40显著降低了机器噪声，而不影响马达扭矩和效率。在各种实施例中，如图2和图3中沿着转子14的旋转轴线观察，凹口40的横截面可以是圆形、椭圆形或多项式弓形特征。如图2所示的切向连续圆角19或另一种合适的过渡轮廓或外形可以与凹口40一起使用，以提供到外径表面30的相邻“无凹口”区域的平滑过渡。这种圆角19可以避免转子应力集中和噪声，特别是在转子组件14A的较高转速下。

凹口与转子的旋转轴线对齐，其中整个凹口处于转子的相同圆周角，这可能会在性能上有所损失，并且可能无法令人满意地解决定子槽阶数问题。根据本公开的增加偏斜转子凹口，相对于与旋转轴线对齐的凹口，可以减少某些电机阶数，例如定子槽阶数，并且提高NVH益处。这里使用的术语“偏斜”可以理解为表示变化的圆周角，如这里进一步描述。因此，应当理解，位于q轴附近的凹口(即q轴凹口)不会完全与q轴对齐。在一实施例中，靠近q轴的凹口可以相对于q轴等同分布。因此，转子在q轴两侧的等量开凹口对应于这样的实施例。然而，其他实施例可以在q轴的一侧包括比在其另一侧更多的凹口。q轴凹口的所有开凹口也可以完全在q轴的一侧或另一侧。这里使用的术语“凹口”和“子凹口”可以理解为表示由转子材料空隙限定的转子径向最外表面处的区域，导致与相邻定子的局部扩大的气隙。术语“子凹口”被理解为是指仅部分轴向延伸的凹口区域，并且与也仅部分轴向延伸的至少一个其他凹口区域轴向相邻。应当理解，凹口和子凹口空隙不是永久地用铁或非铁导体填充，尽管这种空隙可以用非导电材料比如环氧树脂或清漆填充。在一实施例中，凹口和子凹口保持没有永久材料并且向气隙敞开，使得暴露在气隙内的气态和液态流体可以类似地暴露在凹口内。此外，本文所用的“凹口”可理解为是指一组两个或更多个子凹口，这些子凹口可分别与旋转轴线对齐或偏斜，但其中轴向相邻的这些子凹口一起不与转子的旋转轴线对齐或偏斜不同角度或不连续。根据本发明，偏斜凹口可以是连续的，只要该凹口限定从转子的一端到转子的相对端的无障碍通道。因此，没有永久材料的连续凹口被理解为将转子的一端流体联接到转子的另一端，只要气态和液态流体在这种连续凹口内的转子端之间自由流动。可替代地，偏斜凹口可以是不连续的，只要凹口在转子的一端和转子的相对端之间至少部分被阻塞。例如，每个偏斜凹口可以包括一组两个或更多个子凹口，其中子凹口单独地和组合地不限定从转子的一端到转子的相对端的无障碍通道。结合本文的进一步解释、实例和附图，与凹口和子凹口相关的偏斜和不连续的概念将变得更加清楚。

在图4A的详细等距视图和图4B的相应简化示意图中示出了不连续的偏斜凹口的一个示例性实施例。转子14可以构造成围绕转子14的旋转轴线401的基本圆柱形叠片407堆叠。转子14可在内径表面34处通过轴颈、花键或其他连接方式连接到与旋转轴线401同轴的转子轴(未示出)。叠片407可以包括多个内部空隙409，用于容纳内部永磁体，如参考图3所述。转子14包括轴向相对的端部403和405。每个凹口N1、N2、N3和N4包括各自的子凹口A和B，标为N1_A,N2_A,N3_A,N4_A和N1_B,N2_B,N3_B,N4_B。每个凹口N1、N2、N3和N4在表面处沿转子14轴向不连续。每个子凹口N1_A,N2_A,N3_A,N4_A和N1_B,N2_B,N3_B,N4_B仅部分地在表面处沿转子14轴向延伸，因此也在表面处沿转子14轴向不连续。每个单独的子凹口沿着各自的圆周角对齐，因此不是独立偏斜的。但子凹口N1_A/N1_B,N2_A/N2_B,N3_A/N3_B和N4_A/N4_B的所有相应分组不与共同的圆周角对齐，因此是偏斜的。图4B示意性地示出了转子14的一部分的侧视图，包括端部403和405之间的示例性凹口N2。图4B示出了子凹口N2_A/N2_B分组在某个偏斜角度θ下的偏斜。可以理解，每个子凹口N2_A和N2_B是非偏斜的，但构成凹口N2的子凹口N2_A/N2_B的分组是偏斜的。应当理解，在本公开中，偏斜角度θ表示机械角度，并且与机器操作中的电角度无关，然而，本领域普通技术人员将认识到，在方便或有益的情况下，机械角度可以转换成电角度。子凹口被示出为在相应的转子端部开口，然而子凹口也可以在转子端部封闭。应当理解，所示的实施例包括凹口，其中对应的子凹口仅占据两个圆周角，因此可以仅用两种完全不同的叠片图案来制造。

在图5中的转子14的简化等距视图中示出了不连续的偏斜凹口的另一示例性实施例。转子14可被构造成围绕转子14的旋转轴线401的基本圆柱形叠片407堆叠。转子14可在内径表面34处通过轴颈、花键或其他连接方式连接到与旋转轴线401同轴的转子轴(未示出)。叠片407可以包括多个内部空隙409，用于容纳内部永磁体，如参考图3所述。转子14包括轴向相对的端部403和405。每个凹口N1、N2、N3和N4包括四个子凹口。每个凹口N1、N2、N3和N4包括各自的子凹口A和B，分别位于最靠近转子端403和405，并标记为N1_A,N2_A,N3_A,N4_A(最靠近转子端403)和N1_B,N2_B,N3_B,N4_B(最靠近转子端405)。每个凹口N1、N2、N3和N4还包括两个附加子凹口，其位于最靠近端部的相应子凹口的中间，但在图5中为了清楚起见没有单独标出。每个凹口N1、N2、N3和N4在表面处沿转子14轴向不连续。每个子凹口仅在表面处沿转子14部分地轴向延伸，因此在表面处沿转子14也是轴向不连续的。每个单独的子凹口沿着各自的圆周角对齐，因此不是独立偏斜的。但所有相应的子凹口分组不与共同的圆周角对齐，因此是偏斜的。应当理解，在本公开中，偏斜角度表示机械角度，并且与机器操作中的电角度无关，然而，本领域普通技术人员将认识到，在方便或有益的情况下，机械角度可以转换成电角度。子凹口示出为在相应的转子端部开口，然而子凹口也可以在转子端部封闭。应当理解，所示的实施例包括凹口，其中对应的子凹口仅占据两个圆周角，因此可以仅用两种完全不同的叠片图案来制造。

在图6A的详细等距视图和图6B的相应简化示意图中示出了连续偏斜凹口的一个示例性实施例。转子14可被构造成围绕转子14的旋转轴线401的基本圆柱形叠片407堆叠。转子14可在内径表面34处通过轴颈、花键或其他连接方式连接到与旋转轴线401同轴的转子轴(未示出)。叠片407可以包括多个内部空隙409，用于容纳内部永磁体，如参考图3所述。转子14包括轴向相对的端部403和405。每个凹口N1、N2、N3和N4在表面处沿转子14轴向连续，因此提供从转子一端到另一端的通道。图6B示意性地示出了转子14的一部分的侧视图，包括端部403和405之间的示例性凹口N2。图6B示出了凹口N2在某个偏斜角度θ下的偏斜，在本实施例中，该偏斜角度是相对于所示凹口的端部测量的。应当理解，在本公开中，偏斜角度θ表示机械角度，并且与机器操作中的电角度无关，然而，本领域普通技术人员将认识到，在方便或有益的情况下，机械角度可以转换成电角度。图示的凹口在相应的转子端部开口，然而凹口也可以在转子端部封闭，其中这种特征将使凹口不连续。应当理解，所示的实施例包括凹口，其中具有叠片图案的制造将需要基本等同于转子堆叠中的叠片总数的多个完全不同的叠片图案。

在图7中的转子14的简化透视图中示出了连续的偏斜凹口的另一示例性实施例。转子14可被构造成围绕转子14的旋转轴线401的基本圆柱形叠片407堆叠。转子14可在内径表面34处通过轴颈、花键或其他连接方式连接到与旋转轴线401同轴的转子轴(未示出)。叠片407可以包括多个内部空隙409，用于容纳内部永磁体，如参考图3所述。转子14包括轴向相对的端部403和405。每个凹口N1、N2、N3和N4包括各自的子凹口A和B，标为N1_A,N2_A,N3_A,N4_A和N1_B,N2_B,N3_B,N4_B。每个凹口N1、N2、N3和N4在表面处沿着转子14轴向连续。每个子凹口N1_A,N2_A,N3_A,N4_A和N1_B,N2_B,N3_B,N4_B在表面处仅部分地沿转子14轴向延伸，但与相邻的相应子凹口接合，使得它们一起在表面处形成沿转子14的轴向连续凹口。因此，每个凹口N1、N2、N3和N4在表面处沿转子14轴向连续，从而提供从转子一端到另一端的通道。每个子凹口是单独偏斜的，但偏斜角度不同于相邻的相应子凹口的偏斜角度。应当理解，在本公开中，偏斜角度表示机械角度，并且与机器操作中的电角度无关，然而，本领域普通技术人员将认识到，在方便或有益的情况下，机械角度可以转换成电角度。子凹口图示为在相应的转子端部开口，然而子凹口也可以在转子端部封闭，其中这种特征将使凹口不连续。应当理解，所示的实施例包括凹口，其中制造具有叠片图案将需要多个完全不同的叠片图案，其基本等同于对应于最长子凹口的转子堆叠的部分中的叠片总数。

在图8中的转子14的简化等距视图中示出了连续的偏斜凹口的另一示例性实施例。转子14可被构造成围绕转子14的旋转轴线401的基本圆柱形叠片407堆叠。转子14可在内径表面34处通过轴颈、花键或其他连接方式连接到与旋转轴线401同轴的转子轴(未示出)。叠片407可以包括多个内部空隙409，用于容纳内部永磁体，如参考图3所述。转子14包括轴向相对的端部403和405。每个凹口N1、N2、N3和N4包括三个子凹口。每个凹口N1、N2、N3和N4包括各自的子凹口A和B，分别位于最靠近转子端403和405，并标记为N1_A,N2_A,N3_A,N4_A(最靠近转子端403)和N1_B,N2_B,N3_B,N4_B(最靠近转子端405)。每个凹口N1、N2、N3和N4还包括一个附加子凹口，其位于最靠近端部的各个子凹口的中间，但在图8中为了清楚起见没有单独标出。每个凹口N1、N2、N3和N4在表面处沿着转子14轴向连续。每个子凹口在表面处仅部分地沿转子14轴向延伸，但与相邻的相应子凹口接合，使得它们一起在表面处沿转子14形成轴向连续凹口。因此，每个凹口N1、N2、N3和N4在表面处沿转子14轴向连续，从而提供从转子一端到另一端的通道。每个子凹口是单独偏斜的，但偏斜角度不同于相邻的相应子凹口的偏斜角度。最靠近转子端部的子凹口示出为在相应的转子端部开口，然而子凹口也可以在转子端部封闭，其中这种特征将使凹口不连续。应当理解，所示的实施例包括凹口，其中制造具有叠片图案将需要多个完全不同的叠片图案，其基本等同于对应于最长子凹口的转子堆叠的部分中的叠片总数。

在图9中的转子14的简化透视图中示出了连续的偏斜凹口的另一示例性实施例。转子14可被构造成围绕转子14的旋转轴线401的基本圆柱形叠片407堆叠。转子14可在内径表面34处通过轴颈、花键或其他连接方式连接到与旋转轴线401同轴的转子轴(未示出)。叠片407可以包括多个内部空隙409，用于容纳内部永磁体，如参考图3所述。转子14包括轴向相对的端部403和405。每个凹口N1、N2、N3和N4包括四个子凹口。每个凹口N1、N2、N3和N4包括相应的等同子凹口A和B，分别位于最靠近转子端403和405，并标记为N1_A,N2_A,N3_A,N4_A(最靠近转子端403)和N1_B,N2_B,N3_B,N4_B(最靠近转子端405)。每个凹口N1、N2、N3和N4还包括两个附加子凹口，其位于最靠近端部的相应子凹口的中间，但在图9中为了清楚起见没有单独标出。每个凹口N1、N2、N3和N4在表面处沿着转子14轴向连续。每个子凹口在表面处仅部分地沿转子14轴向延伸，但与相邻的相应子凹口接合，使得它们一起在表面处沿转子14形成轴向连续凹口。因此，每个凹口N1、N2、N3和N4在表面处沿转子14轴向连续，从而提供从转子一端到另一端的通道。每个子凹口是单独偏斜的，但偏斜角度不同于相邻的相应子凹口的偏斜角度。最靠近转子端部的子凹口示出为在相应的转子端部开口，然而子凹口也可以在转子端部封闭，其中这种特征将使凹口不连续。应当理解，所示的实施例包括凹口，其中制造具有叠片图案将需要多个完全不同的叠片图案，其基本等同于对应于最长子凹口的转子堆叠的部分中的叠片总数。

图10-17示出了如本文所述的转子14上的不连续凹口的各种示意性替代实施例。在所有图10-17中，示出了端部403和405之间的转子14的一部分的侧视图。从图10-17可以理解，没有任何图示实施例显示转子14端部403和405之间的子凹口是连续的。子凹口以不同的比率示出，这些比率可以由设计者调整以实现各种性能目标和折衷。假设制造图4-图17所示的各种实施例，可以理解，图4、图5和图10-14的实施例可以仅由两种完全不同的叠片图案制造，而图15的实施例将需要三种完全不同的叠片图案。图6-9和16的实施例将需要多个完全不同的叠片图案，其基本等同于对应于最长子凹口的转子堆叠的部分中的叠片总数。图17的实施例将需要多个完全不同的叠片图案，其基本等同于对应于具有完全不同的偏斜角度的最长的两个子凹口的转子堆叠的两个部分中的叠片总数。

本领域普通技术人员将理解，凹口和子凹口可以根据可用的设计空间和约束而变化，所述约束包括例如偏斜角度的大小和方向、子凹口的数量、子凹口的长度、凹口的宽度、深度和轮廓等。因此，所示的实施例将作为非限制性示例。

作为被组装以实现转子中的连续和不连续凹口的各种实施例的叠片的多个冲压图案的替代方案，组装的转子的加工可用于制造各种实施例中的任何一个。材料的凹口轮廓可以从组装的转子叠片堆叠中去除，以实现几乎任何期望的凹口图案。可以在制造连续凹口时进行加工。凹口加工可以有利地允许堆叠中所有叠片的单一冲压图案。如本文所用，术语“加工”和“被加工”被理解为涉及任何合适的制造过程，通过其可以可控地将材料从完全或部分组装的转子堆叠移除，以限定期望的凹口轮廓，并且作为非限制性示例，可以包括机械铣削和磨削、电化学加工、放电加工和激光束加工过程。

连续凹口实施例可以提供从转子一端到转子另一端的流体通道。由于气体或液体冷却介质可以有利地在压力下从转子的一端流通到另一端，所以这种连续凹口实施例可以提供冷却益处。此外，某些连续凹口实施例可有效地在气体和液体冷却流体上提供泵送力，从而在操作期间使这种流体从转子的一端自流通到另一端。在气隙内使用液体冷却流体的马达设计可以特别受益于连续凹口实施例，其可以减少旋转损耗，特别是在高速马达操作时，从而提高整体机器效率。

在开发周期期间，可以对生产马达执行扭矩脉动减小优化。在发明人在3相、8极转子、72齿定子马达中进行的至少一个优化案例研究中，当与每极一个连续非偏斜凹口相比时，采用每极一个连续偏斜凹口的实施例实现了在50％额定扭矩下大于15％的扭矩脉动减小。图18图示了沿竖直轴1801以牛顿米为单位的扭矩脉动与沿水平轴1803以度为单位的凹口偏斜角度的关系。参照图18所示的结果可以理解，相对于没有偏斜，任何高达约5度的偏斜角都会导致扭矩马达改进。约1.7度的偏斜角度可以导致局部扭矩脉动优化。应当理解，另一局部扭矩脉动优化可以在约4.3度的偏斜角度处产生。因此，从图18所示的结果可以理解，偏斜角度的一个范围可以在约0度和约5度之间。偏斜角度的另一个范围可以在约0度和约3.1度之间，更具体的范围是约1度到约2度。偏斜角度的另一个更具体范围可以在约3.1度和约5度之间，甚至更具体的范围是约4度到约5度。

可以调整或优化偏斜角度，以实现各种NVH、扭矩脉动、效率、冷却和泵送性能目标，并通过各种目标之间的折衷来平衡这些目标。

无论是否明确指出，本文中的所有数值都假定由术语“约”修饰。为了本公开的目的，范围可以表示为从“约”一个特定值到“约”另一个特定值。术语“约”通常是指一个数值范围，本领域技术人员会认为该数值范围等同于所述数值，具有相同的功能或结果，或者通常合理地在所述数值的制造公差内。

除非明确描述为“直接的”，否则当在以上公开中描述第一和第二元件之间的关系时，该关系可以是第一和第二元件之间不存在其他介入元件的直接关系，但也可以是第一和第二元件之间存在一个或多个介入元件(空间上或功能上)的间接关系。

应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以不同的顺序(或同时)执行。此外，虽然每个实施例在上面被描述为具有某些特征，但关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其他实施例的特征中实现和/或与任何其他实施例的特征组合，即使该组合没有被明确描述。换句话说，所描述的实施例不是互斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍在本公开的范围内。

虽然已经参考示例性实施例描述了上述公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变，并且等同物可以替代其元件。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims

1.一种电机，包括：

定子；

具有第一端和第二端的转子；

限定在定子和转子之间的气隙；以及

与定子相对的转子中的凹口，该凹口沿着转子的第一和第二端中间的转子的至少一部分偏斜。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述转子中的凹口包括流体联接所述转子的第一和第二端的连续凹口。

3.根据权利要求1所述的电机，其中，所述转子中的凹口包括不连续凹口。

4.根据权利要求3所述的电机，其中，所述转子中的不连续凹口包括多个子凹口。

5.根据权利要求4所述的电机，其中，所述子凹口各自不偏斜。

6.根据权利要求2所述的电机，其中，所述转子中的连续凹口包括多个子凹口。

7.根据权利要求5所述的电机，其中，所述转子包括多个叠片，其中所述多个叠片包括不超过三种完全不同的叠片图案。

8.根据权利要求1所述的电机，其中，所述凹口以约1度至约2度范围内的角度偏斜。

9.根据权利要求2所述的电机，其中，当所述转子旋转时，转子中的凹口有效泵送流体通过。

10.根据权利要求2所述的电机，其中，所述转子中的凹口是通过将凹口加工成转子堆叠而形成的。