CN115706470A - 电机的转子组件和电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机的转子组件和电机自身，所述转子组件包括转子芯(5)，其中，转子芯(5)内构造有至少一个轴向容纳部层，其中，轴向容纳部层包括在圆周方向上分隔布置的多个轴向容纳部(107、105)，轴向容纳部(107、105)能够分别容纳永磁体(8、9)，其中，轴向容纳部(107、105)构成供冷却介质流通的冷却介质通道；所述电机包括上述的转子组件。

Description

电机的转子组件和电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域。本发明具体地涉及一种电机的转子组件以及包括该转子组件的电机。

背景技术

永磁同步电机因其效率高且功率密度高而成为目前市场上多数新能源车辆的主流选择。永磁同步电机利用转子处的永磁体励磁，由此可以避免在励磁电流产生磁场的同时引起励磁损耗。但是，转子的永磁体会因长期在高温工作环境下而引起退磁，因此采用强制的散热措施以带走永磁同步电机中的热量是非常必要的。

在当前的用于永磁同步电机的冷却方案中，通常向定子绕组的绕组端部喷洒冷却介质。另外在定子的径向外侧进行冷却的方案也是存在的。但是对于转子而言，在上述的方案仅能够通过冷却介质对转子的轴向两端进行冷却。

在中国专利申请CN 106329831 A中公开了一种永磁同步电机的冷却结构。借助这种冷却结构，冷却介质能够在定子和转子之间的气隙间流动，由此能够冷却定子的内周表面和转子的外周表面。在上述提及的方案中，转子内部的永磁体无法得到理想的冷却。特别在电机连续运行时，尤其在永磁体以两层或多层的排列方式内嵌在转子中的情况下，转子中的永磁体、尤其径向外层的永磁体在高温下退磁的风险依然较大。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种电机、尤其永磁同步电机，其转子中内嵌的永磁体能够被有效冷却。

上述目的在本发明的一个方面通过一种电机的转子组件实现，所述转子组件包括转子芯，其中，转子芯内构造有至少一个轴向容纳部层，其中，轴向容纳部层包括在圆周方向上分隔布置的多个轴向容纳部，轴向容纳部能够分别容纳永磁体，其中，轴向容纳部构成供冷却介质流通的冷却介质通道。

在此涉及的电机尤其可以构造为永磁同步电机。为此，电机的转子组件包括带有永磁体的转子芯。在此，永磁体至少部分地以内嵌方式布置在转子芯中。在这种情况下，各个永磁体能够根据电机配置以一定的磁极结构或者说永磁体排列方案布置在转子芯的一个大致呈套筒状的层结构中或者在转子芯的沿径向套设或者说同心设置的至少两个大致呈套筒状的层结构中。

为此，转子芯构造有匹配永磁体的排列方案的基本沿轴向延伸的轴向容纳部以分别容纳对应的永磁体。优选地，转子芯由多个叠片组成，其中，各个叠片具有用于相应地形成各个轴向容纳部的槽、尤其镂空槽。

冷却介质在此为流体。冷却介质例如能够是冷却油。冷却介质能够流经容纳有永磁体的轴向容纳部，从而带走电机、尤其转子芯中的永磁体处的热量。因此，电机、尤其转子芯内部的永磁体能够得到有效冷却。因此，电机的功率密度能够提高并且连续运行的能力也能够提高。在此，冷却介质在轴向容纳部中能够直接与永磁体接触并且能够通过热传导带走永磁体处的热量，因此冷却效率较高。

在一种优选的实施方式中，转子芯构造有在径向上分布的至少两个轴向容纳部层。在本文中，“在径向上分布的至少两个轴向容纳部层”是指：分别由在圆周方向上间隔布置的轴向容纳部组成的至少两个轴向容纳部组合在整体上分别位于同轴线设置的至少两个大致呈套筒状的层结构中。需要说明的是，在一些排列方案中，分别属于不同的轴向容纳部层的轴向容纳部可能具有相同的径向位置、也即具有相对转子芯的中轴线的相同距离。

优选地，轴向容纳部层中的轴向容纳部能够以一字型、V型、U型、W型或切向式的方式布置。在此，轴向容纳部参照永磁体的根据电机配置磁极结构或者说排列方案进行布置。在存在至少两个轴向容纳部层的情况下，不同的轴向容纳部层中轴向容纳部可以采用相同或者不同的排列方案。

在此，有利地，转子芯构造有在径向上分布的两个轴向容纳部层，其中，径向内侧的轴向容纳部层中的轴向容纳部以V型方式布置，并且径向外侧的轴向容纳部层中的轴向容纳部以V型方式布置。

在此，有利地，转子芯构造有在径向上分布的两个轴向容纳部层，其中，径向内侧的轴向容纳部层中的轴向容纳部以V型方式布置，并且径向外侧的轴向容纳部层中的轴向容纳部以一字型方式布置。

在此，有利地，转子芯构造有在径向上分布的两个轴向容纳部层，其中，径向内侧的轴向容纳部层中的轴向容纳部以一字型方式布置，并且径向外侧的轴向容纳部层中的轴向容纳部以一字型方式布置。

在一种优选的实施方式中，转子芯包括用于引入冷却介质的输入通道，其中，输入通道从转子芯的内周表面连通到至少一个轴向容纳部。由此，冷却介质能够流入轴向容纳部以进行冷却。在此，有利地，转子芯中的每个轴向容纳部均配置有单独的输入通道。有利地，尤其在转子芯构造有在径向上分布的至少两个轴向容纳部层的情况下，径向最内侧的轴向容纳部层中的每个轴向容纳部均配置有单独的输入通道。可能地，单个轴向容纳部配置有至少两个输入通道。

在一种优选的实施方式中，转子芯包括供冷却介质在轴向容纳部之间流通的连接通道。在这种情况下，不必为每个轴向容纳部配置用于引入冷却介质的输入通道。有利地，尤其在转子芯构造有在径向上分布的至少两个轴向容纳部层的情况下，分别属于不同的轴向容纳部层的轴向容纳部之间能够设置有供冷却介质流通的连接通道。有利地，在同一轴向容纳部层中，轴向容纳部之间、尤其相邻的轴向容纳部之间能够设置有供冷却介质流通的连接通道。

在一种优选的实施方式中，转子组件还包括至少一个转子端盖，转子端盖具有匹配轴向容纳部的布置方式的凹槽，凹槽能够连通轴向容纳部和转子端盖的径向外侧。换言之，基本沿轴向凹陷的凹槽能够覆盖轴向容纳部并且在转子端盖的外周处形成凹槽的开口，从而流经转子芯内部的冷却介质能够朝向径向外侧排出。有利地，转子组件包括两个转子端盖，其分别布置在转子芯的轴向两侧，从而可以分别在转子芯的轴向两端形成供冷却介质尤其沿径向向外排出的输出通道。有利地，可以分别为各个轴向容纳部层构造相互独立的凹槽，各个凹槽分别具有朝向径向外侧的开口。由此，尤其在转子组件运行、也即旋转时，排出的冷却介质能够例如在离心力的作用下飞溅至定子组件的轴向端部，由此附加地冷却定子组件。

在一种有利的实施方式中，转子芯包括多个叠片，叠片构造有用于形成轴向容纳部的轴向镂空槽，其中，叠片中的部分叠片构造有从叠片的内周处连通到叠片的轴向镂空槽的输入槽，和/或叠片中的部分叠片构造有在叠片的轴向镂空槽之间连通的连接槽。在此，输入槽和连接槽优选是在轴向上镂空的槽。由此，能够通过合理数量的相叠布置的叠片、也即冲片的输入槽共同构成用于引入冷却介质的输入通道。类似地，能够通过合理数量的相叠布置的叠片、也即冲片的连接槽共同构成供冷却介质在轴向容纳部之间流通的连接通道。

有利地，构造有输入槽的叠片布置在转子芯的轴向中间区域中，从而能够在转子芯的轴向中间区域构成输入通道。

有利地，叠片能够具有至少两个输入槽，其中，输入槽能够分别用于构成不同的轴向容纳部、例如属于同一轴向容纳部层的或者分属于不同的轴向容纳部层的轴向容纳部。

有利地，在轴向上分组间隔布置的叠片能够分别具有用于同一轴向容纳部的输入槽，从而间隔布置的叠片组能够分别构成用于同一轴向容纳部的输入通道。

在此，尤其在转子芯构造有在径向上分布的两个轴向容纳部层，并且各个轴向容纳部层中的轴向容纳部均以V型方式布置的情况下，能够特别设置：位于叠片径向内侧和径向外侧的轴向镂空槽以V型布置，其中，在输入槽之间和/或在连接槽之间形成用于叠片互锁的互锁部。在此，叠片中的部分叠片构造有输入槽和连接槽，其中，输入槽分别从相应叠片的内周处连通到相应叠片的用于形成径向内侧的轴向容纳部层的以V型布置的轴向镂空槽、优选轴向镂空槽的径向内侧端部，连接槽分别连通相应叠片的用于形成径向内侧的轴向容纳部层的呈V型布置的轴向镂空槽、优选其径向内侧端部和在圆周方向上位置对应的用于形成径向外侧的轴向容纳部层的以V型布置的轴向镂空槽、优选其径向内侧端部。由此可以增强转子芯的结构稳定性，尤其可以有效克服永磁体在电机高速运转期间例如因离心力造成的不利影响。

上述目的根据本发明的另一个方面通过一种电机实现。所述电机包括根据上述实施方式构造的转子组件。在此处提供的电机中，冷却介质能够在容纳有永磁体的轴向容纳部中流动，从而带走电机、尤其转子芯中的永磁体处的热量。因此，电机、尤其转子的内部区域能够得到有效冷却。

附图说明

下面结合附图来示意性地阐述本发明的优选实施方式。附图为：

图1示出根据一种优选实施方式的电机的轴向剖视图的局部；

图2示出根据图1的电机的转子组件的第一转子端盖的主视图的局部；

图3示出根据图1的电机的转子组件的转子芯的立体图的局部；

图4示出根据图1的电机的转子组件的第二转子端盖的主视图的局部；

图5示出根据图3的转子芯的在一个轴向位置处的截面的局部；

图6示出根据图3的转子芯的在另一个轴向位置处的截面的局部；和

图7示出根据图3的转子芯的在再一个轴向位置处的截面的局部。

具体实施方式

图1示出根据一种优选实施方式的电机的示意性的轴向剖视图的局部。根据本实施方式的电机构造为内转子式的永磁同步电机。在此，电机的定子组件包括定子芯3以及定子绕组2。定子组件固定在定子支架1的径向内侧。电机的转子组件布置在定子组件的径向内侧并且固定在转子支架4的径向外侧。

电机的转子组件整体呈筒状，其主要包括沿轴向依次布置的第一转子端盖6、内嵌永磁体的转子芯5以及第二转子端盖7。

在此，第一转子端盖6构造为环形板件，在图2中局部地示出了第一转子端盖6的朝向转子芯5的端面。类似地，第二转子端盖7也构造为环形板件，在图4中局部地示出了第二转子端盖7的朝向转子芯5的端面。

图3局部地示出了内嵌有永磁体8、9的转子芯5。转子芯5整体呈套筒状，其径向内侧能够容纳转子支架4(参见图1)。在本实施方式中，永磁体8、9布置在转子芯5的沿径向分布的大致呈套筒状的两个层结构、即径向外层和径向内层中。在此，永磁体8以V型方式沿圆周方向间隔地布置在径向外层中。具体地，能够在径向外层中沿圆周方向设置多个由两个相邻的永磁体8构成的永磁体组，其中，每组永磁体8以V型方式布置。相应地，永磁体9以V型方式沿圆周方向间隔地布置在径向内层中。具体地，能够在径向内层中沿圆周方向设置多个由两个相邻的永磁体9构成的永磁体组，其中，每组永磁体9以V型方式布置。这种双V型的排列方式尤其能够通过由图3的局部示出的内嵌有永磁体8、9的转子芯5的立体图的截面示出。

在转子芯5中构造有能够分别容纳永磁体8、9的轴向容纳部107、105。在此，轴向容纳部107、105分别构造为构造在轴向上贯通转子芯5的通孔。轴向容纳部107、105由此对应永磁体8、9的排列方式布置。具体地，轴向容纳部107、105分别布置在两个轴向容纳部层中，其中，分别容纳有永磁体8的多个轴向容纳部107在圆周方向上分隔地布置在径向外侧的轴向容纳部层中，分别容纳有永磁体9的多个轴向容纳部105在圆周方向上分隔地布置在径向内侧的轴向容纳部层中。在此，在每个轴向容纳部层中，轴向容纳部107、105分别以V型的排列方式布置，如图3的局部示出的转子芯5的立体图的截面所示。

根据本实施方式，轴向容纳部107、105除了能够容纳对应的永磁体8、9还能够供用于冷却电机的流体状态的冷却介质、优选冷却油在其中流动。

尤其如图1所示，转子芯5包括用于引入冷却介质的多个输入通道104。输入通道104在此分别构造为从转子芯5的内周表面连通到径向内侧的轴向容纳部层中的对应轴向容纳部105的通孔。在本实施方式中，多个输入通道104构造在转子芯5的轴向中间区域中并且基本构造在转子芯5同一径向平面中。在此，输入通道104能够分别与转子支架4处的通孔103相对齐，从而冷却介质、尤其具有一定液压的冷却介质能够经由转子支架4的通孔103输送到各个输入通道104，进而能够进入得到径向内侧的轴向容纳部层中的各个轴向容纳部105中。

此外，如图1所示，转子芯5还构造有多个连通通道106，连通通道106分别连通在径向外侧的和径向内侧的轴向容纳部层中的、在圆周方向上位置对应的轴向容纳部107和轴向容纳部105，从而轴向容纳部105处的冷却介质能够流入到轴向容纳部107。在此，各个连通通道106在转子芯5中具有与各个输入通道104基本相同的轴向位置。

结合图1、图2和图4可见，第一转子端盖6和第二转子端盖7分别形成用于从轴向容纳部105、107排出冷却介质的输出通道108、109。在此，第一转子端盖6在朝向转子芯5的轴向端面处构造有沿轴向凹陷的呈V型的凹槽61、62。径向内侧的凹槽62能够覆盖转子芯5的径向内侧的轴向容纳部105并且在转子端盖6的径向外侧形成两个开口，由此轴向容纳部105中的冷却介质能够从经由凹槽62从凹槽62的两个开口处排出。类似地，径向外侧的凹槽61能够覆盖转子芯5的径向外侧的轴向容纳部107并且在转子端盖6的径向外侧形成两个开口，由此轴向容纳部107中的冷却介质能够从经由凹槽61从凹槽61的两个开口处排出。相应地，第二转子端盖7在朝向转子芯5的轴向端面处构造有沿轴向凹陷的呈V型的凹槽71、72。径向内侧的凹槽72能够覆盖转子芯5的径向内侧的轴向容纳部105并且在转子端盖7的径向外侧形成两个开口，由此轴向容纳部105中的冷却介质能够从经由凹槽72从凹槽72的两个开口处排出。类似地，径向外侧的凹槽71能够覆盖转子芯5的径向外侧的轴向容纳部107并且在转子端盖7的径向外侧形成两个开口，由此轴向容纳部107中的冷却介质能够从经由凹槽71从凹槽71的两个开口处排出。

由此可见，借助根据本实施方式提供的转子组件，冷却介质能够从转子芯5的轴向中间区域进入到分别容纳永磁体8、9的各个轴向容纳部107、105中，并且分别朝向转子芯5的轴向两侧流动，最终从通过转子端盖6、7形成的输出通道108、109朝向径向外侧排出。在此，在冷却介质流经轴向容纳部107、105期间能够带走永磁体8、9处的热量，从而冷却永磁体8、9，由此可以减少永磁体退磁的风险。尤其冷却介质在轴向容纳部107、105中直接与永磁体8、9接触，从而能够通过热传导的方式带走内嵌在转子芯内部的永磁体处的热量，提高了转子芯内部的、尤其永磁体处的冷却效率。

此外，从转子组件的轴向端部排出的冷却介质还能够进一步用于冷却定子绕组2的绕组端部。尤其在转子组件运行、也即旋转时，排出的冷却介质能够例如在离心力的作用下飞溅至定子绕组2的绕组端部以及定子芯3的轴向端部。在定子支架1处设置有另外的冷却介质通道101、102的情况下，如图1所示，定子芯3、定子绕组4以及转子组件的轴向两端还能够借助经由冷却介质通道101、102输入的冷却介质进行冷却。由此电机能够得到更加全面且高效的冷却，进而电机的功率密度能够提高并且连续运行的能力也能够提高。

图5、图6和图7分别示出了根据图3的转子芯5的不同轴向位置处的截面的局部。结合图3、图5至图7可见，根据本实施方式的转子芯5包括沿轴向依次布置的三个叠片组，即由如图5所示的第一叠片51组成的第一端部叠片组、由图6所示的第二叠片52组成的中间叠片组以及由如7所示的第三叠片53组成的第二端部叠片组。

第一叠片51，第二叠片52和第三叠片53均构造为环形的冲片，并且在本实施方式中分别构造有以V型方式布置的轴向镂空槽511、512、521、522、531、532。在三个叠片组中的全部叠片51、52、53相叠布置的情况下，第一叠片51、第二叠片52和第三叠片53的相应的轴向镂空槽511、521、531共同构成转子芯5的径向外侧的轴向容纳部107，第一叠片51、第二叠片52和第三叠片53的相应的轴向镂空槽512、522、532共同构成转子芯5的径向内侧的轴向容纳部105。

尤其如图6所示，组成中间叠片组的第二叠片52具有多个输入槽523，各个输入槽523分别从内周处连通到径向内侧的各个轴向镂空槽522的径向内侧端部。在中间叠片组的全部第二叠片52相叠布置的情况下，输入槽523构成输入通道104。第二叠片52还具有多个连接槽524，连接槽524分别连通径向内侧的各个轴向镂空槽522的径向内侧端部和径向外侧的在圆周方向上位置对应的轴向镂空槽521的径向内侧端部。在中间叠片组的全部第二叠片52相叠布置的情况下，连接槽524构成连接通道106。

在此，如图6所示，与同一径向内侧的轴向镂空槽522连通的输入槽523和连通槽524均基本沿径向延伸，由此对应的输入槽523和连通槽524处于第二叠片52的基本相同的在圆周方向上的位置处。在这种情况下，在圆周方向上，在分别对应呈V型布置的两个轴向镂空槽522的输入槽523和连通槽524之间形成互锁部525，互锁部525在此呈沿径向延伸的条状结构并且能够用叠片互锁。由此可以增强转子芯5、尤其中间叠片组的结构稳定性，尤其可以有效克服永磁体在电机高速运转期间例如因离心力造成的不利影响。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“轴向”、“径向”和“圆周方向”均参照电机的旋转轴线或者说转子的中轴线。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

附图标记列表

1 定子支架

2 定子绕组

3 定子芯

4 转子支架

5 转子芯

6 第一转子端盖

7 第二转子端盖

8 永磁体(外层)

9 永磁体(内层)

51 叠片

511 轴向镂空槽

512 轴向镂空槽

52 叠片

521 轴向镂空槽

522 轴向镂空槽

523 输入槽

524 连通槽

525 互锁部

53 叠片

531 轴向镂空槽

532 轴向镂空槽

101 通孔

102 通孔

103 通孔

104 输入通道

105 轴向容纳部

106 连接通道

107 轴向容纳部

108 输出通道

109 输出通道

Claims (10)

1.一种电机的转子组件，所述转子组件包括转子芯(5)，其中，所述转子芯(5)内构造有至少一个轴向容纳部层，其中，所述轴向容纳部层包括在圆周方向上分隔布置的多个轴向容纳部(107、105)，所述轴向容纳部(107、105)能够分别容纳永磁体(8、9)，其特征在于，所述轴向容纳部(107、105)构成供冷却介质流通的冷却介质通道。

2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子芯(5)构造有在径向上分布的至少两个轴向容纳部层。

3.根据权利要求2所述的转子组件，其特征在于，所述轴向容纳部层中的轴向容纳部(107、105)能够以一字型、V型、U型、W型或切向式的方式布置。

4.根据权利要求3所述的转子组件，其特征在于，所述转子芯(5)构造有在径向上分布的两个轴向容纳部层，其中，径向内侧的轴向容纳部层中的轴向容纳部(105)以V型方式布置，并且径向外侧的轴向容纳部层中的轴向容纳部(107)以V型或一字型方式布置。

5.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子芯(5)包括用于引入冷却介质的输入通道(104)，其中，所述输入通道(104)从所述转子芯(5)的内周表面连通到至少一个所述轴向容纳部(107、105)。

6.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子芯(5)包括供冷却介质在所述轴向容纳部(107、105)之间流通的连接通道(106)。

7.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件还包括至少一个转子端盖(6、7)，所述转子端盖(6、7)具有匹配所述轴向容纳部(107、105)的布置方式的凹槽(61、62、71、72)，所述凹槽(61、62、71、72)连通所述轴向容纳部(107、105)和所述转子端盖(6、7)的径向外侧。

8.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，

所述转子芯(5)包括多个叠片(51、52、53)，所述叠片(51、52、53)构造有用于形成所述轴向容纳部(107、105)的轴向镂空槽(511、512、521、522、531、532)；

所述叠片中的部分叠片(52)构造有从所述部分叠片(52)的内周处连通到所述部分叠片(52)的轴向镂空槽(521、522)的输入槽(523)，和/或

所述叠片中的部分叠片(52)构造有在所述部分叠片(52)的轴向镂空槽(521、522)之间连通的连接槽(524)。

9.根据权利要求8所述的转子组件，其特征在于，位于所述叠片径向内侧和径向外侧的所述轴向镂空槽(521，522)以V型布置，

其中，在所述输入槽(523)之间和/或在所述连接槽(524)之间形成用于叠片互锁的互锁部(525)。

10.一种电机，所述电机包括根据权利要求1至9中任一项所述的转子组件。

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