CN116388455A - 一种电机的转子结构及电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电机的转子结构，涉及电机技术领域，该转子结构包括：转轴、转子铁芯和端板。转子铁芯固定在转轴上；端板套在转轴上，且沿转轴的轴向分别固定在转子铁芯的两端，其中，端板具有容纳腔，容纳腔内具有填充液，填充液能够流动。通过端板的容纳腔填充液体，利用液体的惯性作用，能够抵消电机转子转动产生的激振力，降低电机转子因振动造成的破坏性损伤。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机的转子结构。
背景技术
随着新能源汽车技术的快速发展，新能源汽车电驱系统对驱动电机的要求越来越高，通常采用提高电机转速的方法来减小电机的体积和重量，提高电机功率密度。由于电机的转子存在不平衡，且当前动平衡机的精度难以达到要求，因此不平衡难以通过动平衡消除，电机转子在运转过程中容易产生扭转和径向的振动，尤其针对高速电机，转子在高速运行时，不平衡量产生了机械激振力，转速越高、振动越大，最终可能对电机的转子产生破坏性损伤。
发明内容
本发明提供一种电机的转子结构，以解决如何减小高速电机转子高速旋转时振动较大以及由此带来的机械故障的技术问题。
本发明实施例提供一种电机的转子结构，该转子结构包括：转轴；转子铁芯，所述转子铁芯固定在所述转轴上；端板，所述端板套在所述转轴上，且沿所述转轴的轴向分别固定在所述转子铁芯的两端，其中，所述端板具有容纳腔，所述容纳腔内具有填充液，所述填充液能够流动。
进一步地，所述容纳腔内设置有隔板，所述隔板将所述容纳腔至少分割成2个子容纳腔。
进一步地，所述隔板在所述容纳腔内沿所述转轴的周向分布，所述隔板将所述容纳腔沿周向分割成至少2个子容纳腔。
进一步地，所述转子结构还包括中间板，所述转子铁芯包括多个转子铁芯磁饼，所述中间板位于两个所述转子铁芯磁饼之间，其中，所述中间板具有容纳腔，所述容纳腔内具有填充液，所述填充液能够流动。
进一步地，所述端板和/或所述中间板由非导磁材料制成。
进一步地，所述端板与所述转轴通过过盈配合的方式，使所述端板固定于所述转轴上。
进一步地，所述转子结构还包括挡圈，所述挡圈与所述转轴固定，所述挡圈将所述端板固定在所述转子铁芯与所述挡圈之间。
进一步地，所述挡圈与所述转轴通过过盈配合的方式，使所述挡圈固定于所述转轴上。
进一步地，所述转子结构还包括护套，所述护套与所述转子铁芯连接，所述护套由碳纤维复合材料制成。
进一步地，所述护套缠绕在所述转子铁芯上。
本发明还提供一种电机，该电机包括如上所述的转子结构；机壳，包围形成空腔，所述转子结构位于所述空腔内；定子结构，位于所述转子结构与所述机壳之间。
本发明提供一种电机的转子结构，该转子结构包括：转轴、转子铁芯和端板。转子铁芯固定在转轴上；端板套在转轴上，且沿转轴的轴向分别固定在转子铁芯的两端，其中，端板具有容纳腔，容纳腔内具有填充液，填充液能够流动。通过在转子铁芯的两端设置端板，端板可以随着转子铁芯进行旋转，在端板的容纳腔中添加填充液，电机转子出现较大的冲击和振动时，由于端板的容纳腔中的填充液可以自由流动，当转子产生径向方向或者切向方向的振动时，由于填充液的惯性作用，填充液运动相对迟滞，会产生与运动方向相反的制动力，该制动力可以与激振力产生抵消，阻止或者减缓转子的振动，从而减缓或者削弱转子高速旋转时由于动平衡问题或者单边磁拉力产生的剧烈振动，避免或者减少高速电机因为转子振动而产生的机械故障。同时，在该转子结构能够有效减缓转子产生振动的情况下，可以有效降低电机转子动平衡精度的要求，进而也降低了对动平衡机精度的需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电机的转子结构的部分剖视图；
图2为发明实施例提供的电机的一种转子铁芯磁饼的结构示意图；
图3为发明实施例提供的电机的一种端板的部分剖视图；
图4为发明实施例提供的电机的另一种端板的部分剖视图；
图5为本发明实施例提供的另一种电机的转子结构的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种电机的转子结构的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种电机的转子结构的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种电机的定子结构示意图。
附图标记说明
10、电机；100、转子结构；110、转轴；120、转子铁芯；121、转子铁芯磁饼；1211、转子铁芯片；1212、永磁体；130、端板；131、容纳腔；1311、子容纳腔；132、隔板；140、挡圈；150、平键；160、中间板；170、护套；200、定子结构；300、机壳；310、空腔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在具体实施例中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施例和技术方案。为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\...”仅仅是区别不同的对象，不表示各对象之间具有相同或联系之处。应该理解的是，所涉及的方位描述“上方”、“下方”、“外”、“内”均为正常使用状态时的方位，“左”、“右”方向表示在具体对应的示意图中所示意的左右方向，可以为正常使用状态的左右方向也可以不是。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。术语“连接”在未特别说明的情况下，既包括直接连接也包括间接连接。
在具体实施方式中，本发明提供的电机的转子结构适用于任何类型的电机，示例性的，该转子结构可以适用于同步电机；示例性的，该转子结构可以适用于异步电机。同样，示例性的，该转子结构可以适用于高速电机；示例性的，该转子结构可以适用于低速电机。同时，具有该转子结构的电机可以适用于任何电气设备，示例性的，该电机可以适用于抽水机；示例性的，该电机还可以适用于汽车驱动电机。为了便于说明，以下均以该转子结构可以适用于高速电机，且适用于汽车驱动电机为例，对该转子结构进行示例性说明。电机的类型，以及使用的电机设备的类型均对该电机的转子结构不造成任何影响。
在一些实施例中，如图1至图3所示，该转子结构100包括转轴110、转子铁芯120和端板130。转子铁芯120固定在转轴110上。
具体的，转轴110是将电机的驱动力传递到负载上的媒介，将电机的转矩转化为转动动力，并使其传递到机械负载上。转轴110的尺寸、结构形状以及制造的原材料均不做限定，可根据实际情况而定。需要说明的是，转轴110为阶梯轴，通常采用金属作为原料进行转轴110的制作，但是利用其它材料制作的转轴110同样也符合本案的需求，例如，采用碳纤维复合材料制作的转轴110。为了方便转子铁芯120与转轴110的固定，转轴110上设置有转轴键槽，转轴键槽相关的长度、宽度和深度尺寸与转轴110的尺寸相关，可根据转轴110的实际尺寸情况而定。转子铁芯片1211为环状结构，多个转子铁芯片1211轴向叠压形成转子铁芯磁饼121，多个转子铁芯磁饼121沿轴向叠压形成转子铁芯120，具体转子铁芯片1211轴向叠压的数量不做限定。例如，转子铁芯120具有5组转子铁芯磁饼121，各转子铁芯磁饼121具有30片转子铁芯片1211，30片转子铁芯片1211轴向叠压形成转子铁芯磁饼121，5组转子铁芯磁饼121轴向叠压形成转子铁芯120。如图2所示，多个转子铁芯片1211轴向叠压形成转子铁芯磁饼121，转子铁芯磁饼121内开有磁钢槽，磁钢槽内部嵌入永磁体1212。每个转子铁芯片1211具有缺口，多个转子铁芯片1211轴向叠压，从而使各转子铁芯片1211叠压形成的转子铁芯磁饼121具有磁饼键槽，多个转子铁芯磁饼121的磁饼键槽沿轴向对齐，从而得到转子键槽。转轴键槽与转子键槽相互对应，在转轴键槽与转子键槽中安装平键150，利用平键150传递转子铁芯120与转轴110之间的扭矩。转子结构100可以包括端板130，转子铁芯120可以通过端板130固定在转轴110上，转子结构100还可以包括挡圈140，转子铁芯120可以通过挡圈140固定在转轴110上，具体内容将在下文详细描述。
转子结构100包括端板130，端板130套在转轴110上，且沿转轴110的轴向分别固定在转子铁芯120的两端，端板130具有容纳腔131，容纳腔131内具有填充液，填充液能够流动。
具体的，转子旋转时由于动平衡问题或单边磁拉力产生的剧烈振动，甚至可能会造成电机的故障，为了减少转子的振动，避免因转子振动而产生的机械故障，通过在转子铁芯120的两端添加端板130，端板130可以理解为具有容纳腔131的环状型结构，端板130采用密封结构，填充液密封在端板130的容纳腔131中，正常工作时，端板130随电机转子一起高速旋转。当电机转子出现较大的冲击和振动时，由于端板130内的填充液可以自由流动，当转子产生径向或切向方向的振动时，由于填充液的惯性作用，填充液运动相对迟滞，客观上会产生与运动方向相反的制动力，该制动力可以与激振力产生抵消，阻止或减缓转子的振动。端板130的具体尺寸数据可以根据实际情况而定，在此不多做限定。例如，端板130的轴向厚度为20毫米，端板130的内环直径为39毫米，转轴110的直径为40毫米，端板130的内环直径略小于转轴110的直径，通过采用过盈配合的方式使端板130固定于转轴110上；例如，端板130的轴向厚度为20毫米，端板130的内环直径为41毫米，转轴110的直径为40毫米，端板130的内环直径略大于转轴110的直径，通过采用间隙配合的方式，使端板130套在转轴110上，再通过其他结构或者装置进行辅助固定。为了避免端板130对电机磁场造成影响，端板130可以采用非导磁体材料进行制造，例如，端板130可以采用不锈钢进行制造，需要说明的是，铁素体不锈钢一般是有磁性的，奥氏体不锈钢一般是无磁性的，因此具体选用奥氏体不锈钢进行制造。例如，端板130可以采用碳纤维复合材料进行制造。为了防止填充液腐蚀端板130，填充液选用不易与端板130产生腐蚀的流体，例如，填充液为油。需要说明的是，端板130中的容纳腔131可以填充满填充液，也可以仅填充部分填充液，具体填充液占据容纳腔131的比例可根据实际情况而定，例如，端板130的容纳腔131充满填充液。
本发明提供一种电机的转子结构，该转子结构包括：转轴、转子铁芯和端板。转子铁芯固定在转轴上；端板套在转轴上，且沿转轴的轴向分别固定在转子铁芯的两端，其中，端板具有容纳腔，容纳腔内具有填充液，填充液能够流动。通过在转子铁芯的两端设置端板，端板可以随着转子铁芯进行旋转，在端板的容纳腔中添加填充液，电机转子出现较大的冲击和振动时，由于端板的容纳腔中的填充液可以自由流动，当转子产生径向方向或者切向方向的振动时，由于填充液的惯性作用，填充液运动相对迟滞，会产生与运动方向相反的制动力，该制动力可以与激振力产生抵消，阻止或者减缓转子的振动，从而减缓或者削弱转子高速旋转时由于动平衡问题或者单边磁拉力产生的剧烈振动，避免或者减少高速电机因为转子振动而产生的机械故障。同时，在该转子结构能够有效减缓转子产生振动的情况下，可以有效降低电机转子动平衡精度的要求，进而也降低了对动平衡机精度的需求。
在一些实施例中，如图3和图4所示，容纳腔131内设置有隔板132，隔板132将容纳腔131至少分割成2个子容纳腔1311。具体的，为了更好的利用填充液的惯性，通过填充液产生运行的迟滞效应，产生与运动加速度相反方向的力，从而抑制转子的振动，转子铁芯120两端的端板130的容纳腔131内设置隔板132，通过隔板132将容纳腔131至少分割成2个子容纳腔1311。隔板132具体的设置形式以及隔板的数量不做限定，可根据实际情况而定，示例性的，每个端板130的容纳腔131内设置2个隔板132，2个隔板132的延伸方向与转轴110的轴向垂直，2个隔板沿轴向均匀设置，2个隔板132将容纳腔131沿轴向分割成2个子容纳腔1311，2个子容纳腔1311的容积相同。需要说明的是，2个子容纳腔1311之间可以相互连通，也可以相互独立封闭，填充液的填充量可以占容纳腔131体积的80％，也可以占容纳腔131体积的100％，即填充液充满整个容纳腔131。
在一些实施例中，如图4所示，隔板132在容纳腔131内沿转轴110的周向分布，隔板132将容纳腔131沿周向分割成至少2个子容纳腔1311。具体的，隔板132可以沿轴向均匀设置，隔板132也可以沿周向设置，通过隔板132在容纳腔131内沿转轴110的周向分布，隔板132将容纳腔131沿周向分割成至少2个子容纳腔1311。同样隔板132具体的设置形式以及隔板的数量不做限定，可根据实际情况而定，示例性的，每个端板130的容纳腔131内设置4个隔板132，4个隔板132的延伸方向与转轴110的轴向平行，4个隔板132沿周向均匀设置，4个隔板132将容纳腔131沿周向分割成4个子容纳腔1311，每个子容纳腔1311均为90度的扇形结构，4个子容纳腔1311的容积相同，4个子容纳腔1311之间可以相互连通，也可以相互独立封闭。示例性的，每个端板130的容纳腔131内设置3个隔板132，3个隔板132的延伸方向与转轴110的轴向平行，3个隔板132沿周向非均匀设置，3个隔板132将容纳腔131沿周向分割成3个体积大小互不相同的子容纳腔1311，3个子容纳腔1311之间可以相互连通，也可以相互独立封闭。
在一些实施例中，为了进一步阻止或者减缓因转子的振动而产生的机械故障，转子结构100还包括中间板160，转子铁芯120包括多个转子铁芯磁饼121，中间板160位于两个转子铁芯磁饼121之间，其中，中间板160具有容纳腔131，容纳腔131内具有填充液，填充液能够流动。具体的，在转子铁芯120两端设置端板130的情况下，为了进一步抑制转子的振动，减缓因转子的振动而产生的机械故障，转子结构100还包括中间板160，中间板160与端板130的结构相同，且同样具有容纳腔131，容纳腔131内具有填充液，其抑制转子的振动的原理与端板130相同，中间板160仅因为安装位置与端板130有所不同，为了便于区分，故而称之为中间板160。为了避免中间板160对电机磁场造成影响，中间板160也可以采用非导磁体材料进行制造，例如，采用奥氏体不锈钢进行制造。多个转子铁芯片1211轴向叠压形成转子铁芯磁饼121，多个转子铁芯磁饼121沿轴向叠压形成转子铁芯120，中间板160位于两个转子铁芯磁饼121之间，需要说明的是，中间板160的数量可以为1，也可以为多个，示例性的，转子结构100具有6个转子铁芯磁饼121，每间隔2个转子铁芯磁饼121设置1个中间板160，即转子结构100具有2个中间板160。示例性的，如图5所示，转子结构100具有6个转子铁芯磁饼121，每间隔3个转子铁芯磁饼121设置1个中间板160，即转子结构100具有1个中间板160。
在一些实施例中，如图6所示，为了简化零部件，端板130与转轴110通过过盈配合的方式，使端板130固定于转轴110上。具体的，考虑到转子铁芯120在转轴110上可能存在沿轴向活动的问题，需要将转子铁芯120固定与转轴110上，为了简化结构，减少零部件的数量降低转子结构100的重量，同时减少安装步骤，提高安装效率。端板130位于转子铁芯120的两端，通过端板130与转轴110采用过盈配合的方式，使端板130固定于转轴110上，从而使两个端板130之间的转子铁芯120固定于转轴110上。
在一些实施例中，如图1所示，转子结构100还包括挡圈140，挡圈140与转轴110固定，挡圈140将端板130固定在转子铁芯120与挡圈140之间。具体的，转子结构100还包括挡圈140，利用挡圈140对端板130和转子铁芯120进行限位固定。挡圈140为环状结构，套在转轴110上。示例性的，端板130与转轴110之间采用间隙配合的方式，端板130无法对转子铁芯120进行有效限位固定，在端板130不与转子铁芯120接触的一侧，安装挡圈140，通过挡圈140与转轴110固定，从而限制端板130沿轴向活动，进而也限制了转子铁芯120沿轴向活动，实现转子铁芯120固定与转轴110上。示例性的，端板130与转轴110之间采用过盈配合的方式，端板130能够对转子铁芯120进行有效限位固定，同时为了进一步提高转子铁芯120固定的稳定性，在端板130不与转子铁芯120接触的一侧，安装挡圈140，通过挡圈140与转轴110固定，进一步提高转子铁芯120固定的稳定性。具体挡圈140固定在转轴110的方式不做限定，任何将挡圈140固定于转轴110上的方式均符合本案要求。例如，挡圈140通过焊接的方式固定于转轴110上；例如，挡圈140通过螺栓锁紧的方式固定在转轴110上。为了简化步骤，挡圈140与转轴110通过过盈配合的方式，使挡圈140固定于转轴110上。
在一些实施例中，如图7所示，转子结构100还包括护套170，护套170与转子铁芯120连接，护套170由碳纤维复合材料制成。具体的，考虑到电机转子结构100的机械强度的情况，例如，高速内置式永磁同步电机的转轴，高速旋转产生的巨大离心力作用在强度较为薄弱的内置式转子隔磁桥上，极易损坏隔磁桥结构，破坏转子结构完整性。为了有效提高转子结构100的机械强度，允许转子铁芯120以更高转速运行，提升电机的功率密度。转子结构100还包括护套170，护套170与转子铁芯120连接，具体连接方式不做要求，例如，护套170直接套在转子铁芯120上；例如，护套170缠绕在转子铁芯120上。需要说明的是护套170由碳纤维复合材料制成，碳纤维复合材料具有比强度和比刚度高、重量轻、减振性能好、耐疲劳性能优等诸多优势，通过在转子铁芯120上添加碳纤维复合材料制成的护套170可以有效提高转子结构100的机械强度。在一些实例中，为了更进一步加强护套170与转子铁芯120紧密性，护套170通过层层缠绕的方式固定在转子铁芯120上，使护套170成为转子铁芯120外表面的层状结构。具体缠绕时的预紧力以及缠绕方式不做限定，例如，采用预紧力为100N，利用交错缠绕的方式进行缠绕，将树脂浸润后的碳纤维复合材料采用绕八字形式缠绕于转子铁芯120的外表面上，使护套170与转子铁芯120结合得更紧密，包裹强度高，更进一步提高转子结构100的机械强度，提高电机的峰值转速，提升电机的密度。通过护套170有效解决转子结构100机械强度低的问题。
本实施例提供一种电机，该电机适用于如图1至图7中任意一幅所示的转子结构。请参考图8，电机10包括转子结构100、定子结构200和机壳300，机壳300包围形成空腔310，转子结构100位于空腔310内，定子结构200位于转子结构100与机壳300之间。具体的，机壳300的具体形状尺寸不做限定，机壳300包围形成空腔310，空腔310用于容纳转子结构100和定子结构200，定子结构200与机壳300连接，为了便于限定定子结构200轴向活动，在机壳300的内壁上设置台阶，在安装定子铁芯片过程对定子铁芯片进行轴向限位，具体台阶的尺寸不做限定，符合实际要求即可。多个定子铁芯片轴向叠压形成定子铁心，多个定子铁芯片的中心孔形成中心通道，多个转子铁芯片1121轴向叠压形成转子铁芯120，转子铁芯120位于多个定子铁芯片的中心孔形成的中心通道内。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电机的转子结构，其特征在于，包括：
转轴；
转子铁芯，所述转子铁芯固定在所述转轴上；
端板，所述端板套在所述转轴上，且沿所述转轴的轴向分别固定在所述转子铁芯的两端，
其中，所述端板具有容纳腔，所述容纳腔内具有填充液，所述填充液能够流动。
2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述容纳腔内设置有隔板，所述隔板将所述容纳腔至少分割成2个子容纳腔。
3.根据权利要求2所述的转子结构，其特征在于，所述隔板在所述容纳腔内沿所述转轴的周向分布，所述隔板将所述容纳腔沿周向分割成至少2个子容纳腔。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的转子结构，其特征在于，所述转子结构还包括中间板，所述转子铁芯包括多个转子铁芯磁饼，所述中间板位于两个所述转子铁芯磁饼之间，其中，所述中间板具有容纳腔，所述容纳腔内具有填充液，所述填充液能够流动。
5.根据权利要求4所述的转子结构，其特征在于，所述端板和/或所述中间板由非导磁材料制成。
6.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述端板与所述转轴通过过盈配合的方式，使所述端板固定于所述转轴上。
7.根据权利要求1或6中任意一项所述的转子结构，其特征在于，所述转子结构还包括挡圈，所述挡圈与所述转轴固定，所述挡圈将所述端板固定在所述转子铁芯与所述挡圈之间。
8.根据权利要求7所述的转子结构，其特征在于，所述挡圈与所述转轴通过过盈配合的方式，使所述挡圈固定于所述转轴上。
9.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述转子结构还包括护套，所述护套与所述转子铁芯连接，所述护套由碳纤维复合材料制成。
10.一种电机，其特征在于，包括：
如权利要求1至9中任意一项所述的转子结构；
机壳，包围形成空腔，所述转子结构位于所述空腔内；
定子结构，位于所述转子结构与所述机壳之间。
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