CN116455108A - 适用于高转速工况的转子总成及具有其的电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于高转速工况的转子总成及具有其的电机，转子总成包括转子铁芯，转子铁芯包括：硅钢片，硅钢片为多个，多个硅钢片沿转子铁芯的轴线方向堆叠形成转子铁芯的转子本体；碳纤维护套，碳纤维护套与转子本体的侧表面连接；永磁体组，永磁体组为多个，多个永磁体组沿转子本体的圆周方向间隔地设置于转子本体上，各永磁体组与一个磁极对应地设置，各永磁体组均包括多个永磁体，各永磁体远离转子本体中心的一端与碳纤维护套的内边缘之间均形成隔磁桥。本申请有效地解决了现有技术中的转子在高转速工况下的离心力超过转子铁芯承受极限的问题。

Description

适用于高转速工况的转子总成及具有其的电机

技术领域

本发明涉及电机设置技术领域，具体而言，涉及一种适用于高转速工况的转子总成及具有其的电机。

背景技术

驱动电机作为新能源汽车的关键零部件和核心动力来源，对整车的动力性、可靠性、舒适性、经济性有至关重要的影响。相较于同等功率规格的中低速电机，高速电机体积小、重量轻，具有功率密度高、转动惯量小、动态响应快的突出优势，成为车用高功率密度驱动电机的重要发展方向。然而高速电机需要解决一系列高速化带来的问题，其中，由于转速提升离心力增大超过转子铁芯承受极限问题和轴承电腐蚀问题尤为突出。

现有技术中，为解决转子铁芯承受极限问题，具有以下方案：

(1)、采用碳纤维包裹离散的转子铁芯，形成一个完整的转子铁芯，从而完全取消隔磁桥。该方案由于转子铁芯由多个离散的部分组合而成。转子铁芯在制造和装配过程中，磁钢在转子铁芯中的定位至少需要利用两个离散的部分共同完成，且需要在缠绕碳纤维时同步进行，导致电机转子存在加工制造困难和磁钢安装位置偏差大等问题。

(2)、保留部分隔磁桥连接，使铁芯保持一体结构，装配较为简单，但由于隔磁桥部分取消和部分保留，被保留部分的隔磁桥在高速下的应力会急剧增大，需要加更厚的碳纤维包裹来满足该部分强度需求，要求转子和定子之间气隙更大，从而影响电机的电磁性能。

针对现有技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种适用于高转速工况的转子总成及具有其的电机，以解决现有技术中的转子在高转速工况下的离心力超过转子铁芯承受极限的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种适用于高转速工况的转子总成，转子总成包括转子铁芯，转子铁芯包括：硅钢片，硅钢片为多个，多个硅钢片沿转子铁芯的轴线方向堆叠形成转子铁芯的转子本体；碳纤维护套，碳纤维护套与转子本体的侧表面连接；永磁体组，永磁体组为多个，多个永磁体组沿转子本体的圆周方向间隔地设置于转子本体上，各永磁体组与一个磁极对应地设置，各永磁体组均包括多个永磁体，各永磁体远离转子本体中心的一端与碳纤维护套的内边缘之间均形成隔磁桥。

进一步地，各永磁体组包括沿转子本体的径向方向间隔设置的第一永磁体层和第二永磁体层，第一永磁体层和第二永磁体层均包括两个永磁体，两个永磁体关于对应的磁极的d轴对称地设置，第一永磁体层位于第二永磁体层与转子本体的外边缘之间，各永磁体与转子本体的径向方向之间具有预设夹角地设置。

进一步地，碳纤维护套与转子本体的外侧表面过盈连接，碳纤维护套沿转子本体的轴线方向设置为多段结构，其中，碳纤维护套与转子本体压装时，多段碳纤维护套中的一部分沿第一方向与转子本体压装，多段碳纤维护套中的另一部分沿第二方向与转子本体压装。

进一步地，转子本体上设置有多个磁钢安装槽，多个磁钢安装槽与多个永磁体一一对应地设置，各永磁体均安装于磁钢安装槽内，其中，各永磁体通过磁钢胶与对应的磁钢安装槽靠近转子本体中的侧面粘接。

进一步地，第一永磁体层与转子本体的外边缘之间设置有去重孔，去重孔包括第一区域和第二区域，其中，第一区域和第二区域关于转子本体的径向对称布置。

进一步地，各磁钢安装槽远离转子本体的中心的一侧与安装与磁钢安装槽的永磁体表面形成间隙，间隙中填充有非导磁缓冲物。

进一步地，转子总成还包括：转轴，转轴与转子铁芯连接，转轴沿自身轴线方向的两端分别与后端盖、减速器连接，转轴靠近后端盖的一端设置有第一轴承，转轴靠近减速器的一端设置有多个第二轴承，其中，第一轴承为绝缘轴承，第二轴承为普通钢球轴承。

进一步地，转轴靠近后端盖的一端设置有导电环，导电环与电机壳体导通。

进一步地，碳纤维护套采用M55J、M40J中的至少一种制成。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括转子总成，转子总成为上述的转子总成。

应用本发明的技术方案，通过在转子本体的侧表面设置碳纤维护套，并使永磁体远离所述转子本体中心的一端与所述转子本体的外边缘之间均形成隔磁桥，使得转子总成既保留隔磁桥，同时利用碳纤维护套进行预紧加固，相比于隔磁桥完全取消的方案，隔磁桥和碳纤维护套共同承受离心力，可有效降低碳纤维护套的厚度，并且相比于隔磁桥部分取消的方案，避免了为解决隔磁桥保留部分的应力增加问题而增大定子与转子之间的气隙。采用本申请的技术方案，使转子总成便于装配，且具有较高的磁阻转矩，能够满足高转速强度要求，同时无需设置较厚的碳纤维层，能够有效减小定子和转子之间的气隙，提高电机性能，有效地解决了现有技术中的转子在高转速工况下的离心力超过转子铁芯承受极限的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的转子总成的第一实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的转子总成的第二实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明的转子总成的第三实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的转子总成的第四实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、硅钢片；

20、转子本体；21、磁钢安装槽；22、去重孔；

30、碳纤维护套；

40、永磁体组；41、永磁体；42、隔磁桥；

50、转轴；51、第一轴承；52、第二轴承；

60、导电环。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

为解决现有技术中的转子在高转速工况下的离心力超过转子铁芯承受极限的问题，现有技术中具有将磁桥全部保留且采用单层磁钢V型布置的方案。采用该磁钢布置形式，转子的磁阻转矩较低，进而降低了电机效率。因此，如何在保证电机的电磁性能的前提下，解决转子在高转速工况下的离心力超过转子铁芯承受极限的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

结合图1至图4所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种适用于高转速工况的转子总成。转子总成包括转子铁芯，转子铁芯包括：硅钢片10、碳纤维护套30、永磁体组40。硅钢片10为多个。多个硅钢片10沿转子铁芯的轴线方向堆叠形成转子铁芯的转子本体20。碳纤维护套30与转子本体20的侧表面连接。永磁体组40为多个。多个永磁体组40沿转子本体20的圆周方向间隔地设置于转子本体20上。各永磁体组40与一个磁极对应地设置。各永磁体组40均包括多个永磁体41。各永磁体41远离转子本体20中心的一端与转子本体20的外边缘之间均形成隔磁桥42。

应用本申请的技术方案，通过在转子本体20的侧表面设置碳纤维护套30，并使永磁体41远离转子本体20中心的一端与转子本体20的外边缘之间均形成隔磁桥42，使得转子总成既保留隔磁桥，同时利用碳纤维护套30进行预紧加固，相比于隔磁桥完全取消的方案，隔磁桥和碳纤维护套30共同承受离心力，可有效降低碳纤维护套30的厚度，并且相比于隔磁桥部分取消的方案，避免了为解决隔磁桥保留部分的应力增加问题而增大定子与转子之间的气隙。采用本申请的技术方案，使转子总成便于装配，且具有较高的磁阻转矩，能够满足高转速强度要求，同时无需设置较厚的碳纤维层，能够有效减小定子和转子之间的气隙，提高电机性能，本申请在保证电机的电磁性能的前提下，解决转子在高转速工况下的离心力超过转子铁芯承受极限的问题。

碳纤维护套过盈装配于转子本体外表面，为转子本体提供径向向内的压应力，能够部分抵消高速旋转时产生的径向向外的离心力，实现改善转子铁芯应力水平的目的，使转子总成能够满足高转速强度要求。相较于现有隔磁桥部分或全部取消的方案，本方案转子本体的所有隔磁桥42全部保留，高转速带来的径向离心力能够由隔磁桥42和碳纤维护套30共同承担，从而减小碳纤维护套30的厚度，碳纤维护套30厚度降低能够减小设计气隙，提升电机性能，同时节省碳纤维材料降低成本，另外隔磁桥42全部保留也使转子铁芯保持一体结构，便于转子总成装配，避免了位置偏差大、装配难度大等问题；相较于现有磁钢单层V型布置的碳纤维转子方案，本方案由上层磁钢和下层磁钢构成双V构型，使磁阻转矩提高，提升电机性能。

如图1所示，各永磁体组40包括沿转子本体20的径向方向间隔设置的第一永磁体层和第二永磁体层。第一永磁体层和第二永磁体层均包括两个永磁体41。两个永磁体41关于对应的磁极的d轴对称地设置。第一永磁体层位于第二永磁体层与转子本体20的外边缘之间。各永磁体41与转子本体20的径向方向之间具有预设夹角地设置。这样设置使得转子具有较高的磁阻转矩，提升电机的工作效率。磁极的d轴即转子磁钢磁极所在轴线，方向是从S极指向N极。

如图3所示，碳纤维护套30与转子本体20的外侧表面过盈连接。碳纤维护套30沿转子本体20的轴线方向设置为多段结构。其中，碳纤维护套30与转子本体20压装时，多段碳纤维护套30中的一部分沿第一方向与转子本体20压装，多段碳纤维护套30中的另一部分沿第二方向与转子本体20压装。实际上，碳纤维护套30常采用缠绕形式或一体压装形式进行安装。采用缠绕方式，碳纤维护套30生产效率低，在产线上难以实现，同时生产环境差。次啊用一体压装方式对碳纤维护套层厚度有要求，且压装行程长易产生内壁刮伤。本实施例的技术方案，通过碳纤维护套30将设置为多段，有效减小压装力，能够适应更薄的碳纤维护套，同时极大程度降低碳纤维护套30的内壁磨损，提高护套强度。

如图3所示，碳纤维护套30以两段形式为例，两段碳纤维护套从转子总成的两侧分别压装，由于压装行程大大缩短，能够降低压装力，因此能够实现更薄护套的压装。同时这样设置也减少了碳纤维护套压装过程中内壁被转子铁芯外表面刮伤的风险，提高了护套强度。可选地，动平衡去重板与转子铁芯附磁钢总成同轴过盈装配于转子轴上，碳纤维护套过盈装配与转子总成外圈，碳纤维护套能够降低转子铁芯的应力，动平衡去重板的外径小于转子铁芯外径，便于护套压装。

现将碳纤维护套30过盈连接的方法说明如下：转子本体20的外径为100mm，碳纤维护套30的内径为98mm，通过将转子本体20在液氮下冷却预设时长，然后将碳纤维护套30从转子本体20的轴向两侧压装进去，即可实现两者的过盈连接。采用该连接形式，有效提高转子本体20与碳纤维护套30之间的连接稳定性，有利于消除永磁体受到的离心力。

如图1和图2所示，转子本体20上设置有多个磁钢安装槽21。多个磁钢安装槽21与多个永磁体41一一对应地设置。各永磁体41均安装于磁钢安装槽21内。其中，各永磁体41通过磁钢胶与对应的磁钢安装槽21靠近转子本体20中的侧面粘接。这样设置使得转子在高速旋转时磁钢的离心力不再由隔磁桥主要承受，磁钢的离心力不再由磁钢槽的上表面承受，因此不再对隔磁桥产生拉应力，有效降低隔磁桥受到的应力，提高转子总成的转速极限。其中，磁钢即永磁体。

如图2所示，第一永磁体层与转子本体20的外边缘之间设置有去重孔22。去重孔22包括第一区域和第二区域。其中，第一区域和第二区域关于转子本体20的径向对称布置。可选地，第一区域和第二区域关于第一永磁体层所对应磁极的d轴对称布置。这样设置可减小转子在高转速下的离心力，改善隔磁桥受力，提高转子的转速极限。去重孔22优选为方性，去重孔22可降低该区域的离心力，降低隔磁桥受力，使其能够满足高转速强度要求。在一个可选的实施例中，各磁钢安装槽21远离转子本体20地中心的一侧与安装与磁钢安装槽21的永磁体41表面形成间隙。间隙中填充有非导磁缓冲物。这样设置可以降低永磁体41所收到的冲击力，进一步提升转子的转速极限。

进一步地，转子总成还包括转轴50。转轴50与转子铁芯连接。转轴50沿自身轴线方向的两端分别与后端盖、减速器连接。转轴50靠近后端盖的一端设置有第一轴承51。转轴50靠近减速器的一端设置有多个第二轴承52，其中，第一轴承51为绝缘轴承，第二轴承52为普通钢球轴承。

转子总成内部容易发生轴承电腐蚀现象。电流经过电机用滚动轴承时，均可能对设备的可靠性造成威胁。电腐蚀即为运转中的轴承套圈与滚子接触的部位有电流通过时，润滑脂油膜较薄的位置会被击穿，使接触表面发生局部熔融、凹凸不平的现象。

如图4所示，第一轴承51采用绝缘轴承，绝缘轴承包括陶瓷球轴承、具有特殊绝缘层的轴承等，由于第一轴承51尺寸小，因此采用绝缘轴承便于其安装，在不显著增加成本的基础上可实现防止电腐蚀。由于第二轴承52的个数较多，且尺寸较大，通常不采用成本较高的绝缘轴承方案，因此第二轴承52处常发生电腐蚀现象。

进一步地，转轴50靠近后端盖的一端设置有导电环60。导电环60与电机壳体导通。导电环60用于将第二轴承52上的电流导出至电机壳体，利用导电环60对第二轴承52实现防护，可降低第二轴承52的电绝缘成本。相较于现有只采用陶瓷球轴承的方案，本方案只在电腐蚀最易产生的电机后轴承应用陶瓷球轴承，减速器的两个较大轴承通过导电环来保护，有效降低成本。相较于只使用导电环的方案，本方案具有更好的保护效果。导电环布置在电机后端有利于油冷电机的导电环防油，便于导电环装配。其中，电机后轴承即为第一轴承51，第二轴承52即为减速器的两个较大轴承。

如图1所示，转子轴向设计紧凑，轴向长度较短，有利于增加转子稳定性，提高转子模态频率，使转子在高速下不易发生振动，降低了电机的运行噪音。

优选地，碳纤维护套30采用M55J、M40J中的至少一种制成。采用上述两种材料，碳纤维护套30弹性模型高，形成护套后抵抗弹性变形能力强，提升加固转子的效果，同时能够有效抑制转子径向变形，减小转子在高速下的径向变形量。采用上述两种材料，在同等厚度下抵抗变形的能力更强，因此在高转速下转子铁芯由于离心力的作用产生弹性变形向外膨胀量大于碳纤维护套的变形量，在此状态下碳纤维护套对转子铁芯的实际过盈量更大，能够对转子铁芯产生更大的压应力，提高其加固效果，同时能够减小转子总成的径向变形量。

可选地。电驱总成由电机总成与减速器总成螺接组成，电机总成与减速器总成共壳体，定子总成过盈装配电机壳体内，转子总成由两端轴承支撑装配于电机总成内，陶瓷球轴承内圈过盈装配于转子轴，外圈过渡装配于电机壳体，导电环过盈装配于电机后端盖，能够将轴电流通过电机后端盖传递到电机壳体后接地。

根据本发明的另一具体实施例，提供了一种电机，包括转子总成，所述转子总成为上述实施例的转子总成。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于高转速工况的转子总成，其特征在于，所述转子总成包括转子铁芯，所述转子铁芯包括：

硅钢片(10)，所述硅钢片(10)为多个，多个所述硅钢片(10)沿所述转子铁芯的轴线方向堆叠形成所述转子铁芯的转子本体(20)；

碳纤维护套(30)，所述碳纤维护套(30)与所述转子本体(20)的侧表面连接；

永磁体组(40)，所述永磁体组(40)为多个，多个所述永磁体组(40)沿所述转子本体(20)的圆周方向间隔地设置于所述转子本体(20)上，各所述永磁体组(40)与一个磁极对应地设置，各所述永磁体组(40)均包括多个永磁体(41)，各所述永磁体(41)远离所述转子本体(20)中心的一端与所述碳纤维护套(30)的内边缘之间均形成隔磁桥(42)。

2.根据权利要求1所述的适用于高转速工况的转子总成，其特征在于，各所述永磁体组(40)包括沿所述转子本体(20)的径向方向间隔设置的第一永磁体层和第二永磁体层，所述第一永磁体层和第二永磁体层均包括两个所述永磁体(41)，两个所述永磁体(41)关于对应的所述磁极的d轴对称地设置，所述第一永磁体层位于所述第二永磁体层与所述转子本体(20)的外边缘之间，各所述永磁体(41)与所述转子本体(20)的径向方向之间具有预设夹角地设置。

3.根据权利要求1所述的适用于高转速工况的转子总成，其特征在于，所述碳纤维护套(30)与所述转子本体(20)的外侧表面过盈连接，所述碳纤维护套(30)沿所述转子本体(20)的轴线方向设置为多段结构，其中，所述碳纤维护套(30)与所述转子本体(20)压装时，多段所述碳纤维护套(30)中的一部分沿第一方向与所述转子本体(20)压装，多段所述碳纤维护套(30)中的另一部分沿第二方向与所述转子本体(20)压装。

4.根据权利要求1所述的适用于高转速工况的转子总成，其特征在于，所述转子本体(20)上设置有多个磁钢安装槽(21)，多个所述磁钢安装槽(21)与多个所述永磁体(41)一一对应地设置，各所述永磁体(41)均安装于所述磁钢安装槽(21)内，其中，各所述永磁体(41)通过磁钢胶与对应的所述磁钢安装槽(21)靠近所述转子本体(20)中的侧面粘接。

5.根据权利要求2所述的适用于高转速工况的转子总成，其特征在于，所述第一永磁体层与所述转子本体(20)的外边缘之间设置有去重孔(22)，所述去重孔(22)包括第一区域和第二区域，其中，所述第一区域和所述第二区域关于所述转子本体(20)的径向对称布置。

6.根据权利要求4所述的适用于高转速工况的转子总成，其特征在于，各所述磁钢安装槽(21)远离所述转子本体(20)的中心的一侧与安装与所述磁钢安装槽(21)的所述永磁体(41)表面形成间隙，所述间隙中填充有非导磁缓冲物。

7.根据权利要求1所述的适用于高转速工况的转子总成，其特征在于，所述转子总成还包括：

转轴(50)，所述转轴(50)与所述转子铁芯连接，所述转轴(50)沿自身轴线方向的两端分别与后端盖、减速器连接，所述转轴(50)靠近所述后端盖的一端设置有第一轴承(51)，所述转轴(50)靠近所述减速器的一端设置有多个第二轴承(52)，其中，所述第一轴承(51)为绝缘轴承，所述第二轴承(52)为普通钢球轴承。

8.根据权利要求7所述的适用于高转速工况的转子总成，其特征在于，所述转轴(50)靠近所述后端盖的一端设置有导电环(60)，所述导电环(60)与电机壳体导通。

9.根据权利要求1所述的适用于高转速工况的转子总成，其特征在于，所述碳纤维护套(30)采用M55J、M40J中的至少一种制成。

10.一种电机，包括转子总成，其特征在于，所述转子总成为权利要求1至9中任一项所述的转子总成。