CN117134531A - 用于旋转电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于旋转电机的转子，其具有：支撑筒(8)，其具有外表面(9)和中心腔(12)；多个永磁体(6)，它们轴向地定向，搁置在支撑筒(8)的外表面(9)上，并且围绕旋转轴线(3)彼此并排设置以形成闭合环；以及两个侧盘(15)，它们固定在支撑筒(8)的轴向相对端部并且部分地设置在支撑筒(8)的中心腔(12)内。

Description

用于旋转电机的转子

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2022年5月27日提交的意大利专利申请第102022000011189号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于旋转电机的转子。

本发明在用于汽车动力提供的旋转电机中获得有利的应用，该旋转电机安装在车辆上并且可以用作马达(吸收电能并产生机械扭矩)或用作发电机(将机械能转换成电能)。

背景技术

用于汽车动力提供的旋转电机包括：轴，其以旋转方式安装为围绕中心旋转轴线旋转；转子，其通常具有永磁体并且被装配到轴上以随轴旋转；以及定子，其围绕转子设置以在内部包围转子。

专利申请US2003011262A1公开了一种用于旋转电机的转子，该转子具有带有内部空间的中心芯，永磁体设置在所述芯上。

专利申请US2021242735A1公开了一种用于旋转电机的转子，该转子具有多个磁性元件，这些磁性元件围绕旋转轴线彼此相邻设置以形成闭合环；每个磁性元件由多个永磁体组成，这些永磁体根据海尔贝克(Halbach)阵列在轴向上一个接一个地设置。

专利申请DE102012011002A1公开了一种用于旋转电机的转子，该转子具有管状的中心元件和装配到中心元件中的两个凸缘侧部。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于旋转电机的转子，其具有特别小的质量和特别小的旋转惯性。

根据本发明，提供了一种根据所附权利要求的用于旋转电机的转子。

所附权利要求描述了本发明的优选实施方式并形成描述的组成部分。

附图说明

现在将参照附图来描述本发明，附图示出了本发明的非限制性实施方式，其中：

图1是具有根据本发明的转子的旋转电机的示意性纵向剖视图；

图2是图1的转子的立体图；

图3是图1的转子的纵向剖视图；以及

图4是图1的转子的分解立体图，其中为了更清楚起见，省略了一些部分。

附图标记列表

1电机；2轴；3旋转轴线；4转子；5定子；6永磁体；7永磁体；8支撑筒；9外表面；10半轴；11半轴；12中心腔；13环形抵接部；14安装环；15侧盘；16通孔；17外环；18内环；19环形抵接部；20容纳元件。

具体实施方式

在图1中，附图标记1表示整体的用于汽车动力提供的同步电机，该电机是可逆电机(即，既可以作为电动马达(吸收电能并产生机械扭矩)工作又可以作为发电机(吸收机械能并产生电能)工作的电机)。

电机1适于安装在包括至少两个驱动轮的电动或混合动力驱动车辆中(即，安装在两轮驱动或四轮驱动的电动或混合动力车辆中)。特别地，电机1可以连接到驱动轮(直接地或借助于可能具有离合器的动力传动系)；即，在电机1与驱动轮之间，可以存在直接连接，可以存在简单的减速器，或者也可以存在连接/断开装置(例如，离合器)。

电机1包括：轴2，其以旋转的方式安装为围绕中心旋转轴线3旋转；具有永磁体的转子4，其装配到轴2上以随轴2旋转；以及具有管状的圆柱形形状的定子5，其围绕转子4设置为在内部包围转子4(替代地，转子4可以设置在外部)。

在转子4与定子5之间限定了具有环形形状的气隙，该气隙具有小厚度(通常是允许转子4在定子5内完全安全地旋转所需的最低限度的最小值)。

根据图3和图4，转子4包括多个永磁体6，这些永磁体6轴向地定向并且围绕旋转轴线3彼此并排设置以形成闭合环。永磁体6具有表面布置，即它们设置在转子4的外表面的区域中并且不插入到在转子4上获得的槽中。

构建闭合环的一系列的永磁体6需要根据海尔贝克阵列的周向布置，以在径向上消除永磁体6的内部的磁场并且在径向上使永磁体6的外部的磁场最大。换句话说，永磁体6被设置为在径向上消除永磁体6的内部(朝向轴2)的磁场，并且在径向上使永磁体6的外部(朝向定子5的磁芯)的磁场最大。即，永磁体6根据海尔贝克阵列在周向上一个接一个地设置，以在径向上消除永磁体6的内部的磁场并且在径向上使永磁体6的外部的磁场最大。

海尔贝克阵列是永磁体6的特殊接合(布置)，这些永磁体6被设置为使阵列一侧(在该实施方式中，径向外侧)的磁场增强，同时通过干涉使相对侧(在该实施方式中，径向内侧)的磁场消失(消除)。根据优选的实施方式，海尔贝克阵列需要循环重复四个(或甚至更多组)永磁体6的组：具有在周向上沿顺时针方向设置的南-北取向的永磁体6；接着的具有在径向上朝外设置(即，远离中心旋转轴线3移动)的南-北取向的永磁体6；接着的具有在周向上沿逆时针方向设置的南-北取向的永磁体6；以及接着的具有在径向上朝内设置(即，靠近中心旋转轴线3移动)的南-北取向的永磁体6。

根据不同的实施方式，永磁体6不根据海尔贝克阵列进行设置。

根据优选的实施方式，每个永磁体6不是整体状的(即，从一开始就由单块未被分割且不可分割的磁性材料组成)，而是由在轴向上一个接一个地对齐的轴向的一系列的永磁体7(小于永磁体6)形成，即，每个永磁体6由在轴向上一个接一个地设置的多个永磁体7(小于永磁体6)组成；特别地，在每个永磁体6中，大体存在一个接一个地对齐的二十个到六十个永磁体7。

在每个永磁体6中，构成永磁体6的所有永磁体7都具有相同的取向，即，从磁场的角度来看，它们都是相同定向的；换句话说，在同一个永磁体6中，构成该永磁体6的永磁体7具有以完全相同的方式定向的磁场。

在附图所示的实施方式中，永磁体6替代地具有矩形形状的横截面和等腰梯形形状的横截面；根据未在本文中示出的不同实施方式，永磁体6都具有相同的等腰梯形形状的横截面(显然，具有交替的取向以构建环)。

根据图3和图4，转子4包括支撑筒8，该支撑筒8容纳永磁体6；特别地，支撑筒8具有外表面9，永磁体6搁置在该外表面9上。换句话说，永磁体6表面上设置在支撑筒8的外侧上。根据优选的实施方式，支撑筒8的外表面9是有刻面的，即由多个平坦表面组成，每个平坦表面为对应的永磁体6提供平坦支撑。

支撑筒8联接到轴2(即，被约束为与轴2成角度地为一体)，使得它们一起形成一个单块。根据优选的实施方式，轴2由两个半轴10和11组成，每个半轴与另一个半轴分离且间隔开，并且单独地联接(固定)到支撑筒8；即，每个半轴10或11独立于另一个半轴10或11并且与另一个半轴10或11分离，并且独立于另一个半轴10或11(两个半轴10和11不接触，因为它们以彼此给定的距离设置)而联接(固定)到支撑筒8。特别地，支撑筒8是内部中空的，并且具有中心通孔12，两个半轴10和11插入该中心通孔12中。根据优选的实施方式，每个半轴10或11通过干涉(特别地，借助于热冷联接以获得高紧固力)而被驱动到支撑筒8中(即，支撑筒8的中心腔12中)。

根据优选的实施方式，在支撑筒8的中心腔12内部和两个端部的区域中，获得了两个环形抵接部13，对应的半轴10和11靠在这两个环形抵接部13上；即，两个环形抵接部13是半轴10和11在支撑筒8的中心腔12中插入的限位挡块(座)。特别地，每个半轴10或11在内部以安装环14结束，该安装环14通过干涉而被驱动到支撑筒8的中心腔12中并且靠在对应的环形抵接部13上。

半轴10被成形为安装在支撑轴承上；此外，半轴10还被成形为连接到运动的传动装置并且因此具有花键加工。半轴11被成形为安装在另一个支撑轴承上；此外，半轴11还被成形为连接到角位置传感器(特别地，连接到解算装置)。

根据图3和图4，转子4包括一对侧盘15(也被称为平衡盘)，该对侧盘15围绕轴2设置在支撑筒8的两个相对端部处，并且被设计为(尤其)容纳并且保持(如果需要)被组合在一起的永磁体6。换句话说，两个侧盘15构成转子4的两个相对端部，并且可以保持永磁体6在轴向上被压缩，以保持被组装在一起的永磁体6。

根据可能的实施方式，侧盘15被设计为具有平衡开口，这些平衡开口使转子4围绕旋转轴线3平衡，并且是借助于圆柱形钻孔或借助于铣削而制造的。为了允许转子4以高旋转速度运行，同时确保长的工作寿命，需要使运行期间产生的振动最小化，该振动必须被支撑轴2的轴承吸收。为此，转子4通常需要被精细地平衡以减少不平衡(由于不可避免的构造公差造成的)，该不平衡在旋转期间产生振动。为了使转子4平衡，使用了两个侧盘15，它们由于平衡开口(其可以是死开口或贯通开口并且可以以径向或轴向的方式设置)所产生的它们的质量的校准的不对称而用作平衡元件。

平衡孔的存在、数量、布置和深度显然是绝对随机的，它们可以从一个转子4到另一个转子4而完全变化，因为它们取决于转子4在其制造过程结束时的实际不平衡(由于构造公差造成的)。理论上讲，转子4可以完全没有平衡孔，因为对于构造公差的幸运组合，在转子4的制造过程结束时，它仅受到围绕旋转轴线3的不平衡的影响，该不平衡是如此小以至于不需要校正。

每个侧盘15在中心处具有通孔16，对应的半轴10或11穿过该通孔16设置(没有接触)。此外，每个侧盘15由外环17和内环18(均在中心被相同的通孔16穿过)组成，外环17和内环18形成没有空隙的单个不可分割体。在每个侧盘15中，外环17具有比内环18的直径大的直径，延伸超过支撑筒8的外表面9，并且因此限定用于永磁体6的轴向容纳构件；另一方面，在每个侧盘15中，内环18联接到支撑筒8(即，被约束为与支撑筒8成角度地为一体)以形成一个单块。即，在每个侧盘15中，外环17具有轴向容纳永磁体6的功能以及平衡功能(即，在外环17上获得平衡开口)，而内环18用作与支撑筒8的机械联接件。

根据优选的实施方式，每个侧盘15与对应的半轴10或11相邻并且在径向上比对应的半轴10或11更靠外侧地通过干涉(特别地，借助于热冷联接以获得高紧固力)而被驱动到支撑筒8中(即，支撑筒8的中心腔12中)。根据优选的实施方式，在支撑筒8的中心腔12内部和两个端部的区域中，获得了两个环形抵接部19，对应的侧盘15的内环18靠在这两个环形抵接部19上；即，两个环形抵接部19是对应的侧盘15的内环18在支撑筒8的中心腔12中的插入的限位挡块(座)。每个环形抵接部19比对应的环形抵接部13在轴向上设置成更靠外侧，并且具有比对应的环形抵接部13的直径大的直径。

根据优选的实施方式，侧盘15在轴向上撞在支撑筒8上；即，侧盘15在轴向上“接触”支撑筒8，而不是“接触”永磁体6，以在轴向上直接压靠在支撑筒8上，而不是压靠在永磁体6上。

由于上面的公开内容，显而易见的是，两个半轴10和11彼此独立并且彼此分离，并且还独立于相应的侧盘15并与相应的侧盘15分离；此外，两个半轴10和11独立于相应的侧盘15而单独地插入支撑筒8的中心腔12的相对端部中，以与支撑筒8形成一个单块。每个侧盘15在中心处具有通孔，对应的半轴10或11穿过该通孔设置为有间隙，即没有相互接触。根据优选的实施方式，每个侧盘15与对应的半轴10或11没有接触点(在轴向上或在径向上)；即，在每个侧盘15与对应的半轴10或11之间，在轴向定向的表面中或在轴向定向的表面中没有接触点。

转子4包括圆柱形容纳元件20，该圆柱形容纳元件20在内部是中空的并且围绕永磁体6设置成保持永磁体6与支撑筒8接触；即，容纳元件20在外侧覆盖永磁体6以提供永磁体6的径向容纳件，从而防止离心力将永磁体6推靠在定子5的磁芯上。根据优选的实施方式，容纳元件20由复合材料制成的管状元件组成，该管状元件通过干涉而被驱动到围绕永磁体6。替代地，容纳元件14由塑料材料、轻的非铁磁性金属材料(例如，铝、钛或镁)或铁磁性金属材料(但可能性较小)制成。作为另外的替代方案，容纳元件20由成螺旋缠绕在永磁体6上的树脂粘接的细丝组成。

根据可能的实施方式，容纳元件20由单个整体状部件(即，没有空隙)组成。替代地，容纳元件20由彼此分离并且彼此独立并且彼此并排设置的两个或更多个部件组成；在该实施方式中，构成容纳元件20的不同部件围绕永磁体6单独地装配，从而减小操(如上所述，其以给定的干涉发生)作所需的总的力。

一般而言，半轴10由高强度(high-resistance)钢(或机械特征方面的另一种等效材料)制成，因为它必须能够传递由转子4产生或吸收的扭矩；另一方面，半轴11由钢或具有比半轴10的钢强度小的另一种金属材料制成，因为半轴11不传递由转子4产生或吸收的扭矩。

支撑筒8由铁磁性金属材料(钢)、非磁性材料(例如，不锈钢、铝、钛或镁)或甚至非金属材料(通常，诸如碳纤维的复合材料，以便具有必要的强度)制成。如上所述，由于永磁体6的海尔贝克阵列，永磁体6内部的磁场为零，因此，支撑筒8不受显著磁场的影响；因此，支撑筒8不一定需要具有铁磁特性。由磁性金属材料制成的支撑筒8简化了转子4的组装，因为永磁体6通过磁性吸引而附着到支撑筒8的外表面9上，因此，在组装期间，它们可以更容易地设置到支撑筒8的外表面9上。

侧盘15通常由非磁性的不锈钢制成以具有必要的强度，允许转子4的正确平衡(侧盘15必须具有给定的质量，以便能够由于从侧盘15去除材料而确保有效的平衡作用)，同时允许不干扰由永磁体6产生的磁场。

根据可能的实施方式，在每个永磁体6中，各个永磁体7通过安装胶(其为电绝缘体)的插入而彼此胶合，以减少由于寄生电流引起的功率损耗。换句话说，通过借助于安装胶(其为电绝缘体)将各个永磁体7彼此胶合来获得每个永磁体6。

根据优选的实施方式，永磁体6直接安装在支撑筒8的外表面9上；特别地，每个永磁体6借助于安装胶而胶合到支撑筒8的外壁9上，安装胶优选地为电绝缘体(以避免通过支撑筒8的外壁9使同一永磁体6的不同永磁体7“短路”)。换句话说，在支撑筒8的外壁9与永磁体6之间，插入了由安装胶构建的电绝缘层。

安装胶具有使永磁体6与位于下方的支撑筒8的外壁9电绝缘的功能，尤其是具有在构建转子4时将永磁体6连接到支撑筒8的外壁9的功能(通过容纳元件20确保永磁体6的机械保持，因为安装胶不能在转子4高速旋转时抵抗离心力)。

本文描述的实施方式可以彼此组合，而不会因此超出本发明的保护范围。

上述转子4具有许多优点。

首先，上述的转子4具有小质量和低旋转惯性，对性能有利(特别地，小旋转惯性减小整个动力传动系上的动态应力)。

此外，上述的转子4使用创新材料(特别是复合材料)，该创新材料确保了以前从未达到的性能质量比。特别地，上述的转子4对于构成转子4的主要部件(支撑筒8、半轴10、半轴11、侧盘15)使用了不同的材料；这样，每个主要部件(支撑筒8、半轴10、半轴11、侧盘15)可以由最适合抵抗在使用中产生的机械应力并且优化性能/质量比的材料制成。特别地，侧(平衡)盘15可以由具有较小机械性能的非磁性材料制成。

上面公开的转子4还由于侧盘15与支撑筒8的简化连接而具有显著的质量和惯性减小的特征，因为侧盘15通过干涉而被驱动到支撑筒8的中心腔12中而消除了两个侧盘15与支撑筒8的所有附加机械连接(例如，焊接)。

在上面公开的转子4中，尽管侧盘15与支撑筒8之间的机械连接非常简单且轻，但是也确保了很大的稳定性和安全性，因为在转子4的旋转期间作用的离心力将侧盘15的内环18推靠在支撑筒8上，并且因此倾向于加强(而不是弱化)其连接。因此，该解决方案特别适合于制造具有大直径的转子4，其中作用在侧盘15上的离心力达到特别高的值。

上述的转子4确保了高能量效率(即，输入的机械或电功率与输出的电或机械功率之间的高效率)；在这方面，应当指出的是，容纳元件20的存在确保了高径向定位和圆度精度，最小化了转子4与定子5之间存在的气隙。

最后，上述的转子4制造简单，因为它由形状简单的少量部件组成，这些部件即使在自动工艺中也可以彼此快速组合。

Claims (15)

1.一种用于旋转电机(1)的转子(4)，其包括：

支撑筒(8)，该支撑筒(8)具有外表面(9)和中心腔(12)；

多个主永磁体(6)，该多个主永磁体(6)搁置在所述支撑筒(8)的所述外表面(9)上，并且围绕旋转轴线(3)彼此并排设置以形成闭合环；

两个侧盘(15)，所述两个侧盘(15)固定在所述支撑筒(8)的轴向相对端部，并且各自部分地设置在所述支撑筒(8)的所述中心腔(12)内；以及

彼此独立且彼此分离的两个半轴(10，11)；

所述转子(4)的特征在于：

所述两个半轴(10，11)独立于相应的侧盘(15)并与相应的侧盘(15)分离，并且独立于相应的侧盘(15)而单独地插入所述支撑筒(8)的所述中心腔(12)的相对端部中，以与所述支撑筒(8)形成一个单块；并且

每个侧盘(15)在中心处具有通孔，对应的半轴(10，11)通过所述通孔设置为有间隙，即没有相互接触。

2.根据权利要求1所述的转子(4)，其特征在于，每个侧盘(15)与对应的半轴(10，11)没有接触点。

3.根据权利要求1所述的转子(4)，其特征在于，每个侧盘(15)由外环(17)和内环(18)组成，所述外环(17)和所述内环(18)形成没有间隙的单一不可分割体。

4.根据权利要求3所述的转子(4)，其特征在于，每个侧盘(15)的内环(18)具有比外环的直径小的直径，并且设置在所述支撑筒(8)的所述中心腔(12)内部以获得与所述支撑筒(8)的机械连接。

5.根据权利要求4所述的转子(4)，其特征在于，所述支撑筒(8)的所述中心腔(12)具有两个第一环形抵接部(19)，对应的侧盘(15)的内环(18)靠在所述两个第一环形抵接部(19)上。

6.根据权利要求3所述的转子(4)，其特征在于，每个侧盘(15)的外环(17)具有比内环(18)的直径大的直径，延伸经过所述支撑筒(8)的另一个表面(9)并且限定用于所述主永磁体(6)的轴向容纳部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的转子(4)，其特征在于：

每个半轴(10，11)通过干涉而被驱动到所述支撑筒(8)的所述中心腔(12)中；

每个侧盘(15)与相应的半轴(10，11)分离地且独立于相应的半轴(10，11)地通过干涉而被驱动到所述支撑筒(8)的所述中心腔(12)中。

8.根据权利要求7所述的转子(4)，其特征在于：

所述支撑筒(8)的所述中心腔(12)具有两个第一环形抵接部(19)，对应的侧盘(15)的内环(18)靠在所述两个第一环形抵接部(19)上；并且

所述支撑筒(8)的所述中心腔(12)具有两个第二环形抵接部(13)，对应的半轴(10，11)靠在所述两个第二环形抵接部(13)上。

9.根据权利要求8所述的转子(4)，其特征在于，每个第一环形抵接部(19)比对应的第二环形抵接部(13)在轴向上设置成更靠外侧，并且具有比对应的第二环形抵接部(13)的直径大的直径。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的转子(4)，其特征在于，第一半轴(10)由与构成第二半轴(11)的材料不同的材料制成。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的转子(4)，其特征在于，所述支撑筒(8)由与构成所述两个半轴(10，11)的材料不同的材料制成。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的转子(4)，其特征在于，所述支撑筒(8)由与构成所述两个侧盘(15)的材料不同的材料制成。

13.根据权利要求1至6中任一项所述的转子(4)，其特征在于，每个主永磁体(6)由多个副永磁体(7)组成，所述多个副永磁体(7)在轴向上一个接一个地设置。

14.根据权利要求1至6中任一项所述的转子(4)，其特征在于，所述主永磁体(6)根据海尔贝克阵列在周向上一个接一个地设置，以在径向上消除所述主永磁体(6)的内部的磁场并且在径向上使所述主永磁体(6)的外部的磁场最大。

15.根据权利要求14所述的转子(4)，其特征在于，所述海尔贝克阵列需要循环重复四个主永磁体(6)的组：具有在周向上沿顺时针方向设置的南-北取向的主永磁体(6)、接着的具有在径向上朝外设置的南-北取向的主永磁体(6)、接着的具有在周向上沿逆时针方向设置的南-北取向的主永磁体(6)以及接着的具有在径向上朝内设置的南-北取向的主永磁体(6)。