CN117220428A - 具有带轴向磁通磁体板的径向辐条式转子的转矩常数可变的电机及其方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及一种用于径向磁通电动马达组件中的转子组件，该径向磁通电动马达组件具有可相对于端部磁体旋转的芯磁体，使得转子组件的转矩常数变化。当转子组件处于平衡时，多个端部磁体定位在芯磁体上方，并且转子组件在处于平衡时具有第一转矩常数。多个端部磁体可在对转子组件施加转矩时相对于芯磁体旋转。

Description

具有带轴向磁通磁体板的径向辐条式转子的转矩常数可变的 电机及其方法

技术领域

本公开的领域总体上涉及转矩常数可变的电动马达，更具体地涉及具有轴向磁通磁体板的径向嵌入式永磁体转子以及增加磁通密度和比转矩的方法。

背景技术

径向磁通电机通常包括定位在转子芯内的辐条式永磁体，通常称为内置式永磁体转子。转子由多个叠片和周向间隔开的极形成。在相邻的极之间形成有槽，并且辐条式磁体被插入到槽中。为了进一步提高马达的效率，并防止磁通泄漏穿过叠片，转子可包括定位在辐条式磁体上方和下方的轴向磁体。磁通泄漏穿过叠片极并从转子轴向地辐射出去，这可能在附近的导电结构中感应出涡流。泄漏磁通虽然相对较小，但会引起显著的涡流损耗，这在操作期间对电机的转矩和效率都具有不利影响。

具有固定的电子驱动电流容量的转矩常数恒定的马达通常被配置为在低速下提供高转矩，或者在高速下提供低转矩，但不是两者都提供。这种限制要求定子绕组针对特定速度和转矩进行定制，从而导致制造复杂性或使电子驱动器尺寸过大，以便为高转矩需求的情况提供更多电流，从而导致成本增加。

传统的永磁马达被配置成在高达基本速度限值的速度范围内施加输出转矩。当旋转速度增加时，速度与马达中反电动势的电势增加直接相关。因此，反电动势受到诸如磁通密度、绕组配置和旋转速度的特性的限制。随着永磁马达的旋转速度增加，反电动势将逐渐增加，直到达到马达的最大反电动势，在该点处转子将不再会运行得更快。因此，反电动势和基准RPM速度限制了动态RPM范围。

传统的转矩常数恒定的马达被配置和绕线成在低速下提供高转矩或在低转矩下提供高速。传统的转矩常数可变的马达包括用于改变转矩常数的装置，以便可以在较低的速度下获得较高的转矩。例如，连接到马达的固定的减速传动比可以被配置成用于启动或加速期间的高转矩-低速，以及在正常操作期间的低转矩-高速。这种结构需要附加的部件、更大的空间外壳和增加的成本。

因此，在本领域中需要在宽的速度范围上具有高转矩能力的高效率电机。

发明内容

在一个实施例中，描述了一种用于径向磁通电动马达组件中的转子组件。转子组件包括与转子芯联接的可旋转的转子轴，转子芯包括围绕转子轴的中心轴线周向间隔开的多个转子极，其中所述转子芯包括以与所述多个转子极交替的方式间隔开的多个芯磁体；以及，至少一个端板，其连接到所述可旋转的转子轴，所述至少一个端板定位在所述转子芯上方，其中所述至少一个端板包括联接到所述至少一个端板的多个端部磁体。当转子组件处于平衡时，所述多个端部磁体定位在芯磁体上方，其中所述转子组件在处于平衡时具有第一转矩常数，其中所述多个端部磁体能在所述转子组件被施加转矩时相对于芯磁体旋转，其中在转子组件被施加转矩时，转子组件具有中间转矩常数。

在另一个实施例中，描述了一种电动马达组件。所述电动马达组件包括：定子组件，其包括定子芯和多个绕组；以及转子组件，其包括转子芯，该转子芯包括围绕可旋转的转子轴的中心轴线周向间隔开的多个转子极，其中所述转子芯包括以与所述多个转子极交替的方式间隔开的多个芯磁体；至少一个端板，所述至少一个端板连接到所述可旋转的转子轴，所述至少一个端板定位在所述转子芯上方，其中所述至少一个端板包括联接到所述至少一个端板的多个端部磁体。当转子组件处于平衡时，所述多个端部磁体定位在芯磁体上方，其中所述转子组件在处于平衡时具有第一转矩常数，其中在转子组件被施加转矩时，所述多个端部磁体能够相对于芯磁体旋转，其中在转子组件被施加转矩时，转子组件具有中间转矩常数。

附图说明

图1是示例性电动马达组件的透视剖视图；

图2是图1所示的电动马达组件的定子组件和转子组件的端视图；

图3是可包括在图1所示的电动马达组件内的示例性转子芯的透视图；

图4是包括图3所示的转子芯并且可以包括在图1所示的电动马达组件内的示例性转子组件的透视图；

图5是图4所示的转子组件的局部分解图；

图6是可以包括在图4所示的转子组件内的毂组件的透视图；

图7是图6的毂组件的局部分解图；

图8是可以包括在图4所示的转子组件内的毂组件的透视图；

图9是可以包括在图6所示的毂组件内的示例性鼓筒的截面图；

图10是图6所示的毂组件的截面图；

图11是图4所示的转子组件的截面图；

图12是图4所示的转子组件的转矩常数图；以及

图13是图4所示的转子组件的截面图。

具体实施方式

本公开的实施例涉及一种用于径向磁通马达组件中的转子组件，该转子组件具有可相对于端部磁体旋转的芯磁体，使得转子组件的转矩常数是变化的。当转子组件平衡时，多个端部磁体定位在芯磁体上方，并且转子组件在平衡时具有第一转矩常数。多个端部磁体可在转子组件被施加转矩时相对于芯磁体旋转。

图1是示例性电动机/电动马达10的透视剖视图。尽管在本文中称为电动机/电动马达10，但是电动机10可以作为发电机或电动机来操作。电动马达10包括第一端12、第二端14和马达组件外壳16。电动马达10还包括定子组件18和转子组件20。马达组件外壳16限定了马达10的内部22和外部24，并且被构造成至少部分地封闭和保护定子组件18和转子组件20。定子组件18包括定子芯28，定子芯28包括多个齿30和缠绕在定子齿30周围的多个绕组32。此外，在示例性实施例中，定子组件18是三相凸极定子组件，并且定子芯28由采用高磁导率材料制成的一组叠片形成。或者，定子组件18是单相凸极定子组件。定子组件18可以是大致圆形的、分段的或卷绕型定子结构，并且绕组32以任何合适的方式缠绕在定子芯28上，使得马达10能够如本文所述起作用。例如，绕组32可以是集中式或分布式(交叠式)绕组。

转子组件20包括永磁体转子芯36和轴38。在示例性实施例中，转子芯36由采用导磁材料制成的叠片堆叠形成。转子芯36基本上容纳在定子芯28的中心孔中，用于沿着旋转轴线X旋转。为了简单起见，图1将转子芯36和定子芯28示为实心的。虽然图1是三相电动马达的图示，但是这里描述的方法和装置可以包括在具有任意数量的相的马达中，包括单相和多相电动马达。

在示例性实施例中，电动马达10连接到风扇或离心式鼓风机(未示出)，用于使空气移动通过空气处理系统，以将空气吹过冷却或加热盘管，和/或用于驱动空调/制冷系统内的压缩机。更具体地，马达10可用于供暖、通风和空调(HVAC)行业中使用的空气移动应用，例如，在使用1/5马力至1马力马达的住宅应用中。马达10也可用于商业和工业应用和/或在空调应用中使用的封闭式压缩机电机，其中马达10可具有大于1马力的额定值。尽管本文在空气处理系统的背景下进行了描述，但是电动马达10可以接合任何合适的工作部件，并且被构造成驱动这种工作部件。

图2是具有中心轴线102(如图3所示)并包括定子组件104和转子组件106的示例性电动马达100的端部截面图。定子组件104包括具有定子轭或基部110的环形芯108和从基部110径向向内延伸的多个定子齿112。在示例性实施例中，多个绕组114围绕定子齿112缠绕，使得每个齿112包括单个绕组114。在其它实施例中，定子组件104每隔一个齿112包括一个绕组114。

定子基部110包括内表面116和外表面118，内表面116和外表面118围绕中心轴线102(如图3所示)延伸并且径向间隔开。内表面116和外表面118限定了位于两者之间的基部110的厚度120。在替代实施例中，定子组件104包括使得马达组件100能够如本文所述操作的任何基部110。

此外，在示例性实施例中，定子组件104具有由基部110限定的外径D1。在一些实施例中，外径D1在约100mm(4英寸)至约400mm(14英寸)的范围内。例如，在一些实施例中，基部110具有大约240mm(9.5英寸)或大约310mm(12.2英寸)的外径。在替代实施例中，定子组件104具有使马达组件100能够如本文所述地操作的任何直径。

另外，在示例性实施例中，定子齿112从基部110径向延伸。在一些实施例中，定子齿112与基部110成一体。在另外的实施例中，定子齿112联接到基部110。在示例性实施例中，每个定子齿112包括定位成靠近转子组件106的远侧尖端122。

此外，在示例性实施例中，定子齿112围绕基部110周向地间隔开，并且在其间限定了槽124。定子齿112构造成接收导电线圈或绕组114，使得绕组114围绕齿112延伸并穿过槽124。在一些实施例中，定子齿112限定不超过24个槽。在示例性实施例中，定子组件104包括限定十八个槽124的十八个定子齿112。在替代实施例中，马达组件100包括任何数量的定子齿112，例如十二个，其使得马达组件100能够如本文所述地操作。

在一些实施例中，定子组件104由多个叠片组装而成。所述多个叠片中的每一个都形成为期望的形状和厚度。叠片联接在一起以形成具有期望的累积厚度的定子组件104。在另外的实施例中，定子组件104包括第一构型，例如扁平或带状构型，和第二构型，例如圆形构型。定子组件104从第一构型运动或“卷”到第二构型以形成具有大致圆柱形形状的卷绕型定子组件104。在替代实施例中，定子组件104以使定子组件104能够如本文所述工作的任何方式组装。

此外，在示例性实施例中，外表面118包括弯曲部分126和平直部分128。弯曲部分126围绕基部110沿周向延伸。平直部分128沿着弯曲部126之间的弦延伸。此外，弯曲部分126和平直部分128相对于中心轴线102从基部110的第一端纵向地延伸到第二端。弯曲部分126为基部110提供增加的强度，以增加环向应力容量并抵抗基部110的变形。在替代实施例中，外表面118包括使马达组件100能够如本文所述地操作的任何部分。例如，在一些实施例中，外表面118围绕基部110的整个周边弯曲。

继续参照图2，转子组件106包括具有毂部分132的转子芯130，和围绕毂部分132周向间隔开的多个转子极134。毂部分132包括开口，该开口被构造成接收穿过其中的联接到负载的可旋转轴136。在示例性实施例中，转子芯130还包括以与多个转子极134交替的方式间隔开的多个芯磁体138。多个转子极134在每对周向相邻的转子极134之间限定径向孔140，并且每个径向孔140被构造为在其中接收至少一个芯磁体138。

因此，在示例性实施例中，转子组件106是辐条式转子，并且构造成与至少一些已知的转子组件相比提供增加的磁通量。定子组件104被构造成提供用于增加的磁通量和由于增加的磁通量而增加的环向应力容量。在替代实施例中，马达组件100包括使马达组件100能够如本文所述操作的任何转子组件106。

图3是转子芯130的透视图，其示出了可包括在图2所示的径向磁通电动马达组件100内的多个转子极134。在示例性实施例中，也称为径向嵌入式永磁体转子的转子组件106包括转子芯130和轴136。可包括径向嵌入式永磁体转子的马达的示例包括但不限于电子换向电机(ECM)。ECM可包括但不限于无刷直流(BLDC)电机、无刷交流(BLAC)电机和永磁辅助可变磁阻电机。此外，转子组件20由电子控制器(未示出)驱动，例如正弦或梯形电子控制器。

转子芯130呈大致圆柱形，并且包括外周142和直径适合于轴136的直径的中心轴开口144。转子芯130和轴136是同心的，并且构造成围绕旋转轴线(中心轴线102)旋转。在示例性实施例中，转子芯130包括多个周向地间隔开的转子极134，每个转子极具有沿着转子外周142的外壁146。此外，转子芯130包括限定在相对的转子极134的外壁146的中点之间的转子直径D2。如本文所用，术语“大致圆柱形”意在描述转子芯130包括大致圆形或椭圆形的截面，但不要求是完美的圆形。例如，转子芯130可包括围绕外周142分布的一个或多个平坦或平面部分，或者转子极134的外壁146可包括与整个转子芯130不同的半径，或者甚至在每个极134的周向端部之间的不同半径。尽管关于转子芯130进行了描述，但是术语“大致圆柱形”适用于本公开的每个转子芯。

如图3所示，在示例性实施例中，每个转子极134通过连接板148联接到毂部分132。毂132限定了轴开口144。在其它实施例中，不是所有的转子极134可联接到毂132。此外，在示例性实施例中，转子芯130以及因此每个转子极134由通过互锁、粘合、焊接、螺栓连接或铆接，或本领域中已知的任何其它类型的连接技术联接在一起的多个堆叠的叠片150形成。例如，叠片150由冲压金属例如钢的多个冲压层制成。

此外，在示例性实施例中，转子芯130包括以与转子极134交替的方式间隔开的多个径向孔140。每个径向孔140被构造成接收一个或多个永磁体138，使得每个磁体138径向地嵌入转子芯130中并且至少部分地从转子的第一端152延伸到转子的第二端154。在示例性实施例中，径向孔140为大致矩形。或者，径向孔140可具有与永磁体的形状相对应的、使得电动马达能如本文所述工作的任何合适的形状。在示例性实施例中，永磁体138是沿与旋转轴线X相切的方向磁化的陶瓷磁体。然而，磁体138可由使马达100能够如本文所述工作的任何合适的材料制成，例如，粘结钕、AlNiCo、烧结钕、粘结和陶瓷铁氧体和/或钐钴。

在示例性实施例中，径向孔140的数量等于转子极134的数量，并且一个磁体138定位在每个位于一对转子极134之间的径向孔140内。尽管示出为包括十个转子极134，但转子芯130可具有允许马达100如本文所述工作的任何数量的极，例如，六个、八个或十二个极。

在示例性实施例中，每个转子极134包括一个或多个永磁体保持构件或突起156。例如，第一对突起158沿着转子外边缘142邻近极外壁146定位，并且从周向端壁160和162延伸到相邻的径向孔140中。第一对突起158中的每个突起156被构造成通过基本上防止磁体138在径向方向上朝着外边缘142移动来帮助磁体138在径向孔140内的保持。此外，第二对突起164邻近连接板148定位，并从周向端壁160和162邻近径向孔140地延伸。第二对突起164中的每个突起156被构造成通过基本上防止磁体138在径向方向上朝向轴136移动来帮助磁体138在径向孔140内的保持。替代地，转子芯130可具有使转子芯130能够如本文所述工作的任何数量和位置的突起156。

图4示出了转子组件106的透视图，该转子组件包括图2所示的转子芯130并且可包括在图1所示的电动马达组件100内。图5示出了图4的转子组件106的分解图。转子组件106包括联接到第一组的多个端部磁体166的第一端板174和联接到第二组的多个端部磁体166的第二端板176。可以通过防止从径向辐条式转子的轴向面的磁通泄漏来消除或减少进入周围导电结构中的涡流损耗。端板174和176为从转子芯130辐射到马达组件100的周围结构中的磁通提供屏障，并因此消除涡流损耗。在示例性实施例中，端板174和176由磁性材料形成，例如但不限于铁素体钢和磁性不锈钢。或者，端板174和176由有助于转子组件106如本文所述操作的任何材料形成。在一些实施例中，端板174和176可导致磁通短路，这可降低马达组件100的总转矩。在示例性实施例中，端部磁体166被添加到转子组件106以恢复磁通，从而导致转矩和效率两者的显著提升。更具体地，第一组的多个端部磁体166定位在转子芯130的第一端152与第一端板174之间。类似地，第二组的多个端部磁体166定位在转子芯130的第二端部154和第二端板176之间。

转子组件106还包括联接到端板174和176的一对框架188。每个框架188包括多个周向间隔开的开口190，其被构造成在其中接纳多个端部磁体166。在这种实施例中，框架188限定了与端板174和176基本相似的直径，并且由非磁性材料制成，例如但不限于塑料，以便不干扰转子芯和端部磁体166之间的通量流动。

在示例性实施例中，第一端板174的第一组的多个端部磁体166包括具有第一极性的第一子组178和具有不同于第一极性的第二极性的第二子组180。类似地，第二端板176的第二组的多个端部磁体166包括具有第一极性的第一子组182和具有不同于第一极性的第二极性的第二子组184。如图5所示，第一子组182以与端部磁体166的第二子组184交替的方式间隔开。换句话说，多个端部磁体166在相邻的端部磁体之间交替极性。在一些实施例中，第一子组182的和第二子组184的端部磁体166彼此邻接而没有任何结构保持器。

每个端部磁体166至少部分地覆盖转子极134和相邻的芯磁体138之间的界面186。更具体而言，各端部磁体166将至少部分地与对应的转子极134和芯磁体138重叠，使得端部磁体166提供用于通量在转子极134与芯磁体138之间流动的路径。替代地，在端部磁体166可能不覆盖界面186的情况下，端部磁体166的周向边缘与对应的转子极134的周向边缘齐平。然而，如以下进一步详细解释的，每个端部磁体166相对于对应的转子极134和芯磁体138的位置可以被调整，以使得通量在转子极134和芯磁体138之间流动的路径发生变化。通过调节每个端部磁体166相对于芯磁体138的位置，可以改变电动马达100的转矩常数，使得马达100可以在高转矩状态、或低转矩、高速度状态、或在其间的状态下运行。换句话说，调节所有端部磁体166相对于芯磁体138的周向位置可以通过改变马达的转矩常数而优化马达100的功能和效率。在一些实施例中，每个端部磁体166抵接芯磁体138。在一些实施例中，每个端部磁体166定位成与芯磁体138相距一定距离。

图6示出了毂组件200的透视图，图7示出了毂组件200的分解图。图8示出了固定到端板(174、176)之一的毂组件200。毂组件包括内毂210和围绕内毂210的鼓筒250。内毂210具有圆柱形主体，其包括开口，该开口被配置成接收穿过其中的联接到负载的可旋转轴136，并且内毂210与可旋转轴136一起旋转。第一表面212和与第一表面212相对的第二表面214联接到端板174、176。内毂210、端板174、176和框架188以与轴136旋转时相同的旋转速度旋转。在一些实施例中，内毂210包括从圆柱形主体的外表面延伸的至少一个突片216。至少一个突片216在外表面上纵向延伸，并且每个突片216与相邻突片216间隔开相等的径向距离。至少一个突片216构造成与鼓筒250相互叉合(interdigitate)。

图9示出了毂组件200的鼓筒250的侧剖视图。图10示出了毂组件200的顶部剖视图。图11示出了转子组件106的顶部剖视图。鼓筒250具有圆柱形主体，该圆柱形主体具有第一表面254和与第一表面254相对的第二表面256。鼓筒250的外表面280包括延伸到外表面280中的多个凹口280。鼓筒250的多个凹口280构造成与转子芯130的定位在转子芯130的内表面131上的对应的多个凹口133叉合。

孔口252延伸穿过主体，该主体限定具有第一部分262和第二部分264的内侧壁260。第一部分262具有比第二部分264的直径D2大的直径D1。第一部分262邻近顶表面254，第二部分264邻近第一部分262。在一些实施例中，在所示实施例中具有与第一部分262直径相等的第三部分266邻近第二部分264和鼓筒250的第二表面256。第二部分264的直径D2小于内毂210的直径，使得内毂210可以插入到鼓筒250的孔口252中。在一些实施例中，内毂210通过与内毂210的第一表面212和第二表面214抵靠的间隔环218被固定在鼓筒250的孔口252内。间隔环218具有大于第二部分264的直径D2但小于第一部分262的直径D1的直径。因此，通过将内毂210插入到鼓筒250的孔口252中并随后将间隔环218附接到内毂210，内毂210被可移除地定位在鼓筒250内，并可相对于内毂210自由旋转。间隔环218被配置成将辐条式磁体和叠片子组件对中到外磁体和轴子组件。

第二部分264包括至少一个径向凹部270，其部分地延伸穿过内侧壁260。至少一个径向凹部270为具有半径R和弧角θ的弧的形式。至少一个径向凹部270的半径R的尺寸适于且被构造成容纳内毂210的至少一个突片216，使得至少一个突片216(以及因此内毂210)可在至少一个径向凹部270内旋转。换句话说，半径R大于内毂210的至少一个突片216相对于内毂210的半径。如图7和9中最佳所示，鼓筒250的第一部分262包括凹口268，其半径大于内毂210的至少一个突片216的半径，使得至少一个突片216和内毂210可插入至少一个径向凹部270中，并且鼓筒250随后将间隔环218附连于内毂210上，从而将至少一个突片216可移除地定位在至少一个径向凹部270中。此外，间隔环218被构造成使芯磁体138相对于端部磁体166居中。弧角θ限制至少一个突片216的旋转(并且因此限制内毂210在至少一个径向凹部270内的旋转)。换句话说，至少一个径向凹部270在至少一个径向凹部270的端部处限定第一止挡部272和第二止挡部274。至少一个突片216能够在第一止挡部272和第二止挡部274之间行进，因此限制至少一个突片216在至少一个径向凹部270内旋转所述弧角θ。与至少一个径向凹部270相关的术语“止挡部”和“端部”可互换使用。

在一些实施例中，如图10所示，至少一个突片216自由地定位在至少一个径向凹部270内。因为内毂210联接到端板174和176(并因此联接到端部磁体166)，并且鼓筒250联接到转子芯130(并因此联接到芯磁体138)，所以当至少一个突片216自由地定位在至少一个径向凹部270内时，施加在端部磁体166和芯磁体138之间的磁力将至少一个突片216保持处于平衡的位置。特别地，至少一个突片216、至少一个凹部270、端部磁体166和芯磁体138相对于彼此构造和定位成在平衡时将至少一个突片216保持处于平衡的位置。如本文所用，术语“平衡”和“处于平衡”应表示端部磁体166与芯磁体138之间的磁力平衡，使得至少一个突片216等距地定位在至少一个径向凹部270的第一止挡部272与第二止挡部274之间，如图10中所示。

当通过相对于内毂210将转矩施加到鼓筒250上而破坏平衡时，外部转矩对抗转子内的磁性排斥，这进而导致至少一个突片216相对于至少一个径向凹部270旋转。至少一个突片216可从平衡状态沿任一方向旋转一转子内角度(intra-rotor angle)。在平衡时，转子内角度为零，这意味着至少一个突片216等距地保持在第一止挡部272与第二止挡部274之间。转子内角度是角度θ的一半，并且在任一旋转方向上以正角度测量。例如，如果至少一个径向凹部270具有50度的角度θ，则一个突片216处于平衡状态并与其中一个端部成25度，且至少一个突片216可沿任一方向旋转25度。在一些实施例中，弧角θ是25度。在一些实施例中，弧角θ是50度。在一些实施例中，弧角θ在5度至90度的范围内。角度范围最终由端部磁体166和芯磁体138的尺寸和相对位置确定。角度θ通过将360度除以芯磁体138的磁极的最大数目来计算得到。例如，对于12极转子，角度θ是30度。同样，对于20极转子，角度θ是18度。在一些实施方式中，阻尼器例如偏压元件、弹簧或橡胶衬套可以定位在至少一个突片216和鼓筒250的至少一个径向凹部270之间。阻尼器可以部分地限制施加在至少一个突片216和至少一个径向凹部270上的惯性。

通过调节或移动每个端部磁体166相对于芯磁体138的位置，可以调节马达100的反电动势特性，使得马达100的转矩常数针对高转矩状态、低转矩高速状态或在其间的状态而变化。转子内角度因此限定了端部磁体166相对于芯磁体138移动的角度，从而改变了通量在端部磁体166和芯磁体138之间流动的路径。

转矩常数在平衡时具有第一值T1，在至少一个突片216处于第一止挡部272和第二止挡部274中的任一者处时具有第二值T2，并且在至少一个突片216处于平衡点(rest)与第一止挡部272和第二止挡部274中的任一者之间时具有中间值Tx。转矩常数值T1小于转矩常数值T2，转矩常数值Tx大于转矩常数值T1且小于转矩常数值T2。转矩常数值T1对应于低转矩高速状态，转矩常数值T2对应于高转矩状态，转矩常数值Tx对应于中间状态。图12示出了示例性的马达转矩常数曲线。如图所示，增加端部磁体166相对于芯磁体138之间的转子内角度(角度θ)增加了端部磁体和芯磁体138的通量集中，并且因此增加了马达100的转矩常数。

当转子内角从0度增大时，端部磁体166由于磁力被推动返回到0度的转子内角度。在一些实施例中，当内毂210在初始启动时与轴136一起旋转时，系统的惯性相对于鼓筒250向内毂210施加转矩，从而使至少一个突片216至少部分地克服磁力并且相对于至少一个径向凹部270旋转，从而导致转矩常数增大。通过在起动期间增加转矩常数，马达100的效率被置于具有大于T1的转矩常数(即，转矩常数值为T2或Tx)的高转矩状态。当马达100以接近恒定的速度运行并且释放系统上的转矩时，至少一个突片216返回到平衡态或接近平衡态(处于0度的转子内角度)，将马达100置于低转矩高速状态(即，转矩常数值为T1或Tx)。同样，在附加转矩被施加到马达100(即，马达上的增加的负载)的任何应用中，至少一个突片216由于施加到系统的附加转矩而相对于至少一个径向凹部270旋转，从而在高转矩状态期间产生更大的马达效率。当转矩减小时，马达100被置于低转矩恒定模式，从而提供更高的速度和改进的效率。

在一些实施例中，至少一个突片216相对于至少一个径向凹部270机械地保持，如图13所示，使得马达100以前述的转矩常数值之一运行。换句话说，转子组件具有固定的转矩常数T1、T2或Tx。在一些实施例中，至少一个突片通过本领域已知的常规手段相对于至少一个径向凹部270机械地保持。在一些实施例中，端板174、176中的至少一个包括径向槽175。联接到鼓筒250的销290可在径向槽175内移动，使得销290在径向槽175内的移动也使鼓筒250相对于内毂210移动。如图10和13中最佳示出的，销290至少部分地延伸穿过鼓筒250。在一些实施例中，销290可联接到构造成使销290相对于径向槽175移动的辅助马达或致动器上。在一些实施例中，销290可以机械地紧固到端板174、176中的至少一个。作为示例，销290可以包括螺纹端，该螺纹端可以螺栓连接到端板174、176中的至少一个上，从而使鼓筒250相对于内毂以转子内角度被可移除地保持。

本文描述了减少涡流损耗并增加电动马达的转矩和效率的示例性系统和设备。本文所述的系统和设备可用于任何合适的应用中。

具体地，可以通过防止从径向辐条式转子的轴向面泄漏通量来消除或减少进入周围导电结构的涡流损耗。本文所述的端板提供了对从转子芯辐射到马达组件的周围结构中的通量的屏障，并且因此消除了涡流损耗。涡流损耗被降低，例如从146W降低到10W(降低93％)。将轴向磁体和转子钢端盖添加到径向辐条式转子通过防止轴向泄漏的通量而增加效率和转矩，轴向泄漏的通量在周围导电结构中感应出涡流。另外，由于使用机械紧固件将转子组件的部件固定在一起，因此与其它已知的转子组件相比，本文所述的转子组件的一些元件制造更简单。在这种实施例中，不再需要用于包覆模制转子的工具和工艺，从而导致制造时间和成本的减少。

上面详细描述了用于电机的转子芯的示例性实施例。电动马达及其部件不限于本文所述的具体实施例，而是相反，系统的部件可与本文所述的其它部件独立地和分开地使用。例如，部件也可与其它马达系统、方法和设备结合使用，并且不限于仅与本文所述的系统和设备一起实践。相反，示例性实施例可以结合许多其它应用来实现和利用。

虽然本公开的各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出而在其它附图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征来引用和/或要求保护。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则这些其它示例旨在落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于径向磁通电动马达组件的转子组件，所述转子组件包括：

可旋转的转子轴，其联接到转子芯，所述转子芯包括围绕所述转子轴的中心轴线周向地间隔开的多个转子极，其中所述转子芯包括以与所述多个转子极交替的方式间隔开的多个芯磁体；

至少一个端板，所述至少一个端板连接到所述可旋转的转子轴，所述至少一个端板定位在所述转子芯上方，其中所述至少一个端板包括联接到所述至少一个端板的多个端部磁体；以及

其中当所述转子组件处于平衡时，所述多个端部磁体定位在所述芯磁体上方，其中所述转子组件在处于平衡时具有第一转矩常数，其中所述多个端部磁体能在所述转子组件被施加转矩时相对于芯磁体旋转，其中在所述转子组件被施加转矩时，所述转子组件具有中间转矩常数。

2.根据权利要求1所述的转子组件，其中，所述多个端部磁体包括联接到所述至少一个端板中的第一端板的第一组的多个端部磁体和联接到所述至少一个端板中的第二端板的第二组的多个端部磁体。

3.根据权利要求2所述的转子组件，其中，所述第一组的多个端部磁体包括具有第一极性的第一子组的端部磁体和具有与所述第一极性相反的第二极性的第二子组的端部磁体，其中所述第一子组的端部磁体以与所述第二子组的端部磁体交替的方式间隔开。

4.根据权利要求1所述的转子组件，其中，每个端部磁体覆盖所述多个转子极中的一个转子极与所述多个芯磁体中的与该一个转子极相邻的芯磁体之间的界面。

5.根据权利要求1所述的转子组件，还包括毂组件，所述毂组件具有内毂和围绕所述内毂的鼓筒，所述内毂联接到所述可旋转的转子轴并且能够与所述可旋转的转子轴一起旋转，并且所述鼓筒能够相对于所述内毂旋转，所述内毂连接到所述至少一个端板，并且所述鼓筒连接到所述转子芯。

6.根据权利要求5所述的转子组件，其中，所述鼓筒能够相对于所述内毂旋转一转子内角度，所述转子内角度限定所述多个端部磁体相对于所述芯磁体移动的角度，从而改变通量在所述多个端部磁体和所述多个芯磁体之间流动的路径。

7.根据权利要求6所述的转子组件，其中，当所述鼓筒相对于所述内毂从平衡状态旋转所述转子内角度时，所述转子组件提供第二转矩常数。

8.根据权利要求7所述的转子组件，其中，所述内毂包括从所述内毂的外表面延伸的至少一个突片，并且所述鼓筒包括部分地延伸穿过所述鼓筒的内侧壁的至少一个径向凹部，所述至少一个突片构造成在所述至少一个径向凹部内旋转，使得所述内毂相对于所述鼓筒旋转。

9.根据权利要求8所述的转子组件，其中，所述至少一个径向凹部是具有一弧角的弧，其中，所述转子内角度是所述弧角的一半。

10.根据权利要求9所述的转子组件，其中，所述至少一个径向凹部限定第一止挡部和第二止挡部，所述至少一个突片能够在所述第一止挡部与所述第二止挡部之间旋转，其中，所述至少一个突片在平衡状态时等距地保持在所述第一止挡部与所述第二止挡部之间。

11.根据权利要求10所述的转子组件，其中，在可旋转的转子被施加转矩时，所述至少一个突片朝向所述第一止挡部或所述第二止挡部旋转，其中，在释放施加到所述可旋转的转子上的转矩时，所述至少一个突片返回至平衡状态。

12.根据权利要求11所述的转子组件，其中，在所述可旋转的转子被施加转矩时，所述转矩常数从处于平衡时的所述第一转矩常数增加到第二转矩常数或中间转矩常数，所述第二转矩常数大于所述第一转矩常数，并且所述中间转矩常数大于所述第一转矩常数且小于所述第二转矩常数。

13.根据权利要求12所述的转子组件，所述至少一个突片能相对于所述至少一个径向凹部被机械地保持，使得所述转子组件具有固定的转矩常数。

14.根据权利要求13所述的转子组件，其中，所述鼓筒能通过联接到所述鼓筒的固定销相对于所述内毂被机械地保持，所述固定销延伸穿过所述端板中的至少一个端板的径向槽。

15.根据权利要求14所述的转子组件，其中，所述固定销机械地紧固至所述端板中的至少一个端板。

16.一种电动马达组件，包括：

定子组件，其包括定子芯和多个绕组；以及

转子组件，包括：

转子芯，其包括围绕可旋转的转子轴的中心轴线周向地间隔开的多个转子极，其中所述转子芯包括以与所述多个转子极交替的方式间隔开的多个芯磁体；

至少一个端板，所述至少一个端板连接到所述可旋转的转子轴，所述至少一个端板定位在所述转子芯上方，其中所述至少一个端板包括联接到所述至少一个端板的多个端部磁体；以及

其中当所述转子组件处于平衡时，所述多个端部磁体定位在所述芯磁体上方，其中所述转子组件在处于平衡时具有第一转矩常数，其中所述多个端部磁体能在所述转子组件被施加转矩时相对于所述芯磁体旋转，其中在所述转子组件被施加转矩时，所述转子组件具有中间转矩常数。

17.根据权利要求16所述的电动马达组件，还包括毂组件，所述毂组件具有内毂和围绕所述内毂的鼓筒，所述内毂联接到所述可旋转的转子轴并且能够与所述可旋转的转子轴一起旋转，所述鼓筒能够相对于所述内毂旋转，所述内毂连接到所述至少一个端板，所述鼓筒连接到所述转子芯。

18.根据权利要求17所述的电动马达组件，其中，所述鼓筒能够相对于所述内毂旋转一转子内角度，所述转子内角度限定所述多个端部磁体相对于所述芯磁体移动的角度，从而改变用于通量在所述多个端部磁体和所述多个芯磁体之间流动的路径。

19.根据权利要求18所述的电动马达组件，其中，在所述鼓筒相对于所述内毂从平衡状态旋转所述转子内角度时，所述转子组件具有第二转矩常数。

20.根据权利要求19所述的电动马达组件，其中，所述内毂包括从所述内毂的外表面延伸的至少一个突片，并且所述鼓筒包括部分地延伸穿过所述鼓筒的内侧壁的至少一个径向凹部，所述至少一个突片构造成能在所述至少一个径向凹部内旋转，使得所述内毂相对于所述鼓筒旋转，其中，

所述转子内角度是弧角的一半，其中，所述至少一个突片在平衡状态时保持在弧角中点位置，其中，在所述电动马达组件被施加转矩时，所述至少一个突片从平衡状态旋转，其中，在释放施加到可旋转的转子上的转矩时，所述至少一个突片返回至平衡状态。