CN117616668A - 转子 - Google Patents

Abstract

描述一种旋转电机的转子(10)，该转子(10)包括具有相对的第一面和第二面的支承盘(14)，支承件(20)以及安装于该支承件上且由其保持的多个永磁体(22)，其中，所述支承件固定于支承盘(14)的所述第一面上。

Description

转子

技术领域

本发明涉及电动机或发电机等旋转电机的转子。本发明尤其涉及适合用于定子与转子跨气隙配合操作的轴向磁通电动机的转子，所述气隙处于磁通穿过的方向，并且基本上平行于旋转轴线，但是应该理解的是，本发明不限于此类用途。

背景技术

GB2468018描述了一种包括一系列线圈的机器，所述线圈缠绕于沿定子周向间隔的极靴上，并且沿轴向(即平行于转子旋转轴线)与关联转子间隔。转子具有两个包括转子盘的转子级，转子盘设有朝向每一定子电磁线圈其中一端的永磁体。

转子级一般包括轮毂区及环圈，环圈采用软磁材料，并用于在相邻磁体之间传递磁通，磁体安装于表面，并沿转子级环圈周向间隔，且沿轴向设置，即平行于转子的旋转轴线设置。当转子高速旋转时，将在转子级上，尤其在表面安装的磁体上产生较大的向心力，从而使得此类电动机拓扑结构存在磁体脱附的风险。环圈和轮毂区可以为连续结构，由相同材料制成，并且通常由铁磁钢制成。然而，铁磁钢具有导电性，在使用时会产生涡流损耗。为了减小涡流，可以在环圈内容纳软磁材料，该软磁材料为软磁粉末复合材料或叠层电工钢，软磁材料基本上能够完全传递相邻表面安装磁体之间的磁通的同时，抑制同一平面内的电流，其在相对于电动机轴线基本沿径向延伸的平面中具有高电阻。

除此之外，还已知有双定子单转子轴向磁通电动机，其中，单个转子含有周向设置的磁体，磁体极面朝向由气隙隔开且按照类似方式设置的定子电磁线圈。优选地，双定子机器的转子包括非磁性基质，该基质具有周向设置的内嵌磁体，这些磁体的极面设置为基本与旋转轴线平行，磁体的南北极面隔气隙朝向定子。

双定子单转子轴向磁通机器的优点在于，由于转子同时与两个定子配合作用且磁场在转子上感应的轴向作用力基本均衡，因此其在工作和不工作时施加的磁力基本均匀。双定子单转子机器无需转子磁轭保持永磁体，从而节省磁轭重量。此外，由于轴向作用力基本均衡，因此此类机器的转子可具有相对较低的刚度。然而，这些优点的代价在于，两个定子及其背轭在组装后的轴向长度一般大于单定子双转子轴向磁通机器的轴向长度。然而，要想缩短轴向长度，转子结构必须满足工作和不工作时的刚度和完整性要求。

本发明电动机的优点在于，通过根据转子级刚度及相关部件的累计公差最大程度减小定子和转子之间的气隙，最大程度增大定子和转子之间的对抗磁动势产生的转矩。通过最大程度减小定子与转子之间的气隙，可使得转子级和电动机定子之间在工作和不工作时实现较大的轴向负荷，而且转子优选具有能够抵抗弯曲作用的刚度，以防此类弯曲作用对定子造成干扰。

本发明所要解决的一个问题在于，使转子级的刚度足以最大程度地减少朝向定子方向的移动，同时最大程度减小转子级重量，最大程度减小涡流，并最大程度增大磁通承载能力。本发明电动机的另一问题在于，在正常操作过程中，在通过在磁体上产生较大向心力而对表面安装磁体与固定表面安装磁体的环圈之间的连接处施力的高转速下，如何保持转子级的完整性。

本发明电动机所要解决的另一问题在于，稀土过渡金属组成的磁性材料与由磁性钢制成的供磁体进行表面安装的转子本体的磁性材料之间因热胀冷缩导致的失配。温度循环可导致磁体与钢制本体之间的粘合层内产生裂纹。此外，出于类似原因，极限操作温度可存在限制，从而无法在温度可达-40℃的环境内进行储存或运输。

本发明电动机所要解决的另一问题在于，转子的共振频率可能会与常用操作速度一致，因此需要设于在保持其他特性的同时减小振动的值。

本发明电动机所要解决的另一问题在于，如何将常用稀土过渡金属永磁体的温度保持于130℃左右，即保持于远低于其居里温度的峰值温度。在电动机操作过程中，永磁体内的涡流会产生热量。通过将磁体径向层叠，可以减小涡流。然而，这一层叠做法不但会损失有用的磁性材料，而且成本高昂。此外，叠层数目受限于成本与收益之间的权衡取舍。因此，虽然能够减小涡流，但是无法消除永磁体生热的问题。

大部分电动机包括转子和定子，其中，磁通沿径向横穿转子与定子之间，即大体上与旋转轴线正交，而且定子和转子磁通之间的对抗反作用力驱使转子旋转，从而使得此类电动机为所谓的径向磁通机器。径向磁通机器在转子旋转时产生非常大的向心力。现有技术中，通过以树脂基质加强的纤维包绕转子，对径向磁通机器进行改进，以使其具有应对向心力的能力。此方面的两例分别为US2004/0021396和JP10210690，其中，纤维不但提供周向强度，而且使转子在向心力作用下保持结构完整性。

虽然大部分市售电动机采用径向磁通设计，然而人们对如本文所述的轴向磁通机器的兴趣越来越高。然而，尤其对于高转速轴向磁通机器而言，由于操作过程中同时具有轴向作用力和径向作用力，因此面临着巨大的挑战。

本发明的目的在于提供一种克服或减轻已知转子设计的至少部分缺点的转子。

发明内容

本发明提供一种如下附独立权利要求所述的旋转电机转子及组装旋转电机的转子的方法。其他有利实施方式由下附从属权利要求构成。

具体而言，本文描述一种旋转电机的转子，该转子包括：具有相对的第一面和第二面的支承盘；用于容纳多个永磁体的支承件；安装于所述支承件上且由该支承件保持的多个永磁体；以及绕设于所述永磁体上的保持带，该保持带在使用过程中限制或防止所述永磁体径向向外移动，该保持带预先受力，以向所述多个磁体施加径向向内的负荷，其中，所述支承件固定于所述支承盘的所述第一面上。

通过在支承件和磁体固定于支承盘的第一面且保持带通过预先受力而即使在静止状态下也向多个磁体施加径向向内负荷的转子结构中使用保持永磁体的支承件，使得该转子能够实现比现有转子更高的转数。

所述支承件可包括径向延伸的多根辐条，其中，相邻辐条之间的空间限定出用于分别容纳相应永磁体的空隙。

或者，所述支承件可包括环形部分，多根辐条自该环形部分径向伸出，相邻辐条之间的每个空间限定出用于分别容纳相应永磁体的孔槽。

所述支承件可与所述磁体共模成型，并可由板材成型化合物(SMC)材料制成。

或者，所述支承件可与所述磁体共模成型，而且该支承件可由注塑成型聚合物制成。

形成所述支承件的所述环形部分和所述辐条可由相互分开的部件形成。

在此类转子中，所述环形部分可包括多个径向向外延伸的可变形结构，每个所述可变形结构位于所述环形部分上，以分别与相应辐条重合。每个所述可变形结构分别与相应辐条接触，并向该辐条提供径向作用力。

所述环形部分可由注塑成型聚合物制成。

每个所述辐条可由单向碳带制成，其中，每个所述碳带的纤维相对于相应辐条的轴向长度垂直延伸。

每个所述辐条可由在沿相应辐条的长度径向延伸的平面以及与该径向平面垂直延伸的平面内具有各向同性特性的材料制成。

每个所述辐条可由磁性材料制成。所述磁性材料的磁场方向可与所述多个永磁体中的一者或多者的磁场方向正交。

所述保持带可包括复合材料。举例而言，其可包括位于由合适的树脂材料形成的基质内的加强纤维材料的绕匝。所述纤维材料可例如为碳纤维或玻璃纤维形式。所述纤维材料适于基本上绕成环形。

优选地，所述支承件和永磁体的形状使得其反作用于由所述保持带施加至所述磁体上的负荷，以基本上防止所述磁体在所述保持带所施加的所述负荷的作用下径向向内移动。

为了防止所述支承件和/或永磁体和/或保持带之间的相对移动，可以以聚合物树脂填充所述支承件和永磁体之间和/或所述永磁体和保持带之间的任何空隙。

所述支承件可以粘合剂固定至所述支承盘的所述第一面上。优选地，所述永磁体可通过以具有相对较低的模量的粘合剂进行键合的方式固定于所述支承盘上。

由于所述保持带用于保持所述永磁体，并防止其发生径向移动，应该理解的是，所述粘合材料的主要目的在于防止所述永磁体脱离所述支承盘的表面。

举例而言，在本发明背景下，高模量粘合剂可视为具有大于500MPa的模量。环氧粘合剂的模量一般处于1～5GPa范围内。半刚性粘合剂可具有介于20MPa和500MPa之间的模量。低模量粘合剂可具有20MPa或更低的模量。聚硅氧烷粘合剂一般具有1～2MPa范围内的模量。

如上所述，所述转子在使用过程中承受因向心作用和磁性吸斥导致的较大负荷。对于所述永磁体而言重要的一点在于在所述支承盘上保持到位。通过使用低模量粘合材料，在能够将所述磁体在所述支承盘上保持到位的同时，还能够应对所述磁体与所述支承盘之间的有限移动。低模量材料一般在受力时具有较高的失效应变或较大的伸长率。例如，当环氧粘合剂可应对较小伸长量时，聚硅氧烷粘合剂可应对数个100％的伸长量。正是此类应变能力或柔韧性能够实现对部件之间相对移动的应对。

所述粘合材料优选具有良好的热导率，例如优于0.5W/m·K的热导率。

所述支承盘优选包括适于具有钢制形式的第一环形件以及键合于该第一环形件上的第二环形件。所述第二环形件优选为层叠形式。所述第二环形件可包括叠层电工钢制成的螺旋绕制线圈。这一设置方式的优点在于，其具有相对较高的径向电阻，从而不但能够抑制涡流的发生，而且还允许磁通穿过。

所述第一和第二环形件适于以具有良好热导率的材料彼此键合或通过其他方式彼此固定。举例而言，两者可通过环氧材料键合、银焊、硬钎焊或其他合适的共晶或共晶区域键合介质彼此固定。优选地，所述第一和第二环形件通过具有大于0.5W/m·K，优选大于10W/m·K的热导率的材料彼此键合或通过其他方式彼此固定。

本文还描述一种旋转电机，包括定子以及具有上述形式的可旋转转子。该旋转电机可以为电动机或发电机等轴向磁通机器。在此类轴向磁通机器中，所述定子位于一对具有上述形式的转子之间。

此外，本发明还描述一种组装旋转电机的转子的方法，包括：提供具有相对的第一面和第二面的支承盘；提供有多个永磁体安装于其上的支承件；将具有预应力的保持带沿周向延伸绕于所述永磁体的径向外圆上，该保持带用于在使用过程中限制或防止所述永磁体径向向外移动，该预应力向所述永磁体施加径向向内的负荷；以及将所述支承件固定于所述支承盘的所述第一面上。

提供有多个永磁体安装于其上的支承件可包括：将加固结构放置于模具内，该加固结构包括自环形部分径向伸出的多根辐条，相邻辐条之间的每个空间分别限定出用于容纳相应永磁体的孔槽；分别将相应永磁体放置于每个所述孔槽内；以及将每一所述永磁体键合于所述加固结构上。

所述环形部分与所述加固结构的相应辐条可一体成型。或者，所述环形部分与所述加固结构的相应辐条可由相互分开的部件形成。

当所述辐条和加固结构由分开的部件形成时，所述环形部分可包括多个径向向外延伸的可变形结构，每个所述可变形结构位于所述环形部分上，以分别与相应辐条重合。在放置于所述模具中时，每个所述可变形结构可分别与相应辐条接触，并向该辐条提供径向作用力。

所述环形部分可由注塑成型聚合物制成。

每个所述辐条可由单向碳带制成，其中，每个所述碳带的纤维相对于相应辐条的轴向长度垂直延伸。

每个所述辐条可由在沿相应辐条的长度径向延伸的平面以及与该径向平面垂直延伸的平面内具有各向同性特性的材料制成。

每个所述辐条可由磁性材料制成。所述磁性材料的磁场方向可相对于所述多个永磁体中的一者或多者的磁场方向正交。

在上述任何方法中，将每个所述永磁体键合于所述加固结构上可包括：注入树脂，以填充所述相应磁体、相应辐条及环形部分当中一者或多者之间的空隙。

或者，将每个所述永磁体键合于所述加固结构上可包括：在所述永磁体、相应辐条及环形部分的一部分当中的每一者之间施用粘合剂，以将每个所述永磁体键合于所述加固结构上。

在一种替代方法中，提供有多个永磁体安装于其上的支承件可包括：将多个永磁体放置于模具内，各所述磁体绕轴线周向设置，并且在每个所述永磁体之间具有空隙；以及绕所述模具内的所述永磁体形成加固结构。

绕所述模具内的所述永磁体形成加固结构可包括：使用多个板材成型化合物(SMC)预成型物，每个该预成型物分别设置为在相应相邻永磁体之间的空隙内径向向外延伸的辐条；以及挤压所述多个SMC预成型物，以形成所述加固结构。

所述加固结构可包括环形内部，所述辐条形成为自该环形内部延伸而出。

所述SMC预成型物可包括热固性树脂。

提供有多个永磁体安装于其上的支承件可包括：以聚合物进行注塑成型，以形成包括径向向外伸出的多根辐条的加固结构，每个辐条形成于相邻永磁体之间。

所述加固结构可包括环形内部，所述辐条形成为自该环形内部延伸而出，其中，所述环形内部在以所述聚合物进行所述注塑成型的过程中形成。

所述注塑成型聚合物可包括内含纤维的聚合物。

在上述任何方法中，所述保持带可由复合材料制成。所述保持带可包括位于由合适的树脂材料形成的基质内的加强纤维材料的绕匝。所述纤维材料可基本上绕成环形。

在上述任何方法中，所述支承件和永磁体可以粘合剂固定至所述支承盘的所述第一面上。所述粘合剂可具有相对较低的模量。所述粘合剂的模量可小于20MPa。

所述粘合材料可具有大于环氧粘合材料的热导率。所述粘合材料可具有大于0.5W/m·K的热导率。

附图说明

以下结合附图，对本发明进行举例说明，附图中：

图1和图2所示为根据本发明实施方式的转子；

图3为图1和图2转子的分解图；

图4为图1至图3转子在使用过程中的示意图；

图5为转子的一部分及其所受负荷的示意图；

图6所示为该支承件一面上的内部径向环；

图7所示为在施加基于树脂的填充材料之前设置辐条的模具内的图6内部径向环。

图8所示为例示单向拉挤工艺，其中示出了用于形成每一辐条的切割线。

具体实施方式

首先参考图1至图3，该图所示为用于旋转电机12(见图4)的转子10，在本实施方式中，旋转电机12的形式为轴向磁通电动机。虽然转子10旨在用于轴向磁通电动机，应该理解的是，本发明不限于此，转子10还可以图示或改进形式例如用于发电机。

转子10包括支承盘14，支承盘14由钢制的第一环形件16构成，第二环形件18例如通过粘合剂18a等键合于第一环形件16上，或者通过其他方式固定于其上，第二环形件18的形式为电工钢材料制成的螺旋线圈，该线圈的绕组以通过形成具有相对较高的径向电阻的层叠体而减少其内涡流的发生的方式彼此层叠，与此同时，第二环形件18还具有易于允许磁通在其各面之间穿通的形式。第一和第二环形件16，18以如下方式彼此键合或通过其他方式固定：两者之间彼此极为紧密地间隔，从而使得两者之间易于进行热能传导。举例而言，第一和第二环形件16，18可彼此硬钎焊于一起。或者，两者可通过合适的环氧粘合材料(如图所示)、合适的共晶材料等彼此键合于一起。

第一环形件16用作转子10其余部分的结构支承件。

虽然图示结构中第一环形件16为钢制，但是应该理解的是，也可能使用其他材料。举例而言，根据需要，可以使用合适的陶瓷或复合材料。

在第二环形件18远离第一环形件16的一面，通过粘合材料18b键合有支承件20。在第一方面，支承件20为非磁性材料，而且其形状限定出中央环形部分20a以及自中央环形部分20a总体上沿径向辐射而出的多根辐条20b。相邻辐条20b之间形成供相应永磁体22分别设于其内的孔槽或空间。永磁体22和支承件20通过粘合材料18b键合于第二环形件18上。粘合材料18b可以为适于将永磁体22和支承件20键合于第二环形件上的任何类型的粘合材料。

粘合材料18b可例如为粘合剂，如环氧粘合剂(或与环氧粘合剂具有类似特性或模量)，该粘合剂可实现磁体22和支承件20与第二环形件之间的牢固刚性键合。然而，优选地，粘合材料18b具有低模量或相对较低的模量，以及相对较高的热导率。举例而言，粘合材料18b可具有基于聚硅氧烷的形式。其他合适的材料例如包括低模量环氧粘合剂、聚氨酯粘合剂、丙烯酸粘合剂以及丁腈酚醛树脂粘合剂。应该理解的是，这些并非全部的可能性，还可使用其他材料。为了实现本发明的优点，材料的失效应变或伸长率应足以吸收正常使用中各部件的所有相对运动，以使得粘合剂内的应力并不占径向负荷的主要部分。举例而言，模量应小于20MPa，且应优选处于1MPa～5MPa范围内。

磁体22的径向外缘上绕有保持带24，该保持带24的目的在于向磁体22施加径向向内的负荷，以将其压入支承件20辐条20b之间的孔槽或空间。保持带24由纤维加强的复合材料制成。举例而言，保持带24可包括内嵌于合适的树脂材料基质内的碳纤维等合适的加强纤维材料的绕匝。保持带24可适于制成为松弛直径小于永磁体22所限定出的转子10部分的外径的形式。在组装过程中，可将保持带24弹性拉伸后箍于永磁体22上，以使得保持带24具有预应力，从而使得其向磁体22施加上述径向负荷。

应该理解的是，保持带24施加于磁体22上的径向向内负荷相对较大，而且支承件20的其中一个功能在于反作用于此类负荷。当以低模量粘合材料键合后，支承件20基本上反作用于所有施加在磁体22上的径向向内负荷。当不设置支承件20时，这些径向向内负荷可导致键合部位失效。磁体22以及与其相邻的支承件20的侧面形状使得在保持带在安装后产生的环箍应力的作用下，磁体22与支承件20之间产生锁定力。当磁体22形状为楔形时，径向向内负荷会使得磁体22的侧面推压支承件20各辐条的侧面，从而产生上述锁定力。如此，如图5示意图所示，相邻磁体22挤压其之间的柱条，从而使得磁体22锁定于支承件20上。由于磁体的刚度相对较高，因此该支承件的模量在使转子发挥作用以及反作用于负荷方面具有重要作用。举例而言，支承件20可由碳纤维含量较高的材料制成。其模量应优选大于20GPa。

例如，支承件20可以为注塑成型形式，或者可以为压制成型形式，并且机器加工或最终处理为基本具有如图所示的形状。然而，在某些方面，某些制造技术(如下所述)使得支承件20形成为不具有内部环形部分20a的形式。支承件20和磁体22适于预组装形成子组合体，该子组合体随后作为一体以粘合剂18b键合至第二环形件18上。

在第一种制造技术中，支承件20作为一体上料于模制成型工具内，也就是说，支承件20包括内部环形部分20a以及多根辐条20b。子组合体的制造优选包括如下步骤：例如在磁体22和支承件20位于具有合适形状的模具内的状态下，例如以合适的基于树脂的填充材料填充磁体22与支承件20之间的任何空隙或空洞。支承件20可设计为尺寸略小于针对这一目的的尺寸，而且其柱条长度使得其不径向突出于磁体22之外，从而在使用过程中不会与保持带24接合。

或者，也可不将支承件20作为一体，而是将支承件20作为分开的部件。也就是说，内部环圈20a和多根分开的辐条20b上料于设置多个磁体的模制成型工具内，然后将基于树脂的填充材料施加于空隙之间。

图6所示为支承件一面上的内部径向环。图7所示为在施加基于树脂的填充材料之前位于设置辐条的模具内的图6内部径向环。

在此类制造技术中，内部环圈20a可沿其周向间隔设置多个可变形结构20c。每一可变形结构20c的目的在于与相应辐条20b接触，以向该辐条20b施加径向作用力，从而在将基于树脂的填充材料施加于空隙之间前，将该辐条保持到位。在施加基于树脂的填充材料之后，上述结构便固定到位。

当将支承件20作为分开的部件时，可使得构成支承件20的不同部件能够由具有不同特性的不同材料制成。

例如，辐条20b可包括单向(UD)碳带。例如，辐条20b可从拉挤型材上切下，该拉挤工艺为连续制造工艺，适合用于以较低的人力劳动大量制造基本上为单向的条带材料。

图8所示为组装于模具内之前的例示单向拉挤工艺，其中示出了用于形成每一辐条20b的切割线。

通过使用包括单向拉挤碳纤维的辐条20b，可大幅提高辐条刚度，尤其沿其宽度方向的刚度。例如，宽度方向上的平面模量可大约为110～130Gpa，而其长度方向上的平面模量大约为5Gpa。

或者，辐条20b可包括各向同性或准各向同性材料。该材料例如为在XY平面(其中，XY平面为支承件和磁体平面)内具有各向同性特性的材料。此类材料可包括玻璃纤维板材成型化合物(SMC)，该玻璃纤维SMC可具有10～20GPa的XY平面模量，以及XY平面模量更高的碳纤维SMC，一般为30～40GPa左右，而且其还可通过选择更高模量级别的碳纤维的方式进一步增大。Z平面(厚度方向)的模量可较低，例如处于大约5～10GPa。

或者，辐条20b也可包括磁性材料。在该情形中，辐条20b的磁场方向设置为永磁体22的磁场方向正交。例如，当永磁体沿南北方向设置时，辐条20b可沿东西方向设置。如此，可构成哈尔贝克(Halbach)阵列，该阵列可通过增强磁场而提高转子的磁性能。

在上述任何制造技术中，内部环圈20a可注塑成型。其材料特性对转子性能的影响不如磁体22和辐条20b位置对转子性能的影响大。

如上所述，也可不设内部环圈20a，在该情形中，在施加基于树脂的填充材料之前，永磁体22便由辐条20b在模制成型工具内保持到位。

通过按照这一方式制造子组合体，可以确保磁体22与支承件20和填充材料紧密接触，从而最大程度减少或完全避免其相对移动。相应地，在后续安装保持带24后，磁体22不会发生可在粘合材料18b中产生应力或应变的大幅移动。

虽然上述制造技术在将各部件(内部环圈20a以及适用情况下的辐条20b和磁体22)设于模制成型工具内后使用基于树脂的填充材料，但是在替代技术中，在部分或所有部件(内部环圈20a以及适用情况下的辐条20b和磁体22)之间使用粘合剂。与使用基于树脂的填充材料的情形相比，该技术可在相应部件之间，尤其磁体22和辐条20b之间实现更高的结合强度。

概言之，作为替代方案，一种共模成型(co-moulding)组装技术包括：将磁体22置于合适的模具内；以及在磁体22之间进行支承件20的原位成型。由于不会出现空洞或空隙，因此此类共模成型技术无需以填充材料填充空洞或空隙，支承件20形成的同时，便已实现磁体22和支承件20之间的紧密接触。

在此类共模成型技术中，磁体22可置于底模中，并夹持或保持到位。在这一阶段，板材成型化合物(SMC)预成型物处于未固化的可塑状态，而且仅仅为切制形成的矩形材料块。SMC可包括热固性树脂。SMC预成型物上料于模具中后，盖上顶模，以挤压SMC材料，以使其流动形成辐条20b和内部环圈20a的最终形状(虽然模具的形状也可以不具有用于形成内部环圈20a的部分)。

通过使用共模成型技术，磁体的负荷路径直接处于SMC材料中，而且制成的支承件20和磁体22子组合体具有较高的总体刚度。

应该理解的是，上述转子10为磁体22键合至由第一和第二环形转子盘16，18及支承件20构成的支承盘14一面上的单面形式。在使用时，一对此类转子10可安装于共用转子轴26上，并设置为单个定子28在轴向上位于转子10之间的形式。定子28包括线圈，该线圈在使用过程中通电，以感应磁场，该磁场与永磁体22配合驱动转子10以及供转子10安装于其上的转子轴26旋转。在某些结构中，转子10可安装于定子28内的轴承上。

在使用过程中，转子10绕其轴线的旋转使得永磁体22承受较大的向心负荷，而预应力保持带24用于抵消此类负荷，从而将永磁体22保持到位。永磁体22的磁通和定子线圈的关联磁场之间的相互作用沿将永磁体22提离支承盘14且/或使得永磁体相对于支承盘14发生扭曲或倾斜的方向产生较大的负荷。当以低模量粘合材料将永磁体22键合于支承盘14上时，该低模量粘合剂能够在使用时发生弯曲，从而在应对此类扭曲移动的同时，保持永磁体22与支承盘14之间的键合完整性。低模量粘合材料还可应对转子10的不同部件之间，尤其磁体22和第二环形件18之间因热胀冷缩差异导致的移动。如上所述，此类移动量有时较为显著。

在支承件20和永磁体22通过具有较高模量的粘合剂键合于支承盘上的情形中，支承件20、永磁体22以及预应力带24组成的结构仍然发挥防止支承盘与磁体之间移动的作用。在使用时，转子10绕其轴线的旋转使得永磁体22承受较大的向心负荷，而预应力保持带24用于抵消此类负荷，从而将永磁体22保持到位。永磁体22的磁通和定子线圈的关联磁场之间的相互作用沿将永磁体22提离支承盘14且/或使得永磁体相对于支承盘14发生扭曲或倾斜的方向产生较大的负荷。粘合剂可以防止所有的此类移动。

用于将永磁体22键合于支承盘14上的材料的热导性与支承盘14的设计相结合，使得热能能够传导至磁体22之外，并从电动机的其他部位消散。

应该理解的是，本发明的优点在于，永磁体在转子10其他部分上的固定方式在能够防止使用时磁体遗失并对电动机造成相应灾难性损害的同时，使得电动机能够在各种操作环境中高速运转，如以大于15000rpm的速度运转。

虽然上述转子10旨在用于定子位于一对单面转子之间类型的电动机，但是本发明不限于此类用途，而且还可用于其他形式的电动机以及其他形式的旋转电机。

虽然以上描述了本发明的一种具体实施方式，但是应该理解的是，在不脱离如下附权利要求书所限定的本发明范围的情况下，还可进行各种修饰和变更。

Claims (59)

1.一种旋转电机的转子，其特征在于，该转子包括：

支承盘，具有相对的第一面和第二面；

支承件，用于容纳多个永磁体；

多个永磁体，安装于所述支承件上，且由所述支承件保持；以及

保持带，延伸绕于所述永磁体上，所述保持带在使用过程中限制或防止所述永磁体径向向外移动，所述保持带预先受力，以向所述多个磁体施加径向向内的负荷，

其中，所述支承件固定于所述支承盘的所述第一面上。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述支承件包括径向延伸的多根辐条，相邻辐条之间的空间限定出用于分别容纳相应永磁体的空隙。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述支承件包括环形部分，多根辐条自该环形部分径向伸出，相邻辐条之间的每个空间限定出用于分别容纳相应永磁体的孔槽。

4.根据权利要求2或3所述的转子，其特征在于，所述支承件与所述磁体共模成型，并由板材成型化合物材料制成。

5.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述支承件与所述磁体共模成型，而且该支承件由注塑成型聚合物制成。

6.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述环形部分和所述辐条由分开的部件形成。

7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，所述环形部分包括多个径向向外延伸的可变形结构，每个所述可变形结构位于所述环形部分上，以分别与相应辐条重合。

8.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，每个所述可变形结构分别与相应辐条接触，并向该辐条提供径向作用力。

9.根据权利要求6、7或8所述的转子，其特征在于，所述环形部分由注塑成型聚合物制成。

10.根据权利要求6至9当中任何一项所述的转子，其特征在于，每个所述辐条由单向碳带制成，每个所述碳带的纤维相对于相应辐条的轴向长度垂直延伸。

11.根据权利要求6至9当中任何一项所述的转子，其特征在于，每个所述辐条由在沿相应辐条的长度径向延伸的平面以及与该径向平面垂直延伸的平面内具有各向同性特性的材料制成。

12.根据权利要求6至9当中任何一项所述的转子，其特征在于，每个所述辐条由磁性材料制成。

13.根据权利要求12所述的转子，其特征在于，所述磁性材料的磁场方向与所述多个永磁体中的一者或多者的磁场方向正交。

14.根据前述任何权利要求所述的转子，其特征在于，所述保持带由复合材料制成。

15.根据权利要求14所述的转子，其特征在于，所述保持带包括位于由合适的树脂材料形成的基质内的加强纤维材料的绕匝。

16.根据权利要求15所述的转子，其特征在于，所述纤维材料基本上绕成环形。

17.根据前述任何权利要求所述的转子，其特征在于，所述支承件和永磁体的形状构造为用于反作用于由所述保持带施加至所述磁体上的负荷，以基本上防止所述磁体在所述保持带所施加的所述负荷的作用下径向向内移动。

18.根据权利要求4至17当中任何一项所述的转子，其特征在于，包括处于所述永磁体、所述支承件及/或所述保持带各部分之间的聚合物树脂材料。

19.根据前述任何权利要求所述的转子，其特征在于，所述支承件和永磁体以粘合剂固定至所述支承盘的所述第一面上。

20.根据权利要求19所述的转子，其特征在于，所述粘合剂具有相对较低的模量。

21.根据权利要求20所述的转子，其特征在于，所述粘合剂的所述模量小于20MPa。

22.根据权利要求20或21所述的转子，其特征在于，所述粘合材料具有大于环氧粘合材料的热导率。

23.根据权利要求22所述的转子，其特征在于，所述粘合材料的热导率大于0.5W/m·K。

24.根据前述任何权利要求所述的转子，其特征在于，所述支承盘包括第一环形件以及键合于该第一环形件上的第二环形件。

25.根据权利要求24所述的转子，其特征在于，所述第一环形件为钢制形式。

26.根据权利要求24或25所述的转子，其特征在于，所述第二环形件为层叠形式。

27.根据权利要求26所述的转子，其特征在于，所述第二环形件包括层叠的螺旋绕制线圈。

28.根据权利要求24至27当中任何一项所述的转子，其特征在于，所述第一和第二环形件以热导率大于10W/m·K的材料彼此键合或通过其他方式彼此固定。

29.一种旋转电机，其特征在于，包括定子以及可旋转的转子，该转子采用如权利要求1至28当中任何一项所述的形式。

30.根据权利要求29所述的旋转电机，其特征在于，包括轴向磁通电动机或轴向磁通发电机。

31.根据权利要求30所述的旋转电机，其特征在于，所述定子位于成对的采用如权利要求1至28当中任何一项所述形式的转子之间。

32.一种组装旋转电机的转子的方法，其特征在于，包括：

提供具有相对的第一面和第二面的支承盘；

提供有多个永磁体安装于其上的支承件；

将具有预应力的保持带沿周向延伸绕于所述永磁体的径向外圆上，所述保持带用于在使用过程中限制或防止所述永磁体径向向外移动，该预应力保持带向所述永磁体施加径向向内的负荷；以及

将所述支承件固定于所述支承盘的所述第一面上。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，提供有多个永磁体安装于其上的支承件包括：

将加固结构放置于模具内，该加固结构包括自环形部分径向伸出的多根辐条，相邻辐条之间的每个空间分别限定出用于容纳相应永磁体的孔槽；

分别将相应永磁体放置于每个所述孔槽内；以及

将每个所述永磁体键合于所述加固结构上。

34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述环形部分与所述加固结构的相应辐条一体成型。

35.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述环形部分与所述加固结构的相应辐条由分开的部件形成。

36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述环形部分包括多个径向向外延伸的可变形结构，每个所述可变形结构位于所述环形部分上，以分别与相应辐条重合。

37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，在放置于所述模具中时，每个所述可变形结构分别与相应辐条接触，并向该辐条提供径向作用力。

38.根据权利要求35、36或37所述的方法，其特征在于，所述环形部分由注塑成型聚合物制成。

39.根据权利要求35至37当中任何一项所述的方法，其特征在于，每个所述辐条由单向碳带制成，每个所述碳带的纤维相对于相应辐条的轴向长度垂直延伸。

40.根据权利要求35至38当中任何一项所述的方法，其特征在于，每个所述辐条由在沿相应辐条的长度径向延伸的平面以及与该径向平面垂直延伸的平面内具有各向同性特性的材料制成。

41.根据权利要求35至38当中任何一项所述的方法，其特征在于，每个所述辐条由磁性材料制成。

42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述磁性材料的磁场方向与所述多个永磁体中的一者或多者的磁场方向正交。

43.根据权利要求33至42当中任何一项所述的方法，其特征在于，将每个所述永磁体键合于所述加固结构上包括：注入树脂，以填充所述相应磁体、辐条及环形部分当中一者或多者之间的空隙。

44.根据权利要求33至42当中任何一项所述的方法，其特征在于，将每个所述永磁体键合于所述加固结构上包括：在所述永磁体、相应辐条及环形部分的一部分当中的每一者之间施用粘合剂，以将每个所述永磁体键合于所述加固结构上。

45.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，提供有多个永磁体安装于其上的支承件包括：

将多个永磁体放置于模具内，各所述磁体绕轴线周向设置，并且在每个所述永磁体之间具有空隙；以及

绕所述模具内的所述永磁体形成加固结构。

46.根据权利要求45所述的方法，其特征在于，绕所述模具内的所述永磁体形成加固结构包括：

使用多个板材成型化合物预成型物，每个该预成型物分别设置为在相应相邻永磁体之间的空隙内径向向外延伸的辐条；以及

挤压所述多个板材成型化合物预成型物，以形成所述加固结构。

47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述加固结构包括环形内部，所述辐条形成为自该环形内部伸出。

48.根据权利要求46或47所述的方法，其特征在于，所述板材成型化合物预成型物包括热固性树脂。

49.根据权利要求45所述的方法，其特征在于，提供有多个永磁体安装于其上的支承件包括：

以聚合物进行注塑成型，以形成包括径向向外延伸的多根辐条的加固结构，每个辐条形成于相邻永磁体之间。

50.根据权利要求49所述的方法，其特征在于，所述加固结构包括环形内部，所述辐条形成为自该环形内部伸出，所述环形内部在以所述聚合物进行所述注塑成型的过程中形成。

51.根据权利要求49或50所述的方法，其特征在于，注塑成型聚合物包括内含纤维的聚合物。

52.根据权利要求32或51当中任何一项所述的方法，其特征在于，所述保持带由复合材料制成。

53.根据权利要求52所述的方法，其特征在于，所述保持带包括位于由合适的树脂材料形成的基质内的加强纤维材料的绕匝。

54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，所述纤维材料基本上绕成环形。

55.根据权利要求32至54当中任何一项所述的方法，其特征在于，所述支承件和永磁体以粘合剂固定至所述支承盘的所述第一面上。

56.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，所述粘合剂具有相对较低的模量。

57.根据权利要求56所述的方法，其特征在于，所述粘合剂的所述模量小于20MPa。

58.根据权利要求56或57所述的方法，其特征在于，所述粘合材料具有大于环氧粘合材料的热导率。

59.根据权利要求58所述的方法，其特征在于，所述粘合材料的热导率大于0.5W/m·K。