CN219760730U - 一种转子组件、电机及电驱系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种转子组件、电机及电驱系统，转子组件包括：转子轴；转子铁芯，包括结构相同且沿所述转子轴的轴线依次排列的至少两个叠片，每个叠片都包括：中心孔；多个永磁体安装部；多个定位孔，定位孔的数量与永磁体安装部的数量相同，多个定位孔的中心位于圆心在转子轴的轴线上的同一个圆上，每个定位孔与其相邻的两侧定位孔之间的圆心角的角度不相同；对于转子铁芯的每个叠片，存在一个定位孔与所有其他的叠片上的一个定位孔位于同一直线上，且至少一个叠片的永磁体安装部与其他叠片的永磁体安装部在轴向上不重合。通过上述设置方式，仅制造一种叠片利用一个工装即可实现多角度的磁极偏移，降低了电机的齿槽转矩和转矩波动。

Description

一种转子组件、电机及电驱系统

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，具体涉及一种转子组件、电机及电驱系统。

背景技术

对于电机而言，产生磁场的方式有两种：由电流励磁从而产生磁场，或者由永磁体来产生磁场。使用永磁体的电机被称作永磁电机。与电励磁电机相比，永磁电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高优点。随着永磁材料的性能提高，永磁电机也逐步获得了更加广泛的应用。

然而，永磁电机也存在一些固有的问题。例如，在电机绕组开路时，电机回转一周内，由于电枢铁芯开槽，从而会有趋于最小磁阻位置的倾向而产生的周期性力矩。这一力矩也被称为齿槽转矩。齿槽转矩也被称为制动转矩或无电流转矩。该转矩取决于位置，每转的周期性取决于磁极数和定子上的齿数。齿槽转矩对于电机的运行来说是不希望有的分量，且在较低的速度下尤为突出。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出如下的技术方案。

一种转子组件，包括：

转子轴；

转子铁芯，所述转子铁芯包括结构相同且在沿所述转子轴的轴线依次排列的至少两个叠片，每个叠片都包括：

中心孔，所述中心孔用于容纳所述转子轴；

多个永磁体安装部，所述多个永磁体安装部在周向上均匀分布；

多个定位孔，所述定位孔的数量与所述永磁体安装部的数量相同，所述多个定位孔的中心位于圆心在转子轴的轴线上的同一个圆上，且每个定位孔与其相邻的两侧定位孔之间的圆心角的角度不相同；

对于转子铁芯的每个叠片，存在一个定位孔与所有其他的叠片上的一个定位孔位于同一直线上，且至少一个叠片的永磁体安装部与其他叠片中的至少一个叠片的永磁体安装部在轴向上不重合。

通过上述设置方式，能够仅通过一个叠片模具制造一种结构的叠片，利用一个工装即可实现多角度的准确的磁极偏移，从而降低了电机的齿槽转矩和转矩波动，同时可以降低磁钢涡流损耗，降低噪声和振动。此外，由于在全部的叠片中存在至少一个定位孔是在一条直线上的，因此在装配转子铁芯的多个叠片时，能够使用同一个工装一起对各个叠片进行合装，由此缩短了生产线的装配时间。

根据本实用新型的一个示例，在每个叠片上都设置有识别区域，用于确定各个定位孔在周向上的位置。

根据本实用新型的一个示例，所述识别区域的颜色与其他区域的颜色不同。

根据本实用新型的一个示例，所述识别区域设置有数据矩阵码或者二维码。

利用识别区域可以通过对应的识别装置例如摄像头、二维码读取设备等来确定叠片上的定位孔的周向位置，从而实现叠片的自动化拾取和装配。

根据本实用新型的一个示例，所述转子轴与所述转子铁芯过盈配合。通过热装的方式实现二者的过盈配合连接，无需在叠片上设置键槽，简化了生产工艺，降低了成本。此外，这对于设备的压装力要求低，且不会产生碎屑。

根据本实用新型的一个示例，所述叠片的数量为6个。

根据本实用新型的一个示例，所述定位孔的数量为8个，其中4个定位孔的圆心位于相互垂直的两条直径上，在所述4个定位孔的每两个定位孔之间各设置有1个定位孔。

根据本实用新型的一个示例，所述多个定位孔分为两组，且这两组定位孔关于过所述圆心的一条直线对称。由于用于与工装配合的孔设置成对称的形式，因此也不会影响转子的动平衡。

本实用新型还提供一种电机，包含定子以及上述的转子组件。

本实用新型还提供一种电驱系统，包括：

减速器和逆变器中的至少一者，以及

上述的电机。

本实用新型的其他特征和优点将在下文结合附图进行详细说明。

附图说明

参考附图描述本实用新型的示例性实施例，其中：

图1示出了本实用新型的转子铁芯的叠片的俯视图。

图2示出了本实用新型的转子铁芯的一个转子叠片与转子装配工装组合后的立体图。

图3示出了本实用新型的转子铁芯的三个转子叠片依次装配的立体图。

图4示出了本实用新型的转子铁芯的六个转子叠片与转子装配工装组合后的立体图。

图5示出了本实用新型的转子与转子轴组合后的立体图。

所有附图都只是示意性的，而且并不一定按比例绘制，此外它们仅示出为了阐明本实用新型而必需的那些部分，其他部分被省略或仅仅提及。即，除附图中所示出的部件外，本实用新型还可以包括其他部件。

在附图中，相同的和/或功能相同的技术特征采用相同或相似的附图标记。

具体实施方式

下面参照附图描述本实用新型的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解和实现本实用新型。但是，对所属技术领域的技术人员明显的是，本实用新型的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本实用新型并不局限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面所述的特征和要素的任意组合来实施本实用新型，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用，而不应看作是权利要求的特征或限定，除非在权利要求中明确提出。

在以下描述中可能使用的关于方位的说明，比如“上”、“下”、“内”、“外”、“径向”、“轴向”等，除非具有明确说明，仅为了方便描述，而无欲对实用新型技术方案形成任何限定。此外，在下文中使用了例如“第一”、“第二”等术语来描述本申请的元件，这些术语仅用于区分各个元件，而无欲限制这些元件的本质、序列、顺序或数目。

图1示出了本实用新型的转子铁芯的叠片的俯视图。从图1中可以看出，叠片100为环形结构，该环形结构具有圆心O，在叠片100的径向内部具有中心孔，用于容纳转子轴。图1所示的叠片100中，以O为圆心，在圆周上叠片100可以被分为8个扇形部分。每个扇形部分都具有用于安装永磁体的永磁体安装部。在图1所示的示例中，每个扇形部分的永磁体安装部包括第一槽109和第二槽110，第一槽109包括两个共同形成V形的槽，且两个槽彼此不连接，且V形的开口沿径向朝外。同样地，第二槽110也包括两个共同形成V形的槽，这两个槽彼此不连接，且V形的开口沿径向朝外。如图1所示，第一槽109的V形的开口张开角度要小于第二槽110的V形的开口张开角度。永磁体可以安装到对应的槽中。

用于安装永磁体的槽的形状和位置可以不限于图1中所示的示例。例如，可以将永磁体安装槽设置成垂直于径向的直槽的形式，或者沿径向延伸的直槽的形式，或者设置成垂直于径向的直槽以及与径向成一角度的槽的组合的形式。

永磁体可以采用稀土永磁材料制成，例如采用钕铁硼永磁体，也可以采用铁氧体永磁体。

进一步地，除了中心孔外，在叠片100上，还设置有在圆周上排列的多个孔。如图1所示，与8个扇形部分相对应，在每两个扇形部分之间，设置有一个孔。为了描述方便，按照顺时针方向，分别称为第一孔101、第二孔102、第三孔103、第四孔104、第五孔105、第六孔106、第七孔107以及第八孔108。设置多个孔可以起到减轻转子叠片重量的作用。另外，多个孔也可以如下文所述起到转子叠片的组装和定位的作用。因此，在本文中，也将该孔称为定位孔。

本领域技术人员知晓，叠片中扇形部分的数量可以根据实际需要进行选定，而非必须是8个扇形部分。当然，当扇形部分的数量确定之后，孔的数量也就随之确定。

进一步地，在图1中，8个孔的圆心位于同一个圆上。在圆周方向上，8个孔的位置关系设置成：第一孔101和第三孔103之间的圆心角为90°，第三孔103和第五孔105之间的圆心角为90°，第五孔105和第七孔107之间的圆心角为90°，第七孔101和第一孔101之间的圆心角为90°。也就是说，在8个孔中，有4个孔的圆心位于相互垂直的两条直径上。

8个孔中，剩下的4个孔也分别位于两条直径上，且这4个孔在圆周上的位置设置成：位于第一孔101和第三孔103之间的第二孔102，其圆心并非位于第一孔101和第三孔103的角平分线上，而是在圆周上更加靠近第一孔101；位于第三孔103和第五孔105之间的第四孔104，其圆心并非位于第三孔103和第五孔105的角平分线上，而是在圆周上更加靠近第五孔105；位于第五孔105和第七孔107之间的第六孔106，其圆心并非位于第五孔105和第七孔107的角平分线上，而是在圆周上更加靠近第五孔105；位于第七孔107和第一孔101之间的第八孔108，其圆心并非位于第七孔107和第一孔101的角平分线上，而是在圆周上更加靠近第一孔101。

从图1中可以清楚地看出，第二孔102的圆心与第三孔103的圆心之间的圆心角为45°+a，同样地，第四孔104的圆心与第三孔103的圆心之间的圆心角也为45°+a，角度a在此称为偏移角。同样地，第六孔106的圆心和第八孔108的圆心相对于第七孔107的圆心的圆心角的角度也是45°+a。偏移角a的具体数值可以根据转子的具体参数以及设计需求等确定。

作为一种优选的设置方式，在图1所示的8个孔中，其中的6个定位孔分为两组，第二孔102、第三孔103、第四孔104为第一组，第六孔106、第七孔107以及第八孔108为第二组，且这两组定位孔关于过所述圆心的一条直线对称。在图1中，该直线通过经过第一孔101和第五孔105的圆心。由于用于与工装配合的孔设置成对称的形式，因此也不会影响转子的动平衡。

下面结合图2和图3来对本实用新型的转子的组装过程进行说明。参见图2，本实用新型的转子包括多个依次排列的图1中所示的转子铁芯的叠片100，而组装转子的工装200则包括环形底座201，以及固定在环形底座201上并且沿着垂直于环形底座201的方向延伸的两个定位部件202，定位部件202可以采用细长的杆的形式。环形底座201的直径优选地大于转子铁芯的叠片100的直径。在环形底座201的中心同样设置有中心孔，以便如下文所述供转子轴穿过。环形底座201的中心孔的直径大于叠片100的中心孔的尺寸。

如图2所示，在安装时，两个定位部件202分别穿过叠片100上的对应的两个孔。由此，两个定位部件202也位于同一个圆上，且该圆的直径与叠片100上的8个孔的圆心所在的圆的直径相同。定位部件202的尺寸与孔的尺寸匹配，使得叠片100能够经由两个孔穿过定位部件202，同时相对于定位部件202在垂直于定位部件202的平面内基本不产生晃动。这种装配方式使得定位部件202与叠片100上的定位孔能够紧密贴合，从而通过定位孔的位置来准确地限定磁极的位置，进而通过下文所述的组装方式来准确地限定多个叠片100之间的磁极偏移。

作为本实用新型的一个重要改进，本实用新型通过将组成同一个转子铁芯的多个叠片之间错位设置，从而使得多个叠片之间的磁极产生偏移，由此来减小永磁电机的齿槽转矩。为了实现制造这种结构的转子，如图3所示对图1所示的多个叠片100进行装配。

首先，对于处于第一层的叠片100，分别使两个定位部件202穿过第二孔102和与该孔位于同一直径上的第六孔104；然后，对于处于第二层的叠片100，分别使两个定位部件202穿过第三孔103和与该孔位于同一直径上的第七孔107；然后，对于处于第三层的叠片100，分别使两个定位部件202穿过第四孔104和与该孔位于同一直径上的第八孔108。结合图1可知，由于第二孔102与第三孔103之间的圆心角为45°+a，第三孔103与第四孔104之间的圆心角也为45°+a，这就使得当第一层的叠片100的第二孔102与第二层的叠片100的第三孔103以及第三层的叠片100的第四孔104对齐后，各层叠片的磁极之间会产生对应角度的偏移。由此，能够减小永磁电机的齿槽转矩以及转矩波动。

图4示出了本实用新型的转子铁芯的六个转子叠片与转子装配工装组合后的立体图。在图4中，第四层、第五层、第六层的叠片100的安装孔的对应关系刚好与第一层、第二层、第三层的关系逆序。也就是说，第一层与第六层的磁极之间不存在偏移，第二层与第五层的磁极之间不存在偏移，第三层与第四层的磁极之间不存在偏移。

本领域技术人员知晓，转子铁芯所包含的叠片100的数量可以根据实际需要设置，并非必须要是6曾，而是可以是更多层或者更少层。对于更多层的叠片，可以设置对应的偏移角来设置各层叠片之间的偏移。

此外，图4示出的仅仅是一种示例性的叠片的磁极偏移形式，可以将其磁极偏移的形式称为V形偏移。对于整个转子铁芯来说，也可以采取完全沿着一个方向偏移的形式，或者采取交错偏移的形式。

基于上述示例，可以知晓，定位孔的设置方式应当遵循如下规律：定位孔的数量与所述永磁体安装部的数量相同，因为永磁体安装部用于安装永磁体进而形成转子的磁极，这使得定位孔的数量转子的磁极的数量相同；同时，与所述多个定位孔的中心位于圆心在转子轴的轴线上的同一个圆上，且每个定位孔与其相邻的两侧定位孔之间的圆心角的角度不相同，对于转子铁芯的每个叠片，存在一个定位孔与所有其他的叠片上的一个定位孔位于同一直线上，且至少一个叠片的永磁体安装部与其他叠片的永磁体安装部在轴向上不重合。由此，安装上述规律组装后的转子铁芯，能够使得通过将不同层上的选定的定位孔对齐，来经由同一叠片上的定位孔之间的圆心角的不同而实现不同层的叠片的磁极的偏移。至于每一层的叠片上哪个安装孔用于与其他层的叠片上的对应安装孔对齐，可以根据上文所述的具体的偏移形式来设置。

作为本实用新型的一个优选实施方式，可以在叠片100上设置识别区域，将识别区域的位置作为零位，由此可以确定叠片100上的各个孔的位置。通过对识别区域进行识别，可以实现对叠片100的自动化拾取并将其按照预定的方位安装到工装200上。识别区域可以采用各种可行的形式。例如，可以设置成与叠片的其它区域不同的颜色，通过摄像头来识别该区域的颜色。或者，可以在识别区域设置诸如数据矩阵码、二维码等形式的标识，通过对应的识别设备可以进行信息识别。

进一步地，参见图5，当将6层叠片100按照所需的形式依次安装到工装200上后，可以将成整体上放到加热箱中进行加热，从而使得叠片100受热膨胀，相应地其中心孔的直径也增加，然后可以与常温下的转子轴或者冷却后的转子轴进行装配。由于叠片加热后中心孔的尺寸增加，因此在将叠片与转子轴装配时二者之间是间隙配合，进而对于设备的压装力要求低，且不会产生碎屑。在装配之后，随着叠片的冷却，叠片与转子轴之间形成过盈配合。这种装配方式无需在叠片上设置键槽，简化了生产工艺，降低了成本。

进一步地，在装配过程中，还可以将位于转子轴的两侧的端盖和锁环同时装配，以便简化工艺过程，节省工位。

以上对本实用新型的转子组件的结构以及其装配过程进行了详细的描述。由上可知，本实用新型的叠片制造简单，能够通过一个叠片模具制造一种结构的叠片，利用一个工装即可实现多角度的磁极偏移，从而降低了电机的齿槽转矩和转矩波动，同时可以降低磁钢涡流损耗，降低噪声和振动。通过设计工装与叠片的尺寸，可以准确控制每个叠片的定位角度。此外，由于用于与工装配合的孔设置成对称的形式，因此也不会影响转子的动平衡。在装配转子铁芯的多个叠片时，能够使用同一个工装一起对各个叠片进行合装或者说预装配，缩短了生产线的组装时间。利用识别区域可以实现叠片的自动化拾取和装配。

本实用新型的转子组件可以应用到永磁电机上。相应地，永磁电机可以用作例如车辆的驱动装置。电机与逆变器、减速器等可以形成电驱系统，从而共同驱动车辆行驶。

参考以上的示意性实施例已经对本实用新型做出了清楚、完整的说明，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，通过对所公开的技术方案的修改可以设想各种其它的实施例。这些实施例应当被理解成落在本实用新型的基于权利要求和其任何等同技术方案所确定的范围之内。

Claims (10)

1.一种转子组件，其特征在于，包括：

转子轴；

转子铁芯，所述转子铁芯包括结构相同且沿所述转子轴的轴线依次排列的至少两个叠片，每个叠片都包括：

中心孔，所述中心孔用于容纳所述转子轴；

多个永磁体安装部，所述多个永磁体安装部在周向上均匀分布；

多个定位孔，所述定位孔的数量与所述永磁体安装部的数量相同，所述多个定位孔的中心位于圆心在转子轴的轴线上的同一个圆上，且每个定位孔与其相邻的两侧定位孔之间的圆心角的角度不相同；

对于转子铁芯的每个叠片，存在一个定位孔与所有其他的叠片上的一个定位孔位于同一直线上，且至少一个叠片的永磁体安装部与其他叠片中的至少一个叠片的永磁体安装部在轴向上不重合。

2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，

在每个叠片上都设置有识别区域，用于确定各个定位孔在周向上的位置。

3.根据权利要求2所述的转子组件，其特征在于，

所述识别区域的颜色与其他区域的颜色不同。

4.根据权利要求2所述的转子组件，其特征在于，

所述识别区域设置有数据矩阵码或者二维码。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的转子组件，其特征在于，

所述转子轴与所述转子铁芯过盈配合。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的转子组件，其特征在于，

所述叠片的数量为6个。

7.根据权利要求6所述的转子组件，其特征在于，

所述定位孔的数量为8个，其中4个定位孔的圆心位于相互垂直的两条直径上，在所述4个定位孔的每两个定位孔之间各设置有1个定位孔。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的转子组件，其特征在于，

所述多个定位孔分为两组，且这两组定位孔关于过所述圆心的一条直线对称。

9.一种电机，其特征在于，包含定子以及根据权利要求1-8中任一项所述的转子组件。

10.一种电驱系统，其特征在于，包括：

减速器和逆变器中的至少一者，以及

如权利要求9所述的电机。