CN221042427U - 包括在电动马达中的转子组件 - Google Patents
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Abstract
一种包括在电动马达中的转子组件具有磁性层，其包括增材制造磁性基板，耦合到电动马达的输出轴；以及绝缘层，其包括增材制造绝缘基板，耦合到与磁性层轴向相邻的输出轴。
Description
技术领域
本发明涉及电动马达，更具体地，涉及与电动马达一起使用的转子组件。
背景技术
电动马达通常包括定子和转子组件。转子组件的部件的设计和制造可以有很大的不同。例如，转子组件可以包括固定地保持磁体的框架，该磁体围绕马达轴成角度地间隔开。这些部件的组装可能具有挑战性。
发明内容
因此，本公开的目的在于，提供一种包括在电动马达中的转子组件，其可以被更快速和简单地形成。
在一个实现方式中，一种包括在电动马达中的转子组件具有磁性层，其包括增材制造磁性基板，该磁性层耦合到电动马达的输出轴；以及绝缘层，其包括增材制造绝缘基板，该绝缘层耦合到输出轴并与磁性层轴向相邻。
在另一个实现方式中，一种包括在电动马达中的转子组件具有磁性层，其包括增材制造磁性基板，该磁性层耦合到电动马达的输出轴；以及绝缘层，其包括增材制造绝缘基板，该绝缘层耦合到输出轴，使得磁性层的径向表面邻接绝缘层的径向表面。
转子组件可以由包括通过增材制造(AM)形成的材料的磁性层和绝缘层的交替层形成。可以使用AM磁性基板形成或印刷磁性层，并且使用AM绝缘基板沿轴向形成或印刷绝缘层，使得磁性层和绝缘层的径向表面彼此邻接。在过去，转子组件由离散的磁体形成，这些磁体存在于小段中，并且随后与位于小段之间的非导电粘合剂组装在一起。这样的过程可能既耗时又麻烦。相反，可以更快速和简单地形成转子组件，该转子组件包括用AM机器(诸如激光喷射或粘合剂喷射)施加的AM基板的交替磁性层和绝缘层。
附图说明
图1是描绘电控涡轮增压器组件的实现方式的透视图；
图2是描绘电控涡轮增压器组件的实现方式的截面视图；
图3A是描绘可以与电控涡轮增压器组件一起使用的转子组件的一部分的实现方式的透视图；
图3B是描绘可以与电控涡轮增压器组件一起使用的转子组件的一部分的实现方式的透视图；
图4是描绘可以与电控涡轮增压器组件一起使用的转子组件的实现方式的局部分解图；
图5是描绘可以与电控涡轮增压器组件一起使用的转子组件的实现方式的截面视图；
图6是描绘可以与电控涡轮增压器组件一起使用的转子组件的另一个实现方式的透视图；以及
图7是描绘可以与电控涡轮增压器组件一起使用的转子组件的另一个实现方式的透视图。
具体实施方式
转子组件可以由包括通过增材制造(AM)形成的材料的磁性层和绝缘层的交替层形成。可以使用AM磁性基板形成或印刷磁性层，并且使用AM绝缘基板沿轴向形成或印刷绝缘层，使得磁性层和绝缘层的径向表面彼此邻接。AM制造也可以称为三维(3D)打印。在过去，转子组件由离散的磁体形成，这些磁体存在于小段中，并且随后与位于小段之间的非导电粘合剂组装在一起。这样的过程可能既耗时又麻烦。相反，可以更快速和简单地形成转子组件，该转子组件包括用AM机器(诸如激光喷射或粘合剂喷射)施加的AM基板的交替磁性层和绝缘层。本文描述的转子组件可以减少在这些磁性层中流动的涡电流，尤其是在以相对高频率运行的电动马达中，诸如电控涡轮增压器。
图1-2描绘了电控涡轮增压器组件10的一个实现方式，电控涡轮增压器组件10包括电控涡轮增压器12和电子组件14，电子组件14包括由壳体16接收的PCB。电控涡轮增压器12包括压缩机部分18、电动马达20和排气部分22，它们经组装以形成接收涡轮增压器12的部件的结构。如图2所示，涡轮轴24延伸穿过压缩机部分18、电动马达20和排气部分22。在一端，涡轮轴24与位于压缩机部分18中的压缩机涡轮26耦合，压缩机涡轮26旋转以压缩空气，该压缩空气最终被供应到内燃发动机(ICE)的进气增压室(未示出)。涡轮轴24的与压缩机涡轮26轴向间隔开并且位于电动马达20中的另一部分与电动马达20的转子组件28耦合。涡轮轴24也可以被视为电动马达20的输出轴。转子组件28可以相对于包括在电动马达20中的定子32同心地定位。电动马达20包括一个或多个轴承34并且轴承34沿着涡轮轴24轴向地间隔开以便在这些元件在操作过程中在涡轮增压器12内旋转时支撑和稳定涡轮轴24、压缩机涡轮26、转子组件28以及排气涡轮36。排气涡轮36耦合到位于排气部分22中的远离压缩机涡轮26的涡轮轴24的一端。如图1-2所示，电子组件14耦合到电控涡轮增压器12的压缩机部分18。
压缩机部分18包括压缩机涡轮室，其中压缩机涡轮26响应于涡轮轴24的旋转而旋转，并且压缩最终供应到ICE的进气歧管的空气。压缩机涡轮26与从压缩机部分18延伸到电动马达20和排气部分22中的涡轮轴24耦合。转子组件28耦合到涡轮轴24，使得转子组件28和涡轮轴24相对于彼此没有角位移。当组合转子组件28时，转子组件28相对于轴24轴向地延伸，靠近定子32。定子32可以包括多个绕组，这些绕组传送来自电力电子装置的电流并且引起转子组件28和耦合到转子组件28上的涡轮轴24相对于定子32的角位移。在一个实现方式中，定子32和转子组件28可以被实现为从车辆电池接收直流(DC)电压的直流(DC)无刷马达。施加到定子32的DC电压的量可以大于40伏(V)，诸如可以由现代48V车辆电系统提供。其他实现方式也是可能的，其中车辆电系统使用更高的电压，诸如400V和800V。在电致动的涡轮增压器12上包括电连接器46并且将来自电源的电力传递到PCB，该PCB调节供应给电控涡轮增压器12的电动马达的电流。
排气部分22与ICE产生的废气流体连通。当ICE的曲轴的每分钟转数(RPM)增加时，由ICE产生的排气的体积增加并且相应地增加排气部分22中的排气的压力。这种压力的增加还可以增加排气涡轮36的角速度，排气涡轮36通过涡轮轴24将旋转运动传递到压缩机涡轮26。在该实现方式中，压缩机涡轮26接收来自排气涡轮36和电动马达20的旋转力。更具体地，当ICE以较低的RPM运行时，即使排气部分22内的排气压力相对较低，电动马达20也可以向压缩机涡轮26提供旋转力。当ICE增加曲轴的RPM时，排气部分22内的排气压力可以建立并且提供驱动压缩机涡轮26的旋转力。压缩机涡轮室38与压缩机入口40流体连通，压缩机入口40从周围大气中抽吸空气并且将其供应到压缩机涡轮26。当PCB选择性地向定子32的绕组提供电流时，转子组件28被感应旋转并且在涡轮轴24和压缩机涡轮26上施加该旋转。
然而，应当理解的是，本文描述的概念可以应用于以不同方式配置的电致动涡轮增压器。例如，电致动涡轮增压器可以使用压缩机部分和电动马达而省略排气部分来实现。在这种实现方式中，涡轮增压器包括经由涡轮轴耦合到电动马达的压缩机涡轮，而不依赖于也耦合到涡轮轴的排气涡轮。这种实现方式有时可以被称为电动增压器，因为在这种实现方式中强制感应仅依赖于由电动马达提供的旋转力，而不是还使用由排气旋转驱动的排气涡轮。此外，本文描述的概念也可以应用于在非电控涡轮增压器应用中使用的电动马达。例如，本文描述的转子组件可以用于包括在混合电动或电池电动车辆中的电力牵引马达中。
转到图3A、3B、4-5，示出了转子组件28的实现方式。转子组件28包括由AM机器产生的增材制造(AM)基板的交替磁性层50和绝缘层52。转子组件28可以包括涡轮轴24，或可替代地包括电动马达的输出轴。转子组件28可以包括沿着旋转轴线(x)的轴向堆叠，该轴向堆叠包括使用AM机器产生的磁性层50，该AM机器具有增材制造磁性基板，该磁性基板具有磁性特性。组件28还可以包括绝缘层52，绝缘层52与磁性层50轴向相邻，用作电绝缘体，并且可选地包括热导体，该热导体由使用具有使用AM机器施加的绝缘特性的AM基板产生。转子组件28可以具有在轴向方向(x)上延伸的交替的磁性层50和绝缘层52，使得磁性层50的径向表面54邻接使用AM机器产生的绝缘层52的径向表面56。如上所述，增材制造机器通常也可以称为三维(3D)打印。磁性层50和绝缘层52可以由通过AM机器(未示出)诸如3D打印机、激光喷射或粘合剂喷射施加的基板形成。
在一个示例中，磁性基板最初可以作为包括钕、铁和硼的粉末存在，其可以通过AM机器施加以形成钕磁体层50。在其他实现方式中，可以使用不同的材料来形成磁性基板，诸如钐钴。在一个实现方式中，磁性层50沿着涡轮轴26测量的轴向厚度可以是1-2毫米(mm)。AM机器可以将磁性基板转换成三维形状的磁体层50，磁体层50经耦合或可以经耦合到涡轮轴26。绝缘层52可以由通过AM机器施加到磁性层50的径向表面54的绝缘基板形成。绝缘基板最初可以作为包括电绝缘体和可选的热导体的粉末存在。可以电绝缘但导热的绝缘基板的一个示例是氮化铝。AM机器可以将绝缘基板转换成与磁性层50邻接的三维形状的绝缘层52，并且绝缘层52经耦合或可以经耦合到涡轮轴26。在一个实现方式中，绝缘层52可以是1-2微米(μm)。然而，应当理解，绝缘层的厚度可以变化，并且一般而言，绝缘层的厚度与提供电绝缘所需的一样厚，但不会更厚。已经提供了磁性层和绝缘层的示例性厚度。然而，应当理解，这些厚度可以根据转子组件28的期望性能而变化。例如，厚度可以根据转子组件28中心处的期望冷却而变化。转子组件28根据应用的需要可以包括交替的磁性层和绝缘层50、52。在该实现方式中，磁性层50和绝缘层52示出为相对圆形的外部尺寸和内部尺寸，但是应当理解，层50、52可以形成为不同的形状，诸如具有椭圆形外径的层。层50、52可以涂覆在轴向外表面58上以改善散热并且提供电屏蔽，该电屏蔽可以减少高频场的穿透，从而减少磁性层50中的涡电流。该涂层可以有助于增加相对于层50、52同心定位的一个或多个套筒。
在转子组件28包括所需量的磁性层50和绝缘层52之后，可以使用烧结或高等静压(HIP)操作进一步致密化层50、52。转子组件28还可以包括一个或多个套筒60，套筒60接合磁性层50和绝缘层52的轴向外表面58以为组件28提供结构支撑。套筒60的轴向外表面58可以包括相对低的摩擦系数。在一些应用中，套筒60可以由金属合金形成，但其它材料也是可能的，诸如碳增强聚合物。
图6描绘了转子组件28’的另一个实现方式。转子组件28’包括由AM机器产生的增材制造(AM)基板的磁性层50’和绝缘层52’。磁性层50’可以如上所述形成，但是可以成形为使得它们是细长的并且沿着输出轴24轴向地延伸。在一些实现方式中，磁性层50’可以沿着输出轴24从转子组件28’的一端轴向地延伸到转子组件28’的相对端。绝缘层52’也可以沿着输出轴24轴向地延伸。磁性层50’的轴向表面62可以邻接绝缘层52’的轴向表面64。
图7描绘了转子组件28”的又一个实现方式。转子组件28”可以包括多个磁性层50”和绝缘层52以及轴向延伸的绝缘层52’。在该实现方式中，磁性层50”可以各自包括围绕输出轴24的圆周成角度地布置的多个单独的磁性段66。交替的磁性层50”可以由绝缘层52隔开，使得磁性层50”的径向表面54邻接绝缘层52的径向表面56。此外，分离的磁性层50”的各个磁性段66可以由轴向延伸的绝缘层52’分离。
应当理解，以上是对本发明的一个或多个实施例的描述。本发明不限于本文公开的特定实施例，而是仅由下面的权利要求限定。此外，包含在前述描述中的陈述涉及特定实施例，并且不应解释为对本发明的范围或对权利要求中所使用的术语的定义的限制，除非术语或短语在上文明确定义。对于本领域技术人员来说，各种其它实施例以及对所公开的实施例的各种改变和修改将变得显而易见。所有这些其它实施例，改变和修改都旨在落入所附权利要求的范围内。
如本说明书和权利要求中所使用的，术语“例如(e.g.)”、“例如(for example)”、“例如(for instance)”、“诸如(such as)”和“像(like)”以及动词“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”和它们的其它动词形式，当与一个或多个部件或其它项目的列表结合使用时，各自被解释为开放式的，意味着该列表不被认为排除其它附加部件或项目。除非在需要不同解释的上下文中使用，否则其它术语应使用其最广泛的合理含义来解释。
Claims (15)
1.一种包括在电动马达中的转子组件，其特征在于，所述转子组件包括：
磁性层，其包括增材制造磁性基板，所述磁性层耦合到电动马达的输出轴；以及
绝缘层，其包括增材制造绝缘基板，所述绝缘层耦合到所述输出轴并与所述磁性层轴向相邻。
2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件进一步包括电控涡轮增压器。
3.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述磁性层的轴向长度大于所述绝缘层的轴向长度。
4.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述绝缘层是电绝缘和导热的。
5.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述绝缘层包括氮化铝。
6.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述绝缘层的轴向厚度是在1μm与2μm之间。
7.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述磁性层的轴向厚度是在1mm与2mm之间。
8.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述磁性层包括钕、铁和硼，或所述磁性层包括钐钴。
9.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件进一步包括施加在所述磁性层和所述绝缘层的轴向表面上的涂层。
10.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件进一步包括相对于所述磁性层和所述绝缘层同心定位的一个或多个套筒。
11.一种包括在电动马达中的转子组件，其特征在于，所述转子组件包括：
磁性层，其包括增材制造磁性基板，所述磁性层耦合到电动马达的输出轴；以及
绝缘层，其包括增材制造绝缘基板，所述绝缘层耦合到所述输出轴，使得所述磁性层的径向表面邻接所述绝缘层的径向表面。
12.根据权利要求11所述的转子组件，其特征在于，所述磁性层是细长的并且沿着所述输出轴轴向地延伸。
13.根据权利要求11所述的转子组件，其特征在于，所述绝缘层是电绝缘和导热的。
14.根据权利要求11所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件进一步包括施加在所述磁性层和所述绝缘层的轴向表面上的涂层。
15.一种包括在电动马达中的转子组件，其特征在于，所述转子组件包括：
磁性层，其包括增材制造磁性基板，其是细长的并且从所述转子组件的一端延伸到所述转子组件的另一端，所述磁性层耦合到电动马达的输出轴；以及
绝缘层，其包括增材制造绝缘基板，其是细长的并且从所述转子组件的一端延伸到所述转子组件的另一端，所述绝缘层耦合到所述输出轴使得所述磁性层邻接所述绝缘层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant |