CN108574354A - 电机转子 - Google Patents

Abstract

本公开涉及电机转子。一种电机包括一体的、单一材料的基片，该基片限定转子叠片，转子叠片包括具有预定磁导率的第一区域。转子叠片包括磁导率小于第一区域的磁导率的弧形的第二区域。第二区域被定向成使得第二区域阻碍与第一区域所包含的磁体相关联的且垂直于与所述磁体相关联的交轴磁通场线的磁通。

Description

电机转子

技术领域

本公开涉及电机转子。

背景技术

电机产生扭矩。为了产生扭矩而在电机中产生磁场。场成形区域被用于改善磁场的方向和大小。

发明内容

一种电机包括一体的、单一材料的基片，该基片限定转子叠片，转子叠片包括具有预定磁导率的第一区域。转子叠片包括磁导率小于第一区域的磁导率的弧形的第二区域。第二区域被定向成使得第二区域阻碍第一区域所包含的且垂直于与磁体相关联的交轴磁通场线的磁通。

一种电机包括一体的、单一材料的基片，该基片限定转子叠片，转子叠片包括具有预定磁导率的第一区域和磁导率小于第一区域的磁导率的弧形的第二区域。第二区域被定向成使得第二区域阻碍垂直于交轴磁通场线的磁通，该交轴磁通场线由与转子叠片相关联的磁极限定。

根据本发明的一个实施例，弧从转子的外周边上的一点延伸到叠片的外周边上的另一点，叠加转子的同步磁阻电机磁通屏障。

根据本发明的一个实施例，第二区域包括限定所述屏障的桥。

根据本发明的一个实施例，第二区域限定在转子叠片的桥上。

根据本发明的一个实施例，第二区域塑性变形以改变其磁导率。

一种电机包括一体的、单一材料的基片，该基片限定转子叠片，转子叠片包括外周边和多个磁通屏障，所述多个磁通屏障被构造为通过d轴磁阻与q轴磁阻之间的差异产生磁阻扭矩。叠片包括具有预定磁导率的第一区域和磁导率小于第一区域的磁导率的弧形的第二区域。第二区域被定向成使得第二区域阻碍垂直于交轴磁通场线的磁通，该交轴磁通场线由与转子叠片相关联的磁极限定。

附图说明

图1A是永磁同步转子叠片的平面图；

图1B是被堆叠以形成转子或转子区段的转子叠片的侧视图；

图2是具有弧形的第二区域的转子部；

图3是具有减小的弧形的第二区域的转子部；

图4是具有弧形的第二区域的转子部，其中，该弧形的第二区域具有不同的区段；

图5是转子部、代表性的交轴场线和限定在转子部的桥上的第二区域；

图6A是从交轴磁通线偏移的弧形的第二区域；

图6B是叠加在交轴磁通线上的弧形的第二区域；

图6C是大体上垂直于交轴磁通线的弧形的第二区域；

图7是磁阻转子的平面图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采用各种可替代形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可以与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。

电机被用于利用各种方法来产生扭矩。一些电机使用永磁体来产生转子磁场。其它电机可使用感应转子磁场或绕线转子电磁体。不管怎样，磁场的方向和大小确保产生适当的扭矩。可使用各种方法来使磁场成形。能够用于使磁场成形的一种方法是低磁导率区域。低磁导率区域阻碍磁通并将该磁通重新定向到优选的方向。电机的转子可由大体上一种材料或至少一个基片(substrate)制成。通过塑性变形、掺杂或其它方法使电机的区域变形，以控制通过转子叠片的磁通的流动。所述区域可被定位为消除已知的和不期望的磁通或有效地对这些磁通进行重新定向。

参照图1A和图1B，示出了转子叠片100。转子叠片100可与其它叠片100堆叠，以形成转子10。叠片100可具有相同或不同的布局。转子可围绕中央轴线12旋转。叠片100可具有限定磁极104、106的极距。对于八极电机，极距为45°。磁极104、106可在外北极104与外南极106之间交替。磁极可由位于凹腔108中的永磁体110形成。凹腔可按照V形的磁体对布置，以限定磁极104、106。叠片100限定尺寸适于接纳驱动轴的内孔20。内孔20可包括用于接纳驱动轴并将驱动轴锁止就位的驱动键22。

参照图2，示出了转子叠片100的一部分。转子叠片100包括位于凹腔108中用于形成磁极104的永磁体110。凹腔具有V形构造。永磁体110产生直轴磁通，该直轴磁通从永磁体110的北极和南极发出并垂直于由定子(未示出)产生的交轴磁通线116。转子叠片100或者至少示出的部分是一体的。这意味着，它是由单一基片形成的并且基本上包括一种材料。除了嵌套在转子内的永磁体，转子叠片100是由单一基片材料形成的一体件。例如，基片材料可以是电工钢。可使用各种替代材料。永磁体110可以是任意类型的磁体(例如，稀土磁体、铁氧体磁体)。一体的叠片100具有被构造为容纳永磁体110的第一区域111。一体的叠片100的单一基片可具有改变的第二区域114。改变的第二区域114可由可在转子叠片100的外周边107上的两个位置之间延伸的弧形形状112限定。第二区域114可由另一弧形形状限定。如图所示，第二区域114可具有多个层或多个排。通道113可由第二区域114形成，以将磁通引导到外周边。第二区域114的磁导率小于第一区域111的磁导率。第二区域被定向成使得第二区域114阻碍第一区域111所包含的由定子绕组中的电流产生的直轴磁通。然而，第二区域还可阻碍磁体产生的磁通，这是起反作用的。第二区域114从外周边107上的一个点115延伸到外周边107上的另一点117，以在外周边107与第二区域114之间包围V形永磁体110。

如本领域已知的，直轴(“d轴”)磁场和交轴(“q轴”)磁场是用于描述转子的磁通的术语。直接从凸极104发出的场称为直轴。垂直于凸极104发出的场称为交轴。直轴从永磁体110的极(北极或南极)延伸到叠片100的外周边107，交轴从每个单独的磁体110的北极和南极的接合处延伸，如场线116所示。

第一区域111的磁导率等于基片材料(优选为磁导率大于4π×10^-7H·m^-1的电工钢)的磁导率。第二区域114的磁导率可小于第一区域111的磁导率。磁导率减小的第二区域114通过改变气隙或磁极104的表面上的磁通分布来减小谐波磁通。

可利用变形来改变或更改第二区域114的磁导率。可使用弹性或塑性变形。在塑性变形中，可利用各种方法来使第二区域114的基片变形。例如，可使用凹痕、敲击、变形或冲孔。可使用喷丸、激光喷丸、空化喷丸和湿喷丸。变形可引起基片的晶体结构改变，从而改变变形区域的磁导率。通过在第二区域114中制造凹痕，敲击工艺可发生在叠片被铸造之后。可以使用模具来使第二区域114中的叠片变形。可以使用本领域已知的任意类型的变形来产生第二区域114的弧形形状112。

可以通过掺杂或改变第一区域111的基片的组分来改变或更改第二区域114的磁导率。例如，可使用相变来更改基片的磁导率，以限定第二区域114。叠片100可以在第二区域114中被加热和冷却，以改变其磁导率。可以使用添加剂来保持更改的磁导率。可以使用涂层和扩散层来覆盖第二区域114并改变该区域的磁导率。涂层和扩散层可以是至少包括铝、硅、碳、硫、锗、镍、铬的合金或任意其它材料的组合，以在不改变叠片100和第一区域111的基片的情况下改变第二区域114的磁导率。可将涂层涂覆到被堆叠以形成转子10的叠片100中的一些或全部叠片。上述元素可被扩散到第一区域111的基片中，以改变其磁导率并产生第二区域114。例如，锰和/或镍或它们的组合可被扩散到一体的、单一基片的叠片100，以更改第二区域114的磁导率。此外，可以使用离子注入来更改第二区域114，同时保持一体的、单一基片的叠片100。

一体的叠片100包括由被铸造、压制或以其它方式形成的共同的基片形成的第一区域111和第二区域114。***件或空白区域不是第二区域，这是因为它们不是转子叠片100的一部分。例如，在本领域中使用空隙来防止永磁体磁通泄漏，而所述空隙不是第二区域，这是因为它们不是叠片或单一基片的一部分。通过如上所述的这些方法形成的改变方法和设备被应用到单一基片，仅单一材料组分被用于该基片。

参照图3，示出了转子叠片200的一部分。转子叠片200包括位于凹腔208中用于形成磁极204的永磁体210。凹腔具有V形构造。永磁体210产生直轴磁通，该直轴磁通从永磁体210的北极和南极发出并垂直于交轴磁通线216。转子叠片200是一体的。除了嵌套在转子10内的永磁体，转子叠片200是由单一基片材料形成的一体件。例如，基片材料可以是电工钢。可使用各种替代材料。永磁体210可以是任意类型的磁体(例如，稀土磁体、铁氧体磁体)。一体的叠片200具有被构造为容纳永磁体210的第一区域211。一体的叠片200的单一基片可具有改变的第二区域214。改变的第二区域214可由在转子叠片200的外周边207上的两个位置之间延伸的弧形形状212或其一部分限定。如图2所示，第二区域214可具有额外的层或排。第二区域214的磁导率小于第一区域211的磁导率。第二区域214被定向成使得第二区域214阻碍第一区域211所包含的由定子绕组中的电流产生的直轴磁通。如本领域已知的，d轴磁场和q轴磁场被用于描述直轴和交轴。第二区域214被示出为大致位于中央轴线12与外周边207之间。

参照图4，示出了转子叠片300的一部分。转子叠片300包括位于凹腔308中用于形成磁极304的永磁体310。凹腔具有V形构造。永磁体310产生直轴磁通，该直轴磁通从永磁体310的北极和南极发出并垂直于交轴磁通线316。转子叠片300是一体的。除了嵌套在转子10内的永磁体，转子叠片300是由单一基片材料形成的一体件。例如，基片材料可以是电工钢。可使用各种替代材料。一体的叠片300具有被构造为容纳永磁体310的第一区域311。一体的叠片300的单一基片可具有改变的第二区域314。改变的第二区域314可由在转子叠片300的外周边307上的两个位置之间延伸的弧形形状312或其一部分限定。如图2所示，第二区域314可具有额外的层或排。第二区域314被示出为围绕弧形形状312处于不同的位置。第二区域314的位置可以改变。例如，第二区域314可位于沿着弧形形状312的任意位置并且可位于弧形形状312的额外的排或层上。这意味着，弧形形状312和第二区域314不被横向限制。第二区域314的一些部分可位于不同的弧形形状上，以限制垂直于交轴场线316的磁通。第二区域314的磁导率小于第一区域311的磁导率。第二区域314被定向成使得第二区域314阻碍第一区域311所包含的由定子绕组中的电流产生的直轴磁通。如本领域已知的，d轴磁场和q轴磁场被用于描述直轴和交轴。第二区域314的另外的部分可被限定或设置在永磁体310的V形对之间。如图所示，第二区域314的这部分的位置可具有成三角形构造的三个区段，以阻碍由定子绕组中的电流产生的直轴磁通。

参照图5，示出了转子叠片400的一部分。转子叠片400包括位于凹腔408中用于形成磁极404的永磁体410。凹腔具有V形构造。永磁体410产生直轴磁通，该直轴磁通从永磁体410的北极和南极发出并垂直于交轴磁通线416。转子叠片400是一体的。除了嵌套在转子内的永磁体，转子叠片400是由单一基片材料形成的一体件。例如，基片材料可以是电工钢。可使用各种替代材料。永磁体410可以是任意类型的磁体(例如，稀土磁体、铁氧体磁体)。一体的叠片400具有被构造为容纳永磁体410的第一区域411。一体的叠片400的单一基片可具有改变的第二区域414。改变的第二区域414可由在转子叠片400的外周边407上的两个位置之间延伸的弧形形状412限定。第二区域414的磁导率小于第一区域411的磁导率。第二区域414被定向成使得第二区域414阻碍第一区域411所包含的由定子绕组中的电流产生的直轴磁通。第二区域414可位于与永磁体410和凹腔408相关联的中央、顶部或其它桥上。第二区域414可以仅为桥的一部分。

参照图6A至图6C，示出了交轴电流磁通线116。第二区域114或弧形形状被示出为具有从与磁通线116相切的线118偏移角度α(122)的切线120。在距交线相应距离处，第二区域114或弧形形状可成角度以提供不同的磁通通道形状。该角度可取决于永磁体110的相对位置。优选地，角度122可以在±45°之间。最优选地，角度122可被设置为零，使得第二区域114平行于由定子产生的交轴磁通线。在另一实施例中，角度122可以为±90°或垂直于交轴磁通线116。

参照图7，示出了磁阻转子的叠片500。叠片500具有交替的磁极504、506。磁极由多个磁通屏障508限定，磁通屏障508具有被构造为通过d轴磁通与q轴磁通之间的差异产生扭矩的特定形状。转子叠片500具有第一区域511。第一区域511可以是具有预定磁导率的电工钢。磁通屏障508可限定用于机械支撑转子叠片500的多个桥。所述桥可部分地限定第二区域514，第二区域514具有与第一区域511不同的磁导率。叠片可包括第一区域和第二区域两者，并且可以是一体的、单一基片的结构。这意味着，整个叠片500可以是电工钢，其中，第二区域514被改变以更改其磁导率。第二区域514的多个部分可以由弧形形状512限定。弧形形状512可以由磁通屏障508限定，磁通屏障508还限定支撑桥。转子叠片可具有用于接纳驱动轴的内径520。

尽管可围绕弧形形状限定第二区域，但是第二区域也可由其它形状限定。例如，限定的形状可具有拐角或成角度的区域。第二区域可具有可以包括拐角或成角度的区域的不同区段。第二区域还可以是线形的。

说明书中所使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各种实施例可能已经被描述为提供优点或者优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据特定的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体***属性。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、封装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式令人满意的实施例并不在本公开的范围之外，并可被期望用于特定的应用。

Claims (15)

1.一种电机，包括：

一体的、单一材料的基片，所述基片限定转子叠片，所述转子叠片包括具有预定磁导率的第一区域和磁导率小于第一区域的磁导率的弧形的第二区域，所述第二区域被定向成使得第二区域阻碍第一区域所包含的且垂直于与磁体相关联的交轴磁通场线的磁通。

2.如权利要求1所述的电机，其中，叠片还限定外周边，并且其中，第二区域从外周边上的一点延伸到外周边上的另一点，以在外周边与第二区域之间包围V形永磁体凹腔。

3.如权利要求2所述的电机，其中，第二区域大致位于永磁体凹腔与转子的轴线之间。

4.如权利要求3所述的电机，其中，第二区域具有不同的区段。

5.如权利要求2所述的电机，还包括第三区域，第三区域的磁导率小于第一区域的磁导率，并且第三区域被限定在所述凹腔的腿部之间。

6.如权利要求5所述的电机，其中，第三区域为三角形或线形中的至少一个。

7.如权利要求1所述的电机，其中，第二区域具有与所述交轴磁通场线成角度的部分。

8.如权利要求1所述的电机，其中，第二区域具有与所述交轴磁通场线平行的部分。

9.如权利要求1所述的电机，其中，第二区域塑性变形，以改变其磁导率。

10.如权利要求1所述的电机，其中，第二区域被施加涂层和扩散层，以改变其磁导率。

11.如权利要求10所述的电机，其中，所述涂层和扩散层包括锰和镍。

12.如权利要求1所述的电机，其中，第一区域是电工钢，第二区域包括铝、硅、碳、硫、锗、镍或铬中的至少一种。

13.一种电机，包括：

一体的、单一材料的基片，所述基片限定转子叠片，所述转子叠片包括外周边和多个磁通屏障，所述多个磁通屏障被构造为通过d轴磁通与q轴磁通之间的差异产生扭矩，所述转子叠片包括具有预定磁导率的第一区域和磁导率小于第一区域的磁导率的弧形的第二区域，使得第二区域阻碍垂直于交轴磁通场线的磁通，该交轴磁通场线由与所述转子叠片相关联的磁极限定。

14.如权利要求13所述的电机，其中，第二区域在所述多个磁通屏障中的至少一个与所述外周边之间形成桥。

15.如权利要求13所述的电机，其中，第二区域在所述多个磁通屏障中的至少两个之间形成桥。