CN111164867B - 用于电机的径向多件式转子 - Google Patents

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Abstract

永磁体载体(其可以为电机的转子或定子)包括第一非磁性环和第二非磁性环。环之间是软磁极元件。软磁极元件各自连接到第一非磁性环和第二非磁性环，并且软磁极元件被第一非磁性环和第二非磁性环彼此分离。永磁体被设置在软磁极元件之间。

Description

用于电机的径向多件式转子
技术领域
电机。
背景技术
电机包括定子和转子，该转子通过对定子中与转子的磁极相互作用的磁极通电而相对于定子被驱动。在具有磁通相对的磁极的转子中，对于功率和效率而言，有利的是减少相邻磁极之间的磁通泄漏。
发明内容
本发明公开了一种减少电机中的磁通泄漏的新的且不明显的方法，以及一种电机的转子或定子的新构造，以及一种制造转子或定子的方法。在相邻磁极之间没有连接的软磁部件的情况下创建软磁材料的磁极是理想的构造，但这是实现起来非常有挑战性的，因为永磁体彼此排斥，因此部件在组装期间总是试图将自身推开。本文呈现了该问题的解决方案，其中转子几何形状使得在***永磁体之前可以组装和建立刚性结构。这允许转子充当组件固定件并显著地简化组装过程。该装置的其他优点包括钢柱的完全磁隔离以及用于低成本制造单独部件的机会。
在实施方案中，公开了一种永磁体载体，该永磁体载体包括第一非磁性环、第二非磁性环、软磁极元件，软磁极元件各自连接到第一非磁性环和第二非磁性环，并且软磁极元件被第一非磁性环和第二非磁性环分离；以及设置在软磁极元件之间的永磁体。
在另外的实施方案中，第一非磁性环和第二非磁性环是轴向分离的环。磁极元件可以具有被成形为限制磁体在径向方向上运动的蹄尖状部。径向方向可以是径向向外的方向，并且永磁体载体可以进一步包括第三非磁性环，该第三非磁性环连接到第一非磁性环和第二非磁性环并且被定位在磁体的径向内部。第三非磁性环是轮毂的一部分。径向方向可以是径向向内的方向，并且永磁体载体可以进一步包括第三非磁性环，该第三非磁性环连接到第一非磁性环和第二非磁性环并且被定位在磁体的径向外部。软磁极元件可以包括装配在第一非磁性环和第二非磁性环中的接收狭槽中的凸台。
在实施方案中，公开了一种构造永磁体载体的方法，该方法包括：提供限定用于接收软磁极元件的狭槽的对准环；将软磁极元件定位在由对准环限定的狭槽中；使第一非磁性环与软磁极元件接触以将软磁极元件连接到第一非磁性环；使第二非磁性环与和第一非磁性环相对的软磁极元件接触以将软磁极元件连接到第二非磁性环；移除对准环；以及在软磁极元件之间***磁体。还可提供将第三非磁性环连接到第一非磁性环和第二非磁性环的步骤。
在示例中，在安装接触至少端环的ID或OD环之前，***具有用于每个软磁极的分离部件、以及非磁性端环和磁体的转子。
附图说明
现在将参考附图以示例的方式描述实施方案，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1示出了用于载体的磁性部件(例如，电机的转子)的组件。
图2示出了被示出为安装在示例性转子轮毂上的磁体、磁体载体***件、载体环。
图3示出了用于电机的转子的磁极载体环。
图4示出了用于与永磁体一起使用的磁极载体环狭槽和定心凸起。
图5示出了用于与永磁体一起使用的磁体载体***件。
图6示出了使用对准环以提供轴向和径向定位来对转子磁极进行安装。
图7示出了将磁极载体环组装到磁体载体***件上。
图8示出了安装在磁体载体环之间的磁体载体之间的磁体***件。
图9示出了被磁体载体***件径向限制的磁体。
图10示出了使用对准环(圆形模具)安装到磁极载体环的转子磁极。
图11为图1的组件的等距剖面图，其示出了直通磁极。
图12为图1的组件的等距剖面图，其示出了直通磁体。
图13为图2的组件的等距剖面图，其示出了空气通道。
图14是图2视图的特写。
图15是包括锥形磁体的组件的一部分的特写等距剖视图。
具体实施方式
在不脱离权利要求书所涵盖的内容的情况下，可以对这里描述的实施方案进行非实质性修改。在权利要求书中，词语“包括”以其包含性含义使用，并且不排除存在其他元素。权利要求特征之前的不定冠词“一”和“一个”不排除存在多于一个特征。这里描述的各个特征中的每一个可以在一个或多个实施方案中使用，并且由于仅在这里描述，将不被解释为对由权利要求书限定的所有实施方案是必不可少的。
在该装置的实施方案中，公开了一种结构和组装工序，其中软磁极彼此磁隔离，但彼此物理连接，使得形成刚性结构，就像对于所有相关的意图和目的而言，转子由一片材料制成。在该描述中，ID表示内径，并且OD表示外径。
因此，例如，永磁体载体10(其可以为电机的转子或定子)被示出在图1中，其包括在轴向方向上分离的第一非磁性环12A和第二非磁性环12B。环12A和环12B之间是软磁极元件14。软磁极元件14各自接触并连接到第一非磁性环12A和第二非磁性环12B，并且软磁极元件14被第一非磁性环12A和第二非磁性环12B彼此分离。永磁体16设置在软磁极元件14之间。
通过在永磁体16从ID(或内部转子构型中的OD)***之前形成软磁极14和非磁性端环12A和非磁性端环12B的组件使得该组件成为可能，如例如图8所示。之后，(在与***磁体相同的ID或OD上)***ID(或外部转子构型中的OD)环18。第三环18(在如图2所示的示例性实施方案中，其可以是轮毂36的一部分)优选地利用热配合进行组装，并且用于将整个组件保持在一起，就像出于所有相关意图和目的，其由实心材料件制成，包括限制磁体的径向运动。
在图2中示出的示例性实施方案中，第三环18包含允许气流到磁体的窗口38。图13和图14示出了图2的实施方案的剖面图，以更好地观察轮毂36的结构。在该实施方案中，空气可以经由图4、图6和图12中示出的空隙48围绕磁体的端部径向流动。在该实施方案中，空气还可以在端环12A和端环12B与位于端环12A和端环12B的径向内部部分处的柱14和磁体16之间周向流动。通过包括弯曲臂50的转子的旋转运动，在马达的操作中诱导通过窗口38到磁体的气流。
软磁性材料是易于磁化和去磁化的材料。它们通常具有小于1000Am-1的内禀矫顽力。软磁材料的示例包括铁、钢、延展性钢，以及各种铁和钢合金。
在示例性转子组件中，磁极14由磁性材料制成并且与芯构造分离。这允许磁极到磁极连接结构由高抗磁通量的材料制成，诸如但不限于钛和铝，这导致磁极到磁极的磁通量泄漏的减少，定子和转子之间的气隙中磁通量方面的增加，以及磁矩和单位电流的磁矩(Kt)方面的增加。
在径向多件式转子组件的示例中，多个电磁极元件14被机械地***到非电磁极载体环12A和非电磁极载体环12B上。电磁极14由软磁材料制成，诸如但不限于钢或铁。如图5所示，每个磁极包括主磁极体20、在两端处用于与磁极载体环12A和磁极载体环12B配合的高精度矩形突出凸台22、以及延伸的蹄尖状部24，以定位坐落在磁极14之间的矩形磁体16，并且限制磁体16在径向方向上的运动。
在所示的实施方案中，磁极仅逐渐变细至相邻磁极的壁平行以限定用于接收磁体的直狭槽的程度。作为直狭槽和蹄尖状部24的替代性方案或除此之外，磁极可以被成形为具有增大的锥度，或者在径向外部实施方案中成形为具有减小的或倒置的锥度。这导致狭槽在磁极之间的锥度，以容纳锥形磁体。锥形狭槽具有降低了磁体的宽度公差要求的优点，并且通过最大化气隙处的钢和最大化锥形钢磁极的薄端处的磁体宽度，为给定体积提供了更大的磁矩。图15是示出磁体16、磁极14和一个磁极载体环12A的特写等距剖视图。图15中示出的实施方案中的磁体具有锥形侧部52。省略了一些磁体和磁极，以更好地示出锥形侧部52和磁极载体环12A。在所示的实施方案中，磁极14仍然具有蹄尖状部24，但是锥形磁体也可以仅通过锥度被保持，而没有蹄尖状部24。
磁极载体环12A和磁极载体环12B可以各自为具有高精度矩形接收狭槽26的扁平圆环，这些接收狭槽为电磁极14上的***件或凸台22提供间隙配合。可以通过定心凸起或轮廓部40在狭槽26的一个或多个侧部上界定接收狭槽26。凸起40是环12A和环12B的升起部分，这些升起部分具有平坦的顶部或能够抵靠磁极元件14和磁体16的对应部分或与其配合的其他构型。凸台22***到狭槽26中，而磁极元件14的主体抵靠凸起40的一部分42或者坐落为抵靠该部分。当磁体16被***在环12A和环12B之间时，磁体16抵靠凸起40的第二部分44或者坐落为抵靠该部分。在径向向内方向上厚度方面减小的斜面或斜坡46有助于磁体16在凸起40上的定位和磁体16的定心。在凸起40之间提供空隙48，并且这与凸起40的升起轮廓部结合允许围绕磁体16和磁极元件14的空气流。可以使用凸起40的各种构型，诸如平坦的并且围绕狭槽26的两个侧部延伸的构型，如图所示。如图3和图4所示，磁极载体环12A和磁极载体环12B可以各自具有相同的构造，并且可以由非磁性材料制成，诸如但不限于铝，以在相邻的北磁极和南磁极之间提供高磁阻。
图11和图12示出了直通磁极14(图11)或直通磁体16(图12)的视图。图11示出了磁极载体环12A和磁极载体环12B的接收狭槽26中的磁极14的凸台22。在该图中，凸起40的接触磁极14的部分42也被切开。在图12中，视图的切割部是直通磁体16，并且也通过凸起之间的空隙48。凸起40的邻接磁体16的第二部分44也可见于图12中。
为了组装径向多件式转子，使用图10中示出的圆形对准环或模具30，并且其可能需要将磁极14预安装并对准到所设计的位置。圆形模具30可以由铝制成。圆形模具内径需要大于磁极载体环的外径，以允许其在完成转子组件之后被移除。圆形模具包括高精度狭槽32，这些高精度狭槽为阴型磁极蹄尖状部24。
在所体现的转子组件中，转子被设计成在定子内部旋转。为了组装径向多件式转子，将圆形模具30放置在平坦表面上(图6)。然后将磁极元件14***到模具30中的狭槽32中。该过程定位所有磁极14以对准磁极载体环12A或磁极载体环12B中的一者(例如，磁极载体环12A)中的狭槽。将磁极载体环12A和磁极载体环12B中的一个(例如，磁极载体环12A)放置到所有磁极14上，以在一个端部处将所有磁极***件22接合到环12A。然后将整个装置翻转，并且另一磁极载体环12B也将被放置并接合到另一端部上的所有磁极***件22。一旦所有***件22被接合，就形成转子芯组件并且从转子芯组件轴向地移除圆形模具30。
图中示出的非限制性示例性转子用于外部定子马达。一旦形成转子芯组合件，就可以将永磁体16从组件的内径***到磁极元件14之间的狭槽中，如图8所示。图2示出了完整的转子组件。磁体16在钢磁极14和外环12A和外环12B组装后***，因此磁体16之间的结构完成。这消除了将具有磁体的结构组装在适当的位置的困难，该困难将使得对准非常困难，特别是因为永磁体全部排斥相邻的磁体。对于外部转子马达，磁体保持结特征部将是倒置的(与此处所示的示例性实施方案相比，为内部到外部)，并且磁体将在组装磁极和端环之后从外部***。
磁极载体环12A和磁极载体环12B在其ID周围具有定位特征部34，如例如可以在图1、3和4中看到的那样。这些特征部在第三环18的OD中滑动到接收特征部中。第三环18和轮毂36然后利用胶水和/或(多个)轴向夹紧环固定到磁极14和磁极载体环12A和磁极载体环12B上。图2中示出的组件现在已准备好组装成具有定子的电动马达。

Claims (10)

1.一种永磁体载体，包括：
第一非磁性环；
第二非磁性环；所述第二非磁性环与所述第一非磁性环轴向分离；
径向逐渐变细的软磁极元件，所述软磁极元件各自连接到所述第一非磁性环和所述第二非磁性环，并且所述软磁极元件被所述第一非磁性环和所述第二非磁性环分离；和
永磁体，所述永磁体被设置在所述软磁极元件之间,
其中每个所述软磁极元件的两端被装配到所述第一非磁性环中的接收狭槽和所述第二非磁性环中的接收狭槽中以将所述软磁极元件接合至所述第一非磁性环和所述第二非磁性环，
所述软磁极元件包括凸台，所述凸台从每个轴向端突出以与所述狭槽配合。
2.根据权利要求1所述的永磁体载体，其中所述磁极元件被成形为限制所述磁体在径向向外方向上运动。
3.根据权利要求2所述的永磁体载体，其中所述永磁体为径向锥形的，并且所述磁极元件在所述磁极元件之间限定狭槽，所述狭槽被成形为容纳所述永磁体。
4.根据权利要求1所述的永磁体载体，其中所述永磁体载体进一步包括第三非磁性环，所述第三非磁性环连接到所述第一非磁性环和所述第二非磁性环并且被定位在所述磁体的径向内部。
5.根据权利要求4所述的永磁体载体，其中所述第三非磁性环为轮毂的一部分。
6.根据权利要求4所述的永磁体载体，其中所述第三非磁性环利用胶水被固定至所述软磁极元件。
7.根据权利要求1所述的永磁体载体，其中所述第一非磁性环和所述第二非磁性环是铝或钛。
8.根据权利要求1所述的永磁体载体，其中所述接收狭槽提供用于接收所述软磁极元件的端部的间隙配合。
9.根据权利要求1所述的永磁体载体，其中所述接收狭槽提供用于接收所述软磁极元件的所述凸台的间隙配合。
10.一种用于电磁机器的转子，所述转子包括根据权利要求1所述的永磁体载体。
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