CN114830493A - 电马达 - Google Patents

Abstract

电马达(112)包括外壳(205)、设置在外壳内的定子组件(198)和安装在外壳(205)内的用于在定子组件(198)内旋转的转子组件(116，119)。定子组件(198)包括定子芯(199)，定子芯包括硅含量超过3.5％的第一钢，并且转子组件(116，119)包括转子芯(116)，转子芯包括硅含量小于或等于3.5％的第二钢。

Description

电马达

技术领域

本发明涉及一种电马达。

背景技术

内部永磁体电马达具有转子组件，该转子组件包括具有一组周向间隔开的磁体的转子芯，所述磁体围绕转子芯的圆周产生磁极。向定子绕组供应电流以在定子齿上生成电磁极，该电磁极与转子芯的磁极相互作用，以便引起转子芯的旋转。此类马达和关联电路通常是可逆的，以便允许其用于再生制动。

会希望改进此类马达的性能(诸如功率和/或效率)和/或降低其制造成本。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种连接器，包括：

外壳；

定子组件，其设置在外壳内；以及

转子组件，其安装在外壳内以用于在定子组件内旋转；

其中定子组件包括定子芯，定子芯包括硅含量超过3.5％的第一钢，并且转子组件包括转子芯，转子芯包括硅含量小于或等于3.5％的第二钢。

这种具有不同硅含量的钢的组合可允许改进的切换性能，特别是在高切换频率下，同时还降低了生产成本。

特别是，通过利用硅含量相对较高的定子芯，可实现更有效的切换。然而，这种硅含量相对较高的钢可能比硅含量相对较低的钢更昂贵。令人惊讶的是，与仅在定子芯中使用硅含量相对较高的钢的电马达相比，在电马达的定子芯和转子芯中都使用硅含量相对较高的钢可提供很小的效率增益。因此，本申请的发明人已经发现，电马达的定子芯具有硅含量超过3.5％的第一钢，且电马达的转子芯具有硅含量小于或等于3.5％的第二钢，可以提供改进的效率，而不过度地增加成本。

第一钢可具有超过4％或超过6％的硅含量。在特定实施例中，第一钢可具有6.5％的硅含量，这可提供良好的切换性能，特别是在高切换频率下。

定子芯可包括多个周向间隔的定子齿，其中至少齿由第一钢形成。这可提供良好的切换性能，特别是在高切换频率下。

定子芯可包括多个周向相邻部段，每个部段包括一个或多个齿。多个部段的使用可允许在生产过程中更有效地使用材料。

每个部段可具有周向间隔开的端部，每个端部限定键，该键与相邻部段的端部限定的对应键互锁。这种布置可有助于定子芯的组装，且/或可改进结构强度和/或刚性。

每个部段可具有正好一个、两个、三个或十个齿。取决于实施情况，每个部段的这些齿数可在性能和生产成本之间提供良好的折衷。

电马达可包括正好六个部段。

电马达可包括至少一个磁轭，磁轭支撑一个或多个部段。该磁轭或每个磁轭可形成一个或多个部段的一部分。在一些实施例中，磁轭可环绕部段。

每个部段可包括部段特征，部段特征与在磁轭的径向内部区域处的对应的磁轭特征互锁。使用这种部段特征可有助于定子芯的组装，且/或可改进结构强度和/或刚性。

每个部段特征及其对应的磁轭特征可形成燕尾榫接头。例如，每个部段特征可以采取燕尾榫的形式，并且每个磁轭特征可以采取与燕尾榫互补形状的凹部的形式。使用这种燕尾榫接头可改善结构强度和/或刚性。

磁轭可包括第三钢。例如，第三钢可以与第二钢相同。可替代地，第三钢可与第一钢和第二钢不同。可针对每个部件的特定电、磁和/或机械要求，对所选择的特定钢进行优化。

每个部段可包括钢叠层堆。例如，每个叠层的厚度可介于0.05与0.25mm之间。叠层的使用可减少使用中的涡流。

电马达可以是内部永磁电马达。

根据另一方面，提供一种包括前述方面的电马达的电动车辆。

附图说明

为了可以更容易地理解本发明，现在将参考附图，通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1是包括两个电驱动单元(EDU)的车辆的俯视示意图；

图2是形成图1的EDU的一部分的电马达的透视图；

图3是图2的电马达转子的平面图；

图4是图3的转子的简化示意性透视图，其中为了清楚起见省略了特征；

图5是图3和图4的转子连同定子芯的平面图。

图6是包括多个部段的定子芯的平面图。

图7是定子芯和转子的一部分的平面图；

图8是替代定子芯和转子的一部分的平面图；

图9是另一替代定子芯和转子的一部分的平面图；

图10是又一替代定子芯和转子的一部分的平面图；

图11是又一替代定子芯和转子的一部分的平面图；

图12是又一替代定子芯和转子的一部分的平面图；并且

图13是又一替代定子芯和转子的一部分的平面图。

具体实施方式

除非特定上下文另有说明，否则在本说明书中使用的词语“轴向”是指转子安装在电马达中时所围绕旋转的轴线。

参考附图，图1示出呈汽车100形式的车辆。汽车100包括前电驱动单元(EDU)102和后EDU104。前EDU102驱动一对前轮106，并且后EDU104驱动一对后轮108。在其他实施例中，仅采用单个EDU，以驱动任何期望数量的车轮。在其它实施例中，可采用两个以上的EDU，每个EDU驱动任何期望数量的车轮。

前EDU102包括齿轮箱110。电马达112安装到齿轮箱110并且配置为向齿轮箱110的输入轴(未示出)提供驱动。呈逆变器114形式的驱动电子单元安装到齿轮箱110并且配置为向电马达112提供驱动电流。在所示的实施例中，电马达112安装到齿轮箱110的第一横向侧，并且逆变器114安装到齿轮箱110的与第一横向侧相对的第二横向侧。

后EDU104具有部件的类似组合，包括齿轮箱111、电马达113和逆变器115。

图2示出前EDU102的电马达112(来自后EDU104的电马达113是相同的，并且将不单独描述)。电马达112是内部永磁体(IPM)电马达，内部永磁体(IPM)电马达包括具有嵌入在钢叠层堆内的内部永磁体的IPM转子芯116，如下所述。转子芯116安装到输出轴119，当组装EDU102时，输出轴119与齿轮箱110的输入轴(未示出)配合。

转向图3和图4，在所示实施例中，转子芯116由多个主体形成。每个主体采取轴向堆叠118的形式。每个轴向堆叠118由电钢叠层120的堆叠形成。例如，在所示实施例中，转子芯116包括六个轴向堆叠118，每个轴向堆叠118由大约一千个电钢叠层120形成，每个叠层大约为0.1mm厚。

堆叠118可彼此成角度地对齐。可替代地，至少一些堆叠118可相对于彼此成角度偏移，这可使扭矩传递顺利。

本领域技术人员将理解，在其他实施例中，可仅提供单个主体。此外，该主体或每个主体可由不同数量的叠层120形成，或可由单个材料层形成。

如图3和图5中最佳所示，每个堆叠118包括多个轴向延伸孔122。在所示实施例中，孔122延伸穿过整个堆叠118，但是在替代实施例中，孔122可仅部分穿过堆叠118。例如，在使用叠层120的情况下，孔仅穿过一些叠层120。

孔122可通过任何合适的工艺形成。例如，在组装叠层120以形成堆叠118之前，可切割、冲压、机加工或以其他方式处理单独叠层120以形成每个孔122的对应部分。可替代地，可在叠层件120组装之后，在堆叠118中切割、冲压、机加工或以其他方式形成每个孔122。

在轴向平面中，每个孔122包括具有平行侧边的平行侧部。孔122设置在围绕堆叠118周向间隔开的多个孔对124中，如下文中更详细地描述。每个孔对124配置成使得其孔122分别设置在转子芯116的半径130的两侧。在所示实施例中，正好存在十个孔对124。

在轴向平面中，每个孔对124的孔122限定了机械角，该机械角可被选择以提供所需磁极。

每个孔122都接收磁体136。孔122和它们接收的磁体136被布置和配置成使得由每个孔对124的磁体136产生的磁场在转子芯116的径向外表面138处产生磁极，磁极在半径130与转子芯116的外边缘相交的点121处周向居中。在存在十对孔对124的情况下，围绕转子芯116的外表面138产生十个磁极。

任选地，且如所示实施例中示出，每个磁体136可安装在保持器137中，保持器137又***孔122之一中。每个保持器137可由弹性材料(例如弹性体材料)形成。在使用中，每个保持器137覆盖其对应磁体136的端部并且延伸超出该磁体。每个磁体136和保持器137对在其孔122内的摩擦配合。

任选地，每个保持器137可从其对应磁体136径向向内和/或向外延伸。例如，在所示实施例中(并且如图3中最佳所示)，每个保持器137包括延伸超出其磁体136的径向内部139和延伸超出其磁体136的径向外部141。每个保持器137的径向内部139和径向外部141帮助将对应磁体136保持在其孔122内的预定位置。

在所示实施例中，每个孔对124关于其对应半径130对称地定位。在其它实施例中，孔对124可围绕其对应半径不对称地定位。不同形式的不对称可提供电马达性能的改进，不论是作为马达驱动时，或用于在再生模式下产生电力。例如，当马达在一个方向上转动时，这种不对称性可提供改进的效率，同时降低另一个方向上的效率。更高效的旋转方向可用于推动车辆向前，其中效率更低的旋转方向用于倒退。

图5和图6示出定子(或定子组件)198，其安装在图2所示(为清楚起见省略了定子组件198的绕组)的电马达112的外壳205内并且由该外壳支撑。转子芯116安装在外壳205内以相对于定子组件198旋转。定子组件198包括定子芯199。在定子芯199中形成60个周向间隔的轴向延伸狭槽200，以限定60个周向间隔的轴向延伸齿201。

通常，定子包括定子芯，定子芯包括硅含量超过3.5％的第一钢，并且转子组件包括转子芯，转子芯包括硅含量小于或等于3.5％的第二钢。

定子芯199可以采取许多不同的形式，如现在将参考图6至图13描述的。

例如，图6示出具有六个周向相邻部段300的定子芯199，所述六个周向相邻部段形成环301。每个部段300在平面图中是弧形的，并且包括狭槽200，狭槽200在每个部段300中限定十个径向延伸齿201。每个部段300具有周向间隔开的端部302，每个端部限定键304，该键与相邻部段300的端部限定的对应键互锁。在上下文中，“互锁”意指通过搭接或通过将突出部和凹部配合在一起来彼此接合。键304可以采取任何合适的形式来实现这种互锁。例如，每个部段300的一个端部302可具有突出部，并且另一端可具有形状上与突出部互补的凹部。

在其他实施例中，每个端部302可具有多个突出部和/或凹部，这些突出部和/或凹部与相邻端部302上的对应突出部和/或凹部互补。突出部和/或凹部在每个部段上不必相同，但在许多情况下保持它们的相同将简化定子芯199的设计、制造和组装。

可替代地或另外地，键304可包括端部302的搭接区域(未示出)。

键304可主要用于相对于彼此在组装期间定位部段300。然而，在其他实施例中，键304可被配置来更牢固地互锁，这可增加定子芯作为整体的机械完整性。

部段可包括硅含量超过4％的钢，或在其他实施例中超过6％。在所示实施例中，部段300包括硅含量6.5％的钢。这种相对较高的硅水平导致较低的切换损耗，特别是在高切换频率下。

每个部段300包括钢叠层的轴向堆叠。一般来说，每个叠层厚度可在0.05与0.25mm之间。在所示实施例中，每个叠层0.1mm厚。单独叠层可被切割、冲压、机加工或以其他方式加工以形成对应部段300。可替代地，可在叠层被堆叠之后执行冲压、机加工、切割或其他成型过程。

应理解，定子芯199可包括任何合适数量的部段。一般来说，由于制造损耗减少，可需要六个或更多个部段，但这必须与由大量部段引起的刚度降低保持平衡。

虽然图6的实施例使用完全由硅含量大于3.5％的钢制成的部段，但是在其他实施例中，每个部段的仅一部分可由此类钢形成。例如，每个部段中的导体所定位环绕的部分(即，一个或多个齿)可由此类钢形成，而部段的其余部分中的至少一些可由具有硅含量较低的一种或多种其他钢形成。两种(或更多种)类型的钢可以任何合适的方式(诸如通过焊接、互锁或使用合适的紧固件)接合。此原理还可应用于任何其他实施例，包括上文和下文具体描述的那些实施例。

转到图7，示出了定子芯199的替代实施例，定子芯199包括环形磁轭306。磁轭306环绕环形环301以支撑其形成的部段300。在图7的实施例中，每个部段300仅包括单个齿201。沿着磁轭306的径向内部区域形成多个周向间隔开的凹部308。每个凹部308保持部段300之一。在这个特定实施例中，部段300彼此不接触，并且因此不具有如相对于图6的实施例所描述的键部分304。因此，在这个实施例中，环形环301不是连续的。

磁轭306可由与用于部段300的钢不同的钢形成。例如，磁轭306可由比用于部段300的钢硅含量更低的钢形成。这可降低定子的生产成本，因为材料成本降低(例如，较便宜的钢可用于磁轭306)和/或生产成本降低(例如，低硅钢可更便宜得生产，因为它导致切削模具的磨损较慢)。例如，磁轭可包括硅含量小于或等于3.5％的钢。

例如，磁轭306可由用于生产转子芯116的相同钢形成。在一些实施例中，这可允许在单个冲压或切割操作中生产转子和磁轭。即使不是这样，使用相同材料用于多个部件的能力也可简化生产和库存管理。可替代地，磁轭306、转子芯116和部段300全部由不同类型的钢形成，钢可针对每个部件的特定电、磁和/或机械要求进行优化。

图8示出图7的实施例的变体，其中使用相同附图标记来指示相同特征。主要区别在于图8实施例的部段300在径向向外方向上比图7实施例延伸得更远。相对于磁轭306的径向范围，这增加了部段300的径向范围。在磁轭306由比部段300的硅含量更低的钢形成的情况下，增加部段300的径向范围可提高切换性能，代价是使用相对硅含量更高的钢。

图9示出图7和图8的实施例的变体，其中使用相同附图标记来指示相同特征。主要区别在于，图9实施例的部段300在径向向外方向上不如图7和图8的延伸得那么远。相对于磁轭306的径向范围，这降低了部段300的径向范围。当磁轭306由比部段300的硅含量更低的钢形成时，减小部段300的径向范围可以减小所需硅含量相对较高的钢的量，代价是降低高频切换性能。

图10示出其中每个部段300具有两个齿201的实施例。这个实施例与图7-9中所示的之间的另一个区别在于，图10的实施例中的部段300彼此接触以形成连续环形环301(即，部段之间没有间隙，而图7-9实施例中有间隙)。

在图10的实施例中，每个部段300包括呈径向延伸突出部形式的部段特征，在这种情况下呈燕尾榫314的形式。燕尾榫314与在磁轭306的径向内部区域处的对应磁轭特征互锁。磁轭特征在磁轭306的径向内部区域中采取凹部316的形式，凹部316与燕尾榫314互补。由燕尾榫314和凹部316形成的燕尾榫接头有助于部段300相对于磁轭306定位。

图11示出图10的实施例的变体，其中使用相同附图标记来指示相同特征。主要区别在于图11实施例的部段300在径向向外方向上比图10实施例的延伸得更远。相对于磁轭306的径向范围，这增加了部段300的径向范围。在磁轭306由比部段300的硅含量更低的钢形成的情况下，增加部段300的径向范围可提高切换性能，代价是使用硅含量相对更高的钢。

图12示出其中每个部段300具有三个齿201的实施例，其中使用相同附图标记来指示相同特征。如同图10和图11的实施例，部段300彼此接触以形成环形环301。

图13示出图12的实施例的变体，其中使用相同附图标记来指示相同特征。主要区别在于图13实施例的部段300在径向向外方向上比图12实施例的延伸得更远。相对于磁轭306的径向范围，这增加了部段300的径向范围。在磁轭306由比部段300的硅含量更低的钢形成的情况下，增加部段300的径向范围可提高切换性能，代价是使用相对硅含量更高的钢。

在图10至图13的实施例中，每个部段300仅具有一个呈燕尾榫314形式的突出部。在其他实施例中，任一个或全部部段300可包括两个或更多个突出部，和/或其他定位和/或增强特征。在提供一个或多个突出部(和/或其他定位和/或加强特征)的情况下，其可采取燕尾榫的形式，类似于图10-13中所示的形式。可替代地，可以在磁轭上形成任何或所有此类燕尾榫，并在对应部段上形成互补的凹部。定位和/或加强特征的任何其他形状或构造可代替图示的燕尾榫接头，或在除了燕尾榫接头之外使用。

任选地，堆叠中的至少一个环形环相对于至少另一个环形环成角度偏移。例如，形成定子芯的叠层堆中的叠层可成角度定位，使得周向相邻部段之间的邻接相对于堆叠中的相邻叠层中的部段的邻接成角度偏移。这可增加定子芯作为整体的机械完整性。可替代地或另外地，一个或多个主体(即，环形环的堆叠)可相对于一个或多个其他主体径向偏移。这可能有助于平滑扭矩传递。

虽然在所描述的实施例中，磁轭306采取完全围绕部段的单独的环形元件的形式，但是在其他实施例中，可提供多个周向间隔开的磁轭，每个形成一个或多个部段的一部分且/或支撑一个或多个部段。

每个定子芯199可形成定子或定子组件的一部分。在每个定子组件中，以已知方式用导体(未示出)缠绕齿201。导体可以采取绝缘线或销的形式。在使用中，导体可由逆变器114以受控方式用电流驱动以产生电磁极，电磁极与转子芯116的磁极121相互作用以在转子芯116中产生扭矩。例如，定子组件198、导体绕组和驱动电流可以是常规的，并且因此未更详细地描述。

尽管已参考许多具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，本发明也可以许多其他形式实施。

Claims (20)

1.一种电马达，其包括：

外壳；

定子组件，其设置在所述外壳内；以及

转子组件，其安装在所述外壳内以用于在所述定子组件内旋转；

其中定子组件包括定子芯，定子芯包括硅含量超过3.5％的第一钢，并且所述转子组件包括转子芯，转子芯包括硅含量小于或等于3.5％的第二钢；

其中所述定子芯包括多个周向间隔开的定子齿以及多个周向相邻部段，其中，至少所述齿由所述第一钢形成，每个部段包括一个或多个所述齿；

并且所述马达还包括支撑一个或多个所述部段的至少一个磁轭，所述至少一个磁轭包括第三钢。

2.如权利要求1所述的电马达，其中，所述第一钢具有超过4％的硅含量。

3.如权利要求1或2所述的电马达，其中，所述第一钢具有大于或等于6％的硅含量。

4.如前述权利要求中任一项所述的电马达，其中，所述第一钢具有6.5％的硅含量。

5.如前述权利要求中任一项所述的电马达，其中，每个部段具有周向间隔开的端部，每个端部限定键，所述键与由相邻部段的端部限定的对应键互锁。

6.如前述权利要求中任一项所述的电马达，其中，每个部段具有正好一个、两个或三个齿。

7.如权利要求1至5中任一项所述的电马达，其中，每个部段具有正好10个齿。

8.如权利要求7所述的电马达，其包括正好六个部段。

9.如前述权利要求中任一项所述的电马达，其中，所述至少一个磁轭形成一个或多个所述部段的一部分。

10.如前述权利要求中任一项所述的电马达，其中，所述至少一个磁轭环绕所述部段。

11.如前述权利要求中任一项所述的电马达，其中，每个部段包括部段特征，该部段特征与在所述磁轭的径向内部区域处的对应磁轭特征互锁。

12.如权利要求11所述的电马达，其中，每个部段特征及其对应磁轭特征形成燕尾榫接头。

13.如权利要求12所述的电马达，其中，每个部段特征呈燕尾榫的形式，并且每个磁轭特征采取具有与所述燕尾榫互补形状的凹部的形式。

14.如前述权利要求中任一项所述的电马达，其中，所述第三钢不同于所述第一钢。

15.如前述权利要求中任一项所述的电马达，其中，所述第三钢与所述第二钢相同。

16.如权利要求1至13中任一项所述的电马达，其中，所述第三钢不同于所述第一钢和所述第二钢。

17.如前述权利要求中任一项所述的电马达，其中，每个部段包括所述钢的叠层堆。

18.如权利要求17所述的电马达，其中，每个叠层的厚度在0.05至0.25mm之间。

19.如前述权利要求中任一项所述的电马达，其中，所述电马达是内部永磁体电马达。

20.一种电动车辆，其包括前述权利要求中任一项所述的电马达。

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