具有不一致叠片的电动马达转子的制作方法

[0001]
本公开涉及永磁电动马达领域。更具体地，本公开涉及用于此类马达的转子，其中叠片具有构造不一致的磁通屏障空隙，以减少磁通泄漏。


背景技术：

[0002]
永磁电动马达(pmem)具有使得其适合用作电动车辆中的牵引马达和/或马达/发电机的特性。一种类型的pmem具有由一系列铁质金属薄层组成的转子，这些薄层通常被称为叠片，这些叠片彼此平行布置以形成叠片堆。叠片彼此相同，并且每个叠片具有形成在其中的若干周向间隔开的开口或孔。当叠片形成为叠片堆时，所述孔彼此对齐以形成限定在叠片堆中的轴向延伸的内部空隙，每个空隙被配置为接收永磁体。每个空隙相对于磁体而言尺寸较大，磁体附近的额外体积充当磁通屏障，在马达运行期间，磁通屏障重新成形和/或重新引导通过转子的磁通。磁通屏障的构造(截面面积和形状)是转子的重要设计特征，因为其有助于实现马达的期望性能特性。
[0003]
在组装转子时，磁体插入磁体空隙之后，剩余的磁通屏障空隙通常填充有不导磁的灌封材料，诸如环氧树脂，该灌封材料在磁体插入之后以液态倒入或注入空隙中。环氧树脂硬化后防止磁体在马达运行过程中远离其在空隙内的期望位置的任何移动。
[0004]
为了确保磁体保持正确定位并且不偏移到空隙的磁通屏障区段中，已知叠片包括接触面向磁通屏障空隙的磁体表面的一个或多个定位凸片或“止动件”。止动件延伸到并占据本应该成为磁通屏障空隙的一部分，这必然会破坏马达的期望/设计的磁通模式，因此损害马达的效率和性能。


技术实现要素：

[0005]
在公开的实施例中，用于电机的转子包括：布置成叠片堆的多个叠片，所述叠片堆限定空隙，所述空隙具有磁体接收部分和与磁体接收部分邻接的至少一个磁通屏障部分；和设置在所述磁体接收部分中的磁体。一些但不是全部所述叠片包括定位件，所述定位件突出到所述磁通屏障部分中，使得所述定位件形成一系列间隔开的支架，所述支架将所述磁体保持在所述磁体接收部分内。所述支架通过一个或多个不具有定位件的所述叠片彼此间隔开。
[0006]
在叠片堆中限定的空隙还可以具有第二磁通屏障部分，所述第二磁通屏障部分在其与所述磁通屏障部分相对的一侧与所述磁体接收部分邻接，并且包括所述定位件的所述叠片还包括突出到所述磁通屏障部分中的第二定位件。
[0007]
所述叠片堆可以限定多个空隙，所述多个空隙各自包括磁体接收部分和与磁体接收部分邻接的磁通屏障部分。
[0008]
在另一个公开的实施例中，电机转子的叠片堆包括以相互穿插或交错的方式布置的多个第一叠片和多个第二叠片。每个第一叠片在其中限定孔，所述孔包括磁体接收区段和与所述磁体接收区段邻接的磁通屏障区段，所述磁通屏障区段具有在所述电机运行期间
产生第一程度的磁通泄漏的第一构造。第二叠片各自在其中限定孔，所述孔包括磁体接收区段和与所述磁体接收区段邻接的磁通屏障区段，所述第二叠片的所述磁通屏障区段具有不同于所述第一构造的第二构造并且在所述电机运行期间产生大于所述第一程度的磁通泄漏的第二程度的磁通泄漏。所述叠片堆通过将第一叠片和第二叠片彼此穿插形成，使得至少一个所述第一叠片位于轴向邻近的一对第二叠片之间。
[0009]
每个第二叠片可以包括定位件，所述定位件在所述磁体接收区段和所述磁通屏障区段之间形成物理屏障，以阻碍定位于所述磁体接收区段中的磁体朝向所述磁通屏障区段移动。
[0010]
每个所述第二叠片的所述孔还可以具有第二磁通屏障部段，所述第二磁通屏障部段在其与所述磁通屏障部段相对的一侧与所述磁体接收部段邻接，并且所述第二叠片可以各自包括突出到所述第二磁通屏障部段中的第二定位件。
[0011]
在另一个公开的实施例中，电机转子的叠片堆包括彼此以穿插或交错的方式布置的多个定位叠片和多个普通叠片。每个定位叠片在其中限定孔，所述孔包括磁体接收区段和与磁体接收区段邻接的至少一个磁通屏障区段，磁通屏障区段具有被配置为阻碍定位于孔的磁体接收区段中的磁体朝向孔的磁通屏障区段移动的周界。每个普通叠片在其中限定孔，所述孔包括磁体接收区段和与磁体接收区段邻接的磁通屏障区段，磁通屏障区段具有被配置为不阻碍定位于磁体接收区段中的磁体朝向磁通屏障区段移动的周界。普通叠片和定位叠片彼此穿插或交错，使得至少一个普通叠片位于轴向邻近的一对定位叠片之间。
[0012]
所述定位叠片可以各自包括定位件，所述定位件在所述磁体接收区段和所述磁通屏障区段之间形成物理屏障，以阻碍定位于所述磁体接收区段中的磁体朝向所述磁通屏障区段移动。
[0013]
每个所述定位叠片的所述孔还可以具有第二磁通屏障部段，所述第二磁通屏障部段在其与所述磁通屏障部段相对的一侧与所述磁体接收部段邻接，并且所述定位叠片可以各自包括突出到所述第二磁通屏障部段中的第二定位件。
附图说明
[0014]
图1是用于永磁电机转子的叠片堆的示意性透视图。
[0015]
图2是图1所示区域的放大视图。
[0016]
图3是图2所示区域的放大视图。
[0017]
图4是图1至图3所示叠片堆中使用的普通叠片的一部分的俯视图/平面图。
[0018]
图5是图1至图3所示的叠片堆中使用的定位叠片的一部分的俯视图/平面图。
[0019]
图6是改进的叠片堆的第二公开实施例的一部分的透视图。
[0020]
图7是第二公开实施例的定位叠片的一部分的俯视图/平面图。
[0021]
图8是用于图6和图7所示叠片堆的磁体的示意性透视图。
[0022]
图9是改进的叠片堆的第三公开实施例的一部分的透视图。
具体实施方式
[0023]
本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是示例并且其他实施例可采取各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以
示出特定部件的细节。因此，本文中公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅应解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域技术人员应理解，参考附图中的任一附图示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。所示出的特征的组合提供典型应用的代表性实施例。然而，符合本公开教导的特征的各种组合和修改对于特定的应用或实现方式可能是期望的。
[0024]
图1至图3示出了永磁电动马达中使用的叠片堆12。叠片堆12通常是环形的并且由中心轴或主轴(未示出)支撑，该中心轴或主轴限定轴线a，当中心轴或主轴被组装为马达的一部分并且马达被通电时，中心轴或主轴围绕该轴线a旋转。叠片堆12包括多个叠片20、40，它们被布置成彼此平面接触。叠片20、40具有在其中形成的孔，这些孔在堆叠时彼此对齐以形成由叠片堆12限定并位于叠片堆12内的空隙18。多个永磁体16被接收在对应数量的空隙18中。
[0025]
每个空隙18的体积大于其各自的磁体16，并且邻近磁体的任一端的额外体积填充有灌封材料19，诸如环氧树脂。图2和图3中省略了灌封材料以便清楚地示出空隙18的内表面。
[0026]
如图2和图3中最佳地所示，每个空隙18包括中央磁体接收部分18a和与磁体接收部分邻接的至少一个磁通屏障部分18b，当转子被组装时，磁体16装配到中央磁体接收部分18a中。在所示实施例中，磁体接收部分18a的截面为矩形以匹配磁体16的截面。在图3中，图右侧的虚线表示在空隙18的磁体接收部分18a和磁通屏障部分18b之间的边界。如图所示，在常规已知的转子设计中，磁通屏障部分18b通常存在于磁体接收部分18a的每个相对端处。如本领域中已知的，与磁体接收部分18a邻接的两个磁通屏障部分18b可以在构造上彼此相同，或者它们可以具有不同的构造。特定马达设计中的特定磁通屏障空隙的构造取决于马达的众多设计参数，并且在此示出和描述的构造仅是示例性的，不应被解释为以任何方式限制本发明。
[0027]
组成叠片堆12的叠片有两种不同的类型：普通叠片20(图4)；和定位叠片40(图5)。两种类型的叠片20、40都由铁质金属形成，并且具有大致相同的外部轮廓，使得叠片堆12的外圆周表面形状一致。对于在道路车辆中用作牵引马达的一般尺寸和类型的马达，每个叠片20、40的厚度可以在0.2到0.5毫米之间普通叠片20和定位叠片40通过形成在其中的孔的构造而彼此区分，如下文解释的。
[0028]
普通叠片20(见图4)被配置为限定多个孔22，当叠片作为叠片堆12的一部分被布置成平面接触时，这些孔彼此对齐，以形成在叠片堆内轴向限定(平行于旋转轴线a延伸)的相应空隙18。每个孔22由中央磁体接收区段22a和两个磁通屏障区段22b组成，两个磁通屏障区段各位于磁体接收区段的一端处并与磁体接收区段邻接。当叠片20被包括在叠片堆12中时，磁体接收区段22a有助于磁体接收部分18a的形成，并且磁通屏障区段22b有助于相应磁通屏障部分18b的形成。
[0029]
磁体接收区段22a具有与磁体16的截面构造相匹配的构造。磁通屏障区段22b通常位于磁体接收区段22a的相对端附近并具有相应的构造，该构造被设计成(如本领域中众所周知的)减少磁通泄漏，并因此提高叠片堆12的扭矩产生。如图所示，每个孔22的两个磁通屏障区段22b可以彼此不同地构造。特定马达设计中的特定磁通屏障区段的构造取决于马
达的众多设计参数，并且在此示出和描述的构造仅是示例性的，不应被解释为以任何方式限制本发明。
[0030]
定位叠片40(见图5)被配置为在其中限定多个孔42，当叠片作为叠片堆12的一部分串联布置时，这些孔彼此对齐并与孔22对齐，以有助于形成轴向延伸的空隙18。每个孔42由中央磁体接收区段42a和与其邻接的两个磁通屏障区段42b组成。孔42还可以包括应力消除部42c，其根据需要定位以避免孔几何形状中可能导致应力集中的尖角。
[0031]
如图4所示，普通叠片20的孔22还可以包括与应力消除部42c的位置和几何形状相匹配的半圆形部分20c，以便允许灌封材料在制造叠片堆12时完全填充空隙18。
[0032]
中央磁体接收区段42a与普通叠片20的相应磁体接收区段22a基本上相同。
[0033]
定位叠片40在构造上不同于普通叠片20，因为定位叠片具有不存在于普通叠片中的至少一个定位件44。因此，邻近定位件44并由定位件44部分地限定的磁通屏障区段42b在构造上不同于普通(无定位件)叠片的其对应的磁通屏障区段22b。
[0034]
定位件44突出到磁通屏障区段42b中，从而限定所述磁通屏障区段的紧邻磁体接收区段42a的周界的一部分。定位件44在磁体接收区段和磁通屏障区段之间形成物理屏障。由于定位件44的存在，磁通屏障区段42b的周界被配置为阻碍磁体16远离空隙的磁体接收区段42a并朝向磁通屏障区段42b的移动。
[0035]
如图3中最佳地所示，叠片堆12包括相互穿插或交错的普通叠片20和定位叠片40的组合。至少一个普通叠片20位于轴向相邻的每对定位叠片40之间，使得定位件44形成一系列间隔开的支架46，这些支架突出到磁通屏障部分18b中。支架46被定位和配置为接触磁体16并防止磁体移动出磁体接收部分18a。由定位件44形成的支架46由位于其间的多个普通(无定位件)叠片20的总厚度隔开。至少一个但优选多于一个普通叠片20位于轴向相邻的每对支架46之间。在所描述的实施例中，轴向相邻的每对定位叠片40由相同数量的普通叠片隔开。将第一叠片和第二叠片彼此穿插，使得至少一个第一叠片位于轴向邻近的一对第二叠片之间。
[0036]
包括穿插有普通叠片20的定位叠片40的叠片堆12将具有由孔42部分地限定的轴向延伸(平行于旋转轴线a延伸)的空隙18，因此定位件44将以阻碍位于磁体接收区段18a中的磁体16朝向磁通屏障区段18b的移动的方式突出到空隙中。
[0037]
已知现有技术的永磁电动马达的转子包括仅由定位叠片组成的叠片堆。叠片堆的每个叠片包括由铁质材料制成的定位件，该定位件突出到磁通屏障部分中，因此每个叠片在叠片堆中产生或导致一定程度的磁通泄漏，导致扭矩产生能力下降。
[0038]
因为所公开的普通叠片20不具有突出到其磁通屏障区段22b中的铁质定位件，所以其产生或导致的磁通泄漏的程度小于定位叠片40产生的磁通泄漏的程度。因此，与现有技术中完全由定位叠片40形成的转子相比，当普通叠片20包括在叠片堆12中时，突出部的数量以及因此突出到期望/设计的磁通屏障部分18b中的铁质材料的总量减少了。与现有技术的叠片堆相比，这产生了对应的较低的磁通泄漏，并因此提高了磁体的抗退磁能力以及整体马达效率和扭矩密度。
[0039]
一般来说，据信叠片堆具有仍然足以将磁体牢固地保持在其期望位置的最小数量的定位件44，将实现最佳结果。在所示的示例性实施例中，四个普通叠片20将轴向相邻的每对定位叠片40分开。据信，穿插有普通叠片的定位叠片的这种重复模式提供了磁体16在磁
体接收部分18a中的牢固保持，同时提供了下述优点。
[0040]
图6至图8中示出了电机转子的第二实施例。类似于上述图1至图5的实施例，在该第二实施例中叠片堆54由多个叠片组成，所述多个叠片被布置成彼此平面接触从而形成大致环形的叠片堆，并且这些叠片具有形成在其中的孔，这些孔在堆叠时彼此对齐以形成由叠片堆限定并位于叠片堆内的用于接收磁体的空隙。
[0041]
如图6所示，叠片堆54限定至少一个空隙58，该空隙包括中央磁体接收部分58a和与磁体接收部分邻接的至少一个磁通屏障部分58b。虚线描绘了磁体接收部分58a和磁通屏障部分58b之间的边界。与磁体接收部分58a相关联的两个磁通屏障部分58b可以在构造上彼此相同或者它们可以具有不同的构造。
[0042]
叠片堆54完全由定位叠片80(见图7)形成，定位叠片被配置为在其中限定多个孔82，使得当叠片串联布置时定位叠片80彼此对齐以有助于形成轴向延伸的空隙58。
[0043]
定位叠片80具有至少一个定位件84，该定位件从磁体接收区段82a的一侧向内突出，使得其撞击在磁体接收区段82a上。与本文公开的第一实施例的定位叠片40不同，定位件84位于磁体接收区段82a的周界的不与磁通屏障部分邻接的一侧上并从该侧突出。定位件84朝着磁体接收区段82a向内突出，从而限定所述磁体接收区段的周界的一部分。
[0044]
装配到空隙58中的磁体56(图8)具有沿其轴向延伸的凹槽56a，并且凹槽的形状与定位件84互补使得当磁体轴向插入空隙58中时定位件接合凹槽。由于定位件84的存在，磁体接收区段82a的周界被配置为阻碍磁体56远离空隙的磁体接收部分58a并朝向磁通屏障部分58b中的任一个的移动。
[0045]
因为定位件84不从磁通屏障部分82b的周界突出，也不侵入磁通屏障区段80b，所以根本没有铁质材料侵入磁通屏障部分58b。与现有技术的转子相比，这导致较低的磁通泄露，因此提高了扭矩产生。
[0046]
在图9所示的叠片堆的第三实施例中，构成叠片堆154的叠片是相互交错的两种不同类型的叠片：定位叠片80和普通叠片20(基本上与图4所示的叠片相同)。当普通叠片20和定位叠片80作为叠片堆154的一部分被布置成平面接触时，相应的孔22和82彼此对齐，以形成在叠片堆内轴向限定的相应空隙158。
[0047]
在所描述的实施例中，普通叠片20和定位叠片80之间唯一相关的区别是普通叠片没有定位件84，因此磁体接收区段22a具有与磁体56的截面构造不完全匹配的构造。
[0048]
包括穿插有普通叠片20的定位叠片80的叠片堆154将具有由孔82部分地限定的轴向延伸的空隙158，因此定位件84将突出到空隙中并用于阻碍位于空隙的磁体接收部分158a中的磁体56的移动。因为至少一个普通叠片20位于轴向相邻的一对定位叠片80之间，所以定位件84形成突出到磁体接收部分158a中的一系列轴向间隔开的支架86，一系列的支架86与凹槽56a接合并防止磁体移动出磁体接收部分158a。由定位件84形成的一系列支架86被位于它们之间的多个普通叠片20的总厚度隔开。至少一个但优选多于一个普通叠片20位于轴向邻近的每对支架86之间。
[0049]
虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述词语而非限制性词语，并且应理解，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可做出各种改变。如前所述，各种实施例的特征可组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的其他实施例。虽然各个实施例就一个或多个期望的特性
而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但是本领域一般技术人员认识到，可以牺牲一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于特定应用和实现方式。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实现方式理想的实施例并不在本公开的范围之外，并且可能是特定应用所期望的。
[0050]
根据本发明，提供了一种用于电机的转子，所述转子具有：布置成叠片堆的多个叠片，所述叠片堆限定空隙，所述空隙具有磁体接收部分和与磁体接收部分邻接的至少一个磁通屏障部分；和设置在所述磁体接收部分中的磁体，其中一些但不是全部所述叠片包括突出到所述磁通屏障部分中的定位件，使得所述定位件形成一系列间隔开的支架，所述支架将所述磁体保持在所述磁体接收部分内，所述支架通过一个或多个不具有定位件的所述叠片彼此间隔开。
[0051]
根据一个实施例，包括所述定位件的轴向相邻的每对所述叠片由相同数量的不具有定位件的叠片隔开。
[0052]
根据一个实施例，至少两个不具有定位件的所述叠片位于轴向相邻的一对支架之间。
[0053]
根据一个实施例，所述空隙还具有第二磁通屏障部分，所述第二磁通屏障部分在其与所述磁通屏障部分相对的一侧与所述磁体接收部分邻接，并且包括所述定位件的所述叠片还包括突出到所述磁通屏障部分中的第二定位件。
[0054]
根据一个实施例，所述叠片堆限定多个空隙，所述多个空隙各自包括磁体接收部分和与磁体接收部分邻接的磁通屏障部分。
[0055]
根据一个实施例，所述磁体接收部分的截面是矩形的。
[0056]
根据本发明，提供了一种电机转子的叠片堆，其具有：多个第一叠片，所述多个第一叠片各自在其中限定孔，所述孔包括磁体接收区段和与所述磁体接收区段邻接的磁通屏障区段，所述磁通屏障区段具有在所述电机运行期间产生第一程度的磁通泄漏的第一构造；和多个第二叠片，所述多个第二叠片各自在其中限定孔，所述孔包括磁体接收区段和与所述磁体接收区段邻接的磁通屏障区段，所述第二叠片的所述磁通屏障区段具有不同于所述第一构造的第二构造并且在所述电机运行期间产生大于所述第一程度的磁通泄漏的第二程度的磁通泄漏，其中所述叠片堆通过将所述第一叠片和所述第二叠片彼此穿插而形成，使得至少一个所述第一叠片位于轴向邻近的一对所述第二叠片之间。
[0057]
根据一个实施例，每个第二叠片各自包括定位件，所述定位件在所述磁体接收区段和所述磁通屏障区段之间形成物理屏障，以阻碍定位于所述磁体接收区段中的磁体朝向所述磁通屏障区段移动。
[0058]
根据一个实施例，轴向相邻的每对所述第二叠片由相同数量的所述第一叠片隔开。
[0059]
根据一个实施例，至少两个所述第一叠片位于轴向相邻的一对第二叠片之间。
[0060]
根据一个实施例，每个所述第二叠片的所述孔还具有第二磁通屏障部段，所述第二磁通屏障部段在其与所述磁通屏障部段相对的一侧与所述磁体接收部段邻接，并且所述第二叠片各自包括突出到所述第二磁通屏障部段中的第二定位件。
[0061]
根据一个实施例，所述第一叠片和所述第二叠片的所述磁体接收区段的截面是矩形的。
[0062]
根据本发明，提供了一种电机转子的叠片堆，所述叠片堆具有：多个定位叠片，所述多个定位叠片各自在其中限定孔，所述孔包括磁体接收区段和与所述磁体接收区段邻接的至少一个磁通屏障区段，所述磁通屏障区段具有被配置为阻碍定位于所述孔的磁体接收区段中的磁体朝向所述孔的磁通屏障区段移动的周界；和多个普通叠片，所述多个普通叠片各自在其中限定孔，所述孔包括磁体接收区段和与所述磁体接收区段邻接的磁通屏障区段，所述磁通屏障区段具有被配置为不阻碍定位于所述磁体接收区段中的磁体朝向所述磁通屏障区段移动的周界，至少一个所述普通叠片位于轴向邻近的一对所述定位叠片之间。
[0063]
根据一个实施例，所述定位叠片各自包括定位件，所述定位件在所述磁体接收区段和所述磁通屏障区段之间形成物理屏障，以阻碍定位于所述磁体接收区段中的磁体朝向所述磁通屏障区段移动。
[0064]
根据一个实施例，轴向相邻的每对定位叠片由相同数量的普通叠片隔开。
[0065]
根据一个实施例，其中至少两个所述普通叠片位于轴向相邻的一对定位叠片之间。
[0066]
根据一个实施例，每个所述定位叠片的所述孔还具有第二磁通屏障部段，所述第二磁通屏障部段在其与所述磁通屏障部段相对的一侧与所述磁体接收部段邻接，并且所述定位叠片各自包括突出到所述第二磁通屏障部段中的第二定位件。
[0067]
根据一个实施例，所述普通叠片和所述定位叠片的所述磁体接收区段的截面是矩形的。