用于修平电机中的凸极转子的系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种具有较低摩擦和风阻损耗的电机。所述电机包括定子和转子组件，所述转子组件配置成相对于所述定子旋转，其中所述转子组件包括转子芯子，所述转子芯子包括多个转子凸极，所述转子凸极围绕内毂彼此隔开，以便每对相邻转子凸极之间形成极间空隙，其中具有由每个极间空隙中的所述转子芯子界定的开口。非导电和非磁性嵌件置于转子凸极之间形成的空隙中，其中所述嵌件中的每个嵌件包括配合特征，所述配合特征形成于其轴向内缘，所述配合特征配置成与所述转子芯子界定的对应开口配合，从而凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固定到所述转子芯子。
【专利说明】用于修平电机中的凸极转子的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种电机，确切地说，涉及一种系统和方法，所述系统和方法用于修平电机中的凸极(salient)转子，以便减小机器中的摩擦和风阻损耗，同时提供能够承受高速离心力的机械坚固转子。
【背景技术】
[0002]随着时间的推移，电机的应用不断推广到更多工业、商业和交通领域。诸如磁阻电动机和定子永磁电动机等许多类型的电机都需要使用转子上的凸极或突出齿。这些类型的转子通常是无源式坚固转子，因此适用于高速应用。但是人们已经认识到，由于突起结构倾向于随着转子的旋转而捕捉空气，因此此类转子的凸出结构会导致风阻损耗过大。
[0003]一种用于解决使用凸极转子时产生的风阻损耗问题的方法是通过填充转子齿之间的极间空间来“修平”转子的外表面。一种用于填充极间空间的现有技术机构是磁桥，所述磁桥置于转子极之间以连接相邻的转子极尖，从而修平所述转子。但是此类磁桥会对磁凸极性产生负面影响，因而会减小电机的性能。另一种用于填充极间空间的现有技术机构是置于转子极之间的多段非磁性材料(例如，不锈钢)，例如USP4，916，346中所述，其能够修平转子但不影响磁凸极性。但是在现有技术中，此类非磁性段已成形为固体纯金属嵌件，从而大幅增加电机的总质量。此外，此类非磁性段焊接到转子极或者仅通过切口构造固定到其上，这两种构造都无法很好地将这些金属段固持在转子极之间并且/或者为转子组件提供所需的坚固性。此外，金属嵌件及其相关焊点需要承受涡流损耗，从而减小机器效率。
[0004]因此，需要提供用于修平凸极转子的嵌件，以在不影响磁性的情况下解决风阻损耗的问题。此外还需要以机械坚固的方式将此类嵌件与凸极转子组装到一起，以便承受高速下的离心力，同时最小化附加到转子上的质量。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一方面，本发明提供一种电机，包括:定子；转子组件，所述转子组件安置在所述定子内并且配置成相对于所述定子旋转，其中所述转子组件包括:转子芯子，所述转子芯子包括多个转子凸极，所述多个转子凸极围绕内毂彼此隔开，以便每对相邻转子凸极之间形成极间空隙，其中具有由每个极间空隙中的所述转子芯子界定的开口 ；以及多个嵌件，所述多个嵌件置于所述多个转子凸极之间形成的空隙中，所述多个嵌件由非导电和非磁性材料构成；其中所述多个嵌件中的每个嵌件包括配合特征，所述配合特征形成于所述嵌件的轴向内缘，所述配合特征配置成与由所述转子芯子界定的对应开口配合，从而凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固定到所述转子芯子上。
[0006]优选的，其中所述转子芯子包括带齿转子，其中所述多个转子凸极包括多个转子齿，所述多个转子齿与所述内毂一体成形。
[0007]优选的，其中所述配合特征包括燕尾槽特征，所述燕尾槽特征配置成与形成于所述转子芯子的所述内毂中的开口配合。
[0008]优选的，其中所述多个嵌件中的每个嵌件包括T形嵌件，所述T形嵌件包括:纵向构件，所述纵向构件沿轴向延伸；以及横向构件，所述横向构件在两个相邻转子齿之间垂直延伸，其中所述横向构件与一对相邻转子齿一起形成所述带齿转子上的平滑外表面；其中所述燕尾槽特征形成于所述纵向构件的内缘上，并且配置成与所述转子芯子的所述内毂中的所述开口配合。
[0009]优选的，其中所述多个转子齿中的每个转子齿包括以下项中的一项:一对法兰状凸块，所述法兰状凸块形成于其径向最外部处；或者一对轴向延伸的槽口，所述槽口形成于靠近其径向最外部处；以及其中所述横向构件包括位于每一端处的肩部，所述肩部配置成与形成于所述转子齿上的所述一对法兰状凸块或者所述一对轴向延伸的槽口中的一项配合，以便凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固持在适当位置。
[0010]优选的，其中所述多个嵌件中的每个嵌件包括:外壳，所述外壳由第一非导电、非磁性材料构成，所述外壳界定其内部的中空区域；其中所述燕尾槽特征形成于所述外壳上，并且配置成与形成于所述转子芯子的所述内毂中的所述开口配合。
[0011]优选的，进一步包括内部填充物材料，所述内部填充物材料置于由所述外壳界定的所述中空区域中，所述内部填充物材料由第二非导电、非磁性材料构成，所述第二非导电、非磁性材料的密度小于所述第一非导电、非磁性材料。
[0012]优选的，进一步包括形成于所述中空区域中的蜂窝状结构，所述蜂窝状结构与所述外壳一体成形。
[0013]优选的，其中所述转子芯子包括分段转子，其中所述多个转子凸极中的每个转子凸极包括独立于其他转子凸极的单独部件，并且其中所述多个单独转子凸极围绕非磁性内毂周向布置并且与所述非磁性内毂配合。
[0014]优选的，其中所述分段转子上的每对相邻单独转子凸极形成极间空隙；以及其中所述多个嵌件中的每个嵌件具有与所述极间空隙对应的形状，从而与形成于一对相邻单独转子凸极之间的对应极间空隙配合。
[0015]优选的，其中所述转子组件进一步包括一对端板，所述一对端板置于所述转子芯子的相对端上,所述一对端板中的每个端板由非导电和非磁性材料构成并且包括形成于其中的多个开口 ；以及其中所述多个嵌件中的每个嵌件形成为一体式零件，轴向延伸穿过所述转子芯子的整个长度，其中所述嵌件的相对端中的每一端均具有形成于其上的配合特征，所述配合特征配置成与每个端板中的对应开口配合，从而凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力为所述嵌件提供额外的固持强度。
[0016]根据本发明的另一方面，本发明提供一种制造电机的方法，所述方法包括:提供定子；提供转子组件，所述转子组件能够置于所述定子内并且可以安装成围绕中心轴旋转，其中提供所述转子组件包括:提供凸极转子芯子，所述凸极转子芯子包括多个转子凸极，所述多个转子凸极围绕内毂彼此隔开，以便每对相邻转子凸极之间形成极间空隙，其中具有由每个极间空隙中的所述转子芯子界定的燕尾形开口 ；提供多个嵌件，所述多个嵌件由非导电和非磁性材料构成；以及将所述多个嵌件固定在所述极间空隙中，所述极间空隙形成于所述多个转子凸极之间；其中，在将所述多个嵌件中的每个嵌件固定在一对相邻转子凸极之间形成的极间空隙中时，将所述嵌件的配合特征与所述转子芯子界定的对应开口配合，从而凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固定到所述转子芯子。
[0017]优选的，其中提供凸极转子芯子包括提供带齿转子，其中所述多个转子凸极包括多个转子齿，所述多个转子齿与所述内毂一体成形。
[0018]优选的，其中提供所述多个嵌件包括提供多个T形嵌件，所述多个T形嵌件中的每个嵌件包括:纵向构件，所述纵向构件沿轴向延伸；以及横向构件，所述横向构件在两个相邻转子齿之间垂直延伸，其中所述横向构件与一对相邻转子齿一起形成所述带齿转子上的平滑外表面；配合特征，所述配合特征形成于所述纵向构件的内缘上，并且配置成与形成于所述转子芯子的所述内毂中的开口配合。
[0019]优选的，其中将所述多个嵌件固定在所述多个转子凸极之间形成的所述极间空隙中包括:对于每个嵌件，将所述纵向构件的燕尾槽特征与形成于所述转子芯子的所述内毂中的燕尾形开口配合。
[0020]优选的，其中提供所述多个嵌件包括提供多个中空形嵌件，所述多个中空形嵌件中的每个嵌件包括外壳，所述外壳由第一非导电、非磁性材料构成，所述外壳界定形成于其中的开口并且包括形成于其轴向内表面上的配合特征。
[0021]优选的，其中提供所述多个中空形嵌件进一步包括:对于每个嵌件，提供内部填充物，所述内部填充物置于由所述外壳界定的所述开口中，所述内部填充物由第二非导电、非磁性材料构成，所述第二非导电、非磁性材料的密度小于所述第一非导电、非磁性材料。
[0022]优选的，其中提供所述多个中空形嵌件进一步包括:对于每个嵌件，提供蜂窝状结构，所述蜂窝状结构置于由所述外壳界定的所述开口中，所述蜂窝状结构通过挤压工艺与所述外壳一体成形。
[0023]优选的，其中将所述多个嵌件固定在所述多个转子凸极之间形成的所述极间空隙中包括:对于每个嵌件，将所述外壳的所述燕尾槽特征与形成于所述转子芯子的所述内毂中的燕尾形开口配合。
[0024]优选的，其中提供凸极转子芯子包括提供分段转子，其中所述多个转子凸极中的每个转子凸极包括独立于其他转子凸极的单独部件，并且其中所述多个单独转子凸极围绕非磁性内毂周向布置并且与所述非磁性内毂配合，以便所述分段转子上的每对相邻独立转子凸极形成极间空隙。
[0025]优选的，其中将所述多个嵌件固定在所述多个转子凸极之间形成的所述极间空隙中包括:对于每个嵌件，将嵌件置于每对单独转子凸极之间形成的对应极间空隙中。
[0026]优选的，其中提供所述转子组件进一步包括:提供一对端板，所述一对端板置于所述转子芯子的相对端上，所述一对端板中的每个端板由非导电和非磁性材料构成并且包括形成于其中的多个开口 ；以及其中所述多个嵌件中的每个嵌件形成为一体式零件，所述一体式零件轴向延伸穿过所述转子芯子的整个长度，其中所述嵌件的相对端中的每一端均具有形成于其上的配合特征，所述配合特征配置成与每个端板中的对应开口配合，从而凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力为所述嵌件提供额外的固持强度。
[0027]根据本发明的又一方面，本发明提供一种用于电机的转子组件，所述转子组件包括:凸极转子，所述凸极转子包括多个转子凸极，所述转子凸极围绕内毂彼此隔开，以便每对相邻转子凸极之间形成极间空隙；以及多个嵌件，所述多个嵌件置于所述多个转子凸极之间形成的所述极间空隙中并且构造成使得所述多个嵌件与所述多个转子凸极一起形成所述转子组件上的平滑外表面；其中所述多个嵌件包括以下项中的一项:由非导电和非磁性材料构成的T形嵌件；中空嵌件，所述中空嵌件具有由非导电和非磁性材料构成的外壳；或者由非导电和非磁性材料构成的燕尾形嵌件；以及其中所述多个嵌件中的每个嵌件配置成与所述凸极转子配合，以便凭借在所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固定到所述凸极转子上。
[0028]优选的，其中，当所述多个嵌件包括T形嵌件时，所述多个T形嵌件中的每个嵌件包括:纵向构件，所述纵向构件沿轴向延伸；以及横向构件，所述横向构件在两个相邻转子凸极之间垂直延伸，其中所述横向构件与一对相邻转子凸极一起形成所述凸极上的平滑外表面；其中所述纵向构件包括燕尾槽特征，所述燕尾槽特征形成于其内缘上，所述燕尾槽特征配置成与形成于凸极带齿转子的所述内毂中的对应燕尾形开口配合。
[0029]优选的，其中，当所述多个嵌件包括中空嵌件时，所述多个中空嵌件中的每个嵌件包括:外壳，所述外壳由第一非导电、非磁性材料构成，所述外壳界定其中的开口 ；以及内部填充物，所述内部填充物置于由所述外壳界定的所述开口中，所述内部填充物由第二非导电、非磁性材料构成，所述第二非导电、非磁性材料的密度小于所述第一非导电、非磁性材料；其中所述外壳包括燕尾槽特征，所述燕尾槽特征形成于其轴向内表面上，所述燕尾槽特征配置成与形成于凸极带齿转子的所述内毂中的对应燕尾形开口配合。
[0030]优选的，其中，当所述多个嵌件包括燕尾形嵌件时，所述多个燕尾形嵌件中的每个燕尾形嵌件配置成置于分段凸极转子的单独转子凸极之间形成的燕尾形极间空隙中，所述单独转子凸极围绕非磁性内毂周向布置并且与所述非磁性内毂配合，其中所述多个单独转子凸极中的每个单独转子凸极围绕所述非磁性内毂周向布置并且与所述非磁性内毂配合。
[0031]可以从以下【具体实施方式】和附图中显而易见地了解到许多其他特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]附图中示出了用于执行本发明的当前优选实施例。
[0033]在附图中:
[0034]图1是可用于本发明实施例中的电机的示意图。
[0035]图2是可用于本发明实施例中的电机的转子的侧视图。
[0036]图3是可用于本发明实施例中的带齿转子的示意图。
[0037]图4是可用于本发明实施例中的分段转子的示意图。
[0038]图5、图6和图7A到7C是根据本发明实施例的转子组件的示意图，其中所述转子组件包括带齿转子以及非导电和非磁性转子嵌件。
[0039]图8是根据本发明一个实施例的转子组件的示意图，其中所述转子组件包括分段转子以及非导电、非磁性转子嵌件。
[0040]图9是根据本发明一个实施例的转子组件的示意图，其中所述转子组件包括带齿转子；非导电、非磁性转子嵌件；以及非导电、非磁性端板。
[0041]图10是根据本发明一个实施例的转子组件的示意图，其中所述转子组件包括分段转子；非导电、非磁性转子嵌件；以及非导电、非磁性端板。
【具体实施方式】
[0042]本发明的实施例是一种包括凸极转子的电机，所述凸极转子设有用于修平转子的嵌件，以便在不影响磁性的情况下解决摩擦和风阻损耗的问题。尽管本发明的实施例是相对于转子和定子通过径向磁场进行交互的电机而言的，但是所属领域中的技术人员将认识至Ij，本发明的实施例还可以用于使用轴向场来进行转子/定子交互的电机中，其中嵌件定向为径向方向。
[0043]参考图1，其中示出了可受益于本发明实施例的典型电机I。电机I包括定子2(例如，层状铁质定子)，所述定子沿径向围绕转子3并且沿转子3轴向延伸。定子2进一步包括多个定子极4，每个定子极4与径向相对的定子极配合以形成定子极对。定子极对4a和4b缠绕相绕组5，可以从远程源(未图示)使用传统方式来驱动所述相绕组。另一个定子极4上也以类似的方式包括单独的相绕组(未图示)。
[0044]如图1所示，转子3形成为凸极转子，所述凸极转子具有多个凸极件6。根据一个实施例，转子3由一叠一体式叠片7构成，如图2中提供的转子3的视图所示，但是可以认识到，转子芯子还可以形成为单个零件，芯子由铁加工而成或者由烧结磁性材料等构成。转子3包括作为磁性凸极的多个凸块/齿6。转子3的中央部分包括转子孔8，可以将驱动轴插入穿过所述转子孔，转子3可以围绕所驱动轴旋转。
[0045]根据本发明的实施例，电机的确切结构可以采用多种形式中的一种形式。例如，电机可以配置成感生非永久磁极的磁阻电动机，其中以预定顺序驱动定子3的相绕组5，从而使得转子3旋转。磁阻电动机可以是定子极与转子极的数量相等的同步磁阻电动机，或者定子极对的数量比转子极对的数量大一个的开关磁阻电动机。再如，电机可以配置成定子永磁电机(例如,永磁磁通开关电机、永磁磁通反转电机,或者双凸极永磁电机等),所述定子永磁电机包括嵌入定子中的永磁体9 (如虚线所示)。在此类定子永磁电机中，绕组5中的电流与磁体9的关联磁场交互，以使得转子3旋转。
[0046]应认识到，图1和图2仅用于示出可受益于本发明实施例的电机的实例。也就是说，可以通过需要转子上的凸极或凸齿的多种不同类型的电机来实施本发明的实施例。因此，本发明的实施例并不仅限于本说明书中示出和描述的电机类型。
[0047]现在参见图3和图4，其中示出了能够包括本发明的实施例的凸极转子的实施例。首先参见图3，其中示出了带齿转子10的构造，多个转子齿或转子极12从内毂14或者与齿12 —体成形的转子部分径向向外延伸。参见图4，其中示出了分段转子20的构造，其中每个转子凸极22形成为独立于其他转子极的单独部件。如图4所示，单独的转子极围绕非磁性转子毂26周向布置，其中通过配合特征28与转子毂26配合的每个转子极22形成于转子极的底部上(即，形成于转子极的每个叠片上)。分段转子20的每个转子极22的凹口30配置成将嵌件接纳于其中，以凭借转子旋转产生的离心力将所述嵌件径向固持在转子极22之间，如下文进一步详述。
[0048]根据本发明的实施例，凸极转子10、20，例如图3和图4中所示的凸极转子，可以机械修平，方法是提供非导电和非磁性嵌件，所述嵌件部分填充转子极之间的极间空隙并且与转子极一起形成转子上的机械“平滑”外表面，鉴于此理解，本说明书中所用的“平滑”并不一定需要转子组件外表面为圆形表面或者完全平滑，只要嵌件横跨相邻转子极之间的距离以使两者之间形成基本闭合的表面即可。因此，例如，设想嵌件可以视为具有线性外表面/段，而不是桥接相邻转子极的弧形段(以便提供成本较低嵌件)，并且这仍然视为存在转子上的机械平滑外表面。非导电和非磁性转子嵌件零件在不影响磁性的情况下解决了与凸极转子相关的风阻损耗问题。所述非导电和非磁性嵌件以机械坚固的方式与凸极转子构造并组装到一起，以便承受高速下的离心力，同时最小化附加到转子上的质量。根据示例性实施例，嵌件中的每个嵌件形成为固体一体式零件，所述零件轴向延伸穿过凸极转子的整个长度。
[0049]现在参见图5到图7，其中示出了根据本发明多个实施例的转子组件的多个部分。每个实施例的转子组件包括带齿转子和非导电、非磁性嵌件，所述嵌件嵌入带齿转子的每对相邻转子齿之间的极间空间中。如图所示，转子嵌件可以具有根据本发明实施例的多种形状/横截面，其中所述嵌件的形状适用于所用的特定凸极转子的转子极的形状以及支持转子速度所需的离心强度量。
[0050]如图5所示，提供了转子组件32，所述转子组件具有带齿转子34，所述带齿转子包括转子齿36，所述转子齿具有法兰状凸块38，所述凸块位于每个转子齿36的径向最外部，其中凸块38在每一侧上垂直于齿36延伸。非导电、非磁性嵌件40形成为T形嵌件,所述T形嵌件置于相邻齿36之间的极间空间41中，其中T形嵌件40具有沿轴向延伸的纵向构件42以及横向构件44，所述横向构件在两个相邻转子齿36之间垂直延伸，其中所述横向构件44与一对相邻转子齿36 —起形成带齿转子34上的平滑外表面。横向构件44形成为包括每一端处的肩部46，所述肩部与转子齿上的对应凸块38邻接，以使凸块38与T形嵌件40上的肩部46配合，以凭借转子旋转期间经历的离心力将嵌件固持在适当位置。T形嵌件40上还包括配合特征48，所述配合特征形成于纵向构件42的内端上。配合特征48配置成与形成于带齿转子34的背铁(back iron) /内毂52中的开口 50配合，以使嵌件40与带齿转子34之间的配合得到进一步加固并且转子组件32对作用于其上的离心力的抵御能力得到提升。根据示例性实施例，配合特征48配置为与燕尾形开口 50配合的燕尾槽特征，用于提升对离心力的抵御能力；但是应认识到，也可以使用其他形状/构造的配合特征。
[0051 ] 图6示出了与图5所示转子组件类似的转子组件54 (类似的元件用与图5相同的标号表示)，但是带齿转子58的齿56和T形嵌件60具有形成于其上的不同特征。也就是说，转子齿56形成为各自包括轴向延伸的槽口 62，所述轴向延伸的槽口形成于所述转子齿中靠近每个转子齿56的径向最外部处。T形嵌件60的横向构件64形成为包括每一端处的肩部66，所述肩部与相邻齿56的槽口 62配合，以凭借转子旋转期间经历的离心力将嵌件60固持在适当位置。T形嵌件60上还包括配合特征48，所述配合特征形成于纵向构件42的内端上。配合特征48配置成与形成于带齿转子58的背铁/内毂52中的开口 50配合，以使嵌件60与带齿转子58之间的配合得到进一步加固并且转子组件54对作用于其上的离心力的抵御能力得到提升。
[0052]现在参见图7A，转子组件68图示为具有与图6所示带齿转子相同的带齿转子58，其中带齿转子58具有转子齿56，所述转子齿形成为各自包括轴向延伸的槽口 62，所述槽口形成于所述转子齿中靠近每个转子齿56的径向最外部处。但是，转子组件68的非导电、非磁性嵌件70与转子组件54的嵌件60 (图6)不同，因为嵌件70配置成填充相邻转子齿56之间的整个极间空间或空隙41，而不是具有将空隙41的一部分敞开的T形。由于嵌件70的大小大于T形嵌件40、60(图5和图6),应认识到,其质量可以大于T形嵌件的质量,而这对于转子旋转期间由嵌件产生的离心力而言可能是不合需要的。为了尽可能最小化嵌件70的质量，非导电、非磁性嵌件形成为本说明书所述的“中空”嵌件，因此其中包括并非由较高密度材料构成的内部区域。“中空”嵌件包括由非导电、非磁性材料构成的外壳72，其中外壳72界定区域或开口 73。根据示例性实施例，外壳72由非导电、非磁性材料构成，以便为嵌件提供高机械强度和硬度。根据本发明的一个实施例，开口 73包括内部填充物74，所述内部填充物由与用于形成外壳72的材料不同的非导电、非磁性材料构成，以使嵌件70形成为多材料嵌件。内部填充物74由密度小于外壳材料的非导电、非磁性材料构成，例如，可以由非常轻质的介电泡沫构成。将嵌件70中的内部填充物74包括在外壳72的内部能够大幅减轻嵌件70的总重量，以大幅减小嵌件70产生的离心力，从而改进转子组件68的功能和说明。此外，将内部填充物74包括在外壳72中能够防止转子组件68运行期间发生空气揽乱和变形，从而提闻效率。
[0053]根据其他实施例，外壳72界定的区域73可以保持敞开(或者部分敞开)，以减小嵌件70的质量。也就是说，在一个实施例中，开口 73可以完全未填充，如图7B所示。在另一个实施例中，如图7C所示，由外壳72界定的中空区域73可以包括形成于其中的较轻质结构，例如与外壳72 —起挤出的蜂窝状结构75，所述蜂窝状结构为嵌件70提供硬度，同时仍然用于减小嵌件的总质量。蜂窝状结构75的内部可以保持未填充，或者可以包括其中的泡沫材料。
[0054]如图7所示，嵌件70的外壳72包括固持特征，所述固持特征与形成于T形嵌件60(图6)上的固持特征相似。也就是说，外壳72包括:每一端处的肩部66，所述肩部与相邻转子齿56的槽口 62配合；以及配合特征48 (例如，燕尾槽)，所述配合特征形成于所述外壳的轴向内表面上，与形成于带齿转子58的背铁/内毂52中的对应开口 50配合。肩部66和配合特征48凭借转子旋转期间经历的离心力将嵌件70固持在适当位置，并且帮助形成相对于作用于其上的离心力稳固的转子组件68。
[0055]现在参见图8，其中示出了根据本发明另一个实施例的转子组件76的一部分，其中转子组件76具有分段转子78，所述分段转子由多个单独的转子极80构成，所述转子极通过转子极80上的配合特征(例如，燕尾槽)84周向围绕非磁性转子毂82配合，所述配合特征与形成于转子毂82中的开口 /插座86配合。转子组件76还包括非导电、非磁性嵌件88，所述嵌件配合在每对相邻转子极80之间，位于由相邻转子极80形成的极间空隙90中。如图8所示，非导电、非磁性嵌件88形成为配置成接纳在极间空隙90中的嵌件，所述极间空隙形成于每对相邻转子极80之间，其中嵌件88具有与空隙90的形状一致的形状。根据示例性实施例，嵌件具有燕尾构造，使得嵌件能够凭借转子旋转产生的离心力径向固持在转子极80之间。
[0056]根据例性实施例，嵌件88形成为多材料嵌件,所述嵌件具有:外壳90,所述外壳由第一非导电、非磁性材料构成；以及内部填充物92，所述内部填充物由第二非导电、非磁性材料构成。根据示例性实施例，外壳90由非导电、非磁性材料构成，所述材料为嵌件提供高机械强度和硬度。内部填充物92由密度小于外壳90材料的非导电、非磁性材料构成，例如，可以由非常轻质的介电泡沫构成。在内部区域中添加内部填充物92能够大幅减小嵌件88的总重量，以大幅减小嵌件88广生的尚心力，从而提闻转子组件76的功能和寿命。或者，应认识到，嵌件88还可以形成为具有内部特征的挤出件(extrus1n)，所述内部特征用于增加强度，而不影响固体重量，如上所述。
[0057]现在参见图9和图10，其中分别示出了根据本发明其他实施例的带齿转子和分段转子的转子组件94、96。在转子组件94、96中的每个转子组件中，“笼状”组件用于紧固转子组件94、96并且用于为置于转子的转子凸极102、104之间的非导电、非磁性嵌件98、100提供额外的固持强度，从而提高组件的坚固性。为了形成笼状组件，将非导电、非磁性端板106置于转子组件94、96的相对端上，即，置于带齿转子112或分段转子114的相对侧上，根据一个实施例，所述转子可以由一叠转子叠片108、110构成(或者可以形成为单个零件)。如图9和图10所示，轴向延伸穿过该叠转子叠片108、110的整个长度的非导电、非磁性嵌件98、100包括配合特征116，所述配合特征形成于每一端处，构造成与形成于端板206中的对应开口 118配合。形成于嵌件98、100上的配合特征116接纳在形成于端板106中的开口 118内，从而将嵌件配合到端板，从而形成“笼状”转子组件。端板106用于坚固转子组件94、96(即，如果转子由叠片构成，则紧固带齿转子112或分段转子114的该叠转子叠片108、110)，同时向嵌件98、100提供额外的固持强度，以提高转子组件94、96的坚固性。
[0058]有利地，本发明的实施例因此提供非导电、非磁性转子嵌件，所述嵌件用于修平多种类型的凸极转子。转子嵌件能够大幅减小摩擦和风阻损耗，因为转子表面基于嵌件在相邻转子极之间的位置而变得机械平滑，从而大幅提高效率(即，效率高于非平滑转子)，尤其是对于高度应用而言。非导电、非磁性转子嵌件以机械坚固的方式与凸极转子组装在一起，例如通过使用嵌件上的配合(例如，燕尾槽)特征，以便使得嵌件能够承受高速下的离心力。非导电、非磁性转子嵌件进一步构造成最小化附加到转子上的质量，其中嵌件形成为仅填充相邻转子极之间的极间空间的一部分以及/或者部分由低密度材料构成。
[0059]因此，根据本发明的一个实施例，本发明提供一种电机，所述电机包括定子和转子组件，所述转子组件安置在所述定子内并且配置成相对于所述定子旋转，其中所述转子组件包括:转子芯子，所述转子芯子包括多个转子凸极，所述转子凸极围绕内毂彼此隔开，以便每对相邻转子凸极之间形成极间空隙，其中具有由每个极间空隙中的转子芯子界定的开口 ；以及多个嵌件，所述多个嵌件置于所述多个转子凸极之间形成的空隙中，所述多个嵌件由非导电和非磁性材料构成。所述多个嵌件中的每个嵌件包括配合特征，所述配合特征形成于所述嵌件的轴向内缘，所述配合特征配置成与由所述转子芯子界定的对应开口配合，从而凭借转子组件旋转期间经历的离心力将所述嵌件固定到所述转子芯子上。
[0060]根据本发明的另一个实施例，本发明提供一种制造电机的方法，所述方法包括提供定子以及提供转子组件，所述转子组件能够安置在所述定子内并且安装为围绕中心轴旋转，其中提供所述转子组件包括提供凸极转子芯子，所述凸极转子芯子包括多个转子凸极，所述多个转子凸极围绕内毂彼此隔开，以便每对相邻转子凸极之间形成极间空隙，其中具有由每个极间空隙中的转子芯子界定的燕尾形开口。提供所述转子组件进一步包括:提供多个嵌件，所述嵌件由非导电和非磁性材料构件；以及将所述多个嵌件固定在所述多个转子凸极之间形成的极间空隙内，其中，将所述多个嵌件中的每个嵌件固定在一对相邻转子凸极之间形成的极间空隙中时，所述嵌件的配合特征与所述转子芯子界定的对应开口配合，从而凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固定到所述转子芯子。
[0061]根据本发明的另一个实施例，本发明提供一种用于电机的转子组件，所述转子组件包括:凸极转子，所述凸极转子包括多个转子凸极，所述多个转子凸极围绕内毂彼此隔开，以便每对相邻转子凸极之间形成极间空隙；以及多个嵌件，所述置于所述多个转子凸极之间形成的极间空隙中并且被构造成使得所述多个嵌件与所述多个转子凸极一起形成所述转子组件上的平滑外表面。所述多个嵌件包括以下项中的一项:由非导电和非磁性材料构成的T形嵌件；中空嵌件，所述中空嵌件具有由非导电和非磁性材料构成的外壳；或者由非导电和非磁性材料构成的燕尾形嵌件。所述多个嵌件中的每个嵌件配置成与所述凸极转子配合，以便凭借在所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固定到所述凸极转子上。
[0062]本说明书使用各个实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何器件或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无大体差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。
【权利要求】
1.一种电机,包括: 定子; 转子组件，所述转子组件安置在所述定子内并且配置成相对于所述定子旋转，其中所述转子组件包括: 转子芯子，所述转子芯子包括多个转子凸极，所述多个转子凸极围绕内毂彼此隔开，以便每对相邻转子凸极之间形成极间空隙，其中具有由每个极间空隙中的所述转子芯子界定的开口 ；以及 多个嵌件，所述多个嵌件置于所述多个转子凸极之间形成的空隙中，所述多个嵌件由非导电和非磁性材料构成； 其中所述多个嵌件中的每个嵌件包括配合特征，所述配合特征形成于所述嵌件的轴向内缘，所述配合特征配置成与由所述转子芯子界定的对应开口配合，从而凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固定到所述转子芯子上。
2.根据权利要求1所述的电机，其中所述转子芯子包括带齿转子，其中所述多个转子凸极包括多个转子齿，所述多个转子齿与所述内毂一体成形。
3.根据权利要求2所述的电机，其中所述配合特征包括燕尾槽特征，所述燕尾槽特征配置成与形成于所述转子芯子的所述内毂中的开口配合。
4.根据权利要求3所述的电机，其中所述多个嵌件中的每个嵌件包括T形嵌件，所述T形嵌件包括: 纵向构件，所述纵向构件沿轴向延伸；以及 横向构件，所述横向构件在两个相邻转子齿之间垂直延伸，其中所述横向构件与一对相邻转子齿一起形成所述带齿转子上的平滑外表面； 其中所述燕尾槽特征形成于所述纵向构件的内缘上，并且配置成与所述转子芯子的所述内毂中的所述开口配合。
5.根据权利要求4所述的电机，其中所述多个转子齿中的每个转子齿包括以下项中的一项:一对法兰状凸块，所述法兰状凸块形成于其径向最外部处；或者一对轴向延伸的槽口，所述槽口形成于靠近其径向最外部处；以及 其中所述横向构件包括位于每一端处的肩部，所述肩部配置成与形成于所述转子齿上的所述一对法兰状凸块或者所述一对轴向延伸的槽口中的一项配合，以便凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固持在适当位置。
6.根据权利要求3所述的电机，其中所述多个嵌件中的每个嵌件包括: 外壳，所述外壳由第一非导电、非磁性材料构成，所述外壳界定其内部的中空区域； 其中所述燕尾槽特征形成于所述外壳上，并且配置成与形成于所述转子芯子的所述内毂中的所述开口配合。
7.根据权利要求6所述的电机，进一步包括内部填充物材料，所述内部填充物材料置于由所述外壳界定的所述中空区域中，所述内部填充物材料由第二非导电、非磁性材料构成，所述第二非导电、非磁性材料的密度小于所述第一非导电、非磁性材料。
8.根据权利要求6所述的电机，进一步包括形成于所述中空区域中的蜂窝状结构，所述蜂窝状结构与所述外壳一体成形。
9.根据权利要求1所述的电机，其中所述转子芯子包括分段转子，其中所述多个转子凸极中的每个转子凸极包括独立于其他转子凸极的单独部件，并且其中所述多个单独转子凸极围绕非磁性内毂周向布置并且与所述非磁性内毂配合。
10.根据权利要求8所述的电机，其中所述分段转子上的每对相邻单独转子凸极形成极间空隙；以及 其中所述多个嵌件中的每个嵌件具有与所述极间空隙对应的形状，从而与形成于一对相邻单独转子凸极之间的对应极间空隙配合。
11.根据权利要求1所述的电机，其中所述转子组件进一步包括一对端板，所述一对端板置于所述转子芯子的相对端上，所述一对端板中的每个端板由非导电和非磁性材料构成并且包括形成于其中的多个开口 ；以及 其中所述多个嵌件中的每个嵌件形成为一体式零件，轴向延伸穿过所述转子芯子的整个长度，其中所述嵌件的相对端中的每一端均具有形成于其上的配合特征，所述配合特征配置成与每个端板中的对应开口配合，从而凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力为所述嵌件提供额外的固持强度。
12.—种制造电机的方法，所述方法包括: 提供定子； 提供转子组件，所述转子组件能够置于所述定子内并且可以安装成围绕中心轴旋转，其中提供所述转子组件包括: 提供凸极转子芯子，所述凸极转子芯子包括多个转子凸极，所述多个转子凸极围绕内毂彼此隔开，以便每对相邻转子凸极之间形成极间空隙，其中具有由每个极间空隙中的所述转子芯子界定的燕尾形开口； 提供多个嵌件，所述多个嵌件由非导电和非磁性材料构成；以及 将所述多个嵌件固定在所述极间空隙中，所述极间空隙形成于所述多个转子凸极之间； 其中，在将所述多个嵌件中的每个嵌件固定在一对相邻转子凸极之间形成的极间空隙中时，将所述嵌件的配合特征与所述转子芯子界定的对应开口配合，从而凭借所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固定到所述转子芯子。
13.根据权利要求12所述的方法，其中提供凸极转子芯子包括提供带齿转子，其中所述多个转子凸极包括多个转子齿，所述多个转子齿与所述内毂一体成形。
14.根据权利要求13所述的方法，其中提供所述多个嵌件包括提供多个T形嵌件，所述多个T形嵌件中的每个嵌件包括: 纵向构件，所述纵向构件沿轴向延伸；以及 横向构件，所述横向构件在两个相邻转子齿之间垂直延伸，其中所述横向构件与一对相邻转子齿一起形成所述带齿转子上的平滑外表面； 配合特征，所述配合特征形成于所述纵向构件的内缘上，并且配置成与形成于所述转子芯子的所述内毂中的开口配合。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述多个嵌件固定在所述多个转子凸极之间形成的所述极间空隙中包括:对于每个嵌件，将所述纵向构件的燕尾槽特征与形成于所述转子芯子的所述内毂中的燕尾形开口配合。
16.根据权利要求12所述的方法，其中提供所述多个嵌件包括提供多个中空形嵌件，所述多个中空形嵌件中的每个嵌件包括外壳，所述外壳由第一非导电、非磁性材料构成，所述外壳界定形成于其中的开口并且包括形成于其轴向内表面上的配合特征。
17.根据权利要求16所述的方法，其中提供所述多个中空形嵌件进一步包括:对于每个嵌件，提供内部填充物，所述内部填充物置于由所述外壳界定的所述开口中，所述内部填充物由第二非导电、非磁性材料构成，所述第二非导电、非磁性材料的密度小于所述第一非导电、非磁性材料。
18.根据权利要求16所述的方法，其中提供所述多个中空形嵌件进一步包括:对于每个嵌件，提供蜂窝状结构，所述蜂窝状结构置于由所述外壳界定的所述开口中，所述蜂窝状结构通过挤压工艺与所述外壳一体成形。
19.根据权利要求16所述的方法，其中将所述多个嵌件固定在所述多个转子凸极之间形成的所述极间空隙中包括:对于每个嵌件，将所述外壳的所述燕尾槽特征与形成于所述转子芯子的所述内毂中的燕尾形开口配合。
20.一种用于电机的转子组件，所述转子组件包括: 凸极转子，所述凸极转子包括多个转子凸极，所述转子凸极围绕内毂彼此隔开，以便每对相邻转子凸极之间形成极间空隙；以及 多个嵌件，所述多个嵌件置于所述多个转子凸极之间形成的所述极间空隙中并且构造成使得所述多个嵌件与所述多个转子凸极一起形成所述转子组件上的平滑外表面； 其中所述多个嵌件包括以下项中的一项:由非导电和非磁性材料构成的T形嵌件；中空嵌件，所述中空嵌件具有由非导电和非磁性材料构成的外壳；或者由非导电和非磁性材料构成的燕尾形嵌件；以及 其中所述多个嵌件中的每个嵌件配置成与所述凸极转子配合，以便凭借在所述转子组件的旋转期间经历的离心力将所述嵌件固定到所述凸极转子上。
【文档编号】H02K1/14GK104348269SQ201410354403
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】T.拉米诺索亚, J.P.亚历山大, A.M.F.埃尔-雷菲, D.A.托里 申请人:通用电气公司