转子、电机及相关方法与流程

本文描述的实施例总的来说涉及用于电机的转子，更具体地说，涉及与用在轴向磁通电机的转子相关的设备和方法.

背景技术：

用于电动机的一般配置是径向磁通，其由两个圆柱体组成，一个圆柱形定子和一个圆柱形转子(具有轴向轴)，在两者之间具有圆筒形气隙，并且磁通在与转子的轴成径向的方向上穿过该气隙。为了保持两个圆柱体同轴并且因此使得该气隙在径向磁通电动机中保持为恒定的厚度，就必须在电动机的每一端都对该轴进行支撑。

假定许多由径向磁通电机机械驱动的应用装置本质上不需要轴，则期望消除对轴的需要，从而提供成本更低以及更简易的结构.轴向磁通电机就是一种这样的结构。

进一步的，许多由径向磁通马达机械驱动的应用装置为大直径马达提供充足的空间但是沿着轴的横轴却具有很小的空间.轴向磁通马达能够很好的适用于这样的应用装置，这是因为具有大马达功率容量的轴向磁通马达实际具有非常短的轴向轴长度。

典型地，轴向磁通马达包括一个转子，其具有安装在转子表面的一个或多个永磁铁，还包括一个定子，其具有连接到电源的定子绕组。马达也包括位于转子和定子之间用于旋转的支撑转子相对于定子的运动的轴承。该轴承提供转子和定子之间的气隙。永磁铁能够被由电绕组感应的磁场所代替。

正如所有产品那样，为消费者提供高价值产品是很重要的.对于轴向磁通马达，高价值包括低成本和高质量.高质量涉及优越的性能.性能由可靠性和低噪音及低振动来衡量.低噪音与低振动密切相关。低振动与马达组件的准确度或精确度相关，特别是与旋转元件(转子组件)及其在马达中的组装相关。转子组件的准确度和精确度较高通常导致振动减少.转子组件的平衡可以进一步减少振动。准确度和精确度越高，就越需要昂贵的制造工艺，包括，例如，精确的机械加工，以及非常昂贵精确的转子组件平衡.提供一种兼具低振动和低成本的马达具有挑战性。本发明针对缓解现有技术中的技术问题的至少一部分。

技术实现要素：

根据本发明的实施例，提供一种用在电机中的用于连接到定子元件的转子。转子包括一个本体，其限定本体的旋转中心。该本体进一步限定在大致垂直于旋转中心的方向上延伸的第一表面.该转子也包括连接到本体的磁铁和粘合剂。粘合剂位于磁铁和本体之间。该粘合剂适于帮助将磁铁固定到本体。本体的第一表面适于允许材料从本体移除并且帮助平衡转子.

根据本发明的一个方面，转子可以被提供以使得本体适于限定用于接受至少一部分粘合剂的槽体。

根据本发明的另一方面，转子可以被提供以使得本体限定磁铁安装表面和内直径.磁铁与磁铁安装表面和内直径相邻设置。进一步的，槽体包括定位于磁铁安装表面和内直径之间的环槽.

根据本发明的另一方面，转子可以被提供以使得本体由具有均匀厚度的片状金属制成。

根据本发明的另一方面，转子可以被提供以使得转子进一步定义在大致平行于第一表面的方向延伸并与第一表面间隔开的第二表面。第二表面与第一表面相对。本体的第二表面适于允许其上材料移除以帮助平衡转子。

根据本发明的另一方面，转子可以被提供以使得本体限定出中心轮毂(hub)，中心轮毂限定了贯穿本体的中心孔。

根据本发明的另一方面，转子可以被提供以使得从本体的第一表面和第二表面移除材料是从本体的第一表面的特定部分和第二表面的特定部分进行移除以帮助平衡转子.

根据本发明的另一方面，转子可以被提供以使得本体的第一表面的特定部分和本体的第二表面的特定部分是彼此毗邻的。

根据本发明的另一方面，转子可以被提供以使得本体的第二表面被定位为从磁铁径向向外.

根据本发明的另一个实施例，提供一种马达，该马达包括壳体、定子和转子。定子被固定安装于壳体。转子被旋转安装于壳体。转子包括用于连接到在电机中使用的定子元件的转子。该转子包括限定本体旋转中心的本体.本体进一步限定沿大致垂直于旋转中心的方向延伸的第一表面.转子也包括连接到本体的磁铁和粘合剂。该粘合剂设置在磁铁和本体之间.该粘合剂适于帮助将磁铁固定于本体.本体的第一表面适于允许材料从本体移除并且有助于平衡转子.

根据本发明的另一方面，马达可以被提供以使得本体适于限定一个用于接受至少一部分粘合剂的槽体.

根据本发明的另一方面，马达可以被提供以使得本体限定磁铁安装表面和内直径。磁铁定位为与磁铁安装表面和内直径相邻。马达可以被进一步的提供以使得槽体包括定位于磁铁安装表面和内直径之间的环槽。

根据本发明的另一方面，马达可以被提供以使得本体由具有均匀厚度的金属片制成。

根据本发明的另一方面，马达可以被提供以使得转子进一步定义在大致平行于第一表面的方向延伸并与第一表面间隔开的第二表面。第二表面与第一表面相对。本体的第二表面适于允许其上材料被移除以帮助平衡转子。

根据本发明的另一方面，马达可以被提供以使得本体的至少一个表面是用机器加工的。

根据本发明的另一方面，马达可以被提供以使得本体限定出中心轮毂，中心轮毂限定出贯穿本体的中心孔。

根据本发明的另一方面，马达可以被提供以使得从本体的第一表面和第二表面移除材料是从本体的第一表面的特定部分和第二表面的特定部分进行移除以助于转子的平衡.

根据本发明的另一方面，马达可以被提供以使得本体的第一表面的特定部分和本体的第二表面的特定部分是彼此毗邻的。

根据本发明的另一方面，马达可以被提供以使得本体的第二表面被定位为从磁铁径向向外.

根据本发明的另一方面，马达可以被提供.

根据本发明的另一实施例，提供一种制作用于轴向磁通马达的转子的方法.该方法包括制作转子的步骤.转子包括一个本体，其限定本体的旋转中心。本体进一步限定沿大致垂直于旋转中心的方向延伸的第一表面并且进一步限定第二表面，所述第二表面以大致平行于第一表面的方向延伸并且其与第一表面具有间隔。该方法进一步包括将粘合剂涂抹到本体的磁铁连接表面的步骤，对转子进行平衡测试，从本体的第一表面移除材料及从本体的第二表面移除材料.

从本体的第一表面移除材料的步骤包括从第一表面的特定部分移除材料以及从本体第二表面移除材料的步骤包括从第二表面的特定部分移除材料.

附图说明

图1是利用了根据本发明的转子的轴向磁通马达的横截面视图；

图2是图1的转子的分解透视图；

图3是图2的转子的部分横截面视图；

图4是图2的转子的部分横截面透视图；

图5是图2的转子的透视图，示出了砂轮啮合图2转子的磁铁侧以用于从转子移除材料来帮助转子平衡；

图5a是图5的部分横截面视图，其更详细的示出了材料移除区域；

图6是图2转子的透视图，示出了砂轮啮合图2转子的轮毂侧以用于从转子移除材料来帮助转子平衡；

图6a是图6的部分横截面视图，其更详细的示出了材料移除区域；

图7是图2转子的透视图，其示出了将粘合剂涂抹到形成在转子上的槽体内；

图8是图2转子的部分横截面的透视图；以及

图9是根据本发明用于提供转子的典型方法的流程图。

具体实施方式

由于消费者和工业需求的增加，降低噪声和振动，降低成本，提高容量和效率上的性能在由马达驱动的设备的设计和制作上是需要考虑的.这里描述的方法、系统和设备有利于电机改善刚度和强度，减少噪声和振动，降低成本，提高容量和效率上的性能。本公开内容提供设计和方法用于改进刚度和强度，减少噪声和振动，降低成本以及提高在容量和效率上的性能。本公开内容进一步提供设计和方法以进一步降低噪声和振动，降低成本并且提高在容量和效率上的性能。

这里描述的方法、系统和设备的技术效果至少包括提高性能和质量以及降低劳动成本之一。

附图中的图1-2示出了轴向磁通马达3，其为使用本发明转子的马达的典型示例。从图2所示的透视图中可以最清楚地看到该马达的组件。这些组件包括合并有端罩5和7以及侧壁9的壳体4，安装在壳体内部的定子11(但是绕组在图中未示出).转子盘或者转子12被安装在轴15上，轴15通过轴承17和19的方式可在壳体内旋转。波形垫圈21也被包含在轴承17和端罩5之间以减少由轴承产生的噪声以及促进马达3更安静的运行。

正如从图1所示的横截面侧视图所看到的那样，转子盘12包括磁铁26，其可以由多个优选为钕磁铁的永磁铁形成。例如磁铁可以由钕铁硼材料制成；然而，可选择的材料比如钐钴或者铁氧体也将满足需要。如图所示，磁铁26是完整磁铁，其具有盘状或者圆柱状。

根据本发明的一个实施例并且现在参考图3-4，提供一种转子组件10，其连接到定子元件11，例如定子。转子组件10适于用于电机3，例如马达或者发电机。转子组件10包括本体13，本体13具有例如圆盘形状元件的形式。转子组件10限定了本体13的旋转中心22。

本体13进一步限定了沿大致垂直于旋转中心22的方向延伸的平衡表面24.转子组件10也包括连接到本体13和粘合剂28的磁铁26。粘合剂28设置在磁铁26和本体13之间.粘合剂28适于帮助将磁铁26固定到本体13。本体13的平衡表面24适于允许材料30从本体13上移除并且有助于平衡转子组件10。

本体13可以具有能够支撑磁铁26并且用于接受粘合剂28的任意适宜的形状。

如图所示，本体13是大致的圆柱形并且包括中心轮毂32形式的中心部分.如图所示，中心轮毂32限定圆柱形中心孔34.中心孔34限定本体13的旋转中心22.

如图所示，本体13进一步包括圆盘形中间部分36和圆盘形的外部分38，中间部分36从中心轮毂32向外延伸，外部分38从中间部分36向外延伸。

如图所示，轮缘40从圆盘形的外部分38向外延伸.磁铁26，如图所示，设置在轮缘40和圆盘形外部分38之间.

轮缘40，如图所示，具有大致环形，限定圆柱形外周面42，枢纽侧表面44和相对的磁铁侧表面46。如图3-4所示，轮缘40的轮毂侧表面44可以从本体13的圆盘形的外部分38径向向外延伸。

如图所示，在轮毂32和中间部分36之间，在圆盘形状的中间部分36和圆盘形状的外部分之间，以及在圆盘形状的外部分和轮缘之间的过渡48可以包括过渡部分50，其例如是倒角或者半径形式以降低本体13中的应力集中度。

应该理解的是本体13的形状，如图3-4所示以及如上所述，仅仅是典型的，并且任意适宜的形状都可以被利用。由于本体在操作期间旋转，因此关于旋转中心22对称的形状更有利于限制旋转期间轴承17和19上的力。

例如，本体13可以由金属，金属粉末，聚合物或者复合材料制成。例如，本体13可以是由金属粉末模塑、模铸、烧结而成，冲压或者机械加工而成。为了提供低成本的持久耐用的元件，本体13可以通过冲压金属板形成或者通过烧结金属粉末制成。在优选实施例中，本体13由具有相同厚度的金属板材冲压而成。

磁铁26可以设置在本体13任意合适的部分上并且固定在其上。优选地，磁铁26被设置以使得其磁场可以与定子11相互作用。例如，如图3-4所示，磁铁26可以设置为与本体13的圆盘形状的外部分38的轴承侧表面52相对，并且与轮缘40的内表面54相对。

磁铁26可以是整体元件，如图所示，或者可以包括多个邻接或者间隔开的部分.

磁铁26可以以任何合适的方式被固定到本体13.例如，磁铁26可以利用紧固件、利用干涉配合或者如图所示利用粘合剂28来进行固定。

粘合剂28可以被定位在轴承侧表面52上或内表面54上，或者在这两者之上。为了为粘合剂提供位置并且确保磁铁26的固定粘结，本体13可以，如图所示，包括用于接受粘合剂28的至少一部分的槽体56.

粘合剂28可以被施加到槽体56，然后磁铁26可以被压在本体13上。槽体56能够接受足够的粘合剂28来确保磁铁26平坦并且刚好顶靠在圆盘形的外部分38的轴承侧表面52上。

转子12的设计确保粘合剂28到达磁铁26的整个本体接触表面。磁铁26固有的精确和完全地顶靠转子的本体13提高了转子组件的平衡性并且保证磁铁26的牢固粘结.

如图3-4所示，槽体56是环槽的形式。槽56，如图所示，定位于本体13的圆盘形外部分38的轴承侧表面52和轮缘40的内表面54之间。

由于转子组件10在正常操作中高速旋转，使转子组件10的振动最小化是优选的。转子组件10的平衡作为一个在马达3的制作过程中的步骤已经存在以用于帮助使得转子组件10的振动最小化.同时，转子组件的静态平衡可以减少组件10的振动，优选的是动态平衡。

所使用的平衡设备可以是能够依靠其提高转子组件10的平衡性以及减少马达3的振动和噪音的任意设备。

当平衡转子组件10时，通常增加材料30或者从转子组件10的特定位置或者位置上移除材料30，这由所使用的平衡设备所决定。如图所示，为了使成本和复杂性降到最低，材料30从转子组件上被移除以便平衡组件10。为了简明起见，如图所示，材料从周围(典型地是本体13的轮缘40)被移除.尽管也可从磁铁26上移除材料，但是这样做可能会很困难并且可能影响磁铁26的性能.

尽管材料可以从本体13的任意表面被移除，但是优选的是从本体13的外表面被移除。例如，如图3-7所示，材料30可以从轮缘40的轮毂侧表面44被移除以及从轮缘40的磁铁侧表面46被移除.优化转子组件的平衡可以通过从轮毂侧表面44和磁铁侧表面46这二者移除材料30来提供.从轮毂侧表面44移除材料30可以是类似于以及可以匹配于或者对应于从磁铁侧表面46移除材料30.从表面44和46移除的材料可以由移除材料的深度或者轴向尺寸来调整并且可以通过改变具有移除材料的本体13的边缘的量、部分或者角度来进行调整.

可以使用由任意合适的电源供电的任意合适的工具来移除材料30.例如，可以通过打磨、洗涤、车削、铣削、规划、激光切割、焚烧、钻孔、熔融(通过焚烧或者激光等)来移除材料30。如果材料是坚硬的或者如果期望将材料非常精确的移除，则可优选通过打磨来移除材料30。

例如，参见图5，磁铁侧材料移除工具组件60被示出，用于从转子组件10的本体13的磁铁侧表面46移除材料30以便限定本体13的磁铁侧空隙61。磁铁侧材料移除工具组件60包括磁铁侧材料移除工具62，其由磁铁侧材料移除电源64供电.如图所示，电源64可以是磨床，工具62可以是砂轮.应该理解的是，电源和工具可以是如上所述的移除材料的任意组合.磨床64可以是手持的，连接到机器人或者连接到一个机器。

现在参考图5a，砂轮62可以从磁铁侧表面46将材料30移除从初始表面66到接地表面68的轴向距离d。进一步的，砂轮64可以将材料30从本体13的外圆周表面70移除从初始外圆周表面72到接地外圆周表面74的径向距离r。

再次参考图5，砂轮64可以进一步将材料30从本体13的外圆周表面70移除从进入位置76到出口位置78的内角θ。

然而，从转子组件10的本体13的磁铁侧表面46移除可以足以保持恰当的平衡，用于提高转子组件10的平衡，如图6所示，材料30也可以或者可选择地从转子组件10的本体13的轮毂侧表面44移除.

示出轮毂侧材料移除工具组件80以用于从转子组件10的本体13的轮毂侧表面44移除材料30以便限定本体13的轮毂侧空隙81.轮毂侧材料移除工具组件80包括轮毂侧材料移除工具82，其由轮毂侧材料移除电源84供电。如图所述，电源84可以是磨床，工具82可以是砂轮.

应该理解的是，电源64、84和工具62、82可以是如上所述移除材料的任意组合。工具62、82可以是手持的，连接到机器人或者连接到一个机器。应该理解的是，工具组件60和工具组件80可以是相同的或者不同的。应该理解的是，工具62和工具82可以是相同的或者不同的。应该理解的是，电源64和电源84可以是相同的或者不同的。

现在参考图6a，砂轮82可以将材料30从轮毂侧表面44移除从初始表面86到接地表面88的轴向距离dd.进一步的，砂轮82可以将材料30从本体13的外圆周表面70移除从初始外圆周表面72到接地外圆周表面90的径向距离rr.

再次参考图6，砂轮64可以进一步将材料30从本体13的外圆周表面70移除从进入位置92到出口位置94的内角θθ。

应该理解的是，磁铁侧空隙61的本体13的距离d、r和θ可以与本体13的轮毂侧空隙81的尺寸dd、rr和θθ相同或者不同。尺寸d、r和θ与距离dd、rr和θθ类似或者相同可以提高平衡性。

现在参考图7和图8，本体13的槽56中的粘合剂28的施加被详细的示出。如图7所示，粘合剂28沿着整个槽56设置在槽56中.

参考图8，在28设置或者凝固之前，磁铁26被抵靠圆盘形外部分38的轴承侧表面52并且抵靠轮缘40的内表面54设置。粘合剂28应该均匀地固定磁铁26。

槽56可以具有任意合适的形状并且可以，如图所示，为了简明起见，具有统一的横截面.如图所示，为了简明起见，槽56可以具有从轮缘40的内表面54延伸的外表面95和从圆盘形状的外部分38的轴承侧表面52延伸的锥形内表面96。如图所示，为了简明起见，槽56也可以具有与轮缘40的轮毂侧表面44间隔并且平行的底侧表面97。槽56可以具有宽度wg和深度dg。宽度wg和深度dg和粘合剂csa的横截面区域被选择为提供充分的粘合以便固定磁铁26。

现在参考图9并且根据本发明的另一实施例，提供一种用于制作轴向磁通马达的转子的方法100。该方法100包括制造转子的步骤102.转子包括本体，本体限定本体的旋转中心。本体进一步定义了在基本垂直于旋转中心的方向上延伸的第一表面，以及进一步限定了在基本平行并且与第一表面间隔的方向上延伸的第二表面。该方法进一步包括将粘合剂施加到本体的磁铁连接表面的步骤104，在转子上选行平衡测试的步骤106，从本体的第一表面移除材料的步骤108以及从本体的第二表面移除材料的步骤110.

从本体的第一表面移除材料的步骤110可以包括从第一表面的特定部分移除材料以及从本体的第二表面移除材料的步骤112包括从第二表面的特定部分移除材料.

这里描述的方法、系统和设备提高了马达的刚度和寿命.这里详细的描述和/或示出了方法、系统和设备的典型实施例.该方法、系统和设备不限于这里描述的特定实施例，而是每一设备和系统的元件以及每一方法的步骤可以被单独的利用并且独立于这里描述的其他元件和步骤。每一元件和每一方法步骤也可以与其他元件和/或方法步骤结合使用.

当介绍这里描述和/或示出的方法和设备的元件/组件/等时，冠词“一”、“一个”、“该”以及“这个”目的是解释为具有一个或多个元件/组件/等.术语“包括”、“包含”和“具有”目的是解释为被包含的以及意味着除了所列出的元件/组件/等之外还可以有另外的元件/组件/等.

本文使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且也使得任意本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任意设备或者系统以及执行任意合并的方法.本发明的可授权范围由权利要求书所限定，可以包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果其不具有不同于权利要求字面语言的结构元件，或者，如果他们包含非实质上不同于权利要求书的字面语言的等价结构元件，那么这些其他实施例被包含在权利要求书的范围。

这里描述的是典型方法、系统和设备，其利用提高电机转子平衡性的设计来消除过多的噪声和振动。进一步的，典型的方法、系统和设备减少噪声的同时，减少或消除了马达制作成本的增加。这里描述的方法、系统和设备可以被用于任意合适的应用中。然而，他们特别适合于hvac和泵的应用装置。

这里详细描述了转子和马达的典型实施例。马达及其组件不限于这里描述的特定实施例，而是系统的元件可以被独立的应用以及独立于这里描述的其他组件.例如，组件也可以与其他马达系统、方法和设备组合使用，而不限于仅仅用于这里描述的系统和设备。更合适的是，典型实施例可以与许多其他应用联合实现和使用。

尽管本公开的各种实施例的特定特征在某些附图中被示出而在其他附图中未被示出，但是这仅仅是为了方便起见.根据本公开的原则，附图的任何特征可以结合其他任意附图的任意特征组合进行参考和/或保护。

本文说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且也能够使得任意本领域技术人员实现本发明，包括制造和使用任意设备或者系统并且实现任意合并的方法.本发明的可授权范围由权利要求书所限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果其不具有不同于权利要求字面语言的结构元件，或者，如果他们包含非实质上不同于权利要求书的字面语言的等价结构元件，那么这些其他实施例被包含在权利要求书的范围。