驱动马达的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年10月17日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2016-0134609的韩国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本公开涉及一种驱动马达，并且更具体地，涉及一种作为绕线转子同步马达和异步马达可驱动的驱动马达。

背景技术：

通常，也被称为环保型车辆的混合动力车辆或电动车辆可以通过从电能获得旋转力的电动马达(在下文中，被称为“驱动马达”)产生驱动力。

例如，混合动力车辆以电动车辆(ev)模式或混合动力电动车辆(hev)模式被驱动。ev模式是仅使用驱动马达的动力的纯电动车辆模式。hev模式使用发动机的旋转力和驱动马达的旋转力两者作为动力。另外，通过使用驱动马达的旋转力作为动力来驱动通用电动车辆。

如上所述，当驱动马达用作环保型车辆的动力源时，主要使用永磁同步马达(pmsm)。为了使pmsm在有限的布局条件下显示最大性能，需要最大化永磁体的性能。

永磁体的钕(nd)组分提高永磁体的强度并且镝(dy)组分提高耐高温消磁性。在这种永磁体的组分中使用的稀土金属(nd和dy)仅天然地存在于包括中国的少数国家中。由于开采这些金属的困难性，它们非常昂贵并且经历显著的价格波动。

为了解决该问题，近年来，已经考虑异步马达的应用。然而，实现相同马达性能将需要过大的异步马达的体积和重量。

同时，在驱动马达已被用作环保型车辆的动力源的近年来，可以替代pmsm的绕线转子同步马达(wrsm)的研发已经取得进展。

在通过在转子和定子上缠绕线圈施加电流时，转子被电磁化。作为结果，绕线转子同步马达(wrsm)可以替代永磁同步马达(pmsm)的永磁体。

在绕线转子同步马达(wrsm)中，转子以预定空隙被设置在定子内部。当电力被施加到定子和转子的线圈时，形成磁场并且转子通过在磁场间产生的磁力转动。

此外，在绕线转子同步马达(wrsm)中，由于线圈被缠绕在转子上，与永磁同步马达(pmsm)不同，转子线圈可以通过当转子快速旋转(通常，在ev的情况下最多为10,000rpm或更大)时导致的离心力的作用而被移除。

为了防止该问题，在相关技术中，端部线圈盖被安装在转子的两个端部，并且树脂被模制在端部线圈盖中以固定转子线圈。

同时，在绕线转子同步马达(wrsm)中，由于转子线圈的电阻而发生铜损。作为结果，可能导致转子线圈发热，并且马达的性能可能劣化。特别地，在绕线转子同步马达(wrsm)中，由于树脂被模制在端部线圈盖中，因此马达的冷却性能将劣化的可能性大。

此外，在电动车辆使用绕线转子同步马达(wrsm)的情况下，当发生诸如转子线圈的短路或转子线圈的绝缘缺陷的突然故障时，在绕组电流和产生的扭矩方面发生异常(disorder)，从而导致车辆的不可操作状态。

在车辆正被驱动的同时，当车辆由于转子的突然故障而处于不可操作状态时，根据车辆的位置，存在驾驶员将发生危险的情况的可能性。

由于在本背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本公开的背景技术的理解，因此其可以包含不构成现有技术的信息。

技术实现要素：

已经进行本公开以提供一种当转子发生故障时可以产生能够临时驱动车辆所需的驱动力的驱动马达。

此外，已经进行本公开以提供一种驱动马达，其可以通过使用非模制式敞开结构通过外部空气的流动有效地排出从转子线圈产生的热，而无需将树脂模制在端部线圈盖中。

本公开的示例性实施例提供了一种驱动马达，其包括以预定空隙可旋转地被安装在定子内部并且具有缠绕在多个旋转齿部上的转子线圈的转子主体。转子主体进一步包括：i)多个楔形构件，其在轴向方向上插入转子主体的转子齿部之间并支撑转子线圈；以及ii)端部线圈盖，其分别安装在转子主体的两个轴向端部上并与楔形构件连接。每个楔形构件包括在轴向方向上被设置在相邻转子齿部之间并与端部线圈盖连接的楔形主体。楔形主体由具有导电性的金属材料制成并且具有在除了连接到端部线圈盖的两个截面之外的外部表面上形成的绝缘层。端部线圈盖也由具有导电性的金属材料制成并且与楔形主体的两个端部连接。

当转子发生故障时，驱动马达可以通过楔形构件和端部线圈盖被驱动作为异步马达。

每个楔形构件的楔形主体可以被设置为插入转子主体中的导体棒，并且端部线圈盖可以被设置为与楔形主体连接的端部环。

楔形主体的两个端部可以结合到端部线圈盖。

楔形主体的两个端部可以通过凸凹(male-female)法联接到端部线圈盖。

楔形主体的两个端部可以被联接到设置在端部线圈盖中的装配槽。装配槽可以形成在从端部线圈盖突出的，具有对应于楔形主体的截面的形状的装配突出部上。

每个楔形主体可以由以下导电金属材料中的任意一种制成：铁、铜和铝。

本公开的另一示例性实施例提供了一种驱动马达，其包括以预定空隙可旋转地被安装在定子内部并且具有缠绕在多个旋转齿部上的转子线圈的转子主体。转子主体进一步包括：i)线轴，其被设置在转子主体的轴向端部的每一端部处，支撑转子线圈，并且通过转子线圈固定在转子主体上；ii)多个楔形构件，其在轴向方向上被插入在转子主体的转子齿部之间，向转子主体的两个轴向端部的外部突出，并且支撑转子线圈；以及iii)端部线圈盖，其被安装在转子主体的两个轴向端部上，与突出的楔形构件的部分连接，并且被安装在线轴上。每个楔形构件包括在轴向方向上被设置在转子齿部之间并与端部线圈盖连接的楔形主体。每个楔形主体由具有导电性的金属材料制成并且具有在除了连接到端部线圈盖的两个截面之外的外部表面上形成的绝缘层。线轴具有沿着转子主体的轴向方向延伸的多个第一连接通道。端部线圈盖由具有导电性的金属材料制成并且具有与第一连接通道连接的至少一个第二连接通道。

转子可以通过线轴和端部线圈盖具有非模制式敞开结构。

第一连接通道和第二连接通道可以与转子主体中转子线圈在其上缠绕的转子齿部之间的空间连接。

线轴可以包括支撑转子齿部并且径向分隔多个第一连接通道的多个线圈支撑部。

端部线圈盖可以包括径向分隔第二连接通道的多个肋。

突出的楔形构件的部分可以穿透线轴的第一连接通道并且可以连接到端部线圈盖的第二连接通道。

每个楔形主体可以具有在转子主体的轴向方向上形成的中空区域，并且楔形主体的两个端部可以连接到肋中的第二连接通道的外部。

第二连接通道可以与楔形主体的中空区域连接。

本公开的另一示例性实施例提供一种驱动马达的控制方法，该驱动马达包括其上缠绕定子线圈的定子和其上缠绕转子线圈同时以预定空隙与定子间隔开的转子。该方法包括：将电流施加到定子线圈和转子线圈并且诊断转子的故障；当确定转子尚未发生故障时，将驱动马达作为绕线转子同步马达来驱动；以及当确定转子已经发生故障时，阻断施加到转子线圈上的电流并且通过转子的楔形构件和端部线圈盖将驱动马达作为异步马达来驱动。

在诊断转子的故障时，转子线圈的短路和绝缘缺陷可以被感测。

驱动马达可以在正常时间期间作为绕线转子同步马达被驱动并且当转子发生故障时作为异步马达被驱动。

因此，根据本公开的示例性实施例，当发生诸如转子线圈短路或转子线圈的绝缘缺陷的突然故障时，驱动马达可以作为异步马达被临时地驱动异步马达。作为结果，车辆被驱动力驱动到安全的地方并且驾驶员可以摆脱危险的情况。

此外，根据本公开的示例性实施例，可以通过楔形构件的热传递特性来最大化转子线圈的冷却性能。由于非模制式敞开转子结构而无需将树脂模制在端部线圈盖中，因此空气的流动和马达的效率可以得到进一步提高。

附图说明

附图被用于参考描述本公开的示例性实施例，并且因此，本公开的技术精神不应被理解为限于附图。

图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的驱动马达的简图。

图2是示出根据本公开的示例性实施例的被应用到驱动马达的转子的透视图。

图3是示出了根据本公开的示例性实施例的被应用到驱动马达的转子的部分分解透视图。

图4是示出根据本公开的示例性实施例在未缠绕转子线圈的情况下转子的线轴和楔形构件的联接结构的透视图。

图5是示出根据本公开的示例性实施例的被应用到驱动马达的转子的线轴和楔形构件的简图。

图6是示出根据本公开的示例性实施例的被应用到驱动马达的转子的楔形构件的联接结构的简图。

图7是示出根据本公开的示例性实施例的被应用到驱动马达的转子中的楔形构件和端部线圈盖的联接结构的简图。

图8是根据本公开的示例性实施例的驱动马达的控制方法的流程图。

图9是示出根据本公开的另一示例性实施例的驱动马达的转子的透视图。

图10是示出根据本公开的另一示例性实施例的驱动马达的转子的部分分解透视图。

具体实施方式

在下文中，将参照其中示出本公开的示例性实施例的附图在下文中更全面地描述本公开。如本领域技术人员将认识到的，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，描述的实施例可以各种不同的方式修改。

附图和描述在本质上被认为是说明性的而不是限制性的，并且相同的附图标记在整个说明书中表示相同的元件。

由于附图所示的每个部件的尺寸和厚度为了便于解释而被任意地表示，因此本公开并不特别限于图示的每个部件的尺寸和厚度，并且为了清楚地表示各种部件和区域，厚度被放大并示出。

在以下描述中，因为部件的名称彼此相同并且其顺序没有特别限制，因此部件的名称被称为第一、第二等。

在整个说明书中，除非明确地被描述为相反，否则词语“包括”和诸如“包含”或“包括有”的变化将被理解为暗示包含所述元件而不排除任何其它元件。

另外，在说明书中描述的术语“单元”、“装置”、“部件”和“构件”是指执行至少一个功能或操作的综合配置的单元。

图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的驱动马达的简图。

参照图1，根据本公开的示例性实施例的驱动马达100可以被应用到获得作为在环保型车辆中的电能的驱动力的电气设备。

例如，驱动马达100可以被配置为绕线转子同步马达，其包括其上缠绕定子线圈(未示出)的定子2和缠绕转子线圈1并且被设置在定子2内部的转子5。

旋转轴3连接到并且延伸通过转子5的中心。转子5的外径表面被设置在定子2内部并且以预定空隙与定子2的内径表面间隔开。

因此，在驱动马达100中，转子线圈1被缠绕在转子5上，定子2同理，以在施加电流时电磁化转子5并且通过转子5的电磁体和定子2的电磁体之间的电磁力的吸引力和排斥力产生驱动扭矩。

当电动车辆采用根据本公开的示例性实施例的驱动马达100被时，驱动马达100可以产生当转子5发生故障时能够驱动车辆所需的驱动力。即，本公开的示例性实施例提供当转子5发生故障时可以作为异步马达被临时地驱动的驱动马达100。

图2是示出被应用到驱动马达的转子5的透视图。图3是示出被应用到驱动马达的转子5的局部分解透视图。图4是示出根据本公开的示例性实施例在未缠绕转子线圈的情况下线轴和转子的楔形构件的联接结构的透视图。

参照图1至图4，在根据本公开的示例性实施例的驱动马达100中，转子5包括转子主体10、线轴30、多个楔形构件50以及两个端部线圈盖70。

转子主体10被设置为其中堆叠多个钢板的转子芯并且以其间的预定空隙可旋转地被安装在定子2内部。旋转轴3联接到并且延伸通过转子主体10的中心。

转子主体10可以通过保持部在轴向方向上的中心处固定到旋转轴3。由于保持部是本领域中广泛已知的现有技术，因此在本说明书中将省略对保持部的更详细的描述。

转子主体10包括其上缠绕转子线圈1的多个转子齿部11(在下文中，参见图6)。转子齿部11在转子主体10的径向方向上延伸并且被设置为在转子主体10的圆周方向上以预定的间隔彼此间隔开。用于将转子线圈1缠绕在转子齿部11上的槽13(在下文中，参见图6)形成在转子齿部11之间。

另外，转子主体10包括多个转子靴部(shoe)15(在下文中，参见图6)，其从在圆周方向上面向定子2的内径表面的转子齿部11突出并且具有面向定子2的内径表面的弯曲外径表面。

在本文中，转子靴部15被设置成沿着靴部的整个长度以预定间隔与相邻的转子靴部15间隔开。

在本公开的示例性实施例中，线轴30用于支撑缠绕在转子主体10的转子齿部11上的转子线圈1。当转子主体10快速旋转(通常，在ev的情况下最大为10,000rpm或更大)时，线轴30可以通过离心力防止转子线圈1从转子齿部11移除。

在本文中，线轴30由诸如合成树脂的绝缘材料制成并且被设置在转子主体10的每个轴向端部处。线轴30可以支撑缠绕在转子齿部11上的转子线圈1并且通过转子线圈1固定到转子主体10。

图5是示出根据本公开的示例性实施例的被应用到驱动马达的转子的线轴和楔形构件的简图。

参照图5，在本公开的示例性实施例中，线轴30具有多个用于支撑转子线圈1的线圈支撑部31，其中转子齿部11被置于转子主体10的两个端部之间。

线圈支撑部31在转子主体10的两个轴向端部处支撑转子齿部11并且支撑缠绕在转子齿部11上的转子线圈1。线圈支撑部31被设置成以预定间隔在朝向中心的径向方向上间隔开以对应于转子齿部11。

图6是示出根据本公开的示例性实施例的被应用到驱动马达的转子的楔形构件的联接结构的简图。

参考图5和图6以及图3和图4，楔形构件50支撑缠绕在转子齿部11上的转子线圈1并且被安装在转子齿部11之间的槽13中。

楔形构件50用于支撑施加到转子线圈1的离心力、确保转子线圈1的对准并且确保当转子主体10快速旋转时槽13中具有不同相位的转子线圈1之间的绝缘。

楔形构件50在轴向方向上被插入转子齿部11之间的槽13中并且支撑转子线圈1以及上述转子靴部15的两个端部。另外，楔形构件50部分地突出并延伸经过转子主体10的两个端部，同时联接到转子齿部11之间的槽13。

楔构构件50包括在轴向方向上设置在转子齿部11之间的楔形主体51。楔形主体51具有沿转子主体10的轴向方向限定的中空区域53。楔形主体51具有弹性可变形的三角形截面形状，并且具有在槽13中支撑转子线圈1的两个表面57。在以上描述中，中空区域53在轴向方向上形成在楔形主体51的两个表面内侧。

在本公开的示例性实施例中，楔形主体51由具有导电性和导热性的金属材料制成。例如，楔形主体51可以由以下组中的导电金属材料中的任意一种制成：铁、铜和铝。

另外，为了确保在转子齿部11之间的槽13中具有不同相位的转子线圈1之间的绝缘，楔形主体体51具有绝缘层55，绝缘层55由在除了连接到端部线圈盖70的两个截面51a之外的外部表面上的绝缘材料制成。

在本公开的示例性实施例中，如图2和图3所示，当转子主体10快速旋转(通常，在ev的情况下最大为10,000rpm或更大)时，端部线圈盖70用于通过离心力防止转子线圈1从转子齿部11移除。

端部线圈盖70被安装在转子主体10的每个轴向端部。作为结果，端部线圈盖70可以固定地联接到线轴30，同时覆盖突出的楔形构件50的部分。端部线圈盖70由诸如楔形主体51的具有导电性和导热性的金属材料制成并且与楔形主体51的端部连接。

在本文中，楔形主体51的两个端部可以通过如图7a所示的焊接方法联接到端部线圈盖70的内表面。可选地，楔形主体51的两个端部可以通过如图7b所示的凸凹方法联接到端部线圈盖70的内表面。

在图7b的联接方法的情况下，楔形主体51的两个端部可以通过强制装配方法联接到被设置在端部线圈盖70的内表面上的装配槽72。例如，具有与楔形主体51的截面对应的形状的装配槽72形成于在端部线圈盖70的内表面上突出并且通过凸凹法与楔形主体51的两个端部联接的装配突出部72a处。

在下文中，将参照公开的附图详细描述根据本公开的示例性实施例的驱动马达100的操作和控制方法。

图8是根据本公开的示例性实施例的描述驱动马达的控制方法的流程图。

首先，在步骤s11处，电流被施加到定子2的定子线圈和转子主体10的转子线圈1。

然后，在步骤s12处，诊断转子5的故障。例如，在本公开的示例性实施例中，如果转子线圈1的短路或绝缘缺陷被感测，则可以诊断转子5的故障。

由于通过测量电阻来感测转子线圈1的短路和绝缘缺陷的转子5的故障诊断是已知的，因此在本说明书中将省略对其更详细的描述。

在步骤s13中，确定转子5是否已经发生故障。当确定转子5尚未发生故障时，电流被施加到定子2的定子线圈和转子5的转子线圈1。在步骤s14处，这允许驱动马达作为其中转子主体10通过在定子2和转子主体10之间产生的磁力作用而转动的绕线转子同步马达而被驱动。在步骤14处，驱动马达作为绕线转子同步马达被驱动，绕线转子同步马达其使转子5电磁化，并且通过转子5的电磁体与定子2的电磁体之间的电磁的吸引力和排斥力产生驱动扭矩。

如果在步骤s13处确定转子5已经发生故障，则在步骤s15处阻断施加到转子线圈1的电流。因此，一旦施加到转子线圈1的电流被阻断以控制驱动马达，则在步骤s16处，驱动马达通过转子5的楔形部件50和端部线圈盖70作为异步马达被驱动。

在该情况下，楔形构件50的每个楔形主体51设有异步马达的导体棒59，并且端部线圈盖70设置有异步马达的端部环79。

在以上描述中，异步马达是一种ac马达，并且通过与由在定子2的线圈上流动的交流电产生的旋转磁场和由转子5产生的感应电流的相互作用产生的旋转力来操作。

当驱动马达100作为根据本公开的示例性实施例的异步马达被驱动时，当ac电流被施加到定子2的线圈时，通过定子2的旋转磁场在转子5中产生感应电流。在一个方向上旋转的旋转力通过定子2的旋转磁场和转子5的感应电流被施加到转子5。

即，在作为异步马达被驱动的根据本公开的示例性实施例的驱动马达100的转子5中，通过定子2的旋转磁场，在楔形主体51中产生感应电流以用于执行导体棒59的功能，并在端部环79中感应电流以用于执行端部环79的功能。

因此，驱动马达100可以在正常时间作为绕线转子同步马达被驱动并且当转子5发生故障时作为异步马达被驱动。

作为结果，当发生诸如转子线圈1的短路或转子线圈1的绝缘缺陷等突然故障时，驱动马达可以作为异步马达被临时地驱动。作为结果，车辆可以通过驱动力被驱动到安全的地方(在本领域中，被称为“跛行模式”)，并且驾驶员可以脱离危险情况。

图9是示出根据本公开的另一示例性实施例的驱动马达的转子的透视图。图10是示出根据本公开的另一示例性实施例的驱动马达的转子的部分分解透视图。

参照图9和图10，根据本公开的另一示例性实施例的驱动马达具有非模制式敞开结构，该非模制式敞开结构提供可以通过楔形构件50的热传导特性有效地排出从转子线圈1产生的热的转子105。由于敞开结构，外部空气的流动提高马达的效率和性能。

在本公开的另一示例性实施例中，转子105可以包括如图5所示的具有在转子主体10的轴向方向上延伸的多个第一连接通道33的线轴30。

第一连接通道33形成在线圈支撑部31之间。作为结果，第一连接通道33通过线圈支撑部31被径向分隔并且邻近线轴30的中心形成。线圈支撑部31可以支撑转子齿部11(在下文中，参见图6)并且径向分隔多个第一连接通道33。每个第一连接通道33包括在转子主体10的轴向方向上延伸并且与转子齿部11之间的槽13(在下文中，参见图6)连接的孔。

此外，在本公开的另一示例性实施例中，驱动马达可以包括具有第二连接通道171的端部线圈盖170，以用于使外部空气能够流动到转子主体10的两侧。

第二连接通道171围绕端部线圈盖170的中心径向地形成并间隔开。多个肋部173形成在端部线圈盖170中以用于径向分隔第二连接通道171。

第二连接通道171与线轴30的第一连接通道33连接。此外，第一连接通道33和第二连接通道171可以与在转子主体10中的其上缠绕转子线圈1的转子齿部11之间的空间17连接。

同时，每个楔形构件50的两个截面51a穿透线轴30的第一连接通道33并连接到端部线圈盖170的第二连接通道171。即，楔形主体51的两个截面51a连接到邻近肋173的第二连接通道171的外部。

在本文中，楔形主体51的两个截面51a通过焊接方法结合到第二连接通道171的外部，或者通过如在示例性实施例中描述的端部线圈盖170中的凸-凹方法强制地装配到外部。另外，限定在楔形主体51中的中空区域53与端部线圈盖170的第二连接通道171连接。作为结果，中空区域53可以连接到第二连接通道171。

同时，根据本公开的另一示例性实施例的驱动马达的转子105可以具有邻近线轴30和端部线圈盖170的非模制式敞开结构。

当转子105快速旋转时，为了支撑被施加到转子线圈1的离心力并且确保转子线圈1的对准，转子105可以通过线轴30和楔形构件50将转子线圈1牢固地固定，而无需要在端部线圈盖170中模制树脂。

另外，在转子105中，外部空气可以通过线轴30的第一连接通道33和端部线圈盖170的第二连接通道171流动到转子主体10的转子线圈1。

在下文中，将参照公开的附图详细描述根据本公开的另一示例性实施例的驱动马达的作用。

首先，当电流被施加到定子2(在下文中，参见图1)的定子线圈和转子105的转子线圈1时，转子主体10通过在定子2和转子主体10之间产生的磁力而旋转。在该情况下，由于转子线圈1的电阻发生铜损，并且作为结果，从转子线圈1产生热。

由于在线轴30中形成的第一连接通道33和与第一连接通道33连接的第二连接通道171形成在端部线圈盖170中，因此楔形构件50被配置为突出到转子主体10的两个端部的外侧。因此，空气可以流动到转子主体10的转子线圈1。

突出的楔形构件50的部分可以增加端部线圈盖170内的空气的流动性，并且通过端部线圈盖170的第二连接通道171和线轴30的第一连接通道33使空气流动到转子线圈1。另外，外部空气可以通过楔形构件50的中空区域53在转子主体10的轴向方向上流动。

此外，在本公开的另一示例性实施例中，由于每个楔形构件50由具有导电性和导热性的金属材料制成并且包括与端部线圈盖170连接的楔形主体51，因此楔形构件50可以容易地通过楔形主体51将热传递到端部线圈盖170。

因此，从转子线圈1产生的热通过空气的流动被排出到外部，并且热可以容易地通过楔形件50传递到端部线圈盖170。因此，转子线圈1可以被快速冷却。

作为结果，由于从转子线圈1产生的热可以被有效地排出，因此由于转子线圈1的电阻而导致的铜损可以减少，并且马达的效率可以提高。

此外，由于不需要模制树脂，所以可减少制造成本被，并且转子105的冷却性能可以通过外部空气直接冷却转子线圈1得到进一步提高。

由于根据本公开的另一示例性实施例的驱动马达的转子105的驱动马达的其余配置和其余作用效果与上述示例性实施例的相同，因此将省略对其更详细的描述。

虽然已经如上描述本公开的示例性实施例，但是本公开的技术精神并不限于本说明书中呈现的示例性实施例，并且了解本公开的技术精神的本领域技术人员将能够通过在技术精神的相同范围内的部件的添加、变型、删除、合并等方式来容易地提出其他示例性实施例，但是这也包括在本公开的权利要求中。