电机转子及相关的电机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电机(1)转子(2)，该转子(2)包括大体上为圆筒形的主体(6)，该主体(6)传导磁场，且限定有容纳一组磁体(4)的至少一个壳体(12)，该一组磁体(4)包含至少两个永磁体(4)。壳体(12)的两个周向相邻磁体(4)被风刀(24)彼此分隔开。
【专利说明】
电机转子及相关的电机
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种电机转子，该电机转子包括基本上为圆筒状的主体，该主体对磁场进行传导，且限定了至少一个壳体，该至少一个壳体容置一组磁体，该一组磁体包含至少两个永磁体。
【背景技术】
[0002]文献EP2，264，860描述了一种电机转子，其包含一管状叠层组件和若干“深埋性(buried)”磁体，即不在转子周围延伸。形成在该组件中的每个壳体均容置一组永磁体，每组永磁体构成转子的一个磁极。同一组的所有磁体在其表面均被电绝缘材料(electrically insulating material)覆盖，从而实现各磁体之间以及磁体与叠层组件之间的绝缘(或隔离)。
[0003]这种转子并不尽如人意。事实上，在每个磁体表面添加围绕磁体的绝缘材料(或隔离材料)会增加转子的生产成本，也会让组装方法更加复杂化。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的在于推出一种具有令人满意的磁特性的电机转子，同时能够容易且快速地组装这种电机转子。
[0005]基于此，本发明涉及一种如前所述的电机转子，其中，壳体的两个周向相邻磁体被风刀(air knife)彼此分隔开。
[0006]本发明能够避免在每个永磁体的每个表面添加隔离(或绝缘)材料，这使得转子的组装方法更加容易，并且与具有胶粘在一起且彼此隔离(或绝缘)的磁性元件块的转子相比，本发明实现了成本更低的转子。
[0007]根据本发明的转子可包括以下一个或多个特征，每个特征可单独考虑，或根据任何一种技术上的可能加以组合考虑:
[0008]风刀的厚度大于或等于0.01毫米；
[0009]壳体限定了用于容纳永磁体的凹槽，每个磁体通过其一个纵向末端被插入到相应凹槽内，并且凹槽被配置成:当同一壳体的两个周向相邻磁体的末端接合在相应的凹槽中时，该同一壳体的两个周向相邻磁体被风刀彼此分隔开；
[0010]分别插入到壳体的凹槽内的两个周向相邻磁体是径向偏移的；
[0011]凹槽和磁体之间的调整至少是滑行性调整，以使得允许将磁体手工放置到凹槽内、将磁体固定在凹槽内、以及将磁体从凹槽中手工拆卸下来，而不破坏磁体；
[0012]所述磁体具有独特的基本块形状，在每个边缘上均具有斜平面；
[0013]所述主体的外围(periphery)由所述主体的金属基体构成，所述壳体远离所述外围延伸；
[0014]所述壳体的主轴线与所述主体的径向构成非零角；
[0015]在所述主体的径向上两个周向相邻且对称的壳体形成V字形磁极或大体平面磁极；
[0016]多个磁极根据旋转对称性对称分布；
[0017]所述主体包括在所述主体的外围且在两个周向相邻性磁极之间延伸的大体上平坦的面；
[0018]转子包括一叠主体，这些主体形成叠层组件。
[0019]本发明还涉及一种包含上述转子的电机。
【附图说明】
[0020]阅读以下仅作为示例的描述并参考附图将有助于更好理解本发明，其中:
[0021 ]图1为根据本发明的转子的径向剖面图；
[0022]图2为图1的转子的磁极的剖面详图；以及
[0023]图3为根据本发明第二实施例的转子的径向剖面简图。
【具体实施方式】
[0024]本文以下提及的“轴向”可理解为沿电机I的旋转轴线延伸的方向，“径向”则为与旋转轴线相垂直的方向。
[0025]如图1所示，电机I由定子(未显示)和转子2组成。定子固定在外壳上，转子2固定在轴杆上并能够绕着轴线相对于定子转动。
[0026]转子2包含轮毂(未显示)、基本上为圆筒状的叠层管状组件、以及多个磁性元件4，其中，轮毂利用驱动装置(未显示)以旋转的形式固定在轴杆上;基本上为圆筒状的叠层管状组件则沿着旋转轴线延伸，围绕轮毂，并在每个轴向末端紧密地安装到轮毂的外围(periphery)上；该多个磁性元件4，例如为永磁体，分布在叠层组件的内周边(innerperimeter)上。
[0027]磁性元件4为永磁体，每个磁性元件均以单一基本块的形式制成，例如大体上为平行六面体，且在每个边缘处均具有斜面(bevel)，以方便将磁性元件插入到叠层组件中，稍后将详细说明。
[0028]永磁体4例如是由钐钴(SmCo)或钕铁硼(NdFeB)制成的。对于由钕铁硼制成的永磁体4而言，有利的是永磁体4的外表面包括表面涂层，以避免磁体遭到腐蚀。
[0029]叠层组件由主体6的叠组形成，主体6呈机加工金属片或切割金属片的形式，该机加工金属片或切割金属片具有磁导性(magnetically conductive)，叠层组件在其外径向表面上由磁性绝缘板(未显示)覆盖，目的是保证永磁体4被“封(housed)”在叠层内。换句话说，位于叠层的轴向末端的金属片被绝缘板(例如由绝缘材料的片材形成)覆盖。
[0030]磁性绝缘板(或磁性隔离板)能够阻挡永磁体4的轴向运动。磁性绝缘板能够避免磁流的短路。
[0031]绝缘板包括非铁磁性板，有利地，该非铁磁性板由铝合金制成。绝缘板旋拧(screwed)在轮毂上。
[0032]主体6沿着旋转轴线层叠，从而形成叠层组件(foliated assembly)。主体6由金属基体构成。
[0033]每个主体6都沿着转子2的旋转轴线延伸。主体6呈大体上为圆筒的形状，且为环形。
[0034]主体6包含第一和第二主平面8、以及外围面10，其中，第一和第二主平面8在径面(radial plane)中延伸，即与转子2的轴线基本垂直，夕卜围面(peripheral surface) 10将第一和第二主平面8与主平面8的外部径向末端连接起来，且外围面10沿着轴向延伸。
[0035]如图1所示，叠层组件限定了多个壳体12，该多个壳体12沿着在轴向方向延伸的轴线穿过组件，从而构成多个磁极14，每一磁极由一对壳体12构成。根据如图中所示的实施例，叠层组件例如包含十二个壳体12，该十二个壳体12构成6个磁极14。
[0036]主体的外围面IO包含多个面I 6，每个面I 6均沿着两个周向相邻(circumferentialIy adjacent)的磁极14延伸。该多个面16(例如大体上是平坦的)以曲线段的形式彼此连接，该曲线段的圆弧区域的半径等于所述组件的半径，每一曲线段以横跨两个相邻壳体12的形式延伸。外围面10与该多个面16共同界定了所生成的磁流的概貌。
[0037]主体的每一壳体12均被设计成容纳同一极性的多个永磁体4。
[0038]每一壳体12大体上均为矩形孔，该矩形孔穿过转子2，并沿着轴向在叠层组件的外主表面显露出来。壳体12与主体的外围面10之间存在一距离。从横截面角度(也即径面)来看，壳体12沿主轴线D在第一末端18和第二末端20之间延伸，该第一末端18靠近外围面10，该第二末端从与外围面10相距一距离处延伸且靠近旋转轴线。
[0039]如图2所示，壳体12的主轴线D与轴向基本垂直，与径向轴线D’构成非零角Θ，该径向轴线D’在壳体和相邻壳体之间穿过。
[0040]两个周向相邻且相对于径向轴线D’基本对称的壳体12(该径向轴线D’穿过这两个壳体12)构成磁极14。因而这两个壳体12构成V字形。根据图中所示的实施例，6个磁极14对称性分布于主体的主平面8。每一磁极14的壳体12均具有同一磁性的永磁体4。因而两个周向相邻磁极14具有交替性的永磁体4磁性。
[0041 ]替代地，如图3所示，壳体12沿着主轴线E延伸，该主轴线E大体上垂直于一径向轴线，该径向轴线穿过壳体12的对称轴线。
[0042]壳体的第一末端18例如大体上具有半圆形的轮廓，该半圆形的半径沿着壳体12的主轴线D延伸。
[0043]壳体的第二末端20具有不规则的半圆形(unwarped half-circle)的轮廓。有利地，第二末端20的轮廓被布置成使得与壳体12中材料的去除有关的内应力均匀分布。
[0044]壳体12还具有凹槽(notch)22和过渡带(intermediate zone)23，他们被布置成两个连续凹槽22沿着壳体12的主轴线D被过渡带23分隔开，并且凹槽22沿着与壳体12的主轴线方向垂直的方向穿过同一壳体12内的过渡带23。
[0045]凹槽22被设计成容纳永磁体4的纵向末端，以使得壳体12的两个周向相邻磁体4被“风刀”24彼此分隔开。
[0046]凹槽22平行于转子2的旋转轴线延伸，并沿着与轴向和壳体12的主轴线D相垂直的轴线形成壳体12的末端部分。沿着与壳体12的主轴线D相垂直的方向的两个相邻和/或相面对的凹槽22处于周向偏移状态。
[0047]凹槽22大体上呈楔形容器状(dovetail container shape)，用以方便永磁体4的插入。如图2所示，凹槽22具有扁平底部26，该扁平底部26沿着转子2的旋转轴线纵向延伸且沿着壳体12的主轴线D横向延伸，扁平底部26通过两个沿着与主轴线D基本垂直的轴线延伸的表面与过渡带23相连。
[0048]凹槽22在底部26和与过渡带23相连的表面的相交处还具有留隙角28。
[0049]底部26的沿着主轴线D的宽度大于永磁体4的宽度。底部26的宽度和永磁体4的宽度之间的差距大约为0.1毫米。
[0050]过渡带23沿着与轴向和壳体12的主轴线D相垂直的轴线形成壳体的另一末端部分，并且过渡带23具有两个表面，以及沿着壳体12的主轴线D在两个连续的凹槽22之间延伸的过渡面29。
[0051]过渡面29的宽度大于底部26的宽度，以形成隔离性风刀(insulatingairknife)。过渡面29的宽度与底部26的宽度之间的差距大约为0.1毫米。
[0052]该两个表面和过渡面29之间的相交处有利地是成圆形的(rounded)。
[0053]因而，每一凹槽22和每一过渡带23具有适于将每个永磁体4和与之周向相邻的另一永磁体4分隔开的形状，从而通过风刀24在每个周向相邻永磁体4之间产生隔离(或绝缘)，即，相邻永磁体之间不存在接触。
[0054]凹槽22被配置成:当永磁体4的末端被插入到相应的凹槽22中时，利用风刀24将同一壳体12内的两个周向相邻磁体4彼此分隔开。
[0055]风刀24在与壳体12的主轴线D基本垂直的平面中延伸。
[0056]因而，风刀24在两个周向相邻永磁体4的侧表面之间延伸。有利地，风刀24的厚度大于0.01毫米，例如等于0.1mm。
[0057]此外，凹槽22具有适于将永磁体4和转子的主体6之间的接触最小化的形状。
[0058]对介于底部26的表面与过渡面29之间的永磁体4的调整是一种滑行性调整(sliding adjustment)，以允许磁体4在凹槽22中的手工放置、手工固定化和手工拆卸，而不破坏磁体4。如前所述，磁体的边缘上的斜面会促进这种放置。
[0059]因而，永磁体4被滑行地安装在壳体的凹槽22中，且可从壳体的凹槽22被单独拆卸。永磁体4可在振动和/或速度与磁场的变化作用下发生运动，但不发生接触。
[0060]永磁体4可自由移动，其游隙由磁体4和壳体12之间的调整量所限定。这种限定在壳体12和永磁体4之间的调整会阻止两个周向相邻磁体4之间的任何接触。
[0061]由于风刀24将磁体4分隔开，因而此类转子2能够避免添加用以保证永磁体4彼此之间隔离(或绝缘)的隔离材料(或绝缘材料)。此类转子2还拥有以下优势:所使用的插入到凹槽22中的永磁体4比胶粘在一起但又彼此隔离(或绝缘)的多组磁性元件更便宜。
[0062]此类转子2具有以下优势:有助于将永磁体4放置在所谓的“深埋性”壳体12(v.s.“表面性”壳体)中。
[0063]此类转子2具有以下优势:因为壳体的凹槽22的形状，所以能够防止永磁体4彼此之间的接触。如果两个周向相邻磁体4之间发生接触，或永磁体4与主体6之间发生接触，也必定是局部性和间歇性的。因此，磁性损耗增加量保持在非常低的状态，而电机性能却保持在非常高的状态。
【主权项】
1.一种电机(I)转子(2)，该转子(2)包括大体上为圆筒形的主体(6)，该主体(6)传导磁场，且限定有容纳一组磁体(4)的至少一个壳体(12)，该一组磁体(4)包含至少两个永磁体⑷， 其特征在于，壳体(12)的两个周向相邻磁体(4)被风刀(24)彼此分隔开。2.根据权利要求1所述的转子(2)，其中，所述风刀(24)的厚度大于或等于0.0l毫米。3.根据权利要求1或2所述的转子(2)，其中，壳体(12)限定有用于容纳永磁体(4)的凹槽(22)，每个磁体(4)通过其一个纵向末端被插入到相应凹槽(22)内，并且所述凹槽(22)被配置成:当同一壳体(12)的两个周向相邻磁体(4)的末端接合在相应的凹槽(22)中时，该同一壳体(12)的两个周向相邻磁体(4)被风刀(24)彼此分隔开。4.根据权利要求3所述的转子(2)，其中，分别插入到壳体(12)的凹槽(22)内的两个周向相邻磁体(4)是径向偏移的。5.根据权利要求3所述的转子(2)，其中，凹槽(22)和磁体(4)之间的调整至少是滑行性调整，以使得允许将磁体(4)手工放置到凹槽(22)内、将磁体(4)固定在凹槽(22)内、以及将磁体(4)从凹槽(22)中手工拆卸下来，而不破坏磁体(4)。6.根据权利要求5所述的转子(2)，其中，所述磁体(4)具有独特的基本块形状，该基本块在每个边缘上均具有斜面。7.根据权利要求1或2所述的转子(2)，其中，所述主体(6)的外围(10)由所述主体(6)的金属基体构成，所述壳体(12)远离所述外围(1)延伸。8.根据权利要求1或2所述的转子(2)，其中，所述壳体(12)的主轴线与所述主体(6)的径向构成非零角。9.根据权利要求1或2所述的转子(2)，其中，两个周向相邻且对称的壳体(12)在所述主体(6)的径向上形成V字形磁极(14)或大体平面磁极(14)。10.根据权利要求9所述的转子(2)，其中，所述主体(6)包含根据旋转对称性对称分布的多个磁极(14)。11.根据权利要求9所述的转子(2)，其中，所述主体(6)包括在所述主体(6)的外围(10)且在两个周向相邻性磁极(14)之间延伸的大体上平坦的面(16)。12.根据权利要求1或2所述的转子(2)，其中，所述转子(2)包括一叠主体(6)，形成叠层组件。13.—种电机(I)，包括根据前述权利要求中任一项所述的转子(2)。
【文档编号】H02K1/27GK105896769SQ201610087815
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月16日
【发明人】A·兰德里亚, 布鲁诺·瑞金
【申请人】阿尔斯通运输科技公司