专利名称：包括振动阻尼构件的电机转子组件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电机的转子组件及其制造方法。更具体
地，本发明涉及一种包括振动阻尼构件的转子。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种用于电机的转子。所述 转子包括能围绕轴线旋转的轴，并且限定了与所述轴线垂直的第一直 径。第一铁心部分限定了具有笫一孔洞直径的第一孔洞，第一孔洞直径 大于所述第一直径。笫一铁心部分被定位成邻近所述轴，以限定第一空 间。第二铁心部分限定了具有第二孔洞直径的笫二孔洞，第二孔洞直径 大于所述第一直径。第二铁心部分被定位成邻近所述轴，以限定第二空 间。阻尼构件被定位在第一空间和第二空间内。所述阻尼构件使所述轴、 第一铁心部分、第二铁心部分至少部分地互连。在另一个实施例中，本发明提供了一种用于电机的转子。所 述转子包括轴，所述轴能围绕轴线旋转并且具有一个限定了与所述轴线 垂直的第一横截面区域(或面积)的外表面。第一转子铁心部分由多个 叠装的第一叠层形成。每个第一叠层限定了第一叠层表面，第一叠层表 面与所述外表面基本上是相同的。第 一转子铁心部分被定位成邻近所述 轴。第二铁心部分由多个叠装的第二叠层形成。每个第二叠层具有一个 限定了第二叠层区域的孔洞，第二叠层区域大于第一横截面区域。第二 铁心部分被定位成邻近所述轴，以限定第一空间。第三铁心部分由多个 叠装的第二叠层形成。第三铁心部分被定位成邻近所述轴，以限定第二 空间。阻尼构件被定位在第一空间和第二空间内。所述阻尼构件使所述 轴、第一铁心部分、第二铁心部分和第三铁心部分至少部分地相互连接。本发明还提供了一种用于电机的转子。所述转子包括轴，所 述轴具有一个限定了第一横截面区域的外表面。第一转子铁心部分限定 了第 一齿状部分以及具有第二横截面区域的第 一孔洞。第 一横截面区域 和第二横截面区域共同限定了笫 一空间。第二转子铁心部分限定了第一 凹进部分和具有第三横截面区域的第二孔洞，第三横截面区域大于第一
5横截面区域。第三横截面区域和第二横截面区域共同限定了第二空间。 第 一齿状部分与第 一 凹进部分啮合，从而连接了第 一转子铁心部分和第
二转子铁心部分以便旋转；弹性构件被定位在第一空间和笫二空间内，
从而连接了轴、第一转子铁心部分和第二转子铁心部分，以便旋转。通过考虑具体实施方式
部分和附图，本发明的其它方面和实 施例将变得明显。
具体实施方式
部分将特别地参考以下附图
图1是包括转子的电动机的示意性侧视图；
图2是适合于与图1的电动机一起使用的转子铁心和轴部件 的端视图；图3是沿图2的线3-3剖切的图2中转子铁心和轴部件的剖 视图；图3a是沿图2的线3a-3a剖切的图2中转子铁心和轴部件的
一个局部区段的透视图；图4是适合用于形成图2转子铁心的第一叠层的端视图；
图5是适合用于形成图2转子的第二叠层的端视图；
图6是适合用于形成图2转子的另一种叠层的端视图；
图7是适合用于形成图2转子的又一种叠层的端视图；
图8是无刷永磁(PM)电动机的一部分的横截面视图，图解
说明了现有技术转子中的磁通线；图9是无刷永磁(PM)电动机的一部分的横截面视图，图解
说明了在具有减小背铁的转子中的磁通线；图IO是适于使用在图1电动机中的转子铁心和轴部件的透视
图；图11是图IO转子铁心和轴部件的部分分解12是适合于用在图1电动机中的转子铁心和轴部件的部分
分解图；图13是图12转子铁心和轴部件的一个环形部分的透视图；
图14是图12转子铁心和轴部件的一个端部的透视图；
图15是图12转子铁心和轴部件的一个铁心部分的透视6
图16是适合于用在图1电动机中的另一种转子铁心和轴部件 的透视图；图17是图16的转子铁心和轴部件的端视图；
图8是图16的转子铁心和轴部件的分解图；
图19是沿图17中的线19-19剖切的图16转子铁心和轴部件 的剖视图；图20是适合于用在图1电动机中的另一种转子铁心和轴部件 的透视图；图21是图20的转子铁心和轴部件的端视图；
图22是图20的转子铁心和轴部件的分解图；
图23是沿轴的纵向轴线截取的图20转子铁心和轴部件的透
视剖视图，其中轴被移除；图24是沿图21中的线24-24剖切的图20转子铁心和轴部件
的剖视图；图25是适合于用在图1电动机中的另一种转子铁心和轴部件 的透一见图；图26是图25的转子铁心和轴部件的分解图；图27是沿轴的纵向轴线截取的图25的转子铁心和轴部件的
分解剖面图，其中移除了轴；图28是沿图25中的线28-28剖切的图25转子4^心和轴部件
的剖视具体实施例方式在详细说明本发明的任何实施例之前，应该理解的是在应 用中，本发明并不被限制于下面描述的或附图中示出的结构细节和组件 布局。本发明可以具有其它实施例，并且可以不同方式实践或实施。此 外，还应该理解的是本文使用的措词和术语是为了描述的目的，不应 该被认作是限制性的。使用"包括"，"包含"或"具有"以及它们的变型， 其含义是要包含其后列出的项目及其等同物，以及其它额外的项目。除 非另行说明或限定，否则术语"安装"，"连接"，"支撑"和"联接"及其变 型是被广义地使用，并涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和联接。更 进一步地，"连接"和"联接"并不限于物理或机械的连接和联接。另外，如果提供了方法、过程或步骤列表，那么不应该以任何方式将方法、过 程或步骤列表的呈现顺序解读为限制性的。如图1中示意性地示出的，电动机(或马达)IO通常包括布 置于定子20内的转子15。转子15包括转子铁心25和从转子铁心25的 一端或两端延伸出的轴30，以提供支撑点和提供便利的轴动力输出点。 通常，两个或更多个轴承35接合转子轴30并支撑转子15，以使转子能 围绕旋转轴线40旋转。定子20通常包括支撑定子铁心50的壳体45。 定子铁心50限定了一个基本上呈圆柱形的孔洞55,圆柱形孔洞55的中 心被设置在旋转轴线40上。当转子15相对于定子20处于其工作位置 时，转子铁心25通常被定中心在孔洞55内，以致在转子铁心25和定 子铁心50之间形成一个小气隙。该气隙允许转子15在定子20内相对 地自由旋转。图1所示的电动才几10是永i兹无刷电动^L。因而，转子15包 括限定了两个或更多个磁极的永磁体(未示出)。定子20包括能被选择 性地励能或加电压从而产生变化磁场的绕组。转子15的永磁体与定子 20的磁场相互作用，从而使转子旋转。如本领域普通技术人员将会意识 到的，除了此处说明的永磁无刷电动机10之外，本发明能够很好地适 合于许多类型的电动机(例如感应电动机)。因此，本发明不应该被仅仅 局限于这些类型的电动机。此外，本领域普通技术人员将会意识到，本 发明也可被应用到许多类型的发电机。另外，本文给出的附图和描述都 是针对转子15和/或电动机10的。然而，描述和示出的一些特征可^^应 用于定子。因此，虽然附图和描述是针对无刷电机10和/或转子15作出 的，但是其它应用也是可行的。在许多结构中，转子铁心25是通过叠装多个叠层并将永磁体 附接在堆叠好的叠层上而形成的。例如，磁体(如图8和图9所示)能 被安装在面向气隙的转子表面上或能被插入到转子铁心的内部中。如本 领域所公知的，这些叠层通常由电气级钢冲压或剪切而得。叠层一旦被 叠装完，将被定位在轴30上以完成转子15。转子铁心和轴部件15a, 如图2所示，包括叠装在彼此顶上的多个第一叠层60和多个第二叠层 65。第一叠层60 (如图4所示)包括一个大致圆形的外表面70以及与 叠层60共同限定了内表面80的中心孔洞75。三个齿或舌片85从内表 面80径向地向内延伸到齿直径90,齿直径90足够大，以致能够接收轴
830,并在其间限定出一个空间95。换句话说，在叠层6(H皮最终定位在 其处的区域中，齿直径90大于轴直径100。在所示的结构中，三个舌片85相互间隔约120度均匀地定位。 当然，其它结构可以包括不均匀间隔的舌片85，或多于三个的均匀或不 均匀间隔的舌片85。例如，另一个结构可以包括五个间隔约72度的舌 片85。正如本领域普通技术人员将会意识到的，许多不同形状、数量以 及组合的舌片85也是可能的。其它结构还可以使用不包括舌片85而是包括非圆形孔洞的 第一叠层60。例如，图6示出了一个包括椭圆形中心孔洞110的叠层 105。因为孔洞110不是轴对称的，叠层105之间能够相互彼此转动， 并被叠装成将一个叠层105的一部分定位在另一个叠层105的孔洞110 一部分的上方。图7示出了另一种布局，在这种布局中，叠层115包括 正方形的中心孔洞120。同样，由于正方形孔洞120也不是轴对称的， 所以一个叠层115能够相对于另一个叠层115旋转，从而将叠层115的 一部分定位在相邻叠层115的孔洞120的一部分的上方。如图5所示，每个第二叠层65包括一个外表面125,其限定 了一个基本上为圆形的外形轮廓。在优选结构中，第一叠层60的外表 面70和第二叠层65的外表面125尺寸相似。第二叠层也限定了一个具 有直径135的中心孔洞130,直径135与轴直径IOO基本相同。因此， 当转子铁心和轴部件15a被装配时，第二叠层65贴靠地配合于轴35。 若干个凹进部140从中心孔洞130径向地向外延伸，以在轴35和叠层 65之间提供间隙空间。在所示结构中，四个椭圆形凹进部140相互之间 被相等地间隔开(也就是彼此相隔90度)。正如本领域普通技术人员将会 意识到的，如果需要，也可采用其它形状的凹进部140或不同数目的凹 进部140。另外，如果需要，凹进部140也可以;故不均匀地间隔开。每个第二叠层65可以包括定位在凹进部140之外的孔洞145。 图5所示的结构包括四个#:定位成相互间隔约90度的矩形孔洞145。孔 洞145也可以相对于椭圓形凹进部140旋转大约45度，以使矩形孔洞 145 ^L定位在椭圆形凹进部140之间。在其它结构中，可以使用其它形 状或其它数目的孔洞145。在某些结构中，孔洞145可以被不同地定位 或者省略。在继续进行描述之前，应该说明的是，本文所述这类叠层常
9常包括对齐构件，例如缺口、切口或孔洞，以方l更各个叠层的轴向对齐。 在某些结构中，对齐构件是在形成叠层的沖压过程中形成的。对齐构件 通常在叠层的一侧限定出缺口，而在叠层的相反侧限定出突起。 一个对 齐构件的突起适于配合在相邻叠层的缺口内，以使这些叠层根据期望对 齐并紧固。图2、 3和3a中的转子铁心和轴部件15a包括若干个主铁心 部分150和一个对齐铁心部分155,其中每个主铁心部分150都是通过 若干个第一叠层60在彼此上叠装而成的，而对齐铁心部分155则是通 过叠装多个第二叠层65形成的。叠层60, 65可以彼此粘接在一起，或 者可以叠装在一起而不粘接。在图3所示的结构中，八个主铁心部分150 是用基本上相同的方法形成的，并被彼此附接，从而至少部分地限定了 转子铁心和轴部件15a。对齐铁心部分155被定位成使得在每一侧具有 四个主铁心部分，从而完成转子铁心和轴部件15a。在图3所示的结构 中，仅采用了单独一个对齐铁心部分155,但是其它结构可使用两个或 更多个对齐铁心部分155。第一主铁心部分150a被定位成在转子铁心和轴部件15a的第 一侧邻近对齐铁心部分155，而笫二主铁心部分150b一皮定位成在转子铁 心和轴部件15a的第二侧邻近对齐铁心部分155。在图3所示的结构中， 第一主4失心部分150a和第二主铁心部分150b被定位成相对于彼此具有 相同的径向对齐。换句话说，当从末端观察时，如图2所示，第一主铁 心部分15Oa和第二主铁心部分150b的舌片85彼此对齐。第三主《失心部分150c被定位成邻近第一主4失心部分150a,并 且第四主铁心部分150d,皮定位成邻近第二铁心部分150b。在优选的结 构中，第三主铁心部分150c和第四主铁心部分150d彼此对齐，但是相 对于第一主铁心部分150a和第二主铁心部分150b被旋转。如图2和图 3a所示，第三主铁心部分150c和第四主4失心部分150d相对于第一铁心 部分150a和第二铁心部分150b旋转了大约60度。所描述的过程接下来是第五主铁心部分150e被定位成邻近 第三主铁心部分150c,并与笫一主铁心部分150a对齐。类似地，笫六 主铁心部分150f纟皮定位成邻近第四主铁心部分150d,并与第二主铁心 部分150b对齐。第七主铁心部分150g ^皮定位成邻近第五主铁心部分 150e,并与第三主铁心部分150c对齐。类似地，第八主《失心部分150h被定位成邻近笫六主4失心部分150f,并与第四主《失心部分150d对齐。 在这些优选结构中，转子铁心是通过对齐并粘接主铁心部分和对齐铁心 部分制得的，然后铁心被安装于轴上。在优选的结构中，在轴30和对 齐铁心部分155之间存在一个非常紧的配合，例如干涉配合或收缩配合。 所述的程序确保所有的铁心区段与轴同心。此外，这一程序产生了轴周 围的空间95和铁心15a的齿形(交错排列的)结构。在继续描述之前， 应该说明的是，其它布局也是可能的，并且被本发明所涵盖。例如，其 它布局可以改变每个铁心部分150的排列，而不是每隔一个铁心部分 150进行对齐。另外，其他的转子可以包括额外的或更少的主铁心部分 150,或者可以包括额外的对齐铁心部分155。轴30、八个主铁心部分150a-150h和一个对齐铁心部分155 然后被定位在一个模子内，以使弹性材料160 (例如塑性材料)能被注 模。塑性材料160填充了主铁心部分150a-150h与轴30之间的空间95, 并且也填充了轴30和对齐4失心部分155之间的由凹进部140限定的空 间95。在那些在第二叠层中采用孔洞145的结构中，塑性材料也被填充 入这些孔洞145中。塑性材料160用于将各种铁心部分150， 155连接 到轴30,以使它们一致地旋转，并且同时提供了一个阻尼构件。塑性材 料160也锁定了铁心部分150, 155在轴30上的轴向位置。空间95的 齿形结构增强了铁心15a、轴30和塑性材料160间的连接。此外，制于 轴中的底切部161(参见图3)和/或轴表面的滚花增强了轴30和塑性材料 160间的连接。在电动机工作期间， 一些可由更坚固的连接传递的转矩 变化积会通过塑性连接而被阻尼。在其他结构中，可采用其他材料替代 塑性材料。例如，合成橡胶或其他可注材料可以被用来代替塑性材料。 在存在凹进部140和孔洞145时，允许塑性材料在注塑才莫制期间从一端 到另 一端轴向流动，从而增强转子的可制造性。重要的是要注意到，主铁心部分150a-150h包括仅仅延伸部 分路径到轴30的背铁部分165,还是如图9所示。因此，在较多传统转 子结构中作为磁路一部分(见图8)的部分背铁165，在当前的结构中被取 消并且被弹性材料160所取代。图8示出了电动机170中的磁通线，电 动机170包括了延伸到或几乎延伸到轴30附近的转子背铁部分171。如 图所示，仅有非常少的磁通量穿过半径175的表面。图9示出了仅仅延 伸到前文所述半径175处的转子部分(例如主4失心部分150a-150h)中的i兹
ii通量。如图所示，背铁部分165的磁通量被轻微的压缩。但是，这种影 响较小，其对电动机总体性能的影响也非常小。最小背铁径向厚度定义
为石兹体底部处的半径(RMB) 176和半径175之间的差，其由下面的公式 计算，并且已使用有限元方法验证(如图8和9所示)。
最小背铁径向厚度=RBM x兀/极数
在实践中，等于上述值75%到125%的一个优选范围能被采用，并 且更加优选的范围是小于或等于该计算值的100%。前述公式能被用来设计具有优化转子轭部(背铁)径向厚度的 转子铁心，其依赖于磁极数目(极数)。在磁体安装在转子表面的转子结 构中，RMB 176的定义如图8-9所示。在磁体插入转子并被径向磁化的 转子结构(通常称为内置式永磁(IPM)转子)中，RMB被定义为从电机 中心到磁体表面测得的最小半径。在鼠笼式转子中，RMB被定义为从 电机中心到转子导条的最小半径。在本文中，RMB的两倍也被称为"外 直径"。图10和11示出了转子156的另外一种结构，其中转子156 包括轴180和转子铁心182，而转子铁心182又包括若干个第一叠层185 和至少两个第二叠层190。轴180类似于图2-7中的轴30，并包括限定 了半径195的铁心支撑部分。第一叠层185 (如图ll较佳地示出的)， 限定了中心孔洞200和多个外孔洞205,其中，中心孔洞200具有与轴 半径195紧密配合的半径，多个外孔洞205被布置在中心孔洞200的周 围并且^R径向向外地定位。外孔洞205减少了转子156的重量，因此在 工作期间减少了机械损耗。多个第一叠层185被叠装成限定了转子铁心 182的大部分。在一些结构中，外孔洞205彼此对齐，从而限定了延伸 整个叠装叠层长度的圆柱形空间210。在这些优选结构中，外孔洞205 在计算直径范围内更加靠近轴放置，以确保最小背铁径向厚度，其中所 述计算直径等于半径175的两倍，最小背铁径向厚度基本上等于用前述 公式计算的值。因此，图11所示的转子铁心部分182包括具有第一(体积质 量)密度的第一部分206和具有第二密度的第二部分207。每个叠层185 包括外部部分和内部部分，它们共同协作，分别限定了第一部分206和 第二部分207。在优选结构中，第一部分206包括了密度与第一部分206的密度基本上相等的铁磁材料。换句话说，第一部分206包括固体铁磁材料，其仅有很少的孔洞穿过其中(如果有的话)。第二部分207也包括铁磁材料。但是穿过第二部分207的外孔洞205显著降低了第二部分207的密度(与铁磁材料的密度相比)。在优选结构中，第二密度至少比铁磁材料的密度小20%。当按图ll所示布置时，外孔洞205对转子磁场和电动机性能的影响被大大减少。第二叠层190中的每一个被定位在该堆叠的一端，盖住外部孔洞205。第二叠层190盖住了圆柱形空间210的开口端，减少了圆柱形空间210没被盖住时产生的风阻损耗。在其他结构中(其中端部叠层190的使用是任选的)，孔洞205被填充轻质材料(例如塑性材料)，以减少风阻损耗，而不会显著增加转子铁心和轴部件15b的重量。图12-15示出了转子铁心和轴部件15c的另外一种结构，该转子铁心和轴部件15c包括用叠层形成的两个转子铁心部分215。转子铁心和轴部件15c包括具有直径225的轴220、多个第一叠层230和多个第二叠层235。第一叠层230 (图13示出了其中的几个)是基本上呈环形的环圏，其限定了内部直径240和外部直径245。每个第一叠层230包括若干个切口 250或者缺口，它们在叠层230的一侧限定了凹穴，在叠层230的另 一侧限定了突起。 一个叠层230的突起配合在相邻叠层230的凹陷内，以使叠层230按照期望对齐。这种类型或者其他类似类型的切口 250能^皮应用于本文所述的任何叠层。第二叠层235 (图14中示出了其中的几个)限定了与第一叠层230的外直径245基本上匹配的外直径255和与轴直径225基本上匹配的内直径260。第二叠层235中的每一个也包括与第一叠层230的切口 250相对应并且相啮合的切口 250。因此，第二叠层235能与第一叠层230邻接并对齐。转到图15,其示出了转子铁心部分215中的一个。该转子铁心部分215包括若干个^皮定位成彼此相邻的笫一叠层230,从而至少部分地限定了内部空间265。若干个第二叠层235然后也被定位成邻近第一叠层230。第二铁心部分215与第一铁心部分215相似，且被定位成邻近笫一铁心部分215,以完全限定内部空间265。第二叠层235被定位于内部空间265的两端，并紧密地与轴220接合，将铁心部分215附接到轴220上，如图12所示。在优选结构中，叠层230， 235互锁，以
13保持它们的位置和对齐。在一些结构中，内部空间265填充了轻质材料，例如塑性材料。图12中的转子是轻质的，因此减少了电动机的机械损耗，并且也按照需要提供了足够的材料(例如背铁)来传导磁通量。另夕卜，将第二叠层235定位在转子铁心的外端部而不是靠近中心，增加了转子铁心和轴部件15c在工作期间的稳定性和刚性，并减少风阻损耗。在继续进行描述之前，应该说明的是，此处描述的所有结构可以包括紧固件或者其他附接系统(例如，粘合剂、焊接等等)，以将各个叠层保持在一起。这些系统可以是永久性的(例如，粘合剂、焊接等)，或者可以是暂时性的。例如， 一种结构使用了螺栓，其延伸了转子铁心的长度并将各个叠层保持在一起。该螺栓可以是电动机的永久性部件或者可以在磁体被附接到转子铁心后移除。在其他结构中，两个或者更多个层叠转子部分能使用多段沖压(压印)和互锁(紧固)工具制造而得。例如，在图15所示的结构中，切口 250被用来对齐和紧固若干个叠层230，235以及分别用叠层230， 235制造而得的两个铁心部分，从而得到坚固且刚硬的铁心部分215。因此，本发明不应该浮皮限制于仅包括此处所述特征的转子。图16-28示出了各种不同结构的转子15,它们是由实体(solid)组件而不是由叠装的叠层制成的。实体部分能用铸造金属件、机加工组件和/或粉末金属组件以及其它部件制成。粉末金属件(如果被采用的话)通过在一个成形为限定了最终元件的模子内压缩铁磁材料粉末或软磁合成物而形成。在该工件被压缩后，可能需要一个烧结步骤来完成该工件。在其他结构中，可能需要对该工件进行精加工，以便添加特征和/或满足最终元件所要求的公差。与其他制造技术相比，使用粉末金属形成转子组件有几个优势。例如，能够在单一步骤中形成复杂形状而不需要进行昂贵的机加工。另外，使用粉末金属允许各种化合物结合在一起，否则它们不能作为合金结合。这个特性允许更好地控制成品工件的材料属性。此外，转子制作中的废料量也大大减少。图16-19示出了转子铁心和轴部件15d，其包括轴270和转子铁心275，其中转子铁心275附接于轴270并包括第一实体部分280和第二实体部分285。轴270是基本上圆柱形的组件，限定了轴直径290。虽然所示的轴270在转子铁心275附接到轴270的区域内包括了基本上相同直径的部分，其它结构可以包括在邻近转子4失心275的区域内包括更大或更小直径部分的轴270。实际上，这里所讨论的任何结构可以包括在邻近转子铁心的区域内包括更大或更小直径部分的轴。实体部分280, 285中的每一个限定了 一个外表面295和一个内孔洞300。内孔洞300限定了一个具有直径310的内表面305,直径310大于轴直径290，以使得轴270和每个实体部分280, 285当邻近彼此定位时在其间共同限定出空间315。从电磁学方面考虑，直径31CM皮选择成使转子背铁等于或大于前文所述公式计算出的值。此外，在该优选结构中，任何转子横截面中的最小转子铁心背铁基本上等于前文所述公式计算出的值。参考图17,三个指状物320沿基本上呈径向的方向从内表面305朝轴270延伸。指状物320包括一个装配后邻接轴270的圆形的最内端325。圆形端325减少了装配后与轴270接触的材料数量，并有助于对轴270的中心定位。因为与轴270接触的表面面积非常小，对那些材料来说弯曲和移动以容纳和使轴270居中就更加容易。其它结构可以根据需要采用不同数目的指状物320或者不同形状的指状物320。但是，奇数个指状物320是优选的，因为这将减少与磁场谐波产生寄生耦合的可能性。如图18所示，每个实体部分280, 285还包括多个齿330，
在所示结构中，三个齿330相互大约间隔120度，并且其尺寸被设计成使得在相邻齿330之间限定的空间335与齿330具有基本相同的尺寸。所得到的结构(有时称为齿状结构)允许两个实体部分280, 285彼此互连，以使它们与轴270 —致地旋转。应该注意到的是，因为第一实体部分280和第二实体部分285基本上是相同的(即，可互换的)，所以第二实体部分285的指状物320相对与第一实体部分280的指状物320旋转大约60度。其它结构可以根据需要采用更多或者更少的齿330。另外，如果需要，可以采用不同形状的齿330(例如，三角形，半圆形，椭圆形等)。在采用更多或者更少(与指状物320的数量相比)数量的齿330的结构中，将第一实体部分280和第二实体部分285布置成使得指状物320彼此对齐或彼此不按照这里所讨论的角度相对旋转是可能的。在优选结构中，齿330的尺寸和形状^L设计成，确保当两个实体部分280和285被配合在一起时，至少在最小背铁径向厚度(预先确定和利用前文所述公式计算的)上，转子铁心中的气隙非常小或者没有气隙。
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如图18所示，每个实体部分280， 285包括一个用于接收环形环345的圆柱形对齐表面340。环形环345包括紧密配合在对齐表面340内部的外表面350和与轴270紧密配合的内表面355。为了装配图16-19中的转子，环形环345 ^皮定位成邻近实体部分280, 285的对齐表面340。在一些结构中，粘接剂或者其它附接系统被用来保持环形环345就位。在另一些其它结构中，环形环345和实体部分280, 285间的压配合或者干涉配合将环形环345保持就位。实体部分280, 285滑动到轴270上，并根据需要被定位。如图19所示，两个实体部分280， 285在它们之间共同限定了内部空间360，而环形环245基本上封闭了这个空间360。弹性材料362 (例如塑性材料或其它材料)被注冲莫入空间335内，以将实体部分280， 285附接到轴270。在一些结构中，塑性材料362也被注入第 一实体部分280和第二实体部分285之间的中空空间360内。在塑性材料362(或者其它弹性材料)已经硬化后，磁体被附接到实体部分280, 285的表面或插入到铁心的内部，从而完成转子铁心和轴部件15d。电机，例如电力换向的无刷永磁电机常常产生不均匀的转矩，可能在电动机驱动的装置处产生的不想要的振动。因为指状物320与轴270仅有最小的表面接触，所述的转矩通过弹性材料362的主体传递，这减少了《失心275和轴270之间转矩脉动和振动的传递。图20-24示出了转子4^心和轴部件15e的另一种结构，其包括轴365和由第一铁心部分375和第二铁心部分380制成的转子铁心370。与先前的结构一样，轴365是基本上圓柱形的，并且限定了轴直径385。与其它结构一样，根据具体应用的要求，轴365可以包括不同直径部分(即，更大和/或更小)。铁心部分375, 380中的每一个限定了 一个具有外直径的外表面390和一个具有内直径的内表面395。如图22所示，三个指状物400从内表面395径向地向内延伸，从而使得当铁心部分375, 380被定位于轴365上时，每个指状物400与轴365接触。与先前的结构一样，可根据需要采用更多或更少的指状物400或者不同形状的指状物400。每个纟失心部分375, 380还包括乂人内表面395沿第一轴向方向延伸的成形内表面405和以相反方向沿外表面390轴向延伸三个齿410。成形表面405减少了转子铁心部分375， 380的重量，并增强了从该表面到转子铁
16心370和轴365的内部部分的转矩传递。如图22所示，三个齿410与指状物400对齐，以^使指状物400延伸了齿410的长度。与图16-19的结构一样，齿410之间以大约120度间隔开，并且其尺寸被设计成在相邻齿410之间限定了间隙415,该间隙415能接受与之相配的铁心部分的一个齿410。因此，第一铁心部分375的齿410配合在第二铁心部分380的间隙415内，第二4失心部分380的齿410配合在第一铁心部分375的间隙415内，从而连接第一铁心部分375和第二铁心部分380以便进行旋转。在优选结构中，第一铁心部分375和第二铁心部分380彼此是相似的，使得它们是可互换的。因此，如图21所示，当第一铁心部分375和笫二铁心部分380互锁时，第二铁心部分380的指状物400相对于第一铁心部分375的指状物400旋转大约60度。在采用不同数目指状物400或者不同间隔的结构中，第 一铁心部分375和第二铁心部分380的指状物间的相对角度可以大于或者小于60度。铁心部分375, 380,具体地是指状物410连同表面405一皮设计成，使得当两个铁心部分375和38(H皮配合在一起时，在转子铁心中至少在预先限定的和使用前文所述公式计算的最小背铁径向厚度上只有非常小的气隙或没有气隙。为了增强铁心部分375和3 80的连接，为齿330采用了干涉配合或收缩配合。—种弹性材料417 (例如塑性材料)被定位在第一铁心部分和第二铁心部分的内表面与轴365间限定的空间内。弹性材料417 (如图24所示)在齿410之间延伸，使弹性材料417连接了轴365、笫一铁心部分375和第二铁心部分380以便进行旋转。在一些结构中，弹性材料417也被定位在成形内表面405与轴365之间限定的空间内。优选地，注模塑性材料被用作弹性材料417。然而，其它结构可以采用其它材料或者其它方法来定位这些材料。图16-19中的结构不同于图20-24中的结构，因为在图16-19的结构中需要某种装置或手段(例如环形环345 )在弹性材料被注入时在指状物320之间容纳弹性材料。图20-24中的结构并不要求这种装置，因为指状物400^皮定位成靠近4失心370的中心而不是位于端部。然而，在其它方面，图16-19的结构优于图20-24的结构。例如，图16-19的结构中的实体部分280, 285〗吏得实体部分280， 285与轴270之间的附接靠近铁心275的端部，因此增强了转子铁心275的机械特性。另外，
17图16-19中的实体部分280,285包括了在粉末压缩过程中用来挤压和在 烧结过程中作为支撑物的相当大的平面或平坦表面420。在某种程度上， 这样的平坦表面在图20-24的结构中由齿410的平面表现。图25-28示出了转子铁心和轴部件15f的另一种结构，其与图 20-24中的结构相似。如图25所示，转子铁心和轴部件包括轴425和转 子铁心430，转子铁心430包括第一铁心部分435和第二铁心部分440。 与先前结构一样，轴425是一个大致圆柱形的组件，其限定了轴直径 445。在一些结构中，轴425根据需要可以包括更大或更小的直径部分。每个铁心部分435， 440都包括限定了外直径的外表面450和 限定了内直径的内表面455。内直径与轴直径455紧密配合，从而在轴 425上将铁心部分435， 440对齐。成形内表面460从内表面455沿笫一 方向延伸并与轴425共同限定了空间465 。三个齿470基本上沿着与成形内表面460相反的方向从每个 铁心部分435, 440轴向地延伸。每个齿470具有基本上为梯形的轴向 横截面，其带有圆柱形内表面475和圆柱形外表面480，圆柱形外表面 480与外表面450大致上是一致的。圆柱形内表面475限定的直径大于 轴直径445。因此，圆柱形内表面475和轴425共同限定了内部空间485 ， 如图28所示。每个齿470与相邻的齿470之间大约间隔120度，并与 相邻的齿共同限定出一个大小能接收一个齿470的气隙490。因此，第 一4失心部分435的齿470配合在第二铁心部分440的气隙490内，第二 铁心部分440的齿470配合在第一铁心部分435的气隙490内，从而使 铁心部分435, 440互锁。在优选结构中，第一铁心部分435和第二4失 心部分440基本上是相同的以使它们是可互换的。然而，其它结构的第 一铁心部分435可以与笫二铁心部分440不同。在一些结构中，弹性材料495 (例如塑性材料)可以;故定位 在内部空间485内，从而将笫一铁心部分435和第二铁心部分440附接 到轴425以便进行旋转。另外，弹性材料495可以4皮定位在成形内表面 460与轴425之间的空间内。优选地，注才莫塑性材利"故用作弹性材料495 。
s明的i,在^ ;5:2:的结构中使;的弹性材料4:并不提供明显的阻
尼。因此，对于这种结构必须使用其它方法(例如斜磁体)来减少钝齿 啮合(cogging)、转矩脉动、噪音和振动。
前面所描述的结构特别适合于背铁相对较薄的电动机，例如 高极数电动机。这些结构也适合于性能较少被转子磁导值影响而且单位 长度比力矩输出相对较小的电动机，例如在转子外表面上安装有铁氧体 》兹4失的无刷永；兹电才几。就这里所讨论的所有结构而言，永磁体能被附接到转子铁心 的外表面或者被插入转子铁心内，以完成转子组件。应该说明的是，本 发明能被应用到其它类型的电动机或发电机。例如，本发明能被应用到 内置式永磁电动机和鼠笼电动机。另外，如果需要，本发明能被应用到 反结构同步电动才几(inside-out motors )。本发明的转子结构减少了现有技术转子传递的转矩脉动/噪 音和力振动。特别地，转子铁心和转子轴之间弹性材料的使用至少部分 地隔离了这两个组件，以致施加到转子铁心的噪音，转矩脉动或者力振 动被弹性材料至少部分地阻尼或衰减，而不会传递到转子抽上。另外，与现有技术相比，叠层或实体铁心部分的形状大大提 高了轴与转子铁心的同心度。提高的同心度减少了平衡的需求，而且减 少了由于转子机械不平衡和不平衡的磁力导致的振动。此外，很多本文所述结构包括减少的背铁部分。背铁的减少 降低了转子的重量，并减少了生产转子所需的材料量。重量的减少改善 了电动机的效率，减少了施加到电动才几构件上的旋转应力，同时也减少 了使用的材料和电动机的成本。例如，图16-28的结构包括宽大的空间， 其中可以填充或者不填充弹性材料。这些宽大的空间减少了转子铁心的 背铁量，但是并不会对转子铁心磁通量流产生大的影响，如图8， 9所 示。图2-7和图10-15的结构类似地包括了减少的背铁部分，其不会对 转子铁心的磁通量流产生大的影响。因此，除其它方面之外，本发明提供了一种新颖的、有用的 电机转子。这里所描述的和附图所示的转子结构以及制造该转子的方法 仅仅是出于举例说明的目的而给出的，不应作为本发明概念和原理的限 制。本发明的各种特征和优点将在所附的权利要求中阐明。
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权利要求
1. 一种用于电机的转子，所述转子包括轴，其可围绕轴线旋转并且限定了与所述轴线垂直的第一直径；限定了第一孔洞的第一铁心部分，所述第一孔洞具有大于所述第一直径的第一孔洞直径，所述第一铁心部分被定位成邻近所述轴，从而限定了第一空间；限定了第二孔洞的第二铁心部分，所述第二孔洞具有大于所述第一直径的第二孔洞直径，所述第二铁心部分被定位成邻近所述轴，从而限定了第二空间；和定位于所述第一空间和所述第二空间内的阻尼构件，所述阻尼构件至少部分地互连所述轴、所述第一铁心部分和所述第二铁心部分。
2. 如权利要求1所述的转子，其中所述第一铁心部分包括多个叠装 的第一叠层，其具有相对于所述轴线的第一定向；并且所述笫二铁心部 分包括第二多个叠装的第一叠层，其具有相对于所述轴线的第二定向， 所述第二定向不同于所述第 一定向。
3. 如权利要求2所述的转子，其中所述第一铁心部分的第一叠层与 所述笫二铁心部分的第 一叠层基本上是相同的。
4. 如权利要求2所述的转子，进一步包括第三铁心部分，所述第三 铁心部分包括多个叠装的第二叠层，所述第三铁心部分被布置在所述第 一铁心部分与所述第二铁心部分之间。
5. 如权利要求4所述的转子，其中所述第二叠层不同于所述第一叠层。
6. 如权利要求4所述的转子，其中所述第一叠层和所述第二叠层中 的每一个都包括轴向对齐构件，所述轴向对齐构件接合相邻的叠层，从而使这些叠层沿所述轴线对齐。
7. 如权利要求1所述的转子，其中所述笫一铁心部分和所述第二铁 心部分由粉末金属制成。
8. 如权利要求8所述的转子，其中所述第一铁心部分和所述第二铁 心部分包括;波此啮合的轴向延伸的齿。
9. 如权利要求l所述的转子，进一步包括多个磁体，所述多个磁体 连接到所述第 一铁心部分和所述第二铁心部分中的至少一个。
10. 如权利要求l所述的转子，其中所述阻尼构件包括热固性塑性材料。
11. 如权利要求IO所述的转子，其中所述阻尼构件是通过将塑性材 料注入所述第 一 空间和所述第二空间内制成的。
12. 如权利要求l所述的转子，其中所述阻尼构件是所述轴与所述 第一铁心部分和所述轴与所述第二铁心部分之间唯一的扭力连接。
13. —种用于电机的转子，所述转子包括轴，其可围绕轴线旋转且具有一个外表面，所述外表面限定了与所 述轴线垂直的第一横截面区域；由多个叠装的第一叠层形成的第一转子铁心部分，每个第一叠层限 定了 一个与所述外表面基本相同的第 一叠层表面，所述第 一转子铁心部分^皮定位成邻近所述轴；由多个叠装的笫二叠层形成的第二铁心部分，每个第二叠层具有一 个限定了第二叠层区域的孔洞，所述第二叠层区域大于所述第一横截面 区域，所述第二铁心部分被定位成邻近所述轴，从而限定了第一空间；由多个叠装的第二叠层形成的第三铁心部分，所述第三铁心部分被 定位成邻近所述轴，从而限定了第二空间；和定位在所述第 一空间和所述第二空间内的阻尼构件，所述阻尼构件 至少部分地互连了所述轴、所述第一铁心部分、所述第二铁心部分和所 述第三铁心部分。
14. 如权利要求13所述的转子，其中所述第二铁心部分具有相对于 所述轴线的第一定向，所述第三铁心部分具有相对于所述轴线的第二定 向，所述第二定向不同于所述第一定向。
15. 如权利要求13所述的转子，其中所述第一叠层和所述第二叠层 中的每一个都包括轴向对齐构件，所述轴向对齐构件接合相邻的叠层， 从而使这些叠层沿所述轴线对齐。
16. 如权利要求13所迷的转子，进一步包括多个》兹体，所述多个磁 体连接到所述第一铁心部分、所述第二铁心部分和所述第三铁心部分中 的至少一个。
17. 如权利要求13所述的转子，其中所述阻尼构件包括热固性塑性材料。
18. 如权利要求17所述的转子，其中所述阻尼构件是通过将塑性材 料注入所述第 一 空间和所述第二空间内制成的。
19. 如权利要求13所述的转子，其中所述阻尼构件提供了所述轴与 所述第二铁心部分以及所述轴与所述第三铁心部分之间的扭力连接的一部分。
20. —种用于电机的转子，所述转子包括 具有外表面的轴，所述外表面限定了笫一横截面区域；限定了笫 一齿状部分和第 一孔洞的第 一转子铁心部分，所述第 一孔 洞具有第二横截面区域，所述第 一横截面区域和所述第二横截面区域共同限定了第一空间；限定了第一凹进部分和第二孔洞的第二转子铁心部分，所述第二孔 洞具有大于所述大于第 一横截面区域的第三横截面区域，所述第三横截面区域和所述第二横截面区域共同限定了第二空间，所述第 一齿状部分与所述第一凹进部分啮合，从而连接所述第一转子铁心部分和所述第二转子铁心部分以便进行旋转；和弹性构件，其被定位在所述第一空间和所述第二空间内，从而连接所述轴、所述第一铁心部分和所述第二铁心部分以便旋转。
21. 如权利要求20所述的转子，其中所述轴基本上是圆柱形的，并 限定了轴直径。
22. 如权利要求21所述的转子，其中所述第一孔洞和所述第二孔洞 包括多个径向地向内延伸的齿，每个齿限定了与所述轴直径大致相等的 齿顶直径。
23. 如权利要求20所述的转子，其中所述第一转子铁心部分和所述 第二转子铁心部分由粉末金属制成。
24. 如权利要求20所述的转子，进一步包括多个磁体，所述多个磁 体连接到所述第一铁心部分和所述第二铁心部分中的至少一个。
25. 如权利要求20所述的转子，其中所述阻尼构件包括热固性塑性 材料。
26. 如权利要求25所述的转子，其中所述阻尼构件是通过将塑性材 料注入第一空间和第二空间内制成的。
27. 如权利要求20所述的转子，其中所述阻尼构件是所述轴与所述 第一名失心部分以及所述轴与所述第二4失心部分之间的唯一扭力连接。
全文摘要
一种用于电机的转子包括轴，所述轴可围绕轴线旋转，并限定了与所述轴线垂直的第一直径。第一铁心部分限定了第一孔洞，其具有大于所述第一直径的第一孔洞直径。第一铁心部分被定位成邻近所述轴，从而限定了第一空间。第二铁心部分限定了第二孔洞，其具有大于所述第一直径的第二孔洞直径。第二铁心部分被定位成邻近所述轴，从而限定了第二空间。阻尼构件被定位在第一空间和第二空间内。所述阻尼构件至少部分地使轴、第一铁心部分以及第二铁心部分互连。
文档编号H02K15/02GK101490934SQ200680045759
公开日2009年7月22日 申请日期2006年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者A·E·莱萨克, D·M·约内尔, R·J·海德曼, S·J·德林格尔 申请人:A.O.史密斯公司