带有键的转子叠片的制作方法

本公开涉及永磁马达设计的领域。更具体地，本公开涉及适合于固定到具有键槽的轴的叠片。

背景技术：

对提高车辆燃料经济性的需求已导致汽车动力传动系统的电动化。一些动力传动系统是完全电动的，而其他动力传动系统(称为混合动力传动系统)则利用补充有电力的内燃发动机。永磁同步马达由于其效率而被普遍使用。这些电机的转子通常是通过堆叠许多薄的叠片而形成的。

随着电机的转子旋转，在叠片中出现应力。一些应力是扭矩产生的结果，而其他应力则是由旋转本身引起的。这些应力可能会限制可允许的转速。这进而限制了传动比和最大车轮扭矩。因此，期望不易受速度诱导的应力的影响的叠片设计。

技术实现要素：

一种永磁转子叠片包括本体和键。所述本体限定多个磁体孔、第一多个减重孔以及与所述第一多个减重孔交替插置(intersperse)的第二多个减重孔。所述第二多个减重孔可以在面积上小于所述第一多个减重孔。所述磁体孔可以被分组成多个v形组，每一组对应于转子磁极，并且每一组与所述第一多个减重孔中的相应减重孔径向对准。所述本体还可以限定与磁体孔的所述组交替插置的多个冷却孔。所述第一多个减重孔中的每一个由内边缘、在所述内边缘成钝角的两个侧边缘以及外边缘界定。所述第一多个减重孔中的每一个从距叠片中心的最小距离处延伸到距所述叠片中心的最大距离处。所述侧边缘中的每一个包括远离叠片中心的第一距离等于所述最小距离和所述最大距离的平均值的点。所述键与所述第一多个减重孔中的一个径向对准。所述键可以从所述减重孔的所述内边缘的中心稍微偏移。所述转子叠片还可以限定在所述键和内周边之间的切向圆角。

一种转子包括如上所述的多个转子叠片和插入所述磁体孔中的多个永磁体。一种永磁马达包括如上所述的多个转子叠片和插入所述磁体孔中的多个永磁体。

附图说明

图1是功率分流混合动力变速器的示意图。

图2是第一马达转子叠片的局部横截面。

图3是图2的马达转子叠片的键的细节视图。

图4是第二马达转子叠片的局部横截面。

图5是图4的马达转子叠片的减重孔中的一个的细节视图。

图6是图4的马达转子叠片的键的细节视图。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是示例，并且其他实施例可以采取各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性，而仅应解释为用于教导所属领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如所属领域一般技术人员应当理解，参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方式来说，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可能是所期望的。

图1示出了功率分流混合动力传动系统。动力由发动机10提供。发动机10的曲轴驱动行星齿轮组齿轮架12。一组行星齿轮14被支撑以相对于齿轮架12旋转并且与行星中心齿轮16和行星环形齿轮18啮合。中心齿轮16固定地联接到发电机20的转子轴。环形齿轮18固定地联接到与齿轮24啮合的齿轮22。齿轮24、26和28都固定地联接到中间轴30。齿轮32与齿轮28啮合，并且固定地联接到马达34的转子轴。齿轮26与齿轮36啮合，齿轮36驱动差速器38的输入。差速器38在车轮40和42之间分配扭矩，从而允许车轮之间的微小的速度差。

发电机20和马达34都是可逆电机。每一个都电连接到相应的逆变器，所述逆变器转而又电连接到直流(dc)总线。dc总线也连接到电池。当发电机20或马达34在与转子旋转相同的方向上产生扭矩时，从dc总线汲取电力。相反地，当发电机20或马达34在与转子旋转相反的方向上产生扭矩时，电力供给到dc总线。在一些操作模式中，由电机中的一个产生的电力的量等于另一个电机所使用的电力的量，使得不从电池中汲取电力或不在电池中存储电力。在其他操作模式下，可以从电池汲取电力或可以将电力供给到电池。

发电机20和马达34都是永磁同步交流(ac)电机。每个机器的转子由固定到转子轴的叠片层形成，许多永磁体插入所述叠片层中。图2示出了示例性转子叠片50的一半。许多磁体孔52位于周边附近。磁体孔52可以布置成v形组，所述v形组在插入磁体54之后创建转子磁极。一系列的冷却孔56可以位于所述v形组之间。这些孔在叠片堆叠中形成冷却通道，流体通过所述冷却通道循环以从转子提取热量。另外地，叠片可以包括减重孔58，以减轻转子的重量和转动惯量。键60从叠片的内周边62突出。键60装配到形成在转子轴中的键槽中并且用于使叠片堆叠中的叠片相对于彼此对准。键60可以在磁体孔的v形组之间周向居中，以确保所有叠片的磁体孔彼此对准。替代地，键可以有意地稍微偏移，使得一些层的磁体从其他层的磁体稍微偏移，以减少扭矩波动。

当转子旋转时，转子本身的质量在叠片中导致周向应力，所述周向应力可以称为环向应力。将图2视为自由体图，存在有作用在所示叠片的一半上的离心力64，所述离心力与质量和旋转速度的平方成比例。力64被环向应力66抵消。环向应力未作用在单个径向位置处，而是分布在从内周边62至外周边的每条径向线上。应力趋于在不包括孔的径向位置处最高，所述孔包括磁体孔52、冷却孔56和减重孔58。在图2中所示的设计中，最高的环向应力置于内周边62附近。尖锐的内拐角趋于使负载集中，从而导致应力集中。图3更详细地示出了键60。应当注意，在键60的每一侧上的径向圆角68提供了弧形拐角，以减小应力集中的程度。在图2至3中所示设计的应力分析表示该圆角附近的峰值应力限制了最大可允许的转子速度。

图4示出了第二转子叠片设计70的一半。像转子叠片50一样，存在有按多个v形组布置并且包含永磁体74的磁体孔72。还像叠片50一样，在v形组之间存在有冷却孔76。减重孔的图案不同于叠片50。多个大减重孔78与多个小减重孔80在周向上交替。在图5中更详细地示出了大减重孔78的形状。每个大减重孔78由内边缘82、两个侧边缘84以及外边缘86界定。内边缘82基本平行于叠片的内周边88。侧边缘84与内边缘82成斜角。斜角大于90度且小于180度。内边缘82包括孔的最靠近叠片中心的点(多个点)90。外边缘86包括孔的距叠片的中心最远的点(多个点)92。侧边缘各自包含点94，其距叠片中心的距离在至点90的距离和至点92的距离之间的中途处。每个大的减重孔在磁体孔的相应的v形组的下方居中。小减重孔80具有比在内边缘82和侧边缘84之间的圆角半径更小的圆角。

键96与大减重孔中的一个的内边缘径向对准。换句话说，从叠片的中心通过键的中心的径向线与内边缘相交。键96可以从内边缘的中心稍微偏移，使得一些层的磁体从其他层的磁体稍微偏移，以减少扭矩波动。在图6中更详细地示出了键的几何形状。应当注意，与图3的径向圆角68不同，切向圆角98沿周向穿透到键96中。

发明人已经发现，对于给定的转子速度而言，切向圆角和减重孔的几何形状减少了环向应力。因此，可以在没有永久变形的情况下增加最大可允许速度。此外，发明人相信，这些特征协同作用以比孤立地更加组合地减少环向应力。具体地，与键相关联的应力集中在周向上与和小减重孔的相对小半径的圆角相关联的应力集中分离。

虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的用词是描述用词而非限制用词，并且应当理解，可在不背离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的另外的实施例。尽管各种实施例关于一个或多个所需特性可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但是所属领域一般技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现所需整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。因此，关于一个或多个特性被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式理想的实施例并不在本公开的范围之外，并且可能是特定应用所期望的。

根据本发明，提供了一种永磁马达，其具有：多个转子叠片，每个转子叠片限定多个磁体孔、第一多个卵形减重孔以及键，其中所述多个卵形减重孔中的每一个由内边缘、与所述内边缘成钝角的两个侧边缘以及外边缘界定，每个减重孔从距叠片中心的最小距离处延伸到距所述叠片中心的最大距离处，所述侧边缘各自包括远离叠片中心的第一距离等于所述最小距离和所述最大距离的平均值的点；以及多个永磁体，所述多个永磁体插入所述磁体孔中。

根据一个实施例，所述键与所述第一多个减重孔中的一个的内边缘径向对准。

根据一个实施例，所述键从所述第一多个减重孔中的所述一个的所述内边缘的中心稍微偏移。

根据一个实施例，每个转子叠片还限定第二多个减重孔，所述多个第二减重孔与所述第一多个减重孔交替插置并且在面积上小于所述第一多个减重孔。

根据一个实施例，所述磁体孔被分组成多个组，每一组对应于转子磁极，并且每一组与所述第一多个减重孔中的相应减重孔径向对准。

根据一个实施例，所述叠片还限定与磁体孔的所述组交替插置的多个冷却孔。

根据一个实施例，每个转子叠片还限定在所述键和内周边之间的切向圆角。

根据本发明，提供了一种转子，其具有：多个转子叠片，每个转子叠片限定多个磁体孔、第一多个减重孔以及键，其中所述多个减重孔中的每一个由内边缘、与所述内边缘成钝角的两个侧边缘以及外边缘界定，每个减重孔从距叠片中心的最小距离处延伸到距所述叠片中心的最大距离处，所述侧边缘各自包括远离叠片中心的第一距离等于所述最小距离和所述最大距离的平均值的点；以及多个永磁体，所述多个永磁体插入所述磁体孔中。

根据一个实施例，每个转子叠片还限定在所述键和内周边之间的切向圆角。

根据一个实施例，所述键与所述第一多个减重孔中的一个的内边缘径向对准。

根据一个实施例，所述键从所述第一多个减重孔中的所述一个的所述内边缘的中心稍微偏移。

根据一个实施例，每个转子叠片还限定第二多个减重孔，所述多个第二减重孔与所述第一多个减重孔交替插置并且在面积上小于所述第一多个减重孔。

根据一个实施例，所述磁体孔被分组成多个组，每一组对应于转子磁极，并且每一组与所述第一多个减重孔中的相应减重孔径向对准。

根据一个实施例，所述叠片还限定与磁体孔的所述组交替插置的多个冷却孔。

根据本发明，提供了一种永磁转子叠片，其具有：本体，所述本体限定多个磁体孔、第一多个减重孔以及与所述第一多个减重孔交替插置的第二多个减重孔，其中所述第一多个减重孔中的每一个由内边缘、与所述内边缘成钝角的两个侧边缘以及外边缘界定；以及键，所述键与所述第一多个减重孔中的一个径向对准。

根据一个实施例，本发明的特征还在于限定在所述键和内周边之间的切向圆角。

根据一个实施例，所述键从所述第一多个减重孔中的所述一个的所述内边缘的中心稍微偏移。

根据一个实施例，所述第二多个减重孔在面积上小于所述第一多个减重孔。

根据一个实施例，所述磁体孔被分组成多个组，每一组对应于转子磁极，并且每一组与所述第一多个减重孔中的相应减重孔径向对准。

根据一个实施例，所述叠片还限定与磁体孔的所述组交替插置的多个冷却孔。