用于轴向磁通电机的转子、轴向磁通电机及高电压风扇的制作方法

本技术涉及一种用于轴向磁通电机的转子、用于高电压风扇的轴向磁通电机及用于车辆的高电压风扇。

背景技术：

1、几十年来，电动机已经在各种技术领域中用于产生动能。电动机(也称为电机或e-马达)是被配置成将电能转化成机械能的电气设备。机械能进而可以用于产生可以用于驱动其他设备的动能。电机通常可以包括容纳在电机外壳中的定子和转子。定子可以被固定就位，转子可以相对于定子运动。常见地，转子可旋转地固定在与转子一起旋转的轴上。轴可以用于将旋转能传递到其他设备。大多数电机利用磁场和绕组电流产生能量。

2、通常，电动机可以区分为径向磁通电机和轴向磁通电机。

3、径向磁通电机通常包括转子，转子由绕其圆周承载磁体的圆柱形主体形成。定子被规则地配置成圆柱形的中空体并且在径向上间隔开地围绕转子。定子通常在其内圆周上承载若干个在周向上分布的绕组元件。每个绕组元件包括从定子轭朝向转子在径向上延伸的定子齿。金属的、导电良好的材料(诸如铜)的线缠绕定子齿以形成绕组。当电流施加到绕组时，附接到电机的轴的转子受到由磁场产生的转矩。在径向磁通机中，所产生的磁通是径向磁通。

4、在轴向磁通机中，转子通常包括盘形转子主体，该盘形转子主体具有通过厚度连接的两个圆形表面。两个圆形表面通常朝向相反的轴向方向。盘形转子主体可以由外边缘和内圆周界定，该内圆周限定用于轴的空间。典型地，至少两个永磁体附接到转子主体的两个圆形表面中的至少一个圆形表面，称为附接表面。定子规则地呈盘形并且布置在与转子在轴向上间隔开的固定位置。定子在其面向转子的一侧承载多个在周向上分布的绕组元件。每个绕组元件包括从定子轭朝向转子在轴向方向上延伸的相应的定子齿。金属的、导电良好的材料(诸如铜)的线缠绕定子齿以形成绕组。当电流供应到绕组时，附接到电机的轴的转子受到由磁场产生的转矩。在轴向磁通机中，所产生的磁通是轴向磁通。轴向磁通机的转子可以由在转子的一侧的定子或由在转子的两侧的两个定子驱动。在设计成由单个定子驱动、具有单个气隙的转子中，转子主体的单个圆形面通常承载永磁体。在旨在与两个定子一起操作的两个气隙式转子中，两个圆形表面通常承载磁体。磁体通过保持装置被保持在相应的圆形表面上，在同一表面上的至少两个磁体之间留下空间。在两种变型中，相同的磁体也可以保持在转子主体中，使得它们与两个圆形表面齐平接触，例如通过在转子主体中形成腔格或窗口，更具体地在圆形表面中或穿过圆形表面形成腔格或窗口。

5、电机的持续进一步发展以及使用电流作为能量载体和能源的趋势引起电机的应用框架的持续扩展。电机不仅用于小型电子设备，比如笔记本电脑或家用电器，其通常在低电压范围内操作。越来越多地，更大尺寸的电机也在操作电压高达800伏或850伏及更高的高电压范围内使用。

6、电机(尤其是在高电压应用中)典型地在操作期间产生大量的热。在轴向磁通电机的操作中，除了提供转矩之外，磁力还可以在轴向上推动永磁体。这导致转子倾向于朝向定子在轴向上弯曲的风险，这在最坏的结果下可能导致转子接触定子。最终，这可能导致轴向磁通电机的故障或损坏。进一步的挑战包括减少转子涡流损耗。转子涡流损耗可能导致转子温度的升高，可能影响电机性能的效率，并且甚至可能导致永磁体退磁。

7、本实用新型的目的是提供一种用于轴向磁通电机的更可靠的转子，该转子在转子涡流方面得到改善。

技术实现思路

1、本实用新型涉及一种用于轴向磁通电机的转子。本实用新型进一步涉及一种具有这种转子的轴向磁通电机以及一种具有这种轴向磁通电机的高电压风扇。此外，本实用新型提供一种用于制造用于轴向磁通电机的转子的方法。本实用新型还描绘了有利实施例。

2、根据本实用新型的第一方面，提供一种用于轴向磁通电机的转子。转子包括转子轮、多个永磁体以及保持结构。转子轮包括盘形主体，盘形主体限定内圆周和外圆周。转子轮进一步包括多个臂，多个臂从外圆周在径向上向外突出到相应的臂末端。多个臂在周向上分布在外圆周上。多个永磁体在周向上绕外圆周分布并且在周向上布置在多个臂之间。保持结构附接到转子轮并且附接到多个永磁体，以将多个永磁体保持就位。设置具有在径向上向外延伸的臂的转子轮可以改善整个转子的机械强度，尤其是弯曲刚度。由此，可以防止或至少降低轴向磁通电机的转子接触定子的风险以及轴向磁通电机的故障或损坏。改善弯曲刚度对于对抗热变形、组装公差和振动对转子的影响是重要的。此外，在轴向磁通电机的操作期间由永磁体中的磁场引起的轴向力可以作用在转子上，具体是可以将转子或转子的一部分推到轴向侧。通过设置保持结构，可以在永磁体与转子轮之间传递机械力。具体地，通过设置臂与保持结构组合，机械力可以传递到盘形主体，并且进一步传递到轴向磁通电机的轴，转子在组装状态下固定在该轴上。

3、在实施例中，多个永磁体中的至少一个永磁体可以沿着径向长度从永磁体的径向内端延伸到径向外端。多个臂中的至少一个臂可以在径向上向外突出到相应的永磁体的径向内端与径向外端之间的径向位置。在实施例中，多个臂中的至少一个臂可以从外圆周沿着突出臂长度在径向上向外延伸到臂末端。臂末端可以布置在永磁体的径向长度的0.1至0.9之间的径向位置处。具体地，臂末端可以布置在永磁体的径向长度的0.2至0.8之间的径向位置处。更具体地，臂末端可以布置在永磁体的径向长度的0.25至0.75之间的径向位置处。这些实施例、具体是臂末端在0.25至0.75之间的径向位置可以在改善弯曲刚度与减小涡流损耗之间提供优化的权衡。

4、在实施例中，多个臂中的至少一个臂的臂末端可以是锥形的。具体地，多个臂中的若干臂或每个臂的臂末端可以是锥形的。由此，可以防止或至少减小转子轮(具体是至少一个臂)与保持结构之间的刚度间隙。

5、在实施例中，多个臂中的每个臂可以具有在径向方向上的臂长度、在轴向方向上的臂高度以及与臂长度和臂高度正交的臂宽度。在实施例中，臂高度可以至少在臂长度的一部分中朝向臂末端锥形化。具体地，臂高度可以至少在臂长度的在臂末端之前的0.1的部分中朝向臂末端锥形化。更具体地，臂高度可以至少在臂长度的在臂末端之前的0.2的部分中朝向臂末端锥形化。在实施例中，臂宽度可以至少在臂长度的一部分中朝向臂末端锥形化。具体地，臂宽度可以至少在臂长度的在臂末端之前的0.1的部分中朝向臂末端锥形化。更具体地，臂宽度可以至少在臂长度的在臂末端之前的0.2的部分中朝向臂末端锥形化。在实施例中，臂在由臂高度和臂宽度限定的截面中的形状可以是基本上矩形的或椭圆形的。在实施例中，至少在盘形主体的周向外部区域中，臂高度可以大于盘形主体的轴向厚度，使得臂从外圆周在径向上向内延伸，同时在轴向上从盘形主体突出。由此，可以改善保持结构的附接。在实施例中，盘形主体的周向外部区域可以从外圆周延伸到沿着在径向上位于内圆周与外圆周之间的径向位置布置的中间圆周。在实施例中，中间圆周可以沿着内圆周与外圆周之间的径向长度的0.4至0.9之间的径向位置布置。具体地，中间圆周可以沿着内圆周与外圆周之间的径向长度的0.5至0.8之间的径向位置布置。更具体地，中间圆周可以沿着内圆周与外圆周之间的径向长度的0.6至0.7之间的径向位置布置。

6、在实施例中，盘形主体和多个臂可以一体地形成。具体地，盘形主体和多个臂可以一体地形成为一体件。

7、在实施例中，转子轮可以包括陶瓷材料或金属材料。在示例中，转子轮可以包括铝材料。具体地，转子轮可以由陶瓷材料或金属材料制成，更具体地，转子轮可以由铝材料制成。在示例中，转子轮可以包括铝合金。与例如聚合物或树脂材料相比，包括陶瓷或金属材料的转子轮时机械强度改善。由此，能够改善转子的弯曲刚度。与诸如钢的其他金属材料相比，铝材料具有良好的导热特性和较小的重量。在轴向磁通电机的操作期间，固定转子的轴变热。转子轮的金属材料(具体是铝材料)可以改善在径向上向外远离轴的散热。具有包括陶瓷材料的转子轮可以不产生任何涡流损耗，或者可以至少减少在轴向磁通电机的操作期间转子中的涡流损耗。

8、在实施例中，保持结构可以包括非导电材料。在示例中，保持结构可以包括聚合物材料。具体地，保持结构可以由非导电材料制成，更具体地，保持结构可以由聚合物材料制成。由此，与例如其中保持结构部分地或完全地由金属或陶瓷材料形成的转子相比，可以减小转子的重量。此外，与例如其中保持结构部分地或完全地由金属或陶瓷材料形成的转子相比，可以减少涡流损耗。

9、在实施例中，保持结构可以布置成并且构造成将多个永磁体与转子轮热隔离和/或电隔离。

10、在实施例中，保持结构的热导率和/或电导率可以比转子轮低。换句话说，转子轮可以包括第一材料或者可以由第一材料制成，并且保持结构可以包括第二材料或者可以由第二材料制成。第二材料的热导率和/或电导率可以比第一材料低比。这是特别有利的，因为这能够将永磁体与转子轮热隔离和/或电隔离。

11、在实施例中，保持结构的热膨胀系数可以比多个永磁体和/或转子轮高。换句话说，转子轮可以包括第一材料或者可以由第一材料制成，并且保持结构可以包括第二材料或者可以由第二材料制成，并且永磁体可以包括第三材料或者可以由第三材料制成。第二材料的热膨胀系数可以比第一材料和/或第三材料高。这些特征是特别有利的，因为这改善了保持结构相对于永磁体的保持力和/或保持结构相对于转子轮的附接力。在实施例中，保持结构的热膨胀系数可以在转子轮的热膨胀系数的>1至10倍之间。具体地，保持结构的热膨胀系数可以在转子轮的热膨胀系数的2至8倍之间。更具体地，保持结构的热膨胀系数可以在转子轮的热膨胀系数的2至4倍之间。换句话说，保持结构的热膨胀系数可以大于转子轮的热膨胀系数的100％并且最大为转子轮的热膨胀系数的1000％。在实施例中，保持结构的热膨胀系数可以在多个永磁体的热膨胀系数的2至50倍之间。具体地，保持结构的热膨胀系数可以在多个永磁体的热膨胀系数的5至25倍之间。更具体地，保持结构的热膨胀系数可以在多个永磁体的热膨胀系数的10至20倍之间。在示例中，转子轮的热膨胀系数可以在5×e-6k-1至25×e-6k-1之间。具体地，转子轮的热膨胀系数可以为约20×e-6k-1。在示例中，保持结构的热膨胀系数可以在20×e-6k-1至150×e-6k-1之间。具体地，保持结构的热膨胀系数可以在40×e-6k-1至100×e-6k-1之间。在示例中，永磁体的热膨胀系数可以在-2×e-6k-1至14×e-6k-1之间。具体地，永磁体的热膨胀系数可以在2×e-6k-1至7×e-6k-1之间。

12、在实施例中，保持结构可以形成转子的外边缘，该外边缘从径向外侧限制多个永磁体。换句话说，外边缘可以在径向上布置在永磁体的外侧。在实施例中，保持结构可以附接到多个臂。保持结构可以形成从相应的臂末端在径向上向外延伸的多个臂延伸部。在实施例中，多个臂延伸部可以连接到外边缘。具体地，多个臂延伸部可以连接到外边缘的径向内面。在实施例中，保持结构可以形成至少部分地封装相应的臂的多个臂封装部。在实施例中，多个臂封装部可以从相应的臂延伸部在径向上向内延伸。在实施例中，保持结构可以形成内边缘。内边缘可以至少部分地围绕转子轮的外圆周。在实施例中，内边缘可以不形成连接环，而是可以包括在两个相邻的臂之间的多个内边缘段。在实施例中，多个臂封装部可以从内边缘在径向上向外延伸。在实施例中，内边缘可以至少部分地围绕盘形主体的周向外部区域。在实施例中，内边缘可以至少部分地封装盘形主体的周向外部区域。

13、在实施例中，保持结构可以至少部分地封装盘形主体的周向外部区域以及多个臂。

14、在实施例中，保持结构可以布置在多个永磁体与转子轮之间，使得多个永磁体不与转子轮直接接触。由此，永磁体可以与转子轮电隔离和/或热隔离，这在转子轮由金属材料制成时并且在保持结构由非导电材料制成时是特别有利的。

15、在实施例中，保持结构可以在径向向内和径向向外的两个周向方向上围绕多个永磁体中的每个永磁体。

16、在实施例中，保持结构可以在相应的永磁体的轴向侧部分地围绕相应的永磁体。具体地，相应的永磁体的一个或两个径向内角和/或径向外角可以在轴向上被保持结构覆盖。这为永磁体提供进一步的轴向保持力。

17、在实施例中，保持结构可以形成供相应的永磁体固定地布置在其中的多个开口。具体地，相应的永磁体可以通过形锁合和/或摩擦配合与保持结构固定地布置。

18、在实施例中，保持结构可以通过成型形成，特别地，保持结构可以通过注塑成型形成。具体地，保持结构可以通过热塑性材料的注塑成型或通过热固性材料的注塑成型形成。在实施例中，保持结构可以通过聚合物的注塑成型形成。保持结构可以通过树脂注塑成型工艺形成。

19、在实施例中，保持结构可以包括在外边缘中在轴向上凹入的周向槽。具体地，当保持结构通过成型、例如注塑成型制成时，周向槽可以使制造过程改善和/或产品质量提高，因为可以降低缺陷(例如收缩孔和/或空腔)的风险。在实施例中，保持结构可以包括在多个臂延伸部中的至少一个臂延伸部中在轴向上凹入的径向槽。具体地，当保持结构通过成型(例如注塑成型)制成时，径向槽可以使制造过程改善和/或产品质量提高，因为可以降低缺陷(例如收缩孔和/或空腔)的风险。

20、在实施例中，保持结构的轴向厚度可以限定在保持结构的第一轴向表面与第二轴向表面之间。

21、在实施例中，永磁体的轴向厚度可以限定在永磁体的第一轴向表面与第二轴向表面之间。

22、在实施例中，保持结构的轴向厚度可以大于多个永磁体的从永磁体的径向长度的0.4至0.6处的径向位置在径向上向内的轴向厚度。

23、在实施例中，保持结构的轴向厚度可以等于或小于多个永磁体的从永磁体的径向长度的0.4至0.6处的径向位置在径向上向外的轴向厚度。

24、在实施例中，保持结构可以包括从外边缘在径向上向外突出的至少一个突起。在示例中，至少一个突起可以布置在两个相邻的臂之间的周向位置处。由此，来自臂延伸部的区域的成型材料可以从两个周向侧在相应的突起中汇合。具体地，当保持结构通过成型(例如注塑成型)制成时，突起可以使制造过程改善和/或产品质量提高，因为可以降低缺陷(例如收缩孔和/或空腔)的风险。更具体地，由于成型材料在突起的体积中汇合，因此当从径向内侧在径向上向外成型时，可以防止或减少保持结构内的不利的汇合线。

25、在实施例中，保持结构可以由两个或更多个保持结构板形成。在实施例中，保持结构可以由两个保持结构半部形成。换句话说，保持结构可以在轴向上分成两个部分，即，通过由径向方向限定的径向平面分开。在实施例中，板可以包括聚合物材料和/或纤维增强聚合物材料。

26、在实施例中，转子轮可以包括三个或更多个固定结构，三个或更多个固定结构在周向上分布在盘形主体中。在实施例中，三个或更多个固定结构中的至少一个固定结构可以从盘形主体的第一轴向表面和/或第二轴向表面在轴向上凹入。在实施例中，三个或更多个固定结构中的至少一个固定结构可以从盘形主体的第一轴向表面和/或第二轴向表面在轴向上突出。在实施例中，保持结构可以与三个或更多个固定结构以形锁合的方式接合。在实施例中，三个或更多个固定结构中的至少一个固定结构可以形成为在轴向上延伸穿过盘形主体的通孔。特别地，当保持结构通过注塑成型形成时，通孔可以提供可靠的附接。在实施例中，三个或更多个固定结构中的至少一个固定结构可以在周向上布置在两个相邻的臂之间。

27、在实施例中，转子轮可以包括多个冷却凹部。多个冷却凹部可以布置在盘形主体的径向内部区域中。

28、在实施例中，转子轮可以包括多个轴固定孔。多个轴固定孔可以布置在盘形主体的径向内部区域中以固定到轴台阶。

29、在实施例中，多个永磁体可以在轴向方向上被磁化。在实施例中，多个永磁体中的至少一个永磁体可以由在径向方向上堆叠的层叠磁性板的堆叠体形成。

30、在实施例中，多个永磁体中的至少一个永磁体可以在由径向方向和周向方向限定的平面中具有梯形形状。

31、在实施例中，多个永磁体可以以相等的间隔在周向上分布。

32、在实施例中，多个永磁体中的至少一个永磁体可以包括在径向表面部分和/或周向表面部分中的至少一个凹口区段。凹口区段可以改善磁体与保持结构之间的附接。

33、在实施例中，多个永磁体中的每个永磁体形成磁极或者是磁极。

34、根据本实用新型的第二方面，本实用新型进一步涉及一种用于高电压风扇的轴向磁通电机。轴向磁通电机包括壳体、轴、至少一个定子以及根据第一方面的转子。轴被可旋转地支撑在壳体中。至少一个定子固定地布置在壳体。转子固定地布置在轴上并且邻近至少一个定子。

35、在实施例中，轴向磁通电机可以包括两个定子。转子可以在轴向上布置在两个定子之间。

36、根据本实用新型的第三方面，本实用新型进一步涉及一种用于车辆的高电压风扇。高电压风扇包括根据第二方面的轴向磁通电机以及在壳体的外部固定地布置在轴上的风扇轮。

37、根据本实用新型的第四方面，本实用新型进一步涉及一种用于制造第一方面的转子的方法。该方法包括通过围绕转子轮和多个永磁体注塑成型成型材料而形成保持结构。

38、在实施例中，可以围绕转子轮和多个永磁体对成型材料进行注塑成型，使得相应的永磁体的第一轴向表面的大部分和第二轴向表面的大部分不被保持结构覆盖。

39、在实施例中，该方法可以包括以下步骤中的一个或多个：将转子轮插入第一模具的空腔中。将多个永磁体插入第一模具的空腔中。将多个永磁体中的每个永磁体保持在在周向上位于两个相邻的臂之间的成型位置。通过第二模具闭合该空腔或第一模具。通过对经过布置在第一模具和/或第二模具中的一个或多个进料孔的成型材料进行注射成型来形成保持结构。在示例中，进料孔可以延伸到盘形主体的周向外部区域。由此，保持结构是从径向内侧朝向径向外侧注塑成型的。

40、在实施例中，可以通过在永磁体的径向内端处的相应的销和/或通过在永磁体的径向外端处的相应的板将多个永磁体中的至少一个永磁体保持在成型位置。

41、在实施例中，成型材料可以包括热塑性材料或热固性材料。在实施例中，成型材料可以包括纤维增强的成型材料并且包括相对于成型材料的总重量在10％至80％重量百分比之间的纤维分数。