CN108696019A - 用于开关型磁阻电机的转子的端板 - Google Patents

Abstract

一种用于开关型磁阻电机的转子的端板。该端板包括环形主体和多个肋部。该环形主体具有第一轴向端部、第二轴向端部以及厚度。此外，该环形主体限定外表面和孔，该孔构造成接纳转子的轴。多个肋部从外表面径向地向外延伸。多个肋部适合于分别与转子的多个磁极邻接。

Description

用于开关型磁阻电机的转子的端板

技术领域

本发明涉及一种用于开关型磁阻电机的转子。更具体地说，本发明涉及一种用于此种转子的端板，该端板构造成支承此种转子的多个磁极。

背景技术

开关型磁阻电机(SRM)是一种类型的电动机，该电动机取决于应用作为电机和/或发电机操作。例如，SRM可在需要将机械能量转换成电能量时用作发电机，或者在需要将电能量转换成机械能量时用作电机。SRM通常包括定子和转子，该定子具有一定数量定子磁极，且该转子具有一定数量转子磁极。转子通常由层压件的堆叠形成。在操作期间，每个定子磁极连续地激励，以在定子磁极和对应的转子磁极之间产生磁吸引力，从而使得转子旋转。

对于相对大型的应用，例如在建筑机器的电动传动系中，SRM可适用于实现机器功能的一个或多个。施加在此种SRM中的转子可相对尺寸较大并且可能需要相应的较高平衡质块，用于实现平衡转子旋转。此外，可难以将此种大尺寸转子接纳在通常在此类机器中提供的已受限空间中。此外，在此种相对大尺寸转子的操纵期间，转子的层压件易于损坏。

美国专利8,084,902涉及一种端板，该端板通常是圆柱形的并且具有中心孔以接纳转子轴。端板具有径向内部凸台和径向外部凸台。径向外部凸台相对于发电机中的绕组径向地向外定位。径向内部凸台相对于发电机中的绕组径向地向内定位。

发明内容

在一个方面中，本发明涉及一种用于开关型磁阻电机的转子的端板。该端板包括环形主体和一定数量肋部。该环形主体具有第一轴向端部、第二轴向端部以及厚度。此外，该环形主体限定外表面和孔，该孔构造成接纳转子的轴。肋部从外表面径向地向外延伸。这些肋部适合于分别与转子的多个磁极邻接。

在另一方面中，本发明涉及一种用于开关型磁阻电机的转子组件。该转子组件包括转子和端板。该转子包括转子芯部，该转子芯部限定端面。此外，该转子包括多个磁极，这些磁极从转子芯部径向地向外延伸。端板接合于端面。该端板包括环形主体和一定数量肋部。该环形主体具有第一轴向端部、第二轴向端部以及厚度。此外，该环形主体限定外表面。这些肋部从外表面径向地向外延伸并且分别与磁极邻抵。

在又一方面中，本发明涉及一种开关型磁阻电机。该开关型磁阻电机包括转子和端板。该转子包括转子芯部和一定数量的磁极。该转子芯部限定端面。这些磁极从转子芯部径向地向外延伸。端板接合于端面。该端板包括环形主体和一定数量肋部。该环形主体具有第一轴向端部、第二轴向端部以及厚度。该环形主体还限定外表面。此外，这些肋部从外表面径向地向外延伸并且分别与磁极邻抵。

附图说明

图1是根据本发明的概念的开关型磁阻电机的分解视图，其具有转子和用于转子的端板；

图2是根据本发明概念的图1所示转子的放大视图；

图3是图1所示端板和根据本发明概念的转子的端面的放大视图，该端面借助转子的层压件示例性的示出，且将某些周围部件移除；

图4是根据本发明概念的转子组件的剖视图，以指示端板的轮廓；

图5是根据本发明概念的转子组件的剖视图，以示出该转子组件的端盖；以及

图6是根据本发明概念的图1所示开关型磁阻电机的剖视图，以示出开关型磁阻电机的转子和定子之间的相互作用。

具体实施方式

现详细地参照本发明的实施例，这些实施例的示例在附图中说明。在可能的情形下，相同或类似的附图标记将在所有附图中用于指代相同或类似的部件。

参照图1，示出电动机100。根据本发明的一方面，电动机100是开关型磁阻电机，且因此，电动机100能可互换地称为开关型磁阻电机100。开关型磁阻电机100包括定子102和转子组件104。转子组件104包括转子108和一组端板，该组端板分类成第一端板110和第二端板110’。转子108和端板110、110’的细节会在本申请中之后进行讨论。应注意的是，开关型磁阻电机100能适用于诸如那些由电动传动系推进的机器的机器，且其中，开关型磁阻电机100可对电动传动系的一种或多种应用提供动力。然而，本发明的各方面无需视为限制于此种机器，且各种其它的机器和应用也可采用将在下文描述的一个或多个方面。

例如众所周知的是，定子102可包括圆柱形结构，并且可由层压件的堆叠形成。定子102可包括内表面120，该内表面在轮廓上可以是圆柱形的。定子102的一定数量定子磁极118可旋转地排列在内表面120上，且每个定子磁极118均具有沿着定子102的长度LS限定的线性延伸部。应注意的是，出于清楚起见，在图1中示出仅仅一个定子磁极118。附加地，定子磁极118可从内表面120径向地向内突入到定子102的中空部中，以使得定子磁极118的端部122可在定子102内限定中空圆形空间114。该圆形空间114可贯穿定子102的整个长度LS延伸。在图1的所示示例中，定子磁极118在数量上是12个，但该数量的变型也是可能的。在一个示例中，定子磁极118适合于接纳来自电源(未示出)的电力或电流(例如，直流电)，并且在圆形空间114内产生旋转磁场。此种旋转磁场可构造成在操作期间经由磁阻产生转矩来用于转子108的旋转(参见示例性箭头A)。此外，在操作期间，定子102可适合于保持在相对于转子108的旋转的固定关系中。

参照图1和2，现将描述转子108的细节。转子108适合于接纳在定子102的圆形空间114内。转子108可适合于在转子108与由定子102产生的旋转磁场相互作用的情形下相对于定子102旋转。转子108在结构上可以是基本上圆柱形的，以与圆形空间114相适应并且定位在该圆形空间内。转子108可包括转子芯部126和一定数量的磁极128。为了进行参照，磁极128可称为转子磁极128。

转子108还可包括轴132，例如能定位成穿过转子108的开口134(在图1和2中可观察到)的转子轴。在一些实施方式中，轴132可压配合或收缩配合到转子芯部126的开口134中。轴132可引导并且便于转子108相对于定子102绕旋转轴线138的旋转(参见示例性箭头A)。由轴132针对转子108的工作和旋转提供的此种引导的细节是众所周知的，且因此将不作任何进一步地讨论。

在转子108与定子102的组装中，转子磁极128可相对于定子磁极118偏移环形气隙140(在图6中最佳地示出)，以允许转子磁极128能相对于定子磁极118移动，并且进而允许转子108能相对于定子102旋转。类似于定子磁极118在定子102上的布置，转子磁极128也可沿着转子108的长度LR线性地延伸。此外，转子磁极128可围绕转子芯部126旋转地排列，并且可从转子芯部126径向地向外突出。

转子108由连续堆叠的多个层压件142形成。在图3中已提供单个层压件142的一个示例性示意图。在一些实施方式中，转子108具有大致10、20、50或更多或更少的层压件142。在一些实施方式中，每个层压件142是基本上圆形形状的，以将基本上圆柱形形状赋予转子108。在一个示例中，每个层压件142的任一侧部可构造成与每个毗邻层压件电气地绝缘。然而，每个层压件142的周界会暴露于由定子102产生的磁场，以允许转子磁极128与磁场相互作用并且绕旋转轴线138旋转。在操作期间，此种绝缘会减少由于从定子磁极118的所感应磁场产生的涡电流，由此减少转子108的感应加热和能量损失。虽然并未限制，转子108的每个层压件142的厚度可采取在0.3至0.4毫米(mm)范围内的数值。

此外，转子108可限定第一端面146和第二端面148。第二端面148可与第一端面146轴向地(即，沿着旋转轴线138)相对。多个层压件142的每个层压件142均可限定径向向外延伸的齿组150(也参见图3)。齿组150可包括多个齿。例如，齿150针对每个层压件142在数量上是8个，但较少或较高数量的齿150也是可能的。在转子108的组装期间，每个层压件142的齿组150可与连续层压件的齿组对准，由此形成多个转子磁极128。假定在图1和2中提供的示例性描述中齿150在数量上是8个，则转子磁极128的数量也可以是8个。此外，假定齿150在每个层压件142上径向地向外延伸，则转子磁极128也可从转子芯部126径向地延伸。然而，取决于齿150的数量，可设想较高或较少数量的转子磁极128。在一些实施方式中，转子108的转子磁极128的数量可少于定子102的定子磁极118的数量。

参照图2和3，讨论端板110、110’。第一端板110和第二端板110’构造成容纳转子108的层压件142并将这些层压件轴向地堆叠成单个单元。关于端板110、110’的进一步讨论可通过仅仅聚焦在第一端板110上来讨论，并且此种描述可同样适用于第二端板110’。为了易于参照，第一端板110可简称为端板110，且此外，转子108的第一端面146也可简称为端面146。此外，也可注意到的是，第二端板110’与第二端面148的组装可保持类似于端板110与端面146的描述，这例如在下文会注意到。

参照图3，端板110包括环形主体160，该环形主体在结构上基本上是圆柱形的。环形主体160限定中心轴线162和围绕中心轴线162限定的周界表面164。可注意的是，周界表面164也是环形主体160的周向表面，该表面可在之后称为外表面164。此外，端板110的环形主体160适合于安装于端面146(参见借助单个层压件142在图3中示出的端面146)，以使得端板110与转子108同轴(参见图1、2和3)。例如，如图1和2中所示，在端板110与转子108组装的情形下，中心轴线162可与旋转轴线138成一直线或同轴。

环形主体160还包括孔168，当端板110相对于转子108的端面146组装时，该孔与中心轴线162对准。孔168可构造成接纳轴132，并且就轴132与转子芯部126的组装而言，轴132同样可压配合和/或收缩配合在孔168内部。如图所示，端板110的环形主体160包括厚度T、以及第一轴向端部170和第二轴向端部172。在一些实施方式中，厚度T在端板110的第一轴向端部170和第二轴向端部172之间延伸。在将环形主体160安装于端面146的情形下，第二轴向端部172可指向端面146。

此外，端板110在第二轴向端部172处包括一定数量肋部176。肋部176从外表面164径向地向外延伸。例如，肋部176与端板110的环形主体160一体地形成，但也可通过焊接或通过其它已知的紧固装置来将肋部176联接于端板110。在端板110与转子108的组装期间，肋部176适合于分别与转子磁极128邻接。由于转子磁极128在所示出的实施例中在数量上示例性的是8个，因而肋部176在数量上也可示例性的是8个，且每个肋部176邻接并且接合对应的转子磁极128。因此，在一些实施方式中，肋部176的数量等于转子磁极128的数量。

在转子108的制造期间，例如通过在同一模具中铸造转子108和端板110，端板110可邻接、联接以及接合抵靠于端面146。在一些实施方式中，端板110通过压缩力接合于端面146。此种压缩力可通过轴132和端板110之间的过盈配合来保持。端板110的厚度T以及轴132和端板110之间过盈配合的对应量可限定转子芯部126上的轴向保持保持力的量。在一些情形中，可使用附加的轴向保持装置来替代或附加于轴132和端板110之间的过盈配合。此种附加的轴向保持装置可例如包括C形夹或其它众所周知的轴向保持装置。

在一些实施方式中，端板110可由非磁性材料构成，以通过减小磁极凸极并且导致开关型磁阻电机100的对准向非对准感应的降低来防止端板110影响开关型磁阻电机100的电磁性能。在一个实施例中，端板110由铝或灰口铁制成。在一些实施方式中，端板110由诸如黄铜的合金制成。根据本发明的一个实施例，端板110由相比诸如钢、合金(例如，黄铜)等传统应用的端板材料具有相对较高密度的材料制成。例如，端板110的材料是球墨铸铁。在又一些其它实施例中，也可应用具有类似(或更高)密度的其它材料。

在一些实施方式中，端板110适合于在转子108的旋转期间平衡转子108的质量。更具体地说，可通过在端板110的一个或多个合适的角向和径向位置处，向端板110的厚度T添加质量或者将质量从端板的厚度中移除来获得平衡。例如，经平衡的环形主体160(即，端板110)可由球墨铸铁的基础材料获得，且从该基础材料中可移除各部分。可例如定形、转动等来获得移除，以例如获得本发明的端板110。在其它实施例中，可通过将质量添加至端板110来实现转子平衡。在将质量添加至端板110的情形中，端板110可具有诸如钻孔和攻丝孔的特征件(未示出)，这些特征件提供在实现转子平衡的位置处将附加质量包含至转子108。在一个示例中，这些位置可围绕端板110的周界来限定。

参照图2和6，肋部176可构造成在转子磁极128之上部分地交迭，并且在端面146处分别与转子磁极128邻接。例如，肋部176可定结构成以使得肋部176分别在端面146处仅仅覆盖齿150(或转子磁极128)的一部分。为此，在端面146处，肋部176具有比由相应转子磁极128(或齿150)所限定的面积(或周界)较小的面积(或较小周界)。在端板110组装至端面146的情形下，肋部176可在端面146处分别仅仅部分地覆盖转子磁极128的一定区域。在如此进行时，每个肋部176在端面146处使得对应转子磁极128的周围区域或外磁极区域178保持未经覆盖或露出(参见图6)。此外，端板110的环形主体160(或外表面164)的直径可小于转子芯部126的直径。因此，在端板110组装至端面146的情形下，如图所示，外转子芯部区域180可同样保持未经覆盖或露出。简而言之，为了实现最大的电气性能并且使得转子端板中的损失最小，端板110(或外表面164)的直径可不比每个转子齿(或转子磁极128)的根部182延伸得更远。外转子芯部区域180和外磁极区域178两者均可以是连续的并且可一起限定层压件142围绕端板110的轮廓184，该轮廓可从第一轴向端部170观察到(参见图2)。

附加地或可选地，端板110的第二轴向端部172可包括板端面186，该板端面如图4中所示可基本上是凹入的。更具体地说，板端面186包括锥部，该锥部沿径向方向(即，径向向外地)从环形主体160的中心轴线162延伸。该锥部使得端板110能在转子108的层压件上提供保持力。例如，端板110可从第二轴向端部172渐缩并且朝向第一轴向端部170收敛，以在第二轴向端部172处向端板110赋予凹陷。这样，在端板110组装于转子108的情形下，板端面186可相对于端面146限定间隙188，该间隙沿径向方向相对于端板110从环形主体160的孔168朝向外表面164减小。在一些实施方式中，端板110的此种锥部实现并且提供由端板110施加的保持力在转子芯部126的外直径上且由此在转子磁极128上的集中。

附加地或可选地，转子组件104可包括端盖190，该端盖可联接并且组装至端板110。端盖190可呈连续的不中断环部的形式，该环部适合于在端面146处在转子磁极128之上延伸并且覆盖这些转子磁极并且还覆盖肋部176。在这样进行时，在端面146处，在连续转子磁极128之间围绕转子芯部126旋转地限定的弧形空间196(参见图2)也由端盖190覆盖。于是，端盖190构造成覆盖端板110的肋部176且阻挡圆形空间114接纳外部空气。这是有用的，因为在操作期间圆形空间114内部的一定容积空气可能作用于转子磁极128的旋转，由此产生阻力和风阻损失。

端盖190可限定内周界192和外周界194。在端盖190与端板110的组装位置中，端盖190可在内周界192处保持抵靠于端板110的边缘部分198。例如，可如图所示由诸如螺栓的一个或多个紧固件200来便于此种保持。例如在所示实施例中所示，可沿端板110的径向方向将紧固件200驱动通过边缘部分198的厚度，并且将这些紧固件插入到形成在端盖190的主体内的一个或多个开口202中。此外，外周界194可保持于肋部176。为了将外周界194保持于肋部176，端盖190可包括一个或多个延伸构件204，这些延伸构件可插入并且卡配合到形成在肋部176中的一个或多个槽口206中。在一些实施方式中，端盖190可由诸如高级别塑料的非磁性材料形成，或者可将非金属填料(未示出)添加在转子芯部126上以使得风阻损失最小。

工业实用性

参照图1-6，现将讨论开关型磁阻电机100的操作。在操作期间，来自电源的电力供给至定子102(或者供给至定子绕组124，参见图1和6)，该电力在定子102(或者定子102内的圆形空间114)内产生旋转磁场(参见箭头，图6)。在转动时，磁场对于转子磁极128产生旋转转矩，以使得转子磁极128相对于定子磁极118移动，以实现绕旋转轴线138的转子旋转(参见示例性箭头A)。由于端板110的环形主体160(或者外表面164)的直径小于转子芯部126(即，外表面164在端面146处在齿150的根部182下面)的直径，因而磁场和端板110之间的相互作用相对较小，由此导致从端板110的较少热量生成以及较少电磁损失。此外，由于肋部176可在端面146处在层压件142的齿150之上(或者在转子磁极128之上)仅仅部分地延伸，因而进一步减小端板110与磁场的相互作用，且由此进一步缓解电磁损失。肋部176在端面146处在转子磁极128之上(或者在层压件142的齿150之上)的此种部分延伸还在端面146处对齿150提供加强并且防止齿150在转子操纵期间可能受到的损坏。

此外，当端板110的生产包括从端板110移除材料用于平衡转子108时，用于端板110的相对致密材料可能是较佳的。球墨铸铁具有大致7.3克/立方厘米的密度，且将球墨铸铁用作用于端板110的材料可有助于端板110针对相对较短厚度T实现较高的平衡质量，或者实现较小的直径或者通常减小的端板覆盖面积。端板110在开关型磁阻电机100内产生的减小覆盖面积允许有效地使用通常在大尺寸开关型磁阻电机中存在稀缺性的空间或不动产。由于覆盖面积较小，因而包含端板110的成本也相应地降低。此外，球墨铸铁吸收较小幅值的由定子102产生的磁场，从而进一步避免端板110与磁场相互作用，并且导致端板110产生较少热量并且由此产生较小的电磁损失。

应理解的是，上文描述仅仅旨在说明的目的并且并不旨在限制本发明的范围。因此，本领域技术人员会意识到的是，从附图、公开内容以及所附权利要求的研读中，可获得本发明的其它方面。

Claims (20)

1.一种用于开关型磁阻电机的转子的端板，所述端板包括：

环形主体，所述环形主体具有第一轴向端部、第二轴向端部以及厚度，且所述环形主体限定外表面和构造成接纳所述转子的轴的孔；以及

多个肋部，所述多个肋部从所述外表面径向地向外延伸，

其中，所述多个肋部适合于分别与所述转子的多个磁极邻接。

2.根据权利要求1所述的端板，其中，所述转子限定端面，且所述多个肋部构造成在所述端面处在所述多个磁极之上部分地交迭。

3.根据权利要求1所述的端板，其中，所述转子包括多个层压件，所述端板在所述第二轴向端部处包括板端面，且所述板端面包括锥部，所述锥部从所述环形主体的中心轴线径向地向外延伸，且所述锥部使得所述端板能在所述多个层压件上提供保持力。

4.根据权利要求1所述的端板，其中，所述端板由球墨铸铁形成。

5.根据权利要求1所述的端板，其中，所述端板适合于平衡所述转子的质量，其中，通过在所述端板的一个或多个角向和径向位置处向所述端板的所述厚度添加质量或者从所述端板的厚度中移除质量的一种来获得对所述转子的所述质量的平衡。

6.根据权利要求1所述的端板，其中，所述转子包括转子芯部，所述多个磁极从所述转子芯部径向地向外延伸，且其中，所述端板的所述外表面的直径小于所述转子芯部的直径。

7.一种用于开关型磁阻电机的转子组件，所述转子组件包括：

转子，所述转子包括：

转子芯部，所述转子芯部限定端面；以及

多个磁极，所述多个磁极从所述转子芯部径向地向外延伸；以及

端板，所述端板接合于所述端面，且所述端板包括：

环形主体，所述环形主体具有第一轴向端部、第二轴向端部以及厚度，且所述环形主体限定外表面和孔；以及

多个肋部，所述多个肋部从所述外表面径向地向外延伸，

其中，所述多个肋部分别与所述多个磁极邻接。

8.根据权利要求7所述的转子组件，进一步包括端盖，所述端盖联接于所述端板，且所述端盖适合于覆盖所述多个肋部、所述多个磁极以及限定在所述多个磁极的连续磁极之间的弧形空间。

9.根据权利要求7所述的转子组件，其中，所述端板包括板端面，所述板端面面向所述转子芯部的所述端面，且所述板端面包括锥部，所述锥部沿径向方向从所述环形主体的中心轴线延伸，其中，所述锥部相对于所述端面限定间隙，所述间隙沿径向方向相对于所述端板从所述孔朝向所述环形主体的所述外表面减小。

10.根据权利要求7所述的转子组件，其中，所述端板由球墨铸铁形成。

11.根据权利要求7所述的转子组件，其中，所述端板适合于平衡所述转子的质量，其中，通过在所述端板的一个或多个角向和径向位置处向所述端板的所述厚度添加质量或者从所述端板的厚度中移除质量的一种来获得对所述转子的所述质量的平衡。

12.根据权利要求7所述的转子组件，其中，所述端板的所述外表面的直径小于所述转子芯部的直径。

13.根据权利要求7所述的转子组件，其中，所述多个肋部在所述端面处在所述多个磁极之上部分地交迭。

14.根据权利要求7所述的转子组件，其中，所述转子由多个层压件形成，所述多个层压件连续地堆叠，且所述多个层压件的每个层压件限定径向向外延伸的齿组，且每个层压件的所述齿组与连续层压件的齿组对准以形成所述多个磁极。

15.一种开关型磁阻电机，包括：

转子，所述转子包括：

转子芯部，所述转子芯部限定端面；以及

多个磁极，所述多个磁极从所述转子芯部径向地向外延伸；

以及

端板，所述端板接合于所述端面，且所述端板包括：

环形主体，所述环形主体具有第一轴向端部、第二轴向端部以及厚度，且所述环形主体限定外表面；以及

多个肋部，所述多个肋部从所述外表面径向地向外延伸；

其中，所述多个肋部分别与所述多个磁极邻接。

16.根据权利要求15所述的开关型磁阻电机，进一步包括端盖，所述端盖联接于所述端板，且所述端盖适合于覆盖所述多个肋部、所述多个磁极以及限定在所述多个磁极的连续磁极之间的弧形空间。

17.根据权利要求15所述的开关型磁阻电机，其中，所述端板由球墨铸铁形成。

18.根据权利要求15所述的开关型磁阻电机，其中，所述端板适合于平衡所述转子的质量，其中，通过在所述端板的一个或多个角向和径向位置处向所述端板的所述厚度添加质量或者从所述端板的厚度中移除质量的一种来获得对所述转子的所述质量的平衡。

19.根据权利要求15所述的开关型磁阻电机，其中，所述端板的所述外表面的直径小于所述转子芯部的直径。

20.根据权利要求15所述的开关型磁阻电机，其中，所述多个肋部在所述端面处在所述多个磁极之上部分地交迭。