CN112350470A - 具有多个轴结构的用于永磁体电动机的转子组件 - Google Patents

Abstract

一种用于永磁体电动机的转子组件限定旋转轴线，并且包括护套构件和磁体构件。磁体构件被接收在护套构件内。磁体构件限定具有第一端部和第二端部的中心孔。旋转轴线延伸穿过第一端部和第二端部。转子组件还包括具有第一轴结构和第二轴结构的轴布置。第一轴结构被接收在磁体构件的第一端部中，并且第二轴结构被接收在磁体构件的第二端部中。第一轴结构和第二轴结构在内部联接处连接在磁体构件内。轴布置和护套构件协作以相对于旋转轴线径向地压缩磁体构件。

Description

具有多个轴结构的用于永磁体电动机的转子组件

技术领域

本公开总体上涉及一种电动机，并且更具体地，涉及一种具有多个轴结构的用于永磁体电动机的转子组件。

背景技术

永磁体电动机可用于多种应用中。这些电动机提供高效率的操作以及其他优势。

然而，许多永磁体电动机具有缺陷。制造方法可能是非常复杂的，劳动密集型的和/或具有其他低效率。例如，零件通常保持相对高的公差，这增加了制造复杂性和成本。而且，某些制造方法诸如热收缩装配可能是复杂的且效率低下。

因此，期望提供一种可以以高效方式制造的高质量永磁体电动机。结合附图和该背景讨论，本公开的其他期望特征和特性将从随后的详细描述和所附权利要求变得明了。

发明内容

在一个实施例中，公开了一种用于永磁体电动机的转子组件。该转子组件限定旋转轴线，并且包括护套构件和磁体构件。磁体构件被接收在护套构件内。磁体构件限定具有第一端部和第二端部的中心孔。旋转轴线延伸穿过第一端部和第二端部。转子组件还包括具有第一轴结构和第二轴结构的轴布置。第一轴结构被接收在磁体构件的第一端部中，并且第二轴结构被接收在磁体构件的第二端部中。第一轴结构和第二轴结构在内部联接处连接在磁体构件内。轴布置和护套构件协作以相对于旋转轴线径向地压缩磁体构件。

在另一个实施例中，公开了一种制造用于永磁体电动机的转子组件的方法。该方法包括提供轴布置的第一轴结构和第二轴结构。该方法还包括提供被接收在护套构件内的磁体构件。磁体构件包括具有第一端部和第二端部的中心孔。该方法还包括将第一轴结构移动到第一端部，将第二轴结构移动到第二端部中，以及在内部联接处将第一轴结构和第二轴结构连接在磁体构件内，以在轴布置和护套构件之间相对于旋转轴线径向压缩磁体构件。

在附加的实施例中，公开了一种永磁体电动机。该电动机包括定子和转子组件，转子组件被支撑以围绕旋转轴线在定子内旋转。转子组件包括中空且圆柱形的护套构件。转子组件还包括圆柱形磁体构件，该圆柱形磁体构件包括第一弓形磁体段、第二弓形磁体段、第一磁体间板、第二磁体间板、第一轴向端板和第二轴向端板。第一磁体间板和第二磁体间板设置在第一弓形磁体段与第二弓形磁体段之间。另外，第一磁体间板和第二磁体间板相对于轴线在周向方向上间隔开。此外，第一轴向端板和第二轴向端板设置在磁体构件的相对轴向端上。磁体构件限定中心孔，其中第一轴向端板限定磁体构件的开口的第一轴向端，第二轴向端板限定磁体构件的开口的第二轴向端。另外，转子组件包括具有第一轴结构和第二轴结构的轴布置。第一轴结构包括径向突起，第二轴结构具有径向凹槽。第一轴结构被部分地接收在磁体构件的开口的第一端部中，第二轴结构被部分地接收在磁体构件的开口的第二端部中。第一轴结构的径向突起被接收在第二轴结构的径向凹槽中，以在中心孔内将第一轴结构连接到第二轴结构。第一轴结构和第二轴结构以及护套构件协作以相对于旋转轴线径向地压缩磁体构件。

附图说明

在下文中，将结合以下附图描述本公开，其中，相同的标号表示相同的元件，并且其中：

图1是根据本公开的示例性实施例的具有永磁体电动机的燃料电池系统的示意图；

图2是图1的永磁体电动机的转子组件的透视图，其中转子组件被示出为处于组装状态；

图3是图2的转子组件的分解透视图；

图4是沿图2的线4-4截取的转子组件的截面图；

图5是图2的转子组件的轴结构的透视图;

图6是沿图2的线6-6截取的转子组件的截面图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅是示例性的，且并不意图于限制本公开或本公开的应用和用途。此外，并非意图于受到在先前背景或以下详细描述中提出的任何理论的约束。

广泛地，本文公开的示例实施例包括具有转子组件的坚固的高效永磁体电动机，其具有改善的可制造性。转子组件可包括磁体构件，该磁体构件利用包括多个轴结构的轴布置与护套构件保持在一起。在一些实施例中，轴结构在径向向外的方向上将磁体构件朝护套构件加载。由此，在一些实施例中，磁体构件的部件在轴布置与护套构件之间在径向方向上被压缩（向外和向内）。

在一些实施例中，轴布置可包括第一轴结构（即，第一短轴，第一半轴结构等）和第二轴结构（即，第二短轴，第二半轴结构等）。第一轴结构和第二轴结构可固定地连接并互锁在磁体构件内。第一轴结构和第二轴结构可例如在相应端部处连接在磁体构件内。轴结构还可干涉和/或摩擦配合在磁体构件内，以向磁体构件提供径向定向的载荷。更具体地，轴布置的直径可稍大于由磁体构件限定的孔的直径，以在其间提供干涉/摩擦配合。另外，轴布置可以在轴向方向上压缩、对准和/或保持磁体构件。例如，轴结构可以固定地连接到护套构件，从而将磁体构件保持在护套构件内。在一些实施例中，轴结构和护套构件可将磁体构件封装在护套构件的轴向端内和内径内。

轴结构可在联接件处固定地连接在一起，该联接件可以是多种类型，而不脱离本公开的范围。例如，在一些实施例中，联接件可以是公母联接件，其中第二轴结构接收第一轴结构的一部分。更具体地，在一些实施例中，第一轴结构可包括至少一个突起，并且第二轴结构可包括接收第一轴结构的突起的至少一个凹槽。

此外，磁体构件可包括两个或更多个段。轴结构中的至少一个可将磁体构件的段径向向外加载以将磁体段和护套构件保持在一起。磁体构件可包括用于互连和保持转子组件的部件的附加部件。例如，转子组件可包括彼此接合和/或接合磁体段以牢固地保持部件的一个或多个磁体间构件和轴向端构件。

因此，如将要讨论的，本公开的转子组件提供了许多益处。轴布置和磁体构件被构造成使得转子组件可以被有效地、精确地且以可重复的方式制造。此外，转子组件确保了永磁体电动机具有高效率的操作、耐用性和其他优点。

现在参考图1，示出了具有示例充气装置102的燃料电池系统100。充气装置102包括根据本公开的示例性实施例构造的具有转子组件148的电动机103。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，其中的电动机103和转子组件148可被包括在不同的系统中（不同于燃料电池系统）。

燃料电池系统100可包括包含多个燃料电池的燃料电池堆104。氢可以从罐106被供应到燃料电池堆104，并且氧可以被供应到燃料电池堆104以通过已知的化学反应发电。燃料电池堆104可以为电动机105以及其他连接的电气装置发电。燃料电池系统100可以被包括在车辆中，诸如汽车、卡车、运动型多用途车、货车、摩托车等。因此，在一些实施例中，电动机105可以将由燃料电池堆104生成的电力转换成机械动力以驱动和旋转车辆的车轴（以及因此驱动一个或多个车轮）。然而，应当理解，燃料电池系统100可以被构造成用于不同的用途而不脱离本公开的范围。

氧可以至少部分地由充气装置102提供给燃料电池堆104。在一些实施例中，充气装置102可以被构造为具有单级压缩机的电动压缩机装置（即，电动增压器）。

如图1所示，充气装置102通常可包括旋转组118和壳体119。旋转组118可以由一个或多个轴承121支撑以在壳体119内围绕旋转轴线120旋转。（一个或多个）轴承121可具有多种构型，诸如滑动轴承、空气轴承、无油轴承、滚动轴承等。

充气装置102可限定电动机部分112。电动机部分112可包括上述的电动机103。除转子组件148之外，电动机103还可包括定子146，定子146接收转子组件148。定子146可包括多个导电的绕组。此外，电动机部分112可包括壳体119的一部分。具体地，电动机部分112可包括电动机壳体123，电动机壳体123支撑定子146并容纳定子146和转子组件148两者。转子组件148可包括磁体构件220，将在下面详细讨论磁体构件220。燃料电池堆104可为定子146提供电力以驱动地旋转转子组件148的磁体构件220和旋转组118的其他部件。

充气装置102还可包括压缩机部分110。在一些实施例中，压缩机部分110可以是充气装置102的唯一（仅有的）压缩机部分。在其他实施例中，可以有多个压缩机部分，以限定多级充气装置102。压缩机部分110可包括压缩机叶轮130，压缩机叶轮130固定到转子组件148以成为旋转组118的一部分。尽管在图1中部分地示出，但压缩机叶轮130可包括轮毂部分145，轮毂部分145经由一个或多个紧固件、焊接件和/或其他附件固定到电动机部分112的转子组件148。压缩机部分110还可限定壳体119的一部分。具体地，压缩机部分110可包括压缩机壳体构件136，压缩机壳体构件136固定到电动机壳体123的轴向端，并限定轴向入口138、护罩构件139和蜗壳构件140。轴向入口138、护罩构件139和蜗壳构件140可以以一体的单件式压缩机壳体构件136被连接在一起。轴向入口138可以是管状的、直的并且以轴线120为中心。护罩构件139可根据压缩机叶轮130的部件而相反地成形。蜗壳构件140可在其中限定围绕轴线120延伸的蜗壳通道142。蜗壳构件140还可限定出口143。

相应地，电动机103可驱动地旋转压缩机叶轮130围绕轴线120。入口空气流（由箭头122表示）可以流入入口138，流过护罩构件139，并流入蜗壳通道142。所得的压缩空气流（由箭头124表示）可以被引导到中间冷却器128，然后被引导到燃料电池堆104，以提高燃料电池系统100的操作效率。

此外，来自燃料电池堆104的排气流（由箭头132表示）可以排放到大气中，如图1所示。换句话说，排气流132可被引导远离充气装置102。在其他实施例中，排气流132可朝着充气装置102被引导回，例如以驱动被包括在旋转组118中的涡轮叶轮的旋转。继而，这可以例如驱动压缩机叶轮130的旋转，以辅助电动机103。

燃料电池系统100的各个部件可以由控制系统134控制。控制系统134可以是具有处理器、各种传感器以及用于电气控制电动机103的操作、燃料电池堆104和/或系统100的其他特征的其他部件的计算机化系统。在一些实施例中，控制系统134可以接收传感器输入（例如，指示电动机105的速度等），并且根据该输入来控制电动机103的速度。控制系统134可限定或可以是车辆的电气控制单元（ECU）的一部分。

现在参考图2和图3，将根据本公开的示例实施例更详细地讨论电动机103的转子组件148。示意性地以虚线示出了定子146，以露出转子组件148。

如图所示，转子组件148可包括护套构件210。护套构件210可以是一体的中空管。在一些实施例中，护套构件210可以围绕轴线120居中。护套构件210可包括沿轴线120间隔开的第一端部212和第二端部214。如图3和图4所示，护套构件210还可以包括面向并环绕轴线120的内表面216（内径表面）。如图2-图4所示，护套构件210还可包括从轴线120径向面向外的外表面218（外径表面）。在一些实施例中，内表面216和/或外表面218可以是光滑且连续的。而且，在一些实施例中，内表面216和外表面218的直径沿护套构件210的长度可以是基本上恒定的。此外，内表面216可以限定轴向延伸穿过护套构件210的中心孔217。

转子组件148还可包括磁体构件220。磁体构件220可以是基本上圆柱形和中空的，以便限定中心孔226（图1和图6）。中心孔226可以在磁体构件220上居中并且可以沿轴线120从开口的第一端部222到开口的第二端部224延伸穿过磁体构件220（图1）。

磁体构件220可包括由永磁体构成和/或包括永磁体的多个段。例如，在一些实施例中，磁体构件220包括第一弓形磁体段228和第二弓形磁体段238。第一磁体段228和第二磁体段238可围绕轴线120布置在不同的角度位置处。第一弓形磁体段228可以被称为北极磁体，并且第二弓形磁体段238可以被称为南极磁体。尽管仅示出了两个磁体段，但应当理解，磁体构件220可包括围绕轴线120布置的多于两个的段而不脱离本公开的范围。

如图3所示，第一弓形磁体段228可以是弓形的（例如，具有半圆形的横截面），并且可以在第一周向边缘230与相对的第二周向边缘232之间围绕轴线120在周向方向上延伸。第一弓形磁体段228也可以沿轴线120延伸。第一弓形磁体段228还可以包括内表面234，内表面234面向轴线120并围绕轴线120呈弓形轮廓。此外，外表面236可以从轴线120径向面向外，并且可围绕轴线120呈弓形轮廓。

第二弓形磁体段238可以与第一弓形磁体段228基本上类似。因此，第二弓形磁体段238可以是弓形的（例如，半圆形）并且可以在第一周向边缘240与第二周向边缘242之间围绕轴线120在周向方向上延伸。第二弓形磁体段238还可以包括内表面244，内表面244面向轴线120并围绕轴线120呈弓形轮廓。此外，外表面246可以从轴线120径向面向外，并且可围绕轴线120呈弓形轮廓。

此外，磁体构件220可包括第一磁体间板248和第二磁体间板250。第一磁体间板248和/或第二磁体间板250可以是扁平的矩形铁磁材料片，诸如磁性钢。在一些实施例中，板248、250可具有恒定的片厚度。第一磁体间板248可以在周向方向上设置在第一弓形磁体段228的第一周向边缘230与第二弓形磁体段238的第二周向边缘242之间。类似地，第二磁体间板250可以在周向方向上设置在第二弓形磁体段238的第一周向边缘240和第一弓形磁体段228的第二周向边缘232之间。

磁体构件220可以进一步包括第一轴向端板252。第一轴向端板252可以是由坚固且刚性的材料制成的环形盘。第一轴向端板252可包括以轴线120为中心的中心开口251。第一轴向端板252还可在其外轴向面上包括环形凹槽253。环形凹槽253可包括面向轴线120的内径表面255。在一些实施例中，内径表面255可限定中心开口251的至少一部分。

此外，磁体构件220可包括第二轴向端板266。第二轴向端板266可与第一轴向端板252基本上类似。因此，第二轴向端板266可以是由坚固且刚性的材料制成的环形盘。第二轴向端板266可包括以轴线120为中心的中心开口261。尽管未示出，但是第二轴向端板266也可以在其外轴向面上包括环形凹槽（类似于凹槽253）。

另外，如图3和图4所示，第二轴向端板266的内轴向面可包括狭槽274。狭槽274可以是直的并且可以径向地延伸（图3）。在一些实施例中，狭槽274的纵向轴线可以与轴线120相交，并且中心开口261可以将狭槽274二等分。狭槽274可以在第二轴向端板266的外径边缘处和/或在中心开口261处是开口的。如图3和图4所示，第一轴向端板252可类似地在其内轴向面上包括狭槽254。

因此，在一些实施例中，磁体构件220可由第一弓形磁体段228和第二弓形磁体段238、第一磁体间板248和第二磁体间板250以及第一轴向端板252和第二轴向端板266共同限定。因此，弓形磁体段228、238，磁体间板248、250以及端板252、266可以围绕轴线120布置并且可以共同地限定其圆柱形状和轮廓。这些零件可以共同限定磁体构件220的中心孔226。第一轴向端板252的中心开口251可以限定磁体构件220的中心孔226的开口的第一端部222。第二轴向端板266的中心开口261可以限定磁体构件220的开口的第二端部224。此外，磁体段228、238的内面234、244以及磁体间板248、250的内径向边缘可以限定中心开口226的内径表面的大部分。

如图4所示，第一轴向端板252可与第一磁体间板248接合。例如，如图所示，第一磁体间板248的轴向边缘可被接收在第一轴向端板252的狭槽254内。第一磁体间板248的相对轴向边缘可以类似地被接收在第二轴向端板266的狭槽274中以与其接合。同样地，第二磁体间板250可以被接收在狭槽254、274内以与第一轴向端板252和第二轴向端板266接合。因此，轴向端板252、266可以固定地连接到磁体间板248、250并抵抗绕轴线120的相对旋转而被保持。另外，如图4所示，第一轴向端板252和第二轴向端板266的内轴向面可以紧邻第一弓形磁体段228和第二弓形磁体段238的轴向端布置。在一些实施例中，这些相对的面可以邻接接触。因此，磁体段228、238，端板252、266和磁体间板248、250可以被保持在一起，以作为一个整体围绕轴线120旋转。另外，磁体间板248、250可以限制（防止）磁体段228、238在周向方向上围绕轴线120的移位。

磁体构件220可以被接收在护套构件210内。如将要讨论的，在一些实施例中，第一弓形磁体段228的外面236可紧靠着护套构件210的内表面216。同样地，第二弓形磁体段238的外面246可紧靠着内表面216。另外，在一些实施例中，第一磁体间板248和第二磁体间板250的外边缘可紧靠着内表面216。第一轴向端板252和第二轴向端板266的外径表面可靠近（例如，可紧靠着）内表面216。

转子组件148还可包括轴布置280。轴布置280可具有多种构型而不脱离本公开的范围。通常，轴布置280的至少一部分可以被接收在磁体构件220的中心孔226中并且可以与磁体构件220接合。轴布置280也可以固定地连接到护套构件210。

另外，轴布置280可向磁体构件220提供向外定向的载荷，并且可与护套构件210协作以相对于轴线120在径向方向上压缩磁体构件220的各部件。因此，轴布置280可以将磁体构件220和护套构件210保持在一起。此外，轴布置280也可以支撑旋转组118的其他特征。例如，压缩机叶轮130可以固定在轴布置280上并由其支撑以围轴线120旋转。此外，在一些实施例中，轴布置280可以由（一个或多个）轴承121支撑以相对于定子146和壳体119围绕轴线120旋转。

在图5中单独示出了轴布置280，其中以虚线示意性地示出磁体构件220和护套构件210。在一些实施例中，轴布置280可包括第一轴结构282和第二轴结构296。第一轴结构282可以被称为第一短轴，因为第一轴结构282部分地沿转子组件148的轴线120延伸，第二轴结构296可以被称为第二短轴，因为第二轴结构296部分地沿转子组件148的轴线120延伸。第一轴结构282可靠近转子组件148的一个轴向端设置，第二轴结构296可靠近相对的轴向端设置。除本文所述，第一轴结构282可以与第二轴结构296基本上类似。另外，第一轴结构282和第二轴结构296的端部（短轴端）可以在内部联接211处固定地连接并接合。第一轴结构282和第二轴结构296中的至少一个（例如，每个）可以接合、紧靠磁体构件220，和/或向磁体构件220提供载荷，从而将磁体构件220的各部件径向向外推抵靠护套构件210的内表面216，用于将其保持在转子组件148内的固定位置。

如图3和图5所示，第一轴结构282可以是由坚固且基本上刚性的金属材料制成的一体的单件式构件。第一轴结构282可包括基部284和从基部284轴向伸出的短轴288。此外，孔293可延伸穿过第一轴结构282。孔293可以以轴线120为中心并且可从第一轴结构282的一个轴向端到另一个轴向端穿过基部284和短轴288。因此，第一轴结构282可具有垂直于轴线120截取的环形和中空的横截面。

如图1所示，孔293在轴结构282的外轴向端285处的直径可大于孔293在其第一内轴向端286（第一短轴端）处的直径。轴结构282的外轴向端285可支撑压缩机叶轮130、紧固件和/或旋转组118的其他部件，如图1中示意性地示出。

第一轴结构282的外径可沿其轴向长度变化。例如，基部284通常可具有比短轴288大的直径。基部284可在其外径表面上包括一个或多个周向槽、盘状突起等。基部284可沿其轴向长度改变直径，而中间的盘形凸缘283具有第一轴结构282的最大直径。短轴288可轴向地远离凸缘283的一侧伸出，并且外轴向端285可轴向地远离凸缘283的另一侧伸出。

同样，第二轴结构296可以是由坚固且刚性的金属材料制成的整体式一件式构件。第二轴结构296可包括基部297和从基部297轴向地伸出的短轴298。此外，孔271（图3和图6）可延伸穿过第二轴结构296。孔271可包括开口，该开口以轴线120为中心，并且从第二轴结构296的一个轴向端到另一个轴向端连续地穿过基部297和短轴298。因此，第二轴结构296可具有垂直于轴线120截取的环形和中空的横截面。

基部297的直径通常可大于短轴298的直径。基部297的直径可以沿其轴向长度变化，其中中间的盘形凸缘275具有第二轴结构296的最大直径。短轴298可以轴向地远离凸缘275的一侧伸出，并且带槽的外轴向端257可以轴向地远离凸缘275的另一侧伸出。短轴298可以终止于第二轴结构296的第二内轴向端278（第二短轴端）处。另外，短轴298可包括靠近凸缘275的肩部281，并且肩部281可限定径向面向外的外径表面。虽然在图3中被隐藏，但第一轴结构282的短轴288也可以包括肩部281。

第一内轴向端286和第二内轴向端278可被构造成在内部联接211处连接在一起（图5和图6）。第一内轴向端286和第二内轴向端278可合作地限定内部联接211。例如，在一些实施例中，联接可以是公母联接，其中端部286、278中的一个端部接收另一个端部以用于连接。另外，联接件211可包括所谓的“凹形楔键”连接，其中，端部286、278包括彼此相互作用的对应的锥形表面，并且/或者其中端部286、278中的一个端部的凹口接收从另一个端部的突起以用于连接轴结构282、296。

更具体地，在图6中示出的一些实施例中，轴结构282的第一内轴向端286可包括锥形部304，随着短轴288朝其末端轴向延伸，短轴288的外径在该锥形部处逐渐减小。另外，第一内轴向端286可包括径向突起300。径向突起300可从轴线120径向向外突出。在一些实施例中，径向突起300可以围绕轴线120环形且连续地延伸。另外，如图6所示，径向突起300可具有轴向横截面轮廓，该轴向横截面轮廓在平坦表面的两侧上具有锥形表面。换句话说，径向突起300的半径变化，使得随着沿轴线120远离锥形部304移动，径向突起300处的半径逐渐增大，然后保持不变，然后逐渐减小。该轮廓可以关于轴线120保持一致，使得径向突起300的锥形表面和平坦表面在周向方向上围绕轴线120环形地、连续地并且不间断地延伸。另外，内轴向端286可包括轴向突起302。轴向突起302可以是相对薄壁的圆柱体，其中在其内径表面和外径表面上具有基本上恒定的半径，并且轴向地突出以限定内轴向端286。另外，孔293可靠近轴向突起302成阶梯状，以限定内肩部305，如图6所示。

此外，第二内轴向端278可包括锥形部309，短轴298的外径在该锥形部处稍微减小。第二内轴向端278也可包括径向孔306。径向孔306的形状、尺寸等可以与径向突起300的形状、尺寸等对应。因此，径向孔306可以是相对于轴线120径向向外凹进的凹口，并且径向孔306的轮廓可包括在平坦表面的两侧上的锥形表面，使得径向孔306与径向突起300基本上相反。另外，径向孔306可围绕轴线120连续地且环形地延伸。此外，内轴向端278可包括轴向凹槽308。轴向凹槽308的形状、尺寸等可以与轴向突起302的形状、尺寸等对应。因此，轴向凹槽308可以是设置在第二内轴向端278的内径表面与外径表面之间的圆柱形凹槽。

如图6所示，第一内轴向端286可以在轴布置280的内部联接211处连接到第二内轴向端278。具体地，径向孔306可以接收径向突起300。另外，轴向凹槽308可以接收径向突起302，其中第二内轴向端278邻接第一内轴向端286的肩部305。第一内轴向端286和第二内轴向端278的相对表面可以彼此邻接并摩擦接合，使得第一轴结构282和第二轴结构296固定地接合在一起。

另外，如图1和图6所示，第一轴结构282和第二轴结构296可以固定地连接到磁体构件220。第一轴结构282的短轴288可以被接收在磁体构件220的中心孔226的第一端部222内，第二轴结构296的短轴298可以被接收在磁体构件220的中心孔226的第二端部224内，并且第一轴向端286可以在如上所述的内部联接211处固定地连接到第二轴向端278。短轴288、298中的至少一个（例如，两个）的外径表面可以邻接并摩擦接合磁体构件220的内径表面。更具体地，在图6中所示的实施例中，短轴288、298可以限定外径尺寸310（即，外宽度尺寸），并且磁体段228、238的内面234、244可以限定内径尺寸312（即，内宽度尺寸）。外径尺寸310可以略大于内径尺寸312；因此，轴布置280可以在护套构件210内过盈配合到磁体构件220。（应当理解，护套构件210限定了固定的内径尺寸313，该内径尺寸被构造成使得护套构件210抵抗来自轴布置280的径向载荷。因此，磁体段228、238被径向压缩并固定在轴布置280与护套构件210之间。）磁体构件220上的径向压缩载荷可以围绕轴线基本上均匀地分布。另外，轴布置280可大致在远离轴线120的一个径向方向上向第一弓形磁体段228施加载荷，并且轴布置280可大致在远离轴线120的相反的径向方向上向第二弓形磁体段238施加载荷。因此，轴布置280可与护套构件210协作以压缩并保持磁体构件220。

另外，第一轴结构282可被接收在第一轴向端板252的中心开口251中。第二轴结构296可被类似地接收在第二轴向端板266的中心开口261中。在该位置中，轴结构282、296的肩部281的外径表面可分别邻接第一轴向端板252和第二轴向端板266的内径表面255。因此，第一轴结构282可以与第一轴向端板252接合，并且基部284可以从磁体构件220的第一端部222轴向向外伸出。同样地，第二轴结构296可以与第二轴向端板266接合，并且基部257可从磁体构件220的第二端部224轴向向外伸出。

为制造转子组件148，可以使用铸造技术、增材制造或其他制造方法来构造或以其他方式提供上述零件。然后，第一弓形磁体段228、第一磁体间板248、第二弓形磁体段238和第二磁体间板250可以以上述圆柱形构型组装在一起。接下来，在一些实施例中，护套构件210可以被放置在组装的第一弓形磁体段228、第一磁体间板248、第二弓形磁体段238和第二磁体间板250上并且可以接收它们。

在一些实施例中，在室温（即，正常环境温度）或大约室温下，可存在足够的径向间隙（例如，在内表面216与外面236、246之间），以允许护套构件210在磁体段228、238之上滑动（即，无需必须加热护套构件210）。因此，可以以有效的方式完成制造。

随后，轴向端板252、266可被定位在磁体构件220的轴向端上。在一些实施例中，端板252、266可被定位成磁体间板248、250被分别接收在狭槽254、274中。此外，轴结构282、296可定位在端板252、266上，其中短轴288、298分别邻接中心开口251、261的边缘。

随后，可以（例如，使用压力机）施加轴向载荷以将转子组件148的各部件一起朝向轴向中心压缩。随着载荷增加，短轴288、298可塞入中心开口251、261中，并且轴构件282、296可向内朝转子组件148的中心前进。最终，径向突起300可紧靠着第二轴结构296的内轴向端278。轴向压缩力可增加，使得第二内轴向端278径向向外弹性弯曲和/或第一内轴向端286径向向内弹性弯曲，从而允许径向突起300移动到径向孔306中。一旦径向突起300停靠在径向孔306内，第二内轴向端278和/或第一内轴向端286就可以朝它的中性位置弹性恢复。如图6所示，一旦轴结构282、296被连接，则轴向突起302也可被接收在轴向凹槽308中。

组装还可以使轴结构282、296分别与端板252、266配合、邻接和/或接合。在一些实施例中，轴结构282、296朝中心的轴向运动可以通过分别与磁体段228、238的端部配合、邻接和/或接合的端板252、266来限制。另外，朝中心的该轴向运动可以由紧靠着狭槽254、274的内部表面的磁体间板248、250来限制。另外，这些部件可以接合在一起以在这些部件被压缩在一起时定位和引导轴结构282、296的轴向运动和径向运动。

一旦完全压缩，轴结构282、296就可以固定地连接到护套构件210。在一些实施例中，第一轴结构282的凸缘283可以焊接到护套构件210的一端，并且第二轴结构296的凸缘275可以焊接到护套构件210的相对端。例如，点焊、激光焊接或其他类型的焊接工艺可以用于产生一个或多个将护套构件210固定地连接到轴结构282、296的（一个或多个）焊件。（一个或多个）焊件可形成在围绕轴线120等距的位置处，或者可形成为围绕轴线120的部分或连续的弓形焊件。因此，转子组件148可以是坚固耐用的，从而将各部件沿轴向方向保持在一起。

此外，如所讨论的，轴布置280和护套构件210可径向压缩磁体构件220的磁体段228、238，以限制（防止）这些部件之间的相对径向或轴向运动。另外，磁体间板248、250可以接合端板252、266并限制（防止）磁体段228、238的周向移位。因此，转子组件148可以是坚固耐用的。

此外，如上所述，转子组件148的组装可以被高效地、可重复地和精确地完成。各零件可以在非常容易管理的公差内独立地形成。轴结构282、296允许将各部件精确地组装在一起。

一旦组装，转子组件148就可以连接到压缩机叶轮130和/或安装在电动机103的定子146内。然后，可以将电动机103安装在燃料电池系统100内。

尽管在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量的变型。还应当理解，一个或多个示例性实施例仅是示例，并非旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或构型。而是，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本公开的示例性实施例的便利路线图。应当理解，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置作出各种改变，而不脱离所附权利要求书中阐述的本公开的范围。

Claims (20)

1.一种用于永磁体电动机的转子组件，所述转子组件限定旋转轴线，所述转子组件包括：

护套构件；

磁体构件，所述磁体构件被接收在所述护套构件内，所述磁体构件限定具有第一端部和第二端部的中心孔，所述旋转轴线延伸穿过所述第一端部和所述第二端部；

轴布置，所述轴布置具有第一轴结构和第二轴结构，所述第一轴结构被接收在所述磁体构件的所述第一端部中，所述第二轴结构被接收在所述磁体构件的所述第二端部中，所述第一轴结构和所述第二轴结构在内部联接处连接在所述磁体构件内，所述轴布置和所述护套构件协作以相对于所述旋转轴线径向地压缩所述磁体构件。

2.根据权利要求1所述的转子组件，其中，所述磁体构件包括第一弓形磁体段和第二弓形磁体段，所述第一弓形磁体段和所述第二弓形磁体段共同围绕所述旋转轴线延伸；

其中，所述轴布置和所述护套构件协作以相对于所述旋转轴线径向地压缩所述第一弓形磁体段和所述第二弓形磁体段。

3.根据权利要求2所述的转子组件，其中，所述第一轴结构和所述第二轴结构中的至少一个包括外表面，所述外表面邻接所述第一弓形磁体段的第一内面和所述第二弓形磁体段的第二内面；

其中，所述外表面限定外宽度尺寸；

其中，在所述第一内面和所述第二内面之间限定内宽度尺寸；以及

其中，所述外宽度尺寸大于所述内宽度尺寸。

4. 根据权利要求2所述的转子组件，还包括磁体间板，所述磁体间板在周向方向上设置在所述第一弓形磁体段和所述第二弓形磁体段之间；

还包括轴向端板，所述轴向端板被设置成靠近所述磁体构件的轴向端；以及

其中，所述磁体间板与所述轴向端板接合。

5.根据权利要求1所述的转子组件，其中，所述第一轴结构包括第一短轴端，并且所述第二轴结构包括第二短轴端；以及

其中，所述第一短轴端被接收在所述第二短轴端中并连接在所述内部联接处。

6.根据权利要求5所述的转子组件，其中，所述第一短轴端包括从所述旋转轴线径向向外突出的突起；以及

其中，所述第二短轴端包括孔，所述孔径向向外凹进并且在所述内部联接处接收所述突起以连接所述第一轴结构和所述第二轴结构。

7.根据权利要求6所述的转子组件，其中，所述突起具有锥形表面，所述锥形表面的半径相对于所述旋转轴线逐渐减小。

8. 根据权利要求7所述的转子组件，其中，所述锥形表面围绕所述旋转轴线在周向方向上延伸。

9.根据权利要求8所述的转子组件，其中，所述锥形表面围绕所述旋转轴线环形且连续地延伸；以及

其中，所述孔是围绕所述旋转轴线环形地且连续地延伸并且对应于所述突起的凹口。

10. 根据权利要求6所述的转子组件，其中，所述突起为第一径向突起，并且所述孔为第一径向凹槽；以及

其中，所述第一短轴端包括第二突起，所述第二突起相对于所述旋转轴线轴向突出；以及

其中，所述第二短轴端包括第二孔，所述第二孔轴向凹进并接收所述第二突起。

11.根据权利要求1所述的转子组件，其中，所述第一轴结构为一体的，并且所述第二轴结构为一体的；以及

其中，所述内部联接由所述第一轴结构和所述第二轴结构合作地限定。

12. 根据权利要求1所述的转子组件，其中，所述第一轴结构和所述第二轴结构中的至少一个包括基部和从所述基部轴向伸出的短轴；以及

其中，所述短轴被接收在所述磁体构件的所述中心孔内；以及

其中，所述基部从所述磁体构件向外伸出。

13.一种用于制造具有旋转轴线的用于永磁体电动机的转子组件的方法，所述方法包括：

提供轴布置的第一轴结构和第二轴结构；

提供被接收在护套构件内的磁体构件，所述磁体构件包括具有第一端部和第二端部的中心孔；

将所述第一轴结构移动到所述第一端部中，将所述第二轴结构移动到所述第二端部中，并将所述第一轴结构和所述第二轴结构在内部联接处连接在磁体构件内，以在所述轴布置与所述护套构件之间相对于所述旋转轴线径向压缩所述磁体构件。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，提供所述磁体构件包括提供第一弓形磁体段和第二弓形磁体段；

以及还包括在所述护套构件与所述第一轴结构和所述第二轴结构中的至少一个之间径向压缩所述第一弓形磁体段和所述第二弓形磁体段。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括将磁体间板在周向方向上设置在所述第一弓形磁体段和所述第二弓形磁体段之间；以及

还包括靠近所述第一弓形磁体段和所述第二弓形磁体段的轴向端设置轴向端板，并使所述磁体间板与所述轴向端板接合。

16. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述磁体间板为第一磁体间板，并且所述轴向端板为第一轴向端板；

还包括将第二磁体间板在所述周向方向上设置在所述第一弓形磁体段和所述第二弓形磁体段之间，并且在所述周向方向上与所述第一磁体间板隔开；以及

还包括将所述第一轴向端板和所述第二轴向端板设置在所述第一弓形磁体段和所述第二弓形磁体段的相对轴向端上，将所述第一轴向端板与所述第一磁体间板和所述第二磁体间板接合，以及将所述第二轴向端板与所述第一磁体间板和所述第二磁体间板接合；

还包括将所述第一轴结构移动到所述磁体构件的所述第一端部中以接合所述第一轴向端板，并将所述第一轴结构固定到所述护套构件；以及

还包括将所述第二轴结构移动到所述磁体构件的所述第二端部中以接合所述第二轴向端板，并将所述第二轴结构固定到所述护套构件。

17. 根据权利要求14所述的方法，其中，连接所述第一轴结构和所述第二轴结构包括将所述第一轴结构的第一短轴端的至少一个突起移动到所述第二轴结构的第二短轴端的至少一个孔中。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个突起为径向向外突出的径向突起，并且其中所述至少一个孔为径向向外凹进的径向凹槽；以及

其中，连接第所述一轴结构和所述第二轴结构包括将所述径向突起移动到所述径向凹槽中。

19. 根据权利要求18所述的方法，其中，所述至少一个突起包括所述径向突起和从所述第一短轴端轴向地突出的轴向突起；以及

其中，所述至少一个凹槽包括所述径向凹槽和轴向凹槽，所述轴向凹槽轴向地凹进到所述第二短轴端中；以及

其中，连接所述第一轴结构和所述第二轴结构包括将所述轴向突起移动到所述轴向凹槽中。

20. 一种永磁体电动机，包括：

定子；以及

转子组件，所述转子组件被支撑以在所述定子内围绕旋转轴线旋转，所述转子组件包括：

中空圆柱形的护套构件；

圆柱形磁体构件，所述圆柱形磁体构件包括第一弓形磁体段、第二弓形磁体段、第一磁体间板、第二磁体间板、第一轴向端板和第二轴向端板，所述第一磁体间板和所述第二磁体间板设置在所述第一弓形磁体段和所述第二弓形磁体段之间，所述第一磁体间板和所述第二磁体间板相对于所述轴线在周向方向上间隔开，所述第一轴向端板和所述第二轴向端板设置在所述磁体构件的相对轴向端上，所述磁体构件限定中心孔，其中所述第一轴向端板限定所述磁体构件的开口的第一轴向端，并且所述第二轴向端板限定所述磁体构件的开口的第二轴向端；以及

轴布置，所述轴布置具有第一轴结构和第二轴结构，所述第一轴结构包括径向突起，所述第二轴结构具有径向凹槽，所述第一轴结构被部分地接收在所述磁体构件的开口的第一端部中，所述第二轴结构被部分地接收在所述磁体构件的开口的第二端部中，所述第一轴结构的径向突起被接收在所述第二轴结构的径向凹槽中，以在所述中心孔内将所述第一轴结构连接到所述第二轴结构，所述第一轴结构和所述第二轴结构以及所述护套构件协作以相对于所述旋转轴线径向地压缩所述磁体构件。

Images