CN112751432A - 转子和电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机的转子，包括：转子本体，所述转子本体被设置成能够与所述电机的轴固定连接，且所述转子本体具有纵向轴线，其中，所述转子本体在沿着所述纵向轴线的不同位置处具有变化的横截面。另外，本申请还提供一种包括上述转子的电机。本申请的转子和电机可以减轻转子的温度不平衡现象，避免电机局部过热，从而提高电机的负载能力。

Description

转子和电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，尤其涉及一种具有改进结构的转子和包括这种转子的电机。

背景技术

电机作为一种把电能转换成机械能的设备获得了广泛的使用，例如，用在电动车辆上。现有的电机一般包括转子和定子，且根据转子和定子之间的磁场和电场的相互作用方式等不同而分成多种类型。由于磁场在转子和定子的导体(例如，绕组或铁芯)中会产生“磁滞损耗”和“涡流损耗”，所以电机的转子和定子在工作过程中都会产生很多热量。

电机可以通过自然冷却、强制风冷或液冷来散热，但在实际应用环境中，由于电机往往被其它部件部分遮盖或阻挡而影响空气流通或电机局部的冷却介质温度有差异，而影响散热效果导致局部过热。例如，用于电动车辆的自然冷却电机通常通过外壳和两个端盖表面的自然对流来实现散热，但由于受车辆底盘安装空间的限制，在电机的某些轴向位置处可能被其它部件遮挡(如车梁、控制器、线缆等)。在这种布局中，如果外壳表面的气流不能顺畅地流通，则可能使电机内的转子和定子在纵向轴线方向上的温度分布不平衡。再例如，对于强制风冷或液冷的电机来说，由于进风(液)口的介质温度比较低，所以靠近进风(液)口的位置冷却效果较好，而由于出风(液)口的介质温度较高，所以靠近出风(液)口的位置冷却效果较差。另外，由于定子和外壳之间通常存在过盈配合，所以定子的热量可以通过电机壳体及时散发出去，而转子的热量向外扩散的速度会慢一些，而导致热量积聚。如果电机的转子的轴向长度较长，则这种不平衡现象将变得更加严重。这种局部过热限制了电机可以承受的最大电气负载，而使负载远小于设计的峰值转矩，甚至可能导致电机烧毁。

因此，需要对现有的电机进行改进，以减轻转子的温度不平衡现象，避免电机局部过热，从而可以进一步提高电机的负载能力。

发明内容

本申请的目的在于提出一种具有改进结构的转子和包括这种转子的电机，以期克服上述的技术问题。

为此，根据本申请的一方面，提供一种电机的转子，包括：转子本体，所述转子本体被设置成能够与所述电机的轴固定连接，且所述转子本体具有纵向轴线，其中，所述转子本体在沿着所述纵向轴线的不同位置处具有变化的横截面。

可选地，所述转子还包括多个永磁体，所述多个永磁体嵌置在所述转子本体内。

可选地，所述多个永磁体被设置成使其几何中心与所述转子本体的纵向轴线相距相同的径向距离。

可选地，所述转子本体由互相重叠的具有不同尺寸的铁合金片材制成。

根据本申请的另一方面，提供了一种电机，所述电机包括：定子，所述定子设有腔室；如上所述的转子，所述转子容纳在所述定子的腔室内；和轴，所述轴与所述转子本体固定连接。

可选地，所述定子的腔室在沿着所述转子的纵向轴线的不同位置处具有变化的横截面。

可选地，所述电机还包括外壳，所述转子本体的大直径部分设置在与所述外壳的散热条件有利的部分相对应的位置，且所述转子本体的小直径部分设置在与所述外壳的散热条件不利的部分相对应的位置。

可选地，所述电机还包括冷却风扇，所述转子本体的大直径部分被设置成靠近所述冷却风扇，且所述转子本体的小直径部分被设置成远离所述冷却风扇。

可选地，所述电机还包括液冷回路，所述转子本体的大直径部分被设置成靠近所述液冷回路的进液口，且所述转子本体的小直径部分被设置成靠近所述液冷回路的出液口。

本申请的转子及包括这种转子的电机，可以通过使转子在纵向轴线方向上具有变化的横截面来改善转子的热量分布，从而减轻转子温度的不平衡现象，确保电机的安全、高效运行。

附图说明

下面将参照附图对本申请的示例性实施例进行详细描述，应当理解，下面描述的实施例仅用于解释本申请，而不对本申请的范围作出限制，在附图中：

图1是示意性地示出根据本申请的实施例的电机的横截面图；

图2A是示意性地示出图1中的电机的转子的透视图；

图2B是示意性地示出图1中的电机的定子的透视图；

图3A和3B分别是示意性地示出图1中的电机的在转子的大直径部分和小直径部分处所截取的横截面图。

具体实施方式

下面结合示例详细描述本申请的优选实施例。在本申请的实施例中，以包括永磁体的转子及永磁电机为例对本申请进行描述。但是，本领域技术人员应当理解，这些示例性实施例并不意味着对本申请形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互组合。在不同的附图中，相同或相似的部件用相同的附图标记表示，且为简要起见，省略了其它的部件，但这并不表明本申请的转子和电机不可包括其它部件。应当理解，附图中部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本申请的限制。

如图1所示，根据本申请的实施例的电机100大体上包括转子20、定子30和轴40。转子20包括转子本体21，且转子本体21被设置成能够与轴40固定连接。例如，轴40可以穿过转子本体21的中心孔23并通过键或其它方式与转子本体21固定连接。转子本体21具有纵向轴线X，且相应地具有沿纵向轴线X延伸的纵向长度。定子30设有腔室31，且转子20可以容纳在定子30的腔室31内。另外，电机100还可包括外壳10、第一端盖11和第二端盖12，外壳10与第一端盖11和第二端盖12一起限定用于容纳转子20、定子30的空间。轴40的一端可穿过第一端盖11伸出，以连接传动装置(未示出)。当然，电机100还可包括其它部件，例如，轴承、螺栓、导线等，在此不再赘述。

如图1和2A所示，在本申请的电机100中，转子20在沿着纵向轴线X的不同位置处的横截面并不是如现有技术的那样恒定不变的，而是变化的。具体而言，转子本体21在沿着其纵向轴线X的不同位置处可具有变化的横截面。也就是说，在垂直于纵向轴线X的不同平面内，转子本体21可具有不同的横截面。在转子本体21相对于纵向轴线X回转对称的情况下，转子本体21在沿着纵向轴线X的方向上可具有不同的外径。这样，通过使转子本体20在纵向轴线X上的不同位置处具有变化的横截面，可以改善转子20的热量分布。相应地，定子30在纵向轴线X上的不同位置处的横截面也可以是变化的，以与转子20的变化的横截面保持一致并维持较小的间隙，如图1和2B所示。另外，定子30还可包括线槽32，以容纳励磁绕组。

下面以永磁电机为例来进一步描述转子20的横截面变化所带来的改进。

对于永磁电机来说，如图2A所示，转子20还可包括多个永磁体22，且该多个永磁体22可嵌置在转子本体21内。通常，永磁体22被设置成使其几何中心与转子本体21的纵向轴线X相距相同的径向距离，即，围绕纵向轴线X呈环形均匀地分布在转子本体21内。应指出的是，除图2A所示的永磁体22的“V”形排列之外，根据磁体形状、磁极对数、磁场方向等，也可以采用其它的排列方式。永磁体22可以是本领域广泛采用的铁氧体磁体、稀土磁体等，转子本体21可以由互相重叠的具有不同尺寸的铁合金片材制成，即，铁芯。

在工作过程中，永磁体22的磁通在转子本体21中流动会产生热量，即，所谓的“磁滞损耗”。另外，由于转子本体21自身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会产生感应电动势，并在转子本体21的断面上形成闭合回路而产生电流，使转子本体21发热，即，所谓的“涡流损耗”。在嵌置在转子本体21中的永磁体22相对于纵向轴线X位置不变的情况下，由于转子20的转子本体21在沿着纵向轴线X的不同位置处的横截面是变化的，所以永磁体22与转子本体21的外表面的距离不同。如图3A所示，在转子本体21的大直径部分处，永磁体22与转子本体21的外表面的距离较大，相应地在该位置的转子本体21的材料厚度较大。在这种情况下，磁通在转子本体21内流通的路径较长，导致“磁滞损耗”较大，同时，感应电动势会在较大截面的转子本体材料上形成较大的闭合回路，导致“涡流损耗”较大。这样，使转子20的转子本体21在大直径部分处以永磁体22为中心产生更多的热量，导致此处的温度更高，并且由于永磁体22与转子本体21的外表面的距离较大，热量向外扩散的速度相应会慢一些。综合影响热量产生和热量扩散的因素，可知转子20在大直径部分处的温度较高。反之，如图3B所示，在转子20的小直径部分处，永磁体22与转子本体21的外表面的距离较小，相应地热量和温度情况与上述相反。

因此，在转子20的设计中，转子本体21的大直径部分可以设置在与外壳10的散热条件有利的部分相对应的位置，且转子本体21的小直径部分可以设置在与外壳10的散热条件不利的部分相对应的位置。应指出的是，图1至2B所示的仅是自然风冷电机的示例，且所示的转子20和定子30在纵向轴线方向上变化的形状仅是示意性的，在实际的电机中可以根据电机在不同位置的散热状况、结构需求等变化。因此，本申请的转子20不限于图1至2B所示的形状和结构。

更进一步地，电机100还可以是强制风冷电机，相应地包括冷却风扇(未示出)，例如，安装在电机100的一端，且转子本体21的大直径部分可以被设置成靠近冷却风扇，而转子本体21的小直径部分可以被设置成远离冷却风扇。或者，电机100还可以是强制液冷电机，相应地包括液冷回路(未示出)，例如，围绕外壳10或嵌置在外壳10内的冷却液回路，且转子本体21的大直径部分可以被设置成靠近液冷回路的进液口，而转子本体21的小直径部分可以被设置成靠近液冷回路的出液口。

因此，通过将转子20设计成沿转子本体21的纵向轴线X具有变化的横截面，可以调节转子20轴向上的热量产生和散失，以与实际的散热条件相匹配，使得电机的转子20的整体温度平衡，避免局部过热，从而可以提高电机的功率密度。

当然，根据磁场设计需求等，永磁体22也可以被设置成与转子本体21的纵向轴线X相距不同的径向距离。在这种情况下，同样可以通过调整转子20在纵向轴线X上的不同位置处的横截面来调整转子20的热量分布，进而改善电机的散热状况，在此不再赘述。

虽然前面以包括永磁体的转子和永磁电机为例对本发明的原理进行了解释，但对于利用电磁感应原理实现电能和机械能转换的任何电机来说，只要在转子和/或定子中存在“磁滞损耗”和/或“涡流损耗”而产生热量，且散热条件受限，都可以根据本发明的原理通过使转子的横截面变化来匹配散热条件，减轻电机的温度不平衡现象，避免电机局部过热，从而进一步提高电机的负载能力。

以上结合具体实施例对本申请进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本申请的限制。例如，在优选实施例中以永磁电机及其转子为例对本申请进行了描述，但是，对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本申请的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本申请的范围。

Claims (9)

1.一种电机的转子(20)，所述转子(20)包括：

转子本体(21)，所述转子本体(21)被设置成能够与所述电机的轴(40)固定连接，且所述转子本体(21)具有纵向轴线(X)，

其特征在于，所述转子本体(21)在沿着所述纵向轴线(X)的不同位置处具有变化的横截面。

2.根据权利要求1所述的转子(20)，其特征在于，所述转子(20)还包括多个永磁体(22)，所述多个永磁体(22)嵌置在所述转子本体(21)内。

3.根据权利要求2所述的转子(20)，其特征在于，所述多个永磁体(22)被设置成使其几何中心与所述转子本体(21)的纵向轴线(X)相距相同的径向距离。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子(20)，其特征在于，所述转子本体(21)由互相重叠的具有不同尺寸的铁合金片材制成。

5.一种电机(100)，所述电机(100)包括：

定子(30)，所述定子(30)设有腔室(31)；

根据权利要求1至4中的任一项所述的转子(20)，所述转子(20)容纳在所述定子(30)的腔室(31)内；和

轴(40)，所述轴(40)与所述转子本体(21)固定连接。

6.根据权利要求5所述的电机(100)，其特征在于，所述定子(30)的腔室(31)在沿着所述转子(20)的纵向轴线(X)的不同位置处具有变化的横截面。

7.根据权利要求5所述的电机(100)，其特征在于，所述电机(100)还包括外壳(10)，所述转子本体(21)的大直径部分设置在与所述外壳(10)的散热条件有利的部分相对应的位置，且所述转子本体(21)的小直径部分设置在与所述外壳(10)的散热条件不利的部分相对应的位置。

8.根据权利要求7所述的电机(100)，其特征在于，所述电机(100)还包括冷却风扇，所述转子本体(21)的大直径部分被设置成靠近所述冷却风扇，且所述转子本体(21)的小直径部分被设置成远离所述冷却风扇。

9.根据权利要求7所述的电机(100)，其特征在于，所述电机(100)还包括液冷回路，所述转子本体(21)的大直径部分被设置成靠近所述液冷回路的进液口，且所述转子本体(21)的小直径部分被设置成靠近所述液冷回路的出液口。

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