用于电动机的转子的制作方法

1.本公开一般地涉及用于电动机的转子，并且更具体地涉及配置为用于为空中飞行器提供动力的电动机的转子。


背景技术：

2.当电池迫使电流通过电动机的定子绕组时，包括永磁体的转子响应于电流产生的磁场而旋转。另外，产生热。这种电动机的运行速度通常受到电动机消散在运行期间所产生的热的能力的限制。另外，转子的永磁体在运行期间可能会松动或移位，这会对电动机的性能产生负面影响。因此，需要更好地将永磁体保持就位和/或更好地散热的转子。


技术实现要素：

3.本公开的一个方面是用于电动机的转子，该转子包括：内轮毂；外边缘；和多个板条，其中多个板条中的每个板条在内轮毂处具有第一端并且在外边缘处具有第二端，其中转子配置为驱动为空中飞行器提供力的多个螺旋桨叶片。
4.本公开的另一方面是用于电动机的转子，该转子包括：壳体，该壳体包括第一保持结构和第二保持结构，第一保持结构和第二保持结构配置为对磁体施加径向向外取向的力以保持磁体抵靠壳体，其中转子配置为驱动为空中飞行器提供力的多个螺旋桨叶片。
5.本公开的另一方面是用于电动机的转子，该转子包括：第一多个磁体，其在第一多个磁体之间限定多个间隙；壳体，其包括多个保持结构，该多个保持结构配置为对第一多个磁体施加径向向外取向的第一力以保持第一多个磁体抵靠壳体；以及第二多个磁体，其位于多个间隙内使得第一多个磁体配置为对第二多个磁体施加径向向外取向的第二力，以保持第二多个磁体抵靠壳体。
6.关于本文所述的量或测量值，术语“大约”或“基本上”是指不需要精确地实现所述的特性、参数或值，但偏差或变化(包括，例如，公差、测量误差、测量准确度限制和本领域技术人员已知的其他因素)可能以不排除该特性旨在提供的效果的量出现。
7.已经讨论的特征、功能和优点可以在各种实例中独立实现，或者可以在又其他实例中组合，其进一步的细节可以参考以下描述和附图来查看。
附图说明
8.在所附权利要求中阐述了被认为是说明性实例的特性的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考本公开的说明性实例的以下详细描述，将最好地理解该说明性实例以及其优选的使用模式、进一步的目的和描述。
9.图1是根据实例的空中飞行器的示意图。
10.图2是展示根据实例的电动机下侧的横截面图。
11.图3是展示根据实例的电动机下侧的横截面图。
12.图4是展示根据实例的电动机顶侧的横截面图。
13.图5显示了根据实例的磁体的特写视图。
14.图6是根据实例的壳体的特写视图。
15.图7是根据实例的转子的下侧剖视图。
16.图8是根据实例的壳体的横截面图。
17.图9是根据实例的壳体的横截面图。
18.图10显示了根据实例的壳体的部件。
19.图11是根据示例的包括磁体的壳体的组装图。
20.图12a是根据实例的铁磁组件的特写视图。
21.图12b是根据实例的转子的透视图。
22.图13是根据实例的转子的透视图。
23.图14是根据实例的转子的透视图。
24.图15是根据实例的转子的俯视图。
25.图16是根据实例的转子的透视图。
26.图17是根据实例的转子的俯视图。
27.图18是根据实例的转子的透视图。
具体实施方式
28.如上所述，需要更好地将永磁体保持就位和/或更好地散热的转子。在实例中，用于电动机的转子包括内轮毂、外边缘和多个板条。多个板条中的每个板条在内轮毂处具有第一端并且在外边缘处具有第二端。转子配置为引起驱动机械零件(比如为空中飞行器提供力(比如升力、推力等)的多个螺旋桨叶片)的轴旋转。在一些实例中，转子的旋转引起多个板条迫使空气径向向外远离转子。这可以提供冷却效果，从而可以实现更高的运行速度。也就是说，转子可以产生和消散更高水平的热，而不会引起电动机经历灾难性的过热。
29.在另一个实例中，用于电动机的转子包括壳体，该壳体包括第一保持结构和第二保持结构，该第一保持结构和第二保持结构配置为抵靠磁体施加径向向外取向的力以将磁体保持抵靠在壳体上。转子配置为驱动为空中飞行器提供力的多个螺旋桨叶片。例如，第一保持结构和第二保持结构可以更可靠地将磁体保持抵靠在壳体上，与仅用粘合剂将磁体保持就位相比，这可以产生更可靠的电动机性能。
30.现在将在下文中参考附图更全面地描述所公开的实例，其中显示了一些但不是全部所公开的实例。实际上，可以描述几个不同的实例并且不应被解释为限于本文阐述的实例。相反，描述这些实例是为了使本公开彻底和完整，并将本公开的范围充分传达给本领域技术人员。
31.图1-18是空中飞行器10、电动机100和/或转子102和相关功能的示意图。
32.图1是空中飞行器10的示意图。空中飞行器10包括九个电动机100。一个电动机100被定向成为空中飞行器10提供水平推力或升力，而另外八个电动机100被定向成为空中飞行器10提供垂直推力。电动机的其他布置也是可能的。电动机100每个包括转子102(未示出)，该转子配置为驱动为空中飞行器10提供力的多个螺旋桨叶片。虽然空中飞行器10被描述为实施本文描述的电动机的实例机器，但是任何类型的机器都可以从所公开的电动机中受益。合适的机器的实例包括航空机器人、机器人、自动机、自主飞行器、爆炸物处理机器
人、六足机器人、工业机器人、昆虫机器人、微型机器人、纳米机器人、军用机器人、移动机器人、漫游者、服务机器人、手术机器人、步行机器人等。其他实例包括各种无人驾驶交通工具，其包括无人驾驶地面交通工具(ugv)、无人驾驶空中飞行器(uav)、无人驾驶水面交通工具(usv)、无人驾驶水下交通工具(uuv)、无人驾驶航天器等。这些可能包括自动驾驶汽车、飞机、火车、工业机器、仓储服务中心机器人(fulfillment center robot)、供应链机器人、机器人车辆、扫雷车等。
33.图2是展示电动机100的下侧的横截面图。电动机100包括定子101和转子102。定子101包括电磁体103，每个电磁体包括线圈导体，该线圈导体配置为在电流通过线圈导体时产生磁场。该磁场使得转子102在操作期间旋转。
34.转子102包括内轮毂104、外边缘106和多个板条108。多个板条108中的每个板条在内轮毂104处具有第一端110并且在外边缘106处具有第二端112。转子102配置为驱动为空中飞行器10提供力的多个螺旋桨叶片(未示出)。旋转转子102使得多个板条108迫使空气径向向外远离转子102，潜在地提供冷却效果。
35.多个板条108在方位角方向136上的薄剖面可以促进进出电动机100的气流增加，从而增加远离电动机100的热通量以帮助冷却电磁体103和/或定子101。这可以增强电动机100的性能。
36.转子102由铝、一种或多种其他金属、碳纤维复合材料和/或其他材料形成。转子102包括单个集成部件，该部件包括内轮毂104、外边缘106、盖板120和多个板条108，但在其他实例中，例如，内轮毂104、外边缘106、盖板120和/或多个板条108可以用紧固件和/或粘合剂彼此附接，或者焊接在一起。附接到内轮毂104、外缘106和多个板条108或与其集成在一起的盖板120为转子102提供增强的结构强度。
37.转子102还包括配置为保持磁体118的壳体116。例如，磁体118可以布置成halbach阵列。磁体118被定子101产生的磁场吸引和/或排斥以引起转子102的旋转。磁体118成形为贴合(conform to)壳体116。以下包括关于壳体116和磁体118的更多细节。支撑环126径向延伸远离壳体116并且经由紧固件117附接到外边缘106。
38.如图2所示，壳体116与外边缘106径向对齐并附接到外边缘106(例如，通过紧固件117)。与外边缘106径向对齐和/或附接到外缘106的壳体116在轴向132、径向139和/或方位角方向136上为转子102提供增加的结构强度。
39.图3是展示电动机100的下侧的横截面图。与图2所示的实例相反，多个板条108的每个板条的第一端110和第二端112处于不同的方位角位置。例如，第一端110在第一方位角位置111，而第二端112在第二方位角位置113。该特征通常会产生叶轮，增加离开转子102的气流，以便在运行期间增强冷却效果。
40.图4是展示图2所示的电动机100的顶面的横截面图。
41.图5显示了磁体118的特写视图。磁体118具有矩形棱柱的大体形状，但包括第一凹口212和第二凹口214。
42.图6是壳体116的特写视图。转子102包括壳体116，该壳体116包括第一保持结构202和第二保持结构204，该第一保持结构202和第二保持结构204配置为抵靠磁体118施加径向向外取向的力206，以保持磁体118抵靠壳体116。转子102被配置为驱动多个螺旋桨叶片，这些螺旋桨叶片为空中飞器10提供力，如以下所更详细讨论。
43.如所显示，第一保持结构202和第二保持结构204在磁体118上方沿轴向132和方位角方向136延伸，这提供了比常规设计更可靠的转子102和磁体118之间的附接。此外，第一保持结构202配置为与磁体118的第一凹口212配合并且第二保持结构204配置为与磁体118的第二凹口214配合，这提供了比常规设计更可靠的转子102和磁体118之间的附接。
44.与常规转子设计相比，如上所述能够与第一保持结构202和第二保持结构204配合的磁体118可以允许气流更好地通过转子102并增加机械强度，尤其是在轴向132上。另外，暴露于定子101的磁体118的径向向内表面215允许磁体118和定子101之间的气隙减小，这通常将增加电动机100的效率。这种减小的气隙是由第一凹口212、第二凹口214、第一保持结构202和第二保持结构204的各自形状实现。这种布置允许磁体118的径向向内表面215的大部分被暴露并且尽可能合理地靠近定子101。
45.图7是转子102的底面剖视图。
46.图8是壳体116的替代实例的横截面图。转子102包括多个第一磁体304，其在第一多个磁体304之间限定多个间隙306。壳体116包括多个保持结构310，其配置为抵靠第一多个磁体304施加径向向外取向的第一力312，以将第一多个磁体304保持抵靠壳体116。转子102还包括第二多个磁体314，其定位在多个间隙306内使得第一多个磁体304配置为抵靠第二多个磁体施加径向向外取向的第二力316，以保持第二多个磁体314抵靠壳体116。第二多个磁体314中的每个磁体包括凸面318。第一多个磁体304中的每个磁体包括凹面320，该凹面320配置为将第二力316施加到凸面318。
47.图9是图8所示的壳体116的横截面图。
48.图10显示了壳体116的另一实例的部件。图10的上图显示了由一种或多种铁磁材料(比如铁、镍或钴)构成的铁磁组件107。铁磁组件107可以布置成圆形形式，如图10的左下图所示。
49.铁磁组件107包括在方位角方向136上伸长的铁磁环134。铁磁环134配置用于容纳磁体118，如下文所更详细描述。铁磁组件107还包括在铁磁环134之间的铁磁条130。铁磁条130在轴向132上是细长的并且配置用于容纳磁体118，如下文所更详细描述。
50.在该实例中，壳体116包括如图10的下中间图所示的环形的基部119。基部119可以由例如与转子102相同的材料形成。
51.壳体116在图10的右下图中示出。铁磁组件107沿基部119的内圆周121设置。
52.图11是包括磁体118的图10的壳体116的组装图。铁磁组件107容纳磁体118。更具体地，铁磁组件107允许每个单独磁体118的较小尺寸(例如，在方位角方向上)，这可以导致更好地控制由磁体118产生的磁通量，从而提高电动机100的效率。
53.图12a是铁磁组件107的特写视图。铁磁组件107容纳磁体118。更具体地，磁体118紧密配合在铁磁组件107的相邻铁磁条130之间。另外，磁体118紧密配合在铁磁环134之间。另外，磁体118可以用粘合剂固定到壳体116。如所显示，铁磁环134包括可以补偿转子102运行期间经历的热膨胀的狭缝135。铁磁环134有助于防止由磁体118产生的磁通量沿轴向132从壳体116泄漏。以这种方式，磁体118产生的磁通量可以更集中向定子101，以便增强电动机100的效率。
54.将铁磁组件107附接到基部119的内圆周121的内半径允许使用沿径向更薄且更轻的基部119，从而提高电动机100的效率。即，基部119可以有利地具有径向厚度，其太薄以不
允许用于容纳磁体118的机械加工的容纳狭缝并且替代地依靠铁磁组件107来容纳磁体118。
55.图12b显示了铁磁组件107如何能够提供用于将端盖179耦接(例如，通过紧固件)到基部119的界面。即，螺栓可以插入穿过端盖179、基部119和铁磁组件107并用例如螺母固定。
56.图13是转子102的透视图。盖板120、外边缘106和多个板条108形成空气124可以流动通过的多个开口122。转子102另外包括位于外边缘106内的开口125，该外边缘106内的开口125另外地允许空气124沿径向向外方向流动。基本上沿轴向132布置的外边缘106在径向和方位角方向上为转子102提供额外的机械强度。盖板120在方位角方向上提供额外的机械强度。
57.图14是转子102的透视图。在该实例中，多个板条108中的每个板条的第一端110和第二端112处于不同的方位角位置。例如，第一端110在第一方位角位置111，而第二端112在第二方位角位置113。该特征通常会产生叶轮，增加离开转子102的气流，以便在运行期间增强冷却效果。
58.图15是附接有螺旋桨叶片114的转子102的俯视图。
59.图16是附接有螺旋桨叶片114的转子102的透视图。图15和16反映了一种配置，其中螺旋桨叶片114安装在转子102中心处的轴131上。
60.图17是附接有螺旋桨叶片114的转子102的俯视图。
61.图18是附接有螺旋桨叶片114的转子102的透视图。图17和18反映了一种配置，其中螺旋桨叶片114安装到转子102的外圆周133上。
62.虽然保护范围由所附权利要求所确定，但可以通过多种方式实现本公开，其包括但不限于根据以下条款的那些：
63.条款1是一种用于电动机的转子，所述转子包括：内轮毂；外边缘；和多个板条，其中所述多个板条中的每个板条在所述内轮毂处具有第一端并且在所述外边缘处具有第二端，其中所述转子配置为驱动为空中飞行器提供力的多个螺旋桨叶片。
64.条款2是条款1所述的转子，其进一步包括配置为容纳磁体的壳体。
65.条款3是条款2所述的转子，其中所述壳体与所述外边缘径向对齐。
66.条款4是条款2或条款3所述的转子，其中所述壳体附接到所述外边缘。
67.条款5是条款2-4中任一项所述的转子，其中所述磁体成形为贴合所述壳体。
68.条款6是条款1-5中任一项所述的转子，其进一步包括：壳体，所述壳体包括多个铁磁条，所述铁磁条在轴向上伸长并且配置用于容纳多个磁体。
69.条款7是条款1-6中任一项所述的转子，其进一步包括：壳体，所述壳体包括铁磁环，所述铁磁环在方位角方向上伸长并且配置用于容纳多个磁体。
70.条款8是条款7所述的转子，其中所述铁磁环配置为在所述轴向上减少超出所述铁磁环的由所述多个磁体产生的轴向磁通量。
71.条款9是条款1-8中任一项所述的转子，其中旋转所述转子导致所述多个板条迫使空气径向向外远离所述转子。
72.条款10是条款1-9中任一项所述的转子，其中所述第一端和所述第二端处于不同的方位角位置。
73.条款11为条款1-10中任一项所述的转子，其进一步包括盖板，其中所述盖板、所述外边缘和所述多个板条形成空气可以流动通过的多个开口。
74.条款12是条款1-11中任一项所述的转子，其进一步包括盖板，其中所述内轮毂附接到所述盖板。
75.条款13是条款1-12中任一项所述的转子，其进一步包括盖板，其中所述多个板条附接到所述盖板上。
76.条款14是一种用于电动机的转子，所述转子包括：壳体，所述壳体包括第一保持结构和第二保持结构，所述第一保持结构和第二保持结构配置为抵靠磁体施加径向向外取向的力，以保持所述磁体抵靠所述壳体，其中所述转子配置为驱动为空中飞行器提供力的多个螺旋桨叶片。
77.条款15是条款14所述的转子，其中所述第一保持结构配置为在所述磁体上方沿轴向延伸。
78.条款16是条款15所述的转子，其中所述第二保持结构配置为在所述磁体上方沿轴向延伸。
79.条款17是条款14-16中任一项所述的转子，其中所述第一保持结构配置为在所述磁体上沿方位角方向延伸。
80.条款18是条款14-17中任一项所述的转子，其中所述第二保持结构配置为在所述磁体上沿方位角方向延伸。
81.条款19是条款14-18中任一项所述的转子，其中所述第一保持结构配置为与所述磁体的第一凹口配合并且所述第二保持结构配置为与所述磁体的第二凹口配合。
82.条款20是一种用于电动机的转子，所述转子包括：第一多个磁体，其在所述第一多个磁体之间限定多个间隙；壳体，其包括多个保持结构，所述多个保持结构配置为抵靠所述第一多个磁体施加径向向外取向的第一力，以保持所述第一多个磁体抵靠所述壳体；以及第二多个磁体，其位于所述多个间隙内使得所述第一多个磁体配置为抵靠所述第二多个磁体施加径向向外取向的第二力，以保持所述第二多个磁体抵靠所述壳体。
83.条款21是条款20的转子，其中所述第二多个磁体中的每个磁体包括凸面，并且其中所述第一多个磁体中的每个磁体包括凹面，所述凹面配置为将第二力施加到所述凸面。
84.已经出于说明和描述的目的呈现了对不同有利布置的描述，并且不旨在穷举或仅限于所公开形式的实例。许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。进一步地，与其他有利实例相比，不同的有利实例可以描述不同的优点。选择和描述所选择的一个或多个实例是为了解释实例的原理、实际应用，并使本领域的其他普通技术人员能够理解具有适合特定用途的各种修改的各种实例的公开。