非对称偏斜转子的制作方法

1.本公开总体上涉及一种配置为在诸如永磁同步马达(pmsm)的电动马达中使用的非对称偏斜转子。


背景技术：

2.本节中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不构成现有技术。
3.由于电力电子设备的发展(例如改进逆变器和使用矢量控制方法的发展)，电动马达在许多应用(例如高速运输)中的使用已经从直流(dc)驱动过渡为交流(ac)驱动。与dc驱动相比，ac驱动提供更高的可靠性、高效率和卓越的功率密度以及更低的维护要求。ac驱动通常与感应马达(im)和永磁同步马达(pmsm)相关联。当前的趋势似乎正在向优先使用基于高效率和功率密度的潜力的pmsm技术过渡，尽管该技术也与较高的制造和材料成本有关。
4.pmsm是ac同步马达，其励磁由永磁体来提供。pmsm可以包括位于转子表面上或内部的磁体设置，这些磁体呈现径向或切向磁化。具有表面安装磁体的pmsm的性能类似于具有圆柱形转子的同步马达，其中，扭矩完全由转子磁通与定子电流之间的相互作用产生。尽管pmsm提供了许多优点，但该技术也表现出许多不足，例如，由磁体提供的恒定磁通以及与稀土磁体相关联的高成本。此外，已知与pmsm相关联的转子表现出齿槽转矩，以及在操作期间产生谐波和振动，需要使用转子偏斜来减少谐波以及轴向配重来减少振动，这会增加与马达组件相关联的尺寸(例如，使用端部安装的配重的长度)和成本。


技术实现要素：

5.本公开总体上提供了用于电动马达的多个非对称偏斜转子，以及由其形成的电动马达。转子被配置为在定位成围绕转子的一部分的定子内旋转，其中，定子和转子沿中心线(x)对齐。每个转子包括非对称特征，使得在操作期间，当每个转子上的非对称特征垂直于中心线(x)彼此相对地对齐时，产生动平衡，并且当每个转子上的非对称特征平行于中心线(x)彼此相对地对齐时，产生静平衡。
6.根据本公开的另一方面，非对称偏斜转子被结合到电动马达(包括但不限于永磁同步马达(pmsm))中。代表旋转机构的转子至少部分地被定子包围。
7.进一步的适用领域将从本文提供的描述中显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
8.为了更好地理解本公开，现在将参考附图，以示例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：
9.图1a是沿中心线(x)观察到的pmsm中的常规定子和转子的示意图；
10.图1b是沿中心线(x)观察到的pmsm中的另一常规定子和转子的示意图；
11.图2a是沿着中心线(x)观察到的根据本公开教导的显示出动平衡的定子和非对称
偏斜转子的示意图；
12.图2b是进一步显示出动平衡的图2a中的非对称偏斜转子的透视图；
13.图3a是沿着中心线(x)观察到的根据本公开教导的显示出静平衡的定子和非对称偏斜转子的示意图；以及
14.图3b是进一步显示出静平衡的图3a中的非对称偏斜转子的透视图。
15.本文描述的附图仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。应当理解，在整个描述中，对应的附图标记表示相似或对应的部件和特征。
具体实施方式
16.本文描述的各种实施例聚焦于配置用作电动马达内的旋转机构的非对称偏斜转子。以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。例如，在本公开全文中，结合永磁同步马达(pmsm)来描述根据本文所包含的教导来制造和使用的非对称转子元件，以便较全面地说明其构造和用途。在需要电动马达(例如但不限于pmsm、伺服马达等)的任何机械、工业设备或其他装置中结合并使用这种转子元件不超出本公开的范围。
17.本公开总体上提供了用作电动马达中旋转机构的一部分的非对称偏斜转子，以及包括这种转子的电动马达。为了实现噪声、振动和性能指标，必须使马达的旋转机构平衡。使用如上所述和本文进一步定义的非对称偏斜转子在无需在设计中添加外部配重的情况下实现了这些目标，从而降低总成本和轴向封装空间。在需要时，仍可使用辅助配重，但能够将此类配重的尺寸减至最小。
18.参考图1a和图1b，包括但不限于交流(ac)电动马达的常规电动马达1a、1b通常包括转子2和定子3。当ac电动马达是永磁同步马达(pmsm)时，转子包括多个永磁体4，定子包括线圈绕组5。pmsm马达可以分为两种主要类型，表面永磁马达或内部永磁马达(ipm)。更具体地，永磁体4可以通过将它们固定到转子2的表面(如图1a所示)或将它们定位在转子2内部(如图1b所示)来定位。这两种马达类型都通过固定到转子或转子内部的永磁体来产生磁通量。磁体的表面安装可能会削弱组件的机械强度，从而限制马达可以运行的安全机械速度。另一方面，将永磁体4嵌入到转子2中使得马达在机械上非常可靠并且适合以非常高的速度运行。
19.仍然参考图1a和图1b，磁体4可以放置在多个位置，然而，这种放置使得产生围绕中心线(x)的对称的图案。每个磁体可以作为一个大块插入，或可以在它们靠近磁芯时交错排列。另一种方法是将它们嵌入到辐条图案中。磁体4的数量可以为4个到大约20个，或者为12个或更少。替代地，磁体4的数量由偶数表示，例如但不限于四个(参见图1a)、六个(参见图1b)、八个、十个或十二个。永磁体可以包括但不限于钕-铁-硼(nd-fe-b)、钐-钴(sm-co)、铝-镍-钴(alnico)或铁氧体(钡和锶)。
20.永磁同步马达(pmsm)1a、1b的定子3中的定子绕组5产生旋转磁场，该旋转磁场排斥由永磁体4表现出的磁场，由此导致转子2的旋转。相对于其他马达(例如感应马达)，pmsm的效率主要是由于转子磁体创建了一个独立且永久的磁场，因为不需要感应附加的电流来创建转子磁场。
21.现在参考图2a、图2b、图3a和图3b，根据本公开的一个方面的永磁同步马达(pmsm)1c，多个转子2被配置为在定位成围绕转子2的一部分的定子3内旋转，定子3和转子2沿中心
线(x)对齐。每个转子2包括非对称特征7，使得在操作期间，当每个转子2上的非对称特征7垂直于中心线(x)彼此相对地对齐时，产生动平衡(如图2a和图2b所示)，当每个转子2上的非对称特征7平行于中心线(x)彼此相对地对齐时，产生静平衡(如图3a和图3b所示)。
22.非对称偏斜转子2可以包括层压冲压件。除了非对称特征7之外，该层压冲压件还可以包括一个或更多个对称特征8。可以使用已知用于马达组件的层压冲压件的任何类型的材料，包括但不限于钴铁合金、镍铁合金、硅或电工钢、铁硼硅合金和层压钢。仍然参考图2a、图2b、图3a和图3b，对称特征8和非对称特征7可以是形成在转子2中的孔口6。这些孔口6的形状可以包括任何类型的几何形状。可能的几何形状的示例包括但不限于圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、菱形、梯形、六边形、八边形或平行四边形。替代地，孔口6的形状为圆形、矩形、菱形、三角形或梯形。可以使用任何形状的孔口6，只要这种形状被优化为不影响转子的磁路。非对称特征7的孔口6可以被配置为对称特征8的孔口6的一部分。例如，如果对称特征8的孔口6是圆形，则非对称特征7的孔口6可以是半圆。
23.转子2中的孔口6的数量可以为4个到大约20个，或者为12个或更少。替代地，孔口6的数量由偶数表示，例如但不限于四个、六个(参见图2a、图2b、图3a、图3b)、八个、十个或十二个。孔口6的数量可以反映与转子结合的磁体或磁极的数量，以便减少转子的总质量。转子的其他特征，例如永磁体的类型和数量、层压冲压件的材料组成以及定子和定子绕组的设计和配置，可以与常规马达中的相似或相同。
24.根据本公开的另一方面，使用上文描述且在本文中进一步限定的转子来形成电动马达，例如pmsm。该电动马达包括定位成至少部分地围绕转子的定子。定子和转子被定位为使得它们沿着中心线(x)对齐。
25.在本说明书中，已经以使撰写的说明书清晰简明的方式描述了实施例，但是旨在并且应理解的是，实施例可以在不脱离本发明的情况下以各种方式组合或分离。例如，应当理解，本文描述的所有优选特征都适用于本文描述的发明的所有方面。
26.已经出于说明和描述目的呈现了本发明的各种形式的前述描述。其不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。根据上述教导，许多修改或变化是可能的。通过选择和描述所讨论的形式来提供对本发明的原理及其实际应用的最佳说明，从而使本领域普通技术人员能够以适合特定用途的各种形式和各种修改来利用本发明。所有这些修改和变化，当根据它们公平、合法和公正地享有的范围进行解释时，都在由所附权利要求确定的本发明的范围内。