具有分段式大容量磁体的辐条式转子的制作方法

1.本文描述的实施例总体上涉及一种用于电动机的转子组件。更具体地，本发明的实施例涉及具有分段式大容量磁体的转子组件。

背景技术：

2.至少一些已知的辐条式转子电机采用扁平的矩形磁板，这些磁体板像桨船轮的叶片那样径向排列，但在每个“叶片”之间具有饼状的层压钢扇区。辐条式转子电机通常将两个相邻磁极产生的通量集中到单个钢扇区的曲面上，从而产生比单个磁体安装在转子表面上所能产生的磁通量密度更高的磁通量密度。照此，辐条式转子电机的通量集中特性通常有利于使用较便宜的磁体材料来产生与包含更强但更昂贵的稀土材料的表面安装转子电机相当的电机性能。
3.然而，较便宜的材料单位体积产生的磁场通常要弱得多。因此，当集中在磁极上时，需要更大的磁体体积来提供足够的总磁通量。最重要的磁体尺寸之一是磁板的厚度。一般来说，厚度尺寸越大，电机性能越好。然而，较厚的磁体在转子中心附近相互干扰。减小磁体的径向高度会在转子中心附近提供额外的空间，但会减少可用的总通量。
4.锥形磁体的使用可以缓解转子中心处的磁体拥挤。然而，锥形磁体容易受到由铁氧体材料厚度的巨大变化引起的严重制造问题的影响。锥形铁氧体磁体在大多数等级的铁氧体材料中都会出现开裂。因此，简单地使磁体呈锥形以解决转子中心处的拥挤会导致高昂的成本和生产问题。

技术实现要素：

5.提供此发明内容旨在以简化形式介绍发明构思的选择，下面在具体实施方式中将对其作进一步描述。此发明内容并非意在确定要求保护的主题的关键特征或主要特征，也非意在用来限制要求保护的主题的范围。本公开的其它方面和优点将从以下对实施例的详细描述和附图中显而易见。
6.在一个方面，提供了一种用于电动机的转子组件。该转子组件包括限定旋转轴线的转子芯和围绕转子芯弓形地隔开的多个磁体。每个磁体包括磁体杆部和磁体臂部。磁体杆部相对于旋转轴线径向延伸以呈现径向最外侧的杆端。磁体臂部至少部分地位于杆端的径向外侧并且相对于磁体杆部沿相反方向周向地延伸。
7.根据以下对已经通过说明的方式示出和描述的示例性实施例的描述，这些和其它实施例的优点对于本领域技术人员来说将变得更加明显。如将认识到的，本文描述的本发明实施例可以是其它不同的实施例，并且它们的细节可以在各个方面进行修改。因此，附图和描述应被视为在本质上是说明性而不是限制性的。
附图说明
8.以下描述的附图描绘了其中公开的系统和方法的各个方面。应当理解，每幅图描
绘了所公开的系统和方法的特定方面的一个实施例，并且每幅图旨在与其可能的实施例一致。此外，在可能的情况下，以下描述参照了以下附图中包括的附图标记，其中在多幅图中描绘的特征用一致的附图标记表示。
9.图1是根据本发明的一个方面的示例性电动机的透视图；
10.图2是图1所示的电动机的至少一部分的分解透视图；
11.图3是图1所示的电动机的转子组件的透视图，图示了将永久磁体插入到转子芯的轴向延伸的磁体接纳槽中；
12.图4是图3所示的转子组件的正视平面图；
13.图5是用于限定图3所示的转子组件的转子芯的叠片叠层的透视图；
14.图6是图5所示的叠片之一的正视平面图；
15.图7是图6所示叠片的外部部分的放大的局部正视平面图；
16.图8是图7所示的叠片的外部部分的另一放大的局部正视平面图；和
17.图9是图8所示的叠片的中央部分的放大的局部正视平面图。
18.除非以其它方式指出，否则本文提供的附图旨在图示本公开的实施例的特征。认为这些特征可适用于包括本公开的一个或更多实施例的各种系统中。因此，附图并非旨在包括本领域的普通技术人员为了实践本文中公开的实施例而需要了解的所有常规特征。虽然附图不一定提供所示部件或结构的精确尺寸或公差，但附图是相对于附图所示结构的部件之间的关系按比例绘制的。
具体实施方式
19.以下对本公开的实施例的详细描述参考了附图。实施例旨在足够详细地描述本公开的各方面，以使本领域普通技术人员能够实践本公开。本公开的实施例是通过示例的方式而不是通过限制的方式进行说明的。可以采用其它实施例，并且可以在不脱离权利要求的范围的情况下做出变更。因此，以下描述不是限制性的。本公开的范围仅通过所附权利要求以及这些权利要求所享有的等同特征的全部范围来定义。
20.在本说明书中，对“一个实施例”、“一实施例”或“实施例”的引用意味着所提及的一个或多个特征被包括在本技术的至少一个实施例中。在本说明书中对“一个实施例”、“一实施例”或“实施例”的单独引用不一定指同一实施例并且也不是相互排斥的，除非如此说明和/或除非对本领域技术人员来说根据该描述将显而易见。例如，一个实施例中描述的特征、结构、步骤等也可以被包括在其它实施例中，但不一定被包括在内。因此，本技术可以包括本文描述的实施例的多种组合和/或整合。
21.在下文的说明书和权利要求书中，将提及多个术语，应该将这些术语定义为具有以下含义。单数形式“一”、“一个”和“该”包括多个指代对象，除非在上下文中清楚地另有所指。“任选的”或“任选地”意味着随后描述的事件或情形可以发生，也可以不发生，并且该描述包括发生该事件的情况和不发生该事件的情况。
22.如文中在说明书和权利要求书全文所用的近似语可以适用于修饰准许改变而不会引起它所涉及的基本功能的变化的任何量化表示。因此，由一个或多个术语如“约”、“大约”和“大致/基本上”修饰的值并不局限于所指定的精确值。在至少一些例子中，近似语可以对应于用于测量该值的仪器的精度。这里并且在说明书和权利要求全文中，范围限制可
以组合和/或互换。除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。
23.如文中所用，术语“轴向”和“轴向地”是指大致平行于电机组件的纵向或旋转轴线延伸的方向和方位/取向。术语“径向”和“径向地”是指大致垂直于旋转轴线延伸的方向和方位。术语“切线”和“切向”是指大致垂直于电机组件的径向方向延伸的方向和方位。另外，如文中所用，术语“周向”和“周向地”是指在围绕电机组件的旋转轴线的大体方向上延伸的方向和方位(此类引用不限于纯圆形延伸或物体的周边或外周，除非上下文另外明确指出)。此外，诸如“顶部/上”、“底部/下”、“正面/前”、“背面/后”、“侧面”等术语的方向性参考在文中仅为了方便而使用并且应当仅相对于彼此来理解。例如，在实践中，一部件可能被定向为使得文中称为“顶部”和“底部”的面在实践中相对于所选择的参考系是侧向的、成角度的、倒置的等。
24.概括地说，本公开涉及一种辐条式转子电机，该电动机包括在每个叠片转子芯磁体槽中的几何形状，以便于增大容纳在其中的永久磁体的体积。每个磁体槽通常定义为“t”形，其中对应的磁体包括两(2)个常用的扁平矩形板状磁体。简单的板状磁体很常见，并且是在高度优化的生产工艺中制造的。磁体臂部(即“t”形的水平部分)被磁化以保留磁极的大致圆周方向。磁体杆部(即“t”形的竖直部分)以传统的辐条式转子取向定位，并且具有比臂部分的周向轮廓薄的周向轮廓，这便于定位和装配在靠近转子芯的中心的拥挤区域中。此外，本公开提供了相对于转子芯的标称外周面定位磁体臂部的几何结构，以便于降低电机的绕组可能产生的去磁场强度。
25.这种辐条式转子设计的一个优点是它消除了对制造成本高得令人望而却步而且极易开裂的锥形磁体的需要。照此，使用本发明提供的简单板状磁体转而显著降低了成本并且提高了生产率。另一个好处是能够通过增大每个磁极中的磁性材料的体积来增加集中在转子的每个磁极上的磁通量。增加磁通量有助于提高电机的性能。
26.示例性电动机
27.图1是根据本发明的一个方面的示例性电动机10的透视图。图2是电动机10的至少一部分的分解透视图。在该示例性实施例中，电动机10被示为内转子电机。如将要描述的，内转子电机具有相对于用作定子的绕组定位在径向内侧的磁体。然而，根据本发明的一些方面，电动机10可以替代地是外转子电动机或双转子电动机。
28.如图2所示，图示的电动机10大体上包括基本上封装在外壳16内的定子组件12和转子组件14。转子组件14被支承以围绕旋转轴线“a”相对于定子组件12旋转。外壳16的形状大体为圆筒形并且包括用于接纳定子组件12和转子组件14的至少一部分的腔体18。
29.定子组件12的形式大体是圆环形并且限定了与旋转轴线“a”同轴的定子轴线。然而，根据本发明的一些方面，这些轴线可以是非同轴的。定子组件12优选地包括定子芯20和缠绕在定子芯20周围的多个线圈22。此外，在一些实施例中，定子组件12包括定位在定子芯20与线圈之间的多个电绝缘覆盖物26。
30.定子芯20优选地由钢制成并且可以是一体结构或叠层结构。替代地或附加地，定子芯20在形式上可以是分段的。然而，根据本发明的某些方面，定子芯20可以由多种合适的材料和/或构造方法中的任何一种或多种制成。
31.定子芯20优选地包括环形轭(未示出)和从该轭至少大体径向向内延伸的多个弓
形地隔开的齿(未示出)。设想定子芯20可以具有使电动机10能够如文中所述那样起作用的任何数量的齿。多个线圈22由围绕每个齿缠绕的导电配线形成。配线环绕每个齿以形成线圈22，其中每个线圈22对应于齿中的一个。配线优选地是铜，尽管可以使用铝或多种导电材料中的任何一种或多种而不脱离本发明的范围。
32.在该示例性实施例中，转子组件14被描绘为无刷永磁转子组件并且包括转子芯24、转子轴28和轴联接器40。转子轴28限定转子组件14的旋转轴线。如下文将更详细地描述的那样，转子组件14还包括多个磁体48，每个磁体都包括磁体杆部48a和磁体臂部48b。转子组件14的旋转轴线与旋转轴线“a”同轴。注意，根据本发明的某些方面，转子芯24可构造成用于发电机或包括定子组件12的其它电机。
33.转子芯24的形式通常是圆柱形并且优选地由钢制成。转子芯24可以是一体结构或叠层结构。替代地或附加地，转子芯24在形式上可以是分段的。然而，根据本发明的某些方面，转子芯24可以由多种合适材料和/或构造方法中的任何一种或多种制成。
34.如上所述，电动机10包括外壳16。外壳16的形状大体是圆柱形并且大体上围绕定子组件12周向地延伸。或者，根据本发明的某些方面，外壳16可围绕定子组件12延伸，从而提供一个或多个平坦侧面或以其它方式替代地成形。在该示例性实施例中，外壳16分别具有轴向相对的第一外壳端部32和第二外壳端部34，并且围绕定子组件12和转子组件14基本连续地延伸以至少部分地封包定子组件12和转子组件14。根据本发明的某些方面，外壳16包括穿过其中的开口或槽。例如，在某些实施例中，可以提供一个或多个开口或槽以有利于通风和/或接触/访问。
35.外壳16形成电动机10的电机罩壳46的一部分。电机罩壳46分别包括外壳16以及第一端罩36和第二端罩38。外壳16以及第一端罩36和第二端罩38共同限定至少基本上接纳定子组件12和转子组件14的电机室30。更具体地，第一端罩36定位成邻近第一壳体端部32并与其联接。另外，第二端罩38定位成邻近第二壳体端部34附近并与其联接。具体地，外壳16通过在第一端罩36和第二端罩38之间延伸并联接到第一端罩36和第二端罩38的多个紧固件(未示出)联接到第一端罩36和第二端罩38并保持在其间的适当位置。可以设想，在本发明的某些方面中，第一端罩36和第二端罩38中的一者或多者可以位于相应的第一壳体端部32和第二壳体端部34的内侧或与其向外间隔开。
36.电动机10包括第一轴承组件42和第二轴承组件44，它们协同地可旋转地支承转子组件14的转子轴28。第一端罩36构造成支承第一轴承组件42，而第二端罩38构造成支承第二轴承组件44。可以提供替代的或附加的轴承组件支承件而不脱离本发明的范围。
37.转子组件
38.图3是电动机10的转子组件14的透视图，示出了将一对永久磁体杆部48a和磁体臂部48b插入转子芯24的轴向延伸的磁体接纳槽50中。图4是转子组件14的正视平面图。在该示例性实施例中，转子轴28轴向延伸穿过转子芯24以限定旋转轴线“a”。转子轴28固定地联接到转子芯24并且相对于转子芯同心地定位。转子轴28包括从转子芯24向前延伸的第一端52和从转子芯24向后延伸的较短的第二端53。转子轴28包括限定在其中的用于锁定转子芯24的叠片的键槽54，如文中所述。第二端53包括槽55，尽管在本发明的一些方面，可以省略槽55。
39.转子组件14包括围绕旋转轴线“a”或转子轴28呈弓形布置的多个磁体接纳槽50。
优选地，磁体接纳槽均匀地间隔开。然而，根据本发明的一些方面，允许使用不均匀的布置或可变间隔的布置。转子组件14还包括多个永久磁体杆部48a和磁体臂部48b，其中每个磁体接纳槽50都包括插入其中的一(1)个磁体杆部48a和一(1)个磁体臂部48b。在该示例性实施例中，转子芯24以及磁体杆部48a和磁体臂部48b刚性地联接在一起并且构造成与转子轴28一起旋转。
40.在该示例性实施例中，转子芯24由多个叠片叠层56制成，每个叠片叠层56都可以围绕旋转轴线“a”以不同角度旋转或弓形/弧形地偏移。叠片叠层56呈板或叠片156(见图6)的形式，其彼此以面对面接触的方式放置或叠置，使得转子芯24沿着旋转轴线“a”轴向延伸预定长度。每个叠片叠层56都具有相对的轴向面110和112(见图5)，其中面110或112中的一个面向第一轴向方向并且另一个面向相反的轴向方向。限定每个叠层的多个叠片156优选地互锁(例如，彼此联接)，尽管本发明的某些方面设想使用松散的叠片。在该示例性实施例中，每个叠片156都由合适的材料通过例如机加工、冲压(stamped)、冲孔(punched)等制成(，材料包括例如但不限于导磁材料，例如铁、钢或钢合金。注意，在本发明的各个方面，叠片可以包括具有不同形式的叠片或者可以包括具有基本相同形式的叠片。
41.如上所述，转子芯24包括多个大致径向延伸的磁体接纳槽50。每个磁体接纳槽50都定位在转子组件14的磁极扇区58内。图示的实施例包括十(10)个磁体接纳槽50，从而限定十(10)个转子磁极扇区58。注意，在本发明的其它方面，转子芯24可以包括更多或更少的磁极扇区58，取决于设计要求。还应注意，磁体杆部48a和磁体臂部48b为了说明的目的而被一定程度上示意性地示出，但通常确定尺寸为紧密配合在磁体接纳槽50内以促进与转子芯24的牢固、非移动配合。图示的实施例描绘了单对磁体杆部48a和磁体臂部48b，其大致沿每个叠片叠层56的对应磁体接纳槽50的整个轴向长度延伸。然而，本发明的方面设想位于每个相应的磁体接纳槽50内的多个轴向布置的磁体杆部48a和磁体臂部48b。
42.参照图3，在该示例性实施例中，转子组件14包括限定转子芯24的四(4)个叠片叠层56。如在此所述，示例性转子芯24是十(10)极转子芯。图3和图4所示的每个叠片叠层56基本相同。然而，为了限定转子芯24的偏移，轴向相邻的叠片叠层56相对于每个相邻叠片围绕旋转轴线“a”旋转预定量。在一优选实施例中，每个叠片叠层56都相对于相邻叠片沿相同方向旋转等于大约四度(4
°
)的量。例如，每个叠片叠层56都可以旋转在约三度(3
°
)与大约五度(5
°
)之间(含)的范围内的量。在本发明的其它方面，叠片叠层56可以围绕旋转轴线“a”旋转任何使转子芯24能够如文中所述起作用的替代量。
43.示例性叠片
44.图5是根据本发明的一个方面的叠片叠层56的透视图。图6是图5所示的叠片叠层56的叠片156之一的正视平面图。图7和图8是图6所示的叠片156的外部的放大的局部正视平面图，特别示出了其几何特征。图9是图6所示的叠片156的中心部分的放大的局部正视图，特别示出了其几何特征。参照图6，如上所述，叠片156限定十(10)个磁极扇区58。每个磁体接纳槽50都位于转子芯24的旋转轴线“a”的径向外侧，该旋转轴线“a”被显示为叠片156的中心。
45.叠片156包括多个中心槽轴线72。多个径向磁极节线74延伸通过叠片156的中心(例如，旋转轴线“a”)，其中每个径向磁极节线74都在相邻的一对磁体接纳槽50之间在角度上居中，使得每对相邻的磁体接纳槽50都关于各自的径向磁极节线74对称地设置。每条径
向磁极节线74限定两个相邻磁极扇区58之间的边界，其中相邻的径向磁极节线74在它们之间限定磁极扇区58。每个中心槽轴线72都从叠片156的旋转中心通过并平分相应的磁极扇区58(即，在相邻径向磁极节线74之间在角度上居中)。在图6中，为了清楚起见，仅示出了四(4)个槽轴线72。
46.叠片156优选地包括多个基本相似的磁极段60，它们围绕旋转轴线“a”(或者，如替代地描述的，绕转子轴28)呈弓形布置。磁极段60从叠片156的中心毂部92延伸。在一优选实施例中，如图4所示，磁极段60与相应的磁体48弓形地交替，使得磁体48中的每一个都插设在周向相邻的磁极段60之间。
47.优选地，磁极段60围绕旋转轴线“a”均匀地间隔开。每个磁体48优选居中地定位在周向相邻的磁极段60之间。此外，每个磁体48都优选与磁极段60中的周向相邻的磁极段直接接触。然而，应注意，在本发明的某些方面，可以使用不均匀或可变的磁极段60间距。
48.在该示例性实施例中，叠片叠层56具有在约十分之五英寸(0.5”)与约十分之七英寸(0.7”)之间(含)的范围内的厚度。然而，在本发明的其它方面，叠片叠层厚度可包括任何使叠片叠层56能够如文中所述那样起作用的替代措施。上述范围增加了转子芯24的强度并降低了其制造成本。
49.参照图6，磁极段60包括径向外表面62，其至少部分地协同限定用附图标记“b”表示的环形标称周面。注意，环形标称周面“b”是与叠片156的径向最外部尺寸大体上对应的假想形状。
50.在该示例性实施例中，磁极段60形成为相对于径向磁极节线74大致对称。每个磁极段60都包括主体64和一对凸片66。每个凸片66彼此相对地从主体64大致呈弓形/弧形向外延伸(例如，大体周向地)。
51.如图6所示，主体64大体上是楔形的。特别地，主体64包括径向外表面62(上文描述)，其大致以对应的径向磁极节线74为中心。主体64进一步包括一对弓形地间隔开的相对的主体边缘68和从主体边缘68大体上径向延伸的一对弓形地间隔开的相对侧壁70。特别地，在一优选实施例中，给定磁极段60的侧壁70各自都朝向彼此向内延伸(即，逐渐变细)，每个侧壁70都大致平行于相应的中心槽轴线72。照此，每对相邻磁极段60的相邻侧壁70大致彼此平行地延伸。这是有利的，因为可以在转子组件14中使用常见的扁平矩形板状磁体，例如磁体杆部48a。
52.每个凸片66都包括径向最外侧的弓形/弧形凸片面76，其直接从相应的主体边缘68大体周向地延伸。然而，可以设想，根据本发明的一些方面，凸片面76可以是大致平面的和/或具有其它几何特征结构。每个凸片66还包括径向最内侧的凸片面78，该径向最内侧的凸片面78位于相应凸片面76的径向内侧。最内侧的凸片面78直接从相应的一个侧壁70延伸。每个凸片66还包括末端面80。每个末端面80与主体64大体弓形地隔开，并且在相应的凸片面76和凸片面78之间大体径向延伸并相互连接。
53.在该示例性实施例中，磁极段60的径向外表面62中的每一个形成为与旋转轴线“a”同心。亦即，每个径向外表面62都沿着圆形路径延伸并且其曲率中心与旋转轴线“a”重合。或者，在本发明的某些方面，可以设想径向外表面62包括替代的几何形状。
54.如上所述，最外侧的凸片面76从主体边缘68大体周向地延伸。另外，在该示例性实施例中，凸片面76从对应的主体边缘68径向向内延伸。亦即，每个凸片面76都径向向内延伸
以便定位在环形标称周面“b”的径向内侧。凸片66的最内侧凸片面78和每个对应的侧壁70在它们之间形成近似直角(即，90
°
角)。
55.如图7所示，主体64进一步包括一对弓形地间隔开的相对凹口82，每个凹口82被限定在相应的一个侧壁70中。特别地，对于每个相对凹口82，主体64包括从侧壁70朝向相应的磁极段60的对应的径向磁极节线74大体周向地向内延伸的径向上最外侧的凹口面84。最外侧的凹口面84与环形标称周面“b”径向向内间隔开预定距离，如下面进一步描述的。最外侧的凹口面84和每个对应的侧壁70在它们之间形成近似直角(即，90
°
角)。主体64还包括锥形壁86，锥形壁86直接从最外侧的凹口面84成角度α大体向内延伸。角度α优选地在约三十度(30
°
)与六十度(60
°
)之间(含)。在一优选实施例中，角度α为约四十五度(45
°
)。
56.此外，主体64包括从侧壁70大体周向向内延伸的径向最内侧的凹口面88。在一优选实施例中，最内侧的凹口面88大致平行于最外侧的凹口面84。主体64还包括凹口侧壁90。每个凹口侧壁90与相应的侧壁70大体弓形地间隔开，并且在锥形壁86和凹口面88中的相应一者之间大体径向延伸并将其相互连接。特别地，在一优选实施例中，给定磁极段60的凹口侧壁90各自都朝向彼此向内延伸(即，逐渐变细)，各自都大致平行于相应的侧壁70(或相应的中心槽轴线72)。照此，每对相邻磁极段60的相邻凹口侧壁90大致彼此平行地延伸。与上述侧壁70的几何形状一样，这是有利的，因为可以在转子组件14中使用常见的扁平矩形板状磁体，例如磁体臂部48b。
57.参照图8，相邻的磁极段60对配合以限定“t”形的磁体接纳槽50。凹口82配合以限定磁体接纳槽50的槽臂部分120，该槽臂部分120构造成在其中接纳磁体臂部48b。同样，侧壁70配合以限定磁体接纳槽50的槽杆部130，该槽杆部130构造成在其中接纳磁体杆部48a。然而，应注意，根据本发明的一些方面，叠片156的磁极段60可以不包括相对的凹口82。
58.此外，每个磁体接纳槽50都具有开口槽孔125，其在槽臂部120与环形标称周面“b”之间延伸。如所描绘的，槽孔125部分地由相邻的磁极段60对的凸片66限定。
59.在该示例性实施例中，槽杆部130具有周向延伸的第一槽宽度w1，其大小确定为在其中接纳相应的磁体杆部48a。在一优选实施例中，第一槽宽度w1在约百分之四十五英寸(0.45”)与约百分之五英寸(0.50”)之间(含)的范围内。在本发明的其它方面，第一槽宽度w1可以是任何使叠层156能够如文中所述起作用的量度。
60.槽臂部120位于槽杆部130的径向外侧，并且如文中所述定向为大致垂直于槽杆部130。槽臂部120具有周向延伸的第二槽宽度w2，其大小确定为在其中接纳相应的磁体臂部48b。在一优选实施例中，第二槽宽度w2在约百分之六十五英寸(0.65”)与约百分之七十五英寸(0.75”)之间(含)的范围内。在本发明的其它方面，第二槽宽度w2可以是任何使叠片156能够如文中所述起作用的任何量度。
61.在该示例性实施例中，位于槽臂部120径向外侧的槽孔125具有周向延伸的第三槽宽度w3。在一优选实施例中，第三槽宽度w3在约百分之三十英寸(0.30”)与约百分之四十英寸(0.40”)之间的范围内(含)。在本发明的其它方面，第三槽宽度w3可以是任何使叠片156能够如文中所述起作用的量度。
62.参照图9，磁极段60的主体64包括磁体定位结构，该磁体定位结构包括一对呈弓形间隔开的、相对的径向内凸片94。更具体地，内凸片94包括大体周向延伸的小圆块/凸块，其构造成限制相应磁体48的径向向内移位。参照图4，每个磁体杆部48a的径向最内侧表面96
优选地与相应的一对内凸片94间隔开但相邻。在本发明的某些其它方面，限制这种移位的替代或附加方式是允许的。在一优选实施例中，内凸片94有利于磁体杆部48a的固定。此外，磁体杆部48a可以替代地或附加地借助于径向内侧的、大体径向延伸的凸片或由叠片156的磁极段和/或中心毂部92限定的其它几何特征结构来固定或限制。
63.在图9所示的示例性实施例中，中心毂部92包括穿过其中限定的中心轴接纳开口98。中心轴接纳开口98与旋转轴线“a”大致同心。中心毂部92包括沿着中心轴接纳开口98的内表面104限定的一对呈弓形间隔开的、轴向延伸的沟槽100和102。沟槽100和102构造成与键槽54(在图3中示出)配合以有利于将转子芯24的叠片156锁定在预定位置。
64.沟槽100被限定在中心毂部92中并且具有中心轴线106。在该示例性实施例中，沟槽100的中心轴线106从径向磁极节线74中的相应一条成角度地偏移预定角度“c”。然而，在一些实施例中，中心轴线106可以与相应的径向磁极节线74对齐。在一优选实施例中，预定角度“c”为约四度(4
°
)。然而，在本发明的其它实施例中，预定角度“c”可以是任何使叠层156能够如文中所述起作用的角度量度。
65.此外，沟槽102还包括中心轴线108。在该示例性实施例中，沟槽102的中心轴线108从沟槽100的中心轴线106成角度地偏移预定角度“d”。在一优选实施例中，预定角度“d”为约一百五十二度(152
°
)。然而，在本发明的其它实施例中，预定角度“d”可以是任何使叠片156能够如文中所述起作用的角度量度。
66.总体上参照图3和8，如文中所述，磁体48包括磁体杆部48a和磁体臂部48b。磁体杆部48a和48b中的每一者都优选地具有大致立方体形状。更具体地，磁体杆部48a优选地具有径向最内面96、径向最外面114、一对周向间隔开的侧面116和轴向间隔开的端面118。面96、114、116、118优选是至少大致平坦的并且以立方体方式布置。此外，磁体臂部48b优选地具有径向最外面122、径向最内面124、一对周向间隔开的侧面126和轴向间隔开的端面128。面122、124、126、128优选是至少大致平坦的并且以立方体方式布置。然而，根据本发明的一些方面，允许磁体形状变化(例如，通过提供一个或多个曲面和/或面之间的非正交界面)，尽管相邻的磁极段的侧面最优选互补地成形。
67.在该示例性实施例中，每个磁体杆部48a都位于相应的槽杆部130中并相对于旋转轴线“a”径向延伸。每个磁体杆部48a的径向最内面96都优选地与磁体保持内凸片94中的对应磁体保持内凸片94间隔开但相邻。每个侧面116优选地直接邻接磁极段侧壁70中的对应一个。此外，每个单个的磁体臂部48b都位于相应的槽臂部120中并且相对于磁体杆部48a沿相反方向大致周向地延伸。每个磁体臂部48b的径向最内面124直接邻接磁体杆部的径向最外面114中的对应一个，使得磁体48是连续的。然而，在一些实施例中，可以在每个磁体臂部48b的径向最内面124与磁体杆部的径向最外面114中的对应一个之间限定间隙。此外，在本发明的其它实施例中，每个磁体臂部48b只有一部分位于磁体杆部的径向最外面114中的相应一个的径向外侧。例如，每个磁体臂部48b都可以包括在径向最内面124中的凹口，用于接纳对应的一个磁体杆部48a的一部分和相关的径向最外面114。
68.在该示例性实施例中，每个磁体臂部48b的每个侧面126都优选地直接邻接对应的一个凹口侧壁90。相应的磁体接纳槽50中的磁体杆部48a和对应的磁体臂部48b彼此大致垂直，从而形成“t”形磁体48，如上所述。应当注意，虽然示例性实施例描述了形成“t”形磁体的单个杆状磁体和单个对应的臂状磁体，但是可以设想，在本发明的某些方面，可以将一个
以上的臂状磁体结合到转子芯中。例如，在一些实施例中，单个杆状磁体可以包括至少部分地定位在其径向外侧的两(2)个或更多个相邻的周向地延伸的臂状磁体。臂状磁体可以具有不同的周向长度，使得臂状磁体与杆状磁体配合以形成倒置的阶梯状楔形。
69.如上所述，磁体臂部48b相对于转子芯24的标称外周面“b”定位在径向内侧，以有利于降低电动机的绕组可能产生的去磁场强度。特别地，径向最外面122与标称外周面“b”间隔开预定距离d1。在一优选实施例中，距离d1在约百分之二十五英寸(0.25”)与约百分之三十英寸(0.30”)之间(含)的范围内。然而，应注意，在本发明的某些其它方面，距离d1可以是任何使转子芯24能够如文中所述起作用的量度。
70.在该示例性实施例中，磁体臂部48b具有在径向方向测量的磁体厚度t1。在一优选实施例中，厚度t1在约百分之四十五英寸(0.45”)与约百分之五十英寸(0.50”)之间(含)的范围内。在本发明的其它方面，磁体厚度t1可以是任何使磁体臂部48b能够如文中所述起作用的量度。此外，磁体杆部48a具有在垂直于径向方向的切线方向上测量的磁体厚度t2。在一优选实施例中，厚度t2与磁体臂部48b的厚度t1大致相同。如上所述，磁体臂部48b(即，“t”形磁体48的水平部分)被磁化以保留磁极的大体圆周方向。亦即，磁体臂部48b的北极和南极被限定在周向间隔开的侧面126上。磁体杆部48a被磁化，使得磁体杆部48a的北极和南极被限定在周向间隔开的侧面116上。此外，各对磁体48a和48b(即，磁体48)的极性方向优选地交替。更具体地，第一个磁体48的北极优选地面向第二个磁体48的北极，等等。亦即，每个磁极段60优选地仅邻接相邻磁体48的相同磁极，其中磁极段60的极性因此交替。
71.如图8所示，磁体杆部48a限定径向延伸的纵向轴线“d”，其在切线方向上居中地位于磁体上。类似地，磁体臂部48b限定周向延伸的纵向轴线“e”，其在径向方向上居中地位于磁体上。在一优选实施例中，纵向轴线“d”和“e”彼此垂直。此外，在一优选实施例中，磁体臂部48b相对于纵向轴线“d”沿相反的方向延伸。亦即，磁体臂部48b相对于磁体杆部48a大致居中，从而限定“t”形磁体48。然而，应注意，在本发明的某些方面，设想磁体臂部48b的不等周向延伸。
72.在一优选实施例中，磁体48是永久磁体。此外，磁体48优选地包括铁氧体。然而，根据本发明的某些方面，可以使用其它磁体材料(例如，钕和其它稀土材料)。
73.在操作中，转子组件14通过首先制造布置在多个叠片叠层56中的多个叠片156来组装。如上所述，叠片156可以例如通过机加工、冲压、冲孔和/或使用其它合适的层压成型技术由合适的材料制成，包括但不限于磁渗透材料，例如铁、钢或钢合金。在将叠片156制造成叠片叠层56之后，将磁体48(例如，磁体杆部48a和磁体臂部48b)插入到如上所述的磁体接纳槽50中。叠片叠层56被如下所述定向和堆叠。每个叠片叠层56的多个叠片156优选地互锁(例如，彼此联接)，尽管本发明的某些方面设想使用松散叠片。
74.如上所述，为了限定转子芯24的歪斜/偏移构型，使轴向相邻的叠片叠层56相对于每个相邻叠片叠层绕旋转轴线“a”旋转预定量。在一优选实施例中，转子芯24包括4个叠片叠层56(见图3)，每个叠片叠层56都与相邻的叠片叠层56成角度地偏移。
75.在一个示例中，将第一叠片叠层56(例如，最靠近转子轴28的第一端52的叠片叠层56)定位在转子轴28上，其中沟槽100与键槽54对齐并且其轴向面112被呈现为朝向第一端52。然后将第二叠片叠层56定位在转子轴28上，其中沟槽102与键槽54对齐并且其轴向面110被呈现为朝向第一端52。这样，相邻叠片叠层56的相对轴向面110和112以面对面接触的
方式彼此邻接。照此，第二叠片叠层56相对于邻接的第一叠片叠层56成角度地偏移约四度(4
°
)。然后将第三叠片叠层56定位在转子轴28上，其中沟槽102与键槽54对齐并且其轴向面112被呈现为朝向第一端52。亦即，第一和第三叠片叠层56(串联布置)具有被呈现为朝向转子轴28的第一端52的相同轴向面(例如，轴向面112)。然而，第一和第三叠片叠层56基于不同沟槽(例如，沟槽100和102)与键槽54对齐而成角度地偏移。然后将第四叠片叠层56定位在转子轴28上，其中沟槽110与键槽54对齐并且其轴向面112被呈现为朝向转子轴的第一端52。照此，每个叠片叠层56都相对于相邻叠片沿相同方向旋转等于约四度(4
°
)的量。
76.参照图4，在一替代实施例中，在槽臂部120与环形标称周面“b”之间延伸的开口槽孔125可以充填有非铁材料132。只要由电动机10的快速变化的磁场所感应的涡流不会在非铁材料中产生过多的功率损耗，非铁材料132——其作用类似于涉及磁力的简单空置空间——就可以代替由开口槽孔125限定的空置空间。非铁材料132可以帮助固定磁体臂部48b并且有利于减少在电动机10运行期间由于快速旋转的转子组件而造成的风阻损失。可以用于充填开口槽孔125的非铁材料的示例包括但不限于合成树脂、塑料、环氧树脂等。
77.有利地，本发明的实施例可供用于增加电动机的转子磁极中的磁性材料的体积而不需要使用锥形磁体。通过提供由常见的平板型磁体制成的“t”形磁体，可以增加每个转子磁极的磁通量密度。使用常见的平板型磁体使得可制造性提高，同时通过减少对特殊制造的磁体的需求而降低了所公开的转子组件的制造成本。本发明的另一个优点是，通过将磁体在外转子表面的径向内侧间隔开而降低了已知的可能由电动机绕组产生的磁体的退磁敏感性，同时通过增加磁性材料的体积保持或增加了总磁通量密度。
78.尽管以上说明呈现了本发明的优选实施例的特征，但也可根据本发明的原理形成其它优选实施例。例如，这些其它优选实施例可设置有从上述实施例中的一个或多个提取的特征。再者，这些其它优选实施例可包括上述多个实施例的特征，特别是在这些特征尽管在以上描述中已作为单独的实施例的一部分独立地呈现但适合一起使用的情况下。
79.本领域的普通技术人员将理解，可以做出前述实施例的任何合适的组合而不脱离本发明的精神。
80.上述本发明的优选形式仅应用作说明且不应当在限制的意义上用于解释本发明的范围。本领域技术人员可容易地作出对如上文所述的对示例性实施例的明显修改，而不会脱离本发明的精神。

技术特征：

1.一种用于电动机的转子组件，所述转子组件包括：限定旋转轴线的转子芯；和绕所述转子芯弓形地间隔开的多个磁体，所述磁体中的每一个都包括磁体杆部和磁体臂部，所述磁体杆部相对于所述旋转轴线径向延伸以呈现径向最外侧的杆端，所述磁体臂部至少部分地位于所述杆端的径向外侧并且相对于所述磁体杆部沿相反的方向周向地延伸。2.根据权利要求1所述的转子组件，所述磁体杆部和所述磁体臂部中的每一者都具有立方体形状。3.根据权利要求2所述的转子组件，所述磁体杆部和所述磁体臂部相对于彼此大致垂直地布置。4.根据权利要求3所述的转子组件，所述磁体臂部完全位于所述磁体杆部的径向外侧。5.根据权利要求4所述的转子组件，所述磁体杆部和所述磁体臂部彼此接触，使得每个磁体都是连续的。6.根据权利要求5所述的转子组件，所述磁体臂部是单个的，使得每个磁体都呈t形并且仅包括位于所述磁体杆部的径向外侧的单个的磁体臂部。7.根据权利要求6所述的转子组件，所述磁体臂部具有在径向方向上测量的臂厚度，所述磁体杆部具有在垂直于径向方向的切线方向上测量的杆厚度，所述臂厚度和杆厚度大致相等。8.根据权利要求7所述的转子组件，所述磁体杆部限定径向延伸并且在切线方向上居中地定位的纵向杆轴线，所述磁体臂部相对于所述纵向杆轴线在相反的方向上相等地延伸。9.根据权利要求8所述的转子组件，所述转子芯具有外周芯表面，所述磁体臂部与所述外周芯表面间隔开。10.根据权利要求9所述的转子组件，所述转子芯包括多个轴向延伸的磁体槽，所述磁体槽中的每一个都具有槽杆部和槽臂部，其中所述磁体杆部被接纳在所述槽杆部中，而所述磁体臂部被接纳在所述槽臂部中,所述磁体槽中的每一个都具有在所述槽臂部与所述外周芯表面之间延伸的槽孔。11.根据权利要求10所述的转子组件，所述孔是开口的。12.根据权利要求9所述的转子组件，所述转子芯具有限定中心轴接纳开口的径向最内侧的毂部，所述磁体杆部与所述毂部间隔开。13.根据权利要求1所述的转子组件，所述转子芯包括多个轴向延伸的磁体槽，所述磁体槽中的每一个都具有槽杆部和槽臂
部，其中所述磁体杆部被接纳在所述槽杆部中，而所述磁体臂部被接纳在所述槽臂部中。14.根据权利要求13所述的转子组件，所述磁体槽中的每一个都呈t形。15.根据权利要求13所述的转子组件，所述转子芯包括在周向上彼此间隔开的多个磁极段，其中所述磁体槽中的相应一者被限定在相邻磁极段之间，每个磁极段都包括磁体定位结构。16.根据权利要求15所述的转子组件，所述磁体定位结构包括周向延伸的径向内凸片，所述径向内凸片延伸到相应磁体槽的槽杆部中。17.根据权利要求1所述的转子组件，所述磁体臂部完全位于所述磁体杆部的径向外侧，所述磁体杆部和所述磁体臂部彼此接触，使得每个磁体都是连续的。18.根据权利要求1所述的转子组件，所述转子芯具有外周芯表面，所述磁体臂部与所述外周芯表面间隔开。19.根据权利要求18所述的转子组件，所述转子芯包括多个轴向延伸的磁体槽，所述磁体槽中的每一个都具有槽杆部和槽臂部，所述磁体杆部被接纳在所述槽杆部中，而所述磁体臂部被接纳在所述槽臂部中，所述磁体槽中的每一个都具有在所述槽臂部与所述外周芯表面之间延伸的槽孔。20.根据权利要求19所述的转子组件，所述槽臂部具有周向延伸的第一槽宽度，所述槽孔具有周向延伸的第二槽宽度，所述第一槽宽度大于所述第二槽宽度。

技术总结

一种用于电动机的转子组件包括转子芯和多个磁体。转子芯限定旋转轴线。每个磁体都包括磁体杆部和磁体臂部。磁体杆部相对于旋转轴线径向延伸以呈现径向最外侧的杆端。磁体臂部至少部分地位于杆端的径向外侧。另外，磁体臂部相对于磁体杆部沿相反的方向周向地延伸。部相对于磁体杆部沿相反的方向周向地延伸。部相对于磁体杆部沿相反的方向周向地延伸。