具有降噪转子凹口的电机制造技术

用于例如电气化动力传动系的电机的转子组件包括：转子，具有内径表面和外径表面；以及转子轴，连接到转子，并且由转子环绕。转子具有等距间隔的转子磁极，每个具有正交轴线（“q‑轴线”）和一对直轴线（“d‑轴线”）。在转子的磁极中的每个处，转子限定至少三个弓形凹口，包括由q‑轴线二等分的中心凹口和对称地侧接中心凹口的一对附加弓形凹口。转子可包括可按双V形配置布置的嵌入永磁体。每个附加凹口可定位在磁体的顶层开放角度的扫掠范围内。中心凹口和/或一对附加凹口可限定使凹口平滑过渡到外径表面中的切向连续嵌边。

【技术实现步骤摘要】
具有降噪转子凹口的电机
技术介绍
电力牵引马达、发电机和马达发电机单元在本领域中共同地被称为旋转电机。在典型径向磁通量机器中，圆柱形定子外切圆柱形转子，其中，定子与转子由径向气隙从彼此间隔开短距离。等距间隔的定子齿朝向转子的外径表面径向向内突出，其中，相邻定子齿由相应定子狭槽从彼此分离。每个定子狭槽填充有导线或固体条段，以由此形成一组定子绕组。在电机的多相实施例中，交流输入电压经由对应相引线施加到定子绕组。此后，所赋能定子产生旋转定子磁场。在内部永磁体(“IPM”)电机中，形成转子的芯结构的单独层压层嵌入有目的性布置的永磁体，例如，由具有良好适于应用的磁性质的钕铁硼(“NdFeB”)、钐钴(“SmCo”)、铁氧体或其它磁性材料构造的磁体的双V形配置。不同于由定子绕组的顺序赋能产生的电磁体，所嵌入转子磁体共同地确立时间变化的转子磁场。定子与转子磁场相互作用，以产生并且维持上述定子-转子气隙内的原动力，其中，所产生的间隙力最终将旋转赋予到转子和所连接转子轴。永磁体同步磁阻马达(“PM-SRMs”)也可用于要求相对高速操作、功率密度和效率的应用。旋转电机在许多应用中是主要辐射噪声源，包括电气化动力传动系中，其中，采用一个或多个电机，作为转矩源，例如，作为高电压推进马达。此类机器噪声趋向于在主导绕组和转矩波动阶数处最普遍，例如，在对于示例性三相电机的极通阶数的三次谐波处。典型电动和混合电动交通工具动力传动系趋向于努力朝向最小化非期望噪声、振动和粗糙度(“NVH”)作用而使转子或定子偏斜。然而，此类偏斜技术可具有降低总体机器性能和操作效率的非期望作用。类似结果可由机器的总体电磁设计中强加更严格NVH约束产生。因此，对于更高效方法存在有需要，以降低采用旋转电机的电气化动力传动系内的谐波噪声。
技术实现思路
本公开涉及改进的转子设计，用于降低采用旋转电机的电气化动力传动系中的噪声、振动和粗糙度(“NVH”)作用。在示例性机动交通工具应用中，例如，电气化动力传动系可用于沿着路面推进交通工具。如上文注意的，旋转电机的主要部件包括圆柱形定子和转子。在典型径向磁通量配置中，定子可环绕或外切转子，使得在转子的外径表面与定子的内径表面之间限定径向定子-转子气隙。转子的可能实施例包括嵌入转子的对应腔内的永磁体组，例如，作为对于每个转子极的双V形配置。定子包括被设置在定子狭槽中的定子绕组，其中，此类定子狭槽开放到径向定子-转子气隙中。为了提供本文公开的各种益处，并且具体地降低目标NVH阶数，修改转子的外径表面，以限定对于每个转子极对称的弓形凹口。转子凹口可沿着转子的整个轴向长度延伸，或者在不同实施例中，凹口可隔离到具体层压层。可在转子的每个磁极处使用至少三个转子凹口，其中，在其它实施例中，可能添加附加对转子凹口。根据示例性实施例的电机具有8个转子极和72个定子狭槽，其中，每转子极对18个定子齿。可在本公开的范围内设想电机的其它实施例，当配备有所公开转子凹口时，其将同样地受益于降低的NVH作用，如本文阐述的。如将由本领域普通技术人员理解的，电机的转子极中的每个具有正交轴线（“q-轴线”）和直轴线（“d-轴线”），其中，d-轴线与q-轴线形成旋转参考系。在转子极中的每个处，由定子绕组沿着d-轴线产生磁通量。同时，在转子极之间沿着q-轴线产生马达转矩。对于每个转子极，本文设想的转子凹口包括与q-轴线对准并且由q-轴线二等分的凹口（“q-轴线凹口”）。q-轴线凹口由定位远离极的d-轴线处于校准角度距离的附加对转子凹口（“d-轴线凹口”）对称地侧接。因此，单个q-轴线凹口在相应转子极处形成中心凹口，其中，至少一个d-轴线凹口定位在q-轴线/中心凹口的每侧上。在某些实施例中，一对或多对附加凹口可侧接中心凹口，例如，当使用两对附加凹口时，转子可具有每转子极总计5个凹口。共同地，在转子的磁极中的每个处包括所公开转子凹口显著降低噪声，而不影响马达转矩和效率。可对于给定应用调整转子凹口的特定大小、形状和/或位置，以便以目标阶数最大化降噪，并且使振动能量均匀分布贯穿于电机。凹口可为弓形的，例如，圆形、椭圆形或多边形。可选地，切向连续嵌边或另一适合的过渡廓形可与凹口一起使用，以使凹口平滑地过渡或弯折到转子的外径表面中。此类嵌边可帮助避免转子应力集中和噪声，特别是在更高机器速度下。在示例性实施例中，用于电机的转子组件包括圆柱形转子和转子轴。具有内径表面和外径表面的转子包括多个等距间隔的转子磁极，每个具有正交轴线（“q-轴线”）。转子轴连接到内径表面，并且由转子环绕。当电机的定子被赋能时，此类转子轴连同转子围绕旋转轴线旋转。在每个等距间隔的转子磁极处，转子限定至少三个弓形凹口，包括由极的q-轴线二等分的中心凹口和对称地侧接中心凹口的一对附加弓形凹口。在一些实施例中，转子包括邻近外径表面嵌入转子内的多组永磁体。此类磁体形成等距间隔的转子磁极。在等距间隔的转子磁极中的每个处，当沿着旋转轴线观察转子时，永磁体可选地可按双V形配置布置。如本领域中理解的，此类磁体配置在转子极的任一相对侧上限定相应顶层磁体开放角度。一对附加凹口中的每个凹口可定位在相应顶层开放角度中的一个的扫掠范围或角度范围内。电机具有定子，所述定子具有N个定子狭槽。一对附加凹口可位于远离最近d-轴线处于约360/N度，以由此降低第N转矩波动阶数谐波，例如，在345-375度的范围内。在一些实施例中，定子可具有72个狭槽，即，N=72。在其它实施例中，可使用其它数量的定子狭槽。在某些应用中，360/N可提供优化响应。在每个转子极处对称地侧接中心凹口的一对附加凹口可具有相同的大小和形状。在一些配置中，中心凹口可具有与一对附加凹口相同的大小和形状，或者中心凹口可具有不同的大小和/或形状。在某些配置中，中心凹口与一对附加凹口可限定使凹口平滑地过渡到外径表面中的切向连续嵌边。本文还公开了旋转电机。机器的实施例包括转子，所述转子由定子外切，并且具有内径表面和外径表面。转子包括等距间隔的转子磁极，每个具有相应q-轴线。转子轴连接到转子的内径表面，并且由转子环绕，并且被配置成当定子被赋能时连同转子围绕旋转轴线旋转。如上文注意的，在等距间隔的转子磁极中的每个处，转子限定至少三个弓形凹口，包括由q-轴线二等分的中心凹口和对称地侧接中心凹口的一对附加弓形凹口。还公开了电气化动力传动系。动力传动系可包括牵引功率逆变器模块(“TPIM”)，其连接到电池组，并且被配置成将来自电池组的直流(“DC”)电压改变为交流(“AC”)电压。动力传动系还包括旋转电机，如上文阐述的，所述旋转电机由来自TPIM的AC电压赋能。变速器联接到转子轴，并且由电机提供动力。本公开还提出了以下技术特征。1.用于电机的转子组件，包括：转子，具有内径表面和外径表面，其中，所述转子包括多个等距间隔的转子磁极，每个具有正交轴线(“q-轴线”)和一对直轴线(“d-轴线”)；以及转子轴，连接到所述内径表面，并且由所述转子环绕，并且被配置成当所述电机的定子被赋能时连同所述转子围绕旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电机的转子组件，包括：/n转子，具有内径表面和外径表面，其中，所述转子包括多个等距间隔的转子磁极，每个具有正交轴线(“q-轴线”)和一对直轴线(“d-轴线”)；以及/n转子轴，连接到所述内径表面，并且由所述转子环绕，并且被配置成当所述电机的定子被赋能时连同所述转子围绕旋转轴线旋转；/n其中，在所述等距间隔的转子磁极中的每个处，所述转子限定至少三个弓形凹口，包括由所述q-轴线二等分的中心凹口以及对称地侧接所述中心凹口的一对附加弓形凹口，以及其中，所述附加弓形凹口中的每个位于远离所述d-轴线中的相应一个处于校准角度距离。/n

【技术特征摘要】
20191211 US 16/7107871.用于电机的转子组件，包括：
转子，具有内径表面和外径表面，其中，所述转子包括多个等距间隔的转子磁极，每个具有正交轴线(“q-轴线”)和一对直轴线(“d-轴线”)；以及
转子轴，连接到所述内径表面，并且由所述转子环绕，并且被配置成当所述电机的定子被赋能时连同所述转子围绕旋转轴线旋转；
其中，在所述等距间隔的转子磁极中的每个处，所述转子限定至少三个弓形凹口，包括由所述q-轴线二等分的中心凹口以及对称地侧接所述中心凹口的一对附加弓形凹口，以及其中，所述附加弓形凹口中的每个位于远离所述d-轴线中的相应一个处于校准角度距离。


2.根据权利要求1所述的转子组件，其中，圆柱形转子包括邻近所述外径表面嵌入所述转子内的多组永磁体，以由此形成所述等距间隔的转子磁极。


3.根据权利要求2所述的转子组件，其中，在所述等距间隔的转子磁极中的每个处，当沿着所述旋转轴线观察所述转子时，所述永磁体按双V形配置布置，以由此在转子极的任一侧上限定相应顶层磁体开放角度，并且所述一对附加凹口中的每个凹口定位在所述相应顶层开放角度中的一个的扫掠范围内。


4.根据权利要求3所述的转子组件，其中，所述电机具有定子，所述定子具有N个定子狭槽，并且所述一对附加凹口位于远离最近d-轴线处于约360/...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，S·赫，M·C·缪尔，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US