本發(fā)明大體上涉及電機，例如感應電機，并且尤其涉及容許無傳感器控制的具有雙相磁性材料的感應電機及其構(gòu)件和制造方法。

背景技術：

在各個行業(yè)中對電機的使用在眾多工業(yè)、商業(yè)和運輸業(yè)中變得更加普遍。例如，關于混合動力和/或電動汽車的牽引應用，感應電機的使用相當普遍。關于這些應用存在高功率密度和高效率的需求方面的挑戰(zhàn)。還存在提出設計挑戰(zhàn)的在功率密度、效率和電機的恒定功率速度范圍之間的折衷。

一個挑戰(zhàn)通過除去轉(zhuǎn)子軸傳感器(諸如轉(zhuǎn)子位置和/或速度傳感器)解決，這是所期望的，從而減少成本和/或整體馬達包裝尺寸且提高系統(tǒng)可靠性。軸傳感器是電機驅(qū)動中的失效和成本的主要來源。

引入凸極性到轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(例如轉(zhuǎn)子迭片)是容許省略傳感器的典型目標。通常有兩種引入凸極性的方式：調(diào)整轉(zhuǎn)子條的漏磁(感應)和/或調(diào)整高頻轉(zhuǎn)子條電阻。漏磁調(diào)整可以通過組合的方式獲得，包括：改變迭片中的橋區(qū)的厚度(或?qū)挾?；和/或(在具有槽口的情況下)改變槽口的寬度。電阻調(diào)整可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子條的截面形狀和/或面積獲得。改變轉(zhuǎn)子條的形狀和/或面積(其可包括改變轉(zhuǎn)子條的寬度和/或高度)影響電阻調(diào)整。

圖1和圖2示出了嘗試引入凸極性的現(xiàn)有技術的轉(zhuǎn)子迭片設計的僅僅兩個示例。例如，圖1示出具有大小一致的轉(zhuǎn)子開口的轉(zhuǎn)子迭片，其中每個開口具有開口槽構(gòu)造。例如，圖2示出具有不完全一致的形狀和大小的轉(zhuǎn)子開口的轉(zhuǎn)子迭片。如圖所示，其中一些轉(zhuǎn)子開口是閉合的變型，而其他轉(zhuǎn)子開口具有開口槽構(gòu)造。另外，帶槽的轉(zhuǎn)子開口 相比閉合的開口變型具有更大的截面積。顯然，其他實施例(未示出)也是已知的。

在任何情況下，在這些實施例中引入凸極性在迭片以及轉(zhuǎn)子本身的制造方面帶來挑戰(zhàn)。本質(zhì)上，這些方法論在轉(zhuǎn)子迭片的制造、成本和質(zhì)量控制以及確保轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)方面帶來挑戰(zhàn)。

因此，存在改進現(xiàn)有電機技術的日益迫切的需求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過提供最終容許實現(xiàn)無傳感器控制的電機來解決至少一些前文所述的挑戰(zhàn)。更具體而言，本發(fā)明旨在提供轉(zhuǎn)子迭片、使用該轉(zhuǎn)子迭片的容許無傳感器控制的具有雙相磁性材料的感應電機，以及制造方法。

因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，轉(zhuǎn)子迭片包括：圓形迭片元件，其包括多個開口，該多個開口配置為接收沿周向圍繞該元件移置的多個轉(zhuǎn)子條，其中圓形迭片元件包括磁性材料，此外，其中圓形迭片元件的第一區(qū)域接受處理，從而造成第一區(qū)域使得第一區(qū)域的相對磁導率低于磁性材料的相對磁導率。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造方法包括：選擇性地處理轉(zhuǎn)子迭片的區(qū)域，從而改變該區(qū)域的磁導率，其中轉(zhuǎn)子迭片配置用于電機中，轉(zhuǎn)子迭片包括沿周向圍繞轉(zhuǎn)子迭片移置的多個開口，其中，轉(zhuǎn)子迭片包括雙相磁性材料。

技術方案1：一種轉(zhuǎn)子迭片，包括：

圓形迭片元件，其包括多個開口，所述多個開口配置為接收沿周向圍繞所述元件移置的多個轉(zhuǎn)子條，其中所述圓形迭片元件包括磁性材料，此外，其中所述圓形迭片元件的第一區(qū)域接受處理，從而造成所述第一區(qū)域使得所述第一區(qū)域的相對磁導率低于所述磁性材料的相對磁導率。

技術方案2：根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述磁性材料包括雙相磁性材料或兩態(tài)磁性材料。

技術方案3：根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述轉(zhuǎn)子迭片配置用于感應電機中。

技術方案4：根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述多個開口具有一致的構(gòu)造。

技術方案5：根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，還包括在所述圓形迭片元件的外周上的多個槽。

技術方案6：根據(jù)技術方案5所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述多個槽中的每個槽與所述多個開口中的一個開口鄰接，從而限定所述多個開口為開放構(gòu)造。

技術方案7：根據(jù)技術方案5所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述多個槽中的每個槽不與所述多個開口中的一個開口鄰接，從而限定所述多個開口為閉合構(gòu)造。

技術方案8：根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述第一區(qū)域鄰近所述多個開口。

技術方案9：根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述第一區(qū)域通過控制所述轉(zhuǎn)子條的漏磁通引入轉(zhuǎn)子凸極性。

技術方案10：根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述第一區(qū)域通過對所述磁性材料的局部處理制成。

技術方案11：根據(jù)技術方案8所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述局部處理包括氮化。

技術方案12：根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述第一區(qū)域是非磁性的。

技術方案13：根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，第一開口的第一區(qū)域不同于第二開口的第一區(qū)域。

技術方案14：根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，其中，所述第一區(qū)域在以下至少一個中鄰近所述開口定位：橋區(qū)、側(cè)區(qū)以及所述橋區(qū)的末端。

技術方案15：一種感應電機，包括：

多個堆疊的根據(jù)技術方案1所述的轉(zhuǎn)子迭片，從而限定轉(zhuǎn)子芯組件；和

圍繞所述轉(zhuǎn)子芯組件的定子。

技術方案16：根據(jù)技術方案15所述的感應電機，其中，所述感應電機是非編碼的。

技術方案17：一種制造方法，包括：

選擇性地處理轉(zhuǎn)子迭片的區(qū)域，從而改變所述區(qū)域的磁導率，其中所述轉(zhuǎn)子迭片配置用于電機中，所述轉(zhuǎn)子迭片包括沿周向圍繞所述轉(zhuǎn)子迭片移置的多個開口，其中，所述轉(zhuǎn)子迭片包括雙相磁性材料。

技術方案18：根據(jù)技術方案17所述的方法，還包括提供所述轉(zhuǎn)子迭片。

技術方案19：根據(jù)技術方案17所述的方法，所述選擇性處理包括氮化。

技術方案20：根據(jù)技術方案17所述的方法，所述選擇性處理包括施加熱處理。

技術方案21：根據(jù)技術方案17所述的方法，所述區(qū)域鄰接所述多個開口。

技術方案22：根據(jù)技術方案17所述的方法，所述多個開口配置為接收轉(zhuǎn)子條；以及

所述選擇性處理包括通過控制所述轉(zhuǎn)子條的漏磁通引入轉(zhuǎn)子凸極性。

本發(fā)明的各種其它特征和優(yōu)點將從以下的詳細描述和附圖顯而易見。

附圖說明

在參照伴隨的附圖閱讀以下的詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，附圖中類似的符號代表全部附圖中類似的部件，其中：

圖1是現(xiàn)有技術的用于感應電機的轉(zhuǎn)子迭片的一個實施例的前視 圖。

圖2是現(xiàn)有技術的用于感應電機的轉(zhuǎn)子迭片的另一個實施例的前視圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于感應電機的轉(zhuǎn)子迭片的前視圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖3中的轉(zhuǎn)子迭片的一部分的局部放大前視圖。

圖5A-圖5E示出了本發(fā)明的不同轉(zhuǎn)子迭片實施例的局部放大前視圖。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造方法的流程圖。

部件清單

10 迭片

12 實心材料

14 軸孔

16 繞組孔

18 橋

30 消磁材料的共同/所有區(qū)域

32 消磁材料的橋區(qū)

34 消磁材料的側(cè)區(qū)

36 消磁材料的遠側(cè)/端部區(qū)域

100 現(xiàn)有技術的迭片

200 制造方法

202 提供迭片

204 選擇性地處理迭片。

具體實施方式

除非另外限定，本文所使用的技術和科學用語具有如本領域的普通技術人員關于本公開主題一般理解的相同含義。如本文中所使用的用語“第一”、“第二”等不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而僅 用于將一個元件與另一元件區(qū)分。用語“一”、“一個”、“這個”不表示對數(shù)量進行限制，而是表示存在所指的項目中的至少一個，并且用語“前”、“后”、“底部”和/或“頂部”(除非特別指出)只是為了便于敘述，且不限于任何一個位置或空間定向。

如果公開了范圍，針對相同構(gòu)件或性質(zhì)的所有范圍的端點是包括在內(nèi)的且可獨立地組合(例如，“達到大約25wt.％”的范圍包括端點以及“大約5wt.％到大約25wt.％”的范圍的全部中間值等等)。結(jié)合數(shù)量使用的修飾的“大約”是包括所述值在內(nèi)的且具有由上下文指示的含義(例如，包括與特定量的測量結(jié)果關聯(lián)的誤差的程度)。因此，由用語“大約”修飾的值并不一定僅限于所指的準確值。

如本文中所使用的“無傳感器”是指，例如，具有不需要傳感器(例如位置或速度傳感器)操作的能力。

本發(fā)明的方面已顯示出提供超出之前的電機的優(yōu)點。如圖所示，例如在圖3中，感應電機具有相同的平滑的轉(zhuǎn)子條，從而沒有明顯的凸極性(電感的變化與轉(zhuǎn)子位置有關)。這樣，難以使用來自定子側(cè)的高頻信號注入信號來跟蹤轉(zhuǎn)子凸極性以獲得位置信息以及因而除去對于位置或速度傳感器的需要。因此，提供無傳感器的感應電機被證明是困難的。然而，應用于圖3中所示的迭片或其它迭片的本發(fā)明的方面容許在不使用傳感器(例如速度或位置傳感器)的情況下在感應電機中操作。事實上，在其他實施例中，本發(fā)明的方面可應用于其它迭片，包括圖1和圖2中展示的那些。

根據(jù)本發(fā)明的方面的轉(zhuǎn)子迭片的前視圖在圖3中示出。如圖所示，轉(zhuǎn)子迭片10可包括圓形迭片元件12，該圓形迭片元件12包括圍繞元件12沿周向移置的多個開口16以及貫穿其中的軸向開口14。圓形迭片元件12可由任何合適的雙相或兩態(tài)磁性材料構(gòu)成。

如圖所示，開口16具有圍繞元件12的一致的大小、構(gòu)造和形狀。此外，開口16配置為在每個開口16處接收轉(zhuǎn)子條(未示出)。所示的開口16是閉合的。材料的橋18鄰近開口16的外部區(qū)域和元件12的 外周邊，因而將開口16限定為閉合的。

在示出的實施例中，在迭片10的外周上沒有槽。在其他實施例中，在迭片10的外周上可存在多個槽，其與該多個開口16中的各個開口對準。槽可與該多個開口16鄰接，使得開口16被稱為開放的。在其他實施例中，盡管迭片是開槽的，但槽不與該多個開口16鄰接，從而將開口限定為仍然被稱為閉合的。

可將迭片10中的至少一個部分或區(qū)域處理，使得在迭片10的至少兩個區(qū)域之間的相對磁導率存在導致的變化。用于改變迭片10中的至少兩個部分之間的磁導率的任何合適方法都可使用。在一般轉(zhuǎn)讓的序列號為14/068937、名稱為“雙相磁性材料構(gòu)件及形成方法”(代理案號為269697-1)的在審美國專利中公開了一種可用于所述處理的合適方法。該參考文獻以其全部并入本文中。

參見圖4，示出了來自圖3的轉(zhuǎn)子迭片10的局部放大前視圖。由于處理，使得鄰近開口16的至少一個區(qū)域30(即，第一區(qū)域)比周圍區(qū)域的磁性更低。第一區(qū)域30可通過局部熱處理、氮化或改變第一區(qū)域30的任何其它合適的方法(例如，如前文所論述的)選擇性地改變，使得其相對磁導率比周圍區(qū)域更低。如此，該選擇性處理通過調(diào)整轉(zhuǎn)子條的漏磁通引入轉(zhuǎn)子凸極性。最終，使用了所得的轉(zhuǎn)子迭片10的電動機(例如感應電機)更適合于無傳感器控制。

如圖所示，可實現(xiàn)相比迭片的其它區(qū)域具有較低磁導率的一個或多個第一區(qū)域30。例如，位于迭片10的橋18區(qū)域中的第一區(qū)域30可接受處理，其被標為32。同樣地，位于開口16的側(cè)部附近的第一區(qū)域30可接受處理，其被標為34。另外，開口16的內(nèi)部遠離橋18的第一區(qū)域30可接受處理，其被標為36。

雖然在圖4中示出迭片10的三個不同的第一區(qū)域30接受處理，但應當明白的是，其它組合是可用的。例如，可僅在所論述的三個第一區(qū)域30中的一個或兩個中進行減少區(qū)域30中的磁性的處理。

另外，該處理將導致改變至少兩個區(qū)域之間的相對磁導率。在一 個實施例中，該處理可導致第一區(qū)域30相比迭片10的有磁性的其余部分而言沒有磁性。同樣地，取決于對第一區(qū)域30應用的處理，每個獨立的區(qū)域(例如32、34、36)可具有彼此相同的相對磁導率，或者磁導率可在開口16周圍的各個第一區(qū)域之間不同。另外，該處理可在迭片中的不同開口16周圍不同或者是均勻的。也就是說，對迭片10的每個開口16的處理可相同，或者取決于開口16可不同。

圖5A-圖5E示出了其他實施例中的迭片的部分的局部放大視圖。如圖所示，可使用本發(fā)明的方面的迭片不一定僅為圖3中所示的實施例。

參照圖5A，對第一區(qū)域30的處理可僅在開口16的橋區(qū)域18，標為32。另外，處理的橋區(qū)32可使得兩個橋區(qū)32之間的相對磁性不同，從而使得橋區(qū)32a、32b之間的相對磁導率不僅與其它區(qū)域不同，還與彼此不同。例如，如圖所示，在圖5A中左方的開口16上的橋區(qū)18中的處理32b比在右方示出的開口16上的橋區(qū)18中的處理32a更寬。結(jié)果，在左方的開口16相比在右方的開口16具有較低的漏磁。

參照圖5B，迭片可具有可朝迭片10的邊緣開放的一些開口16，而其他開口不是如此。在所示的實施例中，開口16均朝迭片的邊緣或外周上的槽開放。帶槽的開放開口16(在圖的左方)可在側(cè)區(qū)34中接受處理。在相鄰的帶槽的開放開口16中(在圖的右方)，接受處理的區(qū)域可包括橋區(qū)32。兩個開口16均具有低漏磁。顯然，開口16附近的處理的其它構(gòu)造是可能的。例如，可組合圖5B中所示的兩個處理對一個開口進行處理。

參照圖5C，處理的區(qū)域30(在這種情況下在橋區(qū)32中)可特別地位于開口16的橋18中的不同位置中。如圖所示，存在分別在迭片10的橋18的不同確切區(qū)域中接受處理32a、32b、32c的三個不同的開口16。圖中在左方示出的開口16接受跨過橋區(qū)18的全部深度的處理32a。相比較而言，圖的中間和右方的開口16接受僅跨過橋區(qū)18的一部分(即，小于全部深度)的處理32b、32c。在中間示出的開口16接受 在橋區(qū)18中朝向/鄰近迭片的外周或邊緣的處理32b。相比較而言，在右方示出的開口16接受在橋區(qū)18中朝向/鄰近迭片的開口16的處理32c。

參照圖5D，迭片可具有不同大小和類型的開口16。例如，一些開口16可為閉合的，而其他是開放的。一些迭片可包括在迭片的外周上的槽。該槽可存在于開放的開口上或者閉合的開口上。在所示的實施例中，帶槽的開放開口16(在圖的左方)可接受在橋區(qū)32中的處理。在相鄰的無槽且閉合的開口16中，可沒有處理。開口16之間的截面面積可不同。例如，左方的開口16相比右方的開口16具有較大的面積。

參照圖5E，右方的開口16在遠離橋36的區(qū)域中接受處理，該開口16相比左方的不接受處理的開口16具有增加的漏磁。

所得的轉(zhuǎn)子迭片10構(gòu)件然后可堆疊在轉(zhuǎn)子軸線(未示出)上，從而限定轉(zhuǎn)子芯組件。定子組件可圍繞該轉(zhuǎn)子芯組件。所得的組件包括電機。該電機可因此包括感應電機。

存在許多論述定子組件、轉(zhuǎn)子組件和/或電機的結(jié)構(gòu)的在審或授權(quán)的專利。一般轉(zhuǎn)讓的序列號為13/853122、名稱為“用于感應電機的雙相磁性轉(zhuǎn)子迭片”(代理案號為264829-1)的在審美國專利中公開了一種用于此構(gòu)件的裝配的合適方法。該參考文獻以其全部并入本文中。

參照圖6，示出了示例性制造方法的流程圖。所示的方法200包括：可選地，在202處提供用于電機中的轉(zhuǎn)子迭片，其中轉(zhuǎn)子迭片包括沿周向圍繞轉(zhuǎn)子迭片的多個開口。該轉(zhuǎn)子迭片由雙相磁性材料構(gòu)成；在204處，選擇性地處理轉(zhuǎn)子迭片的區(qū)域，從而改變該區(qū)域的磁導率。在另一實施例中，該方法可包括由另一實體(即，預先存在的轉(zhuǎn)子迭片)提供的選擇性地處理轉(zhuǎn)子迭片(即，204)。

雖然本文所示和描述的實施例可用于感應電機中，但該感應電機實際上也可用于任何合適的應用中，例如牽引電動機等等。

因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，轉(zhuǎn)子迭片包括：圓形迭片元件，其包括多個開口，所述多個開口配置為接收沿周向圍繞該元件移置的多個轉(zhuǎn)子條，其中圓形迭片元件包括磁性材料，此外，其中圓形迭片元件的第一區(qū)域接受處理，從而造成第一區(qū)域使得第一區(qū)域的相對磁導率低于磁性材料的相對磁導率。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造方法包括：選擇性地處理轉(zhuǎn)子迭片的區(qū)域，從而改變該區(qū)域的磁導率，其中轉(zhuǎn)子迭片配置用于電機中，轉(zhuǎn)子迭片包括沿周向圍繞轉(zhuǎn)子迭片移置的多個開口，其中轉(zhuǎn)子迭片包括雙相磁性材料。

盡管本文僅示出和/或描述了本發(fā)明的某些特征，但對于本領域技術人員來說可提出許多變型和修改。雖然論述了單獨的實施例，但本發(fā)明覆蓋所有那些實施例的所有組合?？梢岳斫獾氖?，所附權(quán)利要求意圖覆蓋落在本發(fā)明的意圖內(nèi)的所有這樣的變型和修改。