CN102969811B - 低损耗高机械可靠性的调制环转子 - Google Patents

Abstract

低损耗高机械可靠性的调制环转子，属于永磁电机领域，本发明为解决现有的调制环转子无法兼顾低损耗和高机械强度的问题。本发明包括两个端环和n个导磁块单元，端环的一个端面沿圆周方向均匀分布有n个凸爪，每个凸爪的外圆表面沿切向开有一个凹槽，端环的另一个端面上均匀分布有多个螺钉孔，导磁块单元包括导磁块和两个销，两个销贯穿导磁块的宽度方向，且两个销平行设置，两个端环平行设置，且两个端环的凸爪一一相对设置，两个端环之间设置有n个导磁块单元，端环中每相邻两个凸爪之间设置一个导磁块，贯穿该导磁块的一个销设置在所述相邻两个凸爪的凹槽内并固接，贯穿该导磁块的另一个销设置在另一个端环中相邻两个凸爪的凹槽内并固接。

Description

低损耗高机械可靠性的调制环转子

技术领域

本发明涉及低损耗高机械可靠性的调制环转子，属于永磁电机领域。

背景技术

基于磁场调制原理的无刷双转子电机具有两个转速彼此独立的转子以及转轴，可实现双轴独立驱动。它解决了以往有刷双转子电机中，由于采用电刷滑环结构导致的运行效率下降、可靠性降低而且需要经常维护问题，以及带有电枢绕组转子的发热严重和动平衡问题。因此，在电动汽车、风力发电、鱼雷推进等场合具有广阔的应用前景。

这种基于磁场调制原理的无刷双转子电机的工作原理已经在专利号为ZL201010274167.9、ZL201010274160.7、ZL201010274156.0、ZL201010274135.9、ZL201010274669.1、ZL201010274337.3、ZL201010274329.9和ZL201010274325.0中进行了详细阐述。通过对这种电机工作原理的分析可知，能够实现这种电机工作的核心部件就是调制环转子。从理论分析上调制环转子是由导磁块和非导磁块构成，它的作用是：一方面将永磁转子的永磁磁场调制成与定子电枢磁场极对数相同的磁场，从而与定子电枢磁场作用产生转矩；另一方面将定子电枢磁场调制成与永磁转子的永磁磁场极对数相同的磁场，从而与永磁转子的永磁磁场作用产生转矩。因此，可以看出调制环转子是实现这种基于磁场调制原理的无刷双转子电机工作的关键所在。

在实际的电机结构中，导磁块是由导磁材料构成，非导磁块是由非导磁材料构成。导磁材料可以选择硅钢片、实心铁、软磁复合材料或软磁铁氧体等导磁性能好的材料；非导磁材料可以选择空气或者环氧树脂或不导磁钢等非导磁材料。而调制环转子中用目前的导磁材料所构成的导磁块在电机磁场作用下都会产生损耗，不同导磁材料产生的损耗是不同的，相同体积下由硅钢片材料构成导磁块的损耗最小，而由实心铁材料构成导磁块的损耗最大。

而在电机运行时，调制环转子要传递一定的扭矩，还要承受高速旋转的离心力以及磁场产生的磁场拉力，因此调制环转子要有很高的机械强度才能保证电机可靠运行。

因而在实际的电机运行中，就会存在这样一个矛盾问题：要么所用的导磁材料能够使调制环转子的损耗很低，但却不具备很高的机械强度使调制环转子能够承受一定的扭矩、高速旋转产生的离心力和磁场产生的磁场拉力，也就很难使这种电机进行实际工程应用；要么所用的导磁材料能够使调制环转子具有很高的机械强度，但是使调制环转子的损耗很大从而极大的降低了电机的效率，也就限制了电机的应用前景。

现有的调制环转子无法兼顾低损耗和高机械强度。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的调制环转子无法兼顾低损耗和高机械强度的问题，提供了一种低损耗高机械可靠性的调制环转子。

本发明所述低损耗高机械可靠性的调制环转子，它包括两个端环和n个导磁块单元，

端环的一个端面沿圆周方向均匀分布有n个凸爪，每个凸爪的外圆表面沿切向开有一个凹槽，端环的另一个端面上均匀分布有多个螺钉孔，

导磁块单元包括导磁块和两个销，两个销贯穿导磁块的宽度方向，且两个销平行设置，

两个端环平行设置，且两个端环的凸爪一一相对设置，两个端环之间设置有n个导磁块单元，

端环中每相邻两个凸爪之间设置一个导磁块，贯穿该导磁块的一个销设置在所述相邻两个凸爪的凹槽内并固接，贯穿该导磁块的另一个销设置在另一个端环中相邻两个凸爪的凹槽内并固接，

其中n为正整数。

导磁块由多片矩形的硅钢片叠压而成，硅钢片的叠压方向与调制环转子的轴向垂直。

导磁块的上、下侧面分别与端环的内、外圆表面在同一圆周上。

还可以进一步包括绑带，绑带缠绕固定在调制环转子的外圆表面上。

还可以进一步包括环氧树脂，环氧树脂填满端环和导磁块单元之间的空隙。

本发明的优点：本发明所述的调制环转子结构中，每个导磁块呈现为一个长方体状，那么当调制环转子旋转时会产生一定的阻力。因此，对调制环转子的内外侧进行加工使调制环转子内侧或外侧的导磁块边沿都在一个圆上，这样可以减少调制环转子旋转时的阻力。

在此基础上，也可以对调制环转子进行其他增强调制环转子机械强度的实施措施。从最终形成的调制环转子的结构上看，硅钢片采用垂直调制环转子轴线的叠压方式，从而形成具有很高机械强度的导磁块，是本发明的关键所在。

本发明通过硅钢片采用垂直调制环转子轴线的叠压方式，从而形成具有很高机械强度的导磁块，并用销把导磁块与端环焊接成一体，形成了有很高机械强度的调制环转子。本发明不仅利用了硅钢片在磁场作用下产生的损耗小这一自身材料优势，而且具有很高的机械强度，使这种基于磁场调制原理的无刷双转子电机从理论电机模型到实际工程应用迈出了重要一步。

附图说明

图1是本发明所述低损耗高机械可靠性的调制环转子的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的B-B截面图；

图4是端环的结构示意图；

图5是图4的左视图；

图6是图4的C-C剖视图；

图7是图4的D-D截面图；

图8是导磁块单元的三维结构示意图，图中箭头方向为硅钢片叠压方向；

图9是图8的俯视图；

图10是实施方式二所述低损耗高机械可靠性的调制环转子的结构示意图；

图11是图10的E-E剖视图；

图12是图10的F-F截面图；

图13是实施方式三所述低损耗高机械可靠性的调制环转子的结构示意图；

图14是图13的G-G剖视图；

图15是图13的H-H截面图；

图16是实施方式四所述低损耗高机械可靠性的调制环转子的结构示意图；

图17是图16的I-I剖视图；

图18是图16的J-J截面图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述低损耗高机械可靠性的调制环转子，它包括两个端环1和n个导磁块单元2，

端环1的一个端面沿圆周方向均匀分布有n个凸爪1-1，每个凸爪1-1的外圆表面沿切向开有一个凹槽1-2，端环1的另一个端面上均匀分布有多个螺钉孔1-3，

导磁块单元2包括导磁块2-1和两个销2-2，两个销2-2贯穿导磁块2-1的宽度方向，且两个销2-2平行设置，

两个端环1平行设置，且两个端环1的凸爪1-1一一相对设置，两个端环1之间设置有n个导磁块单元2，

端环1中每相邻两个凸爪1-1之间设置一个导磁块2-1，贯穿该导磁块2-1的一个销2-2设置在所述相邻两个凸爪1-1的凹槽1-2内并固接，贯穿该导磁块2-1的另一个销2-2设置在另一个端环1中相邻两个凸爪1-1的凹槽1-2内并固接，

其中n为正整数。

导磁块2-1由多片矩形的硅钢片叠压而成，硅钢片的叠压方向与调制环转子的轴向垂直。硅钢片采用垂直调制环转子轴线的叠压方式，从而形成具有很高机械强度的导磁块2-1。

销2-2的横截面为圆形、长方形、正方形或椭圆形。

端环1的另一个端面上均匀分布有多个螺钉孔1-3，以便与电机其他部件进行连接。

硅钢片在叠压过程要保证所有硅钢片的外轮廓和两端的开孔对齐。用销2-2穿过导磁块2-1的孔，这样形成了一个导磁块单元2。

导磁块2-1的一端也可以设置两个孔，每端穿过两个销2-2，对应的端环1的凸爪1-1上设置两个凹槽1-2，两个凹槽1-2的位置与两个导磁块2-1的孔的位置相对应。这种设置方式能带来的好处是使导磁块2-1与端环1连接的更牢固，导磁块2-1所具有的机械强度更高，当调制环转子在一定的扭矩、高速旋转产生的离心力和磁场产生的磁场拉力作用时，导磁块2-1形变更小。

销2-2与的凹槽1-2之间的固接可以采用焊接方式，则两个端环1和n个导磁块单元2构成具有很高机械强度的整体结构，也就形成了调制环转子。

具体实施方式二：下面结合图10至图12说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，导磁块2-1的上、下侧面分别与端环1的内、外圆表面在同一圆周上。

在实施方式一所述的调制环转子结构中，每个导磁块2-1呈现为一个长方体状，那么当调制环转子旋转时会产生一定的阻力。因此，本实施方式对调制环转子的内外侧进行加工使调制环转子内侧或外侧的导磁块2-1边沿都在一个圆上，这样可以减少调制环转子旋转时的阻力。

具体实施方式三：下面结合图13至图15说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括绑带3，绑带3缠绕固定在调制环转子的外圆表面上。

绑带3采用玻璃丝布管来实现。

该实施方式的调制环转子具有更好的机械可靠性。

具体实施方式四：下面结合图16至图18说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或三作进一步说明，它还包括环氧树脂4，环氧树脂4填满端环1和导磁块单元2之间的空隙。

该实施方式的调制环转子机械可靠性更高。

Claims (7)

1.低损耗高机械可靠性的调制环转子，其特征在于，它包括两个端环(1)和n个导磁块单元(2)，

端环(1)的一个端面沿圆周方向均匀分布有n个凸爪(1-1)，每个凸爪(1-1)的外圆表面沿切向开有一个凹槽(1-2)，端环(1)的另一个端面上均匀分布有多个螺钉孔(1-3)，

导磁块单元(2)包括导磁块(2-1)和两个销(2-2)，两个销(2-2)贯穿导磁块(2-1)的宽度方向，且两个销(2-2)平行设置，

两个端环(1)平行设置，且两个端环(1)的凸爪(1-1)一一相对设置，两个端环(1)之间设置有n个导磁块单元(2)，

端环(1)中每相邻两个凸爪(1-1)之间设置一个导磁块(2-1)，贯穿该导磁块(2-1)的一个销(2-2)设置在所述相邻两个凸爪(1-1)的凹槽(1-2)内并固接，贯穿该导磁块(2-1)的另一个销(2-2)设置在另一个端环(1)中相邻两个凸爪(1-1)的凹槽(1-2)内并固接，

其中n为正整数。

2.根据权利要求1所述低损耗高机械可靠性的调制环转子，其特征在于，导磁块(2-1)由多片矩形的硅钢片叠压而成，硅钢片的叠压方向与调制环转子的轴向垂直。

3.根据权利要求1所述低损耗高机械可靠性的调制环转子，其特征在于，销(2-2)的横截面为圆形、长方形、正方形或椭圆形。

4.根据权利要求1所述低损耗高机械可靠性的调制环转子，其特征在于，导磁块(2-1)的上、下侧面分别与端环(1)的内、外圆表面在同一圆周上。

5.根据权利要求1或4所述低损耗高机械可靠性的调制环转子，其特征在于，它还包括绑带(3)，绑带(3)缠绕固定在调制环转子的外圆表面上。

6.根据权利要求5所述低损耗高机械可靠性的调制环转子，其特征在于，绑带(3)采用玻璃丝布管来实现。

7.根据权利要求1或5所述低损耗高机械可靠性的调制环转子，其特征在于，它还包括环氧树脂(4)，环氧树脂(4)填满端环(1)和导磁块单元(2)之间的空隙。