CN104362779B - 一种高效利用压粉铁心材料以降低铁损的爪极电机转子结构 - Google Patents

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Abstract

一种高效利用压粉铁心材料以降低铁损的爪极电机转子结构。本发明公开一种用于交流发电机的转子，该转子包括爪极和转轴，该爪极包括若干极齿，该爪极与该转轴固定，该爪极的至少一个极齿的表面部分或全部覆盖一压粉铁心层。

Description

一种高效利用压粉铁心材料以降低铁损的爪极电机转子结构
技术领域
本发明涉及一种电机转子，尤其涉及一种用于爪极结构电机的转子。
背景技术
爪极结构的电机因其结构坚固、生产成本低并且可方便地调节输出功率从而在汽车领域中被大量应用。随着近年对生产效率及环保的要求越来越高，相应的针对汽车电机的效率及体积等要求也随之提高。
由于爪极电机结构和强度的限制，其转子部分不能像定子那样采用硅钢片叠式的结构，而只能采用实心结构，并由铸造和车铣工艺加工完成。造成了爪极结构电机相较于其他类型的电机其转子的铁损尤为突出。铁损是磁性材料的磁滞损耗和涡流损耗以及剩余损耗的总称。其中，磁滞损耗是指铁磁材料作为磁介质，在一定励磁磁场下产生的固有损耗(在电能转换磁能过程中所产生的损耗)；涡流损耗是指磁通发生交变时，铁芯产生感应电动势进而产生感应电流，感应电流呈旋涡状，称之为涡流；感应电流在铁芯电阻上产生的损耗就是涡流损耗；剩余损耗是指除磁滞损耗和涡流损耗以外的损耗，由于所占比重较小，也可忽略不计。如图1所示的转子结构，椭圆型阴影10分显示了通常情况下转子铁损最为严重的区域。
为了降低铁损，现有技术中出现了几种解决方案。美国专利U7525233中提供了在爪极的极齿表面开槽的技术方案。通过在极齿表面开槽的方式降低磁通密度，并减少铁损。该技术方案的缺点在，虽然铁损有所下降，但电机的性能也会因此减弱。另一方面，开槽导致转子的刚性减弱，增加了高速旋转时由于离心力引起的形变风险，并增加了风阻损耗。
欧洲专利EP2157679则是通过在极齿上开槽并在槽中嵌入磁钢或线圈结构的方式降低铁损，见图2-4。该技术方案的缺点在于：第一、在开槽中添加磁钢则会导致电机转子的磁场不受控制，其原因在于发电机应用中，即使希望电机空转不发电，转子的磁铁仍然会做工，因此产生不必要的损耗。第二、布置线圈于开槽中则显然大大增加了加工难度。第三、同时线圈作为金属材料也同样会产生严重的涡流损耗，导致开槽效果被减弱甚至抵消。
欧洲专利EP1770846公开了一种爪极定子式永磁电机，为了降低定子损耗和特殊的绕线方式，采用了压粉铁心铸造成型的爪极结构。尽管压粉铁心能够保证刚度，但在强度上或满足不了需要高速旋转的转子中存在的巨大离心力。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种有效减轻铁损、加工便利且经济有效的爪极电机转子。
为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于交流发电机的转子，其特征在于，该转子包括爪极和转轴，该爪极包括若干极齿，该爪极与该转轴固定，该爪极的至少一个极齿的表面部分或全部覆盖一压粉铁心层。
更进一步地，该压粉铁心层通过胶水固定于该极齿的表面。
更进一步地，该压粉铁心层形成一壳体，该极齿的表面包括至少一个导轨槽，该壳体的一端安装于该导轨槽内。
更进一步地，该极齿的表面包括两个导轨槽，该壳体的两端分别安装于该导轨槽内。
更进一步地，该壳体的形状与该极齿的表面形状一致。
更进一步地，该导轨槽位于该极齿的两个侧面。
更进一步地，该压粉铁心层的外表面与该极齿的表面位于同一平面。
与现有技术相比较，本发明所提供的转子装置利用在转子表面开槽并加盖压粉贴心盖，利用压粉铁心的软磁材料特性，其具有良好的导磁性，但却有相对较低的涡流损耗和磁滞损耗。这样，既可以降低转子铁损，又保证转子表面的磁通密度，并因此保证了电机的性能。压粉铁心盖的安装方式，还可以一定程度的弥补开槽导致的转子强度弱化，平滑的转子表面减少了风阻损耗。本专利即利用了压粉铁心的特长，又最大限度的降低了压粉铁心材料的使用量。在传统模具保留的基础上，只需做小改动，即可达到一定的改善效果。产品升级成本也会因此降低。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1是现有技术中爪极电机及易发生铁损区域的示意图；
图2是现有技术中一种在转子表面的开槽示意图；
图3是图2所示的开槽中嵌入磁钢的示意图；
图4是图2所示的开槽中嵌入线圈的示意图；
图5是本发明一种实施例的部分压粉铁心装配示意图；
图6是本发明一种实施例的部分转子示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的用于交流发电机的转子。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
本发明的目的在于提供一种有效减轻铁损、加工便利且经济有效的爪极电机转子。
图5和图6展示本发明电机转子的一种实施例，转子爪极的一个极齿1表面有一开槽3，压粉铁心盖2为一盖状结构，压粉贴心盖2从开槽3扣入并与极齿1固定在一起。图6展示了压粉铁心盖2安装完成的状态，其和整个转子结构融为一体。为了使转子和压粉铁心结构更好的装配，在压粉贴心和转子的开槽内的接触面添加胶，使装配更加牢固的同时，基于胶的弹性性质减少应力(如旋转产生的离心力等)对压粉铁心的作用，并降低振动引发的噪音。当然，压粉铁心盖和转子装配用的开槽可以是单个，也可以是和对应于图5所示开槽位置另一侧对称位置从而形成一对开槽。
在本实施方式中，压粉铁心盖2没有将整个极齿1包裹，而是通过类似于U字型的方式将极齿1的外表面覆盖。这样做的好处是，即不改变爪极原有的钢体材料和结构，不降低原有的磁饱和性和强度，以满足输出功率和高速旋转，还可以通过压粉铁心盖的方式消除爪极在高速旋转中转子表面的铁磁损耗。
在另一种实施方式中，极齿1与压粉铁心层之间直接通过胶水粘结的方式固定。在该实施例中，压粉铁心层可以仅仅覆盖极齿1的最外侧即可。
与现有技术相比较，本发明所提供的转子装置利用在转子表面开槽并加盖压粉贴心盖，利用压粉铁心的软磁材料特性，其具有良好的导磁性，但却有相对较低的涡流损耗和磁滞损耗。这样，既可以降低转子铁损，又保证转子表面的磁通密度，并因此保证了电机的性能。压粉铁心盖的安装方式，还可以一定程度的弥补开槽导致的转子强度弱化，平滑的转子表面减少了风阻损耗。本专利即利用了压粉铁心的特长，又最大限度的降低了压粉铁心材料的使用量。在传统模具保留的基础上，只需做小改动，即可达到一定的改善效果。产品升级成本也会因此降低。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种用于交流发电机的转子，其特征在于，所述转子包括爪极和转轴，所述爪极包括若干极齿，所述爪极与所述转轴固定，所述爪极的至少一个极齿的表面部分或全部覆盖一压粉铁心层，所述压粉铁心层形成一壳体，所述极齿的表面包括至少一个导轨槽，所述壳体的一端安装于所述导轨槽内。
2.如权利要求1所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述压粉铁心层通过胶水固定于所述极齿的表面。
3.如权利要求1所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述极齿的表面包括两个导轨槽，所述壳体的两端分别安装于所述导轨槽内。
4.如权利要求1所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述壳体的形状与所述极齿的表面形状一致。
5.如权利要求3所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述导轨槽位于所述极齿的两个侧面。
6.如权利要求1所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述压粉铁心层的外表面与所述极齿的表面位于同一平面。
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