CN106787328A - 一种盘式电机转子 - Google Patents

Abstract

盘式电机转子，包括转子本体和永磁单元，在转子本体盘体上有偶数个永磁单元在盘体上沿圆周均布，相邻永磁单元的磁极向相反，每个永磁单元含有一个至若干个磁单体，永磁单元内的磁单体安装时极性相同；另在转子本体盘体外周加装碳纤维加强箍。本发明是在现有电机的结构形状基础上，增加了加强箍、网格形状和蜂巢式分布磁体，使得离心力分解，克服了单个磁块只有外沿点接触和螺丝孔受力会导致磁块外沿压碎和固定螺丝孔处开裂，同时克服了增加转速压碎磁块的问题；结构简单、成本较低，提高了高速运行等级、而且安全可靠，可用于大功率高速电机。

Description

一种盘式电机转子

技术领域

本发明涉及盘式电机，具体涉及轴向磁通永磁盘式电机中使用的转子。属于电机技术领域。

背景技术

通常的盘式电机是由单个定子和所对应的转子组成，转子和定子都呈扁而平的盘状结构，电机也是扁平形状。盘式永磁电机结合了永磁电机和轴向磁场电机的特点，具有轴向尺寸短、结构紧凑、功率密度高、转动惯量小等优点。尤其是无铁芯盘式电机，因其中无铁芯重量轻、体积小、损耗小、噪声低、振动小等优点被广泛应用。

目前，永磁盘式电机的转子大多由永久磁钢和转子轭铁组成，磁钢通过粘结或者采用螺钉紧固的方法安装在轭铁上，形成电机的永磁转子。电机在工作过程中转子的永久磁钢和轭铁都会产生磁损耗，转子会发热，采用粘结的方法在转子发热或长期使用后存在磁钢脱落的危险；而采用螺钉紧固的方法也由于永久磁钢材料一般都比较脆，容易导致磁钢脆裂，由其是高速时，影响转子的结构强度。

由于前述的缺点和不足，盘式永磁电机在高速电机中应用受到极大的限制，主要表现为：在转子高速转动时，因离心力的作用不但磁钢容易脱落，由于质量分布不均匀，甚至使转子本体发生翘曲变形，严重时可使电机报废。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开了盘式电机转子，在转子本体盘体上有偶数个永磁单元在盘体上沿圆周均布，相邻永磁单元的磁极向相反，每个永磁单元含有一个至若干个磁单体，永磁单元内的磁单体安装时极性相同；另在转子本体盘体外周加装碳纤维加强箍。旨在为盘式永磁运用于高速电机，而提供了一种制作简单、成本较低、运行可靠的解决方案。

本发明采用如下的技术方案：

盘式电机转子，包括转子本体和永磁单元，转子本体为呈圆盘状的盘体，盘体中心有供转轴穿过的通孔，永磁单元嵌入转子本体内并沿盘体圆周均匀分布，永磁单元的磁极向与盘体轴向相同，转子本体外周设有束缚盘体的圆环状外箍；外箍的外周还设有加强箍，加强箍采用碳纤维材料。

外箍与转子本体为一体加工成形的；所述加强箍具体是在外箍的外周开设有圆环状加强箍容纳槽，碳纤维材料在加强箍容纳槽内紧密缠绕形成加强箍。

盘体上设有偶数个沿盘体圆周均匀分布的供永磁单元嵌入转子本体内的容纳腔，永磁单元固定在容纳腔内，盘体上相邻永磁单元的磁极向相反。

在转子本体的盘体上开设有网格，网格的形状可以是圆形、多边形、由盘体的圆周和径线构成的经纬格或其他对称形状；网格可以为贯穿盘体的通孔或是不贯穿盘体的小格；所述永磁单元容纳腔是由一组网格组成的区域，所述永磁单元由该区域内网格中容纳的磁极向相同的永磁磁单体组成；网格的大小可以按盘体大小或永磁单元大小具体确定，盘体上在容纳腔之间也可开设网格，以减轻转子本体的盘体的质量。网格为圆形或多边形时，永磁单元区域内多个网格按蜂房式分布；网格以六角形蜂巢格为佳。

容纳腔或永磁单元的横截面呈圆形、扇形、环形、多边形或其他形状。

永磁单元容纳腔的深度不超过转子本体厚度二分之一，永磁单元的厚度与磁块容纳腔的深度相等，即永磁单元外表面与转子本体表面平齐；永磁单元的磁单体通过螺钉或容纳腔与转子本体固定。另外一种结构是，永磁单元容纳腔的深度与转子本体厚度相同，即容纳腔为贯穿转子本体的通孔，永磁单元的厚度与转子本体厚度相等，永磁单元两侧外表面与转子本体表面平齐；永磁单元的磁单体通过容纳腔边沿向内突起的内凸沿固定。

转子本体盘体上开设有贯穿转子本体的通风叶孔；通风叶孔沿周向均匀分布，通风叶孔与转子本体的盘体表面夹角为锐角，通风叶孔还与转子本体的径向夹角也为锐角；通风叶孔连接有引流风槽，引流风槽在相邻永磁单元容纳腔的间隙处从通风叶孔处向外延伸，延伸路径可为弧线或直线，但延伸边缘不超过圆环状外箍的内圆周；引流风槽为转子本体表面开设的浅槽，引流风槽不贯穿转子本体，通风叶孔的形状可以是圆形、椭圆或矩形等有利于推动内部气流流动的形状。

转子本体的盘体与永磁单元由铁氧体、钕铁硼制成一体的盘状体，在设定的区域充磁构成永磁单元。在转子本体的盘体一侧设有覆盖永磁体的导磁盘，导磁盘与转子本体固定，导磁盘可以采用铁片等导磁材料制成。

由若干转子沿轴向叠加组装构成多级轴向联装转子。

所述转子本体用合金铝或钛合金制造。

本发明可以取得如下的技术效果：

采用转子本体外周设有束缚盘体的圆环状外箍结构的永磁转子，盘体外沿的变形得到一定程度的遏制，在外箍外周边再加装上采用碳纤维材料的加强箍，使得转子盘体在中高速旋转过程中，翘曲变形现象得到解决。而在盘体上开设网格来容纳永磁体，将单个永磁体改为由一组小的磁单体组成，每个永磁单元分解为多个小磁单体，每个磁单体分别被盘体束缚，通过蜂巢网格受力最佳结构，分解一个大磁块时磁块本体径向外边沿受力压碎的弊病，使得在原有的基础上圆形单磁块受力面积小，进而采用条形结构的磁块增大了径向外沿磁铁与盘体的接触面积、减小磁条的径向距离、使磁条径向外沿受到高速旋转时产生的离心力降低到最小，将每个磁条的离心力消耗在外边的格栅上,但是条形磁条结构又降低了磁盘的径向拉力。克服了单个磁块只有外沿点接触和螺丝孔受力会导致磁块外沿压碎和固定螺丝孔处开裂，同时克服了增加转速压碎磁块的问题。尤其是解决了盘式电机虽然有优异的电气性能却不能用于高速的传统问题，从而在克服了传统电机由于直径大高转数时线速度太高离心力太大、永磁体太脆导致永磁体损坏而无法在高速下使用的缺点。另一方面，分布有叶孔盘体，实际上形成了个简易的风机叶轮，可以很好地推动电机内部的气流流动，对电机的各部件都有明显的降温作用。本发明是在现有电机的结构形状基础上，增加了加强箍、网格形状和蜂巢式分布磁体，使得离心力分解，结构简单，提高了高速运行等级、而且安全可靠，可用于大功率高速电机。

附图说明

图1永磁单元容纳腔半倍于盘体厚度的实施例示意图；

图2是图1的后视示意图；

图3永磁单元半倍于盘体厚度、未加装碳纤维加强箍时的剖视示意图；

图4永磁单元横截面呈圆形、开设通风叶孔的实施例示意图；

图5永磁单元容纳腔贯穿转子本体的实施例剖视示意图；

图6是图5的局部放大示意图，突出显示了内凸沿和碳纤维加强箍；

图7永磁单元呈扇形的转子示意图；

图8多级轴向联装转子的轴向剖视示意图；

图9网格为六角形或圆形蜂巢格分布、永磁单元呈长方形的示意图；

图10图9基础上容纳腔之间盘体也可不开设网格；

图11网格为经纬格、磁块区域呈扇形时的示意图；

图12是图11的局部放大示意图，突出显示了磁单体和长条网格；

图13永磁单元区为三个圆形磁块蜂窝式分布的示意图

图14盘体一侧设有覆盖永磁体的导磁盘的示意图

图中标记分别表示：

1—盘状转子本体盘体，2—圆环状外箍，3—轴套，4—加强箍容纳槽，5—碳纤维加强箍，6—永磁单元，7—永磁单元容纳腔，8—螺钉，9—内凸沿，10—引流风槽，11—通风叶孔，61—永磁磁单体，71—网格。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的说明。

实施例1永磁块厚度半倍于转子本体

如附图1、2、3所示，盘式电机转子，包括转子本体和永磁单元，转子本体为呈圆盘状的盘体1，永磁单元呈圆形永磁块6，盘体中心有供转轴穿过的通孔和轴套3，转子本体开设有容纳腔7供永磁块6嵌入转子本体内，永磁块的磁极向与盘体1轴向相同，转子本体外周设有束缚盘体的圆环状外箍2；外箍的外周还设有加强箍5，加强箍可采用碳纤维材料；

外箍2与转子本体1为一体加工成形的；所述加强箍5具体是，在外箍2的外周开设有圆环状加强箍容纳槽4，碳纤维材料在加强箍容纳槽内紧密缠绕形成加强箍5；

转子本体盘体上有偶数个永磁块及磁块容纳腔沿圆周均匀分布，相邻永磁块的磁极相反。

磁块容纳腔7的深度不超过转子本体厚度二分之一，永磁块6的厚度与磁块容纳腔7的深度相等，即永磁块外表面与转子本体表面平齐；永磁块通过螺钉8与转子本体固定。

磁块容纳腔7及永磁块6的数量，根据电机的实际需要设定为偶数，如2、4、6、8等。还可以为1块多级永磁环6和1个磁环容纳腔，构成整体的磁环，磁环可充磁成N个偶数极。

如图4，在本实施例中，还可以在转子本体盘体上开设有贯穿转子本体的通风叶孔；通风叶孔沿周向均匀分布，通风叶孔与转子本体的盘体表面夹角为锐角，通风叶孔还与转子本体的径向夹角也为锐角；通风叶孔连接有引流风槽，引流风槽在相邻永磁单元容纳腔的间隙处从通风叶孔处向外延伸，延伸路径可为弧线或直线，但延伸边缘不超过圆环状外箍的内圆周；引流风槽为转子本体表面开设的浅槽，引流风槽不贯穿转子本体，通风叶孔的形状可以是圆形、椭圆或矩形等有利于推动内部气流流动的形状。

优点是：制造简单、成本低，可用于中高转速的电机。

实施例2永磁块与转子本体厚度相同

基本构造与实施例1相似，不同之处主要在于多个电机轴向组合、强制通风使用使电机功率密度更大。

如图5、6所示，本体用合金铝或钛合金制造，永磁单元容纳腔7的深度与转子本体1厚度相同，即磁块容纳腔为贯穿转子本体的通孔，永磁块6的厚度与转子本体1厚度相等，永磁块两侧外表面与转子本体表面平齐；磁块容纳腔边沿有向内突起的内凸沿9用于固定永磁块6；

如图4所示，转子本体盘体上开设有贯穿转子本体的通风叶孔11；通风叶孔沿周向均匀分布，通风叶孔与转子本体的盘体表面夹角为锐角，通风叶孔还与转子本体的径向夹角也为锐角；通风叶孔连接有引流风槽10，引流风槽在相邻磁块的间隙处从通风叶孔处向外延伸，延伸路径可为弧线或直线，但延伸边缘不超过圆环状外箍的内圆周；引流风槽为转子本体表面开设的浅槽，引流风槽不贯穿转子本体，通风叶孔的形状可以是圆形、椭圆或矩形等有利于推动内部气流流动的形状。

优点是：分布有通风叶孔的盘体，实际上形成了个简易的风机叶轮，可以很好地推动电机内部的气流流动，对电机的各部件都有明显的降温作用。可多个电机轴向组合、强制通风使用使电机功率密度更大。

实施例3永磁单元横截面呈扇形

如图7所示，不同于实施例2之处是：永磁单元容纳腔及永磁单元的横截面呈扇形，当然也可以呈环形或其他形状。另一不同之处在于，此实施例，未开设通风叶孔和引流风槽。其它结构同实施例2相同或相似。

优点是：增大了永磁单元的面积和磁通量使功率更大，容纳腔及永磁块的横截面为矩形阵列，分散了磁块的受力。

实施例4永磁单元容纳腔是由一组蜂巢网格组成的区域

如图9所示，与实施例1或2不同之处在于：

在转子本体的盘体上开设有网格71，网格的形状可以是六角形蜂巢格或圆形及其他对称形状；网格可以为贯穿盘体的通孔或是不贯穿盘体的小格，网格不贯穿盘体时，盘体的两个表面上均开设网格，但两个表面上开设的网格在形状、大小及分布位置等空间位置要素均是对称的；

在盘体上开设网格后，划定六个区域作为六个永磁单元的容纳腔7，该六个区域沿盘体圆周均匀分布，所述永磁单元的容纳腔7实际上是由一组网格组成的相对独立的区域。

在划定的区域内的网格中置有永磁磁单体61，同一区域内的永磁磁单体磁极向相同，则所述永磁单元6实际上是由该区域内网格中容纳的永磁磁单体61组成；在永磁单元容纳腔7区域外，两个相邻区域之间的盘体上也可开设网格，以减轻转子本体的盘体的质量。

本实施例在制作时，可以在转子盘体上均匀开设六角形蜂巢网格或圆孔为加工优选，当然该网格还可以是几何对称的其他形状，之后按六个角度方向划出六个相对独立的区域，在各个区域内分别填充磁单体后，构成六个永磁单元矩阵，同一区域内磁单体磁极向一致，相邻区域的磁极向相反。网格的大小可以按盘体大小或永磁单元大小要求具体确定。

优点是：使永磁磁块分解为若干个小的磁单体，通过蜂巢网格分解一个大磁块时磁块本体径向外边沿受力被压碎的弊病。

实施例5永磁单元容纳腔各自区域内网格对称分布

如图10所示，基本结构与实施例4相同，不同之处在于，各区域内六角形蜂巢网格对称分布，而不同区域内的六角形蜂巢网格不一定对称；区域和永磁块数量可以不为六个的偶数，图中永磁单元数量为八个。

在盘体上开设网格71时，是依据区域和永磁单元的数量，在盘体周向上均匀设定相应偶数数量的区域，各区域内的六角形或圆形蜂巢网格按各自的径向对称分布，该区域的径向是指该区域在盘体上分布位置的角度方向。但作为构成永磁单元容纳腔的相对独立区域在盘体上是按周向均匀分布。

优点是：使磁极块分解为若干个小磁单体，通过蜂巢网格分解一个大磁块时磁块本体径向外边沿受力压碎的弊病，并且保留了每个磁极间的格栅径向贯通，增加了转子径向拉力，可使电机的工作线速度更高。

实施例6永磁单元容纳腔是由一组经纬网格组成的区域

基本结构与实施例4相同，不同之处在于，网格71的形状为经纬格。

如图11所示，在转子本体的盘体上开设有网格，网格的形状是由盘体的圆周和径线构成的经纬格。

本实施例在制作时，可以在转子盘体上按间隔相等的距离划出同心圆周、按周向均匀划出径向线条，由同心圆周和径向线条分割形成经纬格。然后，按偶数个角度方向划出偶数个相对独立的区域，在各个区域内分别填充磁单体后，构成偶数个永磁单元，同一区域内磁单体磁极向一致，相邻区域的磁极向相反。

优点是：条形的磁块增大了径向外沿磁铁与盘体的接触面积、减小磁条的径向距离、使磁条径向外沿受到高速旋转时产生的离心力降低到最小。

实施例7永磁单元容纳腔各区域内为圆形网格

如图13所示，基本结构与实施例5相似，不同之处在于，采用每若干个相同径的圆形孔为一组作为区域内的网格构成各永磁单元的容纳腔，图中表现的是每个容纳腔区域内有三个圆形网格；各容纳腔区域内的圆形网格对称式蜂巢式矩阵分布，永磁单元数量为偶数。圆形网格内置永磁单体，同一区域内的永磁单体磁极向相同。在盘体一侧设有覆盖永磁块的导磁盘，导磁盘与转子本体固定，导磁盘可以采用铁片等导磁材料制成。

优点是：结构简、磁柱体积圆形而且相同单容易批量制造，降低成本。

如图8所示，以上各实施例中，还可由若干永磁转子盘体沿轴向叠加组装构成多级轴向联装转子，以增加电机功率。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种盘式电机转子，包括转子本体和永磁单元，转子本体为呈圆盘状的盘体，盘体中心有供转轴穿过的通孔，永磁单元嵌入转子本体内并沿盘体圆周均匀分布，永磁单元的磁极向与盘体轴向相同，其特征在于，转子本体外周设有束缚盘体的圆环状外箍；外箍的外周还设有加强箍，加强箍采用碳纤维材料。

2.根据权利要求1所述盘式电机转子，其特征在于，所述外箍与转子本体为一体加工成形的；所述加强箍具体是在外箍的外周开设有圆环状加强箍容纳槽，碳纤维材料在加强箍容纳槽内紧密缠绕形成加强箍。

3.根据权利要求1或2所述盘式电机转子，其特征在于，所述盘体上设有偶数个沿盘体圆周均匀分布的供永磁单元嵌入转子本体内的容纳腔，永磁单元固定在容纳腔内，盘体上相邻永磁单元的磁极向相反。

4.根据权利要求3所述盘式电机转子，其特征在于，在转子本体的盘体上开设有网格，网格的形状可以是圆形、多边形、由盘体的圆周和径线构成的经纬格形状；网格为贯穿盘体的通孔或是不贯穿盘体的小格；所述永磁单元容纳腔是由一组网格组成的区域，所述永磁单元由该区域内网格中容纳的磁极向相同的永磁磁单体组成；

5.根据权利要求4所述盘式电机转子，其特征在于，所述网格为圆形或多边形，永磁单元区域内多个网格按蜂房式分布。

6.根据权利要求5所述盘式电机转子，其特征在于，所述多边形为六角形蜂巢格。

7.根据权利要求1或2所述盘式电机转子，其特征在于，永磁单元容纳腔的深度不超过转子本体厚度二分之一或与转子本体厚度相同，永磁单元的磁单体通过螺钉固定或通过容纳腔边沿向内突起的内凸沿固定。

8.根据权利要求1或2所述盘式电机转子，其特征在于，由若干转子沿轴向叠加组装构成多级轴向联装转子。

9.根据权利要求1或2所述盘式电机转子，其特征在于，所述转子本体用合金铝或钛合金制造。

10.根据权利要求1或2所述盘式电机转子，其特征在于，转子本体盘体上开设有贯穿转子本体的通风叶孔；通风叶孔沿周向均匀分布，通风叶孔与转子本体的盘体表面夹角为锐角，通风叶孔还与转子本体的径向夹角也为锐角；通风叶孔连接有引流风槽，引流风槽在相邻永磁单元容纳腔的间隙处从通风叶孔处向外延伸，延伸路径为弧线或直线，但延伸边缘不超过圆环状外箍的内圆周；引流风槽为转子本体表面开设的浅槽，引流风槽不贯穿转子本体，通风叶孔的形状是圆形、椭圆或矩形。