CN106849430B - 电机用转子、电动机、发电机及电机用转子的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机用转子、电动机、发电机及电机用转子的制造方法，属于电机技术领域。本发明的电机用转子，其包括由非永久磁铁构成的圆筒形铁芯；由永久磁铁构成并覆盖于所述的圆筒形铁芯外围的圆筒形金属板，以及以海尔贝克排列并覆盖于所述的圆筒形金属板外围的多个磁铁，从而保证在转子高速旋转时，磁铁不易脱落，并能改进生产该电机用转子时的操作性，使生产工艺更便捷，生产成本更为低廉。

Description

电机用转子、电动机、发电机及电机用转子的制造方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及电机转子技术领域，具体是指一种电机用转子、电动机、发电机及电机用转子的制造方法。

背景技术

电机用转子，通常包括磁铁和转子铁芯。磁铁安装在转子铁芯的外围上，由铁等永久磁铁构成；转子具有磁轭，用来集中来自磁铁的磁通。但是，因为在室温下，铁的密度约为7.9g/cm³，比重较大，因此，由铁构成转子铁芯的转子重量较重，机械时间常数很大。这样的转子用在电机等情况时，可能无法实现提高起始速度和高速运转。

为了提高电机的起始速度和旋转速度，由永久磁铁构成的转子铁芯可以使用低密度且较轻的材料。不过，目前没有那样的材料。在专利文献1特开2000-197287中，公开了在合成树脂里埋入永久磁铁的转子的制造方法。

专利文献2特开2007-215292中，公开了关于海尔贝克排列构造的磁铁组合体，通过让相邻磁铁无缝隙紧密粘贴的排列，来提升磁铁组合体的性能的一种电机用转子的制造方法。

若转子铁芯是永久磁铁，因为转子铁芯和磁铁之间的结合力较强，在转子高速旋转时，缓和了磁铁从转子铁芯上脱落的风险。但是，当转子铁芯采用非永久磁铁构成时，由于转子铁芯和磁铁之间的结合力不充分，磁铁有从转子铁芯上脱落的可能性。

如将专利文献1中所公开的转子用在电机上时，由于转子高速旋转，合成树脂和永久磁铁之间的结合力不充分。这种情况下，在转子高速旋转时，埋设在合成树脂中的磁铁由于旋转有脱落的可能性。

专利文献2公开了轴圆盘型的电机用转子，而没有记载具有圆筒形转子铁芯的转子。另外，专利文献2通过内围支撑体和环形外围支撑体来支撑着磁铁组合体，但是由于这个构造需要用到很多部件，所以其制作工艺很复杂。并且，专利文献2因为用环氧树脂把磁铁直接安装在由非永久磁铁构成的转子铁芯里，转子铁芯和磁铁的粘贴有可能不充分。

综上，如何提供一种在转子高速旋转时，磁铁不易脱落，并能改进生产时的操作性的电机用转子成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种在转子高速旋转时磁铁不易脱落，并能改进生产时的操作性的电机用转子。

为了实现上述的目的，本发明的电机用转子具有如下构成：

该电机用转子包括圆筒形铁芯、圆筒形金属板和多个磁铁。

其中，圆筒形铁芯由非永久磁铁构成；圆筒形金属板由永久磁铁构成，覆盖于所述的圆筒形铁芯外围；而多个磁铁则以海尔贝克排列，并覆盖于所述的圆筒形金属板外围。

该电机用转子中，所述的圆筒形铁芯由非磁性金属或玻璃纤维增强塑料构成。

该电机用转子中，所述的圆筒形铁芯与所述的圆筒形金属板之间，以及所述的圆筒形金属板与所述的磁铁之间，均通过胶水粘贴。

该电机用转子还包括外封装体，该外封装体覆盖于以海尔贝克排列所述的多个磁铁的外围。

该电机用转子中，所述的外封装体由玻璃纤维增强塑料构成。

该电机用转子中，所述的磁铁与所述的外封装体之间通过胶水粘贴。

本发明还提供一种电动机，该发动机具有上述任一项所述的电机用转子。

本发明还提供一种发电机，该发电机具有上述任一项所述的电机用转子。

本发明还提供一种电机用转子的制造方法，该方法包括以下步骤：

用非永久磁铁构成圆筒形铁芯；

用永久磁铁构成圆筒形金属板，并覆盖于所述的圆筒形铁芯外围；

将多个磁铁以海尔贝克排列覆盖于所述的圆筒形金属板外围。

采用了该发明的电机用转子，其制造方法以及采用该转子的电动机和发电机，由于该电机用转子，包括由非永久磁铁构成的圆筒形铁芯；由永久磁铁构成并覆盖于所述的圆筒形铁芯外围的圆筒形金属板，以及以海尔贝克排列并覆盖于所述的圆筒形金属板外围的多个磁铁。从而保证在转子高速旋转时，磁铁不易脱落，并能改进生产该电机用转子时的操作性，使生产工艺更便捷，生产成本更为低廉。

附图说明

图1为本发明的电机用转子的一种实施方式的示意图。

图2为本发明的电机用转子的一种实施方式中的转子铁芯的示意图。

图3为本发明的电机用转子的一种实施方式中的圆筒形金属板的示意图。

图4为本发明的电机用转子的一种实施方式中的磁铁组合体的示意图。

图5为本发明的电机用转子的一种实施方式中以海尔贝克排列的多个磁铁的磁化方向示意图。

图6为本发明的电机用转子的另一种实施方式中的磁铁组合体示意图。

标号说明

100 转子

110 转子铁芯

120 金属板

130、130A 磁铁组合体

130a-1 第一主磁铁

130a-2 第二主磁铁

130a-3 第三主磁铁

130a-4 第四主磁铁

130b-1 第一副磁铁

130b-2 第二副磁铁

130b-3 第三副磁铁

130b-4 第四副磁铁

130Aa-1 第一磁铁

130Aa-2 第二磁铁

130Aa-3 第三磁铁

130Aa-4 第四磁铁

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本发明的一种实施方式的转子的示意图。

在一种实施方式中，如图1所示，转子100具有转子铁芯110、金属板120和磁铁组合体130。转子铁芯110由非永久磁铁构成，具有将圆柱中心部位挖去一部分的圆筒形状。金属板120是覆盖在转子铁芯110的外围面上，并沿着圆周方向上安装的由永久磁铁所构成的圆筒形薄板。磁铁组合体130是由覆盖在金属板120的外围面上，并沿着周边方向上进行海尔贝克排列的多个磁铁所构成。

以下，对转子铁芯110、金属板120以及磁铁组合体130进行详细说明。

如图2所示，转子铁芯110具有将圆柱中心部位挖去一部分，有底的圆筒形状。举例来说，铁芯110的尺寸可以为：内径Φ1为103mm，外径Φ2为123mm，深度D为60mm，全长L1为70mm，以及底的厚度L1-D＝10mm。并且，在不同的实施方式中，对内径Φ1、外径Φ2、深度D、以及全长L1没有特别的限制，各个数值可根据设计能够进行适当的改变。

具体来说，转子铁芯110是由比铁更轻的非磁性金属或非磁性树脂材料构成。若采用非磁性金属，可以使用铝等材料。这样的情况下，转子铁芯110可以通过，例如采用车床将铝制圆棒加工成一定的形状来构成。另外，转子铁芯110也可通过车床对由铝所构成的铸件进行抛光加工来构成。当然，转子铁芯110也可以采用满足比铁轻并且是非磁性金属这一要求的铝以外的金属来构成。

若转子铁芯110采用非永久磁铁树脂材料，则能够使用如：GFRP(Glass FiberReinforced Plastics，玻璃纤维增强塑料)等材料。这种情况下，转子铁芯110可通过在模具中，根据实际需要投入例如长为3～5mm，直径为10～15μm的玻璃纤维、聚酯树脂、剥离剂、着色剂所混合的混合物，压缩成形并硬化来构成(采用BMC法(Bulk Molding Compound))。在这里，也可以使用代替聚酯树脂的环氧树脂、聚酰胺树脂、苯树脂或者是乙烯基酯树脂等。并且，若转子铁芯110采用比铁轻，而且是非永久磁铁树脂材料，也可以用GFRP以外的树脂材料来构成。

如图3所示，在转子铁芯110上安装的金属板120的尺寸可以为：内径Φ2为123mm，外径Φ3为124mm，厚度为0.5mm以及全长L2为50mm。

具体来说，金属板120是将例如0.1mm～2.0mm的铁制带状薄板通过使用环氧树脂等胶水，套在转子铁芯110上来构成的。另外，金属板120也可以用铁环来代替铁制带状薄板，套在转子铁芯110上来构成。而且，金属板120还可以用硅钢板等铁以外的永久磁铁来构成。

如图4所示，磁铁组合体130是由在金属板120的外围面的周边方向上排列的多个磁铁而构成。这种情况下，磁铁组合体130的尺寸可以为：内径Φ3为124mm、外径Φ4为140mm以及幅度为50mm。下文中具体记载，磁铁组合体130是由海尔贝克排列的多个磁铁所构成。

参照图5，说明了关于构成磁铁组合体130的多个磁铁的各个磁铁的磁化方向。

磁铁组合体130，包括了具有与圆周方向相垂直的第一磁化区域的第一主磁铁130a-1、第二主磁铁130a-2、第三主磁铁130a-3和第四主磁铁130a-4。并且，磁铁组合体130，还包括了具有与圆周方向相平行的第二磁化区域的第一副磁铁130b-1、第二副磁铁130b-2、第三副磁铁130b-3和第四副磁铁130b-4。在这里，第一磁化区域与第二磁化区域的磁化方向大致垂直。

第一主磁铁130a-1和第三主磁铁130a-3具有相同的磁化方向。第二主磁铁130a-2和第四主磁铁130a-4的磁化方向则与第一主磁铁130a-1和第三主磁铁130a-3的磁化方向成180度反转。

第一副磁铁130b-1和第三副磁铁130b-3具有相同的磁化方向。第二副磁铁130b-2和第四副磁铁130b-4的磁化方向则与第一副磁铁130b-1和第三副磁铁130b-3的磁化方向成180度反转。

如图5所示，在磁铁组合体130中，第一副磁铁130b-1设置于第一主磁铁130a-1和第二主磁铁130a-2之间。第二副磁铁130b-2设置于第二主磁铁130a-2和第三主磁铁130a-3之间。第三副磁铁130b-3设置在第三主磁铁130a-3和第四主磁铁130a-4之间。第四副磁铁130b-4设置于第一主磁铁130a-1和第四主磁铁130a-4之间。也就是说，磁铁组合体130是由相邻磁铁的磁化方向约成90度不同的海尔贝克排列的多个磁铁构成。根据这一点，转子即使没有磁轭，只需将流漏的磁通集中到任意一个位置，就能够得到足够的磁通密度。而且，图4与图5并没有限定构成磁铁组合体130磁铁的数量。具体来说，图4与图5展示了使用4个磁极的电机的磁铁组合体130的例子。通常电机由n个磁极(n为偶数)来构成，本实施方式可以通过按照磁极的任意数量，构成磁铁组合体130。

在本实施方式中，磁铁组合体130可以通过在金属板120上面涂上环氧树脂胶水，并在涂好的环氧树脂胶水上设置磁铁来构成。把多个磁铁进行海尔贝克排列的时候，因为接邻的磁铁属性相同会相互排斥，组合起来相对困难。但是，由于金属板120上涂了环氧树脂胶水，再加上磁铁与金属板120的吸引力，能够把磁铁粘住并吸引住。通过这个方法来排列，能够更容易地构成磁铁组合体130。并且，本实施方式中不限制所使用的磁铁，也能够使用如：钕铁硼磁铁这样的磁铁。

另外，在磁铁组合体130上涂上环氧树脂等胶水后，在其上面也可以用外封装体(图中未示出)来构成。外封装体是把由GFRP所构成的密封装置卷起来硬化而成。此类外封装体可以使用如：根据SMC(Sheet Molding Compound)法所制作的厚度为0.5mm，幅度为50mm(与磁铁组合体130相同幅度)的GFRP密封装置。据此，本实施方式因为强化了磁铁组合体130，所以能够防止磁铁组合体130从金属板120上脱离损坏。而且，磁铁组合体130由钕铁硼磁铁构成时，因为钕铁硼磁铁不易生锈，表面又被外封装体覆盖住，所以即使不进行电镀等表面处理也能够防止生锈。因此，本实施方式也能有效防止磁铁组合体130的劣化。

如图6所示，磁铁组合体130A包括了第一磁铁130Aa-1、第二磁铁130Aa-2、第三磁铁130Aa-3和第四磁铁130Aa-4。第一磁铁130Aa-1至第四磁铁130Aa-4的每个磁铁都具有，保持与圆周方向成平行的磁化方向的磁化。另外，第一磁铁130Aa-1至第四磁铁130Aa～4的每个磁铁都具有，在两端部位的磁化方向和中间部位的磁化方向成正交的磁化方向，在两端部位的磁化方向互成180度反转。也就是说，第一磁铁130Aa-1至第四磁铁130Aa-4的每个磁铁，在圆周方向上都有多个磁化区域。

更详细地来说，第一磁铁130Aa-1与第三磁铁130Aa-3的每个磁铁，在中央部位与两端部位上具有相同的磁化方向。第二磁铁130Aa-2与第四磁铁130Aa-4的每个磁铁，在中央部位与两端部位具有相同的磁化方向。而且，第一磁铁130Aa-1和第三磁铁130Aa-3的中央部位和两端部位的磁化方向，同第二磁铁130Aa-2和第四磁铁130Aa-4的中央部位和两端部位的磁化方向，各成180度反转。

这样的第一磁铁130Aa-1至第四磁铁130Aa-4，可以根据如：申请号为：201710046167.5的中国专利申请中所记载的方法能够得到。也就是说，本实施方式中，如第一磁铁130Aa-1至第四磁铁130Aa-4这样的具有多个磁化区域的磁铁，通过在金属板120上面进行海尔贝克排列，让磁通集中于任意位置，就能够得到足够的磁通密度。而且，图6并不限定构成磁铁组合体130A的磁铁数量。本实施方式，按照设计可以利用任意数量的磁铁构成磁铁组合体130A。

以下，以转子铁芯用铝或者GFRP来构成为例，并通过上述的条件制作转子，计算出惯性力矩。作为比较例案，采用内径为103mm、外径为124mm的铁构成转子铁芯，除去没有金属板的这一点，通过上述条件制作转子，算出惯性力矩。每个惯性力矩的值如表1所示。

转子铁芯材料	铝	GFRP	铁
				惯性力矩(kgm<sup>2</sup>)	0.008	0.007	0.013

表1惯性力矩对照表

如表1所示，转子铁芯由铝构成时惯性力矩为0.008kgm²，转子铁芯由GFRP构成时惯性力矩为0.007kgm²、转子铁芯由铁构成时惯性力矩为0.013kgm²。也就是说，转子铁芯的材料由铁变更为铝或者GFRP的方法，每个惯性力矩的值能够降低约为62％与57％。而且，转子的机械时间常数为t_m根据以下公式计算：

其中，J是惯性力矩，R是电机的电阻，K_t是转矩系数，K_e是反电势系数。R、K_t以及K_e是不因转子铁芯材料的变更而改变的参数。也就是说，通过转子铁芯的材料由铁变更为铝或者GFRP的方法，是由于惯性力矩J的改变，使每个机械时间常数的值也能够降低约为64％或57％。因为机械时间常数是表示电机等起动时的特性值，把本实施方式的转子用在电机等上面，能够加快电机的起动时间。

如上所述，在本实施方式中，由于转子铁芯110是由铝或GFPR来构成的，所以能够降低惯性力矩。因此，将本实施方式的转子适用于电机等情况时，能够缩短从电机停止状态到最高速度的时间。

而且，在本实施方式中，磁铁组合体130被永久磁铁所构成的金属板120所吸附着，并且使用环氧树脂等胶水与金属板120粘贴。据此，该实施方式中，在转子的高速运转时，能够防止磁铁组合体130从金属板120上脱落下来。而且，在制造转子100时，由于磁铁和金属板120之间的吸引力和环氧树脂胶水的采用，使得在金属板120上安装磁铁的操作更为便捷流畅，从而提高了生产率。更有，本实施方式中，因为能够更容易地制作出转子，从成本的观点来看，其节省生产制造成本的效果也非常显著。

采用了该发明的电机用转子，其制造方法以及采用该转子的电动机和发电机，由于该电机用转子，包括由非永久磁铁构成的圆筒形铁芯；由永久磁铁构成并覆盖于所述的圆筒形铁芯外围的圆筒形金属板，以及以海尔贝克排列并覆盖于所述的圆筒形金属板外围的多个磁铁。从而保证在转子高速旋转时，磁铁不易脱落，并能改进生产该电机用转子时的操作性，使生产工艺更便捷，生产成本更为低廉。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种电机用转子，其特征在于，包括：

圆筒形铁芯，由非磁性金属或玻璃纤维增强塑料构成；

圆筒形金属板，由永久磁铁构成，覆盖于所述的圆筒形铁芯外围；以及

多个磁铁，以海尔贝克排列，并覆盖于所述的圆筒形金属板外围。

2.根据权利要求1所述的电机用转子，其特征在于，所述的圆筒形铁芯与所述的圆筒形金属板之间，以及所述的圆筒形金属板与所述的磁铁之间，均通过胶水粘贴。

3.根据权利要求1所述的电机用转子，其特征在于，还包括：

外封装体，覆盖于以海尔贝克排列所述的多个磁铁的外围。

4.根据权利要求3所述的电机用转子，其特征在于，所述的外封装体由玻璃纤维增强塑料构成。

5.根据权利要求3所述的电机用转子，其特征在于，所述的磁铁与所述的外封装体之间通过胶水粘贴。

6.一种电动机，其特征在于，具有权利要求1至5中任一项所述的电机用转子。

7.一种发电机，其特征在于，具有权利要求1至5中任一项所述的电机用转子。

8.一种电机用转子的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

用非磁性金属或玻璃纤维增强塑料构成圆筒形铁芯；

用永久磁铁构成圆筒形金属板，并覆盖于所述的圆筒形铁芯外围；

将多个磁铁以海尔贝克排列覆盖于所述的圆筒形金属板外围。