CN108808921B - 一种盘式转子及盘式电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘式转子及盘式电机，盘式转子包括：环形铁芯，环形铁芯上设置有多组磁钢安装位，且磁钢安装位上设置有卡扣装置；磁钢，磁钢安装在磁钢安装位内，且卡扣装置能够将磁钢卡扣在磁钢安装位内；环箍，环箍套设在环形铁芯的外圆上，且与外圆面抵接；转子支架，转子支架上设置有环形凸台，环形凸台内套在环形铁芯的内圆处，且与内圆面抵接，环形铁芯通过第一螺钉与转子支架连接。由于环形铁芯通过第一螺钉固定在转子支架上，转子支架对环形铁芯的轴向进行了限位，防止在定子铁芯的轴向拉力下发生轴向位移。此外，磁钢安装位上设置有卡扣装置，卡扣装置能够将磁钢卡扣在磁钢安装位内，防止了磁钢的轴向位移。

Description

一种盘式转子及盘式电机

技术领域

本发明涉及电机零部件技术领域，尤其是涉及一种盘式转子及盘式电机。

背景技术

径向磁场电机和轴向磁场电机(也叫盘式电机)是电机领域的两大分支。盘式电机以其更高的铁芯利用率、更大的功率密度以及更高的转矩密度受到了越来越广泛的应用。

目前，盘式电机的转子组件主要由转自支撑盘8、环形铁芯1、永磁体9以及固定环10组成，如图1所示。永磁体9安装在环形铁芯1的钢槽内，支撑盘8和固定环10分别安装在环形铁芯1的内外两侧，对永磁体9的径向进行限位。

然而，在实际使用过程中，永磁体9和环形铁芯1会受到来自定子铁芯的巨大轴向磁拉力，使得转子组件难以在轴向方向上固定环10形铁芯1和永磁体9。

因此，如何限定转子组件上永磁体和环形铁芯的轴向位移是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种盘式转子，能够限定转子组件上永磁体和环形铁芯的轴向位移。

本发明的第二个目的是提供一种盘式电机。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案：

一种盘式转子，包括：

环形铁芯，所述环形铁芯上设置有多组磁钢安装位，且所述磁钢安装位上设置有卡扣装置；

磁钢，所述磁钢安装在所述磁钢安装位内，且所述卡扣装置能够将所述磁钢卡扣在所述磁钢安装位内；

环箍，所述环箍套设在所述环形铁芯的外圆面上，且与所述外圆面抵接；

转子支架，所述转子支架上设置有环形凸台，所述环形凸台内套在所述环形铁芯的内圆处，且与所述内圆面抵接，所述环形铁芯通过第一螺钉与所述转子支架连接。

在一个具体的实施方案中，所述环形铁芯上设置有第一铁芯齿；

所述第一铁芯齿用于间隔所述磁钢安装位。

在另一个具体的实施方案中，还包括爪形支撑；

所述爪形支撑包括：

环形支撑部，所述环形支撑部与所述转子支架的环形凸台通过第二螺钉连接；

支撑筋，所述支撑筋均布在所述环形支撑部上，且所述第一螺钉能够依次穿过所述支撑筋和所述第一铁芯齿固定在所述转子支架上。

在另一个具体的实施方案中，每组所述磁钢安装位包括多个钢槽；

沿着所述环形铁芯的周向方向，同组所述磁钢安装位相邻的所述钢槽之间设置有第二铁芯齿；

同组所述磁钢安装位的钢槽内用于安装同性磁极的所述磁钢，相邻组所述磁钢安装位用于安装异性磁极的所述磁钢。

在另一个具体的实施方案中，沿着所述环形铁芯的轴向方向，所述第一铁芯齿的厚度大于所述第二铁芯齿的厚度。

在另一个具体的实施方案中，所述钢槽沿着所述盘式转子的径向方向分为预设层设置。

在另一个具体的实施方案中，所述卡扣装置为设置在所述第一铁芯齿和所述第二铁芯齿的两侧的斜块；

所述斜块沿着所述第一铁芯齿和所述第二铁芯齿从其底端到其顶端逐渐向所述钢槽延伸；或者

所述卡扣装置为设置在所述第一铁芯齿和所述第二铁芯齿的两侧的顶端的卡块。

在另一个具体的实施方案中，所述磁钢包括：

底座，所述底座安装在所述钢槽内；

扇形部，所述扇形部设置在所述底座的顶面，且相邻钢槽内的磁钢的扇形部能够贴合在一起。

在另一个具体的实施方案中，所述底座的横截面为梯形，且所述底座的顶面的面积小于所述底座的底面的面积。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

在本发明的一个具体实施例中，由于环形铁芯通过第一螺钉固定在转子支架上，转子支架对环形铁芯的轴向进行了限位，防止在定子铁芯的轴向拉力下发生轴向位移。由于环箍套设在环形铁芯的外圆上，与环形铁芯的外圆面抵接，转子支架的环形凸台内套在环形铁芯的内圆处，与环形铁芯的内圆面抵接，因此，环箍和环形凸台对磁钢的径向进行了限位。此外，磁钢安装位上设置有卡扣装置，卡扣装置能够将磁钢卡扣在磁钢安装位内，防止了磁钢的轴向位移。本发明限定了盘式转子上磁钢和环形铁芯的轴向位移。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案：

一种盘式电机，包括如上述任意一项所述的盘式转子。

由于本发明公开的盘式电机包括上述任意一项中的盘式转子，因此，盘式转子所具有的有益效果均是本发明公开的盘式电机所包含的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的转子组件的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的盘式转子的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的盘式转子的爆炸图；

图4为本发明实施例一提供的盘式转子的另一方向的爆炸图；

图5为本发明实施例二提供的盘式转子的结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的盘式转子的爆炸图；

图7为本发明提供的盘式转子的环形铁芯的绕设示意图；

图8为本发明提供的盘式转子的磁钢的结构示意图；

图9为本发明提供的盘式转子的环形铁芯的结构示意图；

图10为本发明提供的盘式转子的转子支架的结构示意图。

其中，图1-10中：

环形铁芯1、磁钢安装位101、卡扣装置102、磁钢2、环箍3、转子支架4、环形凸台401、连轴孔402、第一铁芯齿103、爪形支撑5、环形支撑部501、支撑筋502、钢槽104、第二铁芯齿105、底座201、扇形部202、第一螺钉6、第二螺钉7、支撑盘8、永磁体9、固定环10。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

名词解释：

盘式电机：盘式电机也叫轴向磁场电机，其电机内部的磁场的方向是沿着轴向。由于轴向磁场电机一般都呈现扁平状，因此也叫盘式电机。

直轴电感：在电机的dq坐标系中(d轴和q轴是电机转子上建立的一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴)，相绕组在d轴方向上的电感。

交轴电感：在电机的dq坐标系中(d轴和q轴是电机转子上建立的一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴)，相绕组在q轴方向上的电感。

凸极比：直轴电感和交轴电感的比值。

实施例一

如图2-4所示，本发明提供了一种盘式转子。该盘式转子结构可以用在中间定子、两边转子或者单定子、单转子或者级联式的盘式电机结构中。

其中，盘式转子包括环形铁芯1、磁钢2、环箍3和转子支架4。

环形铁芯1为硅钢片或者非晶卷绕而成。环形铁芯1上设置有多组磁钢安装位101，同组磁钢安装位101内安装同性磁极的磁钢2，相邻组磁钢安装位101内安装异性磁极的磁钢2。磁钢安装位101上设置有卡扣装置102。

磁钢2安装在磁钢安装位101内，且卡扣装置102能够将磁钢2卡扣在磁钢安装位101内。

环箍3套设在环形铁芯1的外圆面上，具体环箍3的高度和环形铁芯1的高度相等，也就是环箍3能够与磁钢2抵接。且与外圆面抵接，环箍3为高强度环箍，可以承受巨大离心力。具体可以是独立的高强度碳纤维环，也可以是跟转子支架4一体成型。

转子支架4为高强度转子支架，转子支架4上设置有环形凸台401，环形凸台401内套在环形铁芯1的内圆处，且与内圆面抵接，环形铁芯1通过第一螺钉6与转子支架4连接。

由于环形铁芯1通过第一螺钉6固定在转子支架4上，转子支架4对环形铁芯1的轴向进行了限位，防止在定子铁芯的轴向拉力下发生轴向位移。由于环箍3套设在环形铁芯1的外圆面上，与环形铁芯1的外圆面抵接，转子支架4的环形凸台401内套在环形铁芯1的内圆处，与环形铁芯1的内圆面抵接，因此，环箍3和环形凸台401对磁钢2的径向进行了限位。此外，磁钢安装位101上设置有卡扣装置102，卡扣装置102能够将磁钢2卡扣在磁钢安装位101内，防止了磁钢2的轴向位移。本发明限定了盘式转子上磁钢2和环形铁芯1的轴向位移。

实施例二

如图5-10，在本发明提供的第二实施例中，本实施例中的盘式转子和实施例一中的盘式转子的结构类似，对相同之处就不再赘述了，仅介绍不同之处。

在本实施例中，本发明具体公开了环形铁芯1上设置有第一铁芯齿103，第一铁芯齿103的个数为多个，用于间隔多组磁钢安装位101。

本发明公开了环形铁芯1固定在转子支架4上的两种方式：

(1)在第一铁芯齿103上开设通孔，通过第一螺钉6将环形铁芯1固定在转子支架4上；

(2)盘式转子还包括爪形支撑5，爪形支撑5包括环形支撑部501和支撑筋502，环形支撑部501与转子支架4的环形凸台401通过第二螺钉7连接，支撑筋502均布在环形支撑部501上，且第一螺钉6能够依次穿过支撑筋502和第一铁芯齿103固定在转子支架4上，环形凸台401上还开设有连轴孔402。

进一步地，本发明公开了每组磁钢安装位101包括多个钢槽104，沿着环形铁芯1的周向方向，同组磁钢安装位101相邻的钢槽104之间设置有第二铁芯齿105，同组磁钢安装位101的钢槽104内用于安装同性磁极的磁钢2，相邻组磁钢安装位101用于安装异性磁极的磁钢2。且沿着环形铁芯1的周向方向，同组钢槽104之间通过第二铁芯齿105分隔，增加了电机的d轴电感。

当电机在高速进行弱磁控制时，当忽略电机定子电阻的影响时，电机可以达到的最高理想转速为

式中，p为电机极对数，Ψf为转子磁链，Ld为电机的d轴电感，u和i分别为电机的输入电压和输入电流。从公式中可以看出，在相同的电压下，当增加电机的d轴电感，可以明显降低所需要的电流的大小，或者说可以明显提高电机在可以达到的最高弱磁转速。

本发明进一步公开了沿着环形铁芯1的轴向方向，第一铁芯齿103的厚度大于第二铁芯齿105的厚度。

第一铁芯齿103可以增加电机的q轴电感，由于第一铁芯齿103的厚度大于第二铁芯齿105的厚度，因此，d轴电感<q轴电感，盘式转子的d轴磁路和q轴磁路不对称，根据公式

Τ_em＝p·[ψ_fi_q+(L_d-L_q)i_di_q]

式中，p为电机极对数，Ψ_f为转子磁链，i_d和i_q分别为d轴电流和q轴电流。因此在电机的转矩中会增加上述公式后半部分的磁阻转矩分量(前半部分为永磁体转矩分量)。从而增加电机的转矩密度。

进一步地，本发明公开了钢槽104沿着盘式转子的径向方向分为预设层设置。预设层可以为任意层，具体根据实际需要进行设定。本实施例中，以2层为例。

同一层上的第一铁芯齿103和第二铁芯齿105均沿着转子铁芯的径向方向向外均宽度逐渐变大。

同一层的第二铁芯齿105设置于相邻层的钢槽104间，便于实现相邻层磁钢2沿着转子铁芯的径向进行限位。

相邻第一铁芯齿103的相接面处，处于外层的第一铁芯齿103的宽度大于处于内层的第一铁芯齿103的宽度，便于对相邻层的磁钢2沿着转子铁芯的径向进行限位。

进一步地，本发明具体公开了卡扣装置102的2种结构：

(1)卡扣装置102为设置在第一铁芯齿103和第二铁芯齿105的两侧的斜块，斜块分别沿着第一铁芯齿103和第二铁芯齿105从其底端到其顶端逐渐向钢槽104延伸(也就是说，钢槽104为燕尾槽)；

(2)卡扣装置102为设置在第一铁芯齿103和第二铁芯齿105的两侧的顶端的卡块。

需要说明的是，卡扣装置102也可以是设置在爪形支撑5上的限位杆。本实施例中，以卡扣装置102为第一种结构为例。

进一步地，本发明公开了环形铁芯1通过硅钢带材或者非晶带材冲压卷绕制成。为了便于冲压，本发明公开了多组磁钢安装位101内的钢槽104的尺寸均相同。即本发明通过对铁芯进行不等距冲压，使用相同的冲压模具，在硅钢带材或者非晶带材上的不同位置上进行冲压，形成用于放置磁钢2的钢槽104。

通过对环形铁芯1进行不均匀不等距的冲压，形成磁钢2的内嵌燕尾槽；环形卷绕铁芯通过不均匀不等距的模具冲压，在每极磁钢2的安装位置形成由多个燕尾槽来放置磁钢2。

进一步地，本发明公开了磁钢2包括底座201和扇形部202。底座201安装在钢槽104内，扇形部202设置在底座201的顶面，底座201的顶面是指底座201安装在钢槽104内时，原理钢槽104的那面。具体扇形部202和底座201为一体式连接，扇形部202的顶面面积大于底座201的顶面面积。同一组磁钢安装位101内的相邻钢槽104内的磁钢2的扇形部202能够贴合在一起。相邻组磁钢安装位101的磁钢2的扇形部202之间留有一定的间隙，露出第一铁芯齿103，第一铁芯齿103上开设有安装支撑筋502的连接孔，支撑筋502的宽度与相邻组磁钢安装位101的磁钢2的扇形部202之间留有的间隙值相等，便于对磁钢2进行沿着环形铁芯1的周向方向上限位。支撑筋502的顶面与扇形部202的顶面平齐。爪型支撑为高强度不导磁不导电材料，支撑筋502用来固定限位磁钢2以及传递切向扭矩。

本发明具有如下优点：

(1)电机转子的环形铁芯1仅仅通过一副冲压模具即可实现制造，生产效率非常高，适合大批量生产；

(2)每组磁钢安装位101包括多个用于安装磁钢2的钢槽104，即每极磁钢2由多个独立的磁钢2组成，降低了磁钢2的涡流损耗；

(3)铁芯中的第一铁芯齿103结构可以提升电机的凸极率，提升电机的磁阻转矩分量，提升电机的转矩密度。

(4)通过铁芯的第二铁芯齿105来增加电机的d轴电感，增加电机在高速的弱磁能力，提高电机高速运行的效率；

(5)盘式转子结构简单可靠，可以承受巨大轴向磁拉力，易于装配，适合大批量生产；

(6)高强度环箍3可以承受巨大离心力。

实施例三

本发明提供了一种盘式电机，包括如上述任意一项实施例中的盘式转子。

由于本发明公开的盘式电机包括上述任意一项实施例中的盘式转子，因此，盘式转子所具有的有益效果均是本发明公开的盘式电机所包含的。

本文中的内外是指沿着环形铁芯1朝向铁芯的轴线的方向为内，背离铁芯的轴线的方向为外。仅为了便于描述，不具有其它特别含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种盘式转子，其特征在于，包括：

环形铁芯(1)，所述环形铁芯(1)上设置有第一铁芯齿(103)和多组磁钢安装位(101)，且所述磁钢安装位(101)上设置有卡扣装置(102)和钢槽(104)，所述第一铁芯齿(103)用于间隔所述磁钢安装位(101)；

磁钢(2)，所述磁钢(2)安装在所述磁钢安装位(101)的钢槽(104)内，且所述卡扣装置(102)能够将所述磁钢(2)卡扣在所述钢槽(104)内；

环箍(3)，所述环箍(3)套设在所述环形铁芯(1)的外圆面上，且与所述外圆面抵接；

转子支架(4)，所述转子支架(4)位于所述环形铁芯(1)远离所述钢槽(104)的一侧，所述转子支架(4)上设置有环形凸台(401)，所述环形凸台(401)内套在所述环形铁芯(1)的内圆面处，且与所述内圆面抵接，所述环形铁芯(1)通过第一螺钉(6)与所述转子支架(4)连接；

其中，每组所述磁钢安装位(101)包括多个所述钢槽(104)；沿着所述环形铁芯(1)的周向方向，同组所述磁钢安装位(101)相邻的所述钢槽(104)之间设置有第二铁芯齿(105)；沿着所述环形铁芯(1)的轴向方向，所述第一铁芯齿(103)的厚度大于所述第二铁芯齿(105)的厚度；同组所述磁钢安装位(101)的钢槽(104)内用于安装同性磁极的所述磁钢(2)，相邻组所述磁钢安装位(101)用于安装异性磁极的所述磁钢(2)。

2.根据权利要求1所述的盘式转子，其特征在于，还包括爪形支撑(5)；

所述爪形支撑(5)包括：

环形支撑部(501)，所述环形支撑部(501)与所述转子支架(4)的环形凸台(401)通过第二螺钉(7)连接；

支撑筋(502)，所述支撑筋(502)均布在所述环形支撑部(501)上，且所述第一螺钉(6)能够依次穿过所述支撑筋(502)和所述第一铁芯齿(103)固定在所述转子支架(4)上。

3.根据权利要求1所述的盘式转子，其特征在于，所述钢槽(104)沿着所述盘式转子的径向方向分为预设层设置。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的盘式转子，其特征在于，所述卡扣装置(102)为设置在所述第一铁芯齿(103)和所述第二铁芯齿(105)的两侧的斜块；

所述斜块分别沿着所述第一铁芯齿(103)和所述第二铁芯齿(105)从其底端到其顶端逐渐向所述钢槽(104)延伸；或者

所述卡扣装置(102)为设置在所述第一铁芯齿(103)和所述第二铁芯齿(105)的两侧的顶端的卡块。

5.根据权利要求4所述的盘式转子，其特征在于，所述磁钢(2)包括：

底座(201)，所述底座(201)安装在所述钢槽(104)内；

扇形部(202)，所述扇形部(202)设置在所述底座(201)的顶面，且相邻钢槽(104)内的磁钢(2)的扇形部(202)能够贴合在一起。

6.根据权利要求5所述的盘式转子，其特征在于，所述底座(201)的横截面为梯形，且所述底座(201)的顶面的面积小于所述底座(201)的底面的面积。

7.一种盘式电机，其特征在于，包括如权利要求1-6中任意一项所述的盘式转子。