CN109787439A - 电机转子的制造方法、电机转子及电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转子的制造方法、电机转子及电机。本发明电机转子的制造方法包括以下步骤：S1：提供磁轭；S2：根据电机转子的磁极未分层的实际去磁分布对磁极进行分层设计，同一磁钢单元的不同分层，采用不同牌号的磁钢；S3：根据分层设计的结果将分层后的各磁钢单元装配在磁轭上。本发明根据电机转子的磁极未分层前的去磁分布情况，并针对磁极去磁的分布采取分层设计，进而在去磁严重的部分采用较高牌号的磁钢，去磁不严重的部分采用较低牌号的磁钢，该方案可以保证电机的性能不降低，又能有效的避免磁钢发生去磁问题，还能使用低牌号的磁钢代替高牌号的磁钢，节约高牌号磁钢的使用，进而降低磁钢的成本。

Description

电机转子的制造方法、电机转子及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机转子的制造方法、电机转子及电机。

背景技术

对于永磁电机，永磁材料(磁钢)的稳定性决定着永磁电机的使用寿命。当永磁电机长时间运行在高温度、强磁场环境条件下，如果磁钢的耐温性能或抗去磁性能较差，则磁钢极易发生磁性能降低、不可逆退磁等不良结果，导致磁钢失效，永磁电机无法工作。为了解决上述问题，目前在电机设计中通常采用提高磁钢牌号的方式，即：磁钢牌号越高，则磁感应矫顽力越大，最高工作温度越高，抗去磁能力越强。

上述磁钢牌号的定义为：磁钢按最大磁能积的大小，划分成若干个等级，即若干个牌号。磁能积大，为高牌号磁钢；磁能积小，为低牌号磁钢。所谓的磁能积的定义为：退磁曲线上任何一点的剩余磁感应强度和磁感应矫顽力的乘积，磁能积是衡量磁体所储存能量大小的重要参数之一。

为了保证电机的性能，通常需要提高磁钢的抗去磁性能，避免磁钢发生磁性能降低和不可逆退磁等不良现象，目前在永磁电机设计中通常采用提高磁钢牌号的方式。这种方式采用的每个磁钢均为设计所需的高牌号磁钢，具有较高的磁感应矫顽力、较高的工作温度、较强的抗去磁能力，但同时也大幅度的提高了磁钢的材料成本。近年来稀土价格日益攀升，因此电机的每个磁钢均采用高牌号磁钢的方式使得永磁电机的成本增加较多，高牌号磁钢的使用成为了制约永磁电机大量推广应用的瓶颈。

综上所述，目前的永磁电机无法在不降低永磁电机性能的前提下，采用牌号相对较低的磁钢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种电机转子的制造方法、电机转子及电机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种电机转子的制造方法，电机转子包括磁轭和磁极，磁极包括多个磁钢单元，其特点在于，电机转子的制造方法包括以下步骤：

步骤S1：提供磁轭；

步骤S2：根据电机转子的磁极未分层的实际去磁分布对磁极进行分层设计，同一磁钢单元的不同分层，采用不同牌号的磁钢；

步骤S3：根据分层设计的结果将分层后的各磁钢单元装配在磁轭上。

较佳的的，步骤S2还包括以下步骤：

步骤S21、根据电磁场有限元仿真，计算得到磁极的去磁分布；

步骤S22、根据磁极的去磁分布，对磁极进行分层，磁极去磁严重的分层的磁钢的牌号高于磁极去磁不严重的分层的磁钢的牌号；

步骤S23、对磁极分层优化后的电机进行电磁场有限元仿真，计算得到优化后的磁极的去磁分布；

步骤S24、根据优化后的磁极的去磁分布，判断优化后的磁极的最大去磁是否小于预设去磁，如果是，则结束；如果否，则重复步骤S22、S23和S24。

在本方案中，通过采用上述方法，利用有限元仿真技术，可以准确的计算出磁极的去磁分布，并针对该去磁分布采取分层设计，进而在去磁严重的部分采用较高牌号的磁钢，在去磁不严重的部分采用较低牌号的磁钢，该方案可以在保证电机性能不降低的前提下，有效的避免磁钢发生去磁问题，又能节约高牌号磁钢的使用，降低磁钢成本。同时，对磁钢进行分层，也能降低磁钢的涡流损耗，进而减少磁极产生的热量，抑制磁极温度升高，也有助于避免磁极在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

较佳的，在步骤S22中，对磁极的最大去磁高于预设去磁的部分进行较多分层，步骤S22还包括，对磁极的最大去磁低于预设去磁的部分进行较少分层或不分层。

在本方案中，通过采用上述方法，对磁极去磁严重的部分多分层，可以有效的减少分层优化运算的次数，并避免磁极发生去磁问题，进而降低磁钢单元的材料成本；对磁极去磁不严重的部分少分层也可以杜绝磁极的去磁问题，降低磁钢单元的材料成本；对磁极去磁不严重的部分不分层，可以减少磁钢单元制造的工序，降低电机转子的制造成本。

较佳的，步骤S21包括如下步骤：

步骤S101、根据磁极未分层的电机建立电机模型，电机模型包括定子模型及转子模型，转子模型与定子模型之间形成气隙；

步骤S102、对电机模型设定材料属性；

步骤S103、对电机模型进行网格剖分；

步骤S104、对电机模型施加边界条件和载荷；

步骤S105、对电机模型进行求解；

步骤S106、对电机模型进行后处理，得到电机模型的电磁场有限元仿真。

在本方案中，通过采用上述方法，针对具体的电机类型进行全面系统的有限元仿真，可以更准确的模拟电机磁极的实际情况，降低磁钢单元的材料成本。

较佳的，在步骤S24中，如果优化后的磁极的去磁不小于预设去磁，则在随后的步骤S22中，在磁极进行电磁场有限元仿真时，电机转子的磁极的去磁较严重部分的网格剖分比电机转子的磁极的去磁较不严重部分的网格剖分更细。

在本方案中，通过采用上述方法，对有限元仿真结构影响较大的部分磁极进行更细的网格剖分，可以能够更准确的模拟磁极的实际情况，进而有效的避免磁极去磁问题。

较佳的，定子模型包括定子铁芯及定子绕组，定子铁芯包括硅钢片，定子铁芯设有槽，定子绕组包括线圈，线圈嵌放在槽的内部，转子模型包括磁钢及磁轭，磁钢固定在磁轭上。

较佳的，步骤S2中的分层包括对磁钢沿转子的径向分层。

较佳的，在电机模型中，距离气隙较近的部分的网格剖分比距离气隙较远的部分的网格剖分更细。

在本方案中，通过采用上述方法，对有限元仿真结果影响较大的部分磁极进行更细的网格剖分，可以更准确的模拟电机转子的实际情况，进而有效的避免磁极去磁问题。

较佳的，步骤S2还包括，在短路工况下，进行电磁场有限元仿真，计算得到磁极的去磁分布。

在本方案中，通过采用上述方法，针对电机短路工况下进行有限元仿真，使得磁极可以在最恶劣的工作环境下保持正常状态，进而杜绝磁极去磁的问题。

一种电机转子，电机转子包括磁轭、磁极，磁极包括多个磁钢单元，磁钢单元固定在磁轭上，其特点在于，每个磁钢单元分层为多块尺寸相同的磁钢，磁极的各磁钢单元分层成的磁钢的尺寸不完全相同，其中每一磁钢单元的分层数量与磁极分层前的实际去磁分布相关。

在本方案中，通过采用上述方法，根据电机磁极分层前的实际的去磁分布情况，在去磁较严重的区域，将磁钢单元分层成厚度较薄的磁钢；在去磁不严重的区域，将磁钢单元分层成厚度较厚的磁钢，既可以有效的避免磁极去磁问题，保证电机的性能不降低，又能降低磁钢单元的材料成本。

较佳的，在同一个磁钢单元中，不同分层的磁钢的剩余磁感应强度相同；并且在同一个磁钢单元中，距离磁轭越近，分层的磁钢的磁感应矫顽力逐渐降低，分层的磁钢的最高工作温度逐渐降低。

在本方案中，通过采用上述方法，充分考虑到电机内部工作环境，即：距离磁轭越近，工作环境相对较好，距离磁轭越远，工作环境越恶劣。根据不同的工作环境，采用不同性能的磁钢，既能保证电机的性能，又能避免磁钢出现去磁问题。

较佳的，磁极分层前的实际去磁分布通过有限元仿真计算出未分层的磁极的去磁分布得到。

较佳的，每一磁钢单元在电机转子径向分层成多块磁钢。

较佳的，在同一个磁钢单元中，不同分层的磁钢的采用不同牌号的磁钢。

较佳的，距离磁轭越近，磁钢的牌号越低。

在本方案中，通过采用上述结构形式，将磁钢沿电机转子径向进行分层，可以有效的节约高牌号磁钢的使用量，降低磁钢的材料成本。

磁钢单元分为三层，距离磁轭最远的为上层磁钢，距离磁轭最近的为下层磁钢，介于上层磁钢与下层磁钢之间的为中间层磁钢，上层磁钢为高牌号磁钢，从上层磁钢到下层磁钢，所采用磁钢的牌号逐渐降低。

一种电机，其特点在于，包括上述的一种电机转子。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明根据电机转子的磁极未分层前的去磁分布情况，并针对磁极去磁的分布采取分层设计，进而在去磁严重的部分采用较高牌号的磁钢，去磁不严重的部分采用较低牌号的磁钢，该方案可以保证电机的性能不降低，又能有效的避免磁钢发生去磁问题，还能使用低牌号的磁钢代替高牌号的磁钢，节约高牌号磁钢的使用，进而降低磁钢的成本。另外，对磁钢进行分层，也能降低磁钢的涡流损耗，进而减少磁极产生的热量，抑制磁极的温度升高，也有助于避免磁极在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

附图说明

图1为本发明实施例1的电机转子制造方法中步骤S2的流程示意图。

图2为本发明实施例1的电机转子制造方法中步骤S21的流程示意图。

图3为本发明实施例2中底板单元排布的结构示意图。

图4为本发明实施例2中三分层底板单元的结构示意图。

图5为本发明实施例2中三分层磁钢的结构示意图。

图6为本发明实施例2中磁极罩壳的结构示意图。

附图标记说明：

磁极 21

磁轭 22

轴向 A

周向 B

步骤 S21-S24

步骤 S101-S106

磁钢单元 4

三分层底板单元 44

底板 402

磁极罩壳 403

三分层磁钢 4014

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

实施例1

永磁电机包括定子及转子，定子与转子之间形成气隙，定子包括定子铁芯，定子铁芯设有槽，线圈嵌在槽内，形成定子绕组。转子包括磁极、磁轭，磁极固定在磁轭上。磁极由磁钢构成，需要说明的是，磁极是个整体的概念，磁极由多个磁钢组成。讨论整体概念时，叫磁极；讨论局部细节时，叫磁钢。比如：把一块大磁钢进行分层，分成了多块磁钢，而原来的大磁钢就成为了由多块小磁钢组成的磁极。

本发明电机转子的制造方法包括以下步骤：

步骤S1：提供磁轭；

步骤S2：根据电机转子的磁极未分层的实际去磁分布对磁极进行分层设计，同一磁钢单元的不同分层，采用不同牌号的磁钢；

步骤S3：根据分层设计的结果将分层后的各磁钢单元装配在磁轭上。

本发明根据电机转子的磁极未分层前的去磁分布情况，并针对磁极去磁的分布采取分层设计，进而在去磁严重的部分采用较高牌号的磁钢，去磁不严重的部分采用较低牌号的磁钢，该方案可以保证电机的性能不降低，又能有效的避免磁钢发生去磁问题，还能使用低牌号的磁钢代替高牌号的磁钢，节约高牌号磁钢的使用，进而降低磁钢的成本。

本发明电机转子制造方法中步骤S2的流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤S21、根据电磁场有限元仿真，计算得到磁极的去磁分布；

步骤S22、根据磁极的去磁分布，对磁极进行分层，磁极去磁严重的分层的磁钢的牌号高于磁极去磁不严重的分层的磁钢的牌号；

步骤S23、对磁极分层优化后的电机进行电磁场有限元仿真，计算得到优化后的磁极的去磁分布；

步骤S24、根据优化后的磁极的去磁分布，判断优化后的磁极的最大去磁是否小于预设去磁，如果是，则结束；如果否，则重复步骤S22、S23和S24。

通过利用有限元仿真技术，准确的计算出磁极的去磁分布，并针对该去磁分布采取分层设计，进而在去磁严重的部分采用较高牌号的磁钢，去磁不严重的部分采用较低牌号的磁钢，该方案可以保证电机的性能不降低，又能有效的避免磁钢发生去磁问题，还能使用低牌号的磁钢代替高牌号的磁钢，节约高牌号磁钢的使用，进而降低磁钢的成本。另外，对磁钢进行分层，也能降低磁钢的涡流损耗，进而减少磁极产生的热量，抑制磁极的温度升高，也有助于避免磁极在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

作为一种替代的方案，也可以在步骤S22中，对磁极的最大去磁高于预设去磁的部分进行较多分层。另外，在步骤S22中还可以，对磁极的最大去磁低于预设去磁的部分进行较少分层或不分层。对磁极去磁严重的部分多分层，可以有效的减少分层优化的运算次数，并避免磁极发生去磁问题，进而降低磁钢单元的材料成本；对磁极去磁不严重的部分少分层也可以杜绝磁极发生去磁问题，降低磁钢单元的材料成本；对磁极去磁不严重的部分不分层，可以减少磁钢单元制造的工序，降低电机转子的制造成本。

如图2所示，在该电机转子磁极温度的优化方法的步骤S21中，还可以包括如下步骤：

步骤S101、根据磁极未分层的电机建立电机模型，电机模型包括定子模型及转子模型，转子模型与定子模型之间形成气隙；

步骤S102、对电机模型设定材料属性；

步骤S103、对电机模型进行网格剖分；

步骤S104、对电机模型施加边界条件和载荷；

步骤S105、对电机模型进行求解；

步骤S106、对电机模型进行后处理，得到电机模型的电磁场有限元仿真。

为了更准确的模拟磁极的实际情况，在步骤S24中，如果优化后的磁极的去磁不小于预设去磁，则在随后的步骤S22中，对磁极进行电磁场有限元仿真时，电机转子的磁极的去磁较严重部分的网格剖分比电机转子的磁极的去磁较不严重部分的网格剖分更细。

为了达到对具体类型的电机有效的避免去磁的目的，还可以详细设置定子及转子。定子包括定子铁芯，定子铁芯包括硅钢片，定子铁芯设有槽，定子绕组包括线圈，线圈嵌放在槽的内部，转子模型包括磁钢及磁轭，磁钢固定在磁轭上。

为了更有效的避免磁极去磁，还可以将磁钢沿转子的径向分层。具体的可以将磁钢分为2层、3层或者更多层。每块磁钢单元还可以分层为多块尺寸相同的磁钢，磁极的各磁钢单元分层成的磁钢的尺寸不完全相同，磁钢单元的具体分层大小与磁极分层前的实际去磁分布相关。

为了更精确的模拟出电机内部实际情况，还可以将距离气隙较近部分的网格剖分比距离气隙较远部分的网格剖分更细。也就是在气隙周边，需要将电机模型更精细的模拟出来。为了达到节约计算机资源的目的，距离气隙较远的部分，在网格剖分时精度要求可以相对较低。

为了避免电机在非正常工作下出现去磁问题，还可以在电机短路工况下进行电磁场有限元仿真，进而计算得到磁极的去磁分布。

实施例2

如图3-6所示，本实施例公开了一种分层后的底板单元4装配至磁轭22上的具体形式。本发明电机转子包括磁轭22及磁极21。磁极21包括多个底板单元4，底板单元4包括磁钢单元(磁钢单元即为一整块未分层的磁钢)、底板402及磁极罩壳403，将未充磁的磁钢单元黏贴固定在底板402上，每个底板单元4上黏贴两列磁极21，两列磁极21平行于电机转子轴，并且对称分布在底板402上。在磁钢单元的正表面点涂或者通过打胶线涂覆胶层，然后将磁极罩壳403扣装在底板402上，保证磁钢单元与磁极罩壳403之间的胶层完全铺开，将磁极罩壳403与磁钢单元之间的间隙填满，随后加热固化结构胶，使磁极罩壳403与底板402形成一个密封磁极的腔体，形成未充磁的底板单元4。将未充磁的底板单元4内的两列磁极21分别进行整体充磁，每列磁极21内的多个磁钢单元的磁性相同，两列磁极21的磁性相反，即其中一列为N极，另一列为S极。然后底板单元4再装配到磁轭22上。单个底板单元4通过螺钉和垫片固定在磁轭22上，从而实现对磁钢单元的机械固定。机械固定后，裸露的螺钉、垫片等全部使用密封胶刮涂覆盖并加热固化，实现对相关部件的密封。底板单元4全部装配完成后，对电机转子整体进行一次树脂真空灌注，实现对底板模块4与磁轭22的间隙及螺钉、垫片、通孔的缝隙的进行有效的填胶及密封。

每个磁钢单元可以分层成多块尺寸相同的磁钢，磁极21的各个磁钢单元所分层成的磁钢的尺寸也可以不完全相同。本实施例中，三分层底板单元44沿电机转子轴A向排列在磁轭22上。需要注意的是，每个磁钢单元的分层数量(即其中的磁钢的尺寸)与磁极分层前的实际去磁分布相关。本实施例中，将磁钢单元具体分成3层，形成磁钢4014，如图5所示。距离磁轭22最远的为上层磁钢，距离磁轭最近的为下层磁钢，介于上层磁钢与下层磁钢之间的为中间层磁钢，上层磁钢的牌号最高，下层磁钢的牌号最低，中间层磁钢的牌号介于上层磁钢的牌号与下层磁钢的牌号之间。从上层磁钢到下层磁钢，所采用磁钢的牌号逐渐降低。

该磁钢排列方案也可以如下：在同一个磁钢单元中，不同分层的磁钢的剩余磁感应强度相同；并且在同一个磁钢单元中，距离磁轭越近，分层的磁钢的磁感应矫顽力逐渐降低，分层的磁钢的最高工作温度逐渐降低。本方案在保证电机性能的前提下，采用了不同品质的磁钢，降低了磁钢的材料成本。

从电机的实际工作环境来讲，距离磁轭越近，工作环境相对较好，距离磁轭越远，工作环境越恶劣。因此，也可以根据电机不同的工作环境，采用不同性能的磁钢，既能保证电机的性能，又能避免磁钢出现去磁问题，同时也节约了高牌号磁钢的使用，降低磁钢的材料成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种电机转子的制造方法，所述电机转子包括磁轭和磁极，所述磁极包括多个磁钢单元，其特征在于，所述电机转子的制造方法包括以下步骤：

步骤S1：提供所述磁轭；

步骤S2：根据所述电机转子的所述磁极未分层的实际去磁分布对所述磁极进行分层设计，同一所述磁钢单元的不同分层，采用不同牌号的磁钢；

步骤S3：根据所述分层设计的结果将分层后的各所述磁钢单元装配在所述磁轭上。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2还包括以下步骤：

步骤S21、根据电磁场有限元仿真，计算得到所述磁极的去磁分布；

步骤S22、根据所述磁极的去磁分布，对所述磁极进行分层，所述磁极的去磁严重的分层的磁钢的牌号高于所述磁极的去磁不严重的分层的磁钢的牌号；

步骤S23、对所述磁极分层优化后的电机进行所述电磁场有限元仿真，计算得到优化后的所述磁极的去磁分布；

步骤S24、根据优化后的所述磁极的去磁分布，判断优化后的所述磁极的最大去磁是否小于预设去磁，如果是，则结束；如果否，则重复所述步骤S22、S23和S24。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S22中，对所述磁极的最大去磁高于预设去磁的部分进行较多分层，所述步骤S22还包括，对所述磁极的最大去磁低于预设去磁的部分进行较少分层或不分层。

4.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S21包括如下步骤：

步骤S101、根据所述磁极未分层的电机建立电机模型，所述电机模型包括定子模型及转子模型，所述转子模型与所述定子模型之间形成气隙；

步骤S102、对所述电机模型设定材料属性；

步骤S103、对所述电机模型进行网格剖分；

步骤S104、对所述电机模型施加边界条件和载荷；

步骤S105、对所述电机模型进行求解；

步骤S106、对所述电机模型进行后处理，得到所述电机模型的电磁场有限元仿真。

5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S24中，如果优化后的所述磁极的去磁不小于预设去磁，则在随后的所述步骤S22中，在所述磁极进行电磁场有限元仿真时，所述电机转子的所述磁极的去磁较严重部分的网格剖分比所述电机转子的所述磁极的去磁较不严重部分的网格剖分更细。

6.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述定子模型包括定子铁芯及定子绕组，所述定子铁芯包括硅钢片，所述定子铁芯设有槽，所述定子绕组包括线圈，所述线圈嵌放在所述槽的内部，所述转子模型包括所述磁钢及磁轭，所述磁钢固定在所述磁轭上。

7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述分层包括对所述磁钢沿所述转子的径向分层。

8.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述电机模型中，距离所述气隙较近的部分的网格剖分比距离所述气隙较远的部分的网格剖分更细。

9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2还包括，在短路工况下，进行电磁场有限元仿真，计算得到所述磁极的去磁分布。

10.一种电机转子，所述电机转子包括磁轭、磁极，所述磁极包括多个磁钢单元，所述磁钢单元固定在所述磁轭上，其特征在于，每个所述磁钢单元分层为多块尺寸相同的磁钢，所述磁极的各所述磁钢单元分层成的磁钢的尺寸不完全相同，其中每一所述磁钢单元的分层数量与所述磁极分层前的实际去磁分布相关。

11.如权利要求10所述的电机转子，其特征在于，在同一个所述磁钢单元中，不同分层的磁钢的剩余磁感应强度相同；并且在同一个所述磁钢单元中，距离所述磁轭越近，所述分层的磁钢的磁感应矫顽力逐渐降低，所述分层的磁钢的最高工作温度逐渐降低。

12.如权利要求10所述的电机转子，其特征在于，所述磁极分层前的实际去磁分布通过有限元仿真计算出未分层的所述磁极的去磁分布得到。

13.如权利要求10所述的电机转子，其特征在于，每一所述磁钢单元在所述电机转子径向分层成多块磁钢。

14.如权利要求10所述的电机转子，其特征在于，在同一个所述磁钢单元中，不同分层的磁钢的采用不同牌号的磁钢。

15.如权利要求14所述的电机转子，其特征在于，距离所述磁轭越近，所述磁钢的牌号越低。

16.如权利要求14所述的电机转子，其特征在于，所述磁钢单元分为三层，距离所述磁轭最远的为上层磁钢，距离所述磁轭最近的为下层磁钢，介于所述上层磁钢与所述下层磁钢之间的为中间层磁钢，所述上层磁钢为高牌号磁钢，从所述上层磁钢到所述下层磁钢，所采用磁钢的牌号逐渐降低。

17.一种电机，其特征在于，包括如权利要求10-16中任意一项所述的电机转子。