CN110311491B - 一种具有低漏磁柔性转子的高效永磁电机 - Google Patents
一种具有低漏磁柔性转子的高效永磁电机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种具有低漏磁柔性转子的高效永磁电机，采用拼链式转子铁芯结构，其磁路部分的转子铁芯由两种冲片组成，可完全消除漏磁路，磁场利用率提高，带来电机能效及带载能力的大幅提升。本发明采用内外铁芯结构，在整体的传递路径中，增加了减震材料，提高了传递路径的阻尼，削弱了径向力和转矩波动。另外，本发明采用笼形减震结构的设计，辅以内外铁芯的凹凸接口设计，达到消除径向电磁力的效果，品质更优，且结构强度较现有技术更可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁电机的转子系统，特别是具有低漏磁的柔性转子系统及其制造方法，以及具有该转子系统的高效永磁电机。
背景技术
永磁同步电机因其采用永磁体励磁，无需转子额外附加励磁绕组，电机整体铜耗显著降低，性能优势明显，已经得到广泛应用。随着对性能要求的提高，表贴式铁氧体永磁电机的性能早已无法满足使用需求。而采用钕铁硼等材料虽能获得较高的性能，但由于钕铁硼材料稀少，价格昂贵，竞争力受限，因此内嵌式铁氧体磁材永磁电机应运而生，成为电机发展史的必然趋势。
内嵌式转子永磁电机的永磁体内嵌于转子铁芯内部，相比较于永磁体表贴式电机，可提供更高的气隙磁密，电机性能提升显著。
但是，现有技术中的内嵌式永磁电机，其铁芯结构存在漏磁路，造成磁性能的部分浪费。虽已有很多工程技术人员提出了解决方案，但是仍未完全消除漏磁路的存在。经了解，其中以卧龙电气研究较多，提出了较多的解决手段，如专利CN201811379937，此方案提出采用两种冲片交替叠压的方式，一种冲片可以较好地消除转子铁芯内部漏磁路，然而另一种冲片仍有漏磁路的存在，且为保证转子的整体强度，存在漏磁路的铁芯冲片仍占比转子的大部分。又如专利CN201811379943，方案及效果与上述方案相似。
另外，现有内嵌式转子，转子铁芯和转子轴完全是刚性接触，电机内部径向电磁力和转矩波动几乎无损耗传递到负载，产生噪音，严重时甚至引起共振，造成负载结构的不可逆破坏失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低漏磁柔性转子系统及其制造方法，以及包括该转子系统的内嵌转子永磁电机。
本发明的技术方案如下。
本发明第一方面提供了一种永磁电机的转子系统，包括转子铁芯和减震材料；
所述转子铁芯包括内转子铁芯、第一外转子铁芯和第二外转子铁芯；所述转子铁芯由所述内转子铁芯、第一外转子铁芯和第二外转子铁芯拼链而成；
所述内转子铁芯包括一基本呈圆柱形的主体部，以及多个基本均布于所述主体部侧面的径向突出部；
所述第一外转子铁芯和所述第二外转子铁芯呈圆周均布排列；所述第一外转子铁芯在所述圆周内侧面形成有凹口部；所述凹口部适于与所述突出部结构配合；
所述减震材料用于将所述内转子铁芯、第一外转子铁芯和第二外转子铁芯连接。
优选地，所述内转子铁芯由内转子冲片叠压而成。
优选地，所述第一外转子铁芯由第一外转子冲片和第二外转子冲片叠压而成。
优选地，所述第一外转子冲片在所述外转子铁芯的径向具有比所述第二外转子冲片更小的尺寸。
优选地，所述第二外转子铁芯由第一外转子冲片叠压而成。
优选地，所述内转子铁芯和/或所述外转子铁芯上设置有工艺限位孔。
优选地，所述内转子铁芯和/或所述外转子铁芯上设置有连接固定孔。
本发明第二方面提供了一种制造永磁电机的转子系统的方法，包括如下步骤：
提供内转子冲片、第一外转子冲片和第二外转子冲片；所述内转子冲片、第一外转子冲片和第二外转子冲片上冲压有工艺限位孔和连接固定孔；
使用所述内转子冲片叠压形成内转子铁芯；
使用所述第一外转子冲片和第二外转子冲片叠压形成第一外转子铁芯；使用所述第一外转子冲片叠压形成第二外转子铁芯；将所述第一外转子铁芯和所述第二外转子铁芯圆周均布排列；
将所述内转子铁芯、第一外转子铁芯和第二外转子铁芯固定在注塑模具中，并通过所述工艺限位孔限位；
将铁氧体磁材插入磁钢孔；
将注塑材料注入注塑模具进行一体注塑，所述注塑材料能够流入所述连接固定孔内进行填充，并在注塑完成后形成笼形结构。
优选地，所述注塑材料包括硅橡胶。
本发明第三方面提供了一种永磁电机，包括根据以上技术方案之一所述的转子系统。
与现有技术相比，本发明具有如下优点。
首先，本发明采用拼链式转子铁芯结构，磁路部分的转子铁芯由两种冲片组成，可完全消除漏磁路，磁场利用率提高，带来电机能效及带载能力的大幅提升。本发明完全消除了转子内部的漏磁路，完全无内部漏磁，提升电机的带载力矩，提升效率。
其次，本发明采用内外铁芯结构，在整体的传递路径中，增加了减震材料，提高了传递路径的阻尼，削弱了径向力和转矩波动。
另外，本发明采用笼形减震结构的设计，辅以内外铁芯的凹凸接口设计，达到消除径向电磁力的效果，品质更优，且结构强度较现有技术更可靠。
附图说明
图1是现有技术中量产方案转子铁芯冲片示意图；
图2是根据本发明的永磁电机的内转子冲片及其铁芯示意图；
图3根据本发明的永磁电机的两种外转子冲片示意图；
图4是图3中的第一外转子铁芯示意图；
图5是图3中的第二外转子铁芯示意图；
图6是图3中两种外转子冲片合成外转子铁芯示意图；
图7是图6中的合成转子铁芯(未注塑前)；
图8是注塑转子及其剖面图。
具体实施方式
此处使用的术语“内嵌式转子”指的是永磁电机用的永磁体内嵌于转子铁芯内部的转子，其对应于表贴式转子。
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
现有技术中的内嵌式转子的铁芯冲片如图1所示，其中存在的漏磁路在图中的局部J处标出。
根据本发明的永磁电机的内转子冲片及其铁芯的结构如图2所示。下面叙述转子铁芯结构的组成。
如图2所示，根据本发明的永磁电机的内转子铁芯100有1种，该铁芯由内转子冲片110构成。所述内转子冲片包括一环形主体部111，以及均布与该环形主体部外侧的突出扇环部112。同时，内转子冲片上还设置有工艺限位孔和连接固定孔。由此，当内转子冲片叠压时，形成的内转子铁芯100包括一基本呈圆柱形的主体部，以及多个基本均布于所述主体部侧面的径向突出部。
如图3所示，根据本发明的永磁电机的外转子铁芯200包括第一外转子铁芯200A和第二外转子铁芯200B，由第一外转子冲片210和第二外转子冲片220分别构成。
图3中左侧所示的为第一外转子冲片210。所述第一外转子冲片210包括第一主体扇环部211，以及分别设置于所述第一主体扇环部211的内外圆弧处的第一内扇环部212和第一外扇环部213。同时，第一外转子冲片210上还设置有工艺限位孔和连接固定孔。
图3中右侧所示的为第二外转子冲片220。所述第二外转子冲片220包括第二主体扇环部221，以及分别设置于所述第一主体扇环部221的内外圆弧处的第二内扇环部222和第二外扇环部223。同时，第二外转子冲片220上还设置有工艺限位孔K1和连接固定孔K2。
如图3所示，第一外转子冲片210的第一外扇环部213具有比第二外转子冲片220的第二外扇环部223更小的径向尺寸。第一外转子冲片210与第二外转子冲片220交替圆周均布排列时，相邻的第一外转子冲片210与第二外转子冲片220的第一主体扇环部211、第一内扇环部212、第一外扇环部213、第二主体扇环部221、第二内扇环部222、第二外扇环部223能够形成一磁钢孔。
如图4所示，根据本发明的永磁电机的第一外转子铁芯由两种冲片制作，上下分别采用第二外转子冲片220，中间采用第一外转子冲片210。从图4中可以看出，第一外转子铁芯上下部分别具有相比较中间部分突出的结构，中间形成凹口，此部分能够与内转子铁芯的突出的部分配合，增强转子与注塑橡胶的结合力，提升整体的结构强度。
如图5所示，根据本发明的永磁电机的第二外转子铁芯由第一外转子冲片叠压而成。
第一外转子铁芯、第二外转子铁芯和内转子铁芯分别叠压完成后，按照图6的顺序排列，第一外转子铁芯、第二外转子铁芯各采用4块，圆周均布排列，配合内转子铁芯，形成图7的结构，以进行后续的注塑步骤。
此处详细说明内外转子铁芯上冲压的工艺限位孔K1和连接固定孔K2。
工艺限位孔K1，顾名思义是为了转子的生产工艺而设计，由于转子铁芯采用3种铁芯拼链而成，需要限定其在注塑时的位置，3种冲片，每种冲片都有两个工艺限位孔，可以有效的限定其在注塑时的位置。
连接固定孔K2，转子铁芯按照图7的方式在注塑模具中固定后，将铁氧体磁材插入磁钢孔，然后进行一体注塑(注塑材料可以选用硅橡胶等)。内外转子铁芯均布的连接固定孔，在注塑的时候，注塑材料流经孔内进行填充，注塑完成后形成笼形结构，使各个分块的铁芯有效的连接起来，保证了转子的整体强度。同时内外转子铁芯的的凹凸结构设计，类似于挂钩的效果，增加了转子铁芯与注塑料的结合强度。
图8为注塑完成后转子的外观图及径向剖面图，可观察注塑后转子各部分的结构。转子铁芯已经不再是现有产品设计的一体冲片结构，即刚性连接，取而代之的是内外转子铁芯结构，中间通过注塑橡胶连接，增加了转子系统的阻尼，能够被极大程度的削弱，降低负载噪音以及发生共振的可能性。
通过以上实施例可以看出，针对图1中的现有技术所存在的问题，为了消除转子铁芯的漏磁路，本发明采用内外转子铁芯的结构(如图7所示)。从图7中可以看出转子内部的漏磁路被完全消除，图1中所示的J处位置标出的位置是硅钢片，即转子铁芯的材料，本发明两处完全隔断，阻断了漏磁。
Claims (9)
1.一种永磁电机的转子系统，包括转子铁芯和减震材料；
所述转子铁芯包括内转子铁芯(100)、第一外转子铁芯(200A)和第二外转子铁芯(200B)；所述转子铁芯由所述内转子铁芯(100)、第一外转子铁芯(200A)和第二外转子铁芯(200B)拼链而成；
所述内转子铁芯(100)包括一基本呈圆柱形的主体部，以及多个基本均布于所述主体部侧面的径向突出部；
所述第一外转子铁芯(200A)和所述第二外转子铁芯(200B)呈圆周均布排列；所述第一外转子铁芯(200A)在所述圆周内侧面形成有凹口部；所述凹口部适于与所述内转子铁芯的径向突出部结构配合；
所述减震材料用于将所述内转子铁芯(100)、第一外转子铁芯(200A)和第二外转子铁芯(200B)连接；
其特征在于，所述第一外转子铁芯(200A)由第一外转子冲片(210)和第二外转子冲片(220)叠压而成。
2.根据权利要求1所述的永磁电机的转子系统，其特征在于，所述内转子铁芯(100)由内转子冲片(110)叠压而成。
3.根据权利要求1所述的永磁电机的转子系统，其特征在于，所述第一外转子冲片(210)在外转子铁芯(200)的径向具有比所述第二外转子冲片(220)更小的尺寸。
4.根据权利要求3所述的永磁电机的转子系统，其特征在于，所述第二外转子铁芯(200B)由第一外转子冲片(210)叠压而成。
5.根据权利要求1所述的永磁电机的转子系统，其特征在于，所述内转子铁芯(100)、第一外转子铁芯(200A)和/或第二外转子铁芯(200B)上设置有工艺限位孔。
6.根据权利要求1所述的永磁电机的转子系统，其特征在于，所述内转子铁芯(100)、第一外转子铁芯(200A)和/或第二外转子铁芯(200B)上设置有连接固定孔。
7.一种制造永磁电机的转子系统的方法，包括如下步骤：
提供内转子冲片(110)、第一外转子冲片(210)和第二外转子冲片(220)；所述内转子冲片(110)、第一外转子冲片(210)和第二外转子冲片(220)上冲压有工艺限位孔和连接固定孔；
使用所述内转子冲片(110)叠压形成内转子铁芯(100)；
使用所述第一外转子冲片(210)和第二外转子冲片(220)叠压形成第一外转子铁芯(200A)；使用所述第一外转子冲片(210)叠压形成第二外转子铁芯(200B)；将所述第一外转子铁芯(200A)和所述第二外转子铁芯(200B)圆周均布排列；
将所述内转子铁芯(100)、第一外转子铁芯(200A)和第二外转子铁芯(200B)固定在注塑模具中，并通过所述工艺限位孔限位；
将铁氧体磁材插入磁钢孔；
将注塑材料注入注塑模具进行一体注塑，所述注塑材料能够流入所述连接固定孔内进行填充，并在注塑完成后形成笼形结构。
8.根据权利要求7所述的制造永磁电机的转子系统的方法，其特征在于，所述注塑材料包括硅橡胶。
9.一种永磁电机，包括根据权利要求1-6之一所述的转子系统。
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