CN111030340A - 基于金属三维打印的电机转子结构、电机转子、电机及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于金属三维打印的电机转子结构、电机转子、电机及方法，所述电机转子结构包括设在转子铁芯上的磁钢槽，磁钢槽内设有磁钢，还包括网状镂空结构，设置在转子铁芯周向，且位于每两个所述磁钢槽之间，所述网状镂空结构用于减少磁钢产生的漏磁、增加转子机械强度。另外，网状镂空结构的设置使得转子外周散热面积加大，有效降低永磁电机工作时的温度，避免漏磁、温度过高等影响使磁钢永久退磁，从而提高电机性能和使用寿命。

Description

基于金属三维打印的电机转子结构、电机转子、电机及方法
技术领域
本发明涉及电机设备技术领域，尤其是涉及一种基于金属三维打印的电机转子结构、电机转子、电机及方法。
背景技术
目前，传统的电机铁心的制造方法主要包括冲单片法和拼接法。
1、冲单片法：通过冲床冲出单片定子片，再将冲片进行叠压，最后进行焊接完成制作；
2、拼接法：把钢带冲制成单独齿型的料片，然后将料片进行叠加，最后进行整圈的拼接。
冲单片法和拼接法的工艺较为复杂，模具通用性不高，需要制造大量的模具。
由于永磁电机的转子铁芯上开设有放置磁钢的转子槽，使得相邻两个转子槽之间的隔磁磁桥在电机的转速较高时容易发生断裂。因此，现有的永磁电机的转速提升受转子结构机械强度的限制，使得永磁电机转速不高。
目前，电机设计中，无论是全闭口型的转子铁芯还是半开半闭型的转子铁芯都存在较大的漏磁情况，进而造成了电机效率的降低，另外，采用全开口型的独立单颗磁极虽然能够最大限度的减小漏磁，但生产工艺复杂，人工效率低。有鉴于此，有必要开发一种电机转子，用以解决上述问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于金属三维打印的电机转子结构、电机转子及电机，选择性激光熔化技术是一种增材制造技术，采用大功率光纤激光作为熔化、成型的能源，以金属粉末为加工原材料，逐层烧结，叠加成型，可以实现“自由制造”，实现复杂结构的快速成形，大大减少了铁心的加工工序，增加了材料的利用率，降低了电机铁心的制造成本。为此将选择性激光熔化技术用于电机铁心的制造，可以灵活的打印电机铁心实现不同的结构、提高散热能力，也可以有效提高工作效率、降低成本。该电机转子结构能够减少磁钢产生的漏磁、增加转子机械强度，并且增加转子散热面积。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于金属三维打印的电机转子结构，包括设在转子铁芯上的磁钢槽，磁钢槽内设有磁钢，还包括网状镂空结构，设置在转子铁芯周向，且位于每两个所述磁钢槽之间，所述网状镂空结构用于减少磁钢产生的漏磁、增加转子机械强度，并且增加转子散热面积。
所述网状镂空结构沿所述转子铁芯的周向均匀分布且设置在每两个所述磁钢槽之间。
所述磁钢槽的两端分别与所述网状镂空结构相交。
每个所述网状镂空结构沿所述转子铁芯轴向延伸布置，从所述转子铁芯的一侧端面延伸至转子铁芯的另一侧端面。
每个所述网状镂空结构径向延伸至少与磁钢槽靠近内径一边平齐。
本发明进一步公开了所述基于金属三维打印的电机转子结构的打印方法，包括以下几个步骤：
第一步：选取金属三维打印粉末；
第二步：测试实验：取少量金属三维打印粉末放在基板上铺均匀，打开激光照射，测试所述金属三维打印粉末是否粘接以及和基板是否相融，若粘接且相融则进入第三步；
第三步：确定转子漏磁范围，设计转子形状，并用Solidworks建立转子铁心的三维模型，利用切片软件对三维模型进行切片和分层处理以获得转子铁心的二维截面；
第四步：打开设备总开关，设备上电，导入数据，更换胶条，安装并调整基板，将金属三维打印粉末干燥后装入供粉缸，设置含氧量范围，开启保护气体装置，所述的保护气体为纯度99.99％的氩气；
第五步：设定预热温度为100℃、激光器功率350～400W、工艺参数：
第六步：打印电机铁心；
第七步：关闭激光、取出铁心块、设备断电。
所述金属三维打印粉末为软磁粉末。
所述基板为硅钢板。
一种电机转子，包括旋转轴和所述的基于金属三维打印的电机转子结构，所述转子铁芯中心处设置有供所述旋转轴穿过的轴孔。
一种电机，包括定子和所述的电机转子，所述定子内设有定子孔，所述电机转子可转动的设置在所述定子孔内。
有益效果：
本发明一种基于金属三维打印的电机转子结构，在每两个所述磁钢槽之间设置网状的镂空结构。通过所述网状镂空结构实现减小转子漏磁、增加转子机械强度。
此外，网状镂空结构的设置使得转子外周散热面积加大，有效降低永磁电机工作时的温度，避免漏磁、温度过高等影响使磁钢永久退磁，从而提高电机性能和使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中永磁电机的转子10磁力线分布示意图；
图2为现有技术中永磁电机的转子20磁力线分布示意图
图3为本实施例永磁电机转子结构的主视图及其磁力线分布；
其中，31、转子铁心；32、减重孔；33、磁钢槽；34、网状镂空结构；
图4为本实施例永磁电机转子铁心结构的立体图。
图5为本实施例网状镂空结构的一个单元图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，现有技术中常规的电机转子10包括常规转子铁心11，该常规转子铁心11上沿周向均匀地分布有磁钢槽13，每一个磁钢槽外围都设有成对的磁障14。常规转子铁心11上内侧均设有减重孔12、和定位孔15。
如图2所示，现有技术中常规的电机转子20包括常规转子铁心21，该常规转子铁心21上沿周向均匀地分布有磁钢槽23，每个磁钢槽之间都设置成缺口。常规转子铁心21上内侧均设有减重孔12、和定位孔15。
继续参阅图1、2，常规转子铁心11的磁钢槽13外侧靠近磁桥处均设有磁障14用以减小漏磁，但还是有较大的漏磁，电机性能提升不明显；常规转子铁心21的每个磁钢槽23之间都设有缺口用以减小漏磁，但漏磁还是较大，而且随着电机速度的上升，磁桥16处机械强度较小，容易发生断裂。
如图3～图4所示，一种基于金属三维打印的电机转子结构30，包括设在转子铁心上的磁钢槽33，磁钢槽33内设有磁钢，还包括网状镂空结构34，设置在转子铁芯周向，且位于每两个所述磁钢槽33之间，所述网状镂空结构34用于减少磁钢产生漏磁、增加转子机械强度，并且增加转子散热面积。
进一步的，所述网状镂空结构34沿所述转子铁芯的周向均匀分布且设置在每两个所述磁钢槽33之间。
进一步的，所述磁钢槽33的两端分别与所述网状镂空结构相交。
进一步的，每个所述网状镂空结构34沿所述转子铁芯轴向延伸布置，从所述转子铁心的一侧端面延伸至转子铁心的另一侧端面。
进一步的，每个所述网状镂空结构34径向延伸至少与磁钢槽靠近内径一边平齐。
如图5所示，本实施例网状镂空结构的一个单元，本实施例采用的四个圆柱倾斜一定角度放置，其中α＝β＝50°，α，β为圆柱体与水平面的夹角。在本专利的实施过程中，不局限于圆柱体，长方体或者其他柱状物体亦可，且圆柱倾斜角度取值范围为：45°≤α，β≤60°。
本发明进一步公开了一种电机转子，包括旋转轴和所述的电机转子结构，所述转子铁心中心处设置有供所述旋转轴穿过的轴孔。
一种电机，包括定子和所述的电机转子，所述定子内设有定子孔，所述电机转子可转动的设置在所述定子孔内。
本发明包括如下步骤：
第一步：选取适用于金属三维打印的粉末，需满足下列要求：(1)具有良好的导磁性能；(2)具有粘接性；(3)不易燃；
本实施例选用的是软磁粉末。
第二步：测试实验：取少量软磁粉末放在基板上铺均匀，打开激光照一照，测试粉末是否粘接以及和基板是否相融，基板的材料选取以打印的粉末材料为最佳，或者选用与打印粉末的弹性模量相近的材料，本实施例选用的基板为硅钢板；
第三步：确定转子漏磁范围，将漏磁区域设置成网状结构34，确定磁钢槽33以及减重孔32的大小以及位置，并用Solidworks建立转子铁心的三维模型，利用切片软件对三维模型进行切片和分层处理以获得二维截面；
第三步：打开设备总开关，设备上电，导入数据，更换胶条，安装并调整基板，将打印粉末干燥装入供粉缸(用烘箱干燥，约为100℃，2～6小时，尽量真空干燥，然后冷却至60℃)，设置含氧量范围为[1000,250]PPM，开启保护气体装置，所述的保护气体为纯度99.99％的氩气；
第四步：设定预热温度为100℃、激光器功率350～400W、工艺参数(铺粉厚度20～40um、扫描速度1000～1200mm/s等)：
第五步：打印电机铁心；
第六步：关闭激光、取出铁心块、设备断电。
以上所示的一种电机转子结构、电机转子及电机是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种基于金属三维打印的电机转子结构，包括设在转子铁芯上的磁钢槽，磁钢槽内设有磁钢，其特征在于，还包括网状镂空结构，设置在转子铁芯周向，且位于每两个所述磁钢槽之间，所述网状镂空结构用于减少磁钢产生的漏磁、增加转子机械强度，并且增加转子散热面积。
2.根据权利要求1所述的基于金属三维打印的电机转子结构，其特征在于，所述网状镂空结构沿所述转子铁芯的周向均匀分布且设置在每两个所述磁钢槽之间。
3.根据权利要求1所述的基于金属三维打印的电机转子结构，其特征在于，所述磁钢槽的两端分别与所述网状镂空结构相交。
4.根据权利要求1所述的基于金属三维打印的电机转子结构，其特征在于，每个所述网状镂空结构沿所述转子铁芯轴向延伸布置，从所述转子铁芯的一侧端面延伸至转子铁芯的另一侧端面。
5.根据权利要求1所述的基于金属三维打印的电机转子结构，其特征在于，每个所述网状镂空结构径向延伸至少与磁钢槽靠近内径一边平齐。
6.根据权利要求1~5中任一所述基于金属三维打印的电机转子结构的制作方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
第一步：选取金属三维打印粉末；
第二步：测试实验：取少量金属三维打印粉末放在基板上铺均匀，打开激光照射，测试所述金属三维打印粉末是否粘接以及和基板是否相融，若粘接且相融则进入第三步；
第三步：确定转子漏磁范围，设计转子形状，并用Solidworks建立转子铁心的三维模型，利用切片软件对三维模型进行切片和分层处理以获得转子铁心的二维截面；
第四步：打开设备总开关，设备上电，导入数据，更换胶条，安装并调整基板，将金属三维打印粉末干燥后装入供粉缸，设置含氧量范围，开启保护气体装置，所述的保护气体为纯度99.99％的氩气；
第五步：设定预热温度为100℃、激光器功率350~400W、工艺参数：
第六步：打印电机铁心；
第七步：关闭激光、取出铁心块、设备断电。
7.根据权利要求6所述的基于金属三维打印的电机转子结构的打印方法，其特征在于，所述金属三维打印粉末为软磁粉末。
8.根据权利要求6所述的基于金属三维打印的电机转子结构的打印方法，其特征在于，所述基板为硅钢板。
9.一种电机转子，其特征在于：包括旋转轴和权利要求1-5中任一所述的基于金属三维打印的电机转子结构，所述转子铁芯中心处设置有供所述旋转轴穿过的轴孔。
10.一种电机，其特征在于：包括定子和如权利要求9所述的电机转子，所述定子内设有定子孔，所述电机转子可转动的设置在所述定子孔内。
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