CN111371218A - 一种转子及电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种转子及电机，所述转子包括转子本体，所述转子本体包括转轴及设置在转轴表面的N个永磁体，N为2或2的倍数，所述的N个永磁体沿所述转轴的圆周方向均布，在所述转轴的圆周方向上N个永磁体的磁极交替排列，单个永磁体由M个永磁体条粘接而成，其中，M≥2，所述的M个永磁体条沿所述转轴的圆周方向布置，单个永磁体条由P个永磁体块粘接而成，其中，P≥2，所述的P个永磁体块沿所述转轴的轴向布置。上述转子具有涡流损耗小的特点，且通过设置端板、护套，能避免转子高速旋转下产生的离心力对永磁体造成破坏。

Description

一种转子及电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种转子及电机。
背景技术
随着氢燃料电池技术的兴起，特别是在氢燃料电池汽车领域，空气压缩机作为燃料电池发动机中的一个重要关键零部件，承担着为燃料电池中的氢和氧电化学反应重提供氧气的重要作用。空压机中采用一台超高速电机直接驱动压气机的方式可以省去传统压缩机中的增速箱，不仅可以极大的降低体积，节省成本，提高效率，还可以消除增速箱传动中带来的振动和噪声。超高速电机通常是指难度系数(转速和功率平方根的乘积)超过
Figure BDA0002445165330000011
对于60kw～80kw的燃料电池，通常需要电机的功率达到10kW，转速达到10万转/分才可满足燃料电池电堆的电化学反应所需的压力和流量，其难度系数已达到
Figure BDA0002445165330000012
相应的，更大功率的燃料电池需要更大功率的电机驱动压缩机。常规的中低速的永磁电机中，转子的涡流损耗通常可以忽略不计，但是，超高速永磁电机的转速高，驱动高转速的电流频率也高，高频电流在转子中产生的涡流损耗不可以忽略，同时超高速电机体积也更小，损耗密度更大，在加上转子体积小，散热更困难，所以超高转速电机转子的温升很高，极易损坏；此外，超高速电机在高速旋转时转子的离心力很大，当线速度达到200m/s时，常规的叠片转子难以承受高速旋转产生的离心力，且永磁体材料的强度较低，特别是对于烧结成型的钕铁硼材料，其抗拉强度只有80MPa，在转子高速旋转时永磁体易碎裂，由此，急需解决。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种转子及电机，以解决现有超高速电机的转子涡流损耗高，转子温升高，极易损坏的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种转子，包括转子本体，所述转子本体包括转轴及设置在转轴表面的N个永磁体，N为2或2的倍数，所述的N个永磁体沿所述转轴的圆周方向均布，在所述转轴的圆周方向上N个永磁体的磁极交替排列，单个永磁体由M个永磁体条粘接而成，其中，M≥2，所述的M个永磁体条沿所述转轴的圆周方向布置，单个永磁体条由P个永磁体块粘接而成，其中，P≥2，所述的P个永磁体块沿所述转轴的轴向布置。
作为本发明的一种优选方案，所述永磁体的外圆周面上设置有高电导率的金属屏蔽层。
作为本发明的一种优选方案，所述金属屏蔽层为铜层或铝层。
作为本发明的一种优选方案，所述金属屏蔽层的外部设置有起保护作用的护套。
作为本发明的一种优选方案，所述护套为碳纤维套。
作为本发明的一种优选方案，所述转轴上位于所述永磁体轴向的两侧均固定设置有起保护作用的端板。
作为本发明的一种优选方案，所述端板为钛合金板。
作为本发明的一种优选方案，相邻永磁体条通过胶水粘接，且相邻永磁体条的粘接处填充有玻璃珠，相邻永磁体块通过胶水粘接，且相邻永磁体块的粘接处填充有玻璃珠，所述玻璃珠的直径为0.1mm。
作为本发明的一种优选方案，所述转轴的外周面上设置有一对互相平行且对称的平面。
一种电机，包括如上所述的转子。
本发明的有益效果为：
1、通过将每一极的永磁体在轴向和径向上进行分段，阻断涡流的回路，达到降低涡流损耗的目的；且通过在永磁体的外表面增加一层电导率高的金属屏蔽层，金属屏蔽层中的涡流磁场能削弱气隙谐波磁场，对永磁体中的涡流损耗有屏蔽作用，从而能进一步降低涡轮损耗；
2、本发明采用实心转子的设计，提高转子的刚度和强度，且转子两端安装端板，不仅能对永磁体在轴向上进行保护，且端板上可以通过去重的方式对转子校动平衡，其次，端板采用不导磁的钛合金板，能够减少永磁体端部漏磁，此外，转子外表面增设碳纤维套，能够避免转子高速旋转下产生的离心力对永磁体造成破坏；
3、通过在转轴上设计两个互相平行且对称的平面，用于在贴永磁体和充磁时进行定位，保证充磁后永磁体的极性和永磁体粘贴的位置保持一致性，同时，充磁和充磁后的磁场检测都能够以该平面做定位，提高了工艺性。
附图说明
图1为本发明一种转子的主视图；
图2为本发明一种转子的左视图；
图3为本发明一种转子的剖视示意图；
图4为实施例中单个永磁体的结构示意图；
图5为实施例中磁极排列示意图。
图中：
1、转轴；2、平面；3、永磁体；4、金属屏蔽层；5、护套；6、端板；7、永磁体条；8、永磁体块。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
请参照图1至图5所示，图1为本发明一种转子的主视图；图2为本发明一种转子的左视图；图3为本发明一种转子的剖视示意图；图4为实施例中单个永磁体的结构示意图；图5为实施例中磁极排列示意图。
于本实施例中，一种转子，包括转子本体，所述转子本体包括转轴1及设置在转轴1表面的N个永磁体3，N为2或2的倍数，具体的，本实施例中的转子为4极电机的转子，因此，N为4，所述的4个永磁体3沿所述转轴1的圆周方向均布，在所述转轴1的圆周方向上4个永磁体3的磁极交替排列，单个永磁体3由M个永磁体条7粘接而成，本实施例中，M＝2，所述的2个永磁体条7沿所述转轴1的圆周方向布置，单个永磁体条7由P个永磁体块8粘接而成，本实施例中，P＝20，所述的20个永磁体块8沿所述转轴1的轴向布置。
值得一提的是，虽然本实施例中，M＝2，但是本发明不限于此，M也可以大于2，同样的，虽然本实施例中，P＝20，但是本发明不限于次，P亦可以为其他数值，只要保证每一极的永磁体3在轴向、径向上均为分段结构即可，进而能够阻断涡流的回路，达到降低涡流损耗的目的。
为了降低涡轮损耗，本实施例中，所述永磁体3的外圆周面上设置有高电导率的金属屏蔽层4；金属屏蔽层4中的涡流磁场能削弱气隙谐波磁场从而对永磁体3中的涡流损耗有屏蔽作用。此外，在金属屏蔽层4厚度设计合理的情况下可以降低转子中总的涡流损耗。电流波形中的5次和7次谐波是造成转子涡流损耗的主要因素，5次和7次电流谐波合成的电枢磁场以6倍数相对于转子旋转，因此当金属屏蔽层4的厚度等于6次谐波的透入深度时屏蔽效果最好，此时，转子上的涡流损耗最小；具体的，本实施例中，所述金属屏蔽,4采用黄铜层。值得一提的是，虽然本实施例中，金属屏蔽层4采用黄铜层，但是本发明不限于此，金属屏蔽层4亦可以采用铝层或其他金属层，只要其具有高电导率即可。
为了有效保护永磁体3，本实施例中，所述金属屏蔽层4的外部设置有起保护作用的护套5，护套5用于对永磁体3进行保护，避免转子高速旋转时产生的离心力对永磁体3造成破坏，具体的，所述护套5为碳纤维套或采用其它高强度材料制成，碳纤维套可以缠绕在金属屏蔽层4表面后再固化成型，也可预先制成碳纤维套，然后以过盈配合的方式固定在金属屏蔽层4表面。
为了进一步保护永磁体3，本实施例中，所述转轴1上位于所述永磁体3轴向的两侧均固定设置有起保护作用的端板6，同时，由于两侧均设置有端板6，能够在端板6上以去重的方式对转子校动平衡。
为了减少转子端部漏磁，所述端板6为不导磁的钛合金板，且采用钛合金板使得端板6具有极高的强度，能有效保护永磁体3。
为了保证相邻永磁体条7之间完全绝缘，并保证相邻永磁体块8之间完全绝缘，本实施例中，相邻永磁体条7通过胶水粘接，且相邻永磁体条7的粘接处填充有玻璃珠，相邻永磁体块8通过胶水粘接，且相邻永磁体块8的粘接处填充有玻璃珠，所述玻璃珠的直径为0.1mm。
为了便于永磁体3的定位安装，本实施例中，所述转轴1的外周面上设置有一对互相平行且对称的平面2，这两个平面2和永磁体3在圆周上的位置分布具有对应关系，在粘贴永磁体3的时候，转轴1上的平面2用来做定位，本实施例中的转子为4极电机的转子，其一共有4个永磁体3，由于单个永磁体3由2个永磁体条7构成，因此，在圆周方向上共有8个永磁体条7，第1个永磁体条7的对称中心与这两个平面2的对称中心保持重合，然后以第一个永磁体条7做径向定位，依次粘贴剩余的8个永磁体条7；转子在充磁时也以这两个平面2为定位，保证充磁后的N-S磁极的分界与物理分界对应一致。转子磁场检测也以此平面2定位，保证粘贴用磁铁、充磁、转子磁场检测的一致性，提高产品的一致性。
上述转子具有涡流损耗小的特点，且通过设置端板6、护套5，能避免转子高速旋转下产生的离心力对永磁体3造成破坏。
本实施例还公开一种电机，包括如上所述的转子。
以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (10)

1.一种转子，包括转子本体，其特征在于：所述转子本体包括转轴及设置在转轴表面的N个永磁体，N为2或2的倍数，所述的N个永磁体沿所述转轴的圆周方向均布，在所述转轴的圆周方向上N个永磁体的磁极交替排列，单个永磁体由M个永磁体条粘接而成，其中，M≥2，所述的M个永磁体条沿所述转轴的圆周方向布置，单个永磁体条由P个永磁体块粘接而成，其中，P≥2，所述的P个永磁体块沿所述转轴的轴向布置。
2.根据权利要求1所述的一种转子，其特征在于：所述永磁体的外圆周面上设置有高电导率的金属屏蔽层。
3.根据权利要求2所述的一种转子，其特征在于：所述金属屏蔽层为铜层或铝层。
4.根据权利要求3所述的一种转子，其特征在于：所述金属屏蔽层的外部设置有起保护作用的护套。
5.根据权利要求4所述的一种转子，其特征在于：所述护套为碳纤维套。
6.根据权利要求5所述的一种转子，其特征在于：所述转轴上位于所述永磁体轴向的两侧均固定设置有起保护作用的端板。
7.根据权利要求6所述的一种转子，其特征在于：所述端板为钛合金板。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种转子，其特征在于：相邻永磁体条通过胶水粘接，且相邻永磁体条的粘接处填充有玻璃珠，相邻永磁体块通过胶水粘接，且相邻永磁体块的粘接处填充有玻璃珠，所述玻璃珠的直径为0.1mm。
9.根据权利要求8所述的一种转子，其特征在于：所述转轴的外周面上设置有一对互相平行且对称的平面。
10.一种电机，其特征在于：包括根据权利要求1至9任一项所述的转子。
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