CN111525764A - 轻惯量永磁电机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轻惯量永磁电机，包括：一外壳、一定子以及一转子，其中所述转子包括一转轴和一磁铁，其中所述转轴采用非金属材质，其中所述转轴被固定于所述外壳的轴心，使得所述定子和所述转子之间保持一定有效间隙地被相互固定于所述外壳内部。采用非金属制造转子的转轴，降低铁损而提高电机性能。

Description

轻惯量永磁电机及其制造方法

技术领域

本发明涉及永磁电机领域，尤其涉及一种采用轻量级材质的永磁电机，与一种轻量级电机的制造方法。

背景技术

永磁电机，尤其是永磁直流电机，因为体积小、效率高、结构简单、噪声小等等特点被广泛地使用。特别地，永磁电机因为采用永磁铁，在金属的用量上也较为减少，从而在重量上也满足大部分应用场景的需求。

因为考虑到两方面，现有的永磁电机采用金属类的材质而制作。一方面，金属成型较为容易而且不易变形。另一方面，考虑到成本与效益，铁或者铁合金是首选的制造电机的材料。而且，因为铁质材料或者软铁材料辅助磁感线的流通，需要在定子轭部或者转子轭部只用导磁材料。其他的材料不能让永磁电机很好的运行。特别是，采用瓦形永磁转子的电机，尤其需要内部导磁。

但是，对于一些需要往复运转的应用，需要电机的转子惯量较低。但是现有的电机生产厂家主要追求永磁铁的研发与设计，很少总体性的考虑电机性能。举例来讲，电机的铜损因为绕线设计很难避免，但是电机的铁损是需要减少的。可是，现有的电机减少铁质材料的话，结构的稳定性需要被重新评估，也需要重新设计磁感线。对于需要简化控制难度的应用场景中，铁损也无法避免，转子惯量很难单独降低。这是现有的永磁电机无法突破的瓶颈。

另外，金属材料的电机必须要考虑到氧化问题。因此会有护理问题，利用机油或者涂层保护金属结构。但是，电机内部很少被护理，那么随着时间的推迟，金属必然地被氧化而生锈。电机的寿命也主要因锈化而断裂所限制。如果在制造阶段涂层处理，气隙等等位置就会变得增厚，对电机的性能会造成不良影响。生产厂家不会因此而增加成本。

另外，转轴部分作为电机的输出而受到重点关注。强度高、硬度高、易联结的转轴是十分受欢迎的。但是现有电机因为转轴的金属滑面的摩擦力不足而发生问题的情况也较多。金属的转轴断裂会危及生产安全，是重大事故。

越来越多的生产厂家开始寻找合适的合金材料，在实现更稳定，性能更好的永磁电机的目标上进行研发。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中采用非金属制造转子轭部，获得较低转子惯量的电机，并降低铁损而提高电机性能。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中采用非金属制造转子轭部的同时，配合Halbach磁环形成转子，无需考虑转子内部导磁的问题，从而大幅度降低转子惯量。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中采用非金属制造定子轭部或转子轭部，降低整体重量并适合更多应用场合。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中保证定子铁芯与转子磁极的有效间隙距离，无需使用高质量的金属材质，从而降低转子惯量、整体重量并提升电机性能。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中降低铁质材料的使用量，降低转子惯量、电机质量，使得适合多种应用场合和多种位置。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中适合频繁往复运转的应用场景，提供较为容易控制的轻惯量电机。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中采用硬度较强的材料作为转轴，适合多种联接应用场合。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中降低铁质材料的使用量，避免关键位置上的定子与转子的锈化，进而得到寿命较长的电机，并适合长时间的旋转工作。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中转轴与磁铁紧密结合，实现转子的一体化结构并增强驱动动力。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中采用高强度非金属材料保护定子铁芯，避免长时间使用后的定子变形，保证电机正常使用寿命。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中非金属材质例如工程塑料或碳纤维，聚醚醚酮、超高分子量聚乙烯、脱氧树脂等等，定制化地被成型，减少使用中的磨损对电机性能的影响。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中定子铁芯与转子磁极被明显地区分，有利于对有效间隙进行检查并保证制造精度。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中定子铁芯与转子磁极被明显地区分与其他器件，降低制造难度，方便测试。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中电机的外壳采用非金属更容易被标识，利于施加符号以辅助正常使用。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中电机的外壳采用非金属更有效地防水、防尘，利于散热，隔绝电气干扰。

本发明的另一个优势在于提供一种轻惯量永磁电机及其制造方法，其中整体电机的重量较现有的电机轻一倍以上，不仅方便拿取与运输，而且安装位置也简化承重要求，输出稳定，寿命长，利用推广。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一轻惯量永磁电机，包括：

一外壳、一定子以及一转子，其中所述转子包括一转轴和一磁铁，其中所述转轴采用非金属材质，其中所述转轴被固定于所述外壳的轴心，使得所述定子和所述转子之间保持一定有效间隙地被相互固定于所述外壳内部。

根据本发明的一个实施例，所述外壳采用非金属材质。

根据本发明的一个实施例，所述定子包括一定子铁芯和一绕线组，其中所述绕线组按照一定预定的顺序被绑定于所述定子铁芯，使得所述绕线组被通电后驱动所述转子的所述磁铁，其中所述定子铁芯的齿部采用铁质材料，所述绕线组主要为铜质材料，其中所述定子铁芯的外表面被紧固于所述外壳的内表面。

根据本发明的一个实施例，所述定子包括一定子铁芯和一绕线组，其中所述绕线组按照一定预定的顺序被绑定于所述定子铁芯，使得所述绕线组被通电后驱动所述转子的所述磁铁，其中所述定子铁芯采用铁质材料，所述绕线组主要为铜质材料，其中所述定子铁芯的外表面被紧固于所述外壳的内表面。

根据本发明的一个实施例，所述外壳的内表面采用活性材质，以供当所述定子的所述定子铁芯的外表面贴近后，所述定子铁芯的外表面被固化于所述外壳的内表面。

根据本发明的一个实施例，所述外壳在定型的过程中被标识。

根据本发明的一个实施例，所述转子进一步地包括一固粘剂，其中所述固粘剂紧密地接合非金属材质的所述转轴与所述磁铁。

根据本发明的一个实施例，所述磁铁采用Halbach磁环。

根据本发明的一个实施例，所述转轴采用的非金属材质选自组合：聚醚醚酮、超高分子量聚乙烯、脱氧树脂中的一个。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一轻惯量永磁电机的制造方法，包括以下步骤：

A.定型非金属材质的一转子的一转轴；

B.固定一磁铁与所述转轴；以及

C.安装所述转子于一定子内部。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的轻惯量永磁电机的整体示意图。

图2A是根据本发明的上述优选实施例的轻惯量永磁电机的轴向剖视图。

图2B是根据本发明的上述优选实施例的轻惯量永磁电机的径向剖视图。

图3是根据本发明的上述优选实施例的轻惯量永磁电机的分体示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

本发明提供一轻惯量永磁电机和轻惯量永磁电机的制造方法，如图1至图3所示，所述轻惯量永磁电机包括一外壳10、一定子20以及一转子30，其中所述转子30包括一转轴31和一磁铁32，其中所述转轴31采用非金属材质，其中所述转轴31被固定于所述外壳10的轴心，使得所述定子20和所述转子30之间保持一定有效间隙地被相互固定于所述外壳10内部。

如图1所示，本发明的所述轻惯量永磁电机的所述转轴31采用非金属材质，使得所述转子30整体的重量较轻。值得一提的是，所述转轴31可以认为是所述转子30的轭部，区别于磁铁部分。也就是说，所述转子30的轭部采用非金属材质，使得所述转子30被所述定子20驱动而转动相对地轻松，所述轻惯量永磁电机的转子惯量极大地降低，输出功率被提高。而且，采用非金属制造所述转子30的所述转轴31，降低了铁损而提高电机性能。所述转轴31采用硬度较强的材料，适合多种联接应用场合。

更多地，优选所述轻惯量永磁电机的所述外壳10采用非金属材质。所述定子20与所述外壳10紧密地相互固定，以保证使用中的所述定子20被维持固定的形状。由于所述外壳10的非金属材质不会变型，所述定子20依靠所述外壳10的固定形状而避免移位或者变型。

值得一提的是，所述转轴31和所述外壳10减少了铁质材料的使用量，减少转子惯量，而且避免关键位置上的所述定子20与所述转子30的锈化，进而得到寿命较长的电机，并适合长时间的旋转工作。

如图2A和2B所示，所述轻惯量永磁电机的两个视角的剖视图被阐释。所述定子20包括一定子铁芯21和一绕线组22，其中所述绕线组22按照一定预定的顺序被绑定于所述定子铁芯21，使得所述绕线组22被通电后驱动所述转子30的所述磁铁32转动。值得一提的是，所述定子铁芯21采用铁质材料，所述绕线组22主要为铜质材料。所述定子铁芯21的外表面被紧固于所述外壳10的内表面。

更优选地，所述定子铁芯21的轭部采用非金属材质，所述定子铁芯21的齿部采用铁质材质。

更优选地，所述轻惯量永磁电机的所述外壳10除了采用非金属材质，在所述外壳10的内表面采用活性材质。在制造中，当所述定子20的所述定子铁芯21的外表面贴近后，所述定子铁芯21的外表面被固化于所述外壳10的内表面，使得所述定子铁芯21相当紧密地连接于所述外壳10。而且，所述外壳10与所述定子铁芯21之间没有缝隙，使得所述外壳10的防水和防尘级别较高。另外，所述定子铁芯21工作所产生的热量被直接地转移至所述外壳10，利于工作时热量的消散。

特别地，所述外壳10的形状被进一步地设计为防水的类型，使得所述定子20的通电工作被保护。更多地，所述外壳10用非金属更容易被标识，利于施加符号以辅助正常使用。例如，在所述外壳10成型过程中，对所述外壳10附于永久性的标识，使得标识在长时间使用后也能被看出，不会被弄脏或污损。更优选地，所述外壳10采用非金属更有效地防水、防尘，利于散热，隔绝电气干扰。

更多地，如图2B和图3所示，所述转子30的所述转轴31与所述磁铁32之间进一步地包括一固粘剂33。所述转轴31采用非金属材质，与所述磁铁32的铁质材质相互地通过所述固粘剂33而紧密连接。本领域的技术人员可以理解的，所述磁铁32采用铁氧体、钕铁硼等等永磁材料，使得所述磁铁32容易接近所述定子铁芯21而在制造中破碎。值得一提的是，本优选实施例中的所述轻惯量永磁电机的所述转子30的所述转轴31因为采用非金属缓冲，保护所述磁铁32受冲击不易破碎。所述转轴31与所述磁铁32紧密结合，实现转子的一体化结构并增强驱动动力值得一提是，本优选实施例所指的非金属材质包括但不限于工程塑料或碳纤维，例如聚醚醚酮、超高分子量聚乙烯、脱氧树脂。

如图3所示，在本优选实施例中，所述磁铁32采用Halbach磁环。由于所述磁铁32的内部无磁场，所述转子30的轭部，即所述转轴31，也无需导磁材料。从而所述转子30的整体重量被大大降低，转子惯性被大大减少，更容易地被控制进行往复性的运行。当然，本优选实施例中的所述转轴32较为直筒型，在其他可行的实施例中，所述转轴32具有一定凸起形状，以更好的固定所述磁铁31，本发明在所述转轴32的形状方面并不作限制。

本优选实施例的一轻惯量永磁电机的制造方法，包括以下步骤：

A.定型非金属材质的所述转子30的轭部；

B.固定所述磁铁32于所述转子30的轭部，以形成所述转子30；以及

C.安装所述转子30于所述定子20内部。

更多地，在步骤C中进一步地包括步骤：

固定所述定子20于非金属材质的所述外壳10的内表面；以及

保证有效间距地安装所述转子于所述定子20的内侧。

更多地，步骤A中的定型方法选自组合：热定型、光定型、3D打印组合中的一个。

步骤A中的所述转子30的所述转轴31采用的非金属材质选自组合：聚醚醚酮、超高分子量聚乙烯、脱氧树脂中的一个。所述转轴31被定制化地被成型，减少使用中的其他不必要的负载以及不必要的磨损对电机性能的影响。

更优选地，所述外壳10采用非金属材质。也就是说，采用高强度非金属材料的所述外壳10保护所述定子铁芯21，避免长时间使用后的所述定子20变形，保证电机正常使用寿命。

值得一提的是，步骤C中保证所述定子铁芯21与所述转子30的磁极的有效间隙距离，无需使用高质量的金属材质，从而降低重量并提升电机性能。

而且，在步骤C后的检测中，所述定子铁芯21与所述转子30的磁极被明显地区分，有利于对有效间隙进行检查并保证制造精度。也就是说，所述定子铁芯21与所述转子30的磁极被明显地区分与其他器件，降低制造难度，方便制造后的测试工作。

本优选实施例中的所述轻惯量永磁电机降低铁质材料的使用量，降低电机质量，减少转子惯量，使得适合多种应用场合和多种位置。所述轻惯量永磁电机的整体的重量较现有的电机轻一倍以上，不仅方便拿取与运输，而且安装位置也简化承重要求，输出稳定，寿命长。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一轻惯量永磁电机，包括：

一外壳、一定子以及一转子，其中所述转子包括一转轴和一磁铁，其中所述转轴采用非金属材质，其中所述转轴被固定于所述外壳的轴心，使得所述定子和所述转子之间保持一定有效间隙地被相互固定于所述外壳内部。

2.根据权利要求1所述的轻惯量永磁电机，其中所述外壳采用非金属材质。

3.根据权利要求1所述的轻惯量永磁电机，其中所述定子包括一定子铁芯和一绕线组，其中所述绕线组按照一定预定的顺序被绑定于所述定子铁芯，使得所述绕线组被通电后驱动所述转子的所述磁铁，其中所述定子铁芯采用铁质材料，所述绕线组主要为铜质材料，其中所述定子铁芯的外表面被紧固于所述外壳的内表面。

4.根据权利要求2所述的轻惯量永磁电机，其中所述定子包括一定子铁芯和一绕线组，其中所述绕线组按照一定预定的顺序被绑定于所述定子铁芯，使得所述绕线组被通电后驱动所述转子的所述磁铁，其中所述定子铁芯的齿部采用铁质材料，所述绕线组主要为铜质材料，其中所述定子铁芯的外表面被紧固于所述外壳的内表面。

5.根据权利要求4所述的轻惯量永磁电机，其中所述外壳的内表面采用活性材质，以供当所述定子的所述定子铁芯的外表面贴近后，所述定子铁芯的外表面被固化于所述外壳的内表面。

6.根据权利要求4所述的轻惯量永磁电机，其中所述外壳在定型的过程中被标识。

7.根据权利要求3或4中任一所述的轻惯量永磁电机，其中所述转子进一步地包括一固粘剂，其中所述固粘剂紧密地接合非金属材质的所述转轴与所述磁铁。

8.根据权利要求3或4中任一所述的轻惯量永磁电机，其中所述磁铁采用Halbach磁环。

9.根据权利要求3或4中任一所述的轻惯量永磁电机，其中所述转轴采用的非金属材质选自组合：聚醚醚酮、超高分子量聚乙烯、脱氧树脂中的一个。

10.一轻惯量永磁电机的制造方法，包括以下步骤：

A.定型非金属材质的一转子的一转轴；

B.固定一磁铁与所述转轴；以及

C.安装所述转子于一定子内部。

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