CN112152355B - 一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子 - Google Patents

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Abstract

一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子，该转子包括底盘、磁极定位架、铁心磁极和组合永磁体；多个铁心磁极设置在磁极定位架上，沿磁极定位架中心圆周均布，磁极定位架固定在底盘上，相邻铁心磁极间形成磁钢矩形槽，组合永磁体嵌放在磁钢矩形槽中；组合永磁体为磁性能非一致性的矩形，组合永磁体从内径往外径处，剩磁由弱到强。能够降低永磁体涡流损耗和退磁风险。降低转子永磁体的造价。相比传统表贴式转子结构盘式电机的转子永磁体用量节省10%~20%。极大降低了电机电磁气隙，能提高采用本转子电机的交、直轴电感约1.5倍，能吸收变频器输出的高次谐波，提高电机转矩性能。其中所述方法执行起来相对比较简便，永磁体形状规则，制作成本较低。

Description

一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子
技术领域：本发明属于盘式电机技术领域，尤其涉及内置磁钢盘式电机的转子结构和固定方法。
背景技术：在盘式电机中，表贴永磁体转子结构较为简单，工程上易于实现，但带来较大的电磁气隙，降低了电机的交、直轴电感，增加了电机的漏感。尤其对于高速运行、低压供电的表贴永磁体转子结构盘式电机，交、直轴电感更小，小的交、直轴电感带来了两个问题：1)变频器供电带来较大的电枢反应磁场谐波，造成永磁体涡流发热和失磁现象；2)较差的弱磁调速能力。内置磁极的电机转子目前用在径向磁场的电机中，能提供较大的绕组电感，削弱甚至消除高次谐波。但盘式电机很难在卷绕的转子铁心内部加工出用来内置磁极的槽，因此在盘式电机中较少有采用内置磁钢的转子结构。
目前，已有少数工程技术人员在研究内置磁钢盘式电机转子的可行性，但主要集中于理论探讨，工程实施性较弱。专利[CN201611161975.8]提出了一种内嵌磁极的盘式电机转子，但没有说明转子各零部件的固定方法。专利(申请号CN201810319634.1)提到一种聚磁式盘式电机的转子结构，转子外层采用了切向充磁磁钢，两块磁钢间夹有铁心，该专利属于理论创新，没有提到工程设施方法。
因此，设计一种应用于高速/低供电电压盘式电机的、工程上易于实现的内置磁钢盘式电机转子，进而提高盘式电机的电感和弱磁能力是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容：
发明目的：本发明提供一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子及生产此类内置磁钢切向充磁盘式电机的转子的方法，其目的是解决以往所存在的问题。
技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：
一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子，其特征在于:该转子包括底盘(1)、磁极定位架(2)、铁心磁极(3)和组合永磁体(4)；
多个铁心磁极(3)设置在磁极定位架(2)上，沿磁极定位架(2)中心圆周均布，磁极定位架(2)固定在底盘(1)上，相邻铁心磁极(3)间形成磁钢矩形槽(6)，组合永磁体(4)嵌放在磁钢矩形槽(6)中；
组合永磁体(4)为磁性能非一致性的矩形，组合永磁体(4)从内径往外径处，剩磁由弱到强。
磁极定位架(2)包含定位架环体(201)和定位架爪(202)，定位架爪(202)沿定位架环体(201)的外圆周均匀分布，定位架爪(202)的长度方向与定位架环体(201)的径向方向一致，定位架爪(202)的数量与电机的极数一致，也与铁心磁极(3)的数量相同。
定位架爪(202)的材质为不导磁不锈钢。
底盘(1)为圆环形，外圆周侧加工有挡环(101)，内圆周侧加工有补偿凸台(102)；
补偿凸台(102)上安装磁极定位架(2)，使得补偿凸台(102)与定位架环体(201)配合，保证转子组装完毕后定位架爪(202)与底盘底面(A)平行。
铁心磁极(3)由无取向硅钢片叠压而成，铁心磁极(3)包含极身(301)和极尖(302)，极身(301)上开设有矩形定位孔(303)，定位架爪(202)穿过定位孔(303)；多个铁心磁极(3)沿定位架环体(201)圆周均布。
组合永磁体(4)为矩形，由永磁体A(401)、永磁体B(402)和永磁体C(403)组成，三块永磁体形状尺寸完全一致，但剩磁不同；铁心磁极(3)内径处截面(L)小，永磁体C(403)剩磁最低，置于磁钢矩形槽(6)的内径处，由于铁心磁极(3)外径处截面(N)大，永磁体A(401)剩磁最高，置于磁钢矩形槽(6)的外径处；放置组合永磁体(4)时，充磁方向正向或逆向对着铁心磁极(3)的侧壁。
相邻组合永磁体(4)发出的磁力线穿入铁心磁极(3)的侧壁，最终磁力线沿铁心磁极(3)的轴向(D)表面穿出，形成交替分布的N、S极。
如上所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子的组装固定方法，组装固定过程为：
步骤一：将铁心磁极(3)穿在磁极定位架(2)上，再将组合永磁体(4)带胶插入磁钢矩形槽(6)内；
步骤二：在底盘(1)的内表面(A)涂上结构胶，将步骤一中装有铁心磁极(3)和组合永磁体(4)的磁极定位架(2)嵌入底盘(1)内；
步骤三：底盘(1)上的通孔(103)与磁极定位架(2)上螺孔(203)对齐，用螺钉紧固在一起(即螺钉穿过通孔(103)与磁极定位架(2)上螺孔(203))。
步骤一中铁心磁极(3)穿在定位架爪(202)上。
步骤二中装有铁心磁极(3)和组合永磁体(4)的磁极定位架(2)嵌入底盘(1)内之后，将定位架环体(201)固定在补偿凸台(102)上。
优点效果：
本发明具体优点如下：
1)、采用本发明转子能够降低永磁体涡流损耗和退磁风险。
2)、本发明的内置磁钢切向充磁盘式电机转子，采用多块不同磁性能的矩形永磁体代替一块扇形永磁体，降低转子永磁体的造价。
3)、采用本转子结构的盘式电机相比传统表贴式转子结构盘式电机的转子永磁体用量节省10％～20％。
4)、本发明的内置磁钢切向充磁盘式电机转子，极大降低了电机电磁气隙，能提高采用本转子电机的交、直轴电感约1.5倍，能吸收变频器输出的高次谐波，提高电机转矩性能。
5)、其中所述方法执行起来相对比较简便，永磁体形状规则，制作成本较低。
6)、本发明能够使采用本转子的盘式电机拥有良好或改进的电磁性能(包含弱磁能力、谐波电流抑制能力、低损耗等)。
附图说明
图1是本发明的内置磁钢切向充磁盘式电机转子结构图；
图2是本发明的内置磁钢切向充磁盘式电机转子爆炸图；
图3是本发明的底盘图；
图4是本发明的磁极定位架图；
图5是本发明的铁心磁极图；
图6是本发明的组合永磁体图；
图7是本发明的磁极定位架、铁心磁极与组合永磁体装配图；
图8为铁心磁极的放大结构图；
附图标记说明：
1.底盘；2.磁极定位架；3.铁心磁极；4.组合永磁体；5.螺钉；6.磁钢矩形槽；101.挡环；102.补偿凸台；103.通孔；201.定位架环体；202.定位架爪；203.螺孔；301.极身；302.极尖；303.定位孔；304.螺钉过孔；401.永磁体A；402.永磁体B；403.永磁体C。
图中箭头D代表轴向；箭头E代表充磁方向；字母F代表磁力线；字母G代表轴向截面3；字母H代表轴向截面2；字母J代表轴向截面1，字母L代表内径处截面；字母N代表外径处截面。
具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：
一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子，其特征在于:该转子包括底盘(1)、磁极定位架(2)、铁心磁极(3)和组合永磁体(4)；
多个铁心磁极(3)设置在磁极定位架(2)上，沿磁极定位架(2)中心圆周均布，磁极定位架(2)固定在底盘(1)上，相邻铁心磁极(3)间形成磁钢矩形槽(6)，组合永磁体(4)嵌放在磁钢矩形槽(6)中；
组合永磁体(4)为磁性能非一致性的矩形，组合永磁体(4)从内径往外径处，剩磁由弱到强，铁心磁极(3)同一轴向截面上的各处(如字母G、H、J处)铁心磁通密度相接近(铁心磁极沿内径截面(L)小，外径截面(N)大，所以内径处的永磁体剩磁小，外径处剩磁大，这样就能保证铁心磁极中的磁密接近相同，但各点有微小的不同。
磁极定位架(2)包含定位架环体(201)和定位架爪(202)，定位架爪(202)沿定位架环体(201)的外圆周均匀分布，定位架爪(202)的长度方向与定位架环体(201)的径向方向一致，定位架爪(202)的数量与电机的极数一致，也与铁心磁极(3)的数量相同。
定位架爪(202)的材质为不导磁不锈钢。
底盘(1)为圆环形，外圆周侧加工有挡环(101)，内圆周侧加工有补偿凸台(102)；
补偿凸台(102)上安装磁极定位架(2)，使得补偿凸台(102)与定位架环体(201)配合，保证转子组装完毕后定位架爪(202)与底盘底面(A)平行。
铁心磁极(3)由无取向硅钢片叠压而成，铁心磁极(3)包含极身(301)和极尖(302)，极身(301)上开设有矩形定位孔(303)，定位架爪(202)穿过定位孔(303)；多个铁心磁极(3)沿定位架环体(201)圆周均布。
组合永磁体(4)为矩形，由永磁体A(401)、永磁体B(402)和永磁体C(403)组成，三块永磁体形状尺寸完全一致，但剩磁不同；由于电机转子铁心磁极(3)内径处截面(L)比外径截面较小，永磁体C(403)剩磁最低，置于磁钢矩形槽(6)的内径处，由于铁心磁极(3)外径处截面(N)比内径截面大，永磁体A(401)剩磁最高，置于磁钢矩形槽(6)的外径处；放置组合永磁体(4)时，充磁方向正向或逆向对着铁心磁极(3)的侧壁。
相邻组合永磁体(4)发出的磁力线穿入铁心磁极(3)，最终磁力线沿铁心磁极(3)表面穿出，形成交替分布的N、S极。
如上所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子的组装固定方法，组装固定过程为：
步骤一：将铁心磁极(3)穿在磁极定位架(2)上，再将组合永磁体(4)带胶插入磁钢矩形槽(6)内；
步骤二：在底盘(1)的内表面(A)涂上结构胶，将步骤一中装有铁心磁极(3)和组合永磁体(4)的磁极定位架(2)嵌入底盘(1)内；
步骤三：底盘(1)上的通孔(103)与磁极定位架(2)上螺孔(203)对齐，用螺钉紧固在一起。
步骤一中铁心磁极(3)穿在定位架爪(202)上。
步骤二中装有铁心磁极(3)和组合永磁体(4)的磁极定位架(2)嵌入底盘(1)内之后，将定位架环体(201)固定在补偿凸台(102)上。
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：
如图1和2所示，该转子包括底盘(1)、磁极定位架(2)、铁心磁极(3)、组合永磁体(4)和螺钉(5)；
多个铁心磁极(3)穿在磁极定位架(2)上，沿磁极定位架(2)中心圆周均布，磁极定位架(2)被螺钉(5)固定在底盘(1)上，相邻铁心磁极(3)间形成磁钢矩形槽(6)，组合永磁体(4)嵌放在磁钢矩形槽(6)中；
如图6和图7所示，组合永磁体(4)为磁性能非一致性的矩形(就是四棱柱或长方体)，组合永磁体(4)从内径往外径处，剩磁由弱到强(组合永磁体(4)剩磁弱的一侧置于内径，强的一侧置于外径，图中的永磁体A(401)剩磁最高，永磁体C(403)剩磁最低)，铁心磁极(3)同一轴向截面上的各处(如字母G、H、J处)铁心磁通密度相接近。
如图4所示，磁极定位架(2)包含定位架环体(201)、定位架爪(202)和螺孔(203)，定位架爪(202)沿定位架环体(201)的外圆周均匀分布，定位架爪(202)的长度方向与定位架环体(201)的径向方向一致(即定位架环体(201)和定位架爪(202)呈车轮毂样的放射状)，定位架爪(202)的数量与电机的极数一致，也与铁心磁极(3)的数量相同。
定位架爪(202)的材质为不导磁不锈钢。
如图3所示，底盘(1)为圆环形，外圆周侧加工有挡环(101)，内圆周侧加工有补偿凸台(102)，挡环(101)、补偿凸台(102)和底盘的底面都均布有多个通孔(103)，通孔(103)用于固定磁极定位架(2)，就是通过螺栓穿过这些通孔(103)以及磁极定位架(2)上的螺孔固定；
挡环(101)和定位架环体(201)为共同限制磁钢矩形槽(6)中的组合永磁体(4)在径向上移动的结构(挡环(101)从外围挡住，定位架环体(201)同补偿凸台(102)固定)；补偿凸台(102)上安装磁极定位架(2)，使得补偿凸台(102)与定位架环体(201)配合，保证转子组装完毕后定位架爪(202)与底盘底面(A)平行(定位架爪(202)的高度和补偿凸台(102)的高度是固定的)。
如图5所示，铁心磁极(3)由无取向硅钢片叠压而成，铁心磁极(3)包含极身(301)和极尖(302)，极身(301)上开设有矩形定位孔(303)和螺钉过孔(304)，定位架爪(202)穿过定位孔(303)；多个铁心磁极(3)沿定位架环体(201)圆周均布，形成了多个磁钢矩形槽(6)，该槽用于安装组合永磁体(4)。
如图6所示，组合永磁体(4)为矩形(也就是四棱柱或长方体)，由永磁体A(401)、永磁体B(402)和永磁体C(403)组成，三块永磁体形状尺寸完全一致，但剩磁不同；由于铁心磁极(3)内径处截面(L)较小，永磁体C(403)剩磁最低，置于磁钢矩形槽(6)的内径处(靠近定位架环体(201)的一端)，由于铁心磁极(3)靠近外径处截面(N)大，永磁体A(401)剩磁最高，置于磁钢矩形槽(6)的外径处，即远离定位架环体(201)的一端；放置组合永磁体(4)时，充磁方向正向或逆向对着铁心磁极(3)的侧壁。
相邻组合永磁体(4)发出的磁力线穿入(或穿出)铁心磁极(3)，最终磁力线沿铁心磁极(3)表面穿出(或穿入)，形成交替分布的N、S极(交替分布的意思就是相邻的两个铁心磁极(3)的磁极的相反的)；由该转子构成的单定子、双转子盘式电机的交、直轴电感相对于同类型的传统盘式电机而言，电感提高1.3～1.8倍左右。
如图2所示，如上所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子的组装固定方法，其特征在于:组装固定过程为：
步骤一：将铁心磁极(3)穿在磁极定位架(2)上，再将组合永磁体(4)带胶插入磁钢矩形槽(6)内(就是与铁心磁极(3)接触的位涂胶)；
步骤二：在底盘(1)的内表面(A)涂上结构胶，将步骤一中装有铁心磁极(3)和组合永磁体(4)的磁极定位架(2)嵌入底盘(1)内
步骤三：拧上所有的紧固螺钉(5)。
本转子结构相比传统表贴式转子结构的永磁体用量节省10％～20％。
步骤一中铁心磁极(3)穿在定位架爪(202)上。
步骤二中所述的底盘(1)的内表面为底盘底面(A)。
步骤二中装有铁心磁极(3)和组合永磁体(4)的磁极定位架(2)嵌入底盘(1)内之后，将定位架环体(201)固定在补偿凸台(102)上。

Claims (10)

1.一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子，其特征在于:该转子包括底盘（1）、磁极定位架（2）、铁心磁极（3）和组合永磁体（4）；
多个铁心磁极（3）设置在磁极定位架（2）上，沿磁极定位架（2）中心圆周均布，磁极定位架（2）固定在底盘（1）上，相邻铁心磁极（3）间形成磁钢矩形槽（6），组合永磁体（4）嵌放在磁钢矩形槽（6）中；
组合永磁体（4）为磁性能非一致性的矩形，组合永磁体（4）从内径往外径处，剩磁由弱到强。
2. 根据权利要求1所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子，其特征在于: 磁极定位架（2）包含定位架环体（201）和定位架爪（202），定位架爪（202）沿定位架环体（201）的外圆周均匀分布，定位架爪（202）的长度方向与定位架环体（201）的径向方向一致，定位架爪（202）的数量与电机的极数一致，也与铁心磁极（3）的数量相同。
3.根据权利要求2所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子，其特征在于:定位架爪（202）的材质为不导磁不锈钢。
4. 根据权利要求2所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子，其特征在于: 底盘（1）为圆环形，外圆周侧加工有挡环（101），内圆周侧加工有补偿凸台（102）；
补偿凸台（102）上安装磁极定位架（2），使得补偿凸台（102）与定位架环体（201）配合，保证转子组装完毕后定位架爪（202）与底盘底面（A）平行。
5. 根据权利要求1所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子，其特征在于: 铁心磁极（3）由无取向硅钢片叠压而成，铁心磁极（3）包含极身（301）和极尖（302），极身（301）上开设有矩形定位孔（303），定位架爪（202）穿过定位孔（303）；多个铁心磁极（3）沿定位架环体（201）圆周均布。
6. 根据权利要求1所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子，其特征在于: 组合永磁体（4）为矩形，由永磁体A（401）、永磁体B（402）和永磁体C（403）组成，三块永磁体形状尺寸完全一致，但剩磁不同；
永磁体C（403）剩磁最低，置于磁钢矩形槽（6）的内径处，永磁体A（401）剩磁最高，置于磁钢矩形槽（6）的外径处；放置组合永磁体（4）时，充磁方向正向或逆向对着铁心磁极（3）的侧壁。
7. 根据权利要求1所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子，其特征在于: 相邻组合永磁体（4）发出的磁力线穿入铁心磁极（3）的侧壁，最终磁力线沿铁心磁极（3）的轴向（D）表面穿出，形成交替分布的N、S极。
8. 一种如权利要求4所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子的组装固定方法，其特征在于: 组装固定过程为：
步骤一：将铁心磁极（3）穿在磁极定位架（2）上，再将组合永磁体（4）带胶插入磁钢矩形槽（6）内；
步骤二：在底盘（1）的内表面（A）涂上结构胶，将步骤一中装有铁心磁极（3）和组合永磁体（4）的磁极定位架（2）嵌入底盘（1）内；
步骤三：底盘（1）上的通孔（103）与磁极定位架（2）上螺孔（203）对齐，用螺钉紧固在一起。
9.根据权利要求8所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子的组装固定方法，其特征在于:步骤一中铁心磁极（3）穿在定位架爪（202）上。
10.根据权利要求8所述的一种内置磁钢切向充磁盘式电机转子的组装固定方法，其特征在于:步骤二中装有铁心磁极（3）和组合永磁体（4）的磁极定位架（2）嵌入底盘（1）内之后，将定位架环体（201）固定在补偿凸台（102）上。
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