CN112713683A - 复合磁场永磁转子、其制作方法、电机转子及电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机转子技术领域，特别涉及一种复合磁场永磁转子、其制作方法、电机转子及电机。本发明的复合磁场永磁转子，包括第一转子部和第二转子部，第二转子部设置在第一转子部轴向一侧且二者在轴向上间隔第一隔磁间距；第一转子部的第一极和第二极分别与第二转子部相应的第一极和第二极相连，其中，第一转子部和第二转子部的磁场方向不同。本发明的复合磁场永磁转子中，通过将设置两个磁场方向不同的第一转子部和第二转子部，使二者形成复合磁场，从而使总磁场加强，实现了转子磁性能的大幅提升。同时，避免了两个转子部件短路漏磁，可防止总磁场减弱，并解决了行业转子磁性能受结构限制的瓶颈技术问题，有利于提升电机功率密度。

Description

复合磁场永磁转子、其制作方法、电机转子及电机
技术领域
本发明涉及电机转子技术领域，特别涉及一种复合磁场永磁转子、其制作方法、电机转子及电机。
背景技术
随着政府节能政策导向、市场发展需求，家用电器风机直流化逐步成为趋势，行业采用的无刷电机均为径向磁场表贴结构，电机功率密度较低且材料利用率低。
受电机原材料市场价格上涨，高功率密度电机成为无刷直流电机发展趋势。在永磁电机中，为了提高电机性能，通常需要获得较高的转子磁性能，在有限结构下，相比表贴式与内嵌径向式转子，采用内置切向式结构可有效增大磁通面积，提高有效气隙磁通，进而提升电机性能。但在内嵌切向式结构中，永磁体受在径向方向内侧与外侧设计隔磁桥的限制，存在一定的漏磁而导致性能下降，转子的结构强度与隔磁效果相互制约。
发明内容
本发明提供一种复合磁场永磁转子、其制作方法、电机转子及电机，用于至少解决一个上述问题。
本发明的第一方面提供一种复合磁场永磁转子，包括第一转子部和第二转子部，
所述第二转子部设置在所述第一转子部轴向一侧且二者在轴向上间隔第一隔磁间距，所述第一转子部的第一极和第二极分别与所述第二转子部相应的第一极和第二极相连；
其中，所述第一转子部和所述第二转子部的磁场方向不同。
在一个实施方式中，所述第一转子部构造为用于产生切向磁场的切向转子部；
所述切向转子部包括：转子铁芯和设置于转子铁芯中的n个永磁体，n个所述永磁体沿所述转子铁芯的周向间隔分布，相邻两个永磁体上相邻磁极的极性相同；
每个永磁体均为沿切向磁化而形成的永磁体；
其中，n为大于零的偶数。
在一个实施方式中，所述第二转子部构造为用于产生轴向磁场的轴向转子部，所述轴向转子部与所述转子铁芯同轴设置；
n个所述永磁体均通过第一连通铁芯和第二连通铁芯与所述轴向转子部相连。
在一个实施方式中，所述第一连通铁芯和所述第二连通铁芯的数量相同，且均为n/2个，所述第一连通铁芯和所述第二连通铁芯在所述转子铁芯的周向上交替地设置；
所述第一连通铁芯沿第一方向插入所述转子铁芯并与所述轴向转子部靠近所述转子铁芯的一侧接触，使所述转子铁芯上的永磁体的第一极与轴向转子部的极性相同的第一极相连；
所述第二连通铁芯沿与第一方向相反的第二方向越过所述轴向转子部，并贯穿所述转子铁芯，使所述转子铁芯上的永磁体的第二极与轴向转子部的极性相同的第二极相连。
在一个实施方式中，所述轴向转子部的外侧壁上设置有n/2个槽体，所述第二连通铁芯的外壁与所述槽体的内壁之间具有第二隔磁间距。
在一个实施方式中，所述轴向转子部上远离所述切向转子部的一侧上设置有环形导磁铁芯，所述环形导磁铁芯设置有n/2个第一通孔，所述第一通孔与所述槽体一一对应，所述第二连通铁芯设于所述第一通孔中并且所述第二连通铁芯的端部与所述环形导磁铁芯的外侧壁相接触。
在一个实施方式中，所述第二连通铁芯构造为T形结构。
在一个实施方式中，所述转子铁芯上设置有n个第二通孔，所述第二通孔沿轴向贯通所述转子铁芯，所述第一连通铁芯和所述第二连通铁芯至少有部分设置于所述第二通孔内。
在一个实施方式中，所述第一连通铁芯和所述第二连通铁芯均由硅钢片沿径向、切向或轴向叠压而成。
在一个实施方式中，所述轴向转子部为由磁粉压铸而成并对其沿轴向充磁的磁环。
本发明的第二方面提供一种电机转子，包括至少一组上述的复合磁场永磁转子。
本发明的第三方面提供一种电机，包括上述的电机转子。
本发明的第四方面提供一种上述的复合磁场永磁转子的制作方法，包括以下步骤：
将永磁体嵌入转子铁芯中，以形成第一转子部；
将第二转子部设置在第一转子部的轴向一侧且二者在轴向上间隔第一隔磁间距；
将第一连通铁芯沿第一方向插入所述转子铁芯，且其端部与所述第二转子部靠近所述转子铁芯的一侧接触，使所述转子铁芯上的永磁体的第一极与轴向转子部的极性相同的第一极相连；
将第二连通铁芯沿与第一方向相反的第二方向依次穿过环形导磁铁芯、越过第二转子部并贯穿所述转子铁芯，使所述转子铁芯上的永磁体的第二极与轴向转子部的极性相同的第二极相连；
使第一转子部和第二转子部注塑为一体，以形成永磁转子。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的复合磁场永磁转子中，通过将设置两个磁场方向不同的第一转子部和第二转子部，使二者形成复合磁场，从而使总磁场加强，实现了转子磁性能的大幅提升。
(2)由于第一转子部与第二转子部之间设有第一隔磁间距，避免了第一转子部与第二转子部的磁极过近而导致磁场直接通过两个转子部件短路漏磁，可防止总磁场减弱，并解决了行业转子磁性能受结构限制的瓶颈技术问题，有利于提升电机功率密度。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明的一个实施例中的永磁转子的结构示意图；图中X表示径向，Y表示轴向；
图2是本发明的一个实施例中的切向转子部的结构示意图；
图3是本发明的一个实施例中的连通铁芯的装配结构示意图一；
图4是本发明的一个实施例中的连通铁芯的装配结构示意图二；
图5是本发明的一个实施例中的切向转子部的磁极分布图；
图6是本发明的一个实施例中的永磁转子的磁极连通结构及隔磁结构的示意图一；
图7是本发明的一个实施例中的永磁转子的磁极连通结构及隔磁结构的示意图二；
图8是本发明的一个实施例中的永磁转子的磁路分布示意图；图中LN表示N极性磁路分布，LS表示S极性磁路分布；
图9是本发明的一个实施例中的永磁转子的磁路连接示意图；
图10是本发明的一个实施例中的永磁转子的爆炸结构示意图。
附图标记：
1-切向转子部；2-轴向转子部；3-第一隔磁间距；4-第一连通铁芯；
5-第二连通铁芯；6-第二隔磁间距；7-环形导磁铁芯；
11-转子铁芯；12-永磁体；111-第二通孔；21-槽体；71-第一通孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-10中所示，本发明提供一种复合磁场永磁转子，其包括第一转子部和第二转子部等两个磁场方向不同的转子部件，其中第二转子部设置在第一转子部轴向一侧且二者在轴向上间隔第一隔磁间距3；第一转子部的第一极和第二极分别与第二转子部相应的第一极和第二极相连。
本发明的复合磁场永磁转子中，通过设置两个磁场方向不同的第一转子部和第二转子部，并使二者形成复合磁场，从而使总磁场加强，实现了转子磁性能的大幅提升。
同时，由于第一转子部与第二转子部之间设有第一隔磁间距3，避免了第一转子部与第二转子部的磁极过近而导致磁场直接通过两个转子部件短路漏磁，可防止总磁场减弱，并解决了行业转子磁性能受结构限制的瓶颈技术问题，有利于提升电机功率密度。
在一个实施例中，第一转子部构造为用于产生切向磁场的切向转子部1。如图2中所示，切向转子部1包括：转子铁芯11和设置于转子铁芯11中的n个永磁体12，n个永磁体12沿转子铁芯11的周向间隔分布，相邻两个永磁体12上相邻磁极的极性相同，每个永磁体12均为沿切向磁化而形成的永磁体12。
第二转子部构造为用于产生轴向磁场的轴向转子部2，轴向转子部2与转子铁芯11同轴设。第一转子部的n个永磁体12均通过第一连通铁芯4和第二连通铁芯5与轴向转子部2相连。
在本实施例中，永磁体12沿切向磁化，用于产生切向磁场，转子铁芯11用于安装永磁体12，并使相邻两个永磁体12的相同极性的磁极连接在一起，以形成切向转子部1。
其中，永磁体12由磁粉压铸而成，转子铁芯11由多片硅钢片沿轴向叠压而成。
需要说明地是，本发明中的永磁体12的数量不限定于图1-10中所示的数量。
其中，n为大于零的偶数，n＝2P，P为切向转子部1的极对数。本实施例中通过将轴向转子部2的磁场引入切向转子部1中，使不同空间方向磁场间耦合，形成复合磁场转子，使总磁场加强，实现了转子磁性能的大幅提升。
换言之，本发明中设置轴向转子部2，并将其产生的轴向磁场引入切向转子部1中，是为了提高切向转子部1的磁性能。而如果切向转子部1与轴向转子部2过近，会导致轴向磁场的非同极的磁场短路而漏磁，进而导致总磁场减弱，所以，在轴向转子部2与切向转子部1之间设有第一隔磁间距3，以避免两个转子部件过近而导致短路漏磁，防止总磁场减弱。同时，切向转子部1与轴向转子部2之间不受隔磁桥设计空间的限制，解决了行业转子磁性能受结构限制的瓶颈技术问题，有利于提升电机功率密度。
需要说明地是，本发明中，切向转子部1与轴向转子部2的磁极的连接结构和方式不限于图示方案的结构及描述方式，也可以为其他衍生及关联结构及方式。
在一个实施例中，如图3-4中所示，第一连通铁芯4和第二连通铁芯5的数量相同，且均为n/2个，第一连通铁芯4和第二连通铁芯5在转子铁芯11的周向上交替地设置；第一连通铁芯4沿第一方向插入转子铁芯11并与轴向转子部2靠近转子铁芯11的一侧接触，使转子铁芯11上的永磁体12的第一极与轴向转子部2的极性相同的第一极相连；第二连通铁芯5沿与第一方向相反的第二方向越过轴向转子部2，并贯穿转子铁芯11，使转子铁芯11上的永磁体12的第二极与轴向转子部2的极性相同的第二极相连。
在本实施例中，在转子铁芯11中设置第一连通铁芯4和第二连通铁芯5等两种磁极连通铁芯，分别用于使切向转子部1与轴向转子部2的N极、S极之间分别相连。换言之，轴向转子部2的磁场通过连通铁芯引入到切向转子部1的相同极性的磁场中，充分利用了转子内部空间结构，采用连通铁芯技术将不同方向的复合磁场组合在一起，从而使总磁场加强。
例如，第一连通铁芯4设置于相邻的两个永磁体12的S极之间，其两侧壁通过转子铁芯11与永磁体12的S极相连，其端部(与轴向转子部2相邻的一端)与轴向转子部2上与切向转子部1相邻的一侧面(S极)相连，第二连通铁芯5设置于相邻的两个永磁体12的N极之间，其两侧壁通过转子铁芯11与永磁体12的N极相连，其端部(与轴向转子部2相邻的一端)与轴向转子部2上上远离切向转子部1的一侧面(N极)相连。
需要说明地是，本发明中的N极和S极的布置方式不限定于图1-6中所示的方案。例如，轴向转子部2上与切向转子部1相邻的一侧面也可以是N极，其相对的另一侧面为S极，则可将第一连通铁芯4和第二连通铁芯5的位置互换，使切向转子部1的磁极与轴向转子部2的相同极性的磁极分别相连。
此外，在本实施例中，第一连通铁芯4的长度为L，转子铁芯11在轴向的厚度为T，第一隔磁间距3为d，其中第一连通铁芯4上远离轴向转子部2的一端与转子铁芯11远离轴向转子部2的一侧平齐。则，L＞T；d＝L－T。
具体地，所述转子铁芯11上设置有n个第二通孔111，所述第二通孔111沿轴向贯通所述转子铁芯11，所述第一连通铁芯4和所述第二连通铁芯5至少有部分设置于所述第二通孔111内。
具体来说，转子铁芯11上设置第二通孔111用于安装第一连通铁芯4和第二连通铁芯5，其中，第一连通铁芯4和第二连通铁芯5的大部分设置于第二通孔111中，两个连通铁芯的端部均超过转子铁芯11的侧面沿轴向朝轴向转子部2延伸，且经过第一隔磁间距3后分别与轴向转子部2的两侧面相连。
优选地，轴向转子部2的外侧壁上设置有n/2个槽体21，第二连通铁芯5的外壁与槽体21的内壁之间具有第二隔磁间距6。
具体来说，轴向转子部2上设置槽体21，用于使第二连通铁芯5穿过，从而使其端部实现与轴向转子部2上远离切向转子部1的侧面相连。同时，第二连通铁芯5的外壁与对应的第一通孔21的孔壁之间设有第二隔磁间距6，以避免漏磁。即，第一通孔21的尺寸大于第二连通铁芯5对应部位的尺寸，从而使两者之间有第二隔磁间距6。
进一步优选地，轴向转子部2上远离切向转子部1的一侧上设置有环形导磁铁芯7，环形导磁铁芯7设置有n/2个第一通孔71，第一通孔71与槽体21一一对应，第二连通铁芯5设于第一通孔71中并且第二连通铁芯5的端部与环形导磁铁芯7的外侧壁相接触。
通过设置环形导磁铁芯7并其贴合设置于轴向转子部2上远离切向转子部1的磁极面上，使第二连通铁芯5能够充分地与轴向转子部2上远离切向转子部1的磁极面相连通，并且连接更加方便。
具体地，所述第二连通铁芯5构造为T形结构。
在一个实施例中，第一连通铁芯4和第二连通铁芯5均由多片硅钢片沿径向或切向或轴向叠压而成。其中，切向或径向叠压其导磁性能最优。
轴向转子部2为由磁粉压铸而成并对其沿轴向充磁的磁环。
环形导磁铁芯7由多片环形的硅钢片沿轴线叠压而成。
下面结合图8，对本发明的转子的N极和S极的磁路分布进行具体说明。
沿永磁转子的空间结构看，切向转子部1的磁场为径向圆周切向，轴向转子部2的磁场为轴向，永磁转子的磁场由切向磁场和轴向磁场混合而成，其经切向磁场的铁芯导磁形成一个磁极。其中，永磁转子的复合N极磁场的形成为：2个及以上的永磁体12形成N极切向磁场，各N极切向磁场并联后经转子铁芯11合并，形成切向转子部1的N极磁场，轴向转子部2的N极磁场经连通铁芯与合并后的切向转子部1的N极磁场再次合并，从而形成复合N极磁场。复合S极磁场与符合N极磁场的形成相同。本发明中，通过不同空间方向的磁场间耦合，从而形成混合磁场转子。
本发明的另一方面还提供一种复合磁场永磁转子的制作方法，包括以下步骤：
S10：将永磁体12嵌入转子铁芯11中，以形成第一转子部；
S20：将第二转子部设置在第一转子部的轴向一侧且二者在轴向上间隔第一隔磁间距3；
将第一连通铁芯4沿第一方向插入所述转子铁芯11，且其端部与所述第二转子部靠近所述转子铁芯11的一侧接触，使所述转子铁芯11上的永磁体12的第一极与轴向转子部2的极性相同的第一极相连；
将第二连通铁芯5沿与第一方向相反的第二方向依次穿过环形导磁铁芯7、越过第二转子部并贯穿所述转子铁芯11，使所述转子铁芯11上的永磁体12的第二极与轴向转子部2的极性相同的第二极相连；
S30：使第一转子部和第二转子部注塑为一体，以形成永磁转子。
另外，在步骤S1之前还包括各零件的制作步骤，具体如下：
S1：利用冲压模具将硅钢片叠压分别形成转子铁芯11、环形导磁铁芯7、第一连通铁芯4和第二连通铁芯5。
S2：用压铸模具将磁粉压铸成多个磁瓦和磁环。
S3：对磁瓦采用平行充磁，以形成沿切向磁化的永磁体12；对磁环采用轴向充磁，以形成沿轴向磁化的轴向转子部2。
本发明的另一方面还提供一种电机转子，该电机转子包括至少一组上述复合磁场永磁转子。
如图1中所示，一个单元的复合永磁场转子包含1个切向转子部1和1个轴向转子部2，对于电机转子，可以使用多组这样的混合转子。
本发明的再一方面还提供一种电机，包括上述的电机转子。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (13)

1.一种复合磁场永磁转子，其特征在于，包括第一转子部和第二转子部，
所述第二转子部设置在所述第一转子部轴向一侧且二者在轴向上间隔第一隔磁间距，所述第一转子部的第一极和第二极分别与所述第二转子部相应的第一极和第二极相连；
其中，所述第一转子部和所述第二转子部的磁场方向不同。
2.根据权利要求1所述的复合磁场永磁转子，其特征在于，所述第一转子部构造为用于产生切向磁场的切向转子部；
所述切向转子部包括：转子铁芯和设置于转子铁芯中的n个永磁体，n个所述永磁体沿所述转子铁芯的周向间隔分布，相邻两个永磁体上相邻磁极的极性相同；
每个永磁体均为沿切向磁化而形成的永磁体；
其中，n为大于零的偶数。
3.根据权利要求2所述的复合磁场永磁转子，其特征在于，所述第二转子部构造为用于产生轴向磁场的轴向转子部，所述轴向转子部与所述转子铁芯同轴设置；
n个所述永磁体均通过第一连通铁芯和第二连通铁芯与所述轴向转子部相连。
4.根据权利要求3所述的复合磁场永磁转子，其特征在于，所述第一连通铁芯和所述第二连通铁芯的数量相同，且均为n/2个，所述第一连通铁芯和所述第二连通铁芯在所述转子铁芯的周向上交替地设置；
所述第一连通铁芯沿第一方向插入所述转子铁芯并与所述轴向转子部靠近所述转子铁芯的一侧接触，使所述转子铁芯上的永磁体的第一极与轴向转子部的极性相同的第一极相连；
所述第二连通铁芯沿与第一方向相反的第二方向越过所述轴向转子部，并贯穿所述转子铁芯，使所述转子铁芯上的永磁体的第二极与轴向转子部的极性相同的第二极相连。
5.根据权利要求3或4所述的复合磁场永磁转子，其特征在于，所述轴向转子部的外侧壁上设置有n/2个槽体，所述第二连通铁芯的外壁与所述槽体的内壁之间具有第二隔磁间距。
6.根据权利要求5所述的复合磁场永磁转子，其特征在于，所述轴向转子部上远离所述切向转子部的一侧上设置有环形导磁铁芯，所述环形导磁铁芯设置有n/2个第一通孔，所述第一通孔与所述槽体一一对应，所述第二连通铁芯设于所述第一通孔中并且所述第二连通铁芯的端部与所述环形导磁铁芯的外侧壁相接触。
7.根据权利要求5所述的复合磁场永磁转子，其特征在于，所述第二连通铁芯构造为T形结构。
8.根据权利要求3或4所述的复合磁场永磁转子，其特征在于，所述转子铁芯上设置有n个第二通孔，所述第二通孔沿轴向贯通所述转子铁芯，所述第一连通铁芯和所述第二连通铁芯至少有部分设置于所述第二通孔内。
9.根据权利要求3或4所述的复合磁场永磁转子，其特征在于，所述第一连通铁芯和所述第二连通铁芯均由硅钢片沿径向、切向或轴向叠压而成。
10.根据权利要求2-4中任一项所述的复合磁场永磁转子，其特征在于，所述轴向转子部为由磁粉压铸而成并对其沿轴向充磁的磁环。
11.一种权利要求1-10中任一项所述的复合磁场永磁转子的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将永磁体嵌入转子铁芯中，以形成第一转子部；
将第二转子部设置在第一转子部的轴向一侧且二者在轴向上间隔第一隔磁间距；
将第一连通铁芯沿第一方向插入所述转子铁芯，且其端部与所述第二转子部靠近所述转子铁芯的一侧接触，使所述转子铁芯上的永磁体的第一极与第二转子部的极性相同的第一极相连；
将第二连通铁芯沿与第一方向相反的第二方向依次穿过环形导磁铁芯、越过第二转子部并贯穿所述转子铁芯，使所述转子铁芯上的永磁体的第二极与第二转子部的极性相同的第二极相连；
使第一转子部和第二转子部注塑为一体，以形成永磁转子。
12.一种电机转子，其特征在于，包括至少一组上述权利要求1-10中任一项所述的复合磁场永磁转子。
13.一种电机，其特征在于，包括上述权利要求12所述的电机转子。
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