CN113098220A - 一种永磁电机及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁电机及其制作方法，所述永磁电机包括定子组件和同轴设置在定子组件内的转子组件，所述转子组件包括转子铁芯和瓦片状磁钢，所述瓦片状磁钢沿所述转子铁芯的周向均布设置在所述转子铁芯的表面；其特征在于，在所述转子铁芯的周向上，相邻两个所述瓦片状磁钢之间抵接有隔挡块，所述隔挡块采用绝缘材料或非铁磁性材料制成；所述瓦片状磁钢通过外层缠绕的金属丝固定在所述转子铁芯上。本发明的永磁电机具有结构设计合理，稳定可靠，制造难度低，有利于改善电机性能等优点，本发明的永磁电机制造方法具有工艺简单，加工方便，有利于降低成本等优点。

Description

一种永磁电机及其制作方法
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，特别的涉及一种永磁电机及其制作方法。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)出现在20世纪50年代。永磁同步电机的运行原理与普通电励磁同步电机相同，但它以永磁体励磁替代励磁绕组励磁，使电动机结构更为简单，降低了加工和装配费用，同时还省去容易出现问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性。由于无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的工作效率。
永磁同步电机按照永磁体的安装方式，可以分为表贴式和内嵌式两种类型。其中，表贴式永磁电机通常采用瓦片状磁钢结构，提供径向磁通。瓦片状磁钢的固定方式主要有无纬带绑扎固定、粘结剂粘结固定、护套套接固定和燕尾槽卡接固定等。其中，燕尾槽卡接固定是利用转子铁芯上沿轴向开设的燕尾槽对瓦片状磁钢的两侧进行卡接，该固定方式不占用转子磁钢表面的气隙空间，可以减小气隙长度，在保持点击输出特性不变的条件下，可缩短定、转子铁芯的叠高和磁钢长度，以达到降低成本的目的。但是，由于燕尾槽(即周向上两个磁钢之间相对突出的卡接磁钢的部位)的导磁率很大，造成极间漏磁变大，气隙磁密降低，电机输出转矩减小；而且，气隙磁密谐波的增加及燕尾槽的凸极效应，使得电机输出转矩的波动率较大。燕尾槽处的磁密接近饱和，会造成局部温升较高，磁钢选择不当，还有局部失磁的可能。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种结构设计合理，稳定可靠，制造难度低，有利于改善电机性能的永磁电机及其制作方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种永磁电机，包括定子组件和同轴设置在所述定子组件内的转子组件，所述转子组件包括转子铁芯和瓦片状磁钢，所述瓦片状磁钢沿所述转子铁芯的周向均布设置在所述转子铁芯的表面；其特征在于，在所述转子铁芯的周向上，相邻两个所述瓦片状磁钢之间抵接有隔挡块，所述隔挡块采用绝缘材料或非铁磁性材料制成；所述瓦片状磁钢通过外层缠绕的金属丝固定在所述转子铁芯上。
采用上述结构，通过金属丝缠绕瓦片状磁钢可以将瓦片状磁钢牢牢地固定在转子铁芯上，避免转子在高速旋转过程中飞出；同时，在周向相邻的两个瓦片状磁钢之间抵接隔挡块，由于隔挡块在周向上抵住瓦片状磁钢，使得转子在高速旋转过程中，瓦片状磁钢在周向上无法移动，从而结构更加稳定可靠。另外，通过隔挡块和金属丝进行固定的结构更加容易制造和安装，从而降低加工和装配的难度和成本。此外，上述结构中的隔挡块与现有结构中的燕尾槽相对应，由于隔挡块采用绝缘材料或非铁磁性材料制成，使得隔挡块的磁导率很小，从而可以大大减小极间漏磁，增加气隙磁密，增大电机输出转矩；而且该结构不会增加气隙磁密谐波，也没有燕尾槽的凸极效应，使得电机输出转矩更加稳定。
进一步的，所述转子铁芯上还具有沿轴向设置的凹槽，所述隔挡块配合地设置在所述凹槽内。
这样，通过转子铁芯上的凹槽一方面可以在周向上限制隔挡块的移动或滑动，使瓦片状磁钢和隔挡块在转子铁芯的周向上的固定更加可靠，另一方面还可以增加隔挡块的隔挡范围，从而进一步减小极间漏磁，增大气隙磁密和电机输出转矩。
进一步的，所述凹槽的深度为3～10mm。
进一步的，所述金属丝沿所述转子铁芯的轴向逐圈缠绕，且相邻两圈之间可导通地贴合设置。
由于相邻金属丝之间可导通的贴合设置，使得缠绕后的金属丝形成圆筒状的可导电金属板，在定子磁场变化时，会在金属丝形成的“金属板”上产生涡流，在趋肤效应下，转子的涡流主要集中在外层的金属丝所形成的“金属板”上，进而使热量亦集中在表层的金属丝上，通过定子和转子之间的间隙就可以直接进行散热。
进一步的，所述金属丝为钼丝。
钼丝通常用于线切割加工，具有强度高，耐高温等特性，由于转子的热量主要集中在金属丝形成的“金属板”上，选用钼丝既能够承受运行过程中的高温，也因其强度高而能够更加可靠地绑固瓦片状磁钢和隔挡块。
进一步的，所述瓦片状磁钢背离所述转子铁芯的外侧在其宽度方向上的中部位置向外拱起。
这样，多个瓦片状磁钢的外接圆只能与其中部向外拱起的部分接触，即缠绕在瓦片状磁钢上的金属丝只能与其拱起部分解除，从而减小了接触面积，避免金属丝上的热量大量传递到瓦片状磁钢上，避免磁钢过热而失磁。
进一步的，所述瓦片状磁钢朝向所述转子铁芯的内侧半径与所述转子铁芯的半径一致，且所述瓦片状磁钢的外侧半径小于其厚度与其内侧半径之和。
这样，瓦片状磁钢整体成圆弧形，更容易加工，且内应力更小，使用寿命更长。由于外侧的半径小于其厚度与内侧半径之和，使得外侧的中部自然向外拱起。
进一步的，所述金属丝与所述瓦片状磁钢和隔挡块之间涂覆有隔热层。
这样，就可以进一步减少金属丝上的热量向瓦片状磁钢传递，有利于改善电机的运行稳定性。
进一步的，所述隔挡块采用胶木制成。
一种如上所述的永磁电机的制作方法，将转子组件装入定子组件前，先采用如下步骤装配转子组件，先将瓦片状磁钢和隔挡块沿转子铁芯的周向依次间隔地排布在所述转子铁芯上，再将金属丝缠绕在所述瓦片状磁钢和隔挡块上，在缠绕时，向金属丝施加预紧力，使瓦片状磁钢和隔挡块固定在转子铁芯上。
综上所述，本发明的永磁电机具有结构设计合理，稳定可靠，制造难度低，有利于改善电机性能等优点，本发明的永磁电机制造方法具有工艺简单，加工方便，有利于降低成本等优点。
附图说明
图1和图2分别为不同极数的永磁电机的横截面结构示意图。
图3为图2中椭圆圈内的局部放大示意图。
图4为瓦片状磁钢2的结构示意图。
图5为转子组件的轴侧示意图。
图6为转子上瓦片状磁钢之间磁力线的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时：如图1～图6所示，一种永磁电机，包括定子组件5和转子组件，其中，转子组件包括转子铁芯1和瓦片状磁钢2，所述瓦片状磁钢2沿所述转子铁芯1的周向均布设置在所述转子铁芯1的表面；在所述转子铁芯1的周向上，相邻两个所述瓦片状磁钢2之间抵接有隔挡块3，所述隔挡块3采用绝缘材料或非铁磁性材料制成，本实施例中为绝缘胶木，具体实施时，还可以采用其他强度较高的绝缘材料或非磁性金属材料。所述瓦片状磁钢2通过外层缠绕的金属丝4固定在所述转子铁芯1上。为了更好地限制隔挡块3在周向上的移动，所述转子铁芯1上还具有沿轴向设置的凹槽，凹槽深度为3～10mm，所述隔挡块3配合地设置在所述凹槽内，如图1和图2所示，所述隔挡块3卡接在凹槽内，本实施例中，隔挡块3所对应的圆心角为10～30°。
上述结构，通过金属丝缠绕瓦片状磁钢可以将瓦片状磁钢牢牢地固定在转子铁芯上，避免转子在高速旋转过程中飞出；同时，在周向相邻的两个瓦片状磁钢之间抵接隔挡块，由于隔挡块在周向上抵住瓦片状磁钢，使得转子在高速旋转过程中，瓦片状磁钢在周向上无法移动，从而结构更加稳定可靠。另外，通过隔挡块和金属丝进行固定的结构更加容易制造和安装，从而降低加工和装配的难度和成本。此外，上述结构中的隔挡块与现有结构中的燕尾槽相对应，由于隔挡块采用绝缘材料或非铁磁性材料制成，使得隔挡块的磁导率很小，从而可以大大减小极间漏磁，增加气隙磁密，增大电机输出转矩；而且该结构不会增加气隙磁密谐波，也没有燕尾槽的凸极效应，使得电机输出转矩更加稳定。
本实施例中，所述金属丝4为钼丝，本实施例所采用的钼丝直径为0.3mm，并且沿所述转子铁芯1的轴向逐圈缠绕，且相邻两圈之间可导通地贴合设置。
由于相邻金属丝之间可导通的贴合设置，使得缠绕后的金属丝形成圆筒状的可导电金属板，在定子磁场变化时，会在金属丝形成的“金属板”上产生涡流，在趋肤效应下，转子的涡流主要集中在外层的金属丝所形成的“金属板”上，进而使热量亦集中在表层的金属丝上，通过定子和转子之间的间隙就可以直接进行散热。而钼丝通常用于线切割加工，具有强度高，耐高温等特性，选用钼丝既能够承受运行过程中的高温，也因其强度高而能够更加可靠地绑固瓦片状磁钢和隔挡块。
为了进一步减少金属丝与瓦片状磁钢2之间的热传导，所述瓦片状磁钢2背离所述转子铁芯1的外侧在其宽度方向上的中部位置向外拱起。
这样，多个瓦片状磁钢的外接圆只能与其中部向外拱起的部分接触，即缠绕在瓦片状磁钢上的金属丝只能与其拱起部分解除，从而减小了接触面积，避免金属丝上的热量大量传递到瓦片状磁钢上，避免磁钢过热而失磁。
在本实施例中，如图4所示，所述瓦片状磁钢2朝向所述转子铁芯1的内侧半径R1与所述转子铁芯1的半径一致，且所述瓦片状磁钢2的外侧半径R2小于其厚度H与其内侧半径R1之和。
这样，瓦片状磁钢整体成圆弧形，更容易加工，且内应力更小，使用寿命更长。由于外侧的半径小于其厚度与内侧半径之和，使得外侧的中部自然向外拱起。
另外，由于瓦片状磁钢之间设置有隔挡块3，而隔挡块3采用绝缘材料或非铁磁性材料制成，使得两个瓦片状磁钢之间的大部分磁路需要绕过隔挡块3，如图6所示，隔挡块3两侧的磁路与马蹄形或U形结构磁铁的磁路相似，磁极磁力更强。
具体实施时，可以采用如下步骤装配转子组件：
先将瓦片状磁钢和隔挡块沿转子铁芯的周向依次间隔地排布在所述转子铁芯上，具体的，将隔挡块嵌入转子铁芯的凹槽内，在将瓦片状磁钢嵌入两个隔挡块之间，对瓦片状磁钢和隔挡块进行初步定位和固定。
然后在瓦片状磁钢和隔挡块的外圆面涂覆隔热胶水，在隔热胶水完全固化前，用绕线机在瓦片状磁钢和隔挡块的外圆面缠绕无绝缘层的金属丝4，金属丝4沿转子的轴向逐圈缠绕，且相邻两圈之间可导通地紧密贴合，缠绕时，给金属丝4施加预紧力/张紧力。
由于金属丝4与所述瓦片状磁钢2和隔挡块3之间涂覆有隔热层。这样，就可以进一步减少金属丝上的热量向瓦片状磁钢传递，有利于改善电机的运行稳定性。同时，由于金属丝4在缠绕时施加有张紧力，且金属丝4在隔热胶水固化前缠绕，从而使得金属丝4与瓦片状磁钢2之间仍然形成可导通的接触。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种永磁电机，包括定子组件(5)和同轴设置在所述定子组件(5)内的转子组件，所述转子组件(5)包括转子铁芯(1)和瓦片状磁钢(2)，所述瓦片状磁钢(2)沿所述转子铁芯(1)的周向均布设置在所述转子铁芯(1)的表面；其特征在于，在所述转子铁芯(1)的周向上，相邻两个所述瓦片状磁钢(2)之间抵接有隔挡块(3)，所述隔挡块(3)采用绝缘材料或非铁磁性材料制成；所述瓦片状磁钢(2)通过外层缠绕的金属丝(4)固定在所述转子铁芯(1)上。
2.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述转子铁芯(1)上还具有沿轴向设置的凹槽，所述隔挡块(3)配合地设置在所述凹槽内。
3.如权利要求2所述的永磁电机，其特征在于，所述凹槽的深度为3～10mm。
4.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述金属丝(4)沿所述转子铁芯(1)的轴向逐圈缠绕，且相邻两圈之间可导通地贴合设置。
5.如权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述金属丝(4)为钼丝。
6.如权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述瓦片状磁钢(2)背离所述转子铁芯(1)的外侧在其宽度方向上的中部位置向外拱起。
7.如权利要求6所述的永磁电机，其特征在于，所述瓦片状磁钢(2)朝向所述转子铁芯(1)的内侧半径与所述转子铁芯(1)的半径一致，且所述瓦片状磁钢(2)的外侧半径小于其厚度与其内侧半径之和。
8.如权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述金属丝(4)与所述瓦片状磁钢(2)和隔挡块(3)之间涂覆有隔热层。
9.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述隔挡块(3)采用胶木制成。
10.一种如权利要求1～9中任一权利要求所述的永磁电机的制作方法，其特征在于，将转子组件装入定子组件前，先采用如下步骤装配转子组件，先将瓦片状磁钢(2)和隔挡块(3)沿转子铁芯(1)的周向依次间隔地排布在所述转子铁芯(1)上，再将金属丝(4)缠绕在所述瓦片状磁钢(2)和隔挡块(3)上，在缠绕时，向金属丝(4)施加预紧力，使瓦片状磁钢(2)和隔挡块(3)固定在转子铁芯(1)上。
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