CN113629915A - 转子组件、电主轴组件和电机 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种转子组件、电主轴组件和电机。该转子组件包括转子，包括转子轴套和磁瓦，所述转子轴套设为筒状，所述磁瓦设有多个，且间隔地均匀分布地设在所述转子轴套的外周壁上；导磁块，设有多个，且都设在所述转子轴套的外周壁上；每个所述导磁块设在相邻所述磁瓦之间；所述导磁块的导磁率大于所述磁瓦的导磁率。通过在转子磁极之间设置径向导磁率大的导磁块，改变了转子交轴的磁路磁阻，使得转子交轴电感发生改变，增大电机磁阻转矩，从而增大了电机的扭矩输出，因此相应增大了电主轴电机的输出能力范围；同时避免增加磁瓦用量和增大反电势情况下，有利于电机达到更高的转速，从而使得电主轴的运行范围大大拓宽。
Description
技术领域
本申请属于电机技术领域，具体涉及一种转子组件、电主轴组件和电机。
背景技术
电主轴是高端数控装备的核心部件之一，将机床机械主轴和主轴电机融合，使得电主轴具有高转速、高精度、低噪音等特点。机床本身通过功能集成，减少变化加工方式(车、铣、钻等)而造成二次装夹，以不断提高加工效率和加工精度。同时，要求电主轴满足兼顾多种加工应用。为此作为电主轴的动力核心部件，内置电机需要更宽的运行转速范围和输出扭矩范围，以满足电主轴复合加工方式的要求。因此，相比于其他电机，内藏式的电主轴电机要求更宽的恒功率范围，以适应低速粗加工和高速精加工的要求。
单一电主轴电机的输出能力范围难以兼顾高速和高扭矩两种情况，即高速电机在低转速时，扭矩输出能力低；高扭矩电机又难以实现高转速，限制了一个电主轴的加工类型和加工能力，进而迫使零件加工的不同工序需要在不同规格或类型的机床上进行，这些转换的装夹步骤而使零件精度丢失，降低了工件加工精度。
发明内容
因此，本申请提供一种转子组件、电主轴组件和电机，能够解决现有技术中电主轴电机的输出能力范围难以兼顾高速和高扭矩的问题。
为了解决上述问题，本申请提供一种转子组件，包括：
转子，包括转子轴套和磁瓦，所述转子轴套设为筒状，所述磁瓦设有多个，且间隔地均匀分布地设在所述转子轴套的外周壁上；
导磁块，设有多个，且都设在所述转子轴套的外周壁上；每个所述导磁块设在相邻所述磁瓦之间；所述导磁块的导磁率大于所述磁瓦的导磁率。
可选地，所述导磁块的材质包括磁性为各向异性的电工硅钢。
可选地，所述导磁块包括多个相同各向异性的导磁片叠加构成。
可选地，所述各向异性设为沿所述转子轴套的径向方向。
可选地，所述转子组件还包括有隔磁件，所述隔磁件设于所述导磁块与所述磁瓦之间；所述隔磁件的一侧与所述导磁块接触，另一侧与所述磁瓦接触。
可选地，所述隔磁件的材料包括有塑料。
可选地，所述转子组件好包括有转子护套，所述转子护套包覆于所述磁瓦和所述导磁块的外周壁上。
可选地，所述转子护套的材料包括碳纤维、玻璃纤维中的一种或组合。
根据本申请的另一方面，提供了一种电主轴组件，包括如上所述的转子组件。
根据本申请的再一方面，提供了一种电机，包括如上所述的转子组件或如上所述的电主轴组件。
本申请提供的一种转子组件，包括：转子，包括转子轴套和磁瓦，所述转子轴套设为筒状，所述磁瓦设有多个，且间隔地均匀分布地设在所述转子轴套的外周壁上；导磁块，设有多个，且都设在所述转子轴套的外周壁上；每个所述导磁块设在相邻所述磁瓦之间；所述导磁块的导磁率大于所述磁瓦的导磁率。
通过在转子磁极之间设置径向导磁率大的导磁块，改变了转子交轴的磁路磁阻，使得转子交轴电感发生改变，增大电机磁阻转矩，从而增大了电机的扭矩输出，因此相应增大了电主轴电机的输出能力范围；同时避免增加磁瓦用量和增大反电势情况下，有利于电机达到更高的转速，从而使得电主轴的运行范围大大拓宽。
附图说明
图1为本申请实施例的转子组件的结构示意图；
图2为本申请实施例的转子组件的爆炸结构示意图；
图3为本申请实施例的转子组件的爆炸结构另一视角示意图；
图4为本申请实施例的转子组件的横截面结构示意图；
图5为本申请实施例的导磁块的结构示意图；
图6为本申请实施例的导磁片的各向异性的导磁方向示意图；
图7为本申请实施例的电机主轴的结构示意图；
图8为本申请实施例的电机主轴上形成永磁转矩的磁场示意图；
图9为本申请实施例的电机主轴上导磁块的磁场运行示意图。
附图标记表示为：
1、转子轴套；2、磁瓦；3、导磁块；31、导磁片；32、隔磁件；4、转子护套；5、转轴；6、定子铁芯；61、绕组。
具体实施方式
结合参见图1至图9所示，根据本申请的实施例，一种转子组件，包括：
转子，包括转子轴套1和磁瓦2，所述转子轴套1设为筒状，所述磁瓦2设有多个，且间隔地均匀分布地设在所述转子轴套1的外周壁上；
导磁块3，设有多个，且都设在所述转子轴套1的外周壁上；每个所述导磁块3设在相邻所述磁瓦2之间；所述导磁块3的导磁率大于所述磁瓦2的导磁率。
本申请通过在转子的磁瓦2之间设置导磁率较大的导磁块3，改变了转子交轴的磁路，使得转子交轴电感发生改变，增大了电机磁阻转矩，从而增大了电机的扭矩输出。同时避免增加磁瓦2用量和增大反电势情况下，有利于电机达到更高的转速。从而使得电主轴的运行范围大大拓宽，兼顾多种加工形式。
导磁块3大致呈瓦型，位于两个极性相反的磁瓦2之间，与磁瓦2贴紧，并能够通过贴紧和挤压磁瓦2，使磁瓦2保持位置精度。导磁块3两侧可采用非导磁的硬质塑料片，自身为由各向异性的导磁片31层叠而成，如图6所示。其中，导磁片31层叠的方向可以沿转子轴向方向，导磁片31的形状根据层叠方向而定。导磁片31的材质为各向异性的电工硅钢片，其导磁率远大于空气和永磁磁极。导磁片31的导磁方向大致与电机转子的径向方向一致。
转子轴套1为圆筒状，其外表面可以紧贴瓦状磁瓦2和导磁块3的内侧。转子轴套1的端部有用于固定磁瓦2位置的轴肩。其由一种或多种金属材质组成，其中至少一种材质可以导磁，作为转子磁瓦2的磁轭，作为转子的磁瓦2磁场路径的一部分。
在一些实施例中，导磁块3的材质包括磁性为各向异性的电工硅钢。优选的，导磁块3包括多个相同各向异性的导磁片31叠加构成。更优选的，各向异性设为沿所述转子轴套1的径向方向。
通过在转子磁极之间设置多个各向异性的导磁块3，保证磁极的位置精度，避免磁极位置偏差而产生的各磁极扭矩不对称，电机输出转矩的不受磁极具体位置不对称而影响，使得电机速度更容易精确控制，以利于提高被加工工件的表面质量，达到精密加工的需求。
在一些实施例中，转子组件还包括有隔磁件32，所述隔磁件32设于所述导磁块3与所述磁瓦2之间；所述隔磁件32的一侧与所述导磁块3接触，另一侧与所述磁瓦2接触。优选的，隔磁件32的材料包括有塑料。
通过两侧的硬质塑料片固定磁瓦2的切向位置，同时也起到一定减少磁瓦2单片磁极漏磁的现象；通过中间的导磁片31，使得电机转子的交轴磁场磁阻大大降低，使得磁场能更加畅通地通过电机定子铁芯6、电机气隙、磁钢隔块组件和转子轴套1(及安装轴)闭合，增加了其电感，从而提高电机输出扭矩的磁阻扭矩分量，从而提高电机的整体输出能力。
在一些实施例中，转子组件好包括有转子护套4，所述转子护套4包覆于所述磁瓦2和所述导磁块3的外周壁上。优选的，转子护套4的材料包括碳纤维、玻璃纤维中的一种或组合。
转子护套4为薄圆筒型，由非导磁和非导电材质成型的高强度护套，能够将磁瓦2和导磁块3压紧在转子轴套1上，转子护套4至少全部覆盖磁瓦2，使磁瓦2不外露于转子表面。转子护套4的磁阻率在各个方向上大致相等，对电机能量传递的磁场不产生影响。
根据本申请的另一方面，提供了一种电主轴组件，包括如上所述的转子组件。
当电机定、转子组件安装到电主轴后，各部件如图7所示，定子铁芯6、定子绕组61等组成的定子组件安装在转子组件的外周，上述的电机转子组件安装在电主轴的转轴5上。当电机工作时，磁瓦2产生的磁场与定子磁场相互作用，产生永磁转矩。
本申请中，由于增加了径向导磁率大的导磁块3，电机的交轴磁路发生变化。在使用径向导磁能力强的导磁块3之前，由于磁瓦2的磁阻与空气基本一致，电机交轴和直轴磁阻相当，导致电机磁阻转矩较小。而增加径向导磁率大的导磁块3之后，导磁块3的径向方向磁路磁阻远小于空气，其使构成的磁路磁阻大大降低，大大增加了交轴和直轴差异，从而提高了磁阻扭矩的成分。
常见的表贴式永磁同步电机转子，仅提供永磁转矩；而本申请中，电机转矩由磁阻转矩和永磁转矩两部组成。相比传统方案，电机可输出转矩增加了磁阻转矩部分，使电机输出转矩得到提升，提高了该电机方案的电主轴的加工能力。
相对于内嵌式的永磁电机转子，本申请通过导磁块3，降低了转子本身的漏磁，在不增加磁瓦2用量的前提下，充分利用磁瓦2提供的永磁转矩；相对于厂家表贴式的永磁电机转子，通过导磁块3中夹层的径向导磁性质，增加了磁阻转矩。在不增加电机反电势的前提下，提高电主轴电机整体输出，从而使得电机满足高转速和大扭矩的需求，能够适应更多的加工方式，提高电主轴的加工适用范围，保证电主轴加工的精度。
根据本申请的再一方面，提供了一种电机，包括如上所述的转子组件或如上所述的电主轴组件。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种转子组件，其特征在于，包括：
转子，包括转子轴套(1)和磁瓦(2)，所述转子轴套(1)设为筒状，所述磁瓦(2)设有多个，且间隔地均匀分布地设在所述转子轴套(1)的外周壁上；
导磁块(3)，设有多个，且都设在所述转子轴套(1)的外周壁上；每个所述导磁块(3)设在相邻所述磁瓦(2)之间；所述导磁块(3)的导磁率大于所述磁瓦(2)的导磁率。
2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述导磁块(3)的材质包括磁性为各向异性的电工硅钢。
3.根据权利要求1或2所述的转子组件，其特征在于，所述导磁块(3)包括多个相同各向异性的导磁片(31)叠加构成。
4.根据权利要求3所述的转子组件，其特征在于，所述各向异性设为沿所述转子轴套(1)的径向方向。
5.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件还包括有隔磁件(32)，所述隔磁件(32)设于所述导磁块(3)与所述磁瓦(2)之间；所述隔磁件(32)的一侧与所述导磁块(3)接触，另一侧与所述磁瓦(2)接触。
6.根据权利要求5所述的转子组件，其特征在于，所述隔磁件(32)的材料包括有塑料。
7.根据权利要求1或5所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件好包括有转子护套(4)，所述转子护套(4)包覆于所述磁瓦(2)和所述导磁块(3)的外周壁上。
8.根据权利要求7所述的转子组件，其特征在于，所述转子护套(4)的材料包括碳纤维、玻璃纤维中的一种或组合。
9.一种电主轴组件，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的转子组件。
10.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的转子组件或如权利要求9所述的电主轴组件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211109 |