CN114243970A - 轴向磁场电机转子、轴向磁场电机及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轴向磁场电机转子、轴向磁场电机轴向磁场电机及制作方法，其中转子包括两沿轴向叠合的转子盘，转子盘包括一支架、多个磁钢和多个高导磁体，磁钢和高导磁体间隔布置于支架的周缘，当两转子盘叠合后，一转子盘的磁钢对应另一转子盘的高导磁体，并且对应的磁钢和高导磁体沿轴向叠合形成磁极，以使相邻两磁极的叠合顺序和磁化方向相反，减少了永磁体用量，降低成本，另外转子采用沿轴向叠合两转子盘的结构，为充磁提供了更好的条件，即先对每个转子盘进行充磁，然后将两转子盘沿轴向叠合形成转子，相对于先充磁的现有技术来说，避免磁钢之间相互作用而加大了转配于所述支架上的难度。

Description

轴向磁场电机转子、轴向磁场电机及制作方法
技术领域
本发明涉及轴向磁场电机领域，尤其涉及一种轴向磁场电机转子、轴向磁场电机及制作方法。
背景技术
轴向磁场电机因其具有轴向的磁通方向，从而决定了其结构不同于普通的径向电机，轴向磁场电机具有小体积、低噪音、高转速、高功率密度、优良的散热性能等诸多优点。轴向磁场电机根据转子数量、相对位置及主磁路等分类，其结构可分为：单定子单转子结构、双定子单转子结构、单定子双转子结构及多盘式结构。
目前轴向磁场电机一般都是采用表贴式永磁体结构，这种转子表贴式永磁结构电机通过变频控制调整电机的气隙磁场，来改变反电动势的能力较弱，因而限制了轴向磁场电机的应用范围。再者磁钢都是充磁后再装配在转子上，加大了装配难度。
另外永磁体材料大多为稀土材料，随着稀土材料成本的不断升高，电机成本也不断攀升，因此如何减小永磁体的用量，同时确保轴向磁场电机的性能，是本领域技术人员待解决的关键性问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种有效提升电机性能，降低永磁体体用量的轴向磁场电机转子、轴向磁场电机及制作方法。
根据本发明的一个目的，本发明提供一种轴向磁场电机转子，包括两沿轴向叠合的转子盘，所述转子盘包括一支架、多个磁钢和多个高导磁体，所述磁钢和所述高导磁体间隔布置于所述支架的周缘，当两所述转子盘叠合后，一所述转子盘的所述磁钢对应另一所述转子盘的所述高导磁体，并且对应的所述磁钢和所述高导磁体沿轴向叠合形成磁极，以使相邻两所述磁极A的叠合顺序和磁化方向相反。
作为优选的实施例，所述磁钢和所述高导磁体的磁化方向厚度之比在0.1至10的范围内。
作为优选的实施例，所述支架包括一圆盘部和若干个支部，若干个所述支部向外延伸，且间隔连接于所述圆盘部的周缘，以使相邻的两个所述支部之间形成一槽部，所述磁钢和所述高导磁体间隔布置于所述槽部，两所述支架的所述槽部一一对应，并且对应的两所述槽部形成用于布置所述磁极的容置槽。
作为优选的实施例，所述容置槽沿轴向贯穿两所述支架，以暴露所述磁极厚度方向的两侧。
作为优选的实施例，所述磁极的厚度大于或等于叠合的两所述支架的厚度之和。
作为优选的实施例，所述磁钢横截面和所述高导磁体横截面的大小形状一致，所述磁钢和所述高导磁体的扇形内边缘抵接于所述圆盘部的周缘，所述磁钢和所述高导磁体的扇形外边缘与所述支部周缘对齐。
作为优选的实施例，所述转子盘的径向尺寸远大于所述转子盘的轴向尺寸。
根据本发明的另一目的，本发明还提供了一种轴向磁场电机转子的制作方法，包括：
提供未充磁的两个转子盘，所述未充磁转子盘包括一支架、多个未充磁磁钢和多个高导磁体，所述磁钢和所述高导磁体间隔布置于所述支架的周缘；
将所述转子盘整体置入磁钢充磁机中进行整体充磁；
将充磁后的两个所述转子盘沿轴向叠合，其中一所述转子盘的所述磁钢对应另一所述转子盘的所述高导磁体，并且对应的所述磁钢和所述高导磁体沿轴向叠合形成磁极，以使相邻两所述磁极的叠合顺序和磁化方向相反。
作为优选的实施例，所述转子盘整体置入磁钢充磁机中进行整体充磁后，单个所述转子盘上的各个磁钢磁场方向相同。
根据本发明的另一个目的，本发明还提供了一种轴向磁场电机，包括上述实施例的混合磁极转子。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
所述磁极是由所述磁钢和高导磁体沿轴向叠合而成，其中所述磁钢可以采用永磁体材料，而所述高导磁体可采用永磁体或软磁体材料，相对于整体采用永磁体材料来说，不仅减少了永磁体用量，降低成本，还实现磁极优化的作用。另外转子采用沿轴向叠合两所述转子盘的结构，为充磁提供了更好的条件，即先对每个所述转子盘进行充磁，然后将两所述转子盘沿轴向叠合形成所述转子，相对于先充磁的现有技术来说，避免磁钢之间相互作用而加大了转配于所述支架上的难度。再者所述磁极内置于所述转子盘内，解决了现有技术表贴方式所带来的限制应用范围的缺陷，同时确保电机性能。
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
附图说明
图1为本发明所述轴向磁场电机转子的结构示意图；
图2为本发明所述转子盘的结构示意图；
图3为本发明所述支架的结构示意图；
图4为本发明所述磁极的结构示意图；
图5为本发明所述轴向磁场电机转子的制作方法流程图。
图中：100轴向磁场电机转子、110转子盘、111支架、1111圆盘部、1112支部、1113槽部、112磁钢、113高导磁体、A磁极、B容置槽。
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。
如图1至图4所示，所述轴向磁场电机转子100，包括两沿轴向叠合的转子盘110，所述转子盘110包括一支架111、多个磁钢112和多个高导磁体113，所述磁钢112和所述高导磁体113间隔布置于所述支架111的周缘，当两所述转子盘110叠合后，一所述转子盘110的所述磁钢112对应另一所述转子盘110的所述高导磁体113，并且对应的所述磁钢112和所述高导磁体113沿轴向叠合形成磁极A，以使相邻两所述磁极A的叠合顺序和磁化方向相反。
所述磁极A是由所述磁钢112和高导磁体113沿轴向叠合而成，其中所述磁钢112可以采用永磁体材料，而所述高导磁体113可采用永磁体或软磁体材料，相对于整体采用永磁体材料来说，不仅减少了永磁体用量，还实现磁极优化的作用。另外转子100采用沿轴向叠合两所述转子盘110的结构，为充磁提供了更好的条件，即先对每个所述转子盘110进行充磁，然后将两所述转子盘110沿轴向叠合形成所述转子100，相对于先充磁的现有技术来说，避免磁钢112之间相互作用而加大了转配于所述支架111上的难度。再者所述磁极A内置于所述转子盘110内，解决了现有技术表贴方式所带来的限制应用范围的缺陷。
如图1至图3所示，所述支架111包括一圆盘部1111和若干个支部1112，若干个所述支部1112向外延伸，且间隔连接于所述圆盘部1111的周缘，以使相邻的两个所述支部1112之间形成一槽部1113，所述磁钢112和所述高导磁体113间隔布置于所述槽部1113，两所述支架111的所述槽部1113一一对应，并且对应的两所述槽部1113形成用于布置所述磁极A的容置槽B。
所述磁极A和所述容置槽B的形状相适配，两者的横截面均呈扇形，但不限于此，以扇形为例，所述磁极A的扇形内边缘抵接于所述圆盘部1111上，所述磁极A的扇形外边缘与所述支部1112的周缘齐平，以界定转子的圆形周缘。由于所述磁极A是由所述磁钢112和所述高导磁体113沿轴向叠合而成，因此所述磁钢112横截面和所述高导磁体113横截面的大小形状一致，均呈扇形，其中所述磁钢112和所述高导磁体113的扇形内边缘抵接于所述圆盘部1111的周缘，所述磁钢112和所述高导磁体113的扇形外边缘与所述支部1112周缘对齐。另外所述磁钢112和所述高导磁体113均呈片状，两者叠合形成所述磁极A，参考图4。
详细地，每个所述支架111为所述磁钢112和所述高导磁体113提供内置的槽部1113，以使所述磁钢112和所述高导磁体113内置于所述支架111内，解决了现有技术表贴方式所带来的限制应用范围的缺陷，确保电机性能。
更加详细地，所述磁极A的叠合顺序指的是所述磁钢112和所述高导磁体113的叠合顺序，例如相邻的两个所述磁极A中，一个所述磁极A是由所述磁钢112和所述高导磁体11沿轴向并从上至下叠合，另一所述磁极A是由所述磁钢112和所述高导磁体111从下至上叠合，以形成相邻两所述磁极A的叠合顺序相反的形式。
如图1所示，所述容置槽B沿轴向贯穿两所述支架111，以暴露所述磁极A厚度方向的两侧，以在转子和定子同轴，且气隙布置时，所述磁极A厚度方向暴露的一侧能够与所述定子相互配合作用，例如应用于单转子双定子轴向磁场电机，两所述定子同轴且气隙地保持于所述转子的两侧，以使所述磁极A厚度方向暴露的两侧，分别相互作用两个所述定子。
进一步地，所述磁极A的厚度大于或等于叠合的两所述支架111的厚度，在一个实施例中，当所述磁极A的厚度等于叠合的两所述支架111的厚度，此时所述磁极A与两个叠合的所述支架111在轴向方向齐平，以保证所述转子扁平的形状，参考图1。在另一个实施例中，所述磁极A的厚度大于叠合的两所述支架111的厚度，这样当所述磁极A安装于两所述支架111后，所述磁极A轴向的两侧分别突出于两所述支架111外侧，以使其能够与定子相互配合作用，以防止所述磁极A轴向两侧的端面被遮挡，而影响电机运行性能。
更进一步地，所述转子盘110的径向尺寸远大于所述转子盘110的轴向尺寸，当两所述转子盘110沿轴向叠合后，所述转子的径向尺寸也远大于所述转子盘110的周向尺寸，以体现所述轴向磁场电机轴向尺寸小的优势。
所述磁钢112和所述高导磁体113的磁化方向厚度之比在0.1至10的范围内，需要说明的所述转子上的所有的所述磁钢112厚度保持一致，以及所有的所述高导磁体113厚度保持一致，通过调整所述磁钢112和所述高导磁体113厚度之间比例，以调整所述磁钢112在所述磁极A中的含量。
综上所述，所述磁极A是由所述磁钢112和高导磁体113沿轴向叠合而成，其中所述磁钢112可以采用永磁体材料，而所述高导磁体113可采用永磁体或软磁体材料，相对于整体采用永磁体材料来说，不仅减少了永磁体用量，降低成本，还实现磁极优化的作用。另外转子100采用沿轴向叠合两所述转子盘110的结构，为充磁提供了更好的条件，即先对每个所述转子盘110进行充磁，然后将两所述转子盘110沿轴向叠合形成所述转子100，相对于先充磁的现有技术来说，避免磁钢112之间相互作用而加大了转配于所述支架111上的难度。再者所述磁极A内置于所述转子盘110内，解决了现有技术表贴方式所带来的限制应用范围的缺陷，同时确保电机性能。
参考图1，本发明还提供了一种轴向磁场电机，包括上述实施例的所述转子100。
由于所述轴向磁场电机采用了上述实施例的转子100，所述轴向磁场电机由所述转子100带来的有益效果参考上述实施例。
所述轴向磁场电机可以为双定子单转子的轴向磁场电机，其包括上述实施例的所述转子100，还包括两个定子，两所述定子沿轴向且气隙地保持在所述转子100轴向的两侧。
如图1至图5所示，所述轴向磁场电机转子100的制作方法，包括：
S100，提供未充磁的两个转子盘110，所述未充磁转子盘110包括一支架111、多个未充磁磁钢112和多个高导磁体113，所述磁钢112和所述高导磁体113间隔布置于所述支架111的周缘；
S200，将所述转子盘110整体置入磁钢充磁机中进行整体充磁；
S300，将充磁后的两个所述转子盘110沿轴向叠合，其中一所述转子盘110的所述磁钢112对应另一所述转子盘110的所述高导磁体113，并且对应的所述磁钢112和所述高导磁体113沿轴向叠合形成磁极A，以使相邻两所述磁极A的叠合顺序和磁化方向相反。
在所述步骤S100中，所述磁钢112和所述高导磁体113的数量一致，将前两者间隔布置在所述支架111的周缘，以形成所述转子盘110。所述支架111的周缘提供布置所述磁钢112和所述高导磁体113的槽部1113，以使所述磁钢112和所述高导磁体113内置于所述支架111内，解决了现有技术表贴方式所带来的限制应用范围的缺陷，确保电机性能。所述磁钢112横截面和所述高导磁体113横截面的大小形状一致，均呈扇形，其中所述磁钢112和所述高导磁体113的扇形内边缘抵接于所述圆盘部1111的周缘，所述磁钢112和所述高导磁体113的扇形外边缘与所述支部1112周缘对齐，以使每个所述转子盘110形成扁平的圆形结构，参考图2。
在所述步骤S200中，由于每个所述转子盘110的形状都是一样的，因此可藉由同一充磁夹具对两个所述转子盘110进行逐一充磁，以实现充磁夹具的循环利用，降低充磁设备的使用成本，并相应提升充磁效率。并且所述转子盘110整体置入磁钢充磁机中进行整体充磁后，单个所述转子盘110上的各个磁钢112磁场方向相同，因为相邻的两所述磁极A的充磁方向相反，及位于一所述磁极A相邻两侧的所述磁极A的磁场方向相同，这样不仅便于对单个所述转子盘110的进行充磁，还有效提升充磁效率。
所述方法，是先将所述磁钢112和所述高导磁体113交替间隔布置于所述支架111上，以得到两个未充磁的所述转子盘110，之后逐一对两个所述转子盘110进行充磁，最后将两个充磁的所述转子盘110沿轴向进行叠合，并同时保证一所述转子盘110的所述磁钢112对应另一所述转子盘110的所述高导磁体113，形成多个由所述磁钢112和所述高导磁体113沿轴向叠合的磁极A，并且相邻的两所述磁极A的充磁方向，以及叠合顺序均相反。相对于先充磁的现有技术来说，避免磁钢112之间相互作用而加大了转配于所述支架111上的难度，可见上述方法有效降低了装配难度，提升装配充磁成型效率。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利采用范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种轴向磁场电机转子(100)，其特征在于，包括两沿轴向叠合的转子盘(110)，所述转子盘(110)包括一支架(111)、多个磁钢(112)和多个高导磁体(113)，所述磁钢(112)和所述高导磁体(113)间隔布置于所述支架(111)的周缘，当两所述转子盘(110)叠合后，一所述转子盘(110)的所述磁钢(112)对应另一所述转子盘(110)的所述高导磁体(113)，并且对应的所述磁钢(112)和所述高导磁体(113)沿轴向叠合形成磁极(A)，以使相邻两所述磁极(A)的叠合顺序和磁化方向相反。
2.如权利要求1所述的轴向磁场电机转子(100)，其特征在于，所述磁钢(112)和所述高导磁体(113)的磁化方向厚度之比在0.1至10的范围内。
3.如权利要求1所述的轴向磁场电机磁极转子(100)，其特征在于，所述支架(111)包括一圆盘部(1111)和若干个支部(1112)，若干个所述支部(1112)向外延伸，且间隔连接于所述圆盘部(1111)的周缘，以使相邻的两个所述支部(1112)之间形成一槽部(1113)，所述磁钢(112)和所述高导磁体(113)间隔布置于所述槽部(1113)，两所述支架(111)的所述槽部(1113)一一对应，并且对应的两所述槽部(1113)形成用于布置所述磁极(A)的容置槽(B)。
4.如权利要求3所述的轴向磁场电机转子(100)，其特征在于，所述容置槽(B)沿轴向贯穿两所述支架(111)，以暴露所述磁极(A)厚度方向的两侧。
5.如权利要求3所述的轴向磁场电机转子(100)，其特征在于，所述磁极(A)的厚度大于或等于叠合的两所述支架(111)的厚度之和。
6.如权利要求3所述的轴向磁场电机转子(100)，其特征在于，所述磁钢(112)横截面和所述高导磁体(113)横截面的大小形状一致，所述磁钢(112)和所述高导磁体(113)的扇形内边缘抵接于所述圆盘部(1111)的周缘，所述磁钢(112)和所述高导磁体(113)的扇形外边缘与所述支部(1112)周缘对齐。
7.如权利要求1所述的轴向磁场电机转子(100)，其特征在于，所述转子盘(110)的径向尺寸远大于所述转子盘(110)的轴向尺寸。
8.一种轴向磁场电机转子的制作方法，其特征在于，包括：
提供未充磁的两个转子盘(110)，所述未充磁转子盘(110)包括一支架(111)、多个未充磁磁钢(112)和多个高导磁体(113)，所述磁钢(112)和所述高导磁体(113)间隔布置于所述支架(111)的周缘；
将所述转子盘(110)整体置入磁钢充磁机中进行整体充磁；
将充磁后的两个所述转子盘(110)沿轴向叠合，其中一所述转子盘(110)的所述磁钢(112)对应另一所述转子盘(110)的所述高导磁体(113)，并且对应的所述磁钢(112)和所述高导磁体(113)沿轴向叠合形成磁极(A)，以使相邻两所述磁极(A)的叠合顺序和磁化方向相反。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述转子盘(110)整体置入磁钢充磁机中进行整体充磁后，单个所述转子盘(110)上的各个磁钢(112)磁场方向相同。
10.一种轴向磁场电机，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的混合磁极转子(100)。
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