CN115694019B - 一种可变气隙的永磁转子结构及永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变气隙的永磁转子结构及永磁电机，包括转子铁芯组件、若干转子铁芯滑动块、限位板和弹簧，转子铁芯组件包含转子铁芯、转轴、若干磁铁和包塑料，转子铁芯包括环形部和导磁块，在导磁块里挖出磁铁槽嵌入磁铁，转子铁芯滑动块嵌套在导向滑槽里面可来回移动，转子铁芯滑动块的导柱被弹簧卡住，导柱的顶端嵌入到限位板上的限位槽里面；它随着转速的提高转子外径能慢慢的变大，进而减少电机转子与定子之间的气隙，增加电机的输出效率，进而减少耗电，降低电机发热，延长寿命或是减小电机体积，很好兼容电机在低速段噪音良好控制与高速段效率良好控制。

Description

一种可变气隙的永磁转子结构及永磁电机

技术领域

本发明属于一种可变气隙的永磁转子结构及永磁电机。

背景技术

随着BLDC电机的发展，越来越多的家用电器采用BLDC电机。在家庭环境中，客户对产品的噪音控制要求也越来越高，而电机做为家用电器中一个动能的输出单位，它就是一个噪音的产生体。如何设计获得高效率，低噪音的电机，是各个企业在研究的方向，目前的BLDC转子基本采用永磁转子，这些永磁转子有单独的圆环形磁铁的转子，有采用胶水把磁瓦粘贴在转子铁芯表面制作成的表贴转子，有把磁铁镶嵌到转子铁芯中采用一定方式固定做成的内嵌转子，这些转子的外径在设计的时候就确定好尺寸，在使用过程当中，转子外径几乎没有变化，也就转子与定子的气隙是保持不变的。研究发现，同样的电磁参数情况下，电机的定子与转子间的气隙减少能有效提高电机的输出效率，但是研究发现随着气隙的减少，电机的总体噪音分贝值会变大，因此目前电机只能在效率与噪音分贝值之间取舍相应的合理值。如果转子的外径在电机使用过程当中能随着转速自动做出调整，能在低速时候保持较大的气隙，取得良好的静音效果，随着转速的提高转子外径能慢慢的变大，进而减少电机转子与定子之间的气隙，增加电机的输出效率，进而减少耗电，降低电机发热，延长寿命或是减小电机体积。

在电机使用过程当中，存在不同的转速范围，通常分为低速段与高速段。研究发现，相同电机，采用较大的电机定子与转子间气隙，电机的噪音分贝值比较低，同时在低速段，因为输出功率比较小，电机的效率在低速段大气隙电机与小气隙电机差异不大。但是在高转速段，也就是大功率输出段，小气隙电机效率优势明显大于大气隙电机，因为在高转速段，负载的总噪音分贝值比较大，而电机本身的单独噪音值对整体影响比较小，因此在高转速段大气隙电机与小气隙电机噪音对总体噪音影响差异不大。因此通过设计一种结构能实现在低速段采用大气隙方案，而随着转速的提高采用大气隙方案，兼容低速段噪音良好控制与高速段效率良好控制二者在一起成为一个热门研究课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可变气隙的永磁转子结构及永磁电机，解决现有技术中径向内嵌的永磁转子结构，转子外径几乎没有变化，也就转子与定子的气隙是保持不变的，导致不能兼容电机在低速段噪音良好控制与高速段效率良好控制的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种可变气隙的永磁转子结构，转子铁芯组件、若干转子铁芯滑动块、限位板和弹簧，其中：

转子铁芯组件包含转子铁芯、转轴、若干磁铁和包塑料，转子铁芯包括中心带有轴孔的环形部和从环形部外侧边缘径向伸出的若干周向间隔分布的导磁块，在导磁块往环形部方向径向挖出磁铁槽，磁铁嵌入安装在磁铁槽里面，在相邻两个导磁块之间形成径向的导向滑槽，包塑料将转子铁芯和若干磁铁注塑成一体；

转子铁芯滑动块嵌套在导向滑槽里面可沿导向滑槽径向来回移动，转子铁芯滑动块的上下两个端面尾部凸出有导柱，在转子铁芯组件的两端面上分别设置有弹簧槽，弹簧槽里面安装弹簧，限位板通过与轴紧配合固定压在转子铁芯组件的两端，限位板封盖住弹簧槽；限位板上周向间隔设置若干个限位槽；

该转子铁芯滑动块上下两个端面的导柱被弹簧卡住，导柱的顶端嵌入到限位板上的限位槽里面，利用限位槽对导柱的限位用于限制转子铁芯滑动块在径向的移动距离大小，限位板也同时对铁芯滑动块在轴向进行限位；

在转子转动过程当中，转子铁芯滑动块会随着转速的提高而慢慢沿径向移动，进而改变转子铁芯滑动块与定子组件的气隙。

优选地，上述在环形部里面沿周向间隔设置若干个贯通的隔磁槽，每个隔磁槽位于一个磁铁槽的内侧与磁铁槽连通，包塑料填充在隔磁槽并形成第一轴向连接筋，在转子铁芯两端面的包塑料形成注塑端板, 在转子铁芯两端面的注塑端板通过第一轴向连接筋连接。

优选地，上述的弹簧槽是设置在注塑端板上，且弹簧是环形。

优选地，上述在磁铁槽的外侧的导磁块形成轴向贯通槽，轴向贯通槽与磁铁槽连通，包塑料填充在轴向贯通槽并形成第二轴向连接筋，第二轴向连接筋的两端分别连接在转子铁芯两端面的注塑端板。

优选地，上述的转子铁芯滑动块包括位于尾部的矩形部、中间连接部及位于外侧的弧形部，中间连接部的两侧凸出矩形部，弧形部的两侧的延伸出的挂扣凸出中间连接部，导柱设置在矩形部的两端面。

优选地，上述的磁铁槽是一个阶梯状。

优选地，上述的限位槽是长方形，导柱的截面是正方形。

一种永磁电机，包括定子组件和转子组件，转子组件套在定子组件里面，其特征在于：所述的转子组件采用上述所述的可变气隙的永磁转子结构。

本发明与现有技术相比，有以下优点：

1、本发明提供的可变气隙的永磁转子结构，转子的外径在电机使用过程当中能随着转速自动做出调整，能在低速时候保持较大的气隙，取得良好的静音效果，随着转速的提高转子外径能慢慢的变大，进而减少电机转子与定子之间的气隙，增加电机的输出效率，进而减少耗电，降低电机发热，延长寿命或是减小电机体积，很好兼容电机在低速段噪音良好控制与高速段效率良好控制。

2、本发明的其它优点在说明书实施例部分做详细的描述。

附图说明

图1为本发明实施例一的立体图；

图2为本发明实施例一的局部分解图；

图3为本发明实施例一的转子铁芯组件的立体图；

图4为本发明实施例一的另一个分解图；

图5为本发明实施例一的转子铁芯的立体图；

图6为本发明实施例一的包塑料的立体图；

图7是本发明实施例一的转子铁芯组件的主视图；

图8是图7的F-F剖视图；

图9是发明实施例一的主视图；

图10是图9的E-E剖视图；

图11是本发明实施例一的转子在转速等于零时的受力图；

图12是本发明实施例一的转子在转速等于零时的气隙变化示意图；

图13是本发明实施例一的转子在转速大于ω1时的受力图；

图14是本发明实施例一的转子在转速大于ω1时的气隙变化示意图；

图15是本发明实施例一的转子在转速大于等于ω2时的受力图；

图16是本发明实施例一的转子在转速大于等于ω2时的气隙变化示意图；

图17是是本发明实施例一的转子铁芯滑动块的立体图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1至图10、图17所示所示，本实施例提供了一种可变气隙的永磁转子结构，包括转子铁芯组件10 、若干转子铁芯滑动块20、限位板30和弹簧40，其中：转子铁芯组件10包含转子铁芯1、转轴2、若干磁铁3和包塑料4，转子铁芯1包括中心带有轴孔11的环形部12和从环形部12外侧边缘径向伸出的若干周向间隔分布的导磁块13，在导磁块13往环形部12方向径向挖出磁铁槽14，磁铁3嵌入安装在磁铁槽14里面，在相邻两个导磁块13之间形成径向的导向滑槽15，包塑料4将转子铁芯1和若干磁铁3注塑成一体；

转子铁芯滑动块20嵌套在导向滑槽15里面可沿导向滑槽15径向来回移动，转子铁芯滑动块20的上下两个端面尾部凸出有导柱21，在转子铁芯组件10的两端面上分别设置有弹簧槽16，弹簧槽16里面安装弹簧40，限位板30通过与轴2紧配合固定压在转子铁芯组件10的两端，限位板30封盖住弹簧槽16；限位板30上周向间隔设置若干个限位槽31；

该转子铁芯滑动块20上下两个端面的导柱21被弹簧40卡住，导柱21的顶端嵌入到限位板30上的限位槽31里面，利用限位槽31对导柱21的限位用于限制转子铁芯滑动块20在径向的移动距离大小，限位板30也同时对铁芯滑动块20在轴向进行限位；

在转子转动过程当中，转子铁芯滑动块20会随着转速的提高而慢慢沿径向移动，进而改变转子铁芯滑动块20与定子组件100的气隙。

上述在环形部12里面沿周向间隔设置若干个贯通的隔磁槽121，每个隔磁槽121位于一个磁铁槽14的内侧与磁铁槽14连通，包塑料4填充在隔磁槽121并形成第一轴向连接筋41，在转子铁芯1两端面的包塑料4形成注塑端板42, 在转子铁芯1两端面的注塑端板42通过第一轴向连接筋41连接，形成一个整体，结构强度高。

上述的弹簧槽16是设置在注塑端板42上，且弹簧40是环形，结构简单合理，零件少。

上述在磁铁槽14的外侧的导磁块13形成轴向贯通槽131，轴向贯通槽131与磁铁槽14连通，包塑料4填充在轴向贯通槽131并形成第二轴向连接筋43，第二轴向连接筋43的两端分别连接在转子铁芯1两端面的注塑端板42，形成一个整体，结构强度高。

上述的转子铁芯滑动块20包括位于尾部的矩形部22、中间连接部23及位于外侧的弧形部24，中间连接部23的两侧凸出矩形部22，弧形部24的两侧的延伸出的挂扣241凸出中间连接部23，导柱21设置在矩形部22的两端面，上述的磁铁槽14是一个阶梯状，结构设计合理。

上述的限位槽31是长方形，导柱21的截面是正方形，结构设计合理，制造实施方便。

根据计算，采用合适的弹簧，如图11、图12所示，当转子的转速ω=0时，弹簧40对转子铁芯滑动块20有一个径向向里的卡紧力F1，使转子铁芯滑动块20紧贴转子铁芯组件10内侧。当转子低速旋转的时候，即转子的转速ω小于一定的设定转速ω1，转子铁芯滑动块20受到的离心力为F2=mω²r与磁场对转子铁芯滑动块20的合力F，在质量m和半径r一定的情况下，ω比较小，因此F2+F<F1, 因此转子保持原来的半径r转动，这时就是电机保持初始的气隙L1运行。随着转子的转速ω的提高，当ω=ω1时，F2+F=F1，这时候作用于转子铁芯滑动块20上的合力为零，这时就是电机保持初始的气隙L1运行,此时转子铁芯滑动块20的两个端面有导柱21在限位板30的限位槽31径向间隙最大，H=H1。

如图13、图14所示，随着转子的转速ω的提高，ω>ω1，这时转子铁芯滑动块20受力 F2+F>F1，转子铁芯滑动块20沿着转子铁芯组件10的导向滑槽15径向向外滑动，此时的转子铁芯半径r变大，随着作用于转子合力的再次平衡，气隙L1减少到L2，此时电机采用L2的气隙运行,此时转子铁芯滑动块20的两个端面有导柱21在限位板30的限位槽31径向间隙减小，H=H2。

如图15、图16所示，随着转子的转速ω的继续提高，当达到某一高转速ω2的时候，最终气隙减少到最小气隙L3，此时转子铁芯滑动块20的两个端面导柱21滑动到限位板30的限位槽31的另一边，即使转速再提高，气隙也不再更改，此时转子铁芯滑动块20的两个端面有导柱21在限位板30的限位槽31径向间隙最小，H=0。

本发明提供的可变气隙的永磁转子结构，转子的外径在电机使用过程当中能随着转速自动做出调整，能在低速时候保持较大的气隙，取得良好的静音效果，随着转速的提高转子外径能慢慢的变大，进而减少电机转子与定子之间的气隙，增加电机的输出效率，进而减少耗电，降低电机发热，延长寿命或是减小电机体积，很好兼容电机在低速段噪音良好控制与高速段效率良好控制。

本发明转子铁芯滑动块20通过转子铁芯组件10的导向滑槽15来控制，使转子铁芯滑动块20只能朝径向移动，转子铁芯滑动块20通过两端的圆形弹簧40卡住导柱21固定在转子铁芯组件10上，其滑动过程是通过借助转子转动的离心力，弹簧的弹力，电磁合力，这三个作用力的相互平衡来实现转子外径的调整，转子铁芯滑动块20在转动过程当中，离心力随着转速的提高而增大，当作用与转子铁芯滑动块20上朝外作用力大于弹簧的拉力时候，转子铁芯滑动块20朝外移动，这时弹簧40拉力加大，转子铁芯滑动块20朝外移动到某点后受力又达到平衡保持不动，当转子铁芯滑动块20的导柱21碰到限位板30的限位槽31外侧的时候，转子铁芯滑动块20移动达到最大值，即使转速提高不再起作用，防止可变气隙的永磁转子刮到定子组件100。

实施例二：

如图11至图16所示，一种永磁电机，包括定子组件100和转子组件，转子组件套在定子组件100里面，其特征在于：所述的转子组件采用实施例一所述的可变气隙的永磁转子结构。

本发明提供的可变气隙的永磁转子结构，转子的外径在电机使用过程当中能随着转速自动做出调整，能在低速时候保持较大的气隙，取得良好的静音效果，随着转速的提高转子外径能慢慢的变大，进而减少电机转子与定子之间的气隙，增加电机的输出效率，进而减少耗电，降低电机发热，延长寿命或是减小电机体积，很好兼容电机在低速段噪音良好控制与高速段效率良好控制。

以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可变气隙的永磁转子结构，其特征在于：包括转子铁芯组件（10） 、若干转子铁芯滑动块（20）、限位板（30）和弹簧(40)，其中：

转子铁芯组件（10）包含转子铁芯（1）、转轴（2）、若干磁铁（3）和包塑料（4），转子铁芯（1）包括中心带有轴孔（11）的环形部（12）和从环形部（12）外侧边缘径向伸出的若干周向间隔分布的导磁块（13），在导磁块（13）往环形部（12）方向径向挖出磁铁槽（14），磁铁（3）嵌入安装在磁铁槽（14）里面，在相邻两个导磁块（13）之间形成径向的导向滑槽（15），包塑料（4）将转子铁芯（1）和若干磁铁（3）注塑成一体；

转子铁芯滑动块（20）嵌套在导向滑槽（15）里面可沿导向滑槽（15）径向来回移动，转子铁芯滑动块（20）的上下两个端面尾部凸出有导柱（21），在转子铁芯组件（10）的两端面上分别设置有弹簧槽（16），弹簧槽（16）里面安装弹簧（40），限位板（30）通过与轴（2）紧配合固定压在转子铁芯组件（10）的两端，限位板（30）封盖住弹簧槽（16）；限位板（30）上周向间隔设置若干个限位槽（31）；

该转子铁芯滑动块（20）上下两个端面的导柱（21）被弹簧（40）卡住，导柱（21）的顶端嵌入到限位板（30）上的限位槽（31）里面，利用限位槽（31）对导柱（21）的限位用于限制转子铁芯滑动块（20）在径向的移动距离大小，限位板（30）也同时对铁芯滑动块（20）在轴向进行限位；

在转子转动过程当中，转子铁芯滑动块（20）会随着转速的提高而慢慢沿径向移动，进而改变转子铁芯滑动块（20）与定子组件的气隙。

2.根据权利要求1所述的一种可变气隙的永磁转子结构，其特征在于：在环形部（12）里面沿周向间隔设置若干个贯通的隔磁槽（121），每个隔磁槽（121）位于一个磁铁槽（14）的内侧与磁铁槽（14）连通，包塑料（4）填充在隔磁槽（121）并形成第一轴向连接筋（41），在转子铁芯（1）两端面的包塑料（4）形成注塑端板（42）, 在转子铁芯（1）两端面的注塑端板（42）通过第一轴向连接筋（41）连接。

3.根据权利要求2所述的一种可变气隙的永磁转子结构，其特征在于：弹簧槽（16）是设置在注塑端板（42）上，且弹簧（40）是环形。

4.根据权利要求3所述的一种可变气隙的永磁转子结构，其特征在于：在磁铁槽（14）的外侧的导磁块（13）形成轴向贯通槽（131），轴向贯通槽（131）与磁铁槽（14）连通，包塑料（4）填充在轴向贯通槽（131）并形成第二轴向连接筋（43），第二轴向连接筋（43）的两端分别连接在转子铁芯（1）两端面的注塑端板（42）。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种可变气隙的永磁转子结构，其特征在于：转子铁芯滑动块（20）包括位于尾部的矩形部（22）、中间连接部（23）及位于外侧的弧形部（24），中间连接部（23）的两侧凸出矩形部（22），弧形部（24）的两侧的延伸出的挂扣（241）凸出中间连接部（23），导柱（21）设置在矩形部（22）的两端面。

6.根据权利要求5所述的一种可变气隙的永磁转子结构，其特征在于：磁铁槽（14）是一个阶梯状。

7.根据权利要求5所述的一种可变气隙的永磁转子结构，其特征在于：限位槽（31）是长方形，导柱（21）的截面是正方形。

8.一种永磁电机，包括定子组件和转子组件，转子组件套在定子组件里面，其特征在于：所述的转子组件采用权利要求1至7任意一项所述的可变气隙的永磁转子结构。

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