CN1574547A - 直接起动永磁式电机的转子和其制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种直接起动永磁式电机的转子及其制造方法。该转子包括：芯，其设有：用于插入轴的轴向孔和形成在轴向孔周边的多个贯穿磁铁联接孔；永久磁铁，其分别与芯的磁铁联接孔联接；第三端环，其设有用于分别使永久磁铁通过的磁路并与芯的一个侧表面联接；第四端环，其具有与第三端环相同的外观并与同第三端环连接的芯的另一个侧表面联接；磁铁支撑板，其定位在芯的一个侧表面和第四端环之间，用于防止永久磁铁分离；以及固定部件，其插入第三端环的磁路，用于防止永久磁铁分离。因此，使结构和制造处理得到简化，从而提高同步性能，因而提高直接起动永磁式电机的效率，降低制造成本，并提高组装生产能力。

Description

直接起动永磁式电机的转子和其制造方法

技术领域

本发明涉及一种直接起动永磁式电机(line start permanent magnetmotor)，具体涉及一种直接起动永磁式电机的转子，其能够减少转子的转子电阻(rotor resistance)，从而提高同步性能，并使转子的组装处理和制造方法得到简化。

背景技术

一般，感应电机具有的工作原理是，向卷绕在定子内部部分的线圈施加电流，从而产生旋转磁场，因而把电动势感应给可旋转插入定子内部的转子，从而使转子旋转。

同时，直接起动永磁式电机具有的结构是：把永久磁铁插入构成感应电机的转子内。直接起动永磁式电机依靠转矩来操作，该转矩是通过在驱动时由转子处产生的电压所产生的二次电流和由定子的卷绕线圈所产生的磁通(magnetic flux)之间的相互作用而产生的。此时，转矩是通过把转子笼(rotor cage)的转矩分量、磁阻(reluctance)转矩分量、以及永久磁铁的分量进行构成来操作的。

然后，在起动后的额定操作时，与转子联接的永久磁铁的磁通和从定子产生的磁通相互同步，使得转子按照定子的旋转磁场速度来操作。此时，转矩的大部分是永久磁铁转矩分量。

直接起动永磁式电机可作为电源电压立刻起动，而不使用附加位置传感器或驱动器。而且，由于来自感应电机的激励电流(excitedcurrent)不必需是不同的，并且电流不以同步速度流入转子笼内，因而可减少二次涡流电流损耗，从而比其他电机提高效率。

同时，直接起动永磁式电机根据转子结构，在旋转时用作转子电阻，从而对转子转矩产生影响，因而使其同步性能降低。

图1是示出根据常规技术的直接起动永磁式电机的转子的断面图，图2是根据常规技术的直接起动永磁式电机的转子的左断面图，图3是根据常规技术的直接起动永磁式电机的转子的右断面图。如图所示，直接起动永磁式电机的转子由第一端环20和第二端环30组成，第一端环20和第二端环30不对称地形成在其内部与轴联接的层叠芯10的两侧，并且第一端环20和第二端环30通过贯穿层叠芯10的多个连接部21彼此连接。层叠芯10的构成部分为：圆柱体11，其为具有恒定长度的圆柱形形状；轴向孔12，其形成在圆柱体11的中部，用于插入轴；多个第一贯穿孔13，其形成在圆柱体11的边缘，用于插入连接部21；以及多个第二贯穿孔14和四边形贯穿孔15，其形成在圆柱体11内。层叠芯10是使具有恒定厚度的多个薄板层叠的层叠体。

第一端环20设有铆钉部23，该铆钉部23形成在具有恒定厚度的环形形状的环状体部22的一侧并分别插入第二贯穿孔14内，并且第二端环30设有非圆形形状的六角形形状的插入贯穿孔32，该插入贯穿孔32形成在具有恒定厚度的环状体部31内。第一端环的环状体部22和第二端环的环状体部31通过连接部21彼此连接。

层叠芯10、第一端环20以及第二端环30构成一个电路。

而且，永久磁铁40被贯穿插入层叠芯10的四边形贯穿孔14内，并且永久磁铁40配置在分别使两个永久磁铁彼此面对的状态下。

用于支撑永久磁铁40的支撑板50被联接在第一端环20和层叠芯10之间，并且用于覆盖永久磁铁40的盖板60被插入第二端环30内，从而与层叠芯10的一个侧表面联接。支撑板50以恒定厚度并按照对应形状形成到层叠芯10的一个侧表面，其中，四边形贯穿孔15不含在内。用于覆盖永久磁铁40的六角形形状的盖板60设有：轴向孔61，其形成在盖板60的中部；以及铆钉孔62，其形成在轴向孔61的两侧。在盖板60被插入第二端环30的插入贯穿孔32内的状态下，通过把盖板的铆钉孔62插入第一端环的铆钉部23内，使盖板60被固定联接。

以下将对直接起动永磁式电机的转子的制造处理进行说明。

图4是示出根据常规技术的直接起动永磁式电机的转子的制造方法的流程图。如图所示，该方法包括以下步骤：使构成层叠芯10的薄板层叠，并因而制造层叠芯10；使支撑板50与层叠芯10的一个侧表面联接，对层叠芯10进行Al压铸(die casting)，并因而形成第一端环20和第二端环30，其中，Al不通过支撑板50导入层叠芯10的四边形贯穿孔15内；分别把永久磁铁40通过第二端环的插入贯穿孔32插入层叠芯10的四边形贯穿孔15内；把盖板60插入第二端环的插入贯穿孔32内，并因而覆盖永久磁铁40，其中，把盖板的铆钉孔62插入第一端环的铆钉部23内；以及把铆钉部23铆接，并因而使盖板60固定。

通过所述处理而制造的转子可以旋转方式被插入构成直接起动永磁式电机的定子内，并且轴以固定方式被联接到转子的轴向孔12。

直接起动永磁式电机的转子根据直接起动永磁式电机的操作，依靠上述电磁操作来旋转，因而把旋转力通过轴传递到另一系统。

然而，在直接起动永磁式电机的转子中，由于与层叠芯10的一侧联接的第二端环30形成为可把永久磁铁40和盖板60贯穿插入的形状，因而第二端环30是不对称地形成的，并且第二端环30的形状与第一端环20的形状不同，从而当转子旋转时产生旋转不平衡。而且，按照第二端环30的插入贯穿孔32的形状，使得第二端环30的断面面积变小，因而增加二次电阻(secondary resistance)并从而降低同步性能。此外，由于用于覆盖永久磁铁40的盖板60采用铆接来联接，因而组装结构变得复杂，从而降低组装生产能力。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种直接起动永磁式电机的转子，其能够根据转子的旋转电阻来减少二次电阻，从而提高同步性能，并使组装处理和制造方法得到简化。

为了实现这些和其他优点并根据本发明的目的，正如本文所具体包含和全面说明的那样，提供了一种直接起动永磁式电机的转子，包括：芯，其设有用于插入轴的轴向孔和形成在轴向孔周边的多个贯穿磁铁联接孔；永久磁铁，其分别与芯的磁铁联接孔联接；第三端环，其设有用于分别使永久磁铁通过的磁路并与芯的一个侧表面联接；第四端环，其具有与第三端环相同的外观并与同第三端环连接的芯的另一个侧表面联接；磁铁支撑板，其定位在芯的一个侧表面和第四端环之间，用于防止永久磁铁分离；以及固定部件，其插入第三端环的磁路内，用于防止永久磁铁分离。

为了获得这些和其他优点并根据本发明的目的，正如本文所具体包含和全面说明的那样，还提供了一种直接起动永磁式电机的转子的制造方法，其包括以下步骤：使具有一定形状的多个薄板层叠并从而制造芯；把磁铁支撑板定位到芯的一个侧表面；采用压铸法把具有相同外观的第三和第四端环形成在定位有磁铁支撑板的芯的两个侧表面；把多个永久磁铁通过第三端环插入芯内并从而固定；以及使固定部件以固定方式联接到第三端环，以防止永久磁铁分离。

通过以下结合附图对本发明进行的详细说明，将更加明白本发明的上述和其他目的、特点、方面和优点。

附图说明

下述附图提供了对本发明的进一步理解，并被纳入和构成了本说明书的一部分，表示了本发明的实施例，与描述一起构成了对本发明的解释。

在附图中：

图1是示出根据常规技术的直接起动永磁式电机的转子的断面图；

图2是根据常规技术的直接起动永磁式电机的转子的左断面图；

图3是根据常规技术的直接起动永磁式电机的转子的右断面图；

图4是示出根据常规技术的直接起动永磁式电机的转子的制造方法的流程图；

图5是示出根据本发明的直接起动永磁式电机的转子的断面图；

图6是根据本发明的直接起动永磁式电机的转子的左断面图；

图7是根据本发明的直接起动永磁式电机的转子的右断面图；

图8是示出根据本发明的直接起动永磁式电机的转子的制造方法的流程图；

图9是示出根据本发明的直接起动永磁式电机的透视图；以及

图10是把根据常规技术的同步性能与根据本发明的同步性能进行比较的图。

具体实施方式

现在将对本发明的优选实施例进行详细说明，这些优选实施例的例子在附图中作了图示。

以下，将对一种直接起动永磁式电机的转子及其制造方法进行更详细说明。

图5是示出根据本发明的直接起动永磁式电机的转子的断面图，

图6是根据本发明的直接起动永磁式电机的转子的左断面图，图7是根据本发明的直接起动永磁式电机的转子的右断面图。

如图所示，直接起动永磁式电机的转子包括：芯100，其设有用于插入轴的轴向孔110和多个贯穿的磁铁联接孔120，其形成在轴向孔110的周边；永久磁铁200，其分别与芯100的磁铁联接孔120联接；第三端环300，其设有用于分别插入永久磁铁200的磁路310并与芯100的一个侧表面联接；第四端环400，其具有与第三端环300相同的外观并与同第三端环300连接的芯100的另一个侧表面联接；磁铁支撑板500，其定位在芯100的一个侧表面和第四端环400之间，用于防止永久磁铁200分离；以及固定部件600，其插入第三端环300的磁路310内，用于防止永久磁铁200分离。

芯100设有轴向孔110，以把轴插入具有恒定长度和外径的圆柱形形状的圆柱体130的内部。多个贯穿孔140形成在圆柱体130的边缘，并且多个磁铁联接孔120形成在轴向孔110和贯穿孔140之间。磁铁联接孔120具有宽度和长度恒定的四边形形状的断面。磁铁联接孔120配置在分别使两个孔彼此面对的状态下，并具有宽度和长度恒定的四边形形状的断面(sectional surface)。磁铁联接孔120配置在分别使两个孔彼此面对的状态下。芯100是使与圆柱体130的侧向形状对应的、具有恒定厚度的多个薄板层叠的层叠体。芯100也可形成为非层叠体的处理过的形状。

永久磁铁200形成为与芯的磁铁联接孔120的形状对应的形状。也就是说，永久磁铁200具有恒定长度并具有四边形形状的断面。永久磁铁200被分别插入芯的磁铁联接孔120并从而固定。

第三端环300设有多个磁路310，该多个磁路310形成在具有恒定宽度的环形形状的环状体320内，作为永久磁铁200的插入通路。第三端环300的内径形成为小于连接永久磁铁200内切线的内切圆的直径。而且，第三端环300的外径形成为大于连接永久磁铁200外切线的外切圆的直径。第三端环的磁路310是根据芯的磁铁联接孔120的位置来配置的。第三端环的磁路310具有四边形形状的断面，并形成为使位于芯100侧的孔小、并使位于对置侧(opposite side)的孔大的倾斜形状。当第三端环300与芯100的一个侧表面联接时，磁路310与芯的磁铁联接孔120对应地联接。

插入磁路310内的固定部件600采用与第三端环300相同的材料形成，并形成为与磁路310相同的形状。也就是说，固定部件600具有与第三端环的磁路310的深度相同的长度，并形成为使一侧断面面积小于另一侧断面面积的楔形形状。

第四端环400的外观形成为与第三端环300的外观相同。也就是说，第四端环400形成为具有恒定宽度的环形形状的环状体410。第四端环400的内径形成为小于连接永久磁铁200内切线的内切圆的直径。而且，第四端环400的外径形成为大于连接永久磁铁200外切线的外切圆的直径。

第三端环300和第四端环400通过分别插入芯的贯穿孔140内的连接部420彼此连接。第三端环300、第四端环400以及连接部420采用相同材料形成。芯100、第三/第四端环300/400以及连接部420构成一个电路。

磁铁支撑板500设有：轴向孔520，其形成在具有恒定厚度的圆柱形板510内；以及贯穿孔530，其根据芯的贯穿孔140形成在磁铁支撑板500的边缘。而且，用于防止永久磁铁200的磁通的、具有恒定宽度和长度的狭缝540根据永久磁铁200被形成在圆柱形板510上。狭缝540的宽度和长度形成为小于永久磁铁200的宽度和长度。

以下将对根据本发明的直接起动永磁式电机的转子的制造方法的一个实施例进行说明。

图8是示出根据本发明的直接起动永磁式电机的转子的制造方法的流程图。如图所示，首先，使具有一定形状的多个薄板层叠，从而制造芯100。然后，把磁铁支撑板500定位在芯100一个侧表面。然后，采用压铸法把具有相同外观的第三端环300和第四端环400形成在定位有磁铁支撑板500的芯100的两个侧表面。也就是说，把装设有磁铁支撑板500的芯100插入形成为预定形状的模具内，然后把熔化的Al喷入模具内，因而形成第三端环300和第四端环400。然后，把永久磁铁200分别通过形成在第三端环300处的磁路310按压插入(pressed-inserted)形成在芯100处的磁铁联接孔120内，因而被固定地联接。然后，把固定部件分别与第三端环的磁路310联接，并从而被联接起来。

把通过所述处理而制造的转子以可旋转的方式插入构成直接起动永磁式电机的定子内，并使轴与转子的轴向孔联接。定子设有卷绕线圈。

以下，将对根据本发明的直接起动永磁式电机的转子有其制造方法的操作效果进行说明。

首先，在设有转子的直接起动永磁式电机中，转子依靠转矩来操作，该转矩是通过在驱动时由转子处产生的电压所产生的二次电流和由定子的卷绕线圈所产生的磁通之间的相互作用而产生的。然后，在驱动后的额定操作时，与转子联接的永久磁铁的磁通和从定子产生的磁通相互同步，使得转子按照定子的旋转磁场速度来操作。此时，转矩的大部分是永久磁铁转矩分量。转子的旋转力通过轴被传递到另一系统。

此处，当转子旋转时，转子被均匀地形成，并且其外观是平滑形成的，从而使旋转电阻最小。也就是说，如图9所示，由于构成转子的第三端环300和第四端环400具有相同的外观和重量，因而转子被平衡。而且，由于在把固定部件600插入第三端环300的侧向表面内的状态下形成平面，因而当转子旋转时，使旋转电阻最小。因此，如图10所示，以类似于同步速度的速度产生比常规转矩大的转矩，从而提高同步性能。

而且，在本发明中，由于在制造时，把固定部件600按压插入第三端环300内从而使永久磁铁200固定，因而采用铆接使盖板60联接并使盖板60固定的常规处理不含在内，因而使结构和制造处理得到简化。

如上所述，在根据本发明的直接起动永磁式电机的转子及其制造方法中，当转子旋转时，使旋转电阻最小，因而提高直接起动永磁式电机的同步性能，并从而提高直接起动永磁式电机的效率。而且，使制造处理和结果得到简化，因而降低制造成本并提高生产能力。

在不背离本发明的精神或主要特征情况下，本发明可以以几种不同的形式实施，同样就理解上述实施例不会受到上述描述的限制，除非另有说明，但应广义地解释为所附权利要求的精神范围内，因此，所有在权利要求的边界和范围或等效和范围内的改变和修改，都包括在所附近的权利要求中。

Claims (10)

1.一种直接起动永磁式电机的转子，包括：

芯，其设有用于插入轴的轴向孔和形成在轴向孔周边的多个贯穿磁铁联接孔；

永久磁铁，其分别与所述芯的磁铁联接孔联接；

第三端环，其设有用于分别使所述永久磁铁通过的磁路并与所述芯的一个侧表面联接；

第四端环，其具有与所述第三端环相同的外观并与同所述第三端环连接的所述芯的另一个侧表面联接；

磁铁支撑板，其定位在所述芯的一个侧表面和所述第四端环之间，用于防止所述永久磁铁分离；以及

固定部件，其插入所述第三端环的磁路内，用于防止所述永久磁铁分离。

2.根据权利要求1所述的转子，其中，所述芯是使具有一定厚度的多个圆形薄板层叠的层叠体。

3.根据权利要求1所述的转子，其中，所述第三端环和所述第四端环的内径形成为小于连接所述永久磁铁内切线的内切圆的直径。

4.根据权利要求1所述的转子，其中，所述第三端环和所述第四端环的外径形成为大于与连接所述永久磁铁外切线的外切圆的直径。

5.根据权利要求1所述的转子，其中，所述第三端环的磁路形成为使位于芯侧的孔小且使位于对置侧的孔大的倾斜形状，并且插入磁路的固定部件形成为与磁路形状相同的楔形形状。

6.根据权利要求1所述的转子，其中，所述第三端环的磁路深度和固定部件长度相等。

7.根据权利要求1所述的转子，其中，所述固定部件采用与所述第三和所述第四端环相同的材料形成。

8.根据权利要求1所述的转子，其中，所述永久磁铁被按压插入所述芯的磁铁联接孔内，并从而进行联接。

9.根据权利要求1所述的转子，其中，用于防止所述永久磁铁磁通泄漏的具有恒定宽度和长度的狭缝根据所述永久磁铁被形成在圆柱形板上。

10.一种直接起动永磁式电机的转子的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

使具有一定形状的多个薄板层叠并从而制造芯；

把磁铁支撑板定位到所述芯的一个侧表面；

采用压铸法把具有相同外观的第三和第四端环形成在定位有磁铁支撑板的所述芯的两个侧表面；

把多个永久磁铁通过所述第三端环插入所述芯内并从而进行固定；以及

分别使固定部件与所述第三端环以固定方式进行联接，以防止永久磁铁分离。

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