CN209184339U - 一种转子组件以及轴向磁场电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转子组件以及轴向磁场电机，包括磁性背铁、多块转子铁芯、高强度环箍和多块磁钢；其中，磁性背铁的端面上设置有多个沿周向布置的铁芯燕尾槽和多个沿磁性背铁的径向延伸的磁钢槽，多块转子铁芯分别设置在铁芯燕尾槽中，磁钢嵌入至磁钢槽中；高强度环箍套设在磁性背铁的外周面并与磁钢槽抵接，磁钢槽为P组，每组磁钢槽中磁钢的充磁方向为转子铁芯的切向方向，且充磁方向与气隙方向垂直；相邻的两组磁钢槽中磁钢的充磁方向相反。由于磁钢嵌入转子铁芯的周面上的磁钢槽中，在轴向对磁钢进行定位，且在周面上通过设置高强度环箍对磁钢的径向进行定位。本实用新型的转子组件与现有技术相比，显著的提高了可靠性。

Description

一种转子组件以及轴向磁场电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种转子组件以及轴向磁场电机。

背景技术

径向磁场电机和轴向磁场电机(也叫盘式电机)是电机领域的两个技术分支。目前市场上绝大多数都是径向磁场电机。随着新材料和新工艺的突破，盘式电机开始慢慢兴起。盘式电机由于更高的铁芯利用率、更大的功率密度以及更高的转矩密度特别适合于对电机体积和重量有严格要求的场合。

请参阅图1，图1为现有技术所提供的转子组件的爆炸结构示意图。

该转子组件包括：转子组件由转子背板100'、磁钢200'和表面铁芯300'组成，该方案中表面铁芯300'通过胶水粘接在磁钢200'和转子背板100'上。一方面，定子铁芯和转子的表面铁芯之间有巨大的轴向磁拉力，另一方面，转子在高速旋转时，磁钢和转子表面铁芯会受到巨大的离心力。该结构的转子的机械可靠性较差。

因此，如何提高转子组件的可靠性，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是如何提高转子组件的可靠性，为此，本实用新型提供了一种转子组件以及轴向磁场电机。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种转子组件，包括磁性背铁、多块转子铁芯、高强度环箍和多块磁钢；其中，所述磁性背铁的端面上设置有多个沿周向布置的铁芯燕尾槽和多个沿所述磁性背铁的径向延伸的磁钢槽，多块所述转子铁芯分别设置在所述铁芯燕尾槽中，所述磁钢嵌入至所述磁钢槽中；所述高强度环箍套设在所述磁性背铁的外周面并与所述磁钢槽抵接，所述磁钢槽为P组，每组所述磁钢槽中所述磁钢的充磁方向为所述转子铁芯的切向方向，且所述充磁方向与气隙方向垂直；相邻的两组所述磁钢槽中所述磁钢的充磁方向相反。

本实用新型其中一个实施例中，所述磁性背铁设置有铁芯燕尾槽的端面上开设有与所述磁钢槽相对应的第一磁钢槽口。

本实用新型其中一个实施例中，所述磁性背铁未设置有铁芯燕尾槽的端面上开设有与所述磁钢槽相对应的第二磁钢槽口。

本实用新型其中一个实施例中，所述磁性背铁上，所述磁钢槽与所述铁芯燕尾槽间隔布置。

本实用新型其中一个实施例中，所述磁性背铁由低碳钢、硅钢或者高强度导磁粉末冶金加工而成。

本实用新型其中一个实施例中，所述磁钢槽设置在所述磁性背铁的外周面，所述磁钢槽的槽口位于所述磁性背铁的外周面。

本实用新型其中一个实施例中，所述磁钢槽设置在所述磁性背铁的端面时，所述磁钢槽为磁钢燕尾槽，所述磁钢卡在所述磁钢燕尾槽中。

本实用新型其中一个实施例中，所述高强度环箍与所述磁性背铁为一体式结构或者分体式结构。

本实用新型其中一个实施例中，所述高强度环箍由高强度碳纤维、高强度玻璃纤维或者钛合金高强度金属加工而成。

本实用新型其中一个实施例中，所述转子铁芯经为冲压叠片的硅钢片或者非晶合金，或者整体模压的磁性粉末冶金加工而成。

本实用新型其中一个实施例中，所述磁钢为长条状结构或者扇形结构。

本实用新型其中一个实施例中，还公开了一种轴向磁场电机，包括如上述任一项所述的转子组件。

从上述的技术方案可以看出，采用本实用新型的转子组件时，磁钢嵌入转子铁芯的周面上的磁钢槽中，在轴向对磁钢进行定位，且在周面上通过设置高强度环箍对磁钢的径向进行定位。由此可见，本实用新型的转子组件与现有技术相比，显著的提高了可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术所提供的一种转子组件的爆炸结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种转子组件的前视爆炸结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种转子组件的后视爆炸结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的一种转子组件的立体结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的一种转子组件的局部放大立体结构示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的一种转子组件的原理示意图；

图7为本实用新型实施例所提供的一种转子组件的磁钢布置示意图；

图8为本实用新型实施例所提供的又一种转子组件的前视爆炸结构示意图；

图9为本实用新型实施例所提供的又一种转子组件的立体结构示意图；

图10为本实用新型实施例所提供的又一种转子组件的局部放大立体结构示意图；

图中，100为磁性背铁、200为高强度环箍、300为转子铁芯、400为磁钢、101为铁芯燕尾槽、102为磁钢槽、103为第一磁钢槽口、104为第二磁钢槽口；

100'为转子背板、200'为磁钢、300'为表面铁芯。

具体实施方式

本实用新型的核心在于提供一种转子组件和轴向磁场电机，以提高转子组件的可靠性。

此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。

请参阅图2至图10，本实用新型实施例中的转子组件包括磁性背铁100、多块转子铁芯300、高强度环箍200和多块磁钢400；其中，磁性背铁100的端面上设置有多个沿周向布置的铁芯燕尾槽101和多个沿磁性背铁100的径向延伸的磁钢槽102，多块转子铁芯300分别设置在铁芯燕尾槽101中，磁钢400嵌入至磁钢槽102中；高强度环箍200套设在磁性背铁100的外周面并与磁钢槽102抵接，磁钢槽102为P组，每组磁钢槽102中磁钢400的充磁方向为转子铁芯300的切向方向，且充磁方向与气隙方向f1垂直；相邻的两组磁钢槽102中磁钢400的充磁方向相反。

采用本实用新型的转子组件时，磁钢400嵌入转子铁芯300的周面上的磁钢槽102中，在轴向对磁钢400进行定位，且在周面上通过设置高强度环箍200对磁钢400的径向进行定位。由此可见，本实用新型的转子组件与现有技术相比，转子组件的机械结构稳定可靠，既能承受轴向磁拉力的影响，也能克服转子旋转离心力的影响。

需要说明的是，P为转子组件的磁极数，每组磁钢槽102中至少由一个磁钢400组成，每组磁钢槽102中的磁钢400的充磁方向f3相同，相邻两组磁钢槽102中磁钢400的充磁方向f3相反，相邻2组磁钢400的磁场共同形成转子组件的一个磁极，每极指向的气隙的磁场均由相邻的磁钢400磁场聚合而成，即气隙方向f1为磁场方向，沿转子铁芯300的径向延伸。每组磁钢槽102中的磁钢400的充磁方向f3相同，具体的可以理解为，每组磁钢槽102中布置所有磁钢400的磁钢方向f2相同。

请参阅图6和图7，本实用新型实施例中一共有8组磁钢槽102，每组磁钢槽102中由3个磁钢400组成，每组磁钢槽102中的磁钢400的充磁方向f3相同，即，每组磁钢槽102中的两个磁钢400的磁钢方向f2沿转子铁芯300的圆周方向上布置，N-S，或者S-N布置。相邻两组磁钢槽102中磁钢400的充磁方向f3相反，在转子铁芯300圆周方向上，若磁钢400的磁钢方向f2为N-S，此组磁钢槽102的充磁方向f3为S-N，则相邻组磁钢槽102中磁钢400的磁钢方向f2为S-N，此组磁钢槽102的充磁方向f3为N-S。

由于磁钢400内嵌在转子铁芯300中，相比于大多数的表贴式的磁钢400，定子铁芯和转子铁芯300之间的距离可以大大减少，因此，电机的电感(d轴电感和q轴电感)可以大大增加。当电机在高速进行弱磁控制时，当忽略电机定子电阻的影响时，电机可以达到的最高理想转速为：

式中，p为电机极对数，ψ_f为转子磁链，L_d为电机的d轴电感，u和i分别为电机的输入电压和输入电流。

从公式(1)中可以看出，在相同的电压下，当增加电机的d轴电感，可以明显降低所需要的电流的大小，或者说可以明显提高电机在可以达到的最高弱磁转速。

另外，由于磁钢400是内嵌插入转子铁芯300中，并且磁钢400的充磁方向f3是转子铁芯300的切向。对于内嵌式磁钢400布置，转子的d轴磁路会穿过相应的内嵌磁钢400，而q轴磁路不会穿过磁钢400，而是全部通过转子铁芯300闭合。因此转子的d轴磁路和q轴磁路不对称，d轴电感<q轴电感，根据公式

T_em＝p·[ψ_fi_q+(L_d-L_q)i_di_q] (2)

式中，p为电机极对数，ψ_f为转子磁链，i_q和i_q分别为d轴电流和q轴电流。因此，在电机的转矩中会增加上述公式(2)后半部分的磁阻转矩分量(前半部分为永磁体转矩分量)，从而增加电机的转矩密度。大多数的轴向磁场电机中L_d＝L_q，因此，采用本实用新型实施例结构中的上述转子组件不产生磁阻转矩。

磁性背铁100是由导磁钢400300材构成，可以是低碳钢、硅钢(注意不是硅钢片，而是厚的硅钢板材)或者其他高强度导磁粉末冶金。磁性背铁100的兼顾导磁特性和结构特性。其中，由于制造磁性背铁100的材料强度较高，因此，制造出的整个转子组件具有足够的强度承受，从而在定子组件和转子组件之间有巨大的轴向磁拉力作用下，不易发生较大的轴向变形。

在本实用新型另外一个实施例中，磁性背铁100设置有铁芯燕尾槽101的端面上开设有与磁钢槽102相对应的第一磁钢槽口103。该第一磁钢槽口103的宽度小于磁钢槽102的宽度。其作用主要是为了降低磁钢400在磁性背铁100中的漏磁。另外较小的第一磁钢槽口103也对磁钢400起到轴向定位的作用。

在本实用新型另外一个实施例中，磁性背铁100未设置有铁芯燕尾槽101的端面上开设有与磁钢槽102相对应的第二磁钢槽口104。该第二磁钢槽口104的宽度小于磁钢槽102的宽度。其作用主要是为了降低磁钢400在磁性背铁100中的漏磁。另外较小的第二磁钢槽口104也对磁钢400起到轴向定位的作用。

为了提高转子铁芯300上的磁场的均匀性。磁性背铁100上，磁钢槽102与铁芯燕尾槽101间隔布置。本实用新型实施例中，两组磁钢槽102间隔有一个铁芯燕尾槽101。并不仅仅局限于此种结构形式。

本实用新型实施例中，磁钢槽102沿着磁性背铁100的径向延伸，磁钢槽102设置在磁性背铁100的外周面，磁钢槽102的槽口位于磁性背铁100的外周面。安装时，从磁性背铁100的外周面慢慢推入至磁钢槽102中，如图2至图7所示。

在本实用新型另一个实施例中，所为述磁钢槽102设置在磁性背铁100的端面，此时，磁钢槽102为磁钢400燕尾槽，磁钢400卡在磁钢400燕尾槽中，如图8至图10所示。

本实用新型实施例中磁钢400的形状为长条状结构或者扇形结构，其中，图2至图7中，磁钢400为长条状结构，每组磁钢槽102中内嵌有三个磁钢400；图8至图10中，磁钢400为扇形结构，每组磁钢槽102中内嵌有一个磁钢400。但是本实用新型所要求保护的磁钢400的形状并不仅仅局限于长条状结构或者扇形结构，只要磁钢400能够内嵌至磁钢槽102的结构均在本实用新型的保护范围内。

在本实用新型一个实施例中，转子铁芯300经为冲压叠片的硅钢片或者非晶合金，或者整体模压的磁性粉末冶金加工而成。转子铁芯300的侧边有跟铁芯燕尾槽101配合的燕尾斜边，转子铁芯300通过铁芯燕尾槽101实现铁芯在轴向方向的固定。转子铁芯300为分段结构，转子铁芯300和铁芯燕尾槽101的位置位于转子铁芯300各个磁极的中心线，并且数量和转子磁极数量相同。转子铁芯300采用硅钢或者非晶叠片结构是为了降低转子各个磁极表面的涡流损耗。

本实用新型其中一个实施例中，高强度环箍200与磁性背铁100为一体式结构。此种结构磁性背铁100与高强度环箍200集成在一起，采用和磁性背铁100同一种材料，一体加工出来。

本实用新型其中一个实施例中，高强度环箍200与磁性背铁100为分体式结构。此时，为了进一步提高整个转子组件的强度，高强度环箍200由高强度碳纤维、高强度玻璃纤维或者钛合金高强度金属加工而成。

本实用新型还公开了一种轴向磁场电机，包括如上述任一项的转子组件。由于上述转子组件具有以上有益效果，包括上述转子组件的轴向磁场电机也具有相应的效果，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种转子组件，其特征在于，包括磁性背铁、多块转子铁芯、高强度环箍和多块磁钢；其中，所述磁性背铁的端面上设置有多个沿周向布置的铁芯燕尾槽和多个沿所述磁性背铁的径向延伸的磁钢槽，多块所述转子铁芯分别设置在所述铁芯燕尾槽中，所述磁钢嵌入至所述磁钢槽中；所述高强度环箍套设在所述磁性背铁的外周面并与所述磁钢槽抵接，所述磁钢槽为P组，每组所述磁钢槽中所述磁钢的充磁方向为所述转子铁芯的切向方向，且所述充磁方向与气隙方向垂直；相邻的两组所述磁钢槽中所述磁钢的充磁方向相反。

2.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述磁性背铁设置有铁芯燕尾槽的端面上开设有与所述磁钢槽相对应的第一磁钢槽口。

3.如权利要求2所述的转子组件，其特征在于，所述磁性背铁未设置有铁芯燕尾槽的端面上开设有与所述磁钢槽相对应的第二磁钢槽口。

4.如权利要求3所述的转子组件，其特征在于，所述磁性背铁上，所述磁钢槽与所述铁芯燕尾槽间隔布置。

5.如权利要求4所述的转子组件，其特征在于，所述磁性背铁由低碳钢、硅钢或者高强度导磁粉末冶金加工而成。

6.如权利要求5所述的转子组件，其特征在于，所述磁钢槽设置在所述磁性背铁的外周面，所述磁钢槽的槽口位于所述磁性背铁的外周面。

7.如权利要求5所述的转子组件，其特征在于，所述磁钢槽设置在所述磁性背铁的端面时，所述磁钢槽为磁钢燕尾槽，所述磁钢卡在所述磁钢燕尾槽中。

8.如权利要求1至7中任一项所述的转子组件，其特征在于，所述高强度环箍与所述磁性背铁为一体式结构或者分体式结构。

9.如权利要求8所述的转子组件，其特征在于，所述高强度环箍由高强度碳纤维、高强度玻璃纤维或者钛合金高强度金属加工而成。

10.如权利要求1至7中任一项所述的转子组件，其特征在于，所述转子铁芯经为冲压叠片的硅钢片或者非晶合金，或者整体模压的磁性粉末冶金加工而成。

11.如权利要求1至7中任一项所述的转子组件，其特征在于，所述磁钢为长条状结构或者扇形结构。

12.一种轴向磁场电机，其特征在于，包括如权利要求1至10中任一项所述的转子组件。