CN113595283B - 一种盘式永磁电机的转子及应用其的盘式永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘式永磁电机的转子及应用其的盘式永磁电机，转子包括第一转子铁芯、第二转子铁芯和磁瓦，第一转子铁芯包括第一环形圈和第一导磁块,相邻两第一导磁块形成第一凹槽；第二转子铁芯包括第二环形圈和第二导磁块,相邻两第二导磁块形成第二凹槽；在第二导磁块的两侧面与相邻的两个第一导磁块之间形成左侧磁钢槽和右侧磁钢槽，第二导磁块的第一顶面低于相邻两个第一导磁块的第二顶面从而形成顶面磁钢槽；磁瓦包括顶部磁钢、左侧磁钢和右侧磁钢，顶部磁钢嵌到顶面磁钢槽里，左侧磁钢和右侧磁钢嵌入左侧磁钢槽和右侧磁钢槽里；实现转子的混合聚磁，提高电机的聚磁效果，减少转子的组装零件数，降低转子的制造工艺的难度，提高转子的生产效率。

Description

一种盘式永磁电机的转子及应用其的盘式永磁电机

技术领域：

本发明涉及一种盘式永磁电机的转子及应用其的盘式永磁电机。

背景技术：

现有技术的轴向磁场盘式永磁同步电机，因其功率密度高、重量轻、体积小，被越来越多地得到应用。在这种现有电机结构中，转子磁钢布置大多采用表贴式磁钢结构轴向磁场，但这种表贴式轴向磁场结构存在如下缺点：第一，为了提高气隙磁通密度，要增加表贴磁钢的厚度，且往往增加厚度较多，气隙磁通密度提升不多，这样磁钢的利用率有所下降；第二，表贴式轴向磁场结构电机的惯量较大，在有些应用场合，既要力矩大，需要径向尺寸放大，又要惯量控制在一定范围内，两者会发生矛盾，应用受到限制；第三，表贴式轴向磁场结构电机，因其定子与转子为很薄的盘式形状，大功率电机的径向尺寸很大，而定子与转子之间的气隙不允许增大太多的情况下，当转子旋转，因存在偏摆，容易造成转子与定子相擦，因而工艺保证措施比较困难，这限制了表贴式轴向磁场电机在大功率上的实际应用。

为解决上述问题，已有人发明了一种采用SPOKE结构的转子及电机，具体可参考公开号为：CN 106253522 A，申请名称为：一种切向磁钢结构轴向磁场高转矩密度永磁盘式电机的发明专利申请，该方案因转子永磁体的磁极切向布置，磁钢发出的磁通面积大，可以在气隙形成高的磁通密度，可以在不增加转子铁芯磁极盘径向尺寸的条件下，在轴向方向加长永磁体磁钢尺寸以及相应的转子铁芯块轴向长度，进一步提高气隙磁通密度，进而提高了电机的转矩密度和功率密度，但该方案仍存在以下缺点：第一，该方案中的转子铁芯采用多块铁芯块拼合，且磁瓦与铁芯块需要胶水粘接固定，使制作工艺复杂，转子盘尺寸难以保证；第二，在转子的制作过程中磁极有指定的方向，需要采用额外的工艺对磁极的方向进行保证；第三，该转子主要为径向聚磁结构，使得聚磁效果有限。

另外，现在永磁电机的转子结构除了表贴式电机还有内置式电机，内置式电机即永磁体嵌装在转子铁芯内，如内置弧形永磁体结构，如图1所示，传统的内置式永磁电机的磁场一般以N-S-N-S的方式进行排布，以使转子内部形成闭环磁场，这样，则需要采用两种充磁方向对永磁体1A进行充磁，上述结构在组装转子时需区分好永磁体1A的磁极方向，否则容易导致永磁体的极性错误，导致电机损坏,组装工艺麻烦。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构简单、制作工艺简单、聚磁效果好的盘式永磁电机的转子及应用其的盘式永磁电机。

本发明的进一步目的是提供一种盘式永磁电机的转子及应用其的盘式永磁电机，解决现有技术中传统的内置式永磁电机的磁场一般以N-S-N-S的方式进行排布，以使转子内部形成闭环磁场，组装时容易导致永磁体的极性错误，导致电机损坏,组装工艺麻烦。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

本发明的目的是提供一种盘式永磁电机的转子，包括第一转子铁芯、第二转子铁芯和若干磁瓦，其中：

所述的第一转子铁芯包括第一环形圈和从第一环形圈外侧凸出的若干周向间隔布置的第一导磁块,相邻的两块第一导磁块之间形成第一凹槽；

所述的第二转子铁芯包括第二环形圈和从第二环形圈外侧凸出的若干周向间隔布置的第二导磁块,相邻的两块第二导磁块之间形成第二凹槽；

第一转子铁芯和第二转子铁芯轴向镶嵌，第一导磁块嵌入到第二凹槽中，第二导磁块嵌入到第一凹槽中；

在第二导磁块的两侧面与相邻的两个第一导磁块之间分别形成左侧磁钢槽和右侧磁钢槽，第二导磁块的轴向厚度H1小于第一导磁块的轴向厚度H2，使第二导磁块的第一顶面低于相邻两个第一导磁块的第二顶面从而形成顶面磁钢槽；

每个磁瓦包括顶部磁钢以及从顶部磁钢凸起的左侧磁钢和右侧磁钢，顶部磁钢嵌入到顶面磁钢槽里面，左侧磁钢和右侧磁钢分别嵌入左侧磁钢槽和右侧磁钢槽里面。

优选地，第一环形圈与第一导磁块之间由第一连接筋连接，第一环形圈与第一连接筋的厚度是一样的，第一导磁块轴向厚度大于第一环形圈的厚度。

优选地，第二环形圈与第二导磁块之间由第二连接筋连接，第二环形圈与第二连接筋的厚度是一样的，第二导磁块轴向厚度大于第二环形圈的厚度。

优选地，磁瓦的截面形状是“U”形。

优选地，顶部磁钢是扇形面板。

优选地，第一导磁块和第二导磁块为近似扇形块状结构。

优选地，左侧磁钢和右侧磁钢是平板状，以径向倾斜一定的角度α分别内嵌入左侧磁钢槽和右侧磁钢槽里面。

优选地，所述倾斜角α的取值范围在2.5°-7.5°之间。

优选地，第一环形圈与第一连接筋是一体成型且位于顶部，第二环形圈与第二连接筋是一体成型且位于底部，第一环形圈与第二环形圈相隔一段距离。

优选地，左侧磁钢和右侧磁钢垂直于顶部磁钢或者倾斜于顶部磁钢。

优选地，于所述第一导磁块的顶部、往所述第一导磁块的两侧分别凸出有第一凸块，所述第一凸块的底面抵在所述磁瓦的顶面上以限制所述磁瓦的轴向移动；于所述第二导磁块的内侧端部和外侧端部分别向上凸出有第二凸块，所述磁瓦位于两个所述第二凸块之间，两个所述第二凸块用以限制所述磁瓦的径向移动。

优选地，所述各磁瓦的充磁方向均一致，即由内向外充磁或者由外向内充磁。

本发明的另一个目的是提供一种盘式永磁电机，包括定子组件和转子组件，定子组件和转子组件之间轴向磁耦合，所述的转子组件采用上述所述的一种盘式永磁电机的转子。

本发明与现有技术相比，具有如下效果：

1)本发明的技术方案中，包括第一转子铁芯、第二转子铁芯和若干磁瓦，第一转子铁芯和第二转子铁芯轴向镶嵌，第一导磁块嵌入到第二凹槽中，第二导磁块嵌入到第一凹槽中，磁瓦包括顶部磁钢、左侧磁钢和右侧磁钢，使转子具有轴向磁场和径向磁场，在轴向磁场和径向磁场的混合作用下增大了磁场密度，实现转子的混合聚磁，从而提高电机的聚磁效果；另外，由于第一转子铁芯和第二转子铁芯均的结构变得简单，在组装转子时，转子的组装零件数少，可有效降低转子的制造工艺的难度，提高转子的生产效率；

1)本发明的其它优点在实施例部分展开详细描述。

附图说明：

图1是为现有技术提供的永磁体的充磁方向示意图；

图2是为本发明实施例一提供的转子立体结构示意图；

图3是为本发明实施例一提供的转子分解结构示意图；

图4是为本发明实施例一提供的第一转子铁芯和第二转子铁芯的组装结构示意图；

图5是为本发明实施例一提供的转子主视结构示意图；

图6是为图5提供的A-A的剖面结构示意图；

图7是为图5提供的B-B的剖面结构示意图；

图8是为本发明实施例一提供的转子后视结构示意图；

图9是为本发明实施例一提供的第一转子铁芯的立体结构示意图；

图10是为本发明实施例一提供的第二转子铁芯的立体结构示意图；

图11是为本发明实施例一提供的磁瓦的充磁方向示意图(由内至外)；

图12是为本发明实施例一提供的磁瓦的充磁方向示意图(由外至内)；

图13是为本发明实施例二提供的第一转子铁芯、第二转子铁芯和一个磁瓦的组装结构示意图；

图14是为本发明实施例二提供的第一转子铁芯、第二转子铁芯和一个磁瓦的另一组装结构示意图；

图15是为本发明实施例三提供的转子立体结构示意图；

图16是为本发明实施例三提供的转子分解结构示意图；

图17是为本发明实施例三提供的转子主视结构示意图；

图18是为图17提供的C-C的剖面结构示意图；

图19是为本发明实施例四提供的电机结构示意图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例一：

如图2至图7所示，本实施例提供的是一种盘式永磁电机的转子，包括第一转子铁芯1、第二转子铁芯2和若干磁瓦3，第一转子铁芯1包括第一环形圈11和从第一环形圈11外侧凸出的若干周向间隔布置的第一导磁块12,相邻的两块第一导磁块12之间形成第一凹槽13；第二转子铁芯2包括第二环形圈21和从第二环形圈21外侧凸出的若干周向间隔布置的第二导磁块22,相邻的两块第二导磁块22之间形成第二凹槽23；第一转子铁芯1和第二转子铁芯2轴向镶嵌，第一导磁块12嵌入到第二凹槽23中，第二导磁块22嵌入到第一凹槽13中；在第二导磁块22的两侧面221与相邻的两个第一导磁块12之间分别形成左侧磁钢槽4A和右侧磁钢槽4B，第二导磁块22的轴向厚度H1小于第一导磁块12的轴向厚度H2，使第二导磁块22的第一顶面222低于相邻两个第一导磁块12的第二顶面122从而形成顶面磁钢槽4C；每个磁瓦3包括顶部磁钢31以及从顶部磁钢31凸起的左侧磁钢32和右侧磁钢33，顶部磁钢31嵌入到顶面磁钢槽4C里面，左侧磁钢32和右侧磁钢33分别嵌入左侧磁钢槽4A和右侧磁钢槽4B里面。

本技术方案中，磁瓦3包括顶部磁钢31、左侧磁钢32和右侧磁钢33，使转子具有轴向磁场和径向磁场，在轴向磁场和径向磁场的混合作用下增大了磁场密度，实现转子的混合聚磁，从而提高电机的聚磁效果；另外，由于第一转子铁芯1和第二转子铁芯2均的结构变得简单，在组装转子时，转子的组装零件数少，可有效降低转子的制造工艺的难度，提高转子的生产效率。

如图9和图10所示，第一环形圈11与第一导磁块12之间由第一连接筋14连接，第一环形圈11与第一连接筋14的厚度是一样的，第一导磁块12轴向厚度大于第一环形圈11的厚度；第二环形圈21与第二导磁块22之间由第二连接筋24连接，第二环形圈21与第二连接筋24的厚度是一样的，第二导磁块22轴向厚度大于第二环形圈21的厚度；第一环形圈11与第一连接筋14是一体成型且位于顶部，第二环形圈21与第二连接筋24是一体成型且位于底部，第一环形圈11与第二环形圈21相隔一段距离；确保第一转子铁芯1和第二转子铁芯2在安装时不会发生干涉，且第一导磁块12和第二导磁块22可以错位安装，从而使得磁瓦3的磁性不被削弱，保证转子的聚磁效果良好。

如图7所示，磁瓦3的截面形状是“U”形；顶部磁钢31是扇形面板；左侧磁钢32和右侧磁钢33是平板状；在本实施例中，左侧磁钢32和右侧磁钢33垂直于顶部磁钢31。

如图8所示，左侧磁钢32和右侧磁钢33以径向倾斜一定的角度α分别内嵌入左侧磁钢槽4A和右侧磁钢槽4B里面，使磁瓦3形成斜极磁瓦3，从而大幅降低永磁盘式电机转矩脉动，提高电机的工作效率，且能减少电机噪音，提高电机稳定性；在本实施例中，角度α为的所述左侧磁钢32或者右侧磁钢33中心线L与所述转子的径向线L1之间的夹角。

具体地，所述倾斜角α的取值范围在2.5°-7.5°之间，优选地，所述倾斜角α为5°。

第一导磁块12和第二导磁块22为近似扇形块状结构。

如图11和图12所示，所述各磁瓦3的充磁方向均一致，即由内向外充磁或者由外向内充磁；在组装转子时，只要确保每一个磁瓦3的安装方向是一致的即可，不用刻意区分磁瓦3的极性，可避免了由于磁瓦3极性错误导致电机损坏，组装方便。

实施例二：

如图13和图14所示，本实施例是在实施例一的基础上进行改变的，在本实施例中，左侧磁钢32和右侧磁钢33倾斜于顶部磁钢31，左侧磁钢32和右侧磁钢33分别与顶部磁钢31之间形成的夹角可以是钝角或者锐角。

实施例三：

如图15至图18所示，本实施例是在实施例一的基础上进行改良的，在本实施例中，于所述第一导磁块12的顶部、往所述第一导磁块12的两侧分别凸出有第一凸块5，所述第一凸块5的底面抵在所述磁瓦3的顶面上以限制所述磁瓦3的轴向移动；于所述第二导磁块22的内侧端部223和外侧端部224分别向上凸出有第二凸块6，所述磁瓦3位于两个所述第二凸块6之间，两个所述第二凸块6用以限制所述磁瓦3的径向移动，通过第一凸块5和第二凸块6可以直接将磁瓦3固定，不需要采用胶水粘接固定，可简化组装步骤，提高生产效率。

实施例四：

如图19所示，本实施例提供的是一种盘式永磁电机，包括定子组件7和转子组件8，定子组件7和转子组件8之间轴向磁耦合，所述的转子组件8采用实施例一或者实施例二或者实施例三所述的一种盘式永磁电机的转子。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (13)

1.一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：包括第一转子铁芯(1)、第二转子铁芯(2)和若干磁瓦(3)，其中：

所述的第一转子铁芯(1)包括第一环形圈(11)和从第一环形圈(11)外侧凸出的若干周向间隔布置的第一导磁块(12),相邻的两块第一导磁块(12)之间形成第一凹槽(13)；

所述的第二转子铁芯(2)包括第二环形圈(21)和从第二环形圈(21)外侧凸出的若干周向间隔布置的第二导磁块(22),相邻的两块第二导磁块(22)之间形成第二凹槽(23)；

第一转子铁芯(1)和第二转子铁芯(2)轴向镶嵌，第一导磁块(12)嵌入到第二凹槽(23)中，第二导磁块(22)嵌入到第一凹槽(13)中；

在第二导磁块(22)的两侧面(221)与相邻的两个第一导磁块(12)之间分别形成左侧磁钢槽(4A)和右侧磁钢槽(4B)，第二导磁块(22)的轴向厚度H1小于第一导磁块(12)的轴向厚度H2，使第二导磁块(22)的第一顶面(222)低于相邻两个第一导磁块(12)的第二顶面(122)从而形成顶面磁钢槽(4C)；

每个磁瓦(3)包括顶部磁钢(31)以及从顶部磁钢(31)凸起的左侧磁钢(32)和右侧磁钢(33)，顶部磁钢(31)嵌入到顶面磁钢槽(4C)里面，左侧磁钢(32)和右侧磁钢(33)分别嵌入左侧磁钢槽(4A)和右侧磁钢槽(4B)里面。

2.根据权利要求1所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：第一环形圈(11)与第一导磁块(12)之间由第一连接筋(14)连接，第一环形圈(11)与第一连接筋(14)的厚度是一样的，第一导磁块(12)轴向厚度大于第一环形圈(11)的厚度。

3.根据权利要求2所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：第二环形圈(21)与第二导磁块(22)之间由第二连接筋(24)连接，第二环形圈(21)与第二连接筋(24)的厚度是一样的，第二导磁块(22)轴向厚度大于第二环形圈(21)的厚度。

4.根据权利要求3所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：磁瓦(3)的截面形状是“U”形。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：顶部磁钢(31)是扇形面板。

6.根据权利要求5所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：第一导磁块(12)和第二导磁块(22)为扇形块状结构。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：左侧磁钢(32)和右侧磁钢(33)是平板状，以径向倾斜一定的角度α分别内嵌入左侧磁钢槽(4A)和右侧磁钢槽(4B)里面。

8.根据权利要求7所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：所述倾斜角α的取值范围在2.5°-7.5°之间。

9.根据权利要求3所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：第一环形圈(11)与第一连接筋(14)是一体成型且位于顶部，第二环形圈(21)与第二连接筋(24)是一体成型且位于底部，第一环形圈(11)与第二环形圈(21)相隔一段距离。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：左侧磁钢(32)和右侧磁钢(33)垂直于顶部磁钢(31)或者倾斜于顶部磁钢(31)。

11.根据权利要求1或2或3或4所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：于所述第一导磁块(12)的顶部、往所述第一导磁块(12)的两侧分别凸出有第一凸块(5)，所述第一凸块(5)的底面抵在所述顶部磁钢(31)的顶面上以限制所述磁瓦(3)的轴向移动；于所述第二导磁块(22)的内侧端部(223)和外侧端部(224)分别向上凸出有第二凸块(6)，所述顶部磁钢(31)位于两个所述第二凸块(6)之间，两个所述第二凸块(6)用以限制所述磁瓦(3)的径向移动。

12.根据权利要求1或2或3或4所述的一种盘式永磁电机的转子，其特征在于：所述各磁瓦(3)的充磁方向均一致，即由内向外充磁或者由外向内充磁。

13.一种盘式永磁电机，包括定子组件(7)和转子组件(8)，定子组件(7)和转子组件(8)之间轴向磁耦合，其特征在于：所述的转子组件(8)采用权利要求1至12任意一项所述的一种盘式永磁电机的转子。

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