一种组合式永磁转子制造技术

一种组合式永磁无刷电机转子，包括矩形的磁钢片、扇形的极铁芯、三角形的轭铁芯、转子毂和锁紧销。其特征在于磁钢片同极相向地嵌合在扇形极铁芯的两边构成一个磁极，若干对N磁极和S磁极交替与轭铁芯相连，如此多对磁极和轭部铁芯依次串联组合成环形结构，扇形极铁芯的榫头与转子毂的榫槽紧密扣合，轭铁芯置于N磁极和S磁极之间的三角形空间内，在轭铁芯和转子毂之间加入楔形结构消除全部装配间隙，上述零件被锁固成为整体；这种组合转子坚固耐用，既具有永磁体内置的优点，能在气隙获得较高的正弦慈密；又使磁钢片南北极间没有磁桥联通，漏磁通损失少，并且节省材料，容易制造，适合用于制造比功率大的高效节能电机。

【技术实现步骤摘要】
一种组合式永磁转子
本专利技术属于电机
，尤其是永磁无刷电机转子的设计与制造。
技术介绍
近年来，永磁无刷电机的应用日益广泛，技术不断进步，为了提高比功率，电机设计趋于高速化，转子的设计逐步由磁钢表贴式、嵌入式、转为内嵌式IPM结构。尤其是电动汽车用PMSM驱动电机，为了形成高磁密的气隙磁场，内置由多片磁钢组合成磁极嵌入转子铁芯的设计成为主流,如宝马i3的驱动电机“二字形”横置2层内嵌磁钢片磁极结构以及丰田Prius-Ⅲ代“V”形对称斜置2片内嵌磁极结构。最近公开的丰田Prius-Ⅳ新一代混合动力主驱电机进一步采用“深V形”2片形对称斜置加1片中间横置组成的3片磁极的设计（图1）。虽然其中细节还包含了丰田工程师的专业精神，但总体上这种“V”形排列及变化形式，是早已被设计人员熟知的方案，进一步研究发现仍有不足之处。但是，迄今为止的设计中，这种磁片对称斜置的转子叠片，都是整体的环形圆片，这种圆片转子存在如下缺点：1、转子磁路上必然存在磁极部和磁轭部，为了使铁芯各部分磁极部和磁轭部连接起来成为一体，磁钢片南北极间不可避免的形成磁桥（10），但磁桥会在磁钢片南北极间构成磁路，考虑到结构强度，磁桥截面不能太小，由于铁芯材料磁导率很高，磁阻有限，因此不可避免会产生较大短路磁通，降低了磁钢片的使用效果，磁通损失达10%～20%；例如极弧长度为31.4，气隙磁密为0.9T，每集有3个1mm宽的磁桥，磁桥饱和漏磁密为2T，则磁通损失为（3×1×2）/（31.4×0.9）=21.2%；2、圆形冲片使材料利用率非常低。因此，有必要提出一种新的设计以克服存在的缺点。更好满足电机运行平稳、高速高效、结构可靠、材料节省、制造容易的要求。
技术实现思路
一种组合式永磁转子，至少包括磁钢片和铁芯极部、铁芯轭部、转子毂；其特征在于铁芯的极部和轭部在组合之前是互相分离的零件，称为极铁芯（2）和轭铁芯（3），极铁芯的数量等于轭铁芯的数量等于极数（2p），磁钢片同极相向地嵌合在扇形的极铁芯的两边构成磁极，若干对N磁极和S磁极交替与轭铁芯相连，依次串联组合成环形结构；扇形的极铁芯（2）的榫头（5）与转子毂（4）的榫槽（6）紧密扣合，轭铁芯（3）置于N磁极和S磁极之间的三角形空间内，在轭铁芯（3）和转子毂（4）之间加入楔形构件消除全部装配间隙，从而使上述零件被锁固成为整体，整个转子利用古老的榫铆结构和锲形结构牢固的锁固而成。所述极铁芯（2）由扇形硅钢冲片叠扣而成，扇形的极铁芯圆弧面向定子形成气隙；极铁芯上还有对称斜置的两个长方形槽（2.2），斜槽之间相对成45°~150°夹角，主磁钢片（1）镶嵌其中，同极相向，构成一个磁极，极铁芯近似成扇形，弧长略占一个极距；极铁芯扇面上可以设置更多较小的长方形孔，用于镶嵌更多的磁钢片以形成需要的气隙磁场；极铁芯扇形柄部设置为榫头（5），榫头（5）和转子毂（4）上的梯形榫槽（6）榫合连接，榫头中间有孔，插入钢销可消除榫合间隙。所述轭铁芯（3）为近似等边三角柱形，三角形顶端朝向气隙，其夹角等于长方形斜槽夹角与极距角之差，使两面（3.1）可与长方形斜槽内磁钢片（1）紧密贴合，轭铁芯底面与转子毂（4）外表面配合。轭铁芯可用硅钢片叠成，也可用铁基软磁复合材料（SMC）采用粉末冶金工艺制作。所述楔形构件为弹性骑缝销，在轭铁芯与转子毂的配合面，各具若干半圆槽并且位置对齐，在槽中锲入直径适合的弹簧销（7），可使轭铁芯（3）将磁钢片（1）压紧在极铁芯长方形斜槽（2.2）中。所述转子毂（4）内圆周两边与端板（9）相连，短板（9）又与电机轴（8）相连，转子毂（4）外圆周面上设置有2p个梯形榫槽（6），用于接纳极铁芯榫合；转子毂使用非导磁材料制成。使用铝合金，散热好，导热不导磁。所述端盖用于将转子毂定位并连接到电机轴，端板上有通风孔道（11），边沿制作有叶片（12），转子旋转时可驱动流体循环，有助于转移磁钢片和转子铁芯热量，降低磁钢片温度，防止退磁。使用本专利技术的转子设计的优势如下：第一、主磁钢片位于极铁芯和轭铁芯之间，极和轭之间互不相连，磁钢片南北极之间磁路为空气，漏磁通可忽略不计，磁通全部经过极靴到达气隙然后进入定子磁路，磁铁能量获得充分利用，产生同样磁通可减少稀土磁铁用量；第二、转子各部分通过榫铆结构连接和楔形构造自锁组合而成，榫合部位应力截面数倍于普通铁芯磁桥，因而能够承受更高转速所产生的离心力，换言之同样转速同样材料所产生的应变更小，提高了产品的可靠性；第三、转子毂和端板的设计减少了铁芯的重量，由于铝合金有良好的热传导特性，磁片和转子的热量容易通过转子毂、端板、叶片传出，可降低磁钢片的温度；铝合金容易加工，使用挤压成形，生产效率高，装配精度可满足需要；第四、铁芯冲片加工变得更经济合理。可使用压力更小、速度更高的压力机提高生产效率，模具更小制作更容易，材料利用率更高，成本更低。附图说明图1现有技术之普通圆形冲片叠成的永磁转子，标号10所指为磁桥。图2本专利组合式永磁转子实施例附图。图3本专利组合式转子剖视图。图4极铁芯3D图。图5轭铁芯3D图。上述附图中标号分别是：1主磁钢片，1.1小磁钢片，2极铁芯，3轭铁芯，3.1斜面，3.2半圆槽，4转子毂，5榫头，6榫槽，7弹簧销，8转子轴，9端板，10磁桥，11孔道，12叶片。优选实施例现以8极永磁转子为例进一步对本专利进行说明。一种组合式永磁转子，包括8组磁极、8个轭铁芯、1副转子毂以及转子轴和端板。8组磁极中，有4个南极组和4个北极组，交替沿转子毂排列装配。所述8组磁极，每组包含极铁芯（2）和2片主磁钢片（1）和1片小磁钢片（1.1）；极铁芯中间有长方形孔（2.1）镶嵌磁钢片（1.1）；两边有长方形槽（2.2），镶嵌主磁钢片（1），2片主磁钢片贴入槽底的极性相同。极铁芯（2）近似为扇形，扇形弧面经过修形，优化气隙磁场，减少谐波。扇形柄部设置为梯形榫头（5），形状和转子毂（4）上的梯形榫槽（6）相同，榫头中间有孔，榫合插入钢销可消除配合间隙。作为连接磁极的轭铁芯（3）近似为等腰三角形，两斜面（3.1）夹角为108°。一面与磁钢片N极相连，另一面同磁钢片S极相连，轭铁芯底边为弧形，圆弧半径与转子毂（4）半径相同，中间有半圆槽（3.2）可与转子毂上的半圆槽（4.2）位置对齐合成圆形孔。极铁芯、磁钢片、轭铁芯依托转子毂组装成形，然后锲入弹簧销（7）即可形成紧密连接。两边端板（9）用于连接转子毂（4）和电机轴（8），可用自动化工艺完成转子装配。整个转子是利用古老的榫铆结构和锲形结构牢固的锁固在一起的，榫头应力截面远大于现有技术磁桥截面之和，抗拉强度足以承受转子比现有技术以更高速旋转。本例转子直径为84mm，转子毂为铝合金，转速10000转/分时榫头应变小于0.02mm，控制在弹簧销作用范围之内。由于磁钢片的磁通不能进入转子毂，不存在漏磁。磁通只能经由磁钢片N极发出→转子N极铁芯→气隙→进入定子铁芯齿部→经过轭部→定子铁芯S极齿部→S气隙→转子S极铁芯→磁钢片S极→磁钢片N极→转子轭铁芯→回到磁钢片的S极。转子毂和端板的使用由铝合金制成，减轻了转子重量。由于铝合金有良好的热传导特性，可降低磁钢片的温度；铝合金容易加工，本例使用铝合金挤压成形，生产效率高，装配精度可满足需要。端盖用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合式永磁转子，至少包括磁钢片和铁芯极部、铁芯轭部、转子毂；其特征在于铁芯的极部和轭部在组合之前是互相分离的零件，称为极铁芯（2）和轭铁芯（3），极铁芯的数量等于轭铁芯的数量等于极数（2p），磁钢片同极相向地嵌合在扇形的极铁芯的两边构成磁极，若干对N磁极和S磁极交替与轭铁芯相连，依次串联组合成环形结构；扇形的极铁芯（2）的榫头（5）与转子毂（4）的榫槽（6）紧密扣合，轭铁芯（3）置于N磁极和S磁极之间的三角形空间内，在轭铁芯（3）和转子毂（4）之间加入楔形构件消除全部装配间隙，从而使上述零件被锁固成为整体，整个转子利用古老的榫铆结构和楔形结构牢固的锁固而成。

【技术特征摘要】
1.一种组合式永磁转子，至少包括磁钢片和铁芯极部、铁芯轭部、转子毂；其特征在于铁芯的极部和轭部在组合之前是互相分离的零件，称为极铁芯（2）和轭铁芯（3），极铁芯的数量等于轭铁芯的数量等于极数（2p），磁钢片同极相向地嵌合在扇形的极铁芯的两边构成磁极，若干对N磁极和S磁极交替与轭铁芯相连，依次串联组合成环形结构；扇形的极铁芯（2）的榫头（5）与转子毂（4）的榫槽（6）紧密扣合，轭铁芯（3）置于N磁极和S磁极之间的三角形空间内，在轭铁芯（3）和转子毂（4）之间加入楔形构件消除全部装配间隙，从而使上述零件被锁固成为整体，整个转子利用古老的榫铆结构和楔形结构牢固的锁固而成。2.如利要求1所述一种组合式永磁转子，所述极铁芯（2）由扇形硅钢冲片叠扣而成，扇形的极铁芯圆弧面向定子形成气隙；极铁芯上还有对称斜置的两个长方形槽（2.2），斜槽之间相对成45°~150°夹角，主磁钢片（1）镶嵌其中，同极相向，构成一个磁极，极铁芯近似成扇形，弧长略占一个极距；极铁芯扇...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世国，向芯缘，吕正涛，肖宏浩，
申请(专利权)人：杨世国，重庆西伟迪磁电动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50