一种转子结构及应用其的电机的制作方法

1.本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种转子结构及应用其的电机。


背景技术：

2.转子设计是高速永磁电机设计的关键；对于高速永磁电机来说，永磁转子的设计要综合考虑电磁和机械两方面的要求，即永磁转子需要为定子绕组提供足够强的旋转磁场，同时永磁转子本身又要能够承受高速旋转产生的巨大离心力。
3.为了满足该要求，高速永磁电机一般为二级，二级电机便于永磁体采用整体结构，以保证永磁转子机械和电磁性能的对称性，同时二级电机定子铁芯磁场和绕组电流的频率较低，有利于减少电机定子的铁耗和铜耗；在这种情况下，永磁体多采用圆柱形实心磁钢结构，虽然这种结构工艺简单，但永磁体利用率低，且转子涡流损耗高，易引发转子过热而导致永磁体退磁。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种转子结构及应用其的电机，通过对永磁体的形状进行限定，提高磁钢利用率，降低转子损耗，进而避免因转子过热而导致永磁体退磁。
5.为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，本发明的实施例提供了一种转子结构，转子结构包括永磁体、护套以及填充层；永磁体的径向截面为椭圆形，护套的径向截面为圆形，护套套设在永磁体上且两者之间形成间隙，填充层位于间隙内。
6.在一些实施例中，填充层采用导热材料制成。
7.在一些实施例中，永磁体与填充层之间采用过盈配合。
8.在一些实施例中，填充层与护套之间采用过盈配合。
9.在一些实施例中，护套为合金护套。
10.在一些实施例中，护套通过热装方式与永磁体配合。
11.在一些实施例中，护套为复合材料护套。
12.在一些实施例中，护套通过冷装方式与永磁体配合，或护套通过缠绕成型方式与永磁体配合。
13.在一些实施例中，永磁体为空心结构，其内设置有轴心。
14.在一些实施例中，填充层独立成型后，粘贴于永磁体的外表面；或填充层与永磁体一体成型。
15.根据本技术的另一个方面，本发明的实施例提供一种电机，电机包括上述的转子结构。
16.与现有技术相比，本发明的转子结构至少具有下列有益效果：
17.永磁体的径向截面为椭圆形，因为气隙磁密与电机反电势的谐波含量有关，椭圆形的永磁体会使得反电势的波形更接近于正弦，减少了反电势中谐波的含量，因此，椭圆形的永磁体有助于改善气隙磁密波形，较传统圆柱形永磁体的磁钢利用率更高、转子损耗更
低，因此可以避免转子涡流损耗高引发簪子过热而导致永磁体退磁；永磁体的径向截面为椭圆形，也就是限定了永磁体长短径差异，通过这种方式削弱了电机谐波含量以及齿槽转矩，使电机气隙磁密和反电势等特征表现出较好的正弦度，可以提升电机的整体性能；另外，护套并没有匹配永磁体的形状，而是采用圆柱形，该形状的护套加工难度低，且容易与永磁体进行配合。
18.另一方面，本发明提供的电机是基于上述转子结构而设计的，其有益效果参见上述转子结构的有益效果，在此，不一一赘述。
19.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
20.图1是本发明的实施例提供的一种转子结构的剖视图；
21.图2是本发明的实施例提供的一种转子结构的另一剖视图；
22.图3是本发明的实施例提供的一种转子结构中永磁体的结构示意图；
23.图4是本发明的实施例提供的一种转子结构中永磁体的另一结构示意图；
24.图5是本发明的实施例提供的一种转子结构的爆炸图；
25.图6是本发明的实施例提供的一种转子结构的另一爆炸图。
26.其中：
27.1、永磁体；2、护套；3、填充层；11、轴心。
具体实施方式
28.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
29.在本发明的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.实施例1
32.本实施例提供一种转子结构，如图1、图2、图5以及图6所示，转子结构包括永磁体1、护套2以及填充层3；永磁体1的径向截面为椭圆形，护套2的径向截面为圆形，护套2套设在永磁体1上且两者之间形成间隙，填充层3位于间隙内。
33.具体地，径向截面为圆形的护套2套设在径向截面为椭圆形的永磁体1上，护套2和永磁体1之间肯定会形成间隙，间隙中设置有填充层3。
34.在本实施例中，永磁体1的径向截面为椭圆形，因为气隙磁密与电机反电势的谐波含量有关，椭圆形的永磁体1会使得反电势的波形更接近于正弦，减少了反电势中谐波的含量，因此，椭圆形的永磁体1有助于改善气隙磁密波形，较传统圆柱形永磁体的磁钢利用率更高、转子损耗更低，因此可以避免转子涡流损耗高引发簪子过热而导致永磁体1退磁。
35.具体地，永磁体1的径向截面为椭圆形，也就是限定了永磁体1长短径差异，通过这种方式削弱了电机谐波含量以及齿槽转矩，使电机气隙磁密和反电势等特征表现出较好的正弦度，可以提升电机的整体性能。
36.具体地，护套2并没有匹配永磁体1的形状，而是采用圆柱形，该形状的护套加工难度低，且容易与永磁体1进行配合。
37.在具体实施例中：
38.填充层3采用导热材料制成。
39.具体地，导热材料为高导热材料，比如，铜、铝等；护套2和永磁体1之间采用高导热材料进行填充，可以将永磁体1的热量迅速通过高导热材料传导至护套2，可有效避免永磁体1的高温退磁。
40.在具体实施例中：
41.永磁体1与填充层3之间采用过盈配合，和/或填充层3与护套2之间采用过盈配合。
42.具体地，在机械安装过程中，有许多零件间需要紧密配合，用以防止连接脱落或传递大的扭矩；具体在本实施例中，为了抵抗抵抗高速离心力对转子结构稳定性的影响，永磁体1与填充层3之间采用过盈配合，和/或填充层3与护套2之间采用过盈配合，过盈量的大小通过结构设计确定。
43.在具体实施例中：
44.护套2可以为不同的材料，同时，不同材料对应的护套2的安装方式也是不同的，具体如下：
45.第一种，护套2为合金护套；比如，钛合金或者镍基合金。
46.当护套2为合金护套时，护套2通过热装方式与永磁体1配合。
47.具体地，热装方式主要用于配合较紧、压装不方便或者容易损坏的零部件，主要利用了热胀冷缩的原理；具体在本实施例中，通过加热的方式使护套2的内径胀大，之后可以比较容易的将护套2套设在永磁体1上，完成套设后，当护套2恢复到室温后，内径的尺寸也就恢复到原有尺寸，通过这种方式达到了护套2和永磁体1配合的效果。
48.另外，热装时的温度，考虑到护套2内壁绝大部分都与高导热材料填充接触，因此热装温度的计算，主要考虑高导热材料填充的材料属性。
49.第二种，护套2为复合材料护套；比如，玻璃纤维或者碳纤维。
50.当护套2为复合材料护套时，护套2通过冷装方式与永磁体1配合，或护套2通过缠绕成型方式与永磁体1配合。
51.具体地，冷装方式需要对待装入基孔内的零件进行冷却，使其外形尺寸收缩，在装配面之间产生装配间隙，以便于零件进行装配；具体在本实施例中，采用液氮等冷空气环境对永磁体1进行冷缩，使其体积变小，之后可以比较容易的将永磁体1置于护套2内，之后，当永磁体1恢复到室温后，其体积也就恢复到原有体积，通过这种方式实现了护套2和永磁体1的紧密装配。
52.缠绕成型方式是将浸过树脂胶液的连续纤维，本实施例具体为玻璃纤维或者碳纤维，按照一定规律缠绕到永磁体1上，然后经过固化、脱模、实现护套2和永磁体1的装配。
53.另外，当护套2为复合材料护套时，如图2、图4和图6所示，永磁体1为空心结构，其内设置有轴心11；当护套2为合金护套时，如图1、图3和图5所示，永磁体1为实心结构。
54.在具体实施例中：
55.永磁体1与填充层3的装配方式有以下两种：
56.第一种，填充层3独立成型后，粘贴于永磁体1的外表面；
57.具体地，先通过模具对高导热材料填充进行独立成型，产生成型的填充层3，而后通过高导热系数环氧树脂胶将其粘至椭圆型的永磁体1的表面，待树脂胶固化后即可完成椭圆型的永磁体1和高导热材料填充的装配。
58.第二种，或填充层3与永磁体1一体成型；
59.具体地，通过模具对椭圆型的永磁体1和高导热材料填充进行一体化成型，待成型后进行脱模，即可完成椭圆型的永磁体1和高导热材料填充的装配。
60.另外，关于径向截面为椭圆形的永磁体1的加工，可以直接采用新模具通过粉末烧结的方式一体成型，也可采用与圆柱型永磁体相同的成型模型，成型后通过进一步机加工形成符合要求的椭圆型永磁体结构。
61.本实施例提供的转子结构，该结构中永磁体的径向截面为椭圆型，有助于改善气隙磁密波形，较传统圆柱型永磁体的磁钢利用率更高、转子损耗更低；但护套仍保持圆柱型结构，较椭圆型护套工艺难度低且更易装配，护套材料既可采用合金也可采用复合材料；另外，护套和永磁体之间采用高导热材料进行填充，将永磁体的热量迅速传导至转子外表面，可有效避免永磁体的高温退磁。
62.实施例2
63.本实施例提供一种电机，电机包括实施例1的转子结构。
64.本实施例提供的电机应用了实施例1中的转子结构，通过对永磁体的形状进行限定，削弱了电机谐波含量以及齿槽转矩，使电机气隙磁密和反电势等特征表现出较好的正弦度，可以提升电机的整体性能。
65.综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。
66.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。