一种高速永磁电机转子

1.本实用新型属于电机制造技术领域，特别是涉及一种高速永磁电机转子。


背景技术：

2.高速永磁电机与其它电机相比，在效率和功率密度方面有着明显优势，在各工业领域得到广泛应用，已成为电机领域的研究热点。然而，高转速带来的一系列问题，使得传统的永磁转子结构形式限制了永磁电机的进一步发展。
3.传统高速永磁电机的转子结构如图1、图2所示，由轴1、转子铁心2、碳纤维护套3、环形永磁体4组成。环形永磁体的气隙磁场正弦性差，含有大量谐波，导致电机产生额外的损耗，降低电机效率。传统高速永磁电机转子的每一极永磁体是整块结构，高转速会使永磁体产生较大的拉应力和涡流损耗，由于永磁体抗拉强度小，这可能会导致永磁体失效。另外，大的涡流损耗会加剧转子温升、降低电机效率，同时低导热系数的碳纤维护套3不利于转子散热，严重时会导致永磁体不可逆的失磁。这种永磁体结构形式限制了永磁电机向更高转速和更大功率方向发展。
4.传统高速永磁电机转子的碳纤维护套是单层结构，采用周向缠绕的方式将碳纤维缠绕在永磁转子表面，这是一种较为简便的方法，可以形成足够大的预紧力以保护永磁体。由于碳纤维护套的各向异性，采用这种方法的碳纤维护套不能承受大的轴向力，因此无法采用过盈装配的方式安装碳纤维护套，在批量生产转子时效率低下。
5.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种高速永磁电机转子，用于解决现有技术中环形永磁体的气隙磁场正弦性差，使得传统高速永磁电机产生较大的转子涡流损耗，降低电机效率，加剧电机温升的问题，以及传统高速永磁电机转子的永磁体受到大的拉应力得不到释放，无法实现高转速稳定运行的问题，以及传统高速永磁电机转子的碳纤维护套无法承受大的轴向力，批量生产转子时效率低下的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种高速永磁电机转子，所述转子包括：
8.转子铁心，所述转子铁心的轴向开设有通孔；
9.轴芯，所述轴芯贯穿于所述通孔，且所述轴芯的两端均伸出所述转子铁心的两端；
10.永磁组件，所述永磁组件包括多个永磁体，多个所述永磁体均设置于所述转子铁心的外表面，且沿所述转子铁心的轴向和周向分段设置；
11.护套，所述护套安装于所述永磁组件的外表面。
12.优选地，所述转子铁心呈长方体状，沿垂直于所述转子铁心轴向的横截面包括外表面和内表面，所述外表面为正方形，所述内表面为圆形，且所述通孔为所述内表面围合而成。
13.优选地，所述轴芯与所述转子铁心过盈配合连接。
14.优选地，所述转子铁心的外表面四周分别设置一极永磁体，每极所述永磁体沿所述外表面的横截面方向平均分为两部分，分别为第一永磁体和第二永磁体，且所述第一永磁体和第二永磁体之间设置有装配空隙。
15.优选地，所述装配空隙的横向间距为0.1～0.5mm。
16.优选地，每极所述永磁体沿所述转子铁心的轴向至少平均分为三个部分。
17.优选地，多个所述永磁体分别通过环氧树脂胶粘贴于所述转子铁心的外表面。
18.优选地，所述护套包括内层护套、中间层护套和外层护套，所述内层护套绕设于所述永磁组件的外表面，且沿所述永磁组件的周向缠绕；所述中间层护套绕设于所述内层护套的外层，且沿靠近所述永磁组件轴向的方向缠绕；所述外层护套绕设于所述中间层护套的外层，且沿所述永磁组件的周向缠绕。
19.优选地，所述内层护套、所述外层护套均沿与所述永磁组件的轴向呈90
°
的方向进行缠绕；所述中间层护套沿与所述永磁组件的轴向呈5
°
～15
°
的方向进行缠绕。
20.优选地，所述护套包括一体成型的内层护套、中间层护套和外层护套，所述护套过盈装配于所述永磁组件的外表面。
21.如上所述，本实用新型的高速永磁电机转子，具有以下有益效果：
22.本实用新型中的高速永磁电机转子可改善气隙磁场的正弦性、有效释放永磁体应力、降低永磁体涡流损耗，护套可承受足够的轴向力，使得转子的效率、稳定性、温升以及制作效率得到提升。
23.本实用新型中永磁组件中的多个永磁体沿转子铁心的周向和轴向分段设置，呈面包型结构，其气隙磁场正弦性更好，可降低磁场谐波，提升高速永磁电机效率；每极永磁体沿转子铁心外表面的四周平均分为两部分，可有效降低永磁体拉应力，提高高速永磁电机转子安全性；每极永磁体沿轴向至少平均分为三个部分，可有效减小永磁体的涡流损耗，降低高速永磁电机转子的温升，提高高速永磁电机的效率和寿命；护套包括内层护套、中间层护套和外层护套，外层护套和内层护套均为周向缠绕，缠绕角度为90
°
，保证足够的预紧力；中间层的缠绕方向靠近轴向，缠绕角度为5
°
～10
°
，保证护套可承受足够大的轴向力，使得护套可通过过盈装配安装于永磁体外表面，这可以提高高速永磁电机转子的制作效率，使其适用于批量生产。
附图说明
24.图1显示为现有技术中传统高速永磁电机转子的主视结构示意图。
25.图2显示为现有技术中传统高速永磁电机转子的侧视结构示意图。
26.图3显示为本实用新型中高速永磁电机转子的主视结构示意图。
27.图4显示为本实用新型中高速永磁电机转子的侧视结构示意图。
28.图5显示为本实用新型中内层护套绕设于永磁组件外表面的绕设方向的结构示意图。
29.图6显示为本实用新型中中间层护套绕设于永磁组件外表面的绕设方向的结构示意图。
30.图7显示为本实用新型中外层护套绕设于永磁组件外表面的绕设方向的结构示意
图。
31.元件标号说明
[0032]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
轴
[0033]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转子铁心
[0034]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
碳纤维护套
[0035]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
环形永磁体
[0036]
100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
轴芯
[0037]
200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转子铁心
[0038]
300
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
护套
[0039]
301
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
内层护套
[0040]
302
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
中间层护套
[0041]
303
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
外层护套
[0042]
400
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
永磁组件
[0043]
401
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
永磁体
[0044]
4011
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一永磁体
[0045]
4012
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二永磁体
具体实施方式
[0046]
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0047]
请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0048]
本实用新型中的高速永磁电机转子可改善气隙磁场的正弦性、有效释放永磁体应力、降低永磁体涡流损耗，护套可承受足够的轴向力，使得转子的效率、稳定性、温升以及制作效率得到提升；本实用新型中永磁组件中的多个永磁体沿转子铁心的周向和轴向分段设置，呈面包型结构，其气隙磁场正弦性更好，可降低磁场谐波，提升高速永磁电机效率；每极永磁体沿转子铁心外表面的四周平均分为两部分，可有效降低永磁体拉应力，提高高速永磁电机转子安全性；每极永磁体沿轴向至少平均分为三个部分，可有效减小永磁体的涡流损耗，降低高速永磁电机转子的温升，提高高速永磁电机的效率和寿命；护套包括内层护套、中间层护套和外层护套，外层护套和内层护套均为周向缠绕，缠绕角度为90
°
，保证足够的预紧力；中间层的缠绕方向靠近轴向，缠绕角度为5
°
～10
°
，保证护套可承受足够大的轴向力，使得护套可通过过盈装配安装于永磁体外表面，这可以提高高速永磁电机转子的制作效率，使其适用于批量生产。
[0049]
实施例1
[0050]
本实施例提供一种高速永磁电机转子，其特征在于，转子包括：转子铁心200、轴芯100、永磁组件400和护套300，转子铁心200的轴向开设有通孔；轴芯100贯穿于通孔，且轴芯100的两端均伸出转子铁心200的两端；永磁组件400包括多个永磁体401，多个永磁体401均设置于转子铁心200的外表面，且沿转子铁心200的轴向和周向分段设置；护套300安装于永磁组件400的外表面。
[0051]
作为示例，转子铁心200呈长方体状，沿垂直于转子铁心200轴向的横截面包括外表面和内表面，外表面为正方形，内表面为圆形，且通孔为内表面围合而成。
[0052]
具体的，参阅图3所示，通孔设置于转子铁心200的中心轴上。
[0053]
作为示例，轴芯100与转子铁心200过盈配合连接。
[0054]
具体的，轴芯100与转子铁心200通过过盈配合来传递扭矩，过盈配合是利用材料的弹性使孔扩大、变形而套在轴上，当孔复原时产生对轴的箍紧力，使两个部件之间连接；但在本实施例中关于轴芯100是如何装配到转子铁心的通孔中，在此不做过分限制，在实际使用中能够满足需要即可。
[0055]
作为示例，转子铁心200的外表面四周分别设置一极永磁体401，每极永磁体401沿外表面的横截面方向平均分为两部分，分别为第一永磁体4011和第二永磁体4012，且第一永磁体4011和第二永磁体4012之间设置有装配空隙。
[0056]
具体的，参阅图4，转子铁心的外表面呈正方形，沿外表面的周向，在每个面上均设置一个永磁体401，每极永磁体401平均分为两部分，两者之间的装配间隙可有效降低永磁体401的拉应力，提高高速永磁电机转子的安全性。
[0057]
作为示例，装配空隙的横向间距为0.1～0.5mm。
[0058]
具体的，装配空隙的横向间距对永磁体401应力释放有很大的影响，在本实施例中，装配空隙的横向间距可以为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm等任何范围内的数值，具体可根据需要进行调节。
[0059]
作为示例，每极永磁体401沿转子铁心200的轴向至少平均分为三个部分。
[0060]
具体的，沿转子铁心200的轴向，每极永磁体401可以平均分为三个、四个、五个等部分，但关于将每极永磁体平均分开设置的数量，在此不做过分限制，需要根据实际进行调节，在本实用新型中，优选为每极永磁体401平均分为三个部分，可有效减小永磁体401的涡流损耗，降低高速永磁电机转子的温升，提高高速永磁电机的效率和寿命。
[0061]
作为示例，多个永磁体401分别通过环氧树脂胶粘贴于转子铁心200的外表面。
[0062]
具体的，永磁体401自身具有磁性，一方面通过磁性吸附于转子铁心200的外表面，另一方面，为了保证永磁体401在转子铁心上的牢固性，需要采用环氧树脂胶将其粘附于转子铁心200的外表面，具体的，本实用新型中所采用的环氧树脂胶，在此不做过分限制。
[0063]
作为示例，护套300包括内层护套301、中间层护套302和外层护套303，内层护套301绕设于永磁组件400的外表面，且沿永磁组件400的周向缠绕；中间层护套302绕设于内层护套301的外层，且沿靠近永磁组件400轴向的方向缠绕；外层护套303绕设于中间层护套302的外层，且沿永磁组件400的周向缠绕。
[0064]
优选地，护套300为碳纤维护套300，本实施例中的护套300采用三层结构，通过不同的缠绕方式，在形成足够大的预紧力以保护永磁组件400的同时，还能够承受大的轴向
力。
[0065]
作为示例，内层护套301、外层护套303均沿与永磁组件400的轴向呈90
°
的方向进行缠绕；中间层护套302沿与永磁组件400的轴向呈5
°
～15
°
的方向进行缠绕。
[0066]
具体的，参阅图5～7，内层护套301、外层护套303均为周向缠绕，保证足够的预紧力，中间层护套302的缠绕方向与永磁组件400的周向之间的角度为5
°
～15
°
，具体的可以为5
°
、7
°
、9
°
、11
°
、13
°
、15
°
等范围内的数值，如此缠绕可以保证护套300能够承受足够大的轴向力。
[0067]
实施例2
[0068]
本实施例提供一种高速永磁电机转子，该转子与实施例1的不同在于：本实施例中的护套300包括一体成型的内层护套301、中间层护套302和外层护套303，一体成型的护套300过盈装配于永磁组件400的外表面；其他结构同实施例1中的相同，在此不再赘述。
[0069]
具体的，本实施例中的护套300优选为碳纤维护套300，内层护套301、外层护套303的碳纤维的缠绕方向为沿永磁组件400的周向缠绕，中间层护套302设置于内层护套301与外层护套303之间，中间层护套302的缠绕方向与永磁组件400的轴向呈5
°
～15
°
，比如5
°
、7
°
、9
°
、11
°
、13
°
、15
°
等的方向进行缠绕；本实施例中的护套300一体成型之后，可通过过盈装配安装于永磁组件400的外表面，从而大大提高了高速永磁电机转子的制作效率，使其适用于批量生产。
[0070]
综上所述，本实用新型中的高速永磁电机转子可改善气隙磁场的正弦性、有效释放永磁体应力、降低永磁体涡流损耗，护套可承受足够的轴向力，使得转子的效率、稳定性、温升以及制作效率得到提升；本实用新型中永磁组件中的多个永磁体沿转子铁心的周向和轴向分段设置，呈面包型结构，其气隙磁场正弦性更好，可降低磁场谐波，提升高速永磁电机效率；每极永磁体沿转子铁心外表面的四周平均分为两部分，可有效降低永磁体拉应力，提高高速永磁电机转子安全性；沿轴向至少平均分为三个部分，可有效减小永磁体的涡流损耗，降低高速永磁电机转子的温升，提高高速永磁电机的效率和寿命；护套包括内层护套、中间层护套和外层护套，外层护套和内层护套均为周向缠绕，缠绕角度为90
°
，保证足够的预紧力；中间层的缠绕方向靠近轴向，缠绕角度为5
°
～10
°
，保证护套可承受足够大的轴向力，使得护套可通过过盈装配安装于永磁体外表面，这可以提高高速永磁电机转子的制作效率，使其适用于批量生产。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0071]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。