内嵌式磁钢固定装置、转子及永磁电机的制作方法

1.本公开涉及永磁电机技术领域，更具体地，涉及用于固定永磁电机磁钢的内嵌式固定装置、具有该固定装置的模块化转子以及一种具有该转子的永磁电机。


背景技术：

2.随着碳排放的日益严重和绿色经济的发展，永磁同步电机因其高效率，在工业和生活中的应用越来越广泛。对于内转子永磁同步电机，其转子上安装有磁钢。磁钢的安装方式基本分为表贴式安装和内嵌式安装。在内嵌式地安装磁钢时，永磁同步电机因其磁钢用量少、弱磁能力强、抗退磁能力强，应用越来越广。
3.磁钢在电机转子上是否可靠固定，直接影响电机的安全运行和可靠输出。现有技术中，对于内嵌式地安装磁钢的永磁电机转子，磁钢与容纳有磁钢的磁钢槽之间存在安装工艺间隙。为防止磁钢在磁钢槽中的微小移动，通常采用胶水或注塑工艺对磁钢进行固定。这种方式需要使用具有危害性的化学品，并且胶水是否填充饱满很难检测。此外，对于尺寸较大和铁心较长的一体转子铁心，磁钢(尤其是预充磁磁钢)的装配难度大、效率低，而且很难检测铁心内部的磁钢是否固定可靠。


技术实现要素：

4.本公开的目的在于，提出一种用于固定永磁电机磁钢的内嵌式固定装置、一种具有该固定装置的模块化转子及一种具有该转子的永磁电机。
5.为实现上述目的，本公开的用于固定永磁电机磁钢的内嵌式固定装置包括：凹槽，其设置在永磁电机的转子铁心单元的磁钢槽的一侧的内壁上并且与磁钢槽连通，磁钢槽被配置为容纳永磁电机的磁钢；空腔，其设置在磁钢槽的两端并且与磁钢槽连通；第一固定件，其设置在凹槽中，以使磁钢横向于磁钢槽抵接磁钢槽的侧壁；以及第二固定件，其设置在空腔中，以使磁钢沿磁钢槽的纵向抵接磁钢槽的端部。转子铁心单元、磁钢、固定装置共同构成模块化转子单元，模块化转子以模块化转子单元为主构成。
6.通过采用根据本公开的上述用于永磁电机磁钢的内嵌式固定装置，实现了磁钢装配效率高、固定可靠的优点，降低了尤其是预充磁的磁钢的安装难度，同时，磁钢的免胶固定方式可减少化学品的使用。此外，转子单元模块化，在保证每块磁钢可靠固定的前提下，转子长度的灵活配置可减少同类型电机物料数量，降低综合成本。
7.在本公开的一种实施方式中，在与磁钢槽的垂直的方向上，磁钢槽的宽度大于磁钢的宽度。由此在磁钢与磁钢槽之间留有间隙，便于将磁钢安装在相应的磁钢槽中。
8.在本公开的一种实施方式中，凹槽在靠近转子铁心单元的外缘的一侧设置在磁钢槽的内壁上。转子在工作中会产生离心力，这种离心力倾向于将磁钢从磁钢槽中甩出。通过将凹槽布置在靠近转子铁心单元的外缘的一侧，使得安装在凹槽中的第一固定件对磁钢产生与离心力朝向相反的固定力，从而可以有针对性地消除这种离心力的影响，进而保证对磁钢的可靠固定。
9.在本公开的一种实施方式中，固定装置在磁钢槽的内壁上包括一个或多个凹槽。由此可以根据磁钢的长度，灵活地设置凹槽的数量，在保证可靠地固定磁钢的情况下，尽量减小对转子铁心单元的结构强度的影响。
10.在本公开的一种实施方式中，第二固定件被设置在远离转子铁心单元的外缘一侧的空腔中。磁钢槽的未安装第二固定件的一端相距转子铁心单元的外缘的距离通常比较短，通过将第二固定件设置在远离转子铁心单元的外缘一侧的空腔中，可以在保证可靠地固定磁钢的情况下，减小对转子铁心单元的结构稳固性的影响。
11.在本公开的一种实施方式中，第一固定件和第二固定件具有弹性并且不导磁。由于第一固定件和第二固定件具有弹性，它们可以容易地分别插入到凹槽和空腔中，并且对固定在磁钢槽中的磁钢产生弹性的顶压力，便于对磁钢的可靠固定。另外，第一固定件和第二固定件不导磁，起到了隔磁的作用，起到防止漏磁的效果。
12.在本公开的一种实施方式中，第一固定件和第二固定件的横截面形状为开口的c形。换句话说，二者的横截面并非闭合的环形。以这种方式，在根本上避免了在第一和第二固定件内有可能产生的闭合的环电流，进一步防止了可能的电磁作用对磁钢性能的不良影响。
13.在本公开的一种实施方式中，第一固定件在压缩状态下的外接圆直径不大于凹槽的内接圆直径，以在压缩状态下被抵接在凹槽内；并且，第二固定件在压缩状态下的外接圆直径不大于空腔的内接圆直径，以在压缩状态下被抵接在空腔内。于是，在将第一和第二固定件分别插入凹槽和空腔中时，可以对安装在磁钢槽中的磁钢产生预紧力，实现将磁钢稳固地顶压在磁钢槽中。
14.在本公开的一种实施方式中，第一固定件和第二固定件的长度不大于转子铁心单元的厚度。这样可以充分地固定磁钢，而不破坏转子铁心单元的结构，保证其作为一个单元的整体完整性，便于转子单元的模块化安装。
15.根据另一方面，本公开还涉及一种用于永磁电机的转子，其具有如上所述的用于磁钢的内嵌式固定装置。在本公开的一种实施方式中，转子包括多个磁钢槽，其中多个磁钢槽中的相邻两个磁钢槽呈v形排列。通过这种方式，可以增大在转子铁心单元侧面上的单位面积的磁钢槽数量，进而增加安装于磁钢槽中的相应的磁钢数量，从而增大了转子的输出扭矩。
16.在本公开的一种实施方式中，转子为模块化结构。磁钢、转子铁心单元和固定装置构成模块化转子单元，由模块化转子单元构成模块化转子；模块化转子单元的数量可根据电机扭矩大小进行配置。
17.根据又一方面，本公开还涉及一种永磁电机，其具有如上所述的转子。
18.前面针对用于永磁电机磁钢的固定装置所述的各方面和优点，相应地也适用于根据本公开的用于永磁电机的模块化转子和永磁电机，本公开在此不予赘述。
附图说明
19.下面参照附图详细介绍本公开的其他优点和设计，其中：
20.图1是永磁电机的采用本公开的固定装置的模块化转子的整体立体图；
21.图2是在根据图1的转子的铁心单元侧面上的磁钢、磁钢槽、凹槽和空腔的布局图；
22.图3是根据图1的采用本公开的固定装置的转子单元的立体图；以及
23.图4是根据本公开的固定装置的固定件的弹力示意图。
具体实施方式
24.除非另外指明，否则不同附图中的对应数字和符号通常指代对应区域。附图是为了清楚地说明实施例的相关方面而绘制的，并且不必按比例绘制。在附图中画出的特征的边缘不一定表示特征范围的终止。
25.在随后的描述中，示出了各种具体细节，以便提供对根据该描述的实施例的各种示例的深入理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或者利用其他方法、组件、材料等来获得实施例。在其他情况下，没有详细示出或描述已知的结构、材料或操作，从而不会模糊实施例的各个方面。
26.在本说明书的框架中对“一实施例”或“一个实施方式”的引用旨在指示关于该实施例描述的特定配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，可以出现在本说明书的各个方面中的诸如“在实施例中”，“在一个实施例中”等的短语不一定确切地指代同一实施例。此外，特定的配置、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式组合。
27.这里使用的标题/附图标记仅仅是为了方便阅读而提供的，因此不限定保护范围或实施例的范围。相同或类似的元件使用相同的附图标记来标识。
28.至少为了克服现有方案中的不足，本公开的实施例提出了一种永磁电机磁钢的内嵌式固定装置，充分利用了容纳磁钢的磁钢槽周围的空间，通过设置固定件，从不同方向上对磁钢加以固定，使其被牢固地设置在磁钢槽中。这种方式成本较低且固定可靠，同时还可以减少化学品的使用。
29.下面结合图1至图4来详细描述根据本公开的示例性实施例。首先参照图1，其示出了永磁电机的采用本公开的固定装置100的模块化转子200的整体立体图。该转子200包括轴1、两个转子端板2和若干转子单元3，转子端板2和转子单元3套装在轴1上并且压靠在一起，也就是说，轴1将转子端板2和各个转子单元3串接在一起，其中，各个转子单元3位于两个转子端板2之间并采用模块化设计，转子单元3的数量可根据电机功率大小进行灵活配置，通常为1～15个。当然，根据不同的设计需求，还可以设置更多数目的转子单元3。每个转子单元3由转子铁心单元4、磁钢8、磁钢槽5和用于磁钢8的固定装置100组成。在本公开中，磁钢8采用内嵌式方式安装在转子铁心单元4的侧面中。为此，参见图1和图3，在转子铁心单元4的侧面上开设出磁钢槽5，将磁钢8完全嵌入到磁钢槽5中。优选地，每个磁钢槽5内只安装一个磁钢8。多个磁钢槽5可以采用任何合适的形式布置，比如布置成“一”字形。但在本公开中，多个磁钢槽5中相邻两个磁钢槽优选地呈v形排列，这样可以增大在转子铁心单元4的侧面上的单位面积的磁钢槽5的数量，进而增加安装于磁钢槽5中的相应的磁钢8的数量，从而增大了转子200的输出扭矩。另外，磁钢8的轴向长度优选与转子铁心单元4的厚度基本相等。在这里，磁钢8的厚度与磁钢槽5的深度基本相等，使得磁钢8的外侧面与转子铁心单元4的侧面基本齐平，从而便于各个转子单元3彼此紧密地贴靠在一起。另外，在与磁钢槽5的纵向垂直的横向方向上，磁钢槽5的宽度大于(优选略大于)磁钢8的宽度，以便于将磁钢8嵌入到磁钢槽5中，但另一方面，这使得磁钢8与磁钢槽5的侧壁及端部之间存在安装间隙。由于该安装间隙，磁钢8会在磁钢槽5中微小移动或晃动。本公开的实施例提出了一种固定装置
100，用来防止在电机工作中磁钢8在磁钢槽5中的微小晃动。
30.参见图2和图3，本公开的固定装置100包括凹槽6、空腔7、设置在凹槽6中的第一固定件9和设置在空腔7中的第二固定件10。凹槽6设置在磁钢槽5的一侧的内壁上并且与磁钢槽5连通。但凹槽6也可以设置在磁钢槽5的两侧。在本公开中优选地规定，凹槽6在靠近转子铁心单元4的外缘的一侧设置在磁钢槽5的内壁上，即布置在远离轴1的一侧。如此布置的原因是，转子200在工作中会产生离心力，这种离心力倾向于将磁钢8从磁钢槽5中甩出。通过将凹槽6布置在靠近转子铁心单元4的外缘的一侧，即布置在远离轴1的一侧，使得安装在凹槽6中的第一固定件9对磁钢8产生与离心力朝向相反的固定力，从而可以有针对性地减轻或消除这种离心力的影响，进而保证对磁钢8的可靠固定。在凹槽6中设置第一固定件9，以使磁钢8横向于磁钢槽5抵接磁钢槽5的侧壁，从而将磁钢8横向地固定。在这里，凹槽6的沿轴1纵向的深度优选基本上等于第一固定件9的长度。第一固定件9在完全插入到凹槽6中之后，第一固定件9的外端部不突出于转子铁心单元4的侧面，优选与该侧面齐平，但不低于磁钢8的内侧面。
31.在本公开的一种实施方式中，固定装置在磁钢槽5的内壁上可以包括一个或多个凹槽6。在磁钢8较短时，在磁钢槽5的内壁上设置有1个凹槽6通常就够了。对于较长的磁钢8，例如可以在磁钢槽5的内壁上设置2个凹槽6，但也可以设置更多的凹槽6，具体数量根据磁钢槽5的长度和成本而定，这些凹槽6优选等间隔地布置。于是可以在保证可靠地固定磁钢8的情况下，尽量减小对转子铁心单元4的结构强度的影响。
32.在本公开的一种实施方式中，空腔7设置在磁钢槽5的两端并且与磁钢槽5连通。参见图2，空腔7优选是隔磁空腔，其具有根据电机磁路特殊设计的形状，一般是以三角形为基础的不规则形状，用于隔绝因电机工作中的电磁作用而在磁钢中产生的磁力。通过在磁钢槽5的两端设置空腔7，可以阻断在相邻的磁钢端部中产生的磁力，便于磁钢的安装和固定。在空腔7中设置第二固定件10，以使磁钢8沿磁钢槽5的纵向抵接磁钢槽5的端部，从而将磁钢8纵向地固定。在这里，空腔7的沿轴1纵向的深度优选基本上等于第二固定件10的长度。第二固定件10在完全插入到空腔7中之后，第二固定件10的外端部不突出于转子铁心单元4的侧面，优选与该侧面齐平，但不低于磁钢8的内侧面。第一固定件9和第二固定件10可以相同，也可以不同，进一步地，二者的长度可以相同，也可以不同。
33.在本公开的一种实施方式中，第二固定件10优选被设置在远离转子铁心单元4的外缘一侧的空腔7中，即布置在靠近轴1的一侧。磁钢槽5的未安装第二固定件10的一端相距转子铁心单元4的外缘的距离通常比较短，通过在远离转子铁心单元4的外缘的一侧，即在靠近轴1的一侧，将第二固定件10设置在空腔7中，可以在保证可靠地固定磁钢8的情况下，减小对转子铁心单元4的结构稳固性的影响。
34.在本公开的一种实施方式中，第一固定件9和第二固定件10具有弹性，并且不导磁，比如是磁绝缘的材料，如不导磁的金属。由于第一固定件9和第二固定件10具有弹性，它们可以容易地分别插入到凹槽6和空腔7中，并且对固定在磁钢槽5中的磁钢8产生弹性的顶压力，便于对磁钢8的可靠固定。具体而言，参见图4，弹性的第一固定件9对磁钢8产生横向于磁钢8的顶压力f1，弹性的第二固定件10对磁钢8产生沿磁钢8的纵向的顶压力f2，这两个顶压力f1和f2分别在基本垂直的方向上将磁钢8紧紧地顶压到磁钢槽5的侧壁和端部上，从而实现将磁钢8稳固地固定在磁钢槽5中。另外，第一固定件9和第二固定件10不导磁，由此
阻隔磁钢8内的磁力，这样可以起到隔磁效果，防止磁短路。优选地，第一固定件9和第二固定件10也不导电，这样可以在根本上阻隔可能的电磁作用，进一步减小因所述磁力造成的对磁钢8的磁路的不利影响。
35.在本公开的一种实施方式中，第一固定件9和第二固定件10的横截面形状为开口的c形。由于二者的横截面形状为开口的c形，所以横截面形状并非闭合的环形，因而在根本上避免了在第一固定件9和第二固定件10内有可能产生的闭合的环电流，进一步防止了可能的电磁作用对磁钢8的磁性能的不良影响。需要说明，在将第一固定件9和第二固定件10分别插入到凹槽6和空腔7中时，虽然第一固定件9和第二固定件10因具有弹性而变形，确切地说变细，但第一固定件9和第二固定件10的c形横截面的开口足够大，从而即使在变细后，该开口并不会闭合，而是仍足以保证避免在第一固定件9和第二固定件10内有可能产生的闭合的环电流。
36.在本公开的一种实施方式中，第一固定件9在未被压缩状态下的外接圆直径大于凹槽6的内接圆直径，第一固定件9在插入凹槽6中时处于压缩状态下而变细，此时其外接圆直径变小至不大于凹槽6的内接圆直径，从而第一固定件9在压缩状态下在凹槽6内抵接磁钢8的侧壁；并且，第二固定件10在未被压缩状态下的外接圆直径大于空腔7的内接圆直径，第二固定件10在插入空腔7中时处于压缩状态下而变细，此时其外接圆直径变小至不大于空腔7的内接圆直径，从而第二固定件10在压缩状态下在空腔7内抵接磁钢8的端部。于是，在将第一固定件9和第二固定件10分别插入凹槽6和空腔7中时，可以对安装在磁钢槽5中的磁钢8产生预紧力，实现将磁钢8稳固地顶压在磁钢槽5中。
37.在本公开的一种实施方式中，第一固定件9和第二固定件10的长度不大于转子铁心单元4的厚度。这样可以充分地固定磁钢8，而不破坏转子铁心单元4的结构，保证其作为一个单元的整体完整性，便于转子单元3的模块化安装。
38.本公开还涉及一种用于永磁电机的转子200，其具有如上所述的用于磁钢8的内嵌式固定装置100。前面针对用于永磁电机磁钢8的固定装置100所述的各方面和优点，相应地也适用于根据本公开的用于永磁电机的转子200，本公开在此不予赘述。转子200为模块化结构。磁钢8、转子铁心单元4和固定装置100构成模块化转子单元，模块化转子单元构成模块化转子200；模块化转子单元的数量可根据电机扭矩大小进行配置。
39.本公开还涉及一种永磁电机，其具有如上所述的转子200，该转子200具有如上所述的用于磁钢8的固定装置100。前面针对用于永磁电机磁钢8的固定装置100所述的各方面和优点，相应地也适用于根据本公开的永磁电机，本公开在此不予赘述。
40.通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的具体实施方式，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。
41.附图标记清单
42.1轴
43.2转子端板
44.3转子单元
45.4转子铁心单元
46.5磁钢槽
47.6凹槽
48.7空腔
49.8磁钢
50.9第一固定件
51.10第二固定件
52.100固定装置
53.200转子
54.f1、f2弹性力