一种磁性元件及轴向磁场电机转子的制作方法

1.本实用新型涉及轴向磁场电机领域，尤其涉及一种磁性元件及轴向磁场电机转子。


背景技术：

2.轴向磁场电机也称为盘式电机，其磁通方向为轴向，并具有体积小、重量轻、轴向尺寸短和功率密度高等特点，可被广泛应用于电动汽车等。
3.轴向磁场电机的转子包括一背板和若干个永磁体，永磁体为磁性元件，并且若干个永磁体呈圆周间隔固定于转子铁芯上。目前转子铁芯整体由导磁材质制成，而由于永磁体直接面对定子铁芯，气隙磁场中的谐波磁场会对永磁体，以及转子铁芯整体产生涡流效应，进而引起永磁体和转子铁芯整体热损耗，甚至发生永磁体退磁现象，使得电机性能下降甚至无法运行。另外永磁体的形状，决定了其在转子铁芯上的固定效果，一旦永磁体无法限位固定于转子铁芯上，容易发生两者脱离。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种可以有效减少热损耗，降低退磁风险磁性元件及轴向磁场电机转子，进而能够提升电机运行效率。
5.依据本实用新型的一个目的，本实用新型提供了一种磁性元件，所述磁性元件沿轴向且从上至下分为多层永磁体，多层所述永磁体的周向尺寸从上至下逐渐增大，以在所述磁性元件的周向两侧形成台阶部，所述磁性元件沿径向开设有若干个缝隙，且分设于所述磁性元件的周向两侧。
6.作为优选的实施例，所述台阶部包括：
7.台阶平面，所述台阶平面延伸连接于相邻两层所述永磁体的周侧，且形成于下层所述永磁体的上表面；
8.台阶立面，所述台阶立面形成于上层所述永磁体的周侧；
9.所述台阶立面和所述台阶平面之间的夹角为不小于90
°
。
10.作为优选的实施例，位于所述磁性元件周向两侧的缝隙一一对应，一一对应的两侧缝隙未连通、交叉或沿所述磁性元件径向错开设置。
11.作为优选的实施例，所述缝隙内填充有绝缘体。
12.作为优选的实施例，所述台阶部为渗透加强处理的台阶部。
13.作为优选的实施例，各所述永磁体的周向尺寸沿径向且从内至外逐渐增大。
14.依据本实用新型的另一目的，本实用新型还提供了一种轴向磁场电机转子，包括若干个上述实施例的磁性元件，所述轴向磁场电机转子还包括：
15.一背铁，若干个所述磁性元件圆周间隔设置于所述背铁上；
16.一压板，所述压板包括若干个压条，相邻的两个所述磁性元件之间设置一所述压条，所述压条固定于所述背铁上，且与所述磁性元件周侧的台阶部相适配。
17.作为优选的实施例，所述背铁包括底板、内环和外环，所述内环和所述外环向上凸起，并连接于所述底板的内外边缘，所述磁性元件限位于与所述内环和所述外环之间，且抵接固定于所述底板上。
18.作为优选的实施例，所述内环的外圈凹陷形成所述凹陷部，所述磁性元件限位于所述凹陷部和所述外环之间。
19.作为优选的实施例，所述压板还包括一圆环，若干个所述压条间隔连接于所述圆环外圈，所述圆环固定于所述内环上，所述磁性元件限位于所述圆环外圈。
20.与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
21.通过在所述磁性元件上开设所述缝隙，以阻隔涡流路径，来降低涡流损耗，避免所述磁性元件作为电机的永磁体使用时，因热损耗而发生退磁现象，进而能够保证电机的可靠运行。
22.另外在所述磁性元件周向两侧形成所述台阶部，易于固定，且固定措施简单可靠，减小生产难度。
23.多层结构的所述磁性元件具有更多的设计自由度，可显著削弱电机的齿槽转矩，降低输出转矩脉动，减小谐波含量和谐波损耗，增加电机运行的平稳性，易于实现永磁体磁性能或耐温等级的局部加强，进而减少永磁体用量，达到降低成本的目的。
24.以下结合附图及实施例进一步说明本实用新型。
附图说明
25.图1为本实用新型所述磁性元件的结构示意图；
26.图2为本实用新型所述磁性元件的俯视图；
27.图3为本实用新型所述轴向磁场电机转子的分解图；
28.图4为本实用新型所述背铁的结构示意图；
29.图5为本实用新型所述压板的结构示意图。
30.图中：100磁性元件、110永磁体、120台阶部、121台阶平面、122台阶立面、130缝隙、200背铁、210底板、211螺纹孔、220内环、221凹陷部、230外环、300压板、310压条、311板体、3111压条台阶、3112沉孔、320圆环、400螺钉。
具体实施方式
31.以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
32.第一实施例
33.如图1所示，所述磁性元件100，所述磁性元件100沿轴向且从上至下分为多层永磁体110，多层所述永磁体110的周向尺寸从上至下逐渐增大，以在所述磁性元件100的周向两侧形成台阶部120，所述磁性元件100沿径向开设有若干个缝隙130，且分设于所述磁性元件100的周向两侧。
34.通过在所述磁性元件100上开设所述缝隙130，以阻隔涡流路径，来降低涡流损耗，
避免所述磁性元件100作为电机的永磁体使用时，因热损耗而发生退磁现象，进而能够保证电机的可靠运行。另外在所述磁性元件100周向两侧形成所述台阶部120，使其减少生产难度，同时固定更加稳定可靠，例如在电机结构中，通过压条310与所述磁性元件100周侧的台阶部120配合，以使所述磁性元件100限位固定在所述背铁200上，防止所述磁性元件100松动脱离，参考图3。由于所述磁性元件100由多层所述永磁体110组成，并在所述磁性元件100上开设所述缝隙130，以及在磁性元件100周侧形成所述台阶部120，因此具有更多的设计自由度，例如层数，以及台阶部120形状的调整，可显著削弱电机的齿槽转矩，降低输出转矩脉动，减小谐波含量和谐波损耗，增加电机运行的平稳性。
35.参考图1，各所述永磁体110沿中心线对称设置，以使形成在所述磁性元件100两侧的所述台阶部120相对称。并且各所述永磁体110的周向尺寸沿径向且从内至外逐渐增大，以使所述永磁体110呈大致梯形，进而使所述磁性元件100整体呈大致梯形。
36.所述永磁体110的层数可以为两层或两层以上，并且各层所述永磁体110的径向两端相齐平，图中x为周向，z为轴向，y为径向。以下将以两侧所述永磁体110为例来介绍所述台阶部120，其中所述台阶部120包括：
37.台阶平面121，所述台阶平面121延伸连接于相邻两层所述永磁体110的周侧，且形成于下层所述永磁体110的上表面；
38.台阶立面122，所述台阶立面122形成于上层所述永磁体110的周侧；
39.所述台阶立面122和所述台阶平面121之间的夹角为不小于90
°
。
40.由于下层所述永磁体110的周向尺寸大于上层所述永磁体110的周向尺寸，因此下层所述永磁体110具有暴露在外的上表面，而该暴露在外的上表面就形成了所述台阶平面121，并且所述台阶平面121延伸连接于上层所述永磁体110的周侧，及下层所述永磁体110的周侧。其中所述台阶平面121为水平面，所述台阶立面122相对所述台阶平面121倾斜或垂直设置。所述压条310卡合于所述台阶部120，以对所述磁性元件100进行限位，防止所述磁芯元件100发生轴向或周向位移。
41.当所述台阶立面122和所述台阶平面121之间的夹角为90
°
时，即所述台阶立面122和所述台阶平面121相垂直，即此处不开设倒直角。当所述台阶立面122和所述台阶平面121之间的夹角大于90
°
时，所述台阶立面122和所述台阶平面121之间为钝角，即此处开设倒直角。
42.由于所述磁性元件100利用所述台阶部120与所述压条310配合，因此可仅对所述台阶部120进行渗透加强处理，避免整体加强处理而造成成本的增加。例如所述台阶部120与所述压条310接触，因此所述台阶部120需要较好的耐温效果。而所述渗透加强处理指的是向整体为48sh等级的磁性元件100，向所述台阶部120处通过渗透工艺或其它方式渗透一些其它元素，使其达到uh的耐温等级，其中uh和sh表示耐高温等级，uh的最高工作温度高于sh。由于仅对所述磁性元件100局部进行渗透加强处理，可有效降低成本，同时保证可靠性。除了通过渗透加强处理对所述台阶部120进行耐温加强外，还可进行局部磁性能加强。
43.如图1所示，多块所述永磁体110可粘结形成所述磁性元件100，然后再整体切割，以在所述磁性元件100两侧形成所述缝隙130。当然所述永磁体110可一体成型，即整块永磁体110加工形成如图1所示的所述磁性元件100形状，然后在所述磁性元件100两侧切割形成所述缝隙130。
44.所述缝隙130的形状多样，以下通过几个实施例来详细介绍：
45.在一个实施例中，位于磁性元件100周向两侧的所述缝隙130一一对应，并且相对应的两侧缝隙130位于同一直线上，且两者未连通，参见图1。而连通的两侧缝隙130会将所述磁性元件100断开，不利于后续绝缘体的填充，以及增加拼接工序，加大所述磁性元件100的成型难度。另外位于所述磁性元件100周向两侧的缝隙130沿中心线对称。
46.在另一个实施例中，位于磁性元件100周向两侧的所述缝隙130一一对应，并且相对应的两侧缝隙130沿所述磁性元件100径向错开设置，即位于左侧的缝隙130在位于右侧相邻的两个缝隙130之间。并且每侧缝隙130预留余量的切割，防止将所述磁性元件100整体断开。
47.在另一个实施例中，位于磁性元件100周向两侧的所述缝隙130一一对应，并且相对应的两侧缝隙130交叉设置，即两者连通，此时所述缝隙130可倾斜设置。
48.所述缝隙130内可填充绝缘体，以使所述缝隙130两侧部分之间充分绝缘，同时起到加强其机械强度的作用。所述绝缘体可以是绝缘胶或其它物质。
49.以每极永磁体两层凸台为例，其形状尺寸主要由每极永磁体所占圆周空间角度θ1、总厚度magh(指的是两侧所述永磁体在轴向上尺寸之和)、下层厚度magh1(指的是下层永磁体在轴向上的尺寸)、下层外极弧角度θ2、下层内极弧角度θ3、上层外极弧角度θ4、上层内极弧角度θ5决定，参考图1和图2。
50.其中θ1＝360
°
/p，p为电机的极数，这几种参数的组合可通过优化电机的齿槽转矩、转矩脉动、谐波含量等电机性能指标来优化，本例中，p＝12、θ1＝30
°
、magh＝8mm、magh1＝4.5mm、θ2＝28.5
°
、θ3＝24
°
、θ4＝26.5
°
、θ5＝12
°
。
51.可见所述磁性元件100的轴向尺寸较小，可应用的轴向磁场电机的转子中，以保证其轴向尺寸小的优势。
52.综上所述，通过在所述磁性元件100上开设所述缝隙130，以阻隔涡流路径，来降低涡流损耗，避免所述磁性元件100作为电机的永磁体使用时，因热损耗而发生退磁现象，进而能够保证电机的可靠运行。另外在所述磁性元件100周向两侧形成所述台阶部120，易于固定，且固定措施简单可靠，减小生产难度。多层结构的所述磁性元件100具有更多的设计自由度，可显著削弱电机的齿槽转矩，降低输出转矩脉动，减小谐波含量和谐波损耗，增加电机运行的平稳性，易于实现永磁体磁性能或耐温等级的局部加强，进而减少永磁体用量，达到降低成本的目的。
53.第二实施例
54.如图3所示，所述轴向磁场电机转子，包括若干个上述实施例的磁性元件100，所述轴向磁场电机转子还包括：
55.一背铁200，若干个所述磁性元件100圆周间隔设置于所述背铁200上；
56.一压板300，所述压板300包括若干个压条310，相邻的两个所述磁性元件100之间设置一所述压条310，所述压条310固定于所述背铁200上，且与所述磁性元件100周侧的台阶部120相适配。
57.由于所述轴向磁场电机转子采用了上述实施例的所述磁性元件100，因此所述轴向磁场电机转子的有益效果可参考上述实施例的磁性元件100。
58.参考图1、图3和图5所示，由于所述压条310与所述磁性元件100周侧的台阶部120
相适配，且固定于相邻的两个所述磁性元件100之间。因此当所述磁性元件100由两层所述永磁体110组成时，则所述压条310也是由两层板体311组成，并且所述压条310周向两侧也形成压条台阶3111，以与所述磁性元件100周侧的所述台阶部120相适配，以将所述磁性元件100固定于所述背铁200，进而对所述磁性元件100轴向和周向限位。
59.具体地，所述磁性元件100的两层所述永磁体110，其周向尺寸从上至下逐渐增大，则两层所述板体311的周向尺寸从上至下逐渐缩小，以在所述压条310周向两侧形成所述压条台阶3111，具体与所述台阶部120的所述台阶立面122和所述台阶平面121贴合设置。
60.所述压条310的形状，其是由相邻两个所述磁性元件100之间的缝隙决定的。例如所述压条310呈梯形，且周向尺寸从内至外逐渐缩小，而所述磁性元件100的周向尺寸从内至外逐渐增大。
61.如图3和图4所示，所述背铁200包括底板210、内环220和外环230，所述内环220和所述外环230向上凸起，并连接于所述底板210的内外边缘，所述磁性元件100限位于与所述内环220和所述外环230之间，且抵接固定于所述底板210上。
62.所述磁性元件100限位于与所述内环220和所述外环230之间，以防止所述磁性元件100发生径向位移。其中所述磁性元件100的梯形上底贴合设置于所述内环220的外圈上，所述磁性元件100的梯形下底贴合设置于所述外环230的内圈上。
63.继续参考图3和4，所述内环220的外圈凹陷形成所述凹陷部221，所述磁性元件100限位于所述凹陷部221和所述外环230之间。通过设置所述凹陷部221，能够将所述磁性元件100预固定于所述背铁200上，同时起到周向约束，然后再将所述压板300固定于所述背铁200，以对各所述磁性元件100进行固定。
64.所述背铁200整体可采用高强度的结构钢材料，提升对所述磁性元件100的支撑能力。
65.如图3和图5所示，所述压板300还包括一圆环320，若干个所述压条310间隔连接于所述圆环320外圈，所述圆环320固定于所述内环220上，所述压条310固定于所述底板210上，所述磁性元件100限位于所述圆环320外圈。
66.若干个所述压条310通过所述圆环320形成一整体，只需一次安装就能完成对个所述磁性元件100的固定，有效提升组装效率。另外所述圆环320的外圈和所述内环220的外圈齐平，均限位连接于所述磁性元件100的梯形上底。
67.如图3至图5所示，所述压板300通过螺钉400固定于所述背铁200上，其中所述压条310和所述圆环320上开设有沉孔3112，所述底板210上开设有螺纹孔211，所述螺钉400穿过所述沉孔3112螺接于所述螺纹孔211内，以将所述压板300固定于所述背铁200上，此时所述磁性元件100仅利用所述压板300和所述背铁200进行限位固定，保证电机可靠运行，同时避免所述磁性元件100因高速旋转而脱离。
68.所述压板300可采用高强度的树脂板材料，也可采用导磁性能较弱的不锈钢材料。
69.所述轴向磁场电机转子的组装方法如下：
70.将若干个所述磁芯元件100沿周向间隔设置于所述背铁200上，然后将所述压板300固定于所述背铁200上，即相邻的两个所述磁性元件100之间布置一所述压条310，然后通过螺钉400将所述压板300锁紧于所述背铁200上，以完整所述轴向磁场电机转子的组装。
71.综上所述，所述磁性元件100上开设有缝隙130，可以极大的减少电机的损耗，提升
电机效率，同时可对所述磁性元件100进行磁性能或耐温等级的局部加强，进而减少永磁体用量，降低成本。还利用在所述磁性元件100周侧设置所述台阶部120，以与所述压板300的压条310适配，以及限位安装于所述背铁200上，提升转子强度，从而满足高速运行的应用需求。
72.以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利采用范围，即凡依本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。