CN107659013A - 转子组件及包含所述转子组件的永磁辅助同步电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种永磁辅助同步电机(10)的转子组件(1)，包括一个由一系列迭片(2)组成的迭片铁芯(20)，每个迭片本质上是有一系列内槽(3)的圆形，每个迭片(2)相对下一片旋转一个预定的角度，从而内槽(3)会在迭片铁芯(20)中形成连续的、轴向扭斜的腔体；内置的永磁体(4)由一种塑磁材料在腔体(30)中注射形成。本申请还提供了一种永磁辅助同步电机(10)。本发明能够解决定位力矩高、转子磁路设计不够优化、整个转子结构弱化的技术问题。

Description

转子组件及包含所述转子组件的永磁辅助同步电机

技术领域

本发明在其最一般的方面涉及一种转子组件和一种电动机。

特别地是，这种电动机属于IPM-PMASR型电动机(插入式永磁体的永磁辅助同步磁阻电动机)。

在一个优选的实例中，根据本发明制成的转子组件和电机被用于为洗衣机滚筒提供电力驱动。

但不限于此，所述转子组件和电机可以在更广范围的工业应用中被使用，特别适合于高功率密度的可控驱动，例如为电动交通工具提供驱动。

背景技术

永磁辅助同步磁阻电动机已经被开发了几十年，它们代表了一种可以替代用于可控驱动电器的感应电机或永磁同步电机的可用选项。

在美国专利N.5818140所公开的一个典型的电机设计中，转子由迭片轴向叠压而成。转子被分成偶数个扇区，每个扇区有相同的腔体排布。这些腔体大致呈圆弧型，凸面朝向转子中心。所述腔体至少有一部分里面被插入永磁体，使得相邻扇区的永磁体极性相反。

具有上述设计的转子可以低成本的方式被可靠地制造。单层迭片通过冲压开槽，然后被压力叠压在一起，这样叠压在一起的槽就形成了轴向的腔体。最后永磁体被插入到这些腔体中。

尽管如此，由上述转子组件组成的电机仍然有一些缺点。

第一个缺点来自于相当高的定位力矩，它会导致我们不想要的噪音和振动，特别是在较低的旋转速度下。

另外一个缺点来源于腔体里用于放置永磁体的空腔。在第一个实例中，插入永磁体很费工时，会影响电机的制作成本。在第二个实例中，插入永磁体对设计是一个很强的约束，通常会造成转子磁路设计不够优化。

再一个缺点与转子组件动平衡有关。在异步电机和串激电机制作过程中，典型的动平衡工序是通过在叠压转子两端的迭片上去除材料来实现。显然，对于上述转子设计，这样的动作会导致整个转子不可接受的结构弱化，因此必须避免。

基于本发明的技术问题是克服如前所述的永磁辅助同步磁阻电机的上述缺点。

发明内容

一种专为永磁辅助同步电机设计的转子组件解决了上述技术问题，它由许多迭片叠压而成，迭片为圆形，内部有许多槽，每个迭片相对其下面的迭片旋转预定的角度，这样这些槽就在迭片结构中形成了连续的、轴向扭斜的腔体；内部永磁体通过把带有聚合物的磁性混合物(塑磁)注射到这些腔体中获得。

在一个优选的方式，并且根据永磁辅助同步磁阻电动机的典型配置，这些内部的槽大致成圆弧形，其凸面侧指向铁芯的中心点，所述内部槽按偶数组配置，每组被限定在铁芯上不同的扇形区。

两个相邻组内槽腔体中的永磁体最好被磁化成相反极性。

由单个迭片连续旋转得到的转子组件扭斜设计是为了减小齿槽转矩和由其产生的一些缺点，比如过大的噪音和振动。

用塑磁材料来填充这些扭斜的腔体使生产制作转子组件变得简单，因为传统的永磁体是很难被放置到这些非直线型的腔体里的。

为了保证电机的运行平顺和定位力矩的最小化，相邻迭片间的相对旋转角度需要被精确的选取。假设N是转子的迭片总数，这个相对旋转角度可以从10°/N到20°/N，最好是等于15°/N。

如果至少一个平衡盘被固定在迭片铁芯一端或两端的话，这个转子组件会更完美。

通过在迭片铁芯上加平衡盘，可以更方便的做转子动平衡，而无需从迭片上去除材料，从而避免弱化转子结构。

平衡盘最好用铝或铝合金制作。

转子组件最好至少有一个轴向伸出迭片铁芯的锚定结构，上述平衡盘固定在这个锚定结构上，其中锚定结构由制成永磁体的塑磁成分形成，可以在注塑时一次成型。

最好在迭片铁芯两端都有锚定结构。

最好锚定结构的边缘能与平衡盘的凹槽配合完美。

平衡盘和锚定结构之间最好有胶，例如一种至少耐130℃高温的环氧树脂。

这样一来，转子动平衡可以通过在平衡盘上去除材料来实现，最好是通过在平衡盘表面钻孔来实现。

转子组件最好再包含一根轴，它与迭片铁芯的中心孔通过过盈配合实现装配。

上述技术问题可以通过一款永磁辅助同步电机解决，它包括上面提到的转子组件，还包括环绕转子组件的定子组件以及前后端盖为定转子组件一起提供支撑。

前后端盖支撑最好有成对的支架沿圆周分布以及一个外缘倒角的杯形结构，以便分别配合定子组件的两个端面。

前后端盖的支架最好由自攻自钻连接件连接，拧紧上述连接件可以完成电机结构组装。

用这种电机驱动洗衣机滚筒是一个很好的应用实例。在这种应用中，电机应该包含一个固定在转子组件轴上的皮带轮，倾向于借助皮带带动洗衣机滚筒旋转。

附图说明

参照附图，从由非限制性方式示例给出的多个具体实施例的以下说明中，本实用新型的进一步特征和优点将会变得清楚。

图1是本发明中组成转子组件的迭片铁芯的俯视图；

图2显示了图1迭片铁芯的一个侧视剖面图；

图3是本发明中转子组件的侧视图；

图3A显示了图3转子组件中A的局部放大图；

图4是本发明中作为转子组件一部分的平衡盘的俯视图；

图5显示了图4平衡盘的侧视剖面图；

图6显示了根据本发明的永磁辅助同步电机的剖面图；

图7是图6所示永磁辅助同步电机的透视爆炸图；

图8是显示了图6所示永磁辅助同步电机的透视图；

图9显示了本发明转子组件生产过程中用到的一副模具的剖面图。

具体实施方式

参考上述附图，根据本发明制作的转子组件以参考数字1表示，而包含转子组件的整个永磁辅助同步电机以参考数字10表示。

本发明描述的优选具体应用里，电机是用来驱动洗衣机滚筒的。

转子组件1由迭片铁芯20组成，包含许多由电工钢制成的迭片2。根据已知的设计，每个迭片2有一个圆形、被分成偶数个的扇区，其中优选的实例被分成4个扇区。每个圆形扇区有许多大致弧形的槽3，其凸面指向迭片圆心。所述实例中每个扇区优选含有三个槽3。

关于槽3在外形和功能方面的详解，请参考专利US 5,818,140中的背景技术。

请注意，本发明所述实例中，槽3被径向加强筋31所分隔，把扇区和槽3分成了左右对称的两半。

每片叠压迭片2以一个预设的角度α/N(N是迭片2的总数量)相对下一片轻微地旋转，因此槽3在迭片铁芯20上形成了轴向扭斜的腔体30。

在图1中，迭片叠块的顶部和底部的两片迭片2分别用实线和虚线标示出来。二者间的角度α最好等于15°。

腔体30被塑磁材料填充，塑磁材料被充磁形成永磁体4。根据已知的设计，属于单一扇区里的永磁体4具有相同的极性。相邻扇区的永磁体4具有相反的极性。

迭片铁芯20具备一对圆环5，分别从迭片铁芯20的第一片和最后一片迭片2上伸出。圆环5由填充腔体30的塑磁材料形成，覆盖了一个靠近迭片铁芯20外圆的环形区域。

每个圆环5上分别装有平衡盘6。平衡盘6是具有镜像外形的、由铝制成的薄圆柱盘，分别套在迭片铁芯20的两端，为动平衡提供可供去除的额外材料。

每个平衡盘6在迭片侧有一个主沟槽60，它与相应的迭片铁芯上的圆环5配合。在同一侧还有一个更细的第二沟槽61，位于主沟槽的内侧。在相反的一侧有一个更宽的圆形沟槽62。

迭片铁芯20和平衡盘6由一根轴7贯穿起来，由轴承70提供支撑，轴的一端装有皮带轮71，它可以通过一根皮带(未显示)驱动洗衣机滚筒。

上述转子组件1是同样包含定子组件11的永磁辅助同步电机10的一个组成部分，定子组件11由一个定子迭片铁芯12和贯穿定子槽中的绕组13组成，优选是铝线绕组。

定子组件11根据永磁辅助同步电机的相关技术设计，可参看US5,818,140。

定子组件11安装在前端盖14和后端盖15之间。每个端盖14、15有四个支架，它们沿圆周分布并形成杯装笼型；支架外缘由一个外部的圆环连接起来。这种杯形的支架-倒角结构分别适合于定子组件11的前后两端。前后端盖14、15的支架由自攻自钻连接件连接到一起。在前后端盖14、15的中心连线上，有为转子组件1的轴承70提供支撑的轴承室，还有安放定子组件11的杯形结构。

上述转子组件1的制作方法包含下面步骤。

第一步，迭片2被从电工钢板上冲下来。冲压设备和模具同时可以冲出迭片上的槽3，所以迭片2都可以用同一套冲压设备和模具来制作。

迭片2被叠压在一起形成迭片铁芯20。如前面所述，每个迭片2相对于前一个迭片都有轻微的旋转，所以连续的槽3在最终的迭片铁芯20上形成了扭斜的腔体30。

叠压迭片2后，轴7被压入迭片铁芯20的中心圆柱孔中。轴7的插入使得迭片2被牢固地结合在一起。

接下来，迭片铁芯20和轴7一起被插入模具100中，如图9所示。

模具100包含一个放置叠块--轴组件的空腔120，与轴7沿垂直方向放置。

模具100包含一个固定的上模110和一个可移动的下模130。固定部分110由多层叠压金属盘组成；在最顶部和第二部分之间，区域A内，一个进料器(未显示)通过流道与空腔120连接。

空腔120周围有充磁器140，它可以产生一个强磁场使腔体30里的塑磁材料永久磁化。

把迭片铁芯20和轴7插入模具100中之后，下一步就是注塑成型。在这个步骤中，塑磁材料被注射进迭片铁芯20中并成型。

塑磁材料最好能完全或部分充满腔体30并且从迭片铁芯20上下两面溢出形成锚定圆环5。从顶部下来的流道在顶部锚定圆环5处断开。

注塑料最好通过水平通道进入送料器。但是也可以考虑垂直注射，但是进料喷嘴需要适当加热以保证维持注塑料的高流动性。

注塑料最好包含铁氧体结合一种热固性聚合物或者稀土元素结合一种热固性聚合物。这种热固性聚合物可以是一种环氧树脂。

在注塑期间或注塑刚刚完成时，充磁工装140被激活使得腔体30内的注塑料被永久磁化。

注塑完成后，从模具100中取出注塑好的迭片铁芯20，将平衡盘6粘到锚定圆环5上，最好是用耐温至少130℃的环氧树脂。

皮带轮71被安装到轴7的末端。

安装好皮带轮71之后，转子组件1通过在平衡盘6的外缘表面钻盲孔来做动平衡。

最后，将转子组件1和定子组件11装配在一起，形成完整的电机。轴7上面安装有轴承70，轴承70安装在前后端盖14、15的轴承室里。前后端盖14、15分别与定子组件11的两端面贴合，将定子组件11夹在中间。

然后，通过自攻自钻螺丝把前后端盖收紧，从而使得转子组件1和定子组件11被装配在一起，形成最终结构。

显然，熟悉该技术的人可以对上述设备做大量修改和变化以满足特殊的需要；但这些都将落入下面权利要求的本专利保护范围。

Claims (13)

1.一种转子组件(1)，所述转子组件(1)包括：由许多迭片(2)组成的迭片铁芯(20)，每个迭片(2)为圆形且内部开有许多内槽(3)，每个迭片(2)相对下面一个迭片旋转一个预定的旋转角度，从而这些内槽(3)就在迭片铁芯(20)中形成连续的、轴向扭斜的腔体(30)；内置的永磁体(4)由注射到上述腔体(30)里的塑磁材料构成。

2.根据权利要求1所述的转子组件(1)，其中，相邻的两个迭片(2)之间预定的旋转角度为α/N，N是迭片铁芯(20)里迭片(2)的数量，α是10°到20°之间的一个角度。

3.根据权利要求1所述的转子组件(1)，进一步包括至少一个安装在迭片铁芯(20)一端或两端的平衡盘(6)。

4.根据权利要求3所述的转子组件(1)，进一步包括至少一个轴向伸出迭片铁芯(20)的锚定结构，所述平衡盘(6)被安装在所述锚定结构上，其中所述锚定结构由构成永磁体(4)的塑磁材料形成。

5.根据权利要求4所述的转子组件(1)，其中所述锚定结构是一个锚定圆环(5)。

6.根据权利要求5所述的转子组件(1)，其中所述平衡盘(6)包含与所述锚定圆环(5)配合的至少一个主沟槽(60)。

7.根据上述任一项权利要求所述的转子组件(1)，所述内槽(3)都是圆弧形，其凸面都是指向迭片(2)的中心，所述内槽(3)被配置成偶数组，每组都限定在迭片(2)的一个扇形区域内。

8.根据权利要求7所述的转子组件(1)，由相邻组的内槽(3)形成的所述腔体(30)里的永磁体(4)被磁化为相反的极性。

9.根据权利要求8所述的转子组件(1)，进一步包括一根被压入迭片铁芯(20)的中心孔(8)的轴(7)。

10.一种永磁辅助同步电机(10)，包括上述权利要求中任一项所述的转子组件(1)，进一步包括环绕这个转子组件(1)的一个定子组件(11)，以及把这个转子组件(1)和这个定子组件(11)组装到一起的一个前端盖(14)和一个后端盖(15)。

11.根据权利要求10所述的永磁辅助同步电机(10)，所述前端盖(14)和所述后端盖(15)均具有一些圆周分布的支架，还具有一个外部的倒角和一个分别与定子组件(11)的前后端面配合的杯形结构。

12.根据权利要求11所述的永磁辅助同步电机(10)，所述前端盖(14)和所述后端盖(15)的支架用自钻自攻连接件连在一起。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的永磁辅助同步电机(10)，进一步包括一个安装在转子组件(1)的轴(7)上的皮带轮(71)，用于驱动洗衣机滚筒旋转。