CN110661349A - 硅钢片和永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅钢片和永磁电机，本发明的硅钢片具有圆形的主体，于主体的中部通透的形成有供电机转轴通过、并与电机转轴形成固连的轴孔，于主体的周向上分布有磁钢槽，围构成轴孔的轴孔壁由沿轴孔的周向交替设置的抱合段和过渡段组成；因抱合段和过渡段，主体被划分为对应抱合段的抱合扇区，以及对应过渡段的过渡扇区；抱合段构成与电机转轴的固连，过渡段与电机转轴因间隙设置，而使过渡段和电机转轴之间形成间隙镂空。本发明的硅钢片可使用于硅钢片与电机转轴之间固连的过盈配合面为多段、不连续结构，从而能够改变由过盈配合引起的硅钢片内部的应力传递模式及路径，进而可大幅降低硅钢片应力集中位置的应力。

Description

硅钢片和永磁电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种硅钢片，本发明还涉及一种装配有该硅钢片的永磁电机。

背景技术

永磁驱动电机转子一般由电机轴和固连在电机轴上的铁芯组成，其中，铁芯主要由叠置在一起的多层硅钢片构成。以新能源汽车广泛采用的永磁驱动电机为例，在其硅钢片上设置有用于安装永磁体的磁钢槽，以及用于供电机轴穿过的轴孔。电机工作时，电磁力驱动永磁体，永磁体带动硅钢片，并最终由硅钢片带动与其固连的电机轴旋转，进而输出旋转动力。

目前，永磁驱动电机正向着大功率、高功率密度、高转速、高参数、高集成度以及低重量的方向发展。随着转速的提高，尤其是当转速超过10000RPM时，转子铁芯硅钢片内部的局部应力，将接近甚至超过材料许用值。如不采用良好的缓解应力的设计方案，将不得不限制电机的最高转速，从而会影响电机性能的发挥与进一步提升。

现有的永磁电机转子中，电机轴和转子铁芯硅钢片一般均采用过盈配合的连接方式，在过盈配合与离心力的共同作用下，转子铁芯硅钢片内部，在其内圈的过盈配合表面附近和靠近磁钢开槽的外圈附近，会出现明显的应力集中。而且其往往会在极小的范围内，出现应力明显超高的情况，为安全起见，本领域中常用的解决方案是降低过电机轴与硅钢片之间的过盈量，以及降低电机的最大转速。

但是过小的过盈量会使电机轴与铁芯内圈之间的接触压力减少，降低了承担加减速时的电磁力扭矩的能力，而不利于电机扭矩性能的输出，且也会增加电机的制造成本和难度。而降低电机的最大转速，则会限值电机高速性能的继续扩展，同时也会限制采用该电机结构的电动汽车的最大行驶速度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种硅钢片，以解决硅钢片局部应力集中的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种硅钢片，具有圆形的主体，于所述主体的中部通透的形成有供电机转轴通过、并与所述电机转轴形成固连的轴孔，于所述主体的周向上分布有磁钢槽，围构成所述轴孔的轴孔壁由沿所述轴孔的周向交替设置的抱合段和过渡段组成；因所述抱合段和所述过渡段，所述主体被划分为对应所述抱合段的抱合扇区，以及对应所述过渡段的过渡扇区；所述抱合段构成与所述电机转轴的固连，所述过渡段与所述电机转轴因间隙设置，而使所述过渡段和所述电机转轴之间形成间隙镂空。

进一步的，所述过渡段对应的中心角，和所述抱合段对应的中心角相等。

进一步的，所述过渡段包括随形于所述电机转轴的圆弧段，以及圆滑连接于所述圆弧段和所述抱合段之间的连接段。

进一步的，所述磁钢槽为V形槽，相邻两个所述磁钢槽的部分槽体，位于同一所述过渡扇区内。

进一步的，相邻两个所述磁钢槽的一半槽体，位于同一所述过渡扇区内。

进一步的，所述磁钢槽为均布在所述主体周向上的八个；所述过渡段对应的中心角和所述抱合段对应的中心角均为45度。

进一步的，于所述抱合扇区内，设有位于所述磁钢槽和所述轴孔之间的第一镂空。

进一步的，于所述抱合扇区内，设有位于所述磁钢槽和所述第一镂空之间的第二镂空。

进一步的，于所述过渡扇区内，设有位于所述磁钢槽和所述轴孔之间的第三镂空。

相对于现有技术，本发明的硅钢片具有以下的优势：

本发明的硅钢片通过抱合段和过渡段在轴孔壁上的交替设置，可使用于硅钢片与电机转轴之间固连的过盈配合面为多段、不连续结构，从而能够改变由过盈配合引起的硅钢片内部的应力传递模式及路径，进而可大幅降低硅钢片应力集中位置的应力，以能够允许电机采用更高的转速，利于电机性能的进一步扩展。

此外，本发明中过渡段与抱合段的中心角相等，可使抱合段与过渡段的长度相等，而使传递到硅钢片主体的应力更为均匀。过渡段由圆弧段和连接段构成，可防止轴孔壁受力开裂，并便于其加工。而相邻两个磁钢槽部分位于同一过渡扇区，则可减少传递到相邻磁钢槽之间较低点位置应力，并使同一扇区内应力分配更均匀。

另外，本发明通过降低硅钢片上的应力，可允许采用屈服强度较低的硅钢片材料，以可降低制造成本，并且在主体上设置第一镂空、第二镂空以及第三镂空，能够降低硅钢片的重量，进而可实现电机总成重量的降低，从而能够利于电机功率密度、扭矩密度以及加速性等特性的提高。

本发明的另一目的在于提出一种永磁电机，其包括电机轴，且于所述电机轴上装配有如上所述的硅钢片。

本发明的永磁电机与上述硅钢片相对于现有技术具有的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的硅钢片的结构示意图；

图2为图1中A部分的局部放大图；

图3为本发明实施例二所述的硅钢片的结构示意图；

图4为本发明实施例三所述的硅钢片的结构示意图；

附图标记说明：

1-主体，2-轴孔，3-磁钢槽，4-第一镂空，5-第二镂空，6-第三镂空，21-抱合段，22-过渡段，221-圆弧段，222-连接段。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种硅钢片，该硅钢片用于构成转子铁芯，从而可与电机转轴配合以形成电机转子，在结构上，本实施例的硅钢片具有呈圆形的主体，在主体的中部通透的形成有轴孔，该轴孔可供电机转轴通过，并形成与电机转轴之间的固连相接。

此外，本实施例在主体上沿其圆周方向还分布有用于插装磁钢体，而使上述所形成的电机转子为永磁转子的磁钢槽，而作为本发明的主要发明点，围构成上述轴孔的轴孔壁为由沿轴孔的周向交替设置的抱合段和过渡段组成，并且因抱合段和过渡段的设计，主体也被划分为与抱合段对应的抱合扇区，以及与过渡段相对应的过渡扇区。其中，抱合段和电机转轴之间通过过盈配合构成固连，过渡段则因与电机转轴因之间的间隙设置，而在过渡段和电机转轴之间形成有间隙镂空。

基于如上的整体结构，本实施例的硅钢片的一种示例性结构如图1和图2中所示，具体的，轴孔2的孔壁上的抱合段21对应的中心角α1和过渡段22所对应的中心角α2相等，且两者优选的可均为45°，以此可沿轴孔2的周向交替各分布四段抱合段21以及四段过渡段22。当然，除了由相邻的抱合段21和过渡段22将轴孔2的孔壁八等分，抱合段21与过渡段22的中心角亦可设置为其他数值，不过在设置上使两者的角度相等为宜。

本实施例中由图2所示出的，过渡段22在结构上包括随形于电机转轴的圆弧段221，以及构成该圆弧段221的两端和抱合段21之间圆滑连接的连接段222。通过连接段222的设置不仅可便于过渡段22的加工成型，同时在与轴孔2与电机转轴配合时，也可减少过渡段22与抱合段21的衔接处出现应力集中的问题，从而有利于保证硅钢片的主体1结构的稳定性。

本实施例，前述的位于主体1上的磁钢槽3为沿主体1周向布置的八个，其中，每个磁钢槽3为由两个长度方向与主体1的径向倾斜相交的槽体构成，且两个槽体在布置上也使得各磁钢槽均呈现为V形槽。此外，仍如图1中所示出的，本实施例中在磁钢槽3的布置上，相邻的两个磁钢槽3中有一半的槽体为位于主体1上的同一个过渡扇区G内，或者，亦可以说两个磁钢槽3中有一半的槽体位于同一抱合扇区B内。

此时，通过相邻的两个磁钢槽3中的各一半位于同一过渡扇区G或抱合扇区B中，能够减少传递到相邻磁钢槽3之间较低点位置、也即M位置处的应力，且也可使同一扇区内的应力分配更加均匀。当然，除了如图1中的使得相邻磁钢槽3的各一半位于同一扇区内，也能够使得两个相邻磁钢槽3分别为仅有一部分槽体位于同一过渡扇区G中，但其使用效果相对要差一些。

而除了将磁钢槽3设计为如上所述的八个，在实际制造时，也可根据主体1的尺寸对磁钢槽3的数量进行改变，且该改变优选的可为对应于均等分布的抱合段21及过渡段22的数量，而等比例的对磁钢槽3的数量进行调整。或者，亦可在抱合段21和过渡段22数量不变的情形下，仅对磁钢槽3的数量进行更改，在更改时仍使得各磁钢槽3之间沿主体1周向均布，且使位于同一抱合扇区B或过渡扇区G内的槽体数量相应调整即可。

本实施例的硅钢片中，形成于轴孔2孔壁上的过渡段22沿主体1径向的高度，也即前述的位于过渡段22和电机转轴之间的间隙镂空的高度，可根据轴孔2的内径以及主体1的外径进行设置。一般在设计上，该高度可为轴孔2内径、也即相配合的电机转轴直径的0.2-2％之间，例如为轴孔2内径的1％，或者其亦可为主体1外径的0.1-1％之间，例如为主体1外径的0.5％。

另外，在通过各抱合段21与电机转轴的过盈配合而实现固定连接的基础上，本实施例中还可增加平键、花键或限位槽、顶丝及焊接、粘结等现有连接紧固方式，以确保电机转轴和硅钢片的主体1之间的连接可靠性。

本实施例中，通过各抱合段21和过渡段22的交替分布，可实现硅钢片和电机转轴的过盈配合连接，以传递扭矩载荷，且通过过渡段22的设置所形成的间隙镂空，能够在电机转轴和主体1固定连接的基础上，通过主体1内部应力传递模式及路径的改变，实现将主体1上磁钢槽3底部位置、也即M位置附近应力集中区域的应力大幅降低，同时，也不影响磁钢槽3顶部位置、也即N位置附近的最大应力，从而能够允许硅钢片采用屈服强度较低的硅钢片材料，亦可允许采用该硅钢片的电机采用更高的转速，而有很好的实用性。

实施例二

本实施例涉及一种硅钢片，该硅钢片具有和实施例一中的硅钢片大致相同的结构，不同之处在于如图3中所示的，本实施例中在各抱合扇区B内，还设置有位于磁钢槽3和轴孔2之间的第一镂空4。该第一镂空4具体为弧形的长圆孔，且其所对应的圆心角α3为0＜α3≤45°，例如30°或40°。同时，各抱合扇区B内的第一镂空4之间也为相对于轴孔2的中心呈中心对称布置。

本实施例的硅钢片通过在实施例一所示硅钢片结构的基础上，增加第一镂空4的减重结构，可降低硅钢片的重量，进而可实现电机总成重量的降低，从而有利于电机功率密度、扭矩密度以及加速性等特性的提高。

实施例三

本实施例涉及一种硅钢片，该硅钢片具有和实施例二中的硅钢片大致相同的结构，不同之处在于如图4中所示的，在各抱合扇区B内，也设置有位于磁钢槽3和第一镂空4之间的第二镂空5。

此时，第二镂空5大致呈扇形，且该第二镂空5的圆心角α4为小于等于第一镂空4的圆心角α3，同时，各抱合扇区B内的第二镂空5之间仍为相对于轴孔2的中心呈中心对称布置，而第二镂空5的靠近于磁钢槽3一侧的外圈直径，也为小于磁钢槽3中的槽体底部位置(M位置)距轴孔2中心的径向距离。

此外，在增设第二镂空5的基础上，本实施例中作为进一步的改进，在主体1上的各过渡扇区G内，亦能够设置位于磁钢槽3和轴孔2之间的第三镂空6。该第三镂空6在结构上可为近似于长圆形、矩形或椭圆形的异形孔，其圆心角α5也为小于等于第一镂空4的圆心角α3设置，并且各第三镂空6之间也为相对于轴孔2的中心呈中心对称布置，第三镂空6的靠近于磁钢槽3一侧的外圈直径，也为小于磁钢槽3中的槽体底部位置(M位置)距轴孔2中心的径向距离。

另外，本实施例还需说明的是，在设置第二镂空5时，轴孔2孔壁上的过渡段22的径向高度仍可和实施例一中相同。但在增设第三镂空6时，需使得此时过渡段22的径向高度小于实施例一、以及仅增加第二镂空5时的高度，具体高度置视轴孔2内径或主体1外径进行选取便可。

本实施例的硅钢片通过增加第二镂空5及第三镂空，能够进一步降低硅钢片的重量，可进一步实现电机总成重量的降低，从而可更有利于电机功率密度、扭矩密度以及加速性等特性的提高。

实施例四

本实施例涉及一种永磁电机，其包括电机轴，且于该电机轴上装配有如上任一实施例所述的硅钢片。本实施例的永磁电机通过采用如上实施例中的硅钢片，可利于电机总成重量的降低，能够利于电机功率密度、扭矩密度以及加速性等特性的提高，而有着很好的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅钢片，具有圆形的主体(1)，于所述主体(1)的中部通透的形成有供电机转轴通过、并与所述电机转轴形成固连的轴孔(2)，于所述主体(1)的周向上分布有磁钢槽(3)，其特征在于：围构成所述轴孔(2)的轴孔壁由沿所述轴孔(2)的周向交替设置的抱合段(21)和过渡段(22)组成；因所述抱合段(21)和所述过渡段(22)，所述主体(1)被划分为对应所述抱合段(21)的抱合扇区(B)，以及对应所述过渡段(22)的过渡扇区(G)；所述抱合段(21)构成与所述电机转轴的固连，所述过渡段(22)与所述电机转轴因间隙设置，而使所述过渡段(22)和所述电机转轴之间形成间隙镂空。

2.根据权利要求1所述的硅钢片，其特征在于：所述过渡段(22)对应的中心角，和所述抱合段(21)对应的中心角相等。

3.根据权利要求1所述的硅钢片，其特征在于：所述过渡段(22)包括随形于所述电机转轴的圆弧段(221)，以及圆滑连接于所述圆弧段(221)和所述抱合段(21)之间的连接段(222)。

4.根据权利要求1所述的硅钢片，其特征在于：所述磁钢槽(3)为V形槽，相邻两个所述磁钢槽(3)的部分槽体，位于同一所述过渡扇区(G)内。

5.根据权利要求4所述的硅钢片，其特征在于：相邻两个所述磁钢槽(3)的一半槽体，位于同一所述过渡扇区(G)内。

6.根据权利要求4所述的硅钢片，其特征在于：所述磁钢槽(3)为均布在所述主体(1)周向上的八个；所述过渡段(22)对应的中心角和所述抱合段(21)对应的中心角均为45°。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的硅钢片，其特征在于：于所述抱合扇区(B)内，设有位于所述磁钢槽(3)和所述轴孔(2)之间的第一镂空(4)。

8.根据权利要求7所述的硅钢片，其特征在于：于所述抱合扇区(B)内，设有位于所述磁钢槽(3)和所述第一镂空(4)之间的第二镂空(5)。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的硅钢片，其特征在于：于所述过渡扇区(G)内，设有位于所述磁钢槽(3)和所述轴孔(2)之间的第三镂空(6)。

10.一种永磁电机，包括电机轴，其特征在于：于所述电机轴上装配有如权利要求1至9中任一项所述的硅钢片。

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