专利名称：基于磁场屏蔽原理的调制环转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于磁场屏蔽原理的调制环转子，属于永磁电机领域。
背景技术：
基于磁场调制原理的无刷双转子电机具有两个转速彼此独立的转子以及转轴，可实现双轴独立驱动。它解决了以往有刷双转子电机中，由于采用电刷滑环结构导致的运行效率下降、可靠性降低而且需要经常维护问题，以及带有电枢绕组转子的发热严重和动平衡问题。因此，在电动汽车、风力发电、鱼雷推进等场合具有广阔的应用前景。这种基于磁场调制原理的无刷双转子电机的工作原理已经在专利号为ZL201010274167.9、 ZL201010274160.7、 ZL 201010274156.O、 ZL201010274135.9、 ZL201010274669. UZL201010274337. 3、ZL201010274329. 9、ZL201010274325. O 中进行了详细阐述。通过对这种电机工作原理的分析可知，能够实现这种电机工作的核心部件就是调制环转子。在理论分析上调制环转子是由导磁块和非导磁块构成，它的作用是一方面将永磁转子的永磁磁场调制成与定子电枢磁场极对数相同的磁场，从而与定子电枢磁场作用产生转矩；另一方面将定子电枢磁场调制成与永磁转子的永磁磁场极对数相同的磁场，从而与永磁转子的永磁磁场作用产生转矩。因此，可以看出调制环转子是实现这种基于磁场调制原理的无刷双转子电机工作的关键所在。在实际的电机结构中，导磁块是由导磁材料构成，非导磁块是由非导磁材料构成。导磁材料可以选择硅钢片、实心铁、软磁复合材料、软磁铁氧体等导磁性能好的材料；非导磁材料可以选择空气或者环氧树脂、不导磁钢等非导磁材料。而调制环转子中用目前的导磁材料所构成的导磁块在电机磁场作用下都会产生损耗，不同导磁材料产生的损耗是不同的，相同体积下由娃钢片材料构成导磁块的损耗最小，而由实心铁材料构成导磁块的损耗最大。而在电机运行时，调制环转子要传递一定的扭矩，还要承受高速旋转的离心力以及磁场产生的磁场拉力，因此调制环转子要有很高的机械强度才能保证电机可靠运行。因而在实际的电机运行中，就会存在这样一个矛盾问题要么所用的导磁材料能够使调制环转子的损耗很低，但却不具备很高的机械强度使调制环转子能够承受一定的扭矩、高速旋转产生的离心力和磁场产生的磁场拉力，也就很难使这种电机进行实际工程应用；要么所用的导磁材料能够使调制环转子具有很高的机械强度，但是使调制环转子的损耗很大从而极大的降低了电机的效率，也就限制了电机的应用前景。现有的调制环转子无法兼顾低损耗和高机械强度。
发明内容
本发明目的是为了解决现有的调制环转子无法兼顾低损耗和高机械强度的问题，提供了一种基于磁场屏蔽原理的调制环转子。本发明所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子，它包括两个端环、η个导磁块和η个连接杆，端环的端面上沿圆周方向均匀设置有多个通孔，端环的一个端面上均匀设置有多个螺钉孔，两个端环平行设置，且端环的螺钉孔侧相背设置，两个端环中的通孔位置一一相对，两个端环之间设置η个导磁块，每个导磁块用个连接杆与两个端环固定在一起，连接杆的杆身两端分别设置一个圆柱形的螺杆，连接杆的杆身嵌入在导磁块内部，位于杆身两端的螺杆分别穿出通孔，每个螺杆上均固定有螺母，所述螺母用于夹固端环和导磁块；其中，η为正整数。
导磁块由硅钢片叠压而成，叠压方向与调制环转子的轴向平行。连接杆的杆身采用非导磁材料或导磁材料。还可以进一步包括绑带，绑带缠绕固定在调制环转子的外圆表面上。还可以进一步包括环氧树脂，环氧树脂填满端环和导磁块之间的空隙。本发明的优点本发明中硅钢片具有导磁性能良好而且在磁场作用下的损耗小的优点，而当连杆由非导磁材料构成时，由此进入导磁块中的磁场基本不进入连杆，那么连杆中的损耗就会很小。由此可以看出，导磁性能非常好的硅钢片屏蔽了进入非导磁材料连杆中的磁场，因此即使连杆是金属材料，它的损耗也会很小，连杆采用导磁性能好的金属材料和非导磁金属材料的损耗对比如图12至图15所示。图12至图15中，在相同的电机条件下，仅是连杆的材料进行调整，可以看出电机空载运行时，连杆采用非导磁材料时的连杆损耗约为导磁材料时的连杆损耗的1/10 ;电机负载运行时，连杆采用非导磁材料时的连杆损耗约为导磁材料时的连杆损耗的1/2。从最终形成的调制环转子的结构上看，硅钢片采用平行调制环转子轴线的叠压方式叠成导磁块，并通过金属材料连杆使导磁块形成了具有很高机械强度的导磁块单元，是本发明的关键所在。同时当连杆是非导磁金属材料构成时，由磁场屏蔽原理可知这样导磁块单元具有损耗非常小的优势。本发明通过硅钢片采用平行调制环转子轴线的叠压方式叠成导磁块，并通过金属材料连杆使导磁块形成了具有很高机械强度的导磁块单元，进而将导磁块单元与端环连接成一体从而形成有很高机械强度的调制环转子。一方面，使调制环转子具有很高的机械强度，另一方面利用硅钢片在磁场作用下产生的损耗小这一自身材料优势，同时当连杆是非导磁金属材料构成时，利用磁场屏蔽原理使连杆中的损耗也非常小。这使得本发明的调制环转子同时具有损耗小和机械强度高的优势，使这种基于磁场调制原理的无刷双转子电机由理论电机模型到实际工程应用迈出了重要一步。
图I是本发明所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子的结构示意图；图2是图I的A-A截面图；图3是端环的结构示意图；图4是图3的B-B剖视图；图5是导磁块的结构示意图，图中的箭头为硅钢片的叠压方向；
图6是连接杆的结构示意图；图7是图6的左视图；图8是实施方式二所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子的结构示意图；图9是图8的C-C截面图；图10是实施方式三所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子的结构示意图；图11是图10的D-D截面图；图12是电机空载运行时，连接杆采用导磁材料的损耗曲线图；图13是电机空载运行时，连接杆采用非导磁材料的损耗曲线图； 图14是电机负载运行时，连接杆采用导磁材料的损耗曲线图；图15是电机负载运行时，连接杆采用非导磁材料的损耗曲线图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图I至图7说明本实施方式,本实施方式所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子，它包括两个端环I、η个导磁块2和η个连接杆3，端环I的端面上沿圆周方向均匀设置有多个通孔1-1，端环I的一个端面上均匀设置有多个螺钉孔1-2，两个端环I平行设置，且端环I的螺钉孔侧相背设置，两个端环I中的通孔1-1位置一一相对，两个端环I之间设置η个导磁块2，每个导磁块2用I个连接杆3与两个端环I固定在一起，连接杆3的杆身两端分别设置一个圆柱形的螺杆3-1，连接杆3的杆身嵌入在导磁块2内部，位于杆身两端的螺杆3-1分别穿出通孔1-1，每个螺杆3-1上均固定有螺母，所述螺母用于夹固端环I和导磁块2 ；其中，η为正整数。导磁块2由硅钢片叠压而成，叠压方向与调制环转子的轴向平行。硅钢片的叠压过程要保证所有硅钢片的外轮廓和两端的开孔对齐。用连接杆3穿过导磁块2的孔，这样形成了一个导磁块单元。导磁块2的横截面为扇形、梯形、矩形或圆形。连接杆3的杆身采用非导磁材料或导磁材料。选择的非导磁材料如不导磁钢、钛合金、招合金或铜。选择的导磁材料如钢、铸铁或铬合金。连接杆3的杆身的横截面为圆形、长方形、正方形或椭圆形。端环I的一个端面上均匀设置有多个螺钉孔1-2，以便与电机其他部件进行连接。连接杆3穿透导磁块2，连接杆3两端的端杆3-1穿过两个端环I的通孔1_1，并用螺母将导磁块2、连接杆3和两个端环I进行连接固定。这样就使两个端环I、η个导磁块2和η个连接杆3形成了一个具有很高机械强度的整体结构，也就形成了调制环转子。从本实施方式中调制环转子的结构上看，硅钢片采用平行调制环转子轴线的叠压方式叠成导磁块2，并通过金属材料连杆使导磁块形成了具有很高机械强度的导磁块单元，进而将导磁块单元与两个端环I连接成一体从而形成有很高机械强度的调制环转子。一方面，使调制环转子具有很高的机械强度，另一方面利用硅钢片在磁场作用下产生的损耗小这一自身材料优势，同时当连接杆3是非导磁金属材料构成时，利用磁场屏蔽原理使连杆中的损耗也非常小。这使得本发明的调制环转子同时具有损耗小和机械强度高的优势，使基于磁场调制原理的无刷双转子电机具有很好的工程实用性。
具体实施方式
二 下面结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括绑带4，绑带4缠绕固定在调制环转子的外圆表面上。绑带4采用玻璃丝布管来实现。该实施方式的调制环转子具有更好的机械可靠性。
具体实施方式
三下面结合图10和图11说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括环氧树脂5，环氧树脂5填满端环I和导磁块2之间的空隙。在图10中调制环转子中空气部分用环氧树脂进行浇灌，形成了图11中的调制环转子。该实施方式的调制环转子机械可靠性更高。
具体实施方式
四本实施方式所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子，它包括两个端环I、η个导磁块2和nk个连接杆3,端环I的端面上沿圆周方向设置有nk个通孔1-1，每一组通孔由k个通孔1_1构成，对应的导磁块中嵌入k个连接杆3，所述k个通孔1-1的位置与导磁块2中嵌入的k个连接杆3位置相对应，端环I的一个端面上设置有多个螺钉孔1-2，两个端环I平行设置，且端环I的螺钉孔侧相背设置，两个端环I中的通孔1-1位置一一相对，两个端环I之间设置η个导磁块2，每个导磁块2用k个连接杆3与两个端环I固定在一起，每个连接杆3的杆身两端分别设置一个圆柱形的螺杆3-1，连接杆3的杆身嵌入在导磁块2内部，位于杆身两端的螺杆3-1分别穿出通孔1-1，每个螺杆3-1上均固定有螺母，所述螺母用于夹固端环I和导磁块2 ；其中，η为正整数，k为大于或等于2的正整数。本实施方式适用于导磁块2的数量较少时，那么每个导磁块2在圆周方向占的空间就会很大，在这种情况下，每个导磁块2用多个连接杆3与端环I连接会使导磁块2与端环I连接的更牢固，导磁块2所具有的机械强度更高，当调制环转子在一定的扭矩、高速旋转产生的离心力和磁场产生的磁场拉力作用时，导磁块2形变更小。
权利要求
1.基于磁场屏蔽原理的调制环转子，其特征在于，它包括两个端环(l)、n个导磁块(2)和n个连接杆(3)， 端环(I)的端面上沿圆周方向均匀设置有多个通孔(1-1)，端环(I)的一个端面上均匀设置有多个螺钉孔(1-2)， 两个端环(I)平行设置，且端环(I)的螺钉孔侧相背设置，两个端环(I)中的通孔(1-1)位置一一相对，两个端环(I)之间设置n个导磁块(2)，每个导磁块(2)用I个连接杆(3)与两个端环(I)固定在一起， 连接杆(3)的杆身两端分别设置一个圆柱形的螺杆(3-1)，连接杆(3)的杆身嵌入在导磁块⑵内部，位于杆身两端的螺杆(3-1)分别穿出通孔(1-1)，每个螺杆(3-1)上均固定有螺母，所述螺母用于夹固端环(I)和导磁块(2); 其中，n为正整数。
2.根据权利要求I所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子，其特征在于，导磁块(2)由硅钢片叠压而成，叠压方向与调制环转子的轴向平行。
3.根据权利要求I所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子，其特征在于，导磁块(2)的横截面为扇形、梯形、矩形或圆形。
4.根据权利要求I所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子，其特征在于，连接杆(3)的杆身采用非导磁材料或导磁材料。
5.根据权利要求I所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子，其特征在于，连接杆(3)的杆身的横截面为圆形、长方形、正方形或椭圆形。
6.根据权利要求I所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子，其特征在于，它还包括绑带(4)，绑带(4)缠绕固定在调制环转子的外圆表面上。
7.根据权利要求6所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子，其特征在于，绑带(4)采用玻璃丝布管来实现。
8.根据权利要求I或6所述基于磁场屏蔽原理的调制环转子，其特征在于，它还包括环氧树脂(5)，环氧树脂(5)填满端环(I)和导磁块(2)之间的空隙。
全文摘要
基于磁场屏蔽原理的调制环转子，属于永磁电机领域，本发明为解决现有的调制环转子无法兼顾低损耗和高机械强度的问题。本发明包括两个端环、n个导磁块和n个连接杆，端环的端面上沿圆周方向均匀设置有多个通孔，端环的一个端面上均匀设置有多个螺钉孔，两个端环平行设置，且端环的螺钉孔侧相背设置，两个端环中的通孔位置一一相对，两个端环之间设置n个导磁块，每个导磁块用个连接杆与两个端环固定在一起，连接杆的杆身两端分别设置一个圆柱形的螺杆，连接杆的杆身嵌入在导磁块内部，位于杆身两端的螺杆分别穿出通孔，每个螺杆上均固定有螺母，所述螺母用于夹固端环和导磁块。
文档编号H02K1/22GK102969812SQ201210543589
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者郑萍, 白金刚, 刘勇, 于斌, 吴帆 申请人:哈尔滨工业大学