一种斜极电机转子、制造方法以及电机与流程

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种斜极电机转子及其制造方法。本发明还涉及一种电机。

背景技术：

伺服电机的应用环境决定了其对定位的精确度、控制响应速度都有极严格的要求。电机齿槽转矩过大，会引发电机旋转时轴伸端输出力矩的不均匀，影响位置控制精度。因此，伺服电机设计的重点之一便是尽量消减齿槽转矩。

传统的伺服电机多采用斜极结构降低齿槽转矩。传统的实现方法主要是设计圆柱形转子铁芯，并在圆柱形铁芯外表面分段粘贴弧形磁钢。此方法对粘贴磁钢的角度要求较高，必须使用自动化设备完成磁钢粘贴与转子生产。另外，降低齿槽转矩的方法还包括采用套装磁环，之后斜极充磁的方式。但磁环受制于其复杂的工艺，产品的内、外径尺寸与长度只能满足有限型号电机的需求。

因此，如果能以简单的方式实现斜极结构，则可以以较低的成本实现伺服电机的精度的明显提高，意义重大。

技术实现要素：

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种斜极电机转子及其制造方法，其能够以简单的方式实现转子的斜极结构，制造工艺简单，成本低。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种斜极电机转子，包括转子轴和转子铁芯，其中，所述转子铁芯包括n个铁芯段，每个铁芯段中安装有磁体，各个铁芯段沿轴向拼合地套设在所述转子轴上，所述转子轴上设有n个第一键槽，各个第一键槽在轴向上一一对应于各个铁芯段，各个第一键槽在圆周方向上依次错位，每个铁芯段的内孔中设有第二键槽，每个第二键槽与对应的第一键槽之间通过键实现连接，其中，n≥2。

优选地，任意两个相邻的第一键槽之间的错位角度相同，等于斜极角/(n-1)。

优选地，各个铁芯段具有完全相同的结构。

优选地，所述磁体以内嵌或表贴的方式安装于所述铁芯段中。

优选地，所述磁体的横截面为圆弧形或矩形。

优选地，每个铁芯段的铁芯部分为冲制件。

优选地，每个铁芯段的外周面为一个圆柱面，或者由多个圆心不同的圆弧面构成。

每个铁芯段的外周面由多个圆心不同的圆弧面构成，每个磁体的内侧面和外侧面为圆弧面，所述磁体的各圆弧面与邻近的铁芯段外周面的圆弧面为同心圆弧面。

一种根据前面所述的斜极电机转子的制造方法，其包括步骤：

S1、分别制造所述转子轴和所述铁芯段，其中所述铁芯段中安装有磁体；

S2、向所述转子轴上对应于第一个铁芯段的第一键槽中放入第一键，任意取一个铁芯段套设到所述转子轴上，使所述铁芯段的第二键槽与所述第一键配合；

S3、向相邻的下一个第一键槽中放入第二键，任意取一个铁芯段套设到所述转子轴上，使所述铁芯段的第二键槽与所述第二键配合，以此类推，直至完成最后一个铁芯段的套设。

优选地，步骤S1中，制造所述转子轴的过程包括步骤：

将所述转子轴的各段轴颈的外径和长度加工到位；

依据预先确定的错位角度和轴向位置加工各个第一键槽。

优选地，步骤S1中，制造所述铁芯段的过程包括步骤：

冲制所述铁芯段的铁芯部分，一次加工出所述铁芯部分的外形、所述第二键槽以及用于安装磁体的结构；

将磁体安装至所述铁芯部分。

优选地，在安装磁体时，先将所述磁体在无磁性的状态下安装至所述铁芯部分，之后再进行充磁操作。

优选地，在向转子轴上套设铁芯段时，相邻的铁芯段之间、和/或铁芯段与转子轴之间设置有胶黏剂。

本发明的另一目的在于提供一种电机，其能有较低的成本实现齿槽转矩的降低。

为实现该目的，采用的技术方案如下：

一种电机，其包括定子和与所述定子配合的转子，其特征在于，所述转子为前面所述的斜极电机转子。

本发明的斜极电机转子中，转子铁芯采用多个铁芯段沿轴向布置，相邻的铁芯段之间依次错位一定的角度，即可获得斜极结构，其制造和装配过程简单；各铁芯段的结构统一，冲制工艺简单，单列模具即可生产；装配时则仅靠键槽之间的简单匹配即可满足要求，完全不存在装错的风险。

本发明的电机可以显著地降低齿槽转矩，使电机定位精度和响应速度得到大幅提升。

附图说明

以下将参照附图对根据本发明的斜极电机转子及电机进行描述。图中：

图1为本发明的一种优选实施方式的铁芯段的端视示意图；

图2为图1的铁芯段的铁芯部分与磁体的分解示意图；

图3为本发明的一种优选实施方式的转子轴的主视示意图；

图4为图3中的A-A剖视图；

图5为图3的转子轴的立体示意图；

图6为安装第一个铁芯段的示意图；

图7为完成安装的电机转子的示意图。

具体实施方式

参见图1-7，其中示意地示出了本发明的优选实施方式的斜极电机转子。

如图7所示，本发明的斜极电机转子包括转子轴1和转子铁芯，其中，所述转子铁芯包括n个铁芯段2，每个铁芯段2中安装有磁体3(参见图1和图2)，各个铁芯段2沿轴向拼合地套设在所述转子轴1上，所述转子轴1上设有n个第一键槽11(参见图3-5)，各个第一键槽11在轴向上一一对应于各个铁芯段2，各个第一键槽11在圆周方向上依次错位，每个铁芯段2的内孔中设有一个第二键槽21，每个第二键槽21与对应的第一键槽11之间通过键4实现连接，其中，n≥2，称为分段数。

也即，本发明通过将转子铁芯采用分段排列，每相邻的两段间朝同一方向错位一定的角度，使得各个铁芯段中的磁体形成斜极结构。特别地，由于本发明中仅依靠转子轴1上的第一键槽11的布置来实现铁芯段2的错位，而各个铁芯段则不需要做任何区分，只需要任取一个铁芯段，并简单地将其上唯一的键槽与键完成连接，即可保证预定的错位角度，因而无论是加工过程还是装配过程，都大大得到简化。

优选地，任意两个相邻的第一键槽11之间的错位角度相同，等于斜极角/(n-1)。这可以简化键槽的加工过程，例如采用铣削方式加工时，每次转过相同的角度即可。如图4所示，斜极角等于位于两端的首个和末个第一键槽的中心线之间的偏移角度，而错位角度则是指相邻的两个第一键槽的中心线之间的偏移角度。由于这些第一键槽11设置在转子轴1的同一轴段的外表面上，因此，在转子轴1的轴向看时，这些第一键槽11的中心线都与转子轴1的中心线相交，在图4中，表现为这些第一键槽11的中心线都经过转子轴1的横截面中心。

需要说明的是，为避免影响观察键槽剖面轮廓，图4的剖视图中并没有画出剖面线。图4中，三个第一键槽的剖面轮廓分别用实线、点划线和虚线画出。

在确定了所需要的斜极角之后，便可以设计分段数n和第一键槽的错位角度。定位键槽数量与分段数相同，斜极角由两端的两个第一键槽中心线的偏移角度保证。

优选地，各个铁芯段2具有完全相同的结构。这特别地可以简化铁芯段的制造过程，例如，当采用冲制的方式制造铁芯部分时，可以只采用一套模具即可完成，冲制工艺简单，同时也简化了模具结构，可提高模具寿命。同时，当各个铁芯段2采用完全相同的结构时，显然其轴向叠高也相同，各磁体也都具有相同的规格，各个键也都具有相同的规格，从而大大减化制造和装配过程。

优选地，所述磁体3以内嵌或表贴的方式安装于所述铁芯段2中。附图中所示的优选实施方式为内嵌方式，铁芯段2中相应地设置有磁体槽。将磁体嵌入磁体槽中时，可以采用涂胶粘接等方式将磁体固定。磁体高度优选与单个铁芯段的轴向高度相同，保证磁体两端面与铁芯段的两端面平齐。

优选地，所述磁体3的横截面为圆弧形或矩形。

优选地，每个铁芯段2的铁芯部分为冲制件。例如，可采用高冲方式冲制每个铁芯段2的铁芯部分。每个铁芯段2的叠高为整个转子铁芯的叠高的n分之一。

优选地，每个铁芯段2的外周面可以为一个圆柱面，或者可以由多个圆心不同的圆弧面构成，如图1所示。

优选地，每个铁芯段2的外周面由多个圆心不同的圆弧面构成，每个磁体3的内侧面和外侧面也为圆弧面，所述磁体3的内、外侧面与邻近的铁芯段2外周面的圆弧面为同心圆弧面，如图1所示。当采用这种结构时，可以使磁体与转子铁芯外周面之间的间距尽可能小，例如可减小至0.5mm以下，以最大程度地减少漏磁。当然，为减少漏磁，也可以在铁芯段中增加防止漏磁的辅助槽结构等。

优选地，所述转子轴1与各个铁芯段2之间既可以为间隙配合，也可以为过盈配合。同时，还可以在铁芯段2与转子轴1之间涂覆胶黏剂等，以保证连接强度。

进一步地，本发明还提供了前面所述的斜极电机转子的制造方法，其包括步骤：

S1、分别制造所述转子轴1和所述铁芯段2，其中所述铁芯段2中安装有磁体3；

S2、向所述转子轴1上对应于第一个铁芯段2的第一键槽11中放入键4，任意取一个铁芯段2套设到所述转子轴1上，使所述铁芯段2的第二键槽21与所述键4配合，该过程如图6所示；

S3、向相邻的下一个第一键槽11中放入键4，任意取一个铁芯段2套设到所述转子轴1上，使所述铁芯段2的第二键槽21与所述键4配合，以此类推，直至完成最后一个铁芯段2的套设。

至此，便完成斜极电机转子的制造和装配，非常快捷而方便，装配工艺简单，无需工装即可完成。

优选地，步骤S1中，制造所述转子轴1的过程可以包括步骤：

将所述转子轴1的各段轴颈的外径和长度加工到位；

依据预先确定的错位角度和轴向位置加工各个第一键槽11，例如采用铣削的方式加工出。

优选地，步骤S1中，制造所述铁芯段2的过程可以包括步骤：

冲制所述铁芯段2的铁芯部分，一次加工出所述铁芯部分的外形、所述第二键槽21以及用于安装磁体的结构，例如磁体槽等；

将磁体3安装至所述铁芯部分。

由于各个铁芯段采用相同的结构，其横截面在整个轴向长度上处处相同，生产时无需转换模具，模具结构大大简化。并且，可以采用单一结构的模具，无需分别控制碟片高度，使生产过程简单易行。

优选地，在安装磁体3时，可以先将所述磁体3在无磁性的状态下安装至所述铁芯部分，之后再进行充磁操作。在无磁性的状态下安装磁体时，操作过程简便，且无碰伤磁体的风险。安装完磁体后，各个铁芯段可以分别进行相同的充磁操作。本发明的斜极电机转子无需进行斜极充磁，也不存在退磁的风险。

优选地，在向转子轴1上套设铁芯段2时，相邻的铁芯段2之间、和/或铁芯段2与转子轴1之间设置有胶黏剂。铁芯段与转子轴之间采用涂胶、键槽相配合的方式连接，相邻铁芯段之间也涂胶，可以在不使用任何附加结构的情况下保证转子的连接强度。

本发明的另一方面还提供了一种电机，其能有较低的成本实现齿槽转矩的降低。

为实现该目的，采用的技术方案如下：

一种电机，优选为伺服电机，其包括定子和与所述定子配合的转子，其中，所述转子即为前面所述的斜极电机转子。

本发明的伺服电机可以显著地降低齿槽转矩，使电机定位精度和响应速度得到大幅提升。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。