电机转子的制造方法、电机转子及电机与流程

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机转子的制造方法、电机转子及电机。

背景技术：

为了提高永磁电机的功率密度，电机设计时通常选用较高的电负荷、磁负荷和热负荷，因此电机单位体积的损耗和发热量明显增大。如果设计不当，会导致电机散热困难，温升超标。对于连接变频器的永磁电机，这种情况尤为明显。

永磁电机的磁极由磁钢构成。由于变频器的输出电压中含有大量的高次谐波，会在电机中产生较大的谐波损耗，引起较高的温升。当连接变频器的永磁电机长时间运行在高温度、强磁场环境条件下，如果磁钢的耐温性能较差，则磁钢容易发生磁性能降低、不可逆退磁等不良结果，导致磁钢失效，永磁电机无法工作，而这些危害总是从磁极的局部温升最高点开始的。

磁极的局部温升最高点一方面取决于该位置的散热条件，另一方面与该位置的磁钢涡流损耗大小密切相关。

为了抑制磁极温升，提高永磁电机效率，当磁极的散热条件一定时，需要降低磁极的涡流损耗。在不影响电机性能的前提下，现有技术通常采用将磁钢沿电机转子轴向和电机转子圆周方向(以下简称转子周向)均匀分段，进而削弱磁极的涡流损耗。

所谓的磁钢均匀分段，即所有的磁钢尺寸相同。如图1所示，磁极21沿电机转子轴向方向固定在磁轭22上，构成磁极21的磁钢均分为磁钢段211。此种均匀分段方法虽然便于磁钢生产和转子制造，但由于磁极沿电机轴向和周向的温度分布实际上是不均匀的，因此磁极均匀分段方法无法有效抑制磁极的局部温升最高点，也使的永磁电机温度分布非常不均匀、不合理。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种电机转子的制造方法、电机转子及电机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种电机转子的制造方法，所述电机转子包括磁轭和磁极，所述磁极包括多个磁钢单元，其特点在于，所述电机转子的制造方法包括以下步骤：

步骤s1：提供所述磁轭；

步骤s2：根据所述电机转子的所述磁极未分段前的实际热源分布对所述磁极进行分段设计，使得每一所述磁钢单元分段成多块尺寸相同的磁钢、所述磁极的各所述磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同；

步骤s3：根据所述分段设计的结果将分段后的各所述磁钢单元装配在所述磁轭上。

较佳的步骤s2包括以下步骤：

步骤s21、根据电磁场有限元仿真，计算所述磁极的涡流损耗；

步骤s22、利用温度场有限元仿真对所述磁极进行热场分析，得到所述磁极的温度分析结果；

步骤s23、根据所述磁极的温度分析结果，对所述磁极的温度高于预设温度的部分进行分段；

步骤s24、对所述磁极分段优化后的电机进行所述电磁场有限元仿真，计算优化后所述磁极的涡流损耗；

步骤s25、利用所述温度场有限元仿真对所述磁极分段优化后的电机进行所述热场分析，得到优化后所述磁极的温度分析结果；

步骤s26、根据优化后的所述磁极的温度分析结果，判断优化后的所述磁极的温度是否小于预设温度，如果是，则结束；如果否，则重复所述步骤s23、s24、s25和s26。

在本方案中，通过采用上述方法，利用有限元仿真技术，可以准确的计算出磁极发热的集中点，并针对该发热集中点采取分段设计，该方案可以有效的降低磁极温度。

较佳的，在步骤s23中，对磁极温度高于预设温度的部分进行较多分段，所述步骤s23还包括，对磁极的温度低于预设温度的部分进行较少分段或不分段。

在本方案中，通过采用上述方法，对磁极温度较高的部分多分段，可以有效的减少优化运算次数，并大幅降低磁极温度；对磁极温度较低的部分少分段也可以明显的降低磁极温度，降低永磁模块和电机转子的制造成本；对磁极温度较低的部分不分段，可以降低永磁模块和电机转子的制造成本。

较佳的，步骤s21包括如下步骤：

步骤s101、根据所述磁极未分段的电机建立电机模型，所述电机模型包括定子模型及转子模型，所述转子模型与所述定子模型之间形成气隙；

步骤s102、对所述电机模型设定材料属性；

步骤s103、对所述电机模型进行网格剖分；

步骤s104、对所述电机模型施加边界条件和载荷；

步骤s105、对所述电机模型进行求解；

步骤s106、对所述电机模型进行后处理，得到所述电机模型的电磁场有限元仿真。

较佳的，在所述步骤s26中，如果优化后的所述磁极的温度不小于预设温度，则在随后的步骤s24中，在所述磁极进行电磁场有限元仿真时，所述电机转子的所述磁极的温度较高部分的网格剖分比所述电机转子的所述磁极的温度较低部分的网格剖分更细。

在本方案中，通过采用上述方法，能够更准确的模拟磁极的实际情况，进而有利于有效的降低磁钢温度。

较佳的，定子模型包括定子铁芯及定子绕组，所述定子铁芯包括硅钢片，所述定子铁芯设有槽，所述定子绕组包括线圈，所述线圈嵌放在所述槽的内部，所述转子模型包括所述磁钢单元及所述磁轭，所述磁钢单元固定在所述磁轭上。

较佳的，步骤s2中的所述分段设计包括对所述磁钢沿所述转子的轴向和/或所述转子的周向分段。

较佳的，在所述电机模型中，距离所述气隙较近部分的网格剖分比距离所述气隙较远部分的网格剖分更细。

在本方案中，通过采用上述方法，能够更准确的模拟电机中磁场的实际情况，进而有利于有效的降低磁钢温度。

较佳的，各所述磁钢单元沿所述电机转子的周向分布为多列，每一列的各所述磁钢单元的尺寸相同且沿所述电机转子的轴向分布，步骤s2中将同一列的各所述磁钢单元分段设计为尺寸不完全相同的磁钢。

一种电机转子，所述电机转子包括磁轭和磁极，所述磁极包括多个磁钢单元，其特点在于，每个所述磁钢单元被分段为多块尺寸相同的磁钢，所述磁极的各所述磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同，其中每一所述磁钢单元的分段数量与所述磁极分段前的实际热源分布相关。

在本方案中，通过采用上述方法，根据实际热源的分布情况，在热源集中，温度较高的区域，将磁钢单元分段成尺寸较小的磁钢，温度较低的区域，将磁钢单元分段成尺寸较大的磁钢，既可以有效的降低磁钢的温度，也能避免磁钢分段过小，降低磁钢的安装成本。

较佳的，所述磁极分段前的实际热源分布通过有限元仿真计算出未分段的所述磁极的温度分布得到。

较佳的，每一所述磁钢单元在所述电机转子的轴向方向上和/或周向方向上分段成多块磁钢。

在本方案中，通过采用上述结构形式，将磁钢沿电机转子轴向和/或电机转子周向进行分段，可以有效的降低磁钢的温度。

较佳的，各所述磁钢单元沿所述电机转子的周向分布为多列，每一列的各所述磁钢单元尺寸相同且沿所述电机转子的轴向分布，同一列的各所述磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同。

一种电机，其特点在于，包括如上所述的电机转子。

较佳的，电机还设有散热通道，散热通道通入散热流体，散热流体用于电机散热。

较佳的，所述散热流体的流向为从所述电机的中间流向所述电机的两端，位于所述电机转子的轴向中间部位的所述磁钢的体积大于位于所述电机转子的轴向两端部位的所述磁钢的体积。

较佳的，散热流体的流向为从电机的两端流向电机的中间，位于电机转子轴向中间部位的磁钢的体积小于位于电机转子轴向两端部位的磁钢的体积。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明根据电机转子的磁极未分段前的实际热源分布，针对发热集中、温度较高的磁极进行分段设计，有效的降低了磁极的涡流损耗，进而减少了磁极产生的热量，有效的抑制了磁极温度升高，避免了磁极在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

附图说明

图1为现有技术中磁极均匀分段的结构示意图。

图2为本发明实施例1的电机转子制造方法中步骤s2的流程示意图。

图3为本发明实施例1的电机转子制造方法中步骤s21的流程示意图。

图4为本发明实施例1中磁极未分段的结构示意图。

图5为本发明实施例2中底板单元排布的结构示意图。

图6为本发明实施例2中两等分底板单元41的结构示意图。

图7为本发明实施例2中两等分底板单元41不含磁极罩壳的结构示意图。

图8为本发明实施例2中四等分底板单元42不含磁极罩壳的结构示意图。

图9为本发明实施例2中八等分底板单元43不含磁极罩壳的结构示意图。

图10为本发明实施例3中底板单元排布的结构示意图。

附图标记说明：

磁极21

磁轭22

磁钢210

磁钢段211

轴向a

周向b

步骤s21-s26

步骤s101-s106

磁钢单元4

两等分底板单元41

四等分底板单元42

八等分底板单元43

底板402

磁极罩壳403

两等分磁钢4011

四等分磁钢4012

八等分磁钢4013

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

永磁电机包括定子及转子，定子与转子之间形成气隙，定子包括定子铁芯，定子铁芯设有槽，线圈嵌在槽内，形成定子绕组。转子包括磁极、磁轭，磁极固定在磁轭上。磁极由磁钢构成，图4为未分段的磁钢210与磁轭22的示意图。需要说明的是，磁极是个整体的概念，磁极由多个磁钢组成。讨论整体概念时，叫磁极；讨论局部细节时，叫磁钢。比如：把一块大磁钢进行分段，分成了多块磁钢，而原来的大磁钢就成为了由多块小磁钢组成的磁极。

本发明电机转子的制造方法包括以下步骤：

步骤s1：提供所述磁轭；

步骤s2：根据所述电机转子的所述磁极未分段前的实际热源分布对所述磁极进行分段设计，使得每一所述磁钢单元分段成多块尺寸相同的磁钢、所述磁极的各所述磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同；

步骤s3：根据所述分段设计的结果将分段后的各所述磁钢单元装配在所述磁轭上。

本发明电机转子制造方法中步骤s2的流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤s21、根据电磁场有限元仿真，计算所述磁极21的涡流损耗；

步骤s22、利用温度场有限元仿真对所述磁极21进行热场分析，得到所述磁极21的温度分析结果；

步骤s23、根据所述磁极21温度分析结果，对磁极21温度高于预设温度的部分进行分段；

步骤s24、对磁极分段优化后的电机进行电磁场有限元仿真，计算优化后磁极的涡流损耗；

步骤s25、利用温度场有限元仿真对磁极分段优化后的电机进行热场分析，得到优化后磁极的温度分析结果；

步骤s26、根据优化后的磁极21温度分析结果，判断优化后的磁极21温度是否小于预设温度，如果是，则结束；如果否，则重复步骤s23、s24、s25和s26。

通过以上电机转子的制造方法，即具体将磁钢210按照温度分布，将其分成多段。该方法可以有效的降低磁极21的涡流损耗，进而降低磁极21的温度。

作为一种替代的方案，也可以在步骤s23中对磁极21温度高于预设温度的部分进行较多分段，还可以对磁极21温度低于预设温度的部分进行较少分段或不分段。对磁极温度较高的部分多分段，可以有效的减少优化运算次数，并大幅降低磁极温度；对磁极温度较低的部分少分段也可以明显的降低磁极温度，降低永磁模块和电机转子的制造成本；对磁极温度较低的部分不分段，可以降低永磁模块和电机转子的制造成本

如图3所示，在该电机转子制造方法的步骤s21中，还可以包括如下步骤：

步骤s101、根据磁极未分段的电机建立电机模型，电机模型包括定子及转子，转子与定子之间形成气隙；

步骤s102、对电机模型设定材料属性；

步骤s103、对所述电机模型进行网格剖分；

步骤s104、对所述电机模型施加边界条件和载荷；

步骤s105、对所述电机模型进行求解；

步骤s106、对所述电机模型进行后处理，得到所述电机模型的电磁场有限元仿真。

为了更准确的模拟磁极的实际情况，在步骤s26中，如果优化后的磁极温度不小于预设温度，则在随后的步骤s24中，在磁极进行电磁场有限元仿真时，电机转子磁极温度较高部分的网格剖分比所述电机转子磁极温度较低部分的网格剖分更细。

为了达到对具体类型电机有效降低其磁极温度的目的，还可以详细设置定子及转子。定子具体包括定子铁芯及定子绕组，定子铁芯包括硅钢片，定子铁芯设有槽，定子绕组包括线圈，线圈嵌放在槽内，转子包括磁钢210及磁轭22，磁钢21固定在磁轭22上。

为了更有效的降低磁极21的温度，还可以将磁钢210沿着电机转子轴向a分段形成轴向分段磁钢211，或者沿着电机转子周向b分段形成周向分段磁钢212，当然，也可以将磁钢210同时沿着电机转子轴向a及电机转子周向b分段。

为了更精确的模拟出电机内部实际情况，还可以将距离气隙3较近部分的网格剖分比距离气隙3较远部分的网格剖分更细。也就是在气隙3周边，需要将电机模型更精细的模拟出来。为了节约计算机资源，距离气隙3较远的部分，在网格剖分时精度要求可以相对较低。

实施例2

如图5所示，为本发明电机转子的底板单元4的排布示意图。本发明电机转子包括磁轭22及磁极21。磁极21包括多个底板单元4，底板单元4包括磁钢单元(磁钢单元即为一整块未分段的磁钢)、底板402及磁极罩壳403，将未充磁的磁钢单元黏贴固定在底板402上，每个底板单元4上黏贴两列磁极21，两列磁极21平行于电机转子轴，并且对称分布在底板402上。在磁钢单元的正表面点涂或者通过打胶线涂覆胶层，然后将磁极罩壳403扣装在底板402上，保证磁钢单元与磁极罩壳403之间的胶层完全铺开，填充满磁极罩壳403与磁钢单元之间的间隙，随后加热固化结构胶，使磁极罩壳403与底板402形成一个密封磁极的腔体，形成未充磁的底板单元4。将未充磁的底板模块4内的两列磁极21分别进行整体充磁，每列磁极21内的多个磁钢单元的磁性相同，两列磁极21的磁性相反，即其中一列为n极，另一列为s极。对于沿转子周向上分段的磁极，分段后的磁极的充磁方向与分段前的磁极的充磁方向一致。然后底板单元4再装配到磁轭22上。单个底板单元4通过螺钉和垫片固定在磁轭22上，从而实现对磁钢单元的机械固定。机械固定后，裸露的螺钉、垫片等全部使用密封胶刮涂覆盖并加热固化，实现对相关部件的密封。底板单元4全部装配完成后，对电机转子整体进行一次树脂真空灌注，实现对底板模块4与磁轭的间隙及螺钉、垫片、通孔的缝隙的有效填胶及密封。

每个磁钢单元可以分成多块尺寸相同的磁钢，磁极21的各个磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同。本实施例中，底板单元4沿电机转子轴a向排列在磁轭22上，沿转子轴向a排列的同一列磁钢单元包括不同尺寸的磁钢。需要注意的是，每个磁钢单元的分段数量(即其中的磁钢的尺寸)与磁极分段前的实际热源分布相关。利用有限元仿真可计算得到电机转子磁极21的实际热源分布的温度分析结果，根据所述温度分析结果对磁极21的温度高于预设温度的部分进行分段。不同尺寸的磁钢按磁钢单元分段设计后的尺寸设计和制造。在磁钢分段设计时，可以如沿转子轴向a分段的两等分磁钢4011、四等分磁钢4012，或者如沿转子轴向a及周向b分段的八等分磁钢4013等形式。底板单元4按照其内部所含的单个磁钢尺寸大小的不同，可以分为两等分底板单元41、四等分底板单元42、八等分底板单元43等，分别如图6、图8、图9所示(图8及图9均未显示磁极罩壳403)，图7为不含磁极罩壳的两等分底板单元41。

作为一种替代的方案，磁钢单元401中的多块磁钢也可以沿转子的轴向a排列。比如由多块两等分磁钢4011、四等分磁钢4012等沿转子轴向a排列，即可构成磁钢沿转子的轴向排列。

作为一种替代的方案，磁钢单元中的多块磁钢也可以沿转子的周向b排列。比如将一整块磁钢沿长度方向切开，即可构成沿转子周向b排列。

作为一种替代的方案，磁钢单元中的多块磁钢也可以沿转子的轴向a及转子的周向b排列。比如由多块八等分磁钢4013沿转子轴向a及转子的周向b排列，即可构成沿转子的轴向及转子的周向排列。

本发明的电机转子是应用于电机中。电机还设有散热通道，本实施例中电机的散热通道入口设计在电机的两端，电机散热通道内通入冷风，冷风经电机的两端进入电机内部后从电机中间流出电机。如图5所示，通过有限元仿真，得出该电机转子磁极分段前实际温度分布为：电机轴向中间部分的磁极温度最高，从轴向中间部分到电机转子轴两端，磁极温度逐渐降低，电机转子轴两端温度最低。由此，如图5所示，本实施例将电机转子的电机轴向中间部分的磁钢按照八等分磁钢4013分段，电机转子轴向两端部分的磁钢按照两等分磁钢4011分段，其余部分的磁钢按照四等分磁钢4012分段，也就是将本实施例电机转子磁极按照两等分底板单元41-四等分底板单元42-八等分底板单元43-八等分底板单元43-四等分底板单元42-两等分底板单元41沿电机转子轴向依次排布，即可有效的降低电机转子磁极的涡流损耗，进而降低磁极温度，避免磁极在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

实施例3

如图10所示，本实施例3与实施例2基本相同，不同之处在于：

本实施例电机的散热通道入口设计在电机的中间部位，电机散热通道内通入冷风，冷风经电机中间进入电机内部后从电机两端流出电机。通过有限元仿真，得出该电机转子磁极分段前实际温度分布为：电机轴向中间部分的磁极温度最低，从轴向中间部分到电机转子轴两端，磁极温度逐渐升高，电机转子轴两端温度最高。由此，如图10所示，本实施例将电机转子的电机转子轴向的排布顺序为八等分底板单元43-四等分底板单元42-两等分底板单元41-两等分底板单元41-四等分底板单元42-八等分底板单元43。此种排布方式有效的降低了电机转子轴向两端的涡流损耗，进而降低磁极温度，避免磁极在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。