转子冲片、转子铁芯、电机转子及组装方法、电机与流程

1.本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种转子冲片、转子铁芯、电机转子及组装方法、电机。


背景技术：

2.目前，电气传动领域大多采用异步电机系统，相对于异步电机系统，永磁电机系统具有低损耗、高效率的特点，是下一代传动系统的发展趋势。由于普通的永磁同步电机反电动势高，高速运行时存在损坏逆变器的危险，因此永磁辅助同步磁阻电机受到青睐。同步磁阻电机可靠性高，因其转子上不带永磁体，不存在失磁风险，但是功率因数低是同步磁阻电机的一个主要缺点，对电机控制器的逆变器容量及控制性能要求较高。
3.永磁辅助同步磁阻电机兼具永磁同步电机和同步磁阻电机的特点，除具有转矩密度高、可靠性高、体积小、重量轻等显著优点外，还能够充分利用电机的磁阻转矩，大大减少稀土永磁体的用量甚至可以用铁氧体完全替代稀土永磁体，使电机的空载反电动势大幅降低，提高了系统的可靠性，因此成为替代永磁电机和同步磁阻电机的最佳选择。随着永磁体材料行业的不断发展，永磁体成型的工艺逐渐多元化，以满足日渐丰富的需求，铁芯及永磁体拓扑结构设计的自由度更高。
4.现有技术中，通过将磁钢槽远离转子轴心的一侧的端部做成与转子外圆贯通的方式，以降低在转子外圆隔磁桥处的漏磁程度，但其通过分体式的转子轭与固定轭组装实现隔磁桥的去除以及对永磁体的定位，生产及组装复杂。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种转子冲片、转子铁芯、电机转子及组装方法、电机，由于在转子冲片外圆处不具有隔磁桥，从而能够减少在隔磁桥处的漏磁，提升转子凸极比，增强电机的转矩输出能力。
6.为了解决上述问题，本发明提供一种转子冲片，包括冲片本体，所述冲片本体上具有多个与电机转子磁极对应的磁极形成区域，每个磁极形成区域内的冲片本体上构造有第一磁障槽，所述第一磁障槽关于与之相应的磁极形成区域内的d轴对称并形成朝向所述冲片本体的外周侧的第一张角结构，所述第一磁障槽的底部具有处于所述d轴上的第一隔磁桥，所述第一磁障槽包括关于所述d轴对称的两个第一侧向延伸磁障槽，所述第一侧向延伸磁障槽包括第一磁钢槽以及处于所述第一磁钢槽径向外侧的第一空气槽，所述第一空气槽与所述冲片本体的外周壁贯通。
7.优选地，所述d轴一侧的第一侧向延伸磁障槽中的第一空气槽与所述冲片本体的外周壁具有靠近所述d轴的第一交点以及远离所述d轴的第二交点，所述d轴另一侧的第一侧向延伸磁障槽中的第一空气槽与所述冲片本体的外周壁具有靠近所述d轴的第三交点以及远离所述d轴的第四交点，所述第一交点与所述冲片本体的圆心之间连线为第一直线，所述第三交点与所述冲片本体的圆心之间连线为第二直线，所述第一直线与所述第二直线之
间的夹角为β2，所述第二交点与所述冲片本体的圆心之间连线为第三直线，所述第四交点与所述冲片本体的圆心之间连线为第四直线，所述第三直线与所述第四直线之间的夹角为β1，β2＝β1‑2°
，其中p为所述转子冲片对应的电机转子的极对数。
8.优选地，所述第一磁钢槽具有第一等宽槽段以及处于所述第一等宽槽段长度延伸两端的第一扩口槽段。
9.优选地，所述第一磁钢槽的径向长度为l4，所述第一等宽槽段的径向长度为l3，l3＝a2×
l4，其中0.6<a2<0.8，d0为冲片本体的外圆直径。
10.优选地，所述第一等宽槽段的槽宽为w3，所述第一扩口槽段的最大槽宽为w4，1.02＜w4/w3＜1.07。
11.优选地，每个磁极形成区域内的冲片本体上还构造有处于所述第一磁障槽的径向内侧的第二磁障槽，所述第二磁障槽关于与之相应的磁极形成区域内的d轴对称并形成朝向所述冲片本体的外周侧的第二张角结构，所述第二磁障槽的底部具有垂直于所述d轴设置的中心磁钢槽以及处于所述中心磁钢槽两侧关于所述d轴对称的两个第二侧向延伸磁障槽，所述第二侧向延伸磁障槽包括第二磁钢槽以及处于所述第二磁钢槽径向外侧的第二空气槽，所述第二空气槽与所述冲片本体的外周壁贯通。
12.优选地，所述d轴一侧的第二侧向延伸磁障槽中的第二空气槽与所述冲片本体的外周壁具有靠近所述d轴的第五交点以及远离所述d轴的第六交点，所述d轴另一侧的第二侧向延伸磁障槽中的第二空气槽与所述冲片本体的外周壁具有靠近所述d轴的第七交点以及远离所述d轴的第八交点，所述第五交点与所述冲片本体的圆心之间连线为第五直线，所述第七交点与所述冲片本体的圆心之间连线为第六直线，所述第五直线与所述第六直线之间的夹角为γ2，所述第六交点与所述冲片本体的圆心之间连线为第七直线，所述第八交点与所述冲片本体的圆心之间连线为第八直线，所述第七直线与所述第八直线之间的夹角为γ1，γ2＝γ1‑7°
，其中p为所述转子冲片对应的电机转子的极对数。
13.优选地，所述第二磁钢槽具有第二等宽槽段以及处于所述第二等宽槽段长度延伸两端的第二扩口槽段。
14.优选地，所述第二磁钢槽的径向长度为l2，所述第二等宽槽段的径向长度为l1，l1＝a1×
l2，其中0.6<a1<0.8，d0为冲片本体的外圆直径。
15.优选地，所述第二等宽槽段的槽宽为w1，所述第二扩口槽段的最大槽宽为w2，1.02＜w2/w1＜1.07。
16.优选地，其中，0.2<k1<0.25。
17.优选地，0.8＜w3/w1＜0.9。
18.优选地，所述中心磁钢槽为弧形磁钢槽，所述弧形磁钢槽的曲率中心处于所述弧形磁钢槽朝向所述冲片本体的圆心的一侧。
19.优选地，所述弧形磁钢槽的圆弧顶点处于以所述冲片本体的圆心为圆心、直径为d3的圆上，d3＝d0‑
k2×
l2，其中2.1≤k2≤2.3，d0为冲片本体的外圆直径。
20.优选地，在所述第一隔磁桥径向外侧的所述冲片本体上还构造有铆钉孔，且所述铆钉孔处于所述第一张角结构的张角范围内。
21.优选地，所述铆钉孔的中心处于以所述冲片本体的圆心为圆心、直径为d1的圆上，0.85＜d1/d0＜0.9，其中d0为冲片本体的外圆直径。
22.本发明还提供一种转子铁芯，包括多个叠压的转子冲片，所述转子冲片为上述的转子冲片。
23.本发明还提供一种电机转子，包括转子铁芯以及处于所述转子铁芯的两端的转子挡板，所述转子铁芯为上述的转子铁芯，当转子冲片上构造有铆钉孔时，所述转子挡板上对应地构造有让位孔，所述让位孔的中心处于以所述冲片本体的圆心为圆心、直径为d2的圆上，d1＞d2。
24.优选地，0.03mm≤d1
‑
d2≤0.09mm。
25.本发明还提供一种电机，包括电机转子，所述电机转子为上述的电机转子。
26.本发明还提供一种电机转子的组装方法，包括如下步骤：
27.(a)将预设叠高的转子冲片通过铆钉固定形成转子铁芯，所述转子冲片的外周壁上具有外圆隔磁桥；
28.(b)将永磁体通过注塑工艺在转子铁芯对应的磁钢槽内固定成型；
29.(c)将永磁体注塑完成后的转子铁芯与转轴装配为一体；
30.(d)去除所述转子冲片的外周壁上具有的外圆隔磁桥。
31.优选地，通过机械精加工的方式去除所述外圆隔磁桥
32.优选地，在步骤(c)中还包括：
33.将转子挡板加热后与所述转轴套装为一体，并使所述铆钉的伸出端处于所述转子挡板具有的让位孔内。
34.本发明提供的一种转子冲片、转子铁芯、电机转子及组装方法、电机，一方面通过所述第一空气槽将所述第一磁钢槽与所述冲片本体的外周壁贯通，去除了相关技术中的外圆隔磁桥在客观上使所述冲片本体的外圆成为无隔磁桥结构，从而能够减少在隔磁桥处的漏磁，提升转子凸极比，增强电机的转矩输出能力，另一方面所述第一磁障槽通过所述第一隔磁桥与所述冲片本体连成一个整体，杜绝两者分体导致的组装困难的情况发生。
附图说明
35.图1为本发明一种实施例的转子冲片的结构示意图；
36.图2为图1中a处的局部放大图；
37.图3为本发明另一种实施例的转子冲片的结构示意图，图中的转子冲片具有外圆隔磁桥，而在其应用到转子铁芯中后将被通过机械精加工手段去除，以形成图1中所示出的转子冲片结构；
38.图4为图1中示出的转子冲片中的相应磁钢槽中嵌装相应的永磁体时的结构示意图；
39.图5为本发明又一种实施例的转子冲片的相应磁钢槽中嵌装相应的永磁体时的结
构示意图，其与图1所示的转子冲片不同之处在于中心磁钢槽的形状为弧形；
40.图6为本发明一种实施例的电机转子的立体拆解结构示意图，图中未示出转轴；
41.图7为图6中的转子挡板的结构示意图；
42.图8为退磁率随着l3/l4的变化曲线示意图；
43.图9为退磁率随着l1/l2的变化曲线示意图；
44.图10为未去除外圆隔磁桥的转子冲片的磁密云图；
45.图11为去除外圆隔磁桥的转子冲片也即本发明技术方案中的转子冲片的磁密云图。
46.附图标记表示为：
47.1、冲片本体；2、第一磁障槽；21、第一侧向延伸磁障槽；211、第一磁钢槽；212、第一空气槽；22、第一隔磁桥；3、第二磁障槽；31、中心磁钢槽；32、第二侧向延伸磁障槽；321、第二磁钢槽；322、第二空气槽；323、第三空气槽；324、第二隔磁桥；4、铆钉孔；100、转子铁芯；200、转子挡板；201、让位孔；300、转子冲片；301、铆钉；302、外圆隔磁桥；303、永磁体。
具体实施方式
48.结合参见图1至图11所示，根据本发明的实施例，提供一种转子冲片，包括冲片本体1，所述冲片本体1上具有多个与电机转子磁极对应的磁极形成区域，每个磁极形成区域内的冲片本体1上构造有第一磁障槽2，所述第一磁障槽2关于与之相应的磁极形成区域内的d轴对称并形成朝向所述冲片本体1的外周侧的第一张角结构，所述第一磁障槽2的底部具有处于所述d轴上的第一隔磁桥22，所述第一磁障槽2包括关于所述d轴对称的两个第一侧向延伸磁障槽21，所述第一侧向延伸磁障槽21包括第一磁钢槽211以及处于所述第一磁钢槽211径向外侧的第一空气槽212，所述第一空气槽212与所述冲片本体1的外周壁贯通。该技术方案中，一方面通过所述第一空气槽212将所述第一磁钢槽211与所述冲片本体1的外周壁贯通，去除了相关技术中的外圆隔磁桥在客观上使所述冲片本体1的外圆成为无隔磁桥结构，从而能够减少在隔磁桥处的漏磁，提升转子凸极比，增强电机的转矩输出能力，另一方面所述第一磁障槽2通过所述第一隔磁桥22与所述冲片本体1连成一个整体，杜绝两者分体导致的组装困难的情况发生。参见图10及图11，图10为未去除外圆隔磁桥的转子冲片的磁密云图，可以看到，其在外圆隔磁桥处的磁密饱和，相应的区域占比较高，而图11为去除外圆隔磁桥的转子冲片也即本发明技术方案中的转子冲片的磁密云图，可以看出外圆无磁桥的设计，不仅减少了磁密饱和的区域面积占比，还可降低导磁通道和定子轭部的磁密饱和水平，磁力线经过的通道顺畅，有利于提升电机转矩的输出。
49.为了进一步优化磁路，使磁力线经过的通道更加顺畅，优选地，所述d轴一侧的第一侧向延伸磁障槽21中的第一空气槽212与所述冲片本体1的外周壁具有靠近所述d轴的第一交点以及远离所述d轴的第二交点，所述d轴另一侧的第一侧向延伸磁障槽21中的第一空气槽212与所述冲片本体1的外周壁具有靠近所述d轴的第三交点以及远离所述d轴的第四交点，所述第一交点与所述冲片本体1的圆心之间连线为第一直线，所述第三交点与所述冲片本体1的圆心之间连线为第二直线，所述第一直线与所述第二直线之间的夹角为β2，所述第二交点与所述冲片本体1的圆心之间连线为第三直线，所述第四交点与所述冲片本体1的圆心之间连线为第四直线，所述第三直线与所述第四直线之间的夹角为β1，
β2＝β1‑2°
，其中p为所述转子冲片对应的电机转子的极对数。
50.进一步的，所述第一磁钢槽211具有第一等宽槽段以及处于所述第一等宽槽段长度延伸两端的第一扩口槽段，也即所述第一磁钢槽211在延伸方向上的宽度不再完全相同，其在径向两端处的槽宽越来越大且皆大于中间部位的槽段，而可以理解的，此时，嵌装于其内的永磁体303的外形将与所述第一磁钢槽211的形状相匹配，也即此处的永磁体303在外形上呈现两头粗中间细的杠铃形状，这样的设计可缓解永磁体303在边角处的局部退磁情况，同时还可以增加转子的整体结构强度。
51.优选地，所述第一磁钢槽211的径向长度为l4，所述第一等宽槽段的径向长度为l3，为了寻求l3/l4的一个较佳的设计范围进而使所述第一磁钢槽211中的永磁体303的退磁率尽可能的小，发明人进行了大量的试验并得出图8所示出的曲线，由图8可得l3＝a2×
l4，其中d0为冲片本体1的外圆直径，当0.6<a2<0.8时，相应的永磁体的退磁率处于一个较低的范围。所述第一等宽槽段的槽宽为w3，所述第一扩口槽段的最大槽宽为w4，为了进一步降低相应的永磁体303的退磁率，优选地，1.02＜w4/w3＜1.07。
52.在一些实施方式中，每个磁极形成区域内的冲片本体1上还构造有处于所述第一磁障槽2的径向内侧的第二磁障槽3，所述第二磁障槽3关于与之相应的磁极形成区域内的d轴对称并形成朝向所述冲片本体1的外周侧的第二张角结构，所述第二磁障槽3的底部具有垂直于所述d轴设置的中心磁钢槽31以及处于所述中心磁钢槽31两侧关于所述d轴对称的两个第二侧向延伸磁障槽32，所述第二侧向延伸磁障槽32包括第二磁钢槽321以及处于所述第二磁钢槽321径向外侧的第二空气槽322，所述第二空气槽322与所述冲片本体1的外周壁贯通。所述第一磁障槽2与所述第二磁障槽3两者能够共同提供电机的永磁转矩并提高相应的磁阻转矩。其中所述中心磁钢槽31的设置与所述第一隔磁桥22相互垂直，且处于所述第一隔磁桥22的径向内侧，能够提升电机d轴的磁阻。可以理解的，为了提升所述第二磁障槽3的磁障作用，所述第二磁钢槽321的径向内侧还设有第三空气槽323，所述第三空气槽323与所述中心磁钢槽31之间具有第二隔磁桥324以提升所述转子冲片的结构强度。
53.与所述第一磁障槽2类似的，所述d轴一侧的第二侧向延伸磁障槽32中的第二空气槽322与所述冲片本体1的外周壁具有靠近所述d轴的第五交点以及远离所述d轴的第六交点，所述d轴另一侧的第二侧向延伸磁障槽32中的第二空气槽322与所述冲片本体1的外周壁具有靠近所述d轴的第七交点以及远离所述d轴的第八交点，所述第五交点与所述冲片本体1的圆心之间连线为第五直线，所述第七交点与所述冲片本体1的圆心之间连线为第六直线，所述第五直线与所述第六直线之间的夹角为γ2，所述第六交点与所述冲片本体1的圆心之间连线为第七直线，所述第八交点与所述冲片本体1的圆心之间连线为第八直线，所述第七直线与所述第八直线之间的夹角为γ1，γ2＝γ1‑7°
。进一步的，所述第二磁钢槽321具有第二等宽槽段以及处于所述第二等宽槽段长度延伸两端的第二扩口槽段。
54.优选地，所述第二磁钢槽321的径向长度为l2，所述第二等宽槽段的径向长度为
l1，为了寻求l1/l2的一个较佳的设计范围进而使所述第二磁钢槽321中的永磁体303的退磁率尽可能的小，发明人进行了大量的试验并得出图9所示出的曲线，由图9可得l1＝a1×
l2，其中当0.6<a1<0.8时，相应的永磁体的退磁率处于一个较低的范围。所述第二等宽槽段的槽宽为w1，所述第二扩口槽段的最大槽宽为w2，为了进一步降低相应的永磁体303的退磁率，优选地，1.02＜w2/w1＜1.07。
55.进一步的，其中，0.2<k1<0.25。
56.优选地，0.8＜w3/w1＜0.9。
57.在一些实施方式中，所述中心磁钢槽31为弧形磁钢槽，所述弧形磁钢槽的曲率中心处于所述弧形磁钢槽朝向所述冲片本体1的圆心的一侧，进一步的，所述弧形磁钢槽的圆弧顶点处于以所述冲片本体1的圆心为圆心、直径为d3的圆上，d3＝d0‑
k2×
l2，其中2.1≤k2≤2.3，d0为冲片本体1的外圆直径，可以理解的是，所述弧形磁钢槽中嵌装的永磁体303的外形也为与之形状相匹配的弧形。该技术方案中，所述弧形磁钢槽与相应的永磁体相互配合，可改善气隙磁密的正弦度，降低电磁力谐波含量，减少谐波损耗。
58.在一些实施方式中，在所述第一隔磁桥22径向外侧的所述冲片本体1上还构造有铆钉孔4，且所述铆钉孔4处于所述第一张角结构的张角范围内，在实际应用过程中，所述铆钉孔4中将穿设相应的铆钉301，通过所述铆钉301能够提升叠装后的转子的结构强度。进一步的，所述铆钉孔4的中心处于以所述冲片本体1的圆心为圆心、直径为d1的圆上，0.85＜d1/d0＜0.9，其中d0为冲片本体1的外圆直径，此处对所述铆钉孔4的设置区域进行了限定，防止其太靠近冲片本体1的外圆提高对冲片模具的要求。
59.根据本发明的实施例，还提供一种转子铁芯，包括多个叠压的转子冲片，所述转子冲片为上述的转子冲片。
60.根据本发明的实施例，还提供一种电机转子，包括转子铁芯100以及处于所述转子铁芯100的两端的转子挡板200，所述转子铁芯100为上述的转子铁芯，当转子冲片上构造有铆钉孔4时，所述转子挡板200上对应地构造有让位孔201，所述让位孔201的中心处于以所述冲片本体1的圆心为圆心、直径为d2的圆上，d1＞d2，也即所述转子挡板200上的让位孔201与所述铆钉孔4虽然一一对应的设置但是却不同心，也即所述让位孔201的圆心处于所述铆钉孔4的圆心的外侧一定距离，如此，在具体套装所述转子挡板200时，可以先加热所述转子挡板200，使之能够膨胀从而使所述让位孔201的圆心沿径向向外偏移并趋于与所述铆钉孔4同心，从而利于所述铆钉301的穿行，套装完毕后，随着转子挡板200的冷却，所述让位孔201沿着径向向内恢复原始位置，从而能够施加所述铆钉301朝向径向内侧的拉紧力，进而提升所述转子铁芯100的结构强度。前述的转子挡板200的材质为非导磁材料，例如铝或者铜，具体的，d1
‑
d2＝
△
，
△
为转子挡板200在高温时的热膨胀量(单位为mm)，其具体选用值依据材质的不同而不同，而当材质为铝时，0.03mm≤
△
≤0.09mm。
61.根据本发明的实施例，还提供一种电机，尤其是一种永磁辅助磁阻电机，包括电机转子，所述电机转子为上述的电机转子。
62.根据本发明的实施例，还提供一种电机转子的组装方法，包括如下步骤：
63.(a)将预设叠高的转子冲片300通过铆钉301固定形成转子铁芯100，所述转子冲片300的外周壁上具有外圆隔磁桥302；
64.(b)将永磁体303通过注塑工艺在转子铁芯100对应的磁钢槽内固定成型，利用注塑工艺形成所述永磁体303，提高了永磁体结构设计的自由度，有利于工业化生产；
65.(c)将永磁体303注塑完成后的转子铁芯与转轴装配为一体；
66.(d)去除所述转子冲片300的外周壁上具有的外圆隔磁桥302。
67.该技术方案中，先采用具有外圆隔磁桥302的转子冲片300形成相应的转子铁芯100之后，进而形成相应的电机转子之后再将相应位置的外圆隔磁桥302去除，使电机转子形成无磁桥转子，能够简化无磁桥转子的组装形成过程，组装后的电机转子具有足够的强度，在此基础上去除外圆隔磁桥302能够有效减小转子冲片300的加工变形量。进一步的，通过机械精加工的方式去除所述外圆隔磁桥302。
68.在一些实施方式中，在步骤c中还包括：将转子挡板200加热后与所述转轴套装为一体，并使所述铆钉301的伸出端处于所述转子挡板200具有的让位孔201内，先加热所述转子挡板200，使之能够膨胀从而使所述让位孔201的圆心沿径向向外偏移并趋于与所述铆钉孔4同心，从而利于所述铆钉301的穿行，套装完毕后，随着转子挡板200的冷却，所述让位孔201沿着径向向内恢复原始位置，从而能够施加所述铆钉301朝向径向内侧的拉紧力，进而提升所述转子铁芯100的结构强度。
69.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
70.以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。