一种降低铁损的特殊爪极电机转子结构的制作方法
【专利摘要】该转子包括至少一组爪极，该爪极与一转轴固定，该爪极的内侧放置一励磁组件，该爪极的外表面固定一压粉铁心块，用于减少铁损。
【专利说明】 一种降低铁损的特殊爪极电机转子结构
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种电机转子，尤其涉及一种用于交流发电机的转子。
【背景技术】
[0002]爪极结构的电机因其结构坚固、生产成本低并且可方便地调节输出功率从而在汽车领域中被大量应用。随着近年对生产效率及环保的要求越来越高，相应的针对汽车电机的效率及体积等要求也随之提高。
[0003]由于爪极电机结构和强度的限制，其转子部分不能像定子那样采用硅钢片叠式的结构，而只能采用实心结构，并由铸造和车铣工艺加工完成。造成了爪极结构电机相较于其他类型的电机其转子的铁损尤为突出。铁损是磁性材料的磁滞损耗和涡流损耗以及剩余损耗的总称。其中，磁滞损耗是指铁磁材料作为磁介质，在一定励磁磁场下产生的固有损耗(在电能转换磁能过程中所产生的损耗)；涡流损耗是指磁通发生交变时，铁芯产生感应电动势进而产生感应电流，感应电流呈旋涡状，称之为涡流；感应电流在铁芯电阻上产生的损耗就是涡流损耗；剩余损耗是指除磁滞损耗和涡流损耗以外的损耗，由于所占比重较小，也可忽略不计。如图1所示的转子结构，椭圆型阴影10分显示了通常情况下转子铁损最为严重的区域。
[0004]为了降低铁损，现有技术中出现了几种解决方案。美国专利U7525233中提供了在爪极的极齿表面开槽的技术方案。通过在极齿表面开槽的方式降低磁通密度，并减少铁损。该技术方案的缺点在，虽然铁损有所下降，但电机的性能也会因此减弱。另一方面，开槽导致转子的刚性减弱，增加了高速旋转时由于离心力引起的形变风险，并增加了风阻损耗。
[0005]欧洲专利EP2157679则是通过在极齿上开槽并在槽中嵌入磁钢或线圈结构的方式降低铁损，见图2-4。该技术方案的缺点在于:第一、在开槽中添加磁钢则会导致电机转子的磁场不受控制，其原因在于发电机应用中，即使希望电机空转不发电，转子的磁铁仍然会做工，因此产生不必要的损耗。第二、布置线圈于开槽中则显然大大增加了加工难度。第三、同时线圈作为金属材料也同样会产生严重的涡流损耗，导致开槽效果被减弱甚至抵消。
[0006]欧洲专利EP1770846公开了一种爪极定子式永磁电机，为了降低定子损耗和特殊的绕线方式，采用了压粉铁心铸造成型的爪极结构。尽管压粉铁心能够保证刚度，但在强度上或满足不了需要高速旋转的转子中存在的巨大离心力。
[0007]与现有技术相比较，本实用新型所提供的转子装置利用在转子表面开槽并嵌入压粉铁心，利用压粉铁心的软磁材料特性，其具有良好的导磁性，但却有相对较低的涡流损耗和磁滞损耗。这样，既可以降低转子铁损，又保证转子表面的磁通密度，并因此保证了电机的性能。压粉铁心条的嵌入，还可以一定程度的弥补开槽导致的转子强度弱化，填平的转子表面减少了风阻损耗。本专利即利用了压粉铁心的特长，又最大限度的降低了压粉铁心材料的使用量。在传统模具保留的基础上，只需做小改动，即可达到一定的改善效果。产品升级成本也会因此降低。实用新型内容
[0008]为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种有效减轻铁损、加工便利且经济有效的爪极电机转子。
[0009]为了实现上述实用新型目的一种用于交流发电机的转子，其特征在于，该转子包括至少一组爪极，该爪极与一转轴固定，该爪极的内侧放置一励磁组件，该爪极的外表面固定一压粉铁心块，用于减少铁损。
[0010]更进一步地，该压粉铁心块嵌入该爪极的外表面，该压粉铁心块的外表面与该爪极的外表面在同一平面。
[0011 ] 更进一步地，该爪极的外表面包括一凹槽，该压粉铁心块位于该凹槽内。
[0012]更进一步地，该压粉铁心块与该凹槽过盈配合。
[0013]更进一步地，该压粉铁心块与该凹槽通过一柔性件连接。
[0014]更进一步地，该柔性件是胶或弹簧片。
[0015]更进一步地，该压粉铁心块与该凹槽通过一楔型块连接。
[0016]更进一步地，该压粉铁心块的形状与该凹槽的形状相对应。
[0017]更进一步地，该凹槽在该爪极的外表面的开口小于该凹槽的最大直径。
[0018]更进一步地，该凹槽与该压粉铁心块的断面均呈以下形状中的一种:“T”字型、三角型、梯形、圆形、椭圆形、五边形。
[0019]与现有技术相比较，本实用新型所提供的技术方案
【专利附图】
【附图说明】
[0020]关于本实用新型的优点与精神可以通过以下的实用新型详述及所附图式得到进一步的了解。
[0021]图1是现有技术中爪极电机及易发生铁损区域的示意图；
[0022]图2是现有技术中一种在转子表面的开槽示意图；
[0023]图3是图2所示的开槽中嵌入磁钢的示意图；
[0024]图4是图2所示的开槽中嵌入线圈的示意图；
[0025]图5是本实用新型一种实施例的压粉铁心装配示意图；
[0026]图6是本实用新型一种实施例的转子示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图详细说明本实用新型的一种具体实施例的用于交流发电机的爪极。然而，应当将本实用新型理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本实用新型的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
[0028]在以下描述中，为了清楚展示本实用新型的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
[0029]该转子本实用新型的目的在于提供一种有效减轻铁损、加工便利且经济有效的爪极电机转子。
[0030]爪极结构的电机的转子通常包括爪极、励磁组件和转轴。两块爪极被压装在转轴上，励磁组件放置于爪极所形成的内部空间中。当发电机工作时，两电刷与直流电源连通，可为励磁组件提供定向电流并产生轴向磁通，使两块爪极被分别磁化为N极和S极，从而形成犬牙交错的磁极对并沿圆周方向均匀分布。磁极对数通常为4至7对。爪极的极齿的凸缘外形像鸟嘴，这种形状可以使定子感应的交流电动势近似于正弦波形。转子每转一周，定子的每相电路上就能产生周波个数等于磁极对数的交流电动势。
[0031]本实用新型所提供的转子的爪极的外表面通过固定压粉铁心块(SMC)的方式减少铁损。图5、图6是本实用新型所提供的转子的实施例之一。在该实施例中，爪极I和压粉铁心块2通过嵌入的方式实现固定。
[0032]如图5、6所示，压粉铁心块2嵌入所述爪极I的外表面，该压粉铁心块2的外表面与爪极I的外表面在同一平面。压粉铁心块2的形状基本上与凹槽3的形状一致。从形状上看，嵌入的压粉铁心块2与爪极I几乎融为一体，这样做的好处是可以最大限度地减少风阻，并且减少爪极开槽所导致的强度弱化。
[0033]图5和图6展不本实用新型电机转子的一种实施例,爪极I表面有一开槽3,压粉铁心2为一剖面为T形的条形结构，压粉铁心块2从开槽3 —端插入并与爪极I耦合。图6展示了压粉铁心块2安装完成的状态，其和整个转子结构融为一体。在本实施例中，爪极的每个极齿的外表面都开设一凹槽3,并且凹槽内嵌入一压粉铁心块2。本领域技术人员应该知晓，在其他实施方式中，可以在部分极齿的外表面嵌入压粉金属块，如转子最为容易形成铁损的部位装配一个或多个，亦可以仅在某几个或单个易铁损部位装配。压粉铁心块的排布方向，可以是纵向、横向或斜向等任意方向。压粉铁心条和开槽剖面的形状，可以为具有固定作用的任何形状，例如三角形，圆形，椭圆形，多边形等等，当然也包括不具备固定作用的四方形。
[0034]爪极的凹槽3与压粉铁心块2之间通过过盈方式装配。在另一种实施例中，凹槽3与压粉铁心块2之间包括若干柔性装配件，如胶水、塑胶条、楔形块等。
[0035]为了使转子和压粉铁心结构更好的装配，在压粉贴心和转子的开槽内的接触面添加胶，使装配更加牢固的同时，基于胶的弹性性质减少应力(如旋转产生的离心力等)对压粉铁心的作用，并降低振动引发的噪音。
[0036]与现有技术相比较，本实用新型所提供的转子装置利用在转子表面开槽并嵌入压粉铁心，利用压粉铁心的软磁材料特性，其具有良好的导磁性，但却有相对较低的涡流损耗和磁滞损耗。这样，既可以降低转子铁损，又保证转子表面的磁通密度，并因此保证了电机的性能。压粉铁心条的嵌入，还可以一定程度的弥补开槽导致的转子强度弱化，填平的转子表面减少了风阻损耗。本专利即利用了压粉铁心的特长，又最大限度的降低了压粉铁心材料的使用量。在传统模具保留的基础上，只需做小改动，即可达到一定的改善效果。产品升级成本也会因此降低。
[0037]本说明书中所述的只是本实用新型的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的范围之内。
【权利要求】
1.一种用于交流发电机的转子，其特征在于，所述转子包括至少一组爪极，所述爪极与一转轴固定，所述爪极的内侧放置一励磁组件，所述爪极的外表面固定一压粉铁心块，用于减少铁损。
2.如权利要求1所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述压粉铁心块嵌入所述爪极的外表面，所述压粉铁心块的外表面与所述爪极的外表面在同一平面。
3.如权利要求1所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述爪极的外表面包括一凹槽，所述压粉铁心块位于所述凹槽内。
4.如权利要求3所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述压粉铁心块与所述凹槽过盈配合。
5.如权利要求3所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述压粉铁心块与所述凹槽通过一柔性件连接。
6.如权利要求5所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述柔性件是胶或弹簧片。
7.如权利要求3所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述压粉铁心块与所述凹槽通过一楔型块连接。
8.如权利要求3所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述压粉铁心块的形状与所述凹槽的形状相对应。
9.如权利要求8所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述凹槽在所述爪极的外表面的开口小于所述凹槽的最大直径。
10.如权利要求9所述的用于交流发电机的转子，其特征在于，所述凹槽与所述压粉铁心块的断面均呈以下形状中的一种:“T”字型、三角型、梯形、圆形、椭圆形、五边形。
【文档编号】H02K1/22GK204145115SQ201420663350
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】孙韬, 孙罕, 张扬扬 申请人:上海法雷奥汽车电器系统有限公司