永磁电机的转子和永磁电机的制作方法

本实用新型涉及发电机技术领域，尤其涉及一种永磁电机的转子和永磁电机。

背景技术：

电机是一种能够实现能量转换的设备，在许多领域有广泛的应用，永磁发电机是其中的一种。由于永磁发电机具有转矩密度高、发电效率高且不需要额外的励磁设备的特点，有利于提高发电机的发电量和运行可靠性，因此在电动汽车、风力发电机、航天领域得到了广泛应用，特别是在风力发电领域，对于永磁风力发电机的应用越来越广泛。

而由于集中绕组与常规分布绕组相比，具有绕组端部用铜量少，绕组成型简单和有利于电机定子分瓣制造等优点，因此集中绕组的方式在永磁电机中的应用非常广泛。为了提高永磁体的利用率，例如，在永磁直驱集中绕组发电机的转子中，磁极结构一般采用表贴式的连接方式。由于集中绕组磁动势中含有丰富的磁场谐波，则会在转子上感应出涡流，从而产生很大的涡流损耗。

为了降低涡流损耗，现有技术采用的方法是在永磁体和转子支架中心增加一层由硅钢片叠压而成的铁心，该种方法虽然能够有效的降低转子的涡流损耗，但是会增加永磁电机硅钢片材料的用量以及铁心叠压的难度，同时磁极和铁心间的固定也较为困难，因此会增加转子装配的复杂程度。

因此，亟需一种新的永磁电机的转子和永磁电机。

技术实现要素：

根据本实用新型的实施例，提供了一种永磁电机的转子和永磁电机，能够实现减少转子中永磁体的漏磁系数，提高永磁体的利用率，减少转子中的涡流损耗，降低转子的装配难度以及制造成本中的一个或多个问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种永磁电机的转子，包括：圆筒形的转子支架；多个磁极单元沿转子支架的周向彼此隔开且平行地布置在转子支架的壁部；多个保持部件单元分别设置在多个磁极单元中的相邻两个磁极单元之间，以将多个磁极单元固定在转子支架的壁部上；其中：多个磁极单元中的每个磁极单元包括多个沿转子支架的轴向排列的磁极部件，磁极部件包括永磁体和位于永磁体与转子支架的壁部之间的铁芯背板，永磁体固定在铁芯背板上并且铁芯背板与转子支架的壁部表面贴合。

根据本实用新型实施例的一个方面，铁芯背板包括多个沿转子支架轴向叠置的硅钢片，并且永磁体和铁芯背板采用粘贴的方式结合在一起。

根据本实用新型实施例的一个方面，保持部件单元包括由非导磁材料制成的压条，并且相邻的两个压条之间形成与相应的磁极单元相适应的接收槽。

根据本实用新型实施例的一个方面，压条采用焊接的方式连接于转子支架的壁部；或者采用紧固件连接于转子支架的壁部。

根据本实用新型实施例的一个方面，压条的远离转子支架的部分包括沿径向向远离转子支架的方向逐渐增大的渐扩部。

根据本实用新型实施例的一个方面，渐扩部的沿转子支架的径向截面的形状为大致的等腰梯形。

根据本实用新型实施例的一个方面，压条的靠近转子支架的部分包括等宽部，等宽部与渐扩部邻接。

根据本实用新型实施例的一个方面，永磁体的侧部轮廓与相应的压条的渐扩部相适应。

根据本实用新型实施例的一个方面，永磁体的远离转子支架的端面被构成为朝向远离转子支架的方向凸出的圆弧面。

根据本实用新型实施例的一个方面，还包括限制端板，限制端板沿转子支架的轴向设置在每个磁极单元的两端并与保持部件单元接合，以对每个磁极单元进行轴向限定。

根据本实用新型实施例的一个方面，限制端板位于接收槽中且和多个保持部件单元中位于限制端板两侧的保持部件单元分别对应地设置有卡接结构，通过卡接结构将限制端板固定在接收槽中。

根据本实用新型实施例的另一个方面，还提供了一种永磁电机，包括上述的永磁电机的转子。

综上，本实用新型实施例的永磁电机的转子和永磁电机中包括多个磁极单元，多个磁极单元中的每个磁极单元包括多个磁极部件，通过将每个磁极部件设置为由彼此贴合连接的永磁体和铁芯背板组成。并且基于固定在转子支架上的多个保持部件单元沿轴向形成多个彼此平行并与多个磁极单元形状相适应的接收槽，进而可经由多个接收槽分别将多个磁极单元固定在转子支架的壁部，使多个磁极部件沿转子支架的轴向依次排列。使得本实用新型实施例中的转子以及永磁电机能够实现节省永磁电机中硅钢片材料的用量，降低永磁电机的装配难度和漏磁系数，减少转子中的涡流损耗，增加转子运行的安全可靠性中的一个或多个目的。

附图说明

从下面结合附图对本实用新型的具体实施方式的描述中可以更好地理解本实用新型，其中：

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1是根据本实用新型一个实施例的永磁电机中的部分转子沿径向观察的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的部分转子沿轴向观察的剖面结构示意图；

图3是图2提供的转子中的转子支架和保持部件单元的沿轴向观察的剖面结构示意图；

图4是图3中的A部分的局部结构放大示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的部分转子沿轴向观察的剖面结构示意图。

其中：

10-转子；11-转子支架；111-螺纹孔；12-磁极部件；121-永磁体；121a-圆弧面；122-铁芯背板；13-保持部件单元；131-压条；131a-渐扩部；131b-等宽部；131c-连接孔；132-紧固件；133-凹卡部；14-接收槽；14a-第一部分；14b-第二部分；15-限制端板；151-主体部；152-凸卡部。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型实施例的更好的理解，并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型实施例的永磁电机的转子的具体结构进行限定。在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供的永磁电机的转子，能够安装在永磁电机中，在与定子配合将磁能转化为电能的过程中，能够在降低永磁体的漏磁系数的基础上，降低转子的涡流损耗以及转子的装配难度。因此能够提高转子的装配效率以及转子的运行可靠性，并能够提高具有该转子的发电机的发电效率。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图5根据本实用新型实施例的永磁电机的转子进行说明。

图1是根据本实用新型一个实施例的永磁电机的部分转子10沿径向观察的结构示意图；图2是根据本实用新型一个实施例的部分转子10沿轴向观察的剖面结构示意图。当然，在图1和图2中只示意出了转子10的部分结构，而未示出整个转子10的结构。如图1和图2所示，永磁电机的转子10，包括：转子支架11、多个磁极单元以及多个保持部件单元13。

转子支架11呈圆筒形；多个磁极单元沿转子支架11的周向彼此隔开且平行地布置在转子支架11的壁部；多个保持部件单元13分别地设置在多个磁极单元中的相邻两个磁极单元之间，以将多个磁极单元固定在转子支架11的壁部上；其中，多个磁极单元中的每个磁极单元包括多个沿转子支架11的轴向排列的磁极部件12，磁极部件12包括永磁体121和位于永磁体121与转子支架11的壁部之间的铁芯背板122，永磁体121固定在铁芯背板122上并且铁芯背板122与转子支架11的壁部表面贴合。

由此，本实用新型实施例的永磁电机的转子10中包括多个磁极单元，多个磁极单元中的每个磁极单元包括多个磁极部件12，而每个磁极部件12包括彼此贴合连接的永磁体121和铁芯背板122。并且通过固定在转子支架11上的多个保持部件单元沿轴向形成多个彼此平行并与多个磁极单元形状相适应的接收槽14，进而利用多个接收槽14分别将多个磁极单元固定在转子支架11的壁部。因此本实用新型实施例中的转子10具有节省永磁电机中硅钢片材料的用量，降低永磁电机的装配难度和漏磁系数，减少转子10中的涡流损耗，增加转子10运行的安全可靠性中的一个或多个优点。

转子支架11是转子10的主要支撑结构，对于永磁电机来说，永磁体121均需要牢固地固定在转子支架11上。图3是图2提供的转子10中的转子支架11和保持部件单元30的沿轴向观察的剖面结构示意图。当然在图3中同样只示意出了转子支架11的部分结构。如图2和图3所示，在本实施例中，转子10在永磁电机中作为外转子且为中空筒体。转子支架11的内圆周表面沿周向设置有多列螺纹孔111，并且多列螺纹孔111在转子支架11的内壁沿周向等间隔地布置。以分别通过多列螺纹孔111固定多个保持部件单元13。

多个保持部件单元13固定在转子支架11的内壁，并且每个保持部件单元13分别位于相邻的两个磁极单元之间。具体地，在本实施例中，保持部件单元13包括压条131和用于沿轴向固定压条131的多个紧固件132，其中压条131由不导磁的材料制成，例如铜、锌等材料。每个压条131的轴向(指的是沿转子支架11的轴向)延伸长度与转子支架11的轴向长度相等，并且压条131上沿其自身的纵长方向设置有多个连接孔131c。

由此，即可通过多个紧固件132穿过压条131上的多个连接孔131c，与转子支架11内壁上设置的相应列的螺纹孔111配合连接，以将多个压条131沿转子支架11的周向等间隔地固定于转子支架11的内壁。多个压条131中每两个相邻的压条131之间形成与相应的磁极单元形状相适应的接收槽14。当然，对于压条131在转子支架11内壁上的固定方式并不限于此。在其他的实施例中，压条131还可以通过例如焊接的方式固定于转子支架11的内壁。

图4是图3中的A部分的局部结构放大示意图。根据本实用新型的一个实施例，具体地，为了将多个磁极单元分别稳固地固定于转子支架11内壁，如图4所示，压条131包括渐扩部131a和等宽部131b。等宽部131b形成于压条131的靠近转子支架11内壁的部分，从而使压条131的靠近转子支架11的部分沿转子支架11径向剖开后的截面被构成为大致的矩形。而渐扩部131a与等宽部131b邻接，形成于压条131的远离转子支架11内壁的部分，从而使压条131的远离转子支架11的部分沿转子支架11径向剖开后的截面被构成为大致的梯形。

由此，即可使得相邻的两个压条131之间形成的接收槽14被构成为：远离转子支架11的周向敞开幅度小于其靠近转子支架11的周向敞开幅度。具体地，在本实施例中，接收槽14包括由相邻的两个压条131的渐扩部131a限定的第一部分14a，和由相邻的两个压条131的等宽部131b限定的第二部分14b(为了方便清楚地观察，在图4中分别使用虚线示意出了第一部分14a和第二部分14b)。并且第一部分14a沿转子支架11的径向截面的形状为大致的矩形，而第二部分14b沿转子支架11的径向截面的形状为大致的等腰梯形。

请继续参见图2和图3，多个磁极单元被多个压条131沿转子支架11的周向彼此隔开且平行地保持在转子支架11的内壁上，并且位于每个压条131两侧的磁极单元的极性是相反的。具体地，每个磁极单元包括多个磁极部件12，多个磁极部件12呈块状且沿转子支架11的轴向依次排列布置(如图1所示)。每个磁极部件12包括永磁体121和铁芯背板122，其中铁芯背板122位于永磁体121和转子支架11的内壁之间。

根据示例性实施例，磁极单元的形状与接收槽14的形状相适应地插置在接收槽14中，以被保持在转子支架11的内壁。也就是说，磁极单元中的每个磁极部件12的侧部轮廓都与接收槽14的两侧壁面相适应。对于包括第一部分14a和第二部分14b的接收槽14来说，永磁体121对应位于接收槽14中，而铁芯背板122对应位于第二部分14b中。即，磁极部件12中的永磁体121的侧部轮廓与由相邻两个压条131的渐扩部131a限定的第一部分14a的两侧壁面相适应；而铁芯背板122的侧部轮廓与由相邻两个压条131的等宽部131b限定的第二部分14b的两侧壁面相适应。

如上述实施例中所述，由于接收槽14的第一部分14a沿转子支架11的径向截面的形状为大致的等腰梯形，相对应地，永磁体121的沿转子支架11的径向截面的形状被构成为大致的等腰梯形。而接收槽14的第二部分14b的沿转子支架11的径向截面的形状为大致的矩形，相对应地，铁芯背板122的沿转子支架11的径向截面的形状也被构成为大致的矩形。每个永磁体121呈块状，并固定在铁芯背板122上，而铁芯背板122与转子支架11的内壁表面贴合。

每个铁芯背板122由沿转子支架11轴向堆叠设置的多片硅钢片构成，并且每个铁芯背板122沿转子支架11轴向的长度与每个永磁体121的长度相等，并且接收槽14的第二部分14b能够通过铁芯背板122为整个磁极部件12提供定位作用。当然，本实用新型实施例中对于多片硅钢片的接合方式并不进行限定，在一些实施例中，可以沿转子支架11的轴向在多片硅钢片上同时开设通孔(图中未示出)，以通过预紧螺栓穿过多个硅钢片上设置的通孔将多片硅钢片压紧，形成铁芯背板122。

另外，每个永磁体121和每个铁芯背板122可以采用胶粘接的方式彼此连接，以使永磁体121和铁芯背板122贴合固定形成一个整体，即形成磁极部件12。当然，本实用新型的实施例并不限于此，在其他的实施例中，永磁体121和铁芯背板122还可以通过其他的接合方式实现连接固定，只要是能够实现将永磁体121和铁芯背板122沿一侧表面贴合固定为一个整体即可。

永磁体121和铁芯背板122彼此连接后作为整体的磁极部件12可沿接收槽14的轴向一侧开口插入接收槽14中，以使多个磁极部件12沿转子支架11的轴向整齐排列形成磁极单元，并通过接收槽14为多个磁极部件12提供径向的保持力。

另外，通过将永磁体121的沿转子支架11径向的截面设置成为等腰梯形，能够有效降低定子与转子10之间的气隙磁场中的谐波含量，从而能够改善永磁电机气隙磁势波形，使永磁电机的气隙磁场波形保持良好的正弦性，并能够实现提高永磁电机的效率、改善起动性能、降低温升等目的。

磁极部件12中的永磁体121和铁芯背板122采用贴合的方式固定后，沿轴向堆叠固定在转子支架11的壁部的方式能够减少永磁体121的漏磁系数，从而提高永磁体121的利用率。而且采用多片较小的硅钢片沿转子支架11的轴向堆叠形成铁芯背板122，相比现有技术中的采用沿周向叠压的方式构成的环状铁芯，能够有效减少硅钢材料的用量，并且能够降低转子10的装配难度，降低其制造成本。同时，铁芯背板122中的多片较小的硅钢片，还能够使涡流被限制在狭窄的薄片之内，这样磁通穿过薄片的狭窄截面时，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，回路的电阻很大，因此涡流会被有效减弱。对于具有转子10的永磁发电机来说，并且由于硅钢薄片材料的电阻率大，因此能够有效降低在转子中产生的涡流损耗，从而提高永磁电机的发电效率，降低温升和永磁体121的局部退磁风险。并且多个沿轴向排列的磁极部件12同样能够减少转子10的涡流损耗。

并且通过在转子支架11的壁部直接设置保持部件单元13对磁极单元进行固定的方式能够简化转子10的结构，并降低转子10的装配难度，不需要使用复杂的结构对磁极单元进行固定，因此能够提高磁极单元在转子支架11上固定的可靠性。并且，当多个磁极单元分别装入接收槽14中后，还可以对压条131上的紧固件132的紧固力进行调节，因此能够进一步将磁极单元更加稳固地固定在转子支架11上。

另外，本实用新型实施例对于磁极单元的数目并不进行限定，转子10中的磁极单元的数量和分布可以依现有转子中的磁极单元的数量和分布而设计。转子10包括沿周向分布的至少两个磁极单元，而每个磁极单元包括沿转子支架11轴向排列的至少两个磁极部件12。

请继续参见图1，为了对多个磁极部件12沿轴向进行定位，沿转子支架11的轴向在磁极单元的两侧还分别设置有限制端板15。并且限制端板15与所述保持部件单元13彼此接合，以在轴向对磁极单元的位置进行限定。

如图1所示，在一个示例性实施例中，磁极单元在接收槽14中沿转子支架11轴向两侧分别预留出限制端板15的容纳空间。限制端板15包括主体部151和设置在主体部151上的凸卡部152，其中，凸卡部152沿转子支架11的周向凸出形成在主体部151的两侧。对应地，位于该磁极单元两侧的压条131彼此相对的侧壁面分别对应上述限制端板15两侧的凸卡部152开设有凹卡部133。由此，即可将限制端板15由转子支架11内侧并沿径向插置在上述容纳空间中，使凸卡部152和凹卡部133彼此抵卡配合，从而通过限制端板15为每个磁极单元提供轴向的保持力。

另外，限制端板15的连接方式并不限于与两侧的压条131对应设置卡接结构(即凸卡部和凹卡部)，而相互抵卡配合的方式。在其他的实施例中，限制端板15和位于两侧的压条131之间还可以通过设置其他的卡接结构实现彼此接合的目的。此外，限制端板15还可以通过紧固件固定于压条131或者转子支架11的轴向端面，从而为磁极单元提供轴向保持力。

图5是根据本发明另一个实施例的部分转子10沿轴向观察的剖面结构示意图。在一个可选的实施例中，永磁体121的远离转子支架11的端面被构成为朝向远离转子支架11的方向凸出的圆弧面121a。因此，转子10可以通过永磁体121的远离转子支架11内壁的圆弧面121a与永磁电机的定子(图中未示出)的外周面彼此相对形成气隙。由于每个永磁体121通过弧形的表面与定子相对，所以能够进一步减少气息磁场的谐波含量，更好地改善永磁电机气隙磁势波形，使永磁电机的气隙磁场波形保持良好的正弦性。

当然，本实用新型实施例中的压条131的具体结构并不限于此，在其他的实施例中，压条131沿转子支架11的径向截面的形状还可以被构成为：完整的梯形、T字形、扇形或者燕尾形等。多个压条131只要能够实现辅助磁极部件12进行径向和周向定位，并将磁极单元可靠地固定在转子支架壁部即可。另外，在其他实施例中，磁极单元的侧壁轮廓同样需要与位于两侧的压条131的侧壁面形状相适应地设置。

此外，保持部件单元13还可以是其他能够沿径向为磁极单元提供径向保持力的结构，例如在其他的实施例中，保持部件单元13还可以是沿转子支架11轴向彼此分隔布置的多个保持架。只要多个保持部件单元13能够实现分别位于每两个磁极单元之间，并将多个磁极单元固定在转子支架11内壁的目的即可。

根据本实用新型的一个实施例，还提供了一种永磁电机，包括上述任一个实施例中所述的永磁电机的转子。因此，永磁电机具有与上述实施例中的转子10相同的优点，故不再加以赘述。

另外，在上述实施例中，转子10作为外转子，所以多个磁极单元固定在转子支架11的内壁，但是本实用新型的实施例并不限于此。在其他的实施例中，转子10还可以作为内转子，即，永磁电机为外定子和内转子结构。此时相应地，多个保持部件单元13则需要固定在转子10的外壁上，并在转子10的外壁形成多个接收槽14，以通过多个接收槽14将多个磁极单元间隔并平行地固定于转子支架11的外壁。当然，对于转子10作为内转子时的磁极单元和保持部件单元13具体的连接方式与转子10作为外转子的连接方式相同，故不再加以赘述。

本实用新型可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本实用新型的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本实用新型的范围之中。并且，在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。