一种转子组件和电机的制作方法
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种转子组件和电机。
背景技术：
现有永磁电机转子上都装有磁钢，磁钢产生磁场与电机通电定子产生的磁场相互作用产生电磁转矩，带动电机旋转。传统的表贴式永磁电机(见附图1)在转速要求较高的情况下，磁钢上一般有绑扎带，以确保电机在较大离心力作用下不脱落。
绑扎带有一定厚度，为保证电机运转的安全性，有绑扎带的永磁电机最小气隙会比无绑扎带永磁电机的最小气隙大。
空气的磁导率远小于铁心的磁导率，同等截面积下，气隙长度对磁阻的影响远大于铁心长度对磁阻的影响，绑扎带与空气的磁导率近似相等，故绑扎带厚度对磁阻的影响较大。空气磁阻越大，则磁势在空气上的占比越大，即损耗的磁场能量越多。
由于现有技术中的永磁电机转子上由于绑扎带绑扎磁钢而带来磁钢与定子之间的气隙增大、造成磁阻增大，磁场能量损耗增多等技术问题，因此本发明研究设计出一种转子组件和电机。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的的电机转子上由于绑扎带绑扎磁钢而带来磁钢与定子之间的气隙增大、造成磁阻增大，磁场能量损耗大的缺陷，从而提供一种转子组件和电机。
本发明提供一种转子组件，其包括：
转轴；
磁钢，设置在所述转轴的外周，且在所述磁钢的外壁上设置有螺旋形凹槽；
钢套，能够卡设于所述螺旋形凹槽中、以对所述磁钢形成螺旋形缠绕固定。
优选地，
所述钢套为螺旋形带状结构。
优选地，
所述螺旋形凹槽的槽深大于或等于所述钢套的厚度。
优选地，
所述螺旋形凹槽的截面形状为梯形、三角形或弧形。
优选地，
所述钢套的磁导率大于或等于空气的磁导率，所述钢套的磁导率小于或等于所述磁钢的磁导率。
优选地，
所述磁钢为多个，沿所述转轴的周向方向分布。
优选地，
多个所述磁钢沿所述转轴的周向均匀分布；和/或，相邻两个所述磁钢沿所述转轴的周向间隔一定距离地分布。
优选地，
所述磁钢的内壁与所述转轴的外壁之间通过粘接进行贴合设置。
本发明还提供一种电机，其包括前任一项所述的转子组件，还包括定子，所述转子组件设置于所述定子内部。
优选地，
所述电机为永磁电机。
本发明提供的一种转子组件和电机具有如下有益效果：
本发明通过在磁钢的外壁上开设螺旋形凹槽，并将钢套设置于该凹槽中，能够在对磁钢进行螺旋形缠绕固定的同时，还能有效减小磁钢与定子之间的气隙长度，从而有效地减小磁阻，减小磁场能量的损耗；能够提高磁率密度，节省磁钢材料；并且通过螺旋形凹槽、且钢套在凹槽中螺旋形缠绕的方式，能够简单且可靠地固定磁钢，无需涂胶而对磁钢和钢套之间连接，减少了工序，降低了成本。
附图说明
图1是传统永磁电机剖视图；
图2是图1中a部分的局部放大结构示意图；
图3是本发明的永磁电机剖视图；
图4是图3中b部分的局部放大结构示意图；
图5是本发明的电机转轴的结构示意图；
图6是本发明的磁钢的结构示意图；
图7是本发明粘接磁钢后的转轴的结构示意图；
图8是本发明的螺旋钢套的结构示意图；
图9是本发明的转子组件的结构示意图；
图10是本发明的电机主磁路走势示意图；
图11是本发明的电机主磁路等效示意图。
图中附图标记表示为：
1、转轴；2、磁钢；21、螺旋形凹槽；3、钢套；4、定子；5、气隙；6、绑扎带。
具体实施方式
如图3-11所示，本发明提供一种转子组件，其包括：
转轴1；
磁钢2，设置在所述转轴1的外周，且在所述磁钢2的外壁上设置有螺旋形凹槽21；
钢套3，能够卡设于所述螺旋形凹槽21中、以对所述磁钢2形成螺旋形缠绕固定。
本发明通过在磁钢的外壁上开设螺旋形凹槽，并将钢套设置于该凹槽中，能够在对磁钢进行螺旋形缠绕固定的同时，还能有效减小磁钢与定子之间的气隙长度，从而有效地减小磁阻，减小磁场能量的损耗；能够提高磁率密度，节省磁钢材料；并且通过螺旋形凹槽、且钢套在凹槽中螺旋形缠绕的方式，能够简单且可靠地固定磁钢，无需涂胶而对磁钢和钢套之间连接，减少了工序，降低了成本。
本发明的磁钢表面开螺旋槽后，采用螺旋钢套直接套入槽中，容易固定，简单可靠，磁钢表面开螺旋槽后，螺旋钢套占用电机空间减少，使得气隙磁路的平均长度变短，减少了能量的损耗，提高了电机功率密度，节省磁钢材料用量，无需涂胶并高温固化，简化工序。
如图4所示，假设最小气隙l1与h1相等，绑扎带与螺旋钢套的厚度相等，即l2＝h2,且都不导磁，它们的磁导率与空气相等,则：
传统永磁电机的平均气隙长度为：l2
假设本发明的磁钢凸起部分与放螺旋钢套凹槽部分的面积相等，则：新型磁钢结构永磁电机的平均气隙长度为：(h1+h2)/2
h1+h2<2*h2＝2*l2
故本发明的磁钢结构永磁电机的平均气隙长度小于传统永磁电机的平均气隙长度。
减少气隙长度是如何减少磁场能量损耗的请看最优实施例部分的公式及解释。(为方便理解，可以将磁动势f想象成电源电动势u,将磁通φ想象成电路中的电流i,将磁阻rm想象成电阻r,)
a3：传统带绑扎带电机，绑扎带与磁钢间涂有胶水，将绑扎带粘在永磁体上，磁钢上开凹槽后，螺旋钢套嵌在凹槽里，不用担心钢套在电机运转时轴向滑动，以致逐渐脱落。
有凹槽后，钢套在凹槽里，无法轴向滑动，不涂胶也不会脱落。
优选地，
所述钢套3为螺旋形带状结构。这是本发明的钢套的优选结构形式，如图8所示，通过该螺旋形带状结构能够使其顺利地卡设于磁钢的螺旋形凹槽中，并起到螺旋缠绕固定的作用，并且能够减小磁钢与定子间的气隙，减小磁阻，减小磁场能量损耗。
优选地，
所述螺旋形凹槽21的槽深大于或等于所述钢套3的厚度。通过这样的设置结构能够使得钢套能够基本上完全嵌设于螺旋形凹槽中、而不会伸出磁钢的外壁面，这样能够进一步有效地减小钢套在磁钢外壁之外所占用的空间(最大程度地降为0)，从而最优地减小气隙，减小磁阻，减小磁场能量损耗。
优选地，
所述螺旋形凹槽21的截面形状为梯形、三角形或弧形。这是本发明的螺旋形凹槽的优选截面形状，凹槽形状不限制，凡是能将钢套放入磁钢凹槽中而将磁钢固定住的凹槽形式，都在本发明的保护范围内。
优选地，
所述钢套3的磁导率大于或等于空气的磁导率，所述钢套3的磁导率小于或等于所述磁钢2的磁导率。这是本发明的钢套的进一步的优选结构形式，将其磁导率设置为大于或等于空气的磁导率，小于或等于磁钢的磁导率，能够尽可能地增大钢套的磁导率，减小磁场在钢套部位的磁阻，从而减小磁场在钢套位置的磁场能量损耗，提高磁场能量。
优选地，
所述磁钢2为多个，沿所述转轴1的周向方向分布。这是本发明的磁钢的优选结构形式，即采用在转轴周向方向分布的多个磁钢的结构形式，能够在周向方向与定子形成多个磁环回路，从而与定子之间产生磁力而被驱动旋转。
优选地，
多个所述磁钢2沿所述转轴1的周向均匀分布；和/或，相邻两个所述磁钢2沿所述转轴1的周向间隔一定距离地分布。这是本发明的多个磁钢的进一步优选的布置形式，即在转轴的周向产生均匀布置的磁场回路，且相邻磁场回路间间隔布置，即在每个磁钢处能产生被定子电磁磁场驱动转动的电磁力，从而驱动转子组件旋转。
优选地，
所述磁钢2的内壁与所述转轴1的外壁之间通过粘接进行贴合设置。
磁钢通过胶水粘在转轴上，胶水没干前，磁钢因为重力作用而移动，特别是对于没充磁的磁钢，位置移动的很明显，加上螺旋钢套后，磁钢由于受到螺旋钢套的压力作用，重力的影响力几乎可以消除，同时由于螺旋钢套压力的作用，可以保证磁钢与转轴间的胶水均匀分布，保证气隙长度在电机轴向方向上的一致性。
本发明还提供一种电机，其包括前任一项所述的转子组件，还包括定子4，所述转子组件设置于所述定子4内部。通过在磁钢的外壁上开设螺旋形凹槽，并将钢套设置于该凹槽中，能够在对磁钢进行螺旋形缠绕固定的同时，还能有效减小磁钢与定子之间的气隙长度，从而有效地减小磁阻，减小磁场能量的损耗；能够提高磁率密度，节省磁钢材料；并且通过螺旋形凹槽、且钢套在凹槽中螺旋形缠绕的方式，能够简单且可靠地固定磁钢，无需涂胶而对磁钢和钢套之间连接，减少了工序，降低了成本。
优选地，所述电机为永磁电机。这是本发明的电机的优选结构形式。
本发明主要给出了一种在磁钢上开螺旋槽，采用螺旋钢套将磁钢固定的结构。
所述磁钢结构永磁电机(如图3-4)主要包括：定子、气隙、磁钢、螺旋钢套与转轴。磁钢外表面开有与螺旋钢套(如图6)等厚度的螺旋槽，将磁钢粘贴在转轴上(如图7)，让螺旋钢套(如图8)嵌入螺旋槽中(如图9)，然后将转子装入定子中。
最优实施方案见附图9，具体步骤为：
1、在转轴上均匀涂抹适量胶水。
2、将开好螺旋槽的磁钢依次粘贴在转轴上。
3、将螺旋钢套套入螺旋槽中。
该结构能提高电机功率密度的原理如下：
图10-11中f1与f2表示两块磁钢产生的磁势，φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ6分别表示各对应处的磁通。图11中rm1、rm2、rm3、rm4、rm5、rm6分别表示对应各处的磁阻。根据磁路的基尔霍夫第二定律，作用在任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和可得：
f1+f2＝φ1rm1+φ2rm2+φ3rm3+φ4rm4+φ5rm5+φ6rm6(1)
ufe＝5000u0(3)
u为磁导率，a为截面积，l为磁路的平均长度，ufe为铁心的磁导率，u0为真空的磁导率。从式(3)中可以看出，铁心的磁导率是真空磁导率的5000倍，从式(2)可知磁阻的大小与磁路的长度成正比，与磁导率的大小成反比，由此可知：电机中空气的磁阻占比较大，其磁势压降较大，即磁场能量损耗较多，不容忽视。由式(2)可知减小磁路平均长度，能够有效的减小磁阻，从而减少磁场能量损耗，提高电机的功率密度。
电机转子要正常旋转，则必须保证转子组件与定子间的气隙在安全范围内。假设本发明的磁钢结构永磁电机的气隙与传统永磁电机的气隙大小相等，定子、转子及磁钢材料一样，绑扎带与螺旋钢套都不导磁，即两者导磁率与空气相等，则对比图1与图3可知，在电机轴向上，本发明的磁钢结构永磁电机的磁钢到定子的平均距离比传统永磁电机磁钢到定子的平均距离要小，所以本发明的磁钢结构永磁电机的磁阻要小，其在空气中损耗的磁场能量小，其功率密度要高，在输出相同功率的情况下，所需要的磁钢材料更少。
以上所述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。以上所述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。
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