一种轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子的制作方法

本发明涉及轴向磁通永磁电机技术领域，特别是一种轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子。

背景技术：

轴向磁场永磁电机，也称为盘式永磁电机，由于其薄饼形状，紧凑的结构和高功率密度，是圆柱形径向磁通永磁电机的一种有吸引力的替代产品。内置式和表贴式是两种主要的转子磁路结构，而在轴向磁场永磁电机中，一般都采用永磁体表贴式结构。表贴式结构的主要缺点有：转子永磁体表面涡流损耗较严重，永磁体固定困难，转子结构强度不高，无法利用磁阻转矩，气隙磁密低等，尤其电机在大功率高转速运行的情况下，永磁体还会受到较大的离心力和定子的电磁吸力，对永磁体的安装和保护成为了一个技术难点。

专利“一种具有聚磁功能的轴向磁场永磁无铁芯电机”采用的在表贴式永磁体相邻两个异性扇形主磁极之间缝隙中设置减少漏磁的永磁条的方法，达到了聚磁效果，专利“一种基于聚磁结构转子轴向磁场的轮毂电机”通过设置充磁方向相互垂直的第一扇形磁体和第二扇形磁体来实现聚磁效果，但是这两种方法采用永磁体表贴式，无法避免表贴式结构的缺点。专利“定子无铁心halbach永磁阵列轴向磁通电机”采用halbach永磁阵列达到高气隙磁密的效果，但是对永磁体用量大，且每个极下的每段永磁体充磁方向不同，增大了永磁体的加工和安装的难度，并且还是采用的是表贴式结构。

综上所述，目前可以实现聚磁效果的轴向磁场永磁电机的转子结构中，几乎都是采用永磁体表贴式结构，难以避免永磁体表贴式转子结构的缺陷，仍有永磁体涡流损耗大，永磁体安装、保护困难，结构强度低，无法利用磁阻转矩，气隙磁密低，成本高等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种聚磁效果好、气隙磁密高、磁阻转矩大的轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子，包括转轴、第一转子盘和第二转子盘，第一转子盘和第二转子盘以永磁体面相对的方式安装在转轴上；所述第一转子盘包括转子铁心、永磁体、转子支撑壳体、转子背轭，其中永磁体包括第一永磁体和第二永磁体，转子铁心包括转子外铁心和转子内铁心；

所述转子背轭安装在转子支撑壳体上，第一永磁体、第二永磁体在圆周方向交替均匀布置在转子背轭上；将转子铁心与布置在转子背轭上的第二永磁体固定在一起，从而将永磁体在径向和轴向保持固定；

所述转子铁心、永磁体、转子支撑壳体、转子背轭固定在一起，形成第一转子盘并安装在转轴上，再通过转轴与第二转子盘连接，固定第二转子盘在轴向方向的位置，形成双转子结构。

进一步地，所述第一转子盘、第二转子盘上均设有永磁体，且第二转子盘的构成与第一转子盘相同。

进一步地，所述转子背轭设置于转子支撑壳体内，并通过结构胶粘接；转子支撑壳体用于保护转子铁心、永磁体。

进一步地，所述第一永磁体、第二永磁体的厚度和宽度均不相等；第一永磁体切向充磁，且相邻两个切向充磁永磁体的充磁方向相反，位于相邻轴向充磁永磁体和转子内铁心之间；第二永磁体轴向充磁，位于转子外铁心和转子内铁心之间；第一永磁体、第二永磁体在圆周方向按照充磁方向以及厚度、宽度、充磁方向交替均匀布置在转子背轭上。

进一步地，所述轴向充磁的第二永磁体和切向充磁的第一永磁体的数量相等。

进一步地，所述永磁体与转子背轭接触面涂有结构胶以将两者进行粘接。

进一步地，所述永磁体为等腰梯形形状，梯形的上、下底边均为圆弧形状，上、下底边的圆弧直径分别与转子内、外径大小相同，采用永磁体内置式结构。

进一步地，所述转子背轭的内、外圆直径分别与永磁体上、下底的两个弧形边对应的圆直径相同。

进一步地，所述轴向磁场永磁电机采用定子有铁心结构，也可以是无铁心结构。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用不同形状和充磁方式的永磁体组合的方法，磁路通过转子铁心、永磁体和定子铁心形成完整磁回路，增大主磁通，减小漏磁，实现了聚磁且提高了气隙磁密；(2)采用永磁体内置式结构，电机可获得较好的弱磁性能和较宽的恒功率范围，永磁体不易退磁；(3)转子中的永磁体被安装在转子槽中，转子结构坚固，可以充分利用转子磁路的不对称性所产生的磁阻转矩，具有永磁体安装容易、转子结构强度高、电机凸极效应明显、弱磁性能好、磁阻转矩大的特点；(4)转子结构简单，安装难度低，节省了永磁体用量，减小了永磁体加工难度，降低了转子的制造成本，还能实现更好的聚磁效果。

附图说明

图1为轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子的爆炸图。

图2为轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子的二维结构图。

图3为轴向磁场永磁电机的磁路示意图。

图4为电机单转子盘三维结构图。

图5为电机转子三维结构图。

具体实施方式

本发明一种轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子，包括转轴5、第一转子盘6和第二转子盘7，第一转子盘6和第二转子盘7以永磁体面相对的方式安装在转轴5上；所述第一转子盘6包括转子铁心1、永磁体2、转子支撑壳体3、转子背轭4，其中永磁体2包括第一永磁体2a和第二永磁体2b，转子铁心1包括转子外铁心1a和转子内铁心1b；

所述转子背轭4安装在转子支撑壳体3上，第一永磁体2a、第二永磁体2b在圆周方向交替均匀布置在转子背轭4上；将转子铁心1与布置在转子背轭4上的第二永磁体2b固定在一起，从而将永磁体在径向和轴向保持固定；

所述转子铁心1、永磁体2、转子支撑壳体3、转子背轭4固定在一起，形成第一转子盘6并安装在转轴5上，再通过转轴5与第二转子盘7连接，固定第二转子盘7在轴向方向的位置，形成双转子结构。

进一步地，所述第一转子盘6、第二转子盘7上均设有永磁体2，且第二转子盘7的构成与第一转子盘6相同。

进一步地，所述转子背轭4设置于转子支撑壳体3内，并通过结构胶粘接；转子支撑壳体3用于保护转子铁心1、永磁体2。

进一步地，所述第一永磁体2a、第二永磁体2b的厚度和宽度均不相等；第一永磁体2a切向充磁，且相邻两个切向充磁永磁体的充磁方向相反，位于相邻轴向充磁永磁体和转子内铁心1b之间；第二永磁体2b轴向充磁，位于转子外铁心1a和转子内铁心1b之间；第一永磁体2a、第二永磁体2b在圆周方向按照充磁方向以及厚度、宽度、充磁方向交替均匀布置在转子背轭4上。

进一步地，所述轴向充磁的第二永磁体2b和切向充磁的第一永磁体2a的数量相等。

进一步地，所述永磁体2与转子背轭4接触面涂有结构胶以将两者进行粘接。

进一步地，所述永磁体2为等腰梯形形状，梯形的上、下底边均为圆弧形状，上、下底边的圆弧直径分别与转子内、外径大小相同，采用永磁体内置式结构。

进一步地，所述转子背轭4的内、外圆直径分别与永磁体2上、下底的两个弧形边对应的圆直径相同。

进一步地，所述轴向磁场永磁电机采用定子有铁心结构，也可以是无铁心结构。

所述第一转子盘6，第二转子盘7，两个转子盘与定子盘之间形成气隙并同轴安装在转轴5上，每个转子盘由转子铁心1、永磁体2、转子支撑壳体3和转子背轭4组成；转子背轭4安装在转子支撑壳体3上；转子背轭4的圆周方向交替布置轴向、径向充磁的梯形永磁体，采用永磁体内置式结构；永磁体2a和2b的厚度和宽度均不相等，永磁体2a切向充磁，且相邻两个方向相反，位于轴向充磁永磁体和转子内铁心之间；永磁体2b轴向充磁，位于转子内、外铁心之间，形状为梯形。本发明的轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子结构采用不同充磁方式的永磁体组合与转子铁心的配合可以实现永磁转子的聚磁效果，提高气隙磁密；同时由于永磁体内置结构，相比表贴式永磁转子，电机凸极效应明显，具有产生磁阻转矩大的优点，并且转子结构简单，安装难度低，节省了永磁体用量，减小了永磁体加工难度，降低了转子的制造成本。

本发明提供一种轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子结构及其涉及的电机，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

本发明提供的一种轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子结构，其具有两个永磁转子盘，两个转子以永磁体面相对的方式安装在转轴5上。转子结构主要包括：转子外铁心1a和转子内铁心1b，永磁体2a和永磁体2b，转子支撑壳体3，转子背轭4，转轴5，第一转子盘6，第二转子盘7。

所述转子背轭4安装在转子支撑壳体3上，通过结构胶增强粘接强度，转子支撑壳体3能够增强转子的结构强度，用于保护铁心1和永磁体2，减小转子高速运行时离心力对转子结构的影响，永磁体2在圆周方向按照充磁方向以及厚度、宽度交替均匀布置在转子背轭4上，再将转子铁心1安装在永磁体2b上，从而固定住梯形永磁体，其中梯形永磁体2与导磁背轭4接触面涂有结构胶以提高两者之间的粘接强度；形成的转子盘结构6再通过转轴5与另一转子盘7连接，固定转子盘7在轴向方向的位置，形成双转子结构。

进一步地，所述梯形永磁体2为等腰梯形形状，永磁体2a和2b的厚度和宽度均不相等，梯形的上、下底边均为圆弧形状，上、下底边的圆弧直径分别与转子内、外径大小相同；所述梯形永磁体当充磁方向为轴向时，永磁体厚度略小，宽度略大，切向时永磁体厚度略大，宽度略小。

进一步地，所述转子背轭4安装在转子支撑壳体3上，连接方式为通过结构胶连接；所述转子背轭4的内、外圆直径分别与梯形永磁体2上、下底的两个弧形边对应的圆直径相同。

进一步地，所述转子支撑壳体3通过转轴5与另一转子盘6连接。

结合图1，本发明一种轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子，包括转子外铁心1a和转子内铁心1b，永磁体2a和永磁体2b，转子支撑壳体3，转子背轭4，转轴5，第一转子盘6，第二转子盘7；

如图2所示，本发明一种轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子，永磁体2a和2b的厚度和宽度均不相等，在该转子结构中，转子铁心分内外两层，梯形永磁体2a切向充磁，且相邻两个切向充磁永磁体的充磁方向相反，位于相邻轴向充磁永磁体和转子内铁心之间；梯形永磁体2b轴向充磁，位于转子内、外铁心之间。

图3是电机的磁路示意图，轴向充磁的永磁体沿着充磁方向形成电机的磁路，如图3中实线磁路所示。而切向充磁的永磁体沿着充磁方向形成如图3中虚线所示的磁路，实现减小转子背轭的漏磁，增大主磁通的作用。磁路通过转子铁心、永磁体和定子铁心形成完整磁回路，增加了主磁极间磁力线密度，达到聚磁的目的，提高气隙磁密，从而提高了电机功率密度。

如图4所示结构，永磁体2在圆周方向按照充磁方向以及厚度、宽度交替均匀布置在转子背轭4上，再将转子铁心1安装在永磁体2b上，从而固定住梯形永磁体，其中梯形永磁体2与导磁背轭4接触面涂有结构胶以提高两者之间的粘接强度；由此安装方法可形成一个单转子盘，如图4所示。

再将图4形成的单转子盘结构安装在转子支撑壳体3上，通过结构胶增强粘接强度。转子支撑壳体3能够增强转子的结构强度，用于保护铁心1和永磁体2，减小转子高速运行时离心力对转子结构的影响。此时形成了第一转子盘6，再通过转轴5与另一转子盘7连接，固定转子盘7在轴向方向的位置，形成双转子结构，如图5所示。

本发明轴向磁场永磁电机组合充磁型永磁体内置式转子结构，采用不同形状和充磁方式的永磁体组合的方法，磁路通过转子铁心、永磁体和定子铁心形成完整磁回路，增大主磁通，减小漏磁，达到聚磁的目的，提高气隙磁密。采用了永磁体内置式结构，避免了采用的永磁体表贴式转子结构的缺陷，比如转子永磁体表面涡流损耗较严重；永磁体固定困难；转子结构强度不高；无法利用磁阻转矩；气隙磁密通常不高等。与表贴式转子结构相比，具有永磁体安装容易、转子结构强度高、电机凸极效应明显、弱磁性能好、磁阻转矩大的特点，并且转子结构简单，安装难度低，节省了永磁体用量，减小了永磁体加工难度，降低了转子的制造成本，还能实现更好的聚磁效果。