一种转子冲片及应用其的永磁同步电机

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及一种转子冲片及应用其的永磁同步电机。

背景技术

永磁同步电机以永磁体提供励磁，因而电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度，作为动力源得到大力发展，永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成，具有功率效率高及功率因数高；发热小，电机冷却系统结构简单、体积小、噪声小；免维护；可靠性高；电机的体积小、重量轻且动态性能好的特点，因而在工业、车辆等行业内广泛应用。

现有的永磁同步电机中，在其额定转速区间范围内电机的效率较高，但当电机运行进入高转速区间时，电机由于需要弱磁，电机的无功功率加大，使得电机温升增加，效率下降，电机处在于额定点区间内运行时，电机转子内的磁力线将由于隔磁通道的作用较为集中地流入到气隙侧，而两同极内嵌永磁体之间所产生的漏磁将减少；但当电机进入至高速区间时，电机气隙处的磁密度将有所下降，电机进入弱磁状态，所需要的弱磁电流将加大，使得电机的无功功率增加，电机的整体效率下降。

现有公布号为CN111416455A的专利申请公开了一种车用高速永磁同步电机转子冲片，转子冲片包括多个沿周向均匀分布的磁性组，每个磁性组包括第一永磁体槽组和第二永磁体槽组，第一永磁体槽组包括呈V形设置的两个第一永磁体槽，在两个第一永磁体槽之间设有第一隔磁桥，在第一永磁体槽与转子冲片的外周之间设有第二隔磁桥；第二永磁体槽组包括呈V形的两个第二永磁体槽，在两个第二永磁体槽之间设有第三隔磁桥，在第二永磁体槽与转子冲片的外周之间设有第四隔磁桥；转子冲片还包括多个沿周向交错分布的第一减重孔和第二减重孔，该同步电机在额定转速区间运行时的效率远高于在高转速区间的运行效率，使得电机不适合高速使用，限制了电机的使用范围。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种转子冲片，解决了永磁同步电机在高速区间运行效率低的问题。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种转子冲片，包括第一磁体槽、隔磁腔、冲片体、导磁块和弹力架，所述第一磁体槽成对的沿所述冲片体的中心线对称设置在所述冲片体上，所述隔磁腔设置在成对的所述第一磁体槽之间，所述导磁块设置在所述弹力架上，所述弹力架设置在所述隔磁腔内，随着所述冲片体转速增加，所述弹力架变形使得所述导磁块在所述隔磁腔内远离所述冲片体的圆心滑动，通过所述导磁块的滑动来控制所述第一磁体槽内磁体的磁力线连通程度。

所述导磁块的滑动距离x满足如下关系：

所述弹力架包括夹持部和弹性部，所述弹性部设置在所述夹持部的两侧，所述夹持部，内安装有所述导磁块，所述弹性部用于提供所述夹持部的复位作用力，通过所述弹性部的变长，让所述夹持部在所述隔磁腔内移动，实现对磁体磁力线的连通控制。

还包括第二磁体槽，所述第二磁体槽成对沿所述冲片体的中心线对称设置，沿所述冲片体中心线，成对的所述第二磁体槽处在所述第一磁体槽的上侧或/和下侧，提高所述转子冲片的磁力密度。

所述第一磁体槽和所述第二磁体槽内设有卡扣，防止磁钢在电机转动时抖动。

所述隔磁腔包括隔断部和阻挡部，所述阻挡部设置在所述阻挡部的两侧，所述阻挡部与所述隔断部连通，所述隔断部沿所述冲片体的中心线对称，用于防止磁钢的磁力线连通。

所述导磁块包括多个导磁片，所述导磁块由多个所述导磁片堆叠而成，制造工艺简单，成本低。

还包括中心轴孔，所述中心轴孔设置在所述冲片体的中心，用于安装所述电机转轴，所述中心轴孔的内壁上设有凸起，用于定位所述转子冲片，防止所述转子冲片绕轴转动。

成对的所述第一磁体槽呈倒“八”字形设置，成对的所述第一磁体槽的小端靠近所述隔磁腔，大端远离所述隔磁腔提升所述转子冲片上的磁体容量，从而提升电机的输出转矩。

本发明的目的之二是提供一种永磁同步电机，解决了永磁同步电机在高速区间运行效率低的问题。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种永磁同步电机，包括所述的转子冲片。

本发明的有益效果为：

(1)该转子冲片上设有成对设置的第一磁体槽、隔磁腔、弹力架和导磁块，第一磁体槽成对的对称分布在转子冲片上，隔磁腔处于成对的第一磁体之间，在保证转子冲片强度的情况下，减轻了转子冲片的重量，提高转子冲片的运动能力和磁密度，在电机低速转动时，隔磁腔内的导磁块在弹力架的作用下靠近中心，隔磁腔起到阻挡第一磁体槽中磁铁连通的作用，电机气隙间的磁密度增加，电机的运行效率高；在电机高速转动时，在离心力的作用下，导磁块转子冲片外滑动，隔磁腔被导磁块填充，第一磁体槽中的磁铁磁力线经过导磁块而连通，使得电机在高运行时的弱磁效果减弱，从而提高电机在高速时的运行效率。

(2)该转子冲片上设有隔磁腔、弹力架和导磁块，弹力架由夹持部和弹性部组成，夹持部用于安装导磁块，弹性部是卷簧，弹力架整个安装在隔磁腔中，弹性部固定在隔磁腔内，使得导磁块可以在离心力的作用下在隔磁腔内运动，以改变磁体的磁力线连通状态，达到电机高速转动时降低弱磁电流和低速时提高磁力密度的作用，弹力架由簧片一体成型，结构简单可靠，导磁块由多片导磁片堆叠而成，降低了制造成本，弹力架随着导磁块受到的离心力而变动，响应迅速且连续。

(3)该电机装有可控制磁铁磁力作用形态的导磁块和隔磁腔，可以根据电机的转速，来改导磁腔的状态，从而降低弱磁效果对高速转动的影响，使得电机在低速和高速均能保证高的运行效率。

附图说明

图1为本发明提供的转子铁芯的爆炸图；

图2为本发明提供的转子冲片的轴测图；

图3为本发明提供的转子冲片的堆叠结构图；

图4为本发明提供的转子铁芯的轴测图；

图5为本发明提供的弹力架的轴测图；

图6为本发明提供的导磁块的轴测图；

图7为本发明提供的低转速磁力线分布图；

图8为本发明提供的高转速磁力线分布图；

图9为本发明提供的永磁同步电机受力分析图；

图10为本发明提供的永磁同步电机爆炸图；

图11为本发明提供的永磁同步电机轴测图；

图12为本发明提供的转子压板的轴测图；

图13为本发明提供的胀套的轴测图；

图14为实施例二提供的弹力架的结构图。

附图标记：

1、转轴；2、转子冲片；21、第一磁体槽；22、隔磁腔；221、隔断部；222、阻挡部；23、第二磁体槽；24、冲片体；25、中心轴孔；3、转子铁芯；4、导磁块；41、导磁片；5、弹力架；51、夹持部；52、弹性部；53、弹力线；6、磁钢；7、转子端盖；8、胀套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1-图9所示，一种转子冲片2，包括第一磁体槽21、隔磁腔22、冲片体24、导磁块4和弹力架5，第一磁体槽21成对的沿冲片体24的中心线对称设置在冲片体24上，隔磁腔22设置在成对的第一磁体槽21之间，导磁块4设置在弹力架5上，弹力架5设置在隔磁腔22内，随着冲片体24转速增加，导磁块4在隔磁腔22内远离冲片体圆心滑动，通过导磁块4的滑动来控制第一磁体槽21内磁体的磁力线连通程度，在高转速下，导磁块4向转子冲片2的外侧移动，导磁块4填充隔磁腔22，第一磁体槽21内的磁钢6磁力线连通，减少了内磁力效果，从而削减绕组内的弱电流大小，降低电流的损耗，使得整体的电机运行效率得到提升。

进一步地，导磁块4的滑动距离x满足如下关系：

优选地，弹力架5包括夹持部51和弹性部52，弹性部52设置在夹持部51的两侧，夹持部51内安装有导磁块4，弹性部52用于提供夹持部51的复位作用力，夹持部51设置成U形，其U形槽内安装有导磁块4，导磁块4被夹持部51夹住，U形的底部朝向转子冲片2的外侧，当导磁块4受到的离心力增加时，通过夹持部51将力传递到弹性部52上，弹性部52发生变形，让夹持部51得以向外延伸，此时导磁块4起到连通磁钢6的作用，当离心力减小时，在弹性部52的弹力作用下，导磁块4回退，使得磁钢6之间磁力线断开，电机在低速下运行效率较高。

其中，弹力架5一体成型，弹性部52是卷簧，夹持部51由弹片一体折弯成型，使得弹力架5的结构简单而牢固，使用寿命长，且整体弹片制造弹力反应灵敏。

优选地，还包括第二磁体槽23，第二磁体槽23成对的沿冲片体24的中心线对称设置，沿冲片体24中心线，成对的第二磁体槽23处在第一磁体槽21的上侧或/和下侧，第二磁体槽23内装磁钢6，用来提高转子冲片2上的磁力。

其中，第一磁体槽21和第二磁体槽23内设有卡扣，用于固定安装在其中的磁钢6，防止磁钢6在电机转动时抖动，影响电机的输出特性。

优选地，隔磁腔22包括隔断部221和阻挡部222，阻挡部222设置在阻挡部222的两侧，阻挡部222与隔断部221连通，隔断部221沿冲片体24的中心线对称，隔断部221中方形的，用于防止磁钢6的磁力线连通，也用作导磁块4的滑动通道，阻挡部222是圆槽形的，靠近转子冲片2的中心设置在隔断部221的底壁两侧，用于容纳弹性部52，并给弹性部52的变形留出空间。

优选地，导磁块4包括多个导磁片41，导磁块4由多个导磁片41堆叠而成，结构简单，制造成本低。

具体参见图7和图8，电机在额定转速区间运行时，导磁块4未进入到隔磁腔22，隔磁腔22起到隔磁作用，磁钢6产生的磁力向两极注入到气隙，当电机转速提高后，导磁块4部分或者全部进入到隔磁腔22使得磁钢6的磁力相互抵消，随着磁力的减小，需要的弱磁电流减少，降低了电机的无功功率，从而起到根据转速的变化提高电机整体效率的作用。

优选地，转子冲片2上还设有中心轴孔25，中心轴孔25处在转子冲片2的中心，用于安装转轴1，中心轴孔25的内壁上设有凸起，可以与转轴1配合，用于转子冲片2在转轴1上的定位。

优选地，成对的第一磁体槽21呈倒“八”字形设置，成对的第一磁体槽21的小端靠近隔磁腔22，大端远离隔磁腔22减少在转子冲片2上的空间占用，能够在转子冲片2上安装更多的磁钢6，提高转子冲片2的磁力密度，从而增加电机的输出转矩上限。

实施例二

如图10-图13所示，一种永磁同步电机，包括转子铁芯3、转轴1、导磁块4、磁钢6、转子端盖7和胀套8，转子铁芯3由多片转子冲片2堆叠而成，多个转子铁芯3均串连在转轴1上，磁钢6分别安装在第一磁体槽21和第二磁体槽23内，为电机转动提供磁力，转子端盖7设置在转轴1的两端将多个转子铁芯3夹紧，胀套8安装在转子端盖7的外侧，将整转子铁芯3和转子端盖7压住，防止在转轴1上滑动。

其中，转轴1上设有四条滑槽，可以与转子铁芯3上中心轴孔25内的凸起配合，起到组装定位和阻止转子铁芯3绕转轴1转动的作用。

该永磁同步电机的工作过程如下：

在电机转速处于较低的阶段时，转子铁芯3内的导磁块4在弹力架5的弹力作用下，在隔磁腔22内靠近转轴1的中心，此时，成对第一磁体槽21内的磁钢6由于隔磁腔22内分隔作用，磁钢6的磁力线向磁钢6的两极分布，电机正常工作能保持较高的工作效率，当电机转速增加大一定程度后，永磁同步电机内部的弱磁电流增大，这部分电流在作用在绕组上使得绕组发热，既使做功的电流减少也使电机得升温，电机的总体效率降低，此处，隔磁腔22内的导磁块4受到的离心力大于弹力架5的拉力，从而移动到隔磁腔22的外侧，此时，由于导磁块4填充满隔磁腔22，使得第一磁体槽21和第二磁体槽23内的磁钢6磁力线相互连通，通过降低磁力效果，减少弱磁电流的产生，即无用的损耗得到降低，提高了该永磁电机在高速运行时的总体效率。

实施例三

如图14所示，参照实施例一相同特征不再赘述，其不同之处在于：弹力架5由夹持部51和弹力线53组成，弹力架5的端部设有挂孔，夹持部51可在隔断部221内滑动，弹力线53的一端挂到持孔中，另一端挂到阻挡部222上，弹力线53和夹持部51是可拆卸连接的，可以在弹力线53长期使用弹力衰减后进行快速的更换，降低了该弹力架5的使用成本，方便进行维护且降低维护的成本。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对于本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。