一种永磁电机导磁环和导磁环节块制造技术

结合无铁芯永磁电机的原理和结构，本发明专利技术为优化永磁电机内部动态磁场，提升无铁芯永磁电机的能量转换效率，设计了一种能明显降低铁损的导磁环，它与常规导磁环尺寸相同重量相当，采用高导磁率取向型硅钢片，沿其取向线剪裁成等宽长条，精心绕制而成。对于定子盘中使用，允许多根条材搭接制造的导磁环。此法材料利用率高，做好编排，利用率接近100％。也可用非取向型硅钢片条绕制本导磁环，效果也很好。为降低沿转轴方向排列的多重叠盘式永磁电机的原材料成本，本发明专利技术还设计了在部分转子盘中的磁钢块替代件：导磁环节块，可取代部分排列在非两端的转子盘中的磁钢块，同样可以为桥接强磁力线束提供中继通道，虽不如稀土永磁的磁钢块，但具低成本优势。但具低成本优势。但具低成本优势。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁电机导磁环和导磁环节块


[0001]本专利技术涉及一种导磁环和导磁环节块，一种用于无铁芯永磁电机的导磁环和导磁环节块。涉及几种类型永磁电机结构，以及本专利技术在其中的应用，还涉及制造导磁环和导磁环节块的铁磁材料硅钢片，特别是取向型和非取向型等硅钢片材料，也涉及零部件制造和电机装配等。

技术介绍

[0002]电机发展轨迹如同螺旋上升曲线，从最初基于电磁力原理、仅有导线、支架和马蹄形磁铁等几个简单零件组成、用于向孩子们演示电机原理的实验样机，发展到如今获得广泛应用的BLDC直流无刷电机，并形成巨大产业。它使用大量金属材料等各种资源，消耗大半电力，提供社会生活方方面面各种主要动力。如今电机科技和制造技术的发展，具备在此基础上，更高效地服务于更广泛需求，包括将机械能转化成电能的发电机产业，也包括依靠电能产生机械驱动力的电动机产业。电机结构将再回“无铁芯”形式但却是全新“高阶”形式，它将更轻、更强，更节省原材料，加工更便捷，因此更环保，更具有可持续发展的潜力。
[0003]推进电机无铁芯化首先遇到的挑战，是如何保持并提高目前电机的效能。技术关键之一在于其内部动态磁场布局如何优化。离开高效能磁场的优化设计，根本无法实现电机高效率，无论是机/电转换，还是电/机转换。如何优化设计以及需要什么技术措施，有待继续探索。

技术实现思路

[0004]针对现有电机偏重偏贵的问题，同时又希望获得相对满意的效率和电机产品的高性价比，本专利技术结合优化电机内部动态磁场布局，进而优化传统导磁环、新增导磁环节块等辅助配件，提供新型导磁辅助零部件的设计和加工方案。新型导磁原件异于常规，其要点如下：
[0005](1)常规BLDC电机导磁部件主要是铁芯，即定子绕组线包赖以生根的无取向硅钢片铁芯。该铁芯在高速转动的转子磁钢块和定子绕组线包之间，提供良好的磁力线运行通道，使永磁无刷电机得以结构紧凑，保障机械能和电能之间有较高的转换效率。
[0006](2)无铁芯电机所谓的“无铁芯”，是指支撑绕组线包的定子不用铁芯，于是源自磁钢块和绕组线包的高强磁力线就只能“自找出路”。NS两极相距越远，其间磁力线就越发散。图1是实拍马蹄形磁铁吸引铁砂粉盘所展现的磁力线图，NS两极间磁力线几乎是直线，磁场强度很高，吸引了更多铁砂粉而更显黑，周边磁力线向外扩散且越远越散越稀疏。
[0007](3)基于电磁特性，无铁芯电机也难离开铁芯：为转子安装磁钢块必须要有导磁环，一来便于安装强力磁钢块，更关键是要提供磁力线高速通道。电工软铁导磁环如图2所示。
[0008](4)图2所示的导磁环浑然一体，优点是便于制造，也容易获得还算完美的电磁特性。但在功率大频率高的应用中其尺寸势必加大，高频交变磁场随铁磁体增大会滋生更大
涡状感应交变电流而导致更严重铁损。解决办法很简单：用薄片材料制造导磁环，优选材料是硅钢片，取向型或非取向型，将硅钢薄片剪切成等宽长条，按给定形状进行绕制即成。
[0009](5)导磁环性能的优劣、成本的高低，对电机综合性能有重要影响，物美价廉是普遍追求。电工软铁电磁特性好，其缺点也明显：刚度差、易锈蚀、价格高、铁损大。合金钢取代，精准造型确保转子盘几何中心与重心完美一致，可确保高速旋转的转子盘平稳不震动。
[0010](6)硅钢片绕制的导磁环不是整体锻造，即便是使用超薄硅钢片单根长条绕制，也无法实现其几何中心与质量重心完全一致。至于用多根较短硅钢片长条搭接绕制的导磁环，要求其二心合一更无法达成。因此本专利技术的新型导磁环不太适宜用作转子盘中的导磁环。
[0011](7)要为高速旋转转子盘上的磁钢块配置精密结构的硅钢片导磁环，就必须改变设计和制造方法：以其环台截面开模冲压硅钢片，多片叠合成型，即可满足较大尺寸转子导磁环。但缺点是硅钢片材料利用率太低，浪费太大，材料和加工成本偏高，也未必完美。
[0012](8)本专利技术之导磁环的最佳应用场合在【1】内、外转子电机定子线包的电磁场远侧回路；【2】轴向排列多重盘片式电机的外侧盘片之外侧，见图6之6。分别解释如下：
[0013]①
图3所示是某外转子式无铁芯电机的扣合式定子盘盒，(3a)是其外侧面视图，(3b)是其内侧面，1指向内侧面可见的、用于在定子盘盒内部安装导磁环的环形槽；1也同时指向外侧面的环形槽外壳部。在此环形槽内，既可以安装单长条硅钢片绕制的导磁环，也可以使用多条较短硅钢片条搭接绕制的导磁环，二者在定子中的电磁性能表现几乎无异，合理规划可以充分利用硅钢材料而不致浪费。
[0014]②
另一更重要的应用场合在于：多层重叠式无刷电机机芯如图4，由扁盘式转子盘和定子盘交叉相邻、沿转轴纵向等间距排列。此型电机盘片数少则2盘：一定一转；多则数量不设无上限。但无论多少盘数，沿轴向最外两侧，不管定子盘还是转子盘，都需要安装导磁环，优选方案是如图5所示的本专利技术的导磁环。
[0015]③
图6是某6极外定子盘装配爆炸图，给出外定子盘装配顺序和本导磁环的位置。
[0016]④
图4所示多层重叠式无刷电机机芯，定、转子盘片沿转轴交错排列。转子盘上有等间距排布安装的磁钢块，提供“桥接”强劲的“旋转木桶式磁场”之首尾连贯、平行于转轴的每一条“木桶板”即每条高强度磁力线束通道，发自两端“外盘”相应磁钢块的高强磁力线束，贯通中间各转子相应位置磁钢块“桥接中继”。常规中继点用磁钢块，本专利技术提供新方案：用取向型硅钢片冲压+叠片制造“导磁环节块”如图7，仅最外两端转子盘需用高强磁钢块，其余中继用导磁环节块取代。
[0017]综上简述，归纳本项专利技术的技术要点，分别阐述如下：
[0018]●
剪切等宽硅钢片长条绕制的导磁环，不太适用于在高速旋转的转子盘里安装；
[0019]●
本专利技术之采用硅钢片制做的导磁环和导磁环节块，导磁环可以改善电机内高速运转磁力线束的通道优化分布，以利减少漏磁、降低铁损、提高效率，导磁环节块则能在确保性能基础上降低电机原材料成本。
[0020]一种永磁电机导磁环和导磁环节块，其特征是：导磁环改善电机内高速运转磁力线的通道优化分布，减少漏磁、降低铁损、提高效率，导磁环节块用以取代磁钢块。
[0021]●
本专利技术的导磁环，采用薄厚度取向或非取向型硅钢片，预先剪切成等宽长条，按要求的形状和尺寸绕制而成；需注意：要妥善处理好因剪切可能导致条材边沿的毛刺。
[0022]一种永磁电机导磁环和导磁环节块，其特征是导磁环采用薄厚度的取向型硅钢片，预先剪切成等宽的长条，按照要求的形状和尺寸绕制而成。
[0023]一种永磁电机导磁环和导磁环节块，其特征是导磁环采用薄厚度的非取向型硅钢片，预先剪切成等宽的长条，按照要求的形状和尺寸绕制而成。
[0024]●
本专利技术的导磁环制造，用预先设计好的钢膜，将薄厚度的硅钢片冲压成形，按照给定厚度叠片压紧固定而成。
[0025]一种永磁电机导磁环和导磁环节块，其特征是导磁环制造，用预先设计好的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁电机导磁环和导磁环节块，其特征是：导磁环改善电机内高速运转磁力线的通道优化分布，减少漏磁、降低铁损、提高效率，导磁环节块用以取代磁钢块。2.根据权利要求1所述的一种永磁电机导磁环和导磁环节块，其特征是：导磁环采用薄厚度的取向型硅钢片，预先剪切成等宽的长条，按照要求的形状和尺寸绕制而成。3.根据权利要求1所述的一种永磁电机导磁环和导磁环节块，其特征是：导磁环采用薄厚度的非取向型硅钢片，预先剪切成等宽的长条，按照要求的形状和尺寸绕制而成。4.根据权利要求1所述的一种永磁电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕大明，
申请(专利权)人：吕大明，
类型：发明
国别省市：