專利名稱：采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子，特別涉及降低應(yīng)用于大容量高輸出無刷電機(jī)的高特性永久磁鐵轉(zhuǎn)子的磁阻轉(zhuǎn)矩及噪音的轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
通常，永久磁鐵轉(zhuǎn)子與電樞的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，但實(shí)際上 由于轉(zhuǎn)子鐵芯與單個(gè)永久磁鐵的結(jié)合結(jié)構(gòu)、著磁圖案或者電樞的極與縫隙結(jié)構(gòu)等各種原 因，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不均勻或者旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分布不能形成類似正弦波的理想形狀，由此產(chǎn)生 磁阻轉(zhuǎn)矩(cogging torque)，并誘發(fā)電機(jī)的振動(dòng)和噪音，這成為相關(guān)領(lǐng)域里的一大難題。特別是，大容量高輸出無刷電機(jī)需要應(yīng)用能量密度高的高性能永久磁鐵的轉(zhuǎn)子， 但越是電樞與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙少的大容量高輸出電機(jī)，上述現(xiàn)象就越嚴(yán)重。在此，高特性永久磁鐵是指表面磁通密度在IKgauss以上的如釹(Nd =Neodymium) 系或者釤鈷(SmCo =Samarium Cobalt)系等高磁場(chǎng)能量密度的永久磁鐵。這種高性能永久 磁鐵即使是轉(zhuǎn)子用C型永久磁鐵，其離心方向的著磁(radial magnetizing)或極向異性著 磁(anisotropic magnetizing)困難，因此無法形成理想的正弦波或者圓錐形磁場(chǎng)，而形 成扭曲的磁場(chǎng)，從而在反映到電樞的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，不僅會(huì)降低效率，還會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的磁阻轉(zhuǎn) 矩、旋轉(zhuǎn)振動(dòng)以及噪音。如圖1所示，這種現(xiàn)有的永久磁鐵在由中心形成有用于插入轉(zhuǎn)子軸的孔5，且由磁 性體構(gòu)成的轉(zhuǎn)子鐵芯1的表面(Ri)上，交替貼附區(qū)分為S極2和N極3的單個(gè)C型永久磁 鐵。其中，所述單個(gè)C型永久磁鐵以預(yù)定的厚度平行地形成，且以圓心6為中心維持相等的 圓周直徑Ro。如此，在作為強(qiáng)磁性體的轉(zhuǎn)子鐵芯1貼附C型永久磁鐵而形成的轉(zhuǎn)子中，雖然永久 磁鐵的磁場(chǎng)形成通過轉(zhuǎn)子鐵芯1的磁路4，但是其磁場(chǎng)分布如圖2所示，并不能形成理想的 正弦波磁場(chǎng)，而是磁場(chǎng)集中于各個(gè)極的尖端，由此形成雙峰3’、4’。由此，如圖3所示，當(dāng)現(xiàn)有的永久磁鐵轉(zhuǎn)子與電樞結(jié)合而驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，與電樞極的 相互作用而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)起伏較大，由此產(chǎn)生較大的磁阻轉(zhuǎn)矩5’、6’。上述現(xiàn)象如圖4所示，在具有一定的厚度dl和長度L，并且以均勻的磁場(chǎng)粒子著磁 的平板形單個(gè)磁鐵中，由于反比于與相反極之間距離的平方的磁場(chǎng)強(qiáng)度的作用，將形成雙 峰型磁場(chǎng)分布90，而在具有一定的厚度d2和內(nèi)徑Ri以及外徑Ro的轉(zhuǎn)子用單個(gè)C型磁鐵8 中，其扭曲80程度更大。另外，現(xiàn)有的永久磁鐵轉(zhuǎn)子中為解決上述問題而采用的鐵氧體(ferrite)C型永 久磁鐵在制造過程中將磁粉末沿著放射線(radial)的方向排列，或者排列為極各向異性 (anisotropic)，并進(jìn)行燒結(jié)及著磁，由此能夠解決上述問題，但是對(duì)于以鑄造方式制作的 高性能磁鋼(alnico)、釹(Nd =Neodymium)、釤鈷(SmCo)系磁鐵來說，這種磁場(chǎng)排列制造及 著磁方法不容易，當(dāng)用于制造電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)，具有無法解決上述問題點(diǎn)的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種磁場(chǎng)能量密度大，并 使采用高特性磁鐵的大容量高輸出無刷電機(jī)的制作更加容易，而且最小化磁阻轉(zhuǎn)矩，由此 能夠得到無噪音的旋轉(zhuǎn)力的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子。為了達(dá)到目的，本發(fā)明提供的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子包含以C型形狀提供 磁場(chǎng)力的至少一個(gè)C型永久磁鐵；鐵芯，其形成圓筒形結(jié)構(gòu)，且結(jié)合有以不同極相鄰的至少 一個(gè)所述C型永久磁鐵，并且以不同極相鄰的所述C型永久磁鐵之間的臨界處分別形成有 開口孔；在所述鐵芯的中央形成的轉(zhuǎn)子軸。根據(jù)本發(fā)明提供的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子，使得通過外部鐵芯結(jié)合的C型永 久磁鐵的磁場(chǎng)形成正常狀態(tài)的正弦波形狀，從而能夠減小磁阻轉(zhuǎn)矩。而且，內(nèi)部鐵芯采用橡膠、硅材或者形成蜂窩形的多空吸音及防振結(jié)構(gòu)，由此能夠 減小傳遞到轉(zhuǎn)軸的磁阻轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)。


圖1為現(xiàn)有的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子的剖視圖；圖2為示出圖1的現(xiàn)有的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子的正弦波的示意圖；圖3為示出圖1的現(xiàn)有的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子的磁阻轉(zhuǎn)矩的示意圖；圖4為圖1的現(xiàn)有的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子中，對(duì)應(yīng)永久磁鐵的形狀的正弦 波的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子的立體圖；圖6a為圖5的根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子中的鐵芯的剖視圖；圖6b為圖5的根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子中的鐵芯的立體圖；圖7a為圖5的根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子中的永久磁鐵的立體 圖；圖7b為示出圖5的根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子中的永久磁鐵尺寸 的立體圖；圖8為示出圖5的根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子中的永久磁鐵磁場(chǎng)特 性的剖視圖；圖9為示出圖5的根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子的正弦波特性的示意 圖。主要符號(hào)說明9為永久磁鐵，10為鐵芯，10-1為外部鐵芯，10-2為內(nèi)部鐵芯，11 為開口孔，15為轉(zhuǎn)子軸。
具體實(shí)施例方式以下，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明的范圍并不局限于實(shí)施例的內(nèi)容。在下 面的說明中，相同的符號(hào)表示相同或者類似的部件。以下說明中使用的用詞僅用于說明本 發(fā)明的實(shí)施例，其不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限定。而且，本發(fā)明的實(shí)施例中還可包含一些新的 技術(shù)特征，用于表示本發(fā)明的特點(diǎn)及實(shí)施本發(fā)明。圖5為示出根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子的立體圖。
圖6a為圖5的根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子中的鐵芯的剖視圖，圖6b 為圖5的根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子中的鐵芯的立體圖。圖7a為圖5的根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子中的永久磁鐵的立體圖， 圖7b為示出圖5的根據(jù)本發(fā)明的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子中的永久磁鐵尺寸的立體圖。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子包含至少一個(gè)永久磁鐵9 ；由 外部鐵芯10-1和內(nèi)部鐵芯10-2構(gòu)成的鐵芯10 ；開口孔11以及轉(zhuǎn)子軸15。C型永久磁鐵9具有由相互不同的兩個(gè)以上的外徑(Ra = Re, Rb)和圓心軸6、 6a構(gòu)成的外周面，其中不同的所述兩個(gè)外徑之差為Cd。并且還具有與震源的圓心軸6相 同的內(nèi)徑Ri，而且還具有一定的長度L和寬度W。所述C型永久磁鐵9為表面磁通密度在 IKgauss以上的釹系或者釤鈷系的磁鐵。如圖8所示，將兩個(gè)C型永久磁鐵9結(jié)合于外部鐵 芯10-1時(shí)，使得相鄰的兩個(gè)極的極性相反，并且使得兩個(gè)永久磁鐵9之間臨界處位于外部 鐵芯10-1開口孔11。圖6a及圖6b所示，外部鐵芯10_1在結(jié)合C型永久磁鐵9時(shí)，使兩個(gè)永久磁鐵9 相鄰的兩個(gè)極的極性相反，并且在兩個(gè)C型永久磁鐵9的臨界處形成開口孔11，而在內(nèi)部形 成圓筒形的內(nèi)部鐵芯10-2，并且在內(nèi)部鐵芯10-2的中央形成轉(zhuǎn)子軸15。此時(shí)，開口孔11使其中一個(gè)C型永久磁鐵9的極和另一個(gè)C型永久磁鐵的極的臨 界之間的磁路(magnet path)距離盡可能變長，且使磁場(chǎng)中心通道變短，由此使得當(dāng)永久磁 鐵貼附于外部鐵芯10-1時(shí)，磁場(chǎng)分布不再扭曲，以形成理想狀態(tài)的正弦波磁場(chǎng)。而且，開口孔11可以形成為具有多樣化大小的圓形或者橢圓形，且可以根據(jù)C型 永久磁鐵9的磁場(chǎng)特性或者鐵芯的設(shè)計(jì)調(diào)整其大小或形狀。由此，如圖8所示，C型永久磁鐵9的磁場(chǎng)圍繞開口孔11在中心部形成更多的磁 路，由此形成極跟極之間的臨界面的磁場(chǎng)變?nèi)?，而中心部的磁?chǎng)變強(qiáng)的理想狀態(tài)的正弦波 形磁場(chǎng)。S卩，如圖9所示，當(dāng)形成理想狀態(tài)的正弦波形磁場(chǎng)時(shí)，磁阻轉(zhuǎn)矩相比于現(xiàn)有的扭曲 的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，將減少約30%以上。另外，所述內(nèi)部鐵芯10-2由非磁性材料制作，因此傳遞到轉(zhuǎn)軸15的磁阻轉(zhuǎn)矩和振 動(dòng)將減少60 70%。以上所述的實(shí)施例僅僅是示意性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在未脫 離本發(fā)明的技術(shù)思想的前提下，可以進(jìn)行任何改進(jìn)及變更，但都應(yīng)包含于本發(fā)明的權(quán)利要 求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子，其特征在于包含 以C型形狀提供磁場(chǎng)力的至少一個(gè)C型永久磁鐵(9)；鐵芯(10)，其形成圓筒形結(jié)構(gòu)，且結(jié)合有以不同極相鄰的至少一個(gè)所述C型永久磁鐵 (9)，并且以不同極相鄰的所述C型永久磁鐵(9)之間的臨界處分別形成有開口孔(11)； 在所述鐵芯(10)的中央形成的轉(zhuǎn)子軸(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述C型永久磁 鐵(9)具有由相互不同的兩個(gè)以上的外徑(Ra、Re、Rb)和圓心軸(6、6a)構(gòu)成的外周面，并 具有與震源的圓心軸(6)相同的內(nèi)徑(Ri)，而且具有一定的長度(L)和寬度(W)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述鐵芯(10)包含外部鐵芯(10-1)，其在圓筒形的外部結(jié)合有以不同極相鄰的至少一個(gè)C型永久磁鐵 (9)，而且以不同極相鄰的所述C型永久磁鐵(9)的臨界處分別形成有開口孔(11)；內(nèi)部鐵芯(10-2)，其以圓筒形結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述外部鐵芯(10-1)的內(nèi)部，并該內(nèi)部鐵芯 (10-2)中央(5)形成有轉(zhuǎn)子軸(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述開口孔 (11)形成為圓形或者橢圓形，其大小根據(jù)所述C型永久磁鐵(9)的磁場(chǎng)特性和電機(jī)的設(shè)計(jì) 而調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述內(nèi)部鐵芯 (10-2)采用橡膠、硅材或者蜂窩形吸音及防振結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述C型永久磁鐵 (9)為表面磁通密度在IKgauss以上的釹系或者釤鈷系的磁鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開一種采用永久磁鐵的電機(jī)用轉(zhuǎn)子，其包含以C型形狀提供磁場(chǎng)力的至少一個(gè)C型永久磁鐵(9)；鐵芯(10)，其形成圓筒形結(jié)構(gòu)，且結(jié)合有以不同極相鄰的至少一個(gè)所述C型永久磁鐵(9)，并且以不同極相鄰的所述C型永久磁鐵(9)之間的臨界處分別形成有開口孔(11)；在所述鐵芯(10)的中央形成的轉(zhuǎn)子軸(15)，由此使得通過外部鐵芯結(jié)合的C型永久磁鐵的磁場(chǎng)形成為理想狀態(tài)的正弦波形狀，從而能夠減少磁阻轉(zhuǎn)矩。
文檔編號(hào)H02K1/27GK102044919SQ20091025885
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者鄭榮春 申請(qǐng)人:鄭榮春