直接起動永磁式電機的轉子和其製造方法
2023-06-10 19:01:16 1
專利名稱：直接起動永磁式電機的轉子和其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種直接起動永磁式電機(line start permanent magnetmotor)，具體涉及一種直接起動永磁式電機的轉子，其能夠減少轉子的轉子電阻(rotor resistance)，從而提高同步性能，並使轉子的組裝處理和製造方法得到簡化。
背景技術：
一般，感應電機具有的工作原理是，向卷繞在定子內部部分的線圈施加電流，從而產生旋轉磁場，因而把電動勢感應給可旋轉插入定子內部的轉子，從而使轉子旋轉。
同時，直接起動永磁式電機具有的結構是把永久磁鐵插入構成感應電機的轉子內。直接起動永磁式電機依靠轉矩來操作，該轉矩是通過在驅動時由轉子處產生的電壓所產生的二次電流和由定子的卷繞線圈所產生的磁通(magnetic flux)之間的相互作用而產生的。此時，轉矩是通過把轉子籠(rotor cage)的轉矩分量、磁阻(reluctance)轉矩分量、以及永久磁鐵的分量進行構成來操作的。
然後，在起動後的額定操作時，與轉子聯接的永久磁鐵的磁通和從定子產生的磁通相互同步，使得轉子按照定子的旋轉磁場速度來操作。此時，轉矩的大部分是永久磁鐵轉矩分量。
直接起動永磁式電機可作為電源電壓立刻起動，而不使用附加位置傳感器或驅動器。而且，由於來自感應電機的激勵電流(excitedcurrent)不必需是不同的，並且電流不以同步速度流入轉子籠內，因而可減少二次渦流電流損耗，從而比其他電機提高效率。
同時，直接起動永磁式電機根據轉子結構，在旋轉時用作轉子電阻，從而對轉子轉矩產生影響，因而使其同步性能降低。
圖1是示出根據常規技術的直接起動永磁式電機的轉子的斷面圖，圖2是根據常規技術的直接起動永磁式電機的轉子的左斷面圖，圖3是根據常規技術的直接起動永磁式電機的轉子的右斷面圖。如圖所示，直接起動永磁式電機的轉子由第一端環20和第二端環30組成，第一端環20和第二端環30不對稱地形成在其內部與軸聯接的層疊芯10的兩側，並且第一端環20和第二端環30通過貫穿層疊芯10的多個連接部21彼此連接。層疊芯10的構成部分為圓柱體11，其為具有恆定長度的圓柱形形狀；軸向孔12，其形成在圓柱體11的中部，用於插入軸；多個第一貫穿孔13，其形成在圓柱體11的邊緣，用於插入連接部21；以及多個第二貫穿孔14和四邊形貫穿孔15，其形成在圓柱體11內。層疊芯10是使具有恆定厚度的多個薄板層疊的層疊體。
第一端環20設有鉚釘部23，該鉚釘部23形成在具有恆定厚度的環形形狀的環狀體部22的一側並分別插入第二貫穿孔14內，並且第二端環30設有非圓形形狀的六角形形狀的插入貫穿孔32，該插入貫穿孔32形成在具有恆定厚度的環狀體部31內。第一端環的環狀體部22和第二端環的環狀體部31通過連接部21彼此連接。
層疊芯10、第一端環20以及第二端環30構成一個電路。
而且，永久磁鐵40被貫穿插入層疊芯10的四邊形貫穿孔14內，並且永久磁鐵40配置在分別使兩個永久磁鐵彼此面對的狀態下。
用於支撐永久磁鐵40的支撐板50被聯接在第一端環20和層疊芯10之間，並且用於覆蓋永久磁鐵40的蓋板60被插入第二端環30內，從而與層疊芯10的一個側表面聯接。支撐板50以恆定厚度並按照對應形狀形成到層疊芯10的一個側表面，其中，四邊形貫穿孔15不含在內。用於覆蓋永久磁鐵40的六角形形狀的蓋板60設有軸向孔61，其形成在蓋板60的中部；以及鉚釘孔62，其形成在軸向孔61的兩側。在蓋板60被插入第二端環30的插入貫穿孔32內的狀態下，通過把蓋板的鉚釘孔62插入第一端環的鉚釘部23內，使蓋板60被固定聯接。
以下將對直接起動永磁式電機的轉子的製造處理進行說明。
圖4是示出根據常規技術的直接起動永磁式電機的轉子的製造方法的流程圖。如圖所示，該方法包括以下步驟使構成層疊芯10的薄板層疊，並因而製造層疊芯10；使支撐板50與層疊芯10的一個側表面聯接，對層疊芯10進行Al壓鑄(die casting)，並因而形成第一端環20和第二端環30，其中，Al不通過支撐板50導入層疊芯10的四邊形貫穿孔15內；分別把永久磁鐵40通過第二端環的插入貫穿孔32插入層疊芯10的四邊形貫穿孔15內；把蓋板60插入第二端環的插入貫穿孔32內，並因而覆蓋永久磁鐵40，其中，把蓋板的鉚釘孔62插入第一端環的鉚釘部23內；以及把鉚釘部23鉚接，並因而使蓋板60固定。
通過所述處理而製造的轉子可以旋轉方式被插入構成直接起動永磁式電機的定子內，並且軸以固定方式被聯接到轉子的軸向孔12。
直接起動永磁式電機的轉子根據直接起動永磁式電機的操作，依靠上述電磁操作來旋轉，因而把旋轉力通過軸傳遞到另一系統。
然而，在直接起動永磁式電機的轉子中，由於與層疊芯10的一側聯接的第二端環30形成為可把永久磁鐵40和蓋板60貫穿插入的形狀，因而第二端環30是不對稱地形成的，並且第二端環30的形狀與第一端環20的形狀不同，從而當轉子旋轉時產生旋轉不平衡。而且，按照第二端環30的插入貫穿孔32的形狀，使得第二端環30的斷面面積變小，因而增加二次電阻(secondary resistance)並從而降低同步性能。此外，由於用於覆蓋永久磁鐵40的蓋板60採用鉚接來聯接，因而組裝結構變得複雜，從而降低組裝生產能力。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種直接起動永磁式電機的轉子，其能夠根據轉子的旋轉電阻來減少二次電阻，從而提高同步性能，並使組裝處理和製造方法得到簡化。
為了實現這些和其他優點並根據本發明的目的，正如本文所具體包含和全面說明的那樣，提供了一種直接起動永磁式電機的轉子，包括芯，其設有用於插入軸的軸向孔和形成在軸向孔周邊的多個貫穿磁鐵聯接孔；永久磁鐵，其分別與芯的磁鐵聯接孔聯接；第三端環，其設有用於分別使永久磁鐵通過的磁路並與芯的一個側表面聯接；第四端環，其具有與第三端環相同的外觀並與同第三端環連接的芯的另一個側表面聯接；磁鐵支撐板，其定位在芯的一個側表面和第四端環之間，用於防止永久磁鐵分離；以及固定部件，其插入第三端環的磁路內，用於防止永久磁鐵分離。
為了獲得這些和其他優點並根據本發明的目的，正如本文所具體包含和全面說明的那樣，還提供了一種直接起動永磁式電機的轉子的製造方法，其包括以下步驟使具有一定形狀的多個薄板層疊並從而製造芯；把磁鐵支撐板定位到芯的一個側表面；採用壓鑄法把具有相同外觀的第三和第四端環形成在定位有磁鐵支撐板的芯的兩個側表面；把多個永久磁鐵通過第三端環插入芯內並從而固定；以及使固定部件以固定方式聯接到第三端環，以防止永久磁鐵分離。
通過以下結合附圖對本發明進行的詳細說明，將更加明白本發明的上述和其他目的、特點、方面和優點。
下述附圖提供了對本發明的進一步理解，並被納入和構成了本說明書的一部分，表示了本發明的實施例，與描述一起構成了對本發明的解釋。
在附圖中圖1是示出根據常規技術的直接起動永磁式電機的轉子的斷面圖；圖2是根據常規技術的直接起動永磁式電機的轉子的左斷面圖；圖3是根據常規技術的直接起動永磁式電機的轉子的右斷面圖；圖4是示出根據常規技術的直接起動永磁式電機的轉子的製造方法的流程圖；圖5是示出根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子的斷面圖；圖6是根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子的左斷面圖；圖7是根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子的右斷面圖；圖8是示出根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子的製造方法的流程圖；圖9是示出根據本發明的直接起動永磁式電機的透視圖；以及圖10是把根據常規技術的同步性能與根據本發明的同步性能進行比較的圖。
具體實施例方式
現在將對本發明的優選實施例進行詳細說明，這些優選實施例的例子在附圖中作了圖示。
以下，將對一種直接起動永磁式電機的轉子及其製造方法進行更詳細說明。
圖5是示出根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子的斷面圖，
圖6是根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子的左斷面圖，圖7是根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子的右斷面圖。
如圖所示，直接起動永磁式電機的轉子包括芯100，其設有用於插入軸的軸向孔110和多個貫穿的磁鐵聯接孔120，其形成在軸向孔110的周邊；永久磁鐵200，其分別與芯100的磁鐵聯接孔120聯接；第三端環300，其設有用於分別插入永久磁鐵200的磁路310並與芯100的一個側表面聯接；第四端環400，其具有與第三端環300相同的外觀並與同第三端環300連接的芯100的另一個側表面聯接；磁鐵支撐板500，其定位在芯100的一個側表面和第四端環400之間，用於防止永久磁鐵200分離；以及固定部件600，其插入第三端環300的磁路310內，用於防止永久磁鐵200分離。
芯100設有軸向孔110，以把軸插入具有恆定長度和外徑的圓柱形形狀的圓柱體130的內部。多個貫穿孔140形成在圓柱體130的邊緣，並且多個磁鐵聯接孔120形成在軸向孔110和貫穿孔140之間。磁鐵聯接孔120具有寬度和長度恆定的四邊形形狀的斷面。磁鐵聯接孔120配置在分別使兩個孔彼此面對的狀態下，並具有寬度和長度恆定的四邊形形狀的斷面(sectional surface)。磁鐵聯接孔120配置在分別使兩個孔彼此面對的狀態下。芯100是使與圓柱體130的側向形狀對應的、具有恆定厚度的多個薄板層疊的層疊體。芯100也可形成為非層疊體的處理過的形狀。
永久磁鐵200形成為與芯的磁鐵聯接孔120的形狀對應的形狀。也就是說，永久磁鐵200具有恆定長度並具有四邊形形狀的斷面。永久磁鐵200被分別插入芯的磁鐵聯接孔120並從而固定。
第三端環300設有多個磁路310，該多個磁路310形成在具有恆定寬度的環形形狀的環狀體320內，作為永久磁鐵200的插入通路。第三端環300的內徑形成為小於連接永久磁鐵200內切線的內切圓的直徑。而且，第三端環300的外徑形成為大於連接永久磁鐵200外切線的外切圓的直徑。第三端環的磁路310是根據芯的磁鐵聯接孔120的位置來配置的。第三端環的磁路310具有四邊形形狀的斷面，並形成為使位於芯100側的孔小、並使位於對置側(opposite side)的孔大的傾斜形狀。當第三端環300與芯100的一個側表面聯接時，磁路310與芯的磁鐵聯接孔120對應地聯接。
插入磁路310內的固定部件600採用與第三端環300相同的材料形成，並形成為與磁路310相同的形狀。也就是說，固定部件600具有與第三端環的磁路310的深度相同的長度，並形成為使一側斷面面積小於另一側斷面面積的楔形形狀。
第四端環400的外觀形成為與第三端環300的外觀相同。也就是說，第四端環400形成為具有恆定寬度的環形形狀的環狀體410。第四端環400的內徑形成為小於連接永久磁鐵200內切線的內切圓的直徑。而且，第四端環400的外徑形成為大於連接永久磁鐵200外切線的外切圓的直徑。
第三端環300和第四端環400通過分別插入芯的貫穿孔140內的連接部420彼此連接。第三端環300、第四端環400以及連接部420採用相同材料形成。芯100、第三/第四端環300/400以及連接部420構成一個電路。
磁鐵支撐板500設有軸向孔520，其形成在具有恆定厚度的圓柱形板510內；以及貫穿孔530，其根據芯的貫穿孔140形成在磁鐵支撐板500的邊緣。而且，用於防止永久磁鐵200的磁通的、具有恆定寬度和長度的狹縫540根據永久磁鐵200被形成在圓柱形板510上。狹縫540的寬度和長度形成為小於永久磁鐵200的寬度和長度。
以下將對根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子的製造方法的一個實施例進行說明。
圖8是示出根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子的製造方法的流程圖。如圖所示，首先，使具有一定形狀的多個薄板層疊，從而製造芯100。然後，把磁鐵支撐板500定位在芯100一個側表面。然後，採用壓鑄法把具有相同外觀的第三端環300和第四端環400形成在定位有磁鐵支撐板500的芯100的兩個側表面。也就是說，把裝設有磁鐵支撐板500的芯100插入形成為預定形狀的模具內，然後把熔化的Al噴入模具內，因而形成第三端環300和第四端環400。然後，把永久磁鐵200分別通過形成在第三端環300處的磁路310按壓插入(pressed-inserted)形成在芯100處的磁鐵聯接孔120內，因而被固定地聯接。然後，把固定部件分別與第三端環的磁路310聯接，並從而被聯接起來。
把通過所述處理而製造的轉子以可旋轉的方式插入構成直接起動永磁式電機的定子內，並使軸與轉子的軸向孔聯接。定子設有卷繞線圈。
以下，將對根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子有其製造方法的操作效果進行說明。
首先，在設有轉子的直接起動永磁式電機中，轉子依靠轉矩來操作，該轉矩是通過在驅動時由轉子處產生的電壓所產生的二次電流和由定子的卷繞線圈所產生的磁通之間的相互作用而產生的。然後，在驅動後的額定操作時，與轉子聯接的永久磁鐵的磁通和從定子產生的磁通相互同步，使得轉子按照定子的旋轉磁場速度來操作。此時，轉矩的大部分是永久磁鐵轉矩分量。轉子的旋轉力通過軸被傳遞到另一系統。
此處，當轉子旋轉時，轉子被均勻地形成，並且其外觀是平滑形成的，從而使旋轉電阻最小。也就是說，如圖9所示，由於構成轉子的第三端環300和第四端環400具有相同的外觀和重量，因而轉子被平衡。而且，由於在把固定部件600插入第三端環300的側向表面內的狀態下形成平面，因而當轉子旋轉時，使旋轉電阻最小。因此，如圖10所示，以類似於同步速度的速度產生比常規轉矩大的轉矩，從而提高同步性能。
而且，在本發明中，由於在製造時，把固定部件600按壓插入第三端環300內從而使永久磁鐵200固定，因而採用鉚接使蓋板60聯接並使蓋板60固定的常規處理不含在內，因而使結構和製造處理得到簡化。
如上所述，在根據本發明的直接起動永磁式電機的轉子及其製造方法中，當轉子旋轉時，使旋轉電阻最小，因而提高直接起動永磁式電機的同步性能，並從而提高直接起動永磁式電機的效率。而且，使製造處理和結果得到簡化，因而降低製造成本並提高生產能力。
在不背離本發明的精神或主要特徵情況下，本發明可以以幾種不同的形式實施，同樣就理解上述實施例不會受到上述描述的限制，除非另有說明，但應廣義地解釋為所附權利要求的精神範圍內，因此，所有在權利要求的邊界和範圍或等效和範圍內的改變和修改，都包括在所附近的權利要求中。
權利要求
1.一種直接起動永磁式電機的轉子，包括芯，其設有用於插入軸的軸向孔和形成在軸向孔周邊的多個貫穿磁鐵聯接孔；永久磁鐵，其分別與所述芯的磁鐵聯接孔聯接；第三端環，其設有用於分別使所述永久磁鐵通過的磁路並與所述芯的一個側表面聯接；第四端環，其具有與所述第三端環相同的外觀並與同所述第三端環連接的所述芯的另一個側表面聯接；磁鐵支撐板，其定位在所述芯的一個側表面和所述第四端環之間，用於防止所述永久磁鐵分離；以及固定部件，其插入所述第三端環的磁路內，用於防止所述永久磁鐵分離。
2.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述芯是使具有一定厚度的多個圓形薄板層疊的層疊體。
3.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述第三端環和所述第四端環的內徑形成為小於連接所述永久磁鐵內切線的內切圓的直徑。
4.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述第三端環和所述第四端環的外徑形成為大於與連接所述永久磁鐵外切線的外切圓的直徑。
5.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述第三端環的磁路形成為使位於芯側的孔小且使位於對置側的孔大的傾斜形狀，並且插入磁路的固定部件形成為與磁路形狀相同的楔形形狀。
6.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述第三端環的磁路深度和固定部件長度相等。
7.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述固定部件採用與所述第三和所述第四端環相同的材料形成。
8.根據權利要求1所述的轉子，其中，所述永久磁鐵被按壓插入所述芯的磁鐵聯接孔內，並從而進行聯接。
9.根據權利要求1所述的轉子，其中，用於防止所述永久磁鐵磁通洩漏的具有恆定寬度和長度的狹縫根據所述永久磁鐵被形成在圓柱形板上。
10.一種直接起動永磁式電機的轉子的製造方法，該製造方法包括以下步驟使具有一定形狀的多個薄板層疊並從而製造芯；把磁鐵支撐板定位到所述芯的一個側表面；採用壓鑄法把具有相同外觀的第三和第四端環形成在定位有磁鐵支撐板的所述芯的兩個側表面；把多個永久磁鐵通過所述第三端環插入所述芯內並從而進行固定；以及分別使固定部件與所述第三端環以固定方式進行聯接，以防止永久磁鐵分離。
全文摘要
公開了一種直接起動永磁式電機的轉子及其製造方法。該轉子包括芯，其設有用於插入軸的軸向孔和形成在軸向孔周邊的多個貫穿磁鐵聯接孔；永久磁鐵，其分別與芯的磁鐵聯接孔聯接；第三端環，其設有用於分別使永久磁鐵通過的磁路並與芯的一個側表面聯接；第四端環，其具有與第三端環相同的外觀並與同第三端環連接的芯的另一個側表面聯接；磁鐵支撐板，其定位在芯的一個側表面和第四端環之間，用於防止永久磁鐵分離；以及固定部件，其插入第三端環的磁路，用於防止永久磁鐵分離。因此，使結構和製造處理得到簡化，從而提高同步性能，因而提高直接起動永磁式電機的效率，降低製造成本，並提高組裝生產能力。
文檔編號H02K1/30GK1574547SQ20041000146
公開日2005年2月2日 申請日期2004年1月8日 優先權日2003年6月18日
發明者金永寬, 金德鎮, 樸鎮洙 申請人:Lg電子株式會社