專(zhuān)利名稱(chēng)：隱極式微型永磁直流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微型永磁直流電機(jī)，尤其是涉及一種汽車(chē)座椅用隱極式微型永磁直流電機(jī)。
背景技術(shù)：
一般傳統(tǒng)式微型永磁直流電機(jī)的定子置有多塊永磁體磁瓦，例如兩極電機(jī)有兩塊磁瓦，四極電機(jī)有四塊磁瓦等等。本專(zhuān)利以四極電機(jī)為例說(shuō)明隱極式微型永磁直流電機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)。在對(duì)微型永磁電機(jī)總體綜合性能要求較高的使用領(lǐng)域，例如汽車(chē)座椅用微型永磁直流電機(jī)。近幾年的發(fā)展主要有3個(gè)特點(diǎn)①縮小電機(jī)的體積和重量；②提高電機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TQ;③控制電機(jī)的噪聲值不能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值。為了達(dá)到以上用戶對(duì)電機(jī)性能的要求， 近幾年來(lái)采取的技術(shù)措施主要是①采用高磁能積的永磁磁瓦，例如粘結(jié)釹鐵硼磁瓦和燒結(jié)釹鐵硼磁瓦，以提高電機(jī)的氣隙磁密值I ；②采用4極電機(jī)的設(shè)計(jì)方案，逐漸替代原有的 2極電機(jī)的現(xiàn)有產(chǎn)品；③控制電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速I(mǎi)itl在一定的合理范圍(n(1=3000 5000 (r/ min))，改進(jìn)換向器的結(jié)構(gòu)工藝以利控制電機(jī)的噪聲值達(dá)標(biāo)，同時(shí)也有利于對(duì)電機(jī)EMC性能的要求；④在提高\(yùn)的同時(shí)，合理控制轉(zhuǎn)子鐵芯的齒密ht2以保證齒部磁密Bt2不太飽和，從而保證合理的槽面積Aw，槽面積Aw太小不利于提高堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TQ。從電機(jī)的設(shè)計(jì)理論看，在保持轉(zhuǎn)速一定的前提條件下，提高磁負(fù)荷 和提高線負(fù)荷A是縮小電機(jī)體積減輕重量，同時(shí)保持相同的電機(jī)機(jī)械特性的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。汽車(chē)座椅用的微型永磁直流電機(jī)，其現(xiàn)有產(chǎn)品幾乎都是采用鐵氧體永磁磁瓦，磁能積很小，其民=200 430 (mT)，Hcb=125 250 (KA/m)，(BH)max=6. 5 35 (Kt/m3)。因此，采用鐵氧體永磁磁瓦的微型永磁直流電機(jī)，其磁負(fù)荷民不可能提高，一般設(shè)計(jì)值范圍民=200 350 (mT)，為了達(dá)到縮小電機(jī)體積的目的，只能提高線負(fù)荷A或采用多磁極的電機(jī)(例如4極以上電機(jī))。而欲提高A，又受限于空載轉(zhuǎn)速I(mǎi)itl以及轉(zhuǎn)子的槽面積Aw。在保證Iitl為一定的條件下，必須增大Aw才能增A，同時(shí)為保證足夠的TQ，有時(shí)又需要增大轉(zhuǎn)子鐵芯長(zhǎng)度L2。而增大L2又與縮小電機(jī)體積的初衷相違背。故采用鐵氧體永磁磁瓦的微型永磁直流電機(jī)，在相同機(jī)械特性的條件下，縮小電機(jī)體積幾乎是不太可能。采用高磁性能的永磁磁瓦(例如燒結(jié)釹鐵硼磁瓦、粘結(jié)釹鐵硼磁瓦)，則可以大大提高電機(jī)的磁負(fù)荷\，因此可以比鐵氧體永磁磁瓦的電機(jī)體積小很多，在相同的機(jī)械轉(zhuǎn)性條件下，電機(jī)體積和重量大幅下降，其用鐵量和用銅量也會(huì)相應(yīng)減少，雖然高性能永磁材料價(jià)格昂貴，但適當(dāng)減少電機(jī)的用鐵量、用銅量這對(duì)于平衡電機(jī)的綜合成本是有利的。高性能永磁材料，例如燒結(jié)釹鐵硼，其B,=1030 1250 (mT)，Hcb=720 880 (KA/ m), (BH)max=192 觀8 (KJ/m3 )。采用高性能永磁磁瓦的微型永磁直流電機(jī)，其磁負(fù)荷 Bg=650 850(mT)，達(dá)到鐵氧鐵磁瓦電機(jī)民的2倍以上。在設(shè)計(jì)上選用較高的Bg，較低的 A有利于提高電機(jī)的效率。高性能永磁材料的微型永磁直流電機(jī)，其在縮小電機(jī)體積降低重量，同時(shí)保證優(yōu)良的機(jī)械特性上，比鐵氧體永磁材料的電機(jī)具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但在設(shè)計(jì)上，高性能永磁材料的電機(jī)，其定子軛部、轉(zhuǎn)子齒部、轉(zhuǎn)子軛部的磁密值ByBt2、Bp的飽和程度需控制，太飽和了，會(huì)降低永磁材料的利用率，達(dá)不到較好的性價(jià)比。因此，設(shè)計(jì)參數(shù)機(jī)殼厚度Δ s，磁瓦厚度Δω，長(zhǎng)徑比λ、轉(zhuǎn)子鐵芯外徑D2，氣隙程度δ，轉(zhuǎn)子磁寬bt2，轉(zhuǎn)子軛高等等的選擇就顯得非常重要。尤其是磁瓦厚度Δ m，直接關(guān)系到磁瓦成本及電機(jī)性能。高性能永磁材料，其H。b很大，因此與鐵氧體永磁材料相比，其合理的Δ m要小很多。以現(xiàn)有4極馬達(dá)為例，鐵氧體磁瓦厚度一般為Δ m=3 4(mm)，粘接釹鐵硼磁瓦厚度一般 Δ m=l. 3^2. 0 (mm)，若采用燒接釹鐵硼磁瓦(當(dāng)采用傳統(tǒng)式磁瓦、顯極結(jié)構(gòu))，甚Δ m=l. 0 (mm) 左右就可以了。當(dāng)需要更小Δ m時(shí)，磁瓦的機(jī)械強(qiáng)度就不太理想，批量生產(chǎn)時(shí)報(bào)廢率會(huì)增加， 且太小會(huì)使電機(jī)的q軸氣隙變小，增大電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)，對(duì)換向不利，對(duì)噪聲不利。如圖1所示為傳統(tǒng)式4極顯極式微型永磁直流電機(jī)的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。其中永磁磁瓦1、2、3、4均為永磁材料制成，充磁后均為能產(chǎn)生激磁磁勢(shì)的獨(dú)立磁體。機(jī)殼6為定子支撐體，同時(shí)也是電機(jī)的定子磁路，供磁力線流通。圖中7為一對(duì)磁極(磁瓦1和磁瓦4)的平均閉合路徑，每極磁通量Φω與磁瓦1、磁瓦4對(duì)外磁路所產(chǎn)生的激磁磁勢(shì)Fml、Fm4有關(guān)，也與外部磁路(定子磁路、轉(zhuǎn)子磁路)的總磁導(dǎo)Σ A有關(guān)。由于磁路的對(duì)稱(chēng)性，一般Fml=Fm4，而對(duì)外激磁磁勢(shì)Fm決定于磁瓦的計(jì)算磁動(dòng)勢(shì)F。與磁瓦的磁導(dǎo)Am.。Fm越大則Φω越大，但非線性關(guān)系，當(dāng)定、轉(zhuǎn)子磁路處于飽和狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)m增大，(1\并不線性增大。在顯極結(jié)構(gòu)的微型永磁電機(jī)中，因體積相對(duì)較小，定子、轉(zhuǎn)子磁路很容易達(dá)到飽和狀態(tài)，尤其采用燒接釹鐵硼磁瓦，其厚度Δω也不能太小(太小了，強(qiáng)度不夠)，欲減小定子磁路飽和度，就必須增大機(jī)殼厚度As，這又會(huì)增大體積，增加重量。欲減小轉(zhuǎn)子磁路的飽和度，必須增大轉(zhuǎn)子齒寬bt2、 這對(duì)于保持合適的轉(zhuǎn)子槽面積Aw不利。因此，在采用高性能永磁磁瓦的微型永磁直流電機(jī)的設(shè)計(jì)中，磁瓦厚度Δ m、機(jī)殼厚度Δ s、轉(zhuǎn)子齒寬bt2、轉(zhuǎn)子槽面積Aw相互之間有很強(qiáng)的牽制性。由于Δ m不能太小，因此在提高磁瓦利用率及降低成本上，也會(huì)更困難些。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種隱極式微型永磁直流電機(jī)，以采取傳統(tǒng)的顯極式微型永磁直流電機(jī)，或在相同的機(jī)殼和轉(zhuǎn)子鐵芯條件下，隱極式結(jié)構(gòu)和顯極式結(jié)構(gòu)可以兼用，則對(duì)于性能調(diào)節(jié)的范圍更大，更合適于大批量生產(chǎn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案這種隱極式微型永磁直流電機(jī)，包括機(jī)殼，機(jī)殼內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)子，機(jī)殼內(nèi)壁設(shè)有磁瓦，構(gòu)成一對(duì)磁極的兩塊磁瓦中，其中一塊是由高性能永磁材料制成的真磁瓦，另一塊是由導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料制成的假磁瓦。如圖2為本發(fā)明的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。真磁瓦與假磁瓦僅僅是材質(zhì)不同，而形狀大小完全相同。轉(zhuǎn)子鐵芯與傳統(tǒng)式微型永磁直流電機(jī)的顯極式結(jié)構(gòu)相同，定子機(jī)殼也與顯極式結(jié)構(gòu)相同。此時(shí)， 在一對(duì)磁極構(gòu)成的平均磁路閉合路徑上，只有真磁瓦提供對(duì)外磁路的激磁磁勢(shì)Fml，，而假磁瓦不提供激磁磁勢(shì)，即Fm4=O,這是與兩塊磁瓦均為真磁瓦的顯極結(jié)構(gòu)的本質(zhì)不同點(diǎn)。該技術(shù)方案為采用高性能磁瓦的微型永磁直流電機(jī)的設(shè)計(jì)，提供了設(shè)計(jì)參數(shù)Δ ω、Δ s、bt2、Aff更大的調(diào)節(jié)空間，使縮小電機(jī)體積、減小重量、保證性能的綜合目的能做得更合理更好。本發(fā)明的隱極式結(jié)構(gòu)適用于任何極數(shù)的電機(jī)，特別適合于采用高性能永磁材料的4極以上的電機(jī)。本發(fā)明可以通過(guò)以下方式進(jìn)定步完善
高性能永磁材料包括燒結(jié)釹鐵硼、稀土。導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料包括鐵、鉆、鎳以及它們的合金。假磁瓦由機(jī)殼向內(nèi)沖壓成瓦形凸臺(tái)而成。各磁瓦之間支撐有鑲嵌環(huán)，該鑲嵌環(huán)由非導(dǎo)磁材料制成。本發(fā)明的有益效果是
〈1〉隱極式結(jié)構(gòu)采用一半真磁瓦(由高性能永磁材料制成)和一半假磁瓦(由導(dǎo)磁性好的鐵磁材料制成)，真磁瓦的厚度八_ 可以比相應(yīng)顯極式結(jié)構(gòu)選的大一些。因此，更容易保證真磁瓦的機(jī)械強(qiáng)度和提高磁瓦原始材料的利用率，節(jié)省真磁瓦的成本?！?〉在相同主要部件尺寸的條件下，即定子外徑Ds、轉(zhuǎn)子鐵芯外徑D2、相同的轉(zhuǎn)子鐵芯的長(zhǎng)度和槽形、相同極數(shù)條件下，要求空載轉(zhuǎn)速 高、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tq低的電機(jī)可以采用隱極式結(jié)構(gòu)，對(duì)要求no低、Tq高的電機(jī)可以采用顯極式結(jié)構(gòu)。這就使得同一大小的電機(jī)可以得到更多合理的性能方案，由于隱極式結(jié)構(gòu)、磁路飽和度會(huì)下降，因此設(shè)計(jì)參數(shù) 、A、Am、Aw 以及性能參數(shù)no、TQ的調(diào)節(jié)范圍更大、更具靈活性，其三種主要材料(銅、鐵、硬磁性材料)的使用比例上調(diào)節(jié)更靈活，有利于減少電機(jī)體積和降低材料成本?！?〉隱極式結(jié)構(gòu)真磁瓦的厚度Δ m可以選大一些，這使得電機(jī)的q軸氣隙δ q也會(huì)大一些，S q大會(huì)削弱電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，這有利于換向以及減少負(fù)載時(shí)的振動(dòng)和噪聲?！?〉如果設(shè)計(jì)時(shí)，使得顯極式結(jié)構(gòu)的定、轉(zhuǎn)子磁路處于較為飽和的狀態(tài)，則當(dāng)采用隱極式結(jié)構(gòu)時(shí)，其所能得到的每極磁通量Φ2的一半將大于顯極式結(jié)構(gòu)磁通量Φ4的一半即 Φ2 >0.5Φ4。這表明隱極式結(jié)構(gòu)磁瓦利用效能更好。〈5〉有利于多性能規(guī)格的大批量生產(chǎn)，對(duì)于相同的機(jī)殼、轉(zhuǎn)子鐵芯、磁瓦、軸等部件，既可以采用顯極式結(jié)構(gòu)，也可以采用隱極式結(jié)構(gòu)，這種兼用方式，可以增加通用部件、減少工裝設(shè)備的投入，而對(duì)于多種電機(jī)的性能要求仍有較多的調(diào)整方法可供選用。


圖1為傳統(tǒng)式4極顯極式微型永磁直流電機(jī)的橫向結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明真磁瓦1，假磁瓦2，轉(zhuǎn)子3，機(jī)殼4，磁力線5，鑲嵌環(huán)6。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明 實(shí)施例一、
如圖1所示，兩塊真磁瓦1，由高性能永磁材料制成。兩塊假磁瓦2，由導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料制成，其大小尺寸真磁瓦1完全相同。機(jī)殼4為圓筒形，內(nèi)外壁光滑。四塊磁瓦均由膠粘劑粘結(jié)在機(jī)殼4的內(nèi)圓柱面上，構(gòu)成完整的定子。磁力線5經(jīng)機(jī)殼4、真磁瓦1、假磁瓦2、轉(zhuǎn)子3以及兩個(gè)氣隙形成閉合磁路。在一對(duì)磁極的平均磁路上，只有真磁瓦1提供激磁勢(shì)。兩塊真磁瓦1其面對(duì)氣隙的凹面為相同極性，即都為N極，或都為S極，若圖2中，真磁瓦1為N極，則當(dāng)磁力線形成閉路時(shí)，假磁極2的凹面自然成為S極。這也是所謂隱極的物理意義。由于只有真磁瓦提供對(duì)外磁路的激磁磁勢(shì)Fml，，而假磁瓦不提供激磁磁勢(shì)，即 Fm4=0。這樣，真磁瓦的厚度厶111可以比相應(yīng)顯極式結(jié)構(gòu)選的大一些。因此，更容易保證真磁瓦的機(jī)械強(qiáng)度和提高磁瓦原始材料的利用率，節(jié)省真磁瓦的成本。也有利于換向以及減少負(fù)載時(shí)的振動(dòng)和噪聲。同時(shí)，三種主要材料(銅、鐵、硬磁性材料)的使用比例上調(diào)節(jié)更靈活， 有利于減少電機(jī)體積和降低材料成本。實(shí)施例二、
如圖3所示，與實(shí)施例一不同之處在于，只用了兩塊真磁瓦1，假磁瓦2在本實(shí)施例中不再是實(shí)體的磁瓦形態(tài)存在，而是由機(jī)殼4向內(nèi)沖壓而成。為了保證合適的氣隙，在假磁瓦2 的位置上，用冷沖壓方式把機(jī)殼往內(nèi)沖，形成形狀與假磁瓦形狀近似相同的瓦形凸臺(tái)，凸臺(tái)內(nèi)面為瓦狀圓柱面。并保證轉(zhuǎn)子3裝入后，與轉(zhuǎn)子3表面的間隙正好等于電機(jī)要求的氣隙 δ。沖制的機(jī)殼外表對(duì)應(yīng)假磁瓦2的位置往里凹陷，但其變凹的過(guò)渡帶必須保證與機(jī)殼厚度近似相等，以保證磁路暢通。此方案可稱(chēng)為凹陷假磁瓦隱極式結(jié)構(gòu)。實(shí)施例三、
如圖4所示，與實(shí)施例一不同之處在于，增加了鑲嵌環(huán)磁瓦圈結(jié)構(gòu)。圖4中鑲嵌環(huán)6由非導(dǎo)磁材料(如塑料等非金屬材料)制成，鑲嵌環(huán)環(huán)6中應(yīng)可以把兩塊真磁瓦1和兩塊假磁瓦2嵌入其中，保證嵌入的牢固度，磁瓦之間應(yīng)保證等角距。形成一個(gè)整體磁瓦圈后，再壓入定子機(jī)殼內(nèi)。這種磁瓦圈結(jié)構(gòu)，對(duì)于磁瓦的粘結(jié)工藝，也是一種較為簡(jiǎn)便的方案，但材料成本略有增加。雖然本發(fā)明已通過(guò)參考優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了圖示和描述，但是，本專(zhuān)業(yè)普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)，可作形式和細(xì)節(jié)上的各種各樣變化。
權(quán)利要求
1.一種隱極式微型永磁直流電機(jī)，包括機(jī)殼(4)，機(jī)殼(4)內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)子(3)，機(jī)殼(4)內(nèi)壁設(shè)有磁瓦，其特征是構(gòu)成一對(duì)磁極的兩塊磁瓦中，其中一塊是由高性能永磁材料制成的真磁瓦(1)，另一塊是由導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料制成的假磁瓦(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隱極式微型永磁直流電機(jī)，其特征是所述高性能永磁材料包括燒結(jié)釹鐵硼、稀土。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隱極式微型永磁直流電機(jī)，其特征是所述導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料包括鐵、鉆、鎳以及它們的合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的隱極式微型永磁直流電機(jī)，其特征是所述假磁瓦(2) 由機(jī)殼(4)向內(nèi)沖壓成瓦形凸臺(tái)而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的隱極式微型永磁直流電機(jī)，其特征是所述各磁瓦之間支撐有鑲嵌環(huán)(6 )，該鑲嵌環(huán)(6 )由非導(dǎo)磁材料制成。
全文摘要
一種隱極式微型永磁直流電機(jī)，包括機(jī)殼，機(jī)殼內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)子，機(jī)殼內(nèi)壁設(shè)有磁瓦，構(gòu)成一對(duì)磁極的兩塊磁瓦中，其中一塊是由高性能永磁材料制成的真磁瓦，另一塊是由導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料制成的假磁瓦。隱極式結(jié)構(gòu)采用一半真磁瓦和一半假磁瓦，真磁瓦的厚度△m可以比相應(yīng)顯極式結(jié)構(gòu)選的大一些。因此，更容易保證真磁瓦的機(jī)械強(qiáng)度和提高磁瓦原始材料的利用率，節(jié)省真磁瓦的成本。有利于多性能規(guī)格的大批量生產(chǎn)，對(duì)于相同的機(jī)殼、轉(zhuǎn)子鐵芯、磁瓦、軸等部件，既可以采用顯極式結(jié)構(gòu)，也可以采用隱極式結(jié)構(gòu)，這種兼用方式，可以增加通用部件、減少工裝設(shè)備的投入，而對(duì)于多種電機(jī)的性能要求仍有較多的調(diào)整方法可供選用。
文檔編號(hào)H02K1/18GK102270890SQ20111020099
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者孔慶成, 錢(qián)進(jìn) 申請(qǐng)人:浙江方正電機(jī)股份有限公司