[发明专利]一种用于径向筒式永磁同步电机的电机转子及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于径向筒式永磁同步电机的电机转子，电机转子包括转轴和设在转轴上的多段转子铁芯，多段转子铁芯分别沿转子定位槽倾斜一个斜极角度进行设置，每段转子铁芯均由非晶或纳米晶薄带材卷制而成。同时本发明提出采用多边形辊筒对已成型的非晶/纳米晶薄带厚卷进行浸漆、缠卷、固化、整体切割、成型非晶块定转子切割的技术，替代传统的非晶薄带叠压、浸漆固化后再进行切割的筒式非晶电机转子铁芯的加工方法，大大降低了筒式转子铁芯的生产成本，提高了生产效率、提升了电机性能。

技术领域

本发明涉及电机转子的技术领域，具体地说是一种用于径向筒式永磁同步电机的电机转子及其制备方法。

背景技术

现有技术中，车用永磁同步电机设计中，励磁铁芯往往采用传统的硅钢片材料进行叠压而成，其重量占据整体电机重量的80%以上。铁芯在电机中用以励磁，采用可反复磁化的软磁材料制成。衡量铁芯材料软磁特性的标准，需关注其磁滞回线中矫顽力大小、磁滞回线面积与饱和磁密值大小。非晶/纳米晶/纳米晶材料磁滞回线具有更小的面积，且矫顽力Hc更低，且损耗更小。

非晶材料由于其原子排列并不规律，所以在毫米尺度上并无晶界结构，因此磁畴壁不会被晶界钉扎，故而非晶/纳米晶/纳米晶材料的磁滞损耗较硅钢材料更低。对于薄板磁材料而言，涡流损耗的大小与材料电导率成反比，与材料厚度d、磁场峰值B_m与电流频率f的二次方成正比。非晶/纳米晶材料电导率较硅钢材料更大，且其采用极冷法制成的极薄带仅为2-4μm，是硅钢片厚度的十分之一，因此具有更好的高频涡流损耗特性。另外，非晶/纳米晶材料与传统硅钢材料相比，具有更好的机械性能与优异的耐腐蚀性能。传统硅钢的屈服强度仅为300-400MPa级，因此转子拓补结构的设计收到很大的限制。非晶/纳米晶材料相比硅钢材料，具有更高的抗拉屈服强度，其屈服强度普遍在千兆帕数量级，因此在电机高速旋转时可以承受更大的离心力，有利于电机的极限设计。

非晶软磁材料多采用过冷熔融态金属熔液滴在旋转的辊筒上，并控制熔液冷却速率达10⁶K/s级，以制得固体的非晶薄带，此种方法工业上成为极冷法。采用极冷法制成的非晶薄带极薄，厚度仅为传统硅钢材料厚度的1/10，因此如果通过传统叠压工艺进行铁芯制造的话，成本则为硅钢材料的10倍，将会造成很大的资源浪费。

较早的公开专利US4155397\US4363988\US4578610等都采用诸如对硅钢片电机铁芯的生产方法对非晶铁芯进行生产制造，这种生产及制造方式不但会大量浪费人力物力，且由于非晶材料的高强度，会对冲片模具产生更大的损害，大幅减少模具寿命，造成很大的成本浪费。

之后对于径向非晶电机的铁芯制造技术因成本考虑，同时也受限于非晶带材的最大宽度，许多较大外径的电机铁芯多采用分块结构，如

CN101800456A/CN103872857A/US7067950B2等专利所公开。由于这种C型拼块方式制造电机铁芯，将整体筒式定子铁心拆分成一个个较小的单元模块，会大大降低整体系统的鲁棒性，使得气隙的选择往往会留出较大的余量，使整机功率密度大幅下降。同时，分块非晶铁芯由于其特殊的物理结构，会在相邻的单元铁芯中产生较大的内应力，由于非晶/纳米晶材料对残余应力较为敏感，此种加工方法也会进一步恶化非晶铁芯的电磁性能。

综上所述，非晶电机的定子加工工艺是亟待解决的技术难题，如采用传统的冲剪叠压形式不但会因为叠片工艺浪费大量工时，同时也会因为非晶材料硬度强度更高加剧单冲模的损耗，增加模具成本，如采用先叠压后切割的方式，则还会因叠压工艺繁琐而造成的大量的资源浪费，如避开筒式电机非晶铁芯，转而进行盘式非晶电机铁芯的制造技术研究，则采用非晶/纳米晶薄带制成的非晶盘式电机将具有较低的功率密度且整机功率过小，如果使用分块结构制作非晶盘式电机，则会增大气隙宽度，降低电机转矩密度，且整机鲁棒性与结构稳定性较差。

发明内容