专利名称：隐极式微型永磁直流电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及微型永磁直流电机，尤其是涉及一种汽车座椅用隐极式微型永磁直流电机。
背景技术：
一般传统式微型永磁直流电机的定子置有多块永磁体磁瓦，例如两极电机有两块磁瓦，四极电机有四块磁瓦等等。本专利以四极电机为例说明隐极式微型永磁直流电机的原理及结构。在对微型永磁电机总体综合性能要求较高的使用领域，例如汽车座椅用微型永磁直流电机。近几年的发展主要有3个特点①缩小电机的体积和重量；②提高电机的堵转转矩TQ;③控制电机的噪声值不能超过标准值。为了达到以上用户对电机性能的要求， 近几年来采取的技术措施主要是①采用高磁能积的永磁磁瓦，例如粘结钕铁硼磁瓦和烧结钕铁硼磁瓦，以提高电机的气隙磁密值I ；②采用4极电机的设计方案，逐渐替代原有的 2极电机的现有产品；③控制电机的空载转速Iitl在一定的合理范围(n(1=3000 5000 (r/ min))，改进换向器的结构工艺以利控制电机的噪声值达标，同时也有利于对电机EMC性能的要求；④在提高\的同时，合理控制转子铁芯的齿密ht2以保证齿部磁密Bt2不太饱和，从而保证合理的槽面积Aw，槽面积Aw太小不利于提高堵转转矩TQ。从电机的设计理论看，在保持转速一定的前提条件下，提高磁负荷 和提高线负荷A是缩小电机体积减轻重量，同时保持相同的电机机械特性的设计基础。汽车座椅用的微型永磁直流电机，其现有产品几乎都是采用铁氧体永磁磁瓦，磁能积很小，其民=200 430 (mT)，Hcb=125 250 (KA/m)，(BH)max=6. 5 35 (Kt/m3)。因此，采用铁氧体永磁磁瓦的微型永磁直流电机，其磁负荷民不可能提高，一般设计值范围民=200 350 (mT)，为了达到缩小电机体积的目的，只能提高线负荷A或采用多磁极的电机(例如4极以上电机)。而欲提高A，又受限于空载转速Iitl以及转子的槽面积Aw。在保证Iitl为一定的条件下，必须增大Aw才能增A，同时为保证足够的TQ，有时又需要增大转子铁芯长度L2。而增大L2又与缩小电机体积的初衷相违背。故采用铁氧体永磁磁瓦的微型永磁直流电机，在相同机械特性的条件下，缩小电机体积几乎是不太可能。采用高磁性能的永磁磁瓦(例如烧结钕铁硼磁瓦、粘结钕铁硼磁瓦)，则可以大大提高电机的磁负荷\，因此可以比铁氧体永磁磁瓦的电机体积小很多，在相同的机械转性条件下，电机体积和重量大幅下降，其用铁量和用铜量也会相应减少，虽然高性能永磁材料价格昂贵，但适当减少电机的用铁量、用铜量这对于平衡电机的综合成本是有利的。高性能永磁材料，例如烧结钕铁硼，其B,=1030 1250 (mT)，Hcb=720 880 (KA/ m), (BH)max=192 观8 (KJ/m3 )。采用高性能永磁磁瓦的微型永磁直流电机，其磁负荷 Bg=650 850(mT)，达到铁氧铁磁瓦电机民的2倍以上。在设计上选用较高的Bg，较低的 A有利于提高电机的效率。高性能永磁材料的微型永磁直流电机，其在缩小电机体积降低重量，同时保证优良的机械特性上，比铁氧体永磁材料的电机具有很强的优势。但在设计上，高性能永磁材料的电机，其定子轭部、转子齿部、转子轭部的磁密值ByBt2、Bp的饱和程度需控制，太饱和了，会降低永磁材料的利用率，达不到较好的性价比。因此，设计参数机壳厚度Δ s，磁瓦厚度Δω，长径比λ、转子铁芯外径D2，气隙程度δ，转子磁宽bt2，转子轭高等等的选择就显得非常重要。尤其是磁瓦厚度Δ m，直接关系到磁瓦成本及电机性能。高性能永磁材料，其H。b很大，因此与铁氧体永磁材料相比，其合理的Δ m要小很多。以现有4极马达为例，铁氧体磁瓦厚度一般为Δ m=3 4(mm)，粘接钕铁硼磁瓦厚度一般 Δ m=l. 3^2. 0 (mm)，若采用烧接钕铁硼磁瓦(当采用传统式磁瓦、显极结构)，甚Δ m=l. 0 (mm) 左右就可以了。当需要更小Δ m时，磁瓦的机械强度就不太理想，批量生产时报废率会增加， 且太小会使电机的q轴气隙变小，增大电枢反应的去磁效应，对换向不利，对噪声不利。如图1所示为传统式4极显极式微型永磁直流电机的横向结构示意图。其中永磁磁瓦1、2、3、4均为永磁材料制成，充磁后均为能产生激磁磁势的独立磁体。机壳6为定子支撑体，同时也是电机的定子磁路，供磁力线流通。图中7为一对磁极(磁瓦1和磁瓦4)的平均闭合路径，每极磁通量Φω与磁瓦1、磁瓦4对外磁路所产生的激磁磁势Fml、Fm4有关，也与外部磁路(定子磁路、转子磁路)的总磁导Σ A有关。由于磁路的对称性，一般Fml=Fm4，而对外激磁磁势Fm决定于磁瓦的计算磁动势F。与磁瓦的磁导Am.。Fm越大则Φω越大，但非线性关系，当定、转子磁路处于饱和状态时，Fm增大，(1\并不线性增大。在显极结构的微型永磁电机中，因体积相对较小，定子、转子磁路很容易达到饱和状态，尤其采用烧接钕铁硼磁瓦，其厚度Δω也不能太小(太小了，强度不够)，欲减小定子磁路饱和度，就必须增大机壳厚度As，这又会增大体积，增加重量。欲减小转子磁路的饱和度，必须增大转子齿宽bt2、 这对于保持合适的转子槽面积Aw不利。因此，在采用高性能永磁磁瓦的微型永磁直流电机的设计中，磁瓦厚度Δ m、机壳厚度Δ s、转子齿宽bt2、转子槽面积Aw相互之间有很强的牵制性。由于Δ m不能太小，因此在提高磁瓦利用率及降低成本上，也会更困难些。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隐极式微型永磁直流电机，以采取传统的显极式微型永磁直流电机，或在相同的机壳和转子铁芯条件下，隐极式结构和显极式结构可以兼用，则对于性能调节的范围更大，更合适于大批量生产。本发明解决其技术问题采用的技术方案这种隐极式微型永磁直流电机，包括机壳，机壳内设有转子，机壳内壁设有磁瓦，构成一对磁极的两块磁瓦中，其中一块是由高性能永磁材料制成的真磁瓦，另一块是由导磁性能良好的铁磁材料制成的假磁瓦。如图2为本发明的横向结构示意图。真磁瓦与假磁瓦仅仅是材质不同，而形状大小完全相同。转子铁芯与传统式微型永磁直流电机的显极式结构相同，定子机壳也与显极式结构相同。此时， 在一对磁极构成的平均磁路闭合路径上，只有真磁瓦提供对外磁路的激磁磁势Fml，，而假磁瓦不提供激磁磁势，即Fm4=O,这是与两块磁瓦均为真磁瓦的显极结构的本质不同点。该技术方案为采用高性能磁瓦的微型永磁直流电机的设计，提供了设计参数Δ ω、Δ s、bt2、Aff更大的调节空间，使缩小电机体积、减小重量、保证性能的综合目的能做得更合理更好。本发明的隐极式结构适用于任何极数的电机，特别适合于采用高性能永磁材料的4极以上的电机。本发明可以通过以下方式进定步完善
高性能永磁材料包括烧结钕铁硼、稀土。导磁性能良好的铁磁材料包括铁、钻、镍以及它们的合金。假磁瓦由机壳向内冲压成瓦形凸台而成。各磁瓦之间支撑有镶嵌环，该镶嵌环由非导磁材料制成。本发明的有益效果是
〈1〉隐极式结构采用一半真磁瓦(由高性能永磁材料制成)和一半假磁瓦(由导磁性好的铁磁材料制成)，真磁瓦的厚度八_ 可以比相应显极式结构选的大一些。因此，更容易保证真磁瓦的机械强度和提高磁瓦原始材料的利用率，节省真磁瓦的成本。〈2〉在相同主要部件尺寸的条件下，即定子外径Ds、转子铁芯外径D2、相同的转子铁芯的长度和槽形、相同极数条件下，要求空载转速 高、堵转转矩Tq低的电机可以采用隐极式结构，对要求no低、Tq高的电机可以采用显极式结构。这就使得同一大小的电机可以得到更多合理的性能方案，由于隐极式结构、磁路饱和度会下降，因此设计参数 、A、Am、Aw 以及性能参数no、TQ的调节范围更大、更具灵活性，其三种主要材料(铜、铁、硬磁性材料)的使用比例上调节更灵活，有利于减少电机体积和降低材料成本。〈3〉隐极式结构真磁瓦的厚度Δ m可以选大一些，这使得电机的q轴气隙δ q也会大一些，S q大会削弱电枢反应磁场，这有利于换向以及减少负载时的振动和噪声。〈4〉如果设计时，使得显极式结构的定、转子磁路处于较为饱和的状态，则当采用隐极式结构时，其所能得到的每极磁通量Φ2的一半将大于显极式结构磁通量Φ4的一半即 Φ2 >0.5Φ4。这表明隐极式结构磁瓦利用效能更好。〈5〉有利于多性能规格的大批量生产，对于相同的机壳、转子铁芯、磁瓦、轴等部件，既可以采用显极式结构，也可以采用隐极式结构，这种兼用方式，可以增加通用部件、减少工装设备的投入，而对于多种电机的性能要求仍有较多的调整方法可供选用。
图1为传统式4极显极式微型永磁直流电机的横向结构示意图； 图2为本发明实施例一的结构示意图3为本发明实施例二的结构示意图； 图4为本发明实施例三的结构示意图。附图标记说明真磁瓦1，假磁瓦2，转子3，机壳4，磁力线5，镶嵌环6。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步详细说明 实施例一、
如图1所示，两块真磁瓦1，由高性能永磁材料制成。两块假磁瓦2，由导磁性能良好的铁磁材料制成，其大小尺寸真磁瓦1完全相同。机壳4为圆筒形，内外壁光滑。四块磁瓦均由胶粘剂粘结在机壳4的内圆柱面上，构成完整的定子。磁力线5经机壳4、真磁瓦1、假磁瓦2、转子3以及两个气隙形成闭合磁路。在一对磁极的平均磁路上，只有真磁瓦1提供激磁势。两块真磁瓦1其面对气隙的凹面为相同极性，即都为N极，或都为S极，若图2中，真磁瓦1为N极，则当磁力线形成闭路时，假磁极2的凹面自然成为S极。这也是所谓隐极的物理意义。由于只有真磁瓦提供对外磁路的激磁磁势Fml，，而假磁瓦不提供激磁磁势，即 Fm4=0。这样，真磁瓦的厚度厶111可以比相应显极式结构选的大一些。因此，更容易保证真磁瓦的机械强度和提高磁瓦原始材料的利用率，节省真磁瓦的成本。也有利于换向以及减少负载时的振动和噪声。同时，三种主要材料(铜、铁、硬磁性材料)的使用比例上调节更灵活， 有利于减少电机体积和降低材料成本。实施例二、
如图3所示，与实施例一不同之处在于，只用了两块真磁瓦1，假磁瓦2在本实施例中不再是实体的磁瓦形态存在，而是由机壳4向内冲压而成。为了保证合适的气隙，在假磁瓦2 的位置上，用冷冲压方式把机壳往内冲，形成形状与假磁瓦形状近似相同的瓦形凸台，凸台内面为瓦状圆柱面。并保证转子3装入后，与转子3表面的间隙正好等于电机要求的气隙 δ。冲制的机壳外表对应假磁瓦2的位置往里凹陷，但其变凹的过渡带必须保证与机壳厚度近似相等，以保证磁路畅通。此方案可称为凹陷假磁瓦隐极式结构。实施例三、
如图4所示，与实施例一不同之处在于，增加了镶嵌环磁瓦圈结构。图4中镶嵌环6由非导磁材料(如塑料等非金属材料)制成，镶嵌环环6中应可以把两块真磁瓦1和两块假磁瓦2嵌入其中，保证嵌入的牢固度，磁瓦之间应保证等角距。形成一个整体磁瓦圈后，再压入定子机壳内。这种磁瓦圈结构，对于磁瓦的粘结工艺，也是一种较为简便的方案，但材料成本略有增加。虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。
权利要求
1.一种隐极式微型永磁直流电机，包括机壳(4)，机壳(4)内设有转子(3)，机壳(4)内壁设有磁瓦，其特征是构成一对磁极的两块磁瓦中，其中一块是由高性能永磁材料制成的真磁瓦(1)，另一块是由导磁性能良好的铁磁材料制成的假磁瓦(2)。
2.根据权利要求1所述的隐极式微型永磁直流电机，其特征是所述高性能永磁材料包括烧结钕铁硼、稀土。
3.根据权利要求1所述的隐极式微型永磁直流电机，其特征是所述导磁性能良好的铁磁材料包括铁、钻、镍以及它们的合金。
4.根据权利要求1、2或3所述的隐极式微型永磁直流电机，其特征是所述假磁瓦(2) 由机壳(4)向内冲压成瓦形凸台而成。
5.根据权利要求1、2或3所述的隐极式微型永磁直流电机，其特征是所述各磁瓦之间支撑有镶嵌环(6 )，该镶嵌环(6 )由非导磁材料制成。
全文摘要
一种隐极式微型永磁直流电机，包括机壳，机壳内设有转子，机壳内壁设有磁瓦，构成一对磁极的两块磁瓦中，其中一块是由高性能永磁材料制成的真磁瓦，另一块是由导磁性能良好的铁磁材料制成的假磁瓦。隐极式结构采用一半真磁瓦和一半假磁瓦，真磁瓦的厚度△m可以比相应显极式结构选的大一些。因此，更容易保证真磁瓦的机械强度和提高磁瓦原始材料的利用率，节省真磁瓦的成本。有利于多性能规格的大批量生产，对于相同的机壳、转子铁芯、磁瓦、轴等部件，既可以采用显极式结构，也可以采用隐极式结构，这种兼用方式，可以增加通用部件、减少工装设备的投入，而对于多种电机的性能要求仍有较多的调整方法可供选用。
文档编号H02K1/18GK102270890SQ20111020099
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者孔庆成, 钱进 申请人:浙江方正电机股份有限公司