CN109921578A - 电机转子的制造方法、电机转子及电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转子的制造方法、电机转子及电机。本发明电机转子的制造方法包括以下步骤：S1：提供磁轭；S2：根据电机转子的磁极未分层未分段的实际去磁分布进行分层设计，不同分层的磁钢采用不同的牌号；根据电机转子的实际热源分布进行分段设计，使得每一磁钢单元分段成多块尺寸相同的磁钢；S3：将分层及分段后的磁钢单元装配在磁轭上。本发明针对磁极的实际去磁进行分层设计，针对发热集中、温度较高的磁极进行分段设计，既能保证电机的性能不降低，还能使用低牌号的磁钢代替高牌号的磁钢，同时，也有效的降低了磁极的涡流损耗，减少了磁极产生的热量，抑制了磁极温度的升高。

Description

电机转子的制造方法、电机转子及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机转子的制造方法、电机转子及电机。

背景技术

对于永磁电机，永磁材料(磁钢)的稳定性决定着永磁电机的使用寿命。当永磁电机长时间运行在高温度、强磁场环境条件下，如果磁钢的耐温性能或抗去磁性能较差，则磁钢极易发生磁性能降低、不可逆退磁等不良结果，导致磁钢失效，永磁电机无法工作。为了解决上述问题，目前在电机设计中通常采用提高磁钢牌号的方式，即：磁钢牌号越高，则磁感应矫顽力越大，最高工作温度越高，抗去磁能力越强。

上述磁钢牌号的定义为：磁钢按最大磁能积的大小，划分成若干个等级，即若干个牌号。磁能积大，为高牌号磁钢；磁能积小，为低牌号磁钢。所谓的磁能积的定义为：退磁曲线上任何一点的剩余磁感应强度和磁感应矫顽力的乘积，磁能积是衡量磁体所储存能量大小的重要参数之一。

为了保证电机的性能，通常需要提高磁钢的抗去磁性能，避免磁钢发生磁性能降低和不可逆退磁等不良现象，目前在永磁电机设计中通常采用提高磁钢牌号的方式。这种方式采用的每个磁钢均为设计所需的高牌号磁钢，具有较高的磁感应矫顽力、较高的工作温度、较强的抗去磁能力，但同时也大幅度的提高了磁钢的材料成本。近年来稀土价格日益攀升，因此电机的每个磁钢均采用高牌号磁钢的方式使得永磁电机的成本增加较多，高牌号磁钢的使用成为了制约永磁电机大量推广应用的瓶颈。

为了提高永磁电机的功率密度，电机设计时通常选用较高的电负荷、磁负荷和热负荷，因此电机单位体积的损耗和发热量明显增大。如果设计不当，会导致电机散热困难，温升超标。对于连接变频器的永磁电机，这种情况尤为明显。

永磁电机的磁极由磁钢构成。由于变频器的输出电压中含有大量的高次谐波，会在电机中产生较大的谐波损耗，引起较高的温升。当连接变频器的永磁电机长时间运行在高温度、强磁场环境条件下，如果磁钢的耐温性能较差，则磁钢容易发生磁性能降低、不可逆退磁等不良结果，导致磁钢失效，永磁电机无法工作，而这些危害总是从磁极的局部温升最高点开始的。

磁极的局部温升最高点一方面取决于该位置的散热条件，另一方面与该位置的磁钢涡流损耗大小密切相关。

为了抑制磁极温升，提高永磁电机效率，当磁极的散热条件一定时，需要降低磁极的涡流损耗。在不影响电机性能的前提下，现有技术通常采用将磁钢沿电机转子轴向和电机转子圆周方向(以下简称转子周向)均匀分段，进而削弱磁极的涡流损耗。

所谓的磁钢均匀分段，即所有的磁钢尺寸相同。如图1所示，磁极21沿电机转子的轴向A方向固定在磁轭22上，构成磁极21的磁钢均分为磁钢段211。此种均匀分段方法虽然便于磁钢生产和转子制造，但由于磁极沿电机轴向A和周向B的温度分布实际上是不均匀的，因此磁极均匀分段方法无法有效抑制磁极的局部温升最高点，也使的永磁电机温度分布非常不均匀、不合理。

综上所述，目前的永磁电机无法在不降低永磁电机性能的前提下，采用牌号相对较低的磁钢；同时，目前的磁钢的分段方法也不能解决磁极的温度升高而导致磁钢的性能降低、甚至磁钢发生不可逆退磁的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种电机转子的制造方法、电机转子及电机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种电机转子的制造方法，所述电机转子包括磁轭和磁极，所述磁极包括多个磁钢单元，其特点在于，所述电机转子的制造方法包括以下步骤：

步骤S1：提供所述磁轭；

步骤S2：根据所述电机转子的所述磁极未分段及未分层的实际去磁分布对所述磁极进行分层设计，同一所述磁钢单元的不同分层，采用不同牌号的磁钢；同时，根据所述电机转子的所述磁极未分段及未分层前的实际热源分布对所述磁极进行分段设计，使得每一所述磁钢单元分段成多块尺寸相同的磁钢、所述磁极的各所述磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同；

步骤S3：根据所述分段设计及所述分层设计的结果将分段及分层后的各所述磁钢单元装配在所述磁轭上。

较佳的，所述步骤S2还包括以下步骤：

步骤S21、根据电磁场有限元仿真，计算得到所述磁极的去磁分布；

步骤S22、根据所述磁极的去磁分布，对所述磁极进行分层，所述磁极去磁严重的分层的磁钢的牌号高于所述磁极去磁不严重的分层的磁钢的牌号；

步骤S23、对所述磁极分层优化后的电机进行电磁场有限元仿真，计算得到优化后的所述磁极的去磁分布；

步骤S24、根据优化后的所述磁极的去磁分布，判断优化后的所述磁极的最大去磁是否小于预设去磁，如果是，则执行步骤S25；如果否，则重复步骤S22、S23和S24；

步骤S25、根据电磁场有限元仿真，计算所述磁极的涡流损耗；

步骤S26、利用温度场有限元仿真对所述磁极进行热场分析，得到所述磁极的温度分析结果；

步骤S27、根据所述磁极的温度分析结果，对所述磁极的温度高于预设温度的部分进行分段；

步骤S28、对所述磁极分段优化后的电机进行所述电磁场有限元仿真，计算优化后所述磁极的涡流损耗；

步骤S29、利用所述温度场有限元仿真对所述磁极分段优化后的电机进行所述热场分析，得到优化后所述磁极的温度分析结果；

步骤S30、根据优化后的所述磁极的温度分析结果，判断优化后的所述磁极的温度是否小于预设温度，如果是，则结束；如果否，则重复所述步骤S27、S28、S29和S30。

在本方案中，通过采用上述方法，利用有限元仿真技术，可以准确的计算出磁极的去磁分布及实际热源分布，并针对该去磁分布和实际热源分布采取分层和/或分段设计，进而在去磁严重的部分采用较高牌号的磁钢，在去磁不严重的部分采用较低牌号的磁钢；在发热集中、温度较高的磁极进行分段。该方案可以在保证电机性能不降低的前提下，有效的避免磁钢发生去磁问题，又能节约高牌号磁钢的使用，降低磁钢成本；也能有效的降低了磁极的涡流损耗，进而减少了磁极产生的热量，有效的抑制了磁极温度升高，避免了磁极在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

较佳的，在所述步骤S22中，对所述磁极的最大去磁高于预设去磁的部分进行较多分层，所述步骤S22还包括，对磁极的最大去磁低于预设去磁的部分进行较少分层或不分层。

在本方案中，通过采用上述方法，对磁极去磁严重的部分多分层，可以有效的减少分层优化运算的次数，并避免磁极发生去磁问题，进而降低磁钢单元的材料成本；对磁极去磁不严重的部分少分层也可以杜绝磁极的去磁问题，降低磁钢单元的材料成本；对磁极去磁不严重的部分不分层，可以减少磁钢单元制造的工序，降低电机转子的制造成本。

较佳的，在所述步骤S27中，对所述磁极的温度高于预设温度的部分进行较多分段，所述步骤S27还包括，对所述磁极的温度度低于预设温度的部分进行较少分段或不分段。

在本方案中，通过采用上述方法，对磁极温度较高的部分多分段，可以有效的减少优化运算次数，并大幅降低磁极的温度；对磁极的温度较低的部分少分段也可以明显的降低磁极的温度，降低永磁模块和电机转子的制造成本；对磁极温度较低的部分不分段，可以降低永磁模块和电机转子的制造成本。

较佳的，所述步骤S21及步骤S25包括如下步骤：

步骤S101、根据所述磁极未分层的电机建立电机模型，所述电机模型包括定子模型及转子模型，所述转子模型与所述定子模型之间形成气隙；

步骤S102、对所述电机模型设定材料属性；

步骤S103、对所述电机模型进行网格剖分；

步骤S104、对所述电机模型施加边界条件和载荷；

步骤S105、对所述电机模型进行求解；

步骤S106、对所述电机模型进行后处理，得到所述电机模型的电磁场有限元仿真。

在本方案中，通过采用上述方法，针对具体的电机类型进行全面系统的有限元仿真，可以更准确的模拟电机磁极的实际情况。

较佳的，在所述步骤S24中，如果优化后的所述磁极的去磁不小于预设去磁，则在随后的所述步骤S22中，在所述磁极进行电磁场有限元仿真时，所述电机转子的所述磁极的去磁较严重部分的网格剖分比所述电机转子的所述磁极的去磁较不严重部分的网格剖分更细。

在本方案中，通过采用上述方法，对有限元仿真结构影响较大的部分磁极进行更细的网格剖分，可以能够更准确的模拟磁极的实际情况，进而有效的避免磁极去磁问题。

较佳的，在所述步骤S30中，如果优化后的所述磁极的温度不小于预设温度，则在随后的所述步骤S27中，在所述磁极进行电磁场有限元仿真时，所述电机转子的所述磁极的温度较高部分的网格剖分比所述电机转子的所述磁极的温度较低部分的网格剖分更细。

在本方案中，通过采用上述方法，能够更准确的模拟磁极的实际情况，进而有利于有效的降低磁钢温度。

较佳的，所述定子模型包括定子铁芯及定子绕组，所述定子铁芯包括硅钢片，所述定子铁芯设有槽，所述定子绕组包括线圈，所述线圈嵌放在所述槽的内部，所述转子模型包括磁钢及磁轭，所述磁钢固定在所述磁轭上。

较佳的，所述步骤S2中的所述分层包括对所述磁钢沿所述转子的径向分层。

较佳的，所述步骤S2中的所述分段设计包括对所述磁钢沿所述转子的轴向和/或所述转子的周向分段。

较佳的，在所述电机模型中，距离所述气隙较近的部分的网格剖分比距离所述气隙较远的部分的网格剖分更细。

在本方案中，通过采用上述方法，对有限元仿真结果影响较大的部分磁极进行更细的网格剖分，可以更准确的模拟电机转子的实际情况，进而有效的避免磁极去磁问题。

较佳的，所述步骤S2还包括，在短路工况下，进行电磁场有限元仿真，计算得到所述磁极的去磁分布。

在本方案中，通过采用上述方法，针对电机短路工况下进行有限元仿真，使得磁极可以在最恶劣的工作环境下保持正常状态，进而杜绝磁极去磁的问题。

较佳的，所述步骤S2还包括，在负载工况下，进行电磁场有限元仿真，计算得到所述磁极的温度分析结果。

在本方案中，通过采用上述方法，针对电机负载工况下进行有限元仿真，使得磁极可以在最恶劣的工作环境下保持正常状态，进而避免磁极温度过高的问题。

较佳的，各所述磁钢单元沿所述电机转子的周向分布为多列，每一列的各所述磁钢单元的尺寸相同且沿所述电机转子的轴向分布，所述步骤S2中将同一列的各所述磁钢单元分段设计为尺寸不完全相同的磁钢。

一种电机转子，所述电机转子包括磁轭、磁极，所述磁极包括多个磁钢单元，所述磁钢单元固定在所述磁轭上，其特点在于，每个所述磁钢单元分层和/或分段为多块尺寸相同的磁钢，所述磁极的各所述磁钢单元分层和/或分段成的磁钢的尺寸不完全相同，其中每一所述磁钢单元的分层数量与所述磁极分层前的实际去磁分布相关；每一所述磁钢单元的分段数量与所述磁极分段前的实际热源分布相关。

在本方案中，通过采用上述方法，根据电机磁极分层前的实际的去磁分布情况，在去磁较严重的区域，将磁钢单元分层成厚度较薄的磁钢；在去磁不严重的区域，将磁钢单元分层成厚度较厚的磁钢，既可以有效的避免磁极去磁问题，保证电机的性能不降低，又能降低磁钢单元的材料成本。同时，根据实际热源的分布情况，在热源集中、温度较高的区域，将磁钢单元分段成尺寸较小的磁钢；温度较低的区域，将磁钢单元分段成尺寸较大的磁钢，既可以有效的降低磁钢的温度，也能避免磁钢分段过小，从而降低磁钢的安装成本。

较佳的，在同一个所述磁钢单元中，不同分层的磁钢的剩余磁感应强度相同；并且在同一个所述磁钢单元中，距离所述磁轭越近，所述分层的磁钢的磁感应矫顽力逐渐降低，所述分层的磁钢的最高工作温度逐渐降低。

在本方案中，通过采用上述方法，充分考虑到电机内部工作环境，即：距离磁轭越近，工作环境相对较好，距离磁轭越远，工作环境越恶劣。根据不同的工作环境，采用不同性能的磁钢，既能保证电机的性能，又能避免磁钢出现去磁问题。

较佳的，所述磁极分层前的实际去磁分布通过有限元仿真计算出未分层的所述磁极的去磁分布得到。

较佳的，每一所述磁钢单元在所述电机转子径向分层成多块磁钢。

较佳的，在同一个所述磁钢单元中，不同分层的磁钢的采用不同牌号的磁钢。

较佳的，距离所述磁轭越近，所述磁钢的牌号越低。

在本方案中，通过采用上述结构形式，将磁钢沿电机转子径向进行分层，可以有效的节约高牌号磁钢的使用量，降低磁钢的材料成本。

较佳的，所述磁钢单元分为三层，距离所述磁轭最远的为上层磁钢，距离所述磁轭最近的为下层磁钢，介于所述上层磁钢与所述下层磁钢之间的为中间层磁钢，所述上层磁钢为高牌号磁钢，从所述上层磁钢到所述下层磁钢，所采用磁钢的牌号逐渐降低。

较佳的，所述磁极分段前的实际热源分布通过有限元仿真计算出未分段的所述磁极的温度分布得到。

较佳的，每一所述磁钢单元在所述电机转子的轴向方向上和/或周向方向上分段成多块磁钢。

在本方案中，通过采用上述结构形式，将磁钢沿电机转子轴向和/或电机转子周向进行分段，可以有效的降低磁钢的温度。

较佳的，各所述磁钢单元沿所述电机转子的周向分布为多列，每一列的各所述磁钢单元尺寸相同且沿所述电机转子的轴向分布，同一列的各所述磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同。

一种电机，其特点在于，包括如上所述的电机转子。

较佳的，所述电机还设有散热通道，所述散热通道通入散热流体，所述散热流体用于所述电机散热。

较佳的，所述散热流体的流向为从所述电机的中间流向所述电机的两端，位于所述电机转子的轴向中间部位的所述磁钢的体积大于位于所述电机转子的轴向两端部位的所述磁钢的体积。

较佳的，所述散热流体的流向为从所述电机的两端流向所述电机的中间，位于所述电机转子的轴向中间部位的所述磁钢的体积小于位于所述电机转子的轴向两端部位的所述磁钢的体积。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明根据电机转子的磁极未分层及未分段前的去磁分布情况及实际热源分布，并针对磁极去磁的分布采取分层设计，同时针对发热集中、温度较高的磁极进行分段设计，进而在去磁严重的部分采用较高牌号的磁钢，去磁不严重的部分采用较低牌号的磁钢，本发明既可以保证电机的性能不降低，又能有效的避免磁钢发生去磁问题，还能使用低牌号的磁钢代替高牌号的磁钢，节约高牌号磁钢的使用，进而降低磁钢的成本。本发明也有效的降低了磁极的涡流损耗，进而减少了磁极产生的热量，有效的抑制了磁极温度升高，避免了磁极在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

附图说明

图1为现有技术中磁极均匀分段的结构示意图。

图2为本发明实施例1的电机转子制造方法中步骤S2的流程示意图。

图3为本发明实施例1的电机转子制造方法中步骤S21的流程示意图。

图4为本发明实施例1中磁极未分层未分段的结构示意图。

图5为本发明实施例2中底板单元排布的结构示意图。

图6为本发明实施例2中三分底板单元45的结构示意图。

图7为本发明实施例2中三分底板单元45不含磁极罩壳的结构示意图。

图8为本发明实施例2中五分底板单元46不含磁极罩壳的结构示意图。

图9为本发明实施例2中六分底板单元47不含磁极罩壳的结构示意图。

图10为本发明实施例3中底板单元排布的结构示意图。

附图标记说明：

磁极 21

磁轭 22

磁钢 210

磁钢段 211

轴向 A

周向 B

步骤 S21-S30

步骤 S101-S106

底板单元 4

三分底板单元 45

五分底板单元 46

六分底板单元 47

底板 402

磁极罩壳 403

三分磁钢 4015

五分磁钢 4016

六分磁钢 4017

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

实施例1

永磁电机包括定子及转子，定子与转子之间形成气隙，定子包括定子铁芯，定子铁芯设有槽，线圈嵌在槽内，形成定子绕组。转子包括磁极21、磁轭22，磁极21固定在磁轭22上。磁极21由磁钢构成。图4为未分层且未分段的磁钢210与磁轭22的示意图。需要说明的是，磁极21是个整体的概念，磁极21由多个磁钢组成。讨论整体概念时，叫磁极；讨论局部细节时，叫磁钢。比如：把一块大磁钢进行分层或分段，分成了多块磁钢，而原来的大磁钢就成为了由多块小磁钢组成的磁极。

本发明电机转子的制造方法包括以下步骤：

步骤S1：提供所述磁轭22；

步骤S2：根据所述电机转子的所述磁极未分段及未分层的实际去磁分布对所述磁极进行分层设计，同一所述磁钢单元的不同分层，采用不同牌号的磁钢；同时，根据所述电机转子的所述磁极未分段及未分层前的实际热源分布对所述磁极进行分段设计，使得每一所述磁钢单元分段成多块尺寸相同的磁钢、所述磁极的各所述磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同；

步骤S3：根据所述分段设计及所述分层设计的结果将分段及分层后的各所述磁钢单元装配在所述磁轭22上。

本发明根据电机转子的磁极21未分层及未分段前的去磁分布情况及实际热源分布，并针对磁极21去磁的分布采取分层设计，同时针对发热集中、温度较高的磁极21进行分段设计，进而在去磁严重的部分采用较高牌号的磁钢，去磁不严重的部分采用较低牌号的磁钢，本发明既可以保证电机的性能不降低，又能有效的避免磁钢发生去磁问题，还能使用低牌号的磁钢代替高牌号的磁钢，节约高牌号磁钢的使用，进而降低磁钢的成本。本发明也有效的降低了磁极21的涡流损耗，进而减少了磁极21产生的热量，有效的抑制了磁极21温度升高，避免了磁极21在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

本发明电机转子制造方法中步骤S2的流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤S21、根据电磁场有限元仿真，计算得到所述磁极21的去磁分布；

步骤S22、根据所述磁极21的去磁分布，对所述磁极21进行分层，所述磁极21去磁严重的分层的磁钢的牌号高于所述磁极21去磁不严重的分层的磁钢的牌号；

步骤S23、对所述磁极21分层优化后的电机进行电磁场有限元仿真，计算得到优化后的所述磁极21的去磁分布；

步骤S24、根据优化后的所述磁极21的去磁分布，判断优化后的所述磁极21的最大去磁是否小于预设去磁，如果是，则执行步骤S25；如果否，则重复步骤S22、S23和S24；

步骤S25、根据电磁场有限元仿真，计算所述磁极21的涡流损耗；

步骤S26、利用温度场有限元仿真对所述磁极21进行热场分析，得到所述磁极21的温度分析结果；

步骤S27、根据所述磁极21的温度分析结果，对所述磁极21的温度高于预设温度的部分进行分段；

步骤S28、对所述磁极21分段优化后的电机进行所述电磁场有限元仿真，计算优化后所述磁极21的涡流损耗；

步骤S29、利用所述温度场有限元仿真对所述磁极21分段优化后的电机进行所述热场分析，得到优化后所述磁极21的温度分析结果；

步骤S30、根据优化后的所述磁极21的温度分析结果，判断优化后的所述磁极21的温度是否小于预设温度，如果是，则结束；如果否，则重复所述步骤S27、S28、S29和S30。

通过利用有限元仿真技术，准确的计算出磁极21的去磁分布及实际热源分布，并针对该去磁分布采取分层和/或分段设计，进而在去磁严重的部分采用较高牌号的磁钢，在去磁不严重的部分采用较低牌号的磁钢，在发热集中、温度较高的磁极21进行分段。该方案可以在保证电机性能不降低的前提下，有效的避免磁钢发生去磁问题，又能节约高牌号磁钢的使用，降低磁钢成本。也能有效的降低了磁极21的涡流损耗，进而减少了磁极21产生的热量，有效的抑制了磁极21温度升高，避免了磁极21在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

作为一种替代的方案，也可以在步骤S22中，对磁极21的最大去磁高于预设去磁的部分进行较多分层。另外，在步骤S22中还可以，对磁极21的最大去磁低于预设去磁的部分进行较少分层或不分层。对磁极21去磁严重的部分多分层，可以有效的减少分层优化的运算次数，并避免磁极21发生去磁问题，进而降低磁钢单元的材料成本；对磁极21去磁不严重的部分少分层也可以杜绝磁极21发生去磁问题，降低磁钢单元的材料成本；对磁极21去磁不严重的部分不分层，可以减少磁钢单元制造的工序，降低电机转子的制造成本。

作为一种替代的方案，也可以在步骤S27中对磁极21温度高于预设温度的部分进行较多分段，还可以对磁极21温度低于预设温度的部分进行较少分段或不分段。对磁极21温度较高的部分多分段，可以有效的减少优化运算次数，并大幅降低磁极21温度；对磁极21温度较低的部分少分段也可以明显的降低磁极21温度，降低永磁模块和电机转子的制造成本；对磁极21温度较低的部分不分段，可以降低永磁模块和电机转子的制造成本。

如图3所示，在该电机转子制造方法的步骤S21中，还可以包括如下步骤：

步骤S101、根据磁极21未分段的电机建立电机模型，电机模型包括定子及转子，转子与定子之间形成气隙；

步骤S102、对电机模型设定材料属性；

步骤S103、对所述电机模型进行网格剖分；

步骤S104、对所述电机模型施加边界条件和载荷；

步骤S105、对所述电机模型进行求解；

步骤S106、对所述电机模型进行后处理，得到所述电机模型的电磁场有限元仿真。

为了更准确的模拟磁极21的实际情况，在步骤S24中，如果优化后的磁极21的去磁不小于预设去磁，则在随后的步骤S22中，对磁极21进行电磁场有限元仿真时，电机转子的磁极21的去磁较严重部分的网格剖分比电机转子的磁极21的去磁较不严重部分的网格剖分更细。还可以在步骤S30中，如果优化后的磁极21温度不小于预设温度，则在随后的步骤S27中，在磁极21进行电磁场有限元仿真时，电机转子磁极21温度较高部分的网格剖分比所述电机转子磁极21温度较低部分的网格剖分更细。

作为一种替代方案，还可以详细设置定子及转子。定子具体包括定子铁芯及定子绕组，定子铁芯包括硅钢片，定子铁芯设有槽，定子绕组包括线圈，线圈嵌放在槽内，转子包括磁钢210及磁轭22，磁钢21固定在磁轭22上。

为了达到更有效的避免磁极21去磁的目的，还可以将磁钢沿转子的径向分层。具体的可以将磁钢分为2层、3层或者更多层。每块磁钢单元还可以分层为多块尺寸相同的磁钢，磁极21的各磁钢单元分层成的磁钢的尺寸不完全相同，磁钢单元的具体分层大小与磁极21分层前的实际去磁分布相关。

作为一种替代方案，还可以将磁钢210沿着电机转子轴向A分段形成轴向分段，或者沿着电机转子周向B分段，当然，也可以将磁钢210同时沿着电机转子轴向A及电机转子周向B分段。

为了达到更精确的模拟出电机内部实际情况的目的，还可以将距离气隙较近部分的网格剖分比距离气隙较远部分的网格剖分更细。也就是在气隙周边，需要将电机模型更精细的模拟出来。为了达到节约计算机资源的目的，距离气隙较远的部分，在网格剖分时精度要求可以相对较低。

为了避免电机在非正常工作下出现去磁问题，还可以在电机短路工况下进行电磁场有限元仿真，进而计算得到磁极21的去磁分布。

为了避免电机在正常工作下出现温度过高的问题，还可以在电机负载工况下，进行电磁场有限元仿真，计算得到所述磁极21的温度分析结果，进而避免电机在正常工作下出现温度过高的问题。

作为一种替代方案，也可以各磁钢单元沿电机转子的周向B分布为多列，每一列的各磁钢单元的尺寸相同且沿所述电机转子的轴向A分布，在步骤S2中将同一列的各磁钢单元分段设计为尺寸不完全相同的磁钢。

实施例2

如图5-9所示，本实施例公开了一种分层分段后的底板单元4装配至磁轭22上的具体形式。

本发明电机转子包括磁轭22及磁极21。磁极21包括多个底板单元4，底板单元4包括磁钢单元(磁钢单元即为一整块未分段的磁钢)、底板402及磁极罩壳403，将未充磁的磁钢单元黏贴固定在底板402上，每个底板单元4上黏贴两列磁极21，两列磁极21平行于电机转子轴，并且对称分布在底板402上。在磁钢单元的正表面点涂或者通过打胶线涂覆胶层，然后将磁极罩壳403扣装在底板402上，保证磁钢单元与磁极罩壳403之间的胶层完全铺开，填充满磁极罩壳403与磁钢单元之间的间隙，随后加热固化结构胶，使磁极罩壳403与底板402形成一个密封磁极的腔体，形成未充磁的底板单元4。将未充磁的底板单元4内的两列磁极21分别进行整体充磁，每列磁极21内的多个磁钢单元的磁性相同，两列磁极21的磁性相反，即其中一列为N极，另一列为S极。对于沿转子周向B上分段的磁极，分层分段后的磁极21的充磁方向与分层分段前的磁极21的充磁方向一致。然后底板单元4再装配到磁轭22上。单个底板单元4通过螺钉和垫片固定在磁轭22上，从而实现对磁钢单元的机械固定。底板单元4机械固定后，裸露的螺钉、垫片等全部使用密封胶刮涂覆盖并加热固化，实现对相关部件的密封。底板单元4全部装配完成后，对电机转子整体进行一次树脂真空灌注，实现对底板单元4与磁轭22的间隙及螺钉、垫片、通孔的缝隙的有效填胶及密封。

每个磁钢单元可以分层分段成多块尺寸相同的磁钢，磁极21的各个磁钢单元所分层分段成的磁钢的尺寸也可以不完全相同。同一个磁钢单元中，不同分层的磁钢也可以采用不同牌号的磁钢。本实施例中，三分底板单元45沿电机转子轴A向排列在磁轭22上。需要注意的是，每个磁钢单元的分层数量(即其中的磁钢的尺寸)与磁极21分层前的实际去磁分布相关；每个磁钢单元的分段数量(即其中的磁钢的尺寸)与磁极21分段前的实际热源分布相关。本实施例中，将磁钢单元具体分成3层，如图6及图7所示。距离磁轭22最远的为上层磁钢，距离磁轭22最近的为下层磁钢，介于上层磁钢与下层磁钢之间的为中间层磁钢，上层磁钢的牌号最高，下层磁钢的牌号最低，中间层磁钢的牌号介于上层磁钢的牌号与下层磁钢的牌号之间。从上层磁钢到下层磁钢，所采用磁钢的牌号逐渐降低。

为了达到根据磁极21实际去磁进行分层的目的，还可以先通过有限元仿真计算出未分层的磁极21的去磁分布，然后再根据该去磁分布对磁极21进行分层。最后得到分层后的磁极21。当然，对于磁极21分段，也可以采取类似的方法，比如：根据先通过有限元仿真计算出磁极21未分段前的实际热源分布，然后再根据该热源分布对磁极21进行分段，最后得到分段后的磁极21。

作为一种替代方案，该磁钢单元的分层排列方案也可以如下：在同一个磁钢单元中，不同分层的磁钢的剩余磁感应强度相同；并且在同一个磁钢单元中，距离磁轭22越近，分层的磁钢的磁感应矫顽力逐渐降低，分层的磁钢的最高工作温度逐渐降低。本方案在保证电机性能的前提下，采用了不同品质的磁钢，降低了磁钢的材料成本。

为了达到降低磁极21的温度的目的，还可以将每一磁钢单元在电机转子的轴向A方向上和/或周向B方向上分段成多块磁钢。在对磁钢单元进行分段后，需要将其安装排列至转子磁轭22上，还可以将各磁钢单元沿电机转子的周向A分布为多列，每一列的各磁钢单元尺寸相同且沿电机转子的轴向A分布，同一列的各磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同。具体的，如图6-7所示，三分底板单元45还可以沿转子轴向A再次分段，进而形成三分磁钢4015(所谓的三分磁钢即为磁钢沿径向分两次加上磁钢沿轴向A分一次，两者划分次数相加，即为划分三次，划分三次后的小块磁钢就是三分磁钢4015)。如图8所示，磁钢单元沿转子轴向A均分为四段(即磁钢单元沿转子轴向A划分三次)，进而形成五分磁钢4016，也就是五分底板单元46。如图9所示，磁钢单元沿转子周向B再次均分，进而形成六分磁钢4017，也就是六分底板单元47。

由此可知，本发明的电机转子，还可以包括磁轭22、磁极21，磁极21包括多个磁钢单元，磁钢单元固定在磁轭22上，每个磁钢单元分层和/或分段为多块尺寸相同的磁钢，磁极21的各磁钢单元分层和/或分段成的磁钢的尺寸不完全相同，其中每一所述磁钢单元的分层数量与磁极21分层前的实际去磁分布相关；每一磁钢单元的分段数量与磁极分段前的实际热源分布相关。

本发明的电机转子是应用于电机中。从电机的实际工作环境来讲，距离磁轭22越近，工作环境相对较好，距离磁轭22越远，工作环境越恶劣。因此，也可以根据电机不同的工作环境，采用不同性能的磁钢，既能保证电机的性能，又能避免磁钢出现去磁问题，同时也节约了高牌号磁钢的使用，降低磁钢的材料成本。因此，本实施例中，磁极在电机转子径向分为三层，上层磁钢的牌号最高，下层磁钢的牌号最低，中间层磁钢的牌号介于上层磁钢的牌号与下层磁钢的牌号之间。从上层磁钢到下层磁钢，所采用磁钢的牌号逐渐降低。

同时，电机还设有散热通道，本实施例中电机的散热通道入口设计在电机的两端，电机散热通道内通入冷风，冷风经电机的两端进入电机内部后从电机中间流出电机。如图5所示，通过有限元仿真，得出该电机转子磁极21分层分段前实际温度分布为：电机轴向中间部分的磁极21温度最高，从轴向中间部分到电机转子轴两端，磁极21温度逐渐降低，电机转子轴两端温度最低。由此，如图5所示，本实施例将电机转子的电机轴向中间部分的排列六分底板单元47，电机轴向两端的部分排列三分底板单元45，电机轴向中间的部分排列五分底板单元46。本方案既可有效的避免出现去磁问题，保证电机性能不降低，又能降低电机转子磁极21的涡流损耗，进而降低磁极21的温度，避免磁极21在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

实施例3

如图10所示，本实施例3与实施例2基本相同，不同之处在于：

本实施例电机的散热通道入口设计在电机的中间部位，电机散热通道内通入冷风，冷风经电机中间进入电机内部后从电机两端流出电机。通过有限元仿真，得出该电机转子磁极21分层分段前实际温度分布为：电机轴向中间部分的磁极21温度最低，从轴向中间部分到电机转子轴两端，磁极21温度逐渐升高，电机转子轴两端温度最高。由此，如图10所示，本实施例将电机转子的电机转子轴向的排布顺序为六分底板单元47-五分底板单元46-三分底板单元45。此种排布方式可以有效的避免出现去磁问题，同时，也能降低电机转子轴向两端的涡流损耗，进而降低磁极21的温度，避免磁极21在高温下发生磁性能降低、不可逆退磁的问题。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (28)

1.一种电机转子的制造方法，所述电机转子包括磁轭和磁极，所述磁极包括多个磁钢单元，其特征在于，所述电机转子的制造方法包括以下步骤：

步骤S1：提供所述磁轭；

步骤S2：根据所述电机转子的所述磁极未分段及未分层的实际去磁分布对所述磁极进行分层设计，同一所述磁钢单元的不同分层，采用不同牌号的磁钢；同时，根据所述电机转子的所述磁极未分段及未分层前的实际热源分布对所述磁极进行分段设计，使得每一所述磁钢单元分段成多块尺寸相同的磁钢、所述磁极的各所述磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同；

步骤S3：根据所述分段设计及所述分层设计的结果将分段及分层后的各所述磁钢单元装配在所述磁轭上。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2还包括以下步骤：

步骤S21、根据电磁场有限元仿真，计算得到所述磁极的去磁分布；

步骤S22、根据所述磁极的去磁分布，对所述磁极进行分层，所述磁极去磁严重的分层的磁钢的牌号高于所述磁极去磁不严重的分层的磁钢的牌号；

步骤S23、对所述磁极分层优化后的电机进行电磁场有限元仿真，计算得到优化后的所述磁极的去磁分布；

步骤S24、根据优化后的所述磁极的去磁分布，判断优化后的所述磁极的最大去磁是否小于预设去磁，如果是，则执行步骤S25；如果否，则重复步骤S22、S23和S24；

步骤S25、根据电磁场有限元仿真，计算所述磁极的涡流损耗；

步骤S26、利用温度场有限元仿真对所述磁极进行热场分析，得到所述磁极的温度分析结果；

步骤S27、根据所述磁极的温度分析结果，对所述磁极的温度高于预设温度的部分进行分段；

步骤S28、对所述磁极分段优化后的电机进行所述电磁场有限元仿真，计算优化后所述磁极的涡流损耗；

步骤S29、利用所述温度场有限元仿真对所述磁极分段优化后的电机进行所述热场分析，得到优化后所述磁极的温度分析结果；

步骤S30、根据优化后的所述磁极的温度分析结果，判断优化后的所述磁极的温度是否小于预设温度，如果是，则结束；如果否，则重复所述步骤S27、S28、S29和S30。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S22中，对所述磁极的最大去磁高于预设去磁的部分进行较多分层，所述步骤S22还包括，对磁极的最大去磁低于预设去磁的部分进行较少分层或不分层。

4.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S27中，对所述磁极的温度高于预设温度的部分进行较多分段，所述步骤S27还包括，对所述磁极的温度度低于预设温度的部分进行较少分段或不分段。

5.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S21及步骤S25包括如下步骤：

步骤S101、根据所述磁极未分层的电机建立电机模型，所述电机模型包括定子模型及转子模型，所述转子模型与所述定子模型之间形成气隙；

步骤S102、对所述电机模型设定材料属性；

步骤S103、对所述电机模型进行网格剖分；

步骤S104、对所述电机模型施加边界条件和载荷；

步骤S105、对所述电机模型进行求解；

步骤S106、对所述电机模型进行后处理，得到所述电机模型的电磁场有限元仿真。

6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S24中，如果优化后的所述磁极的去磁不小于预设去磁，则在随后的所述步骤S22中，在所述磁极进行电磁场有限元仿真时，所述电机转子的所述磁极的去磁较严重部分的网格剖分比所述电机转子的所述磁极的去磁较不严重部分的网格剖分更细。

7.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S30中，如果优化后的所述磁极的温度不小于预设温度，则在随后的所述步骤S27中，在所述磁极进行电磁场有限元仿真时，所述电机转子的所述磁极的温度较高部分的网格剖分比所述电机转子的所述磁极的温度较低部分的网格剖分更细。

8.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述定子模型包括定子铁芯及定子绕组，所述定子铁芯包括硅钢片，所述定子铁芯设有槽，所述定子绕组包括线圈，所述线圈嵌放在所述槽的内部，所述转子模型包括磁钢及磁轭，所述磁钢固定在所述磁轭上。

9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述分层包括对所述磁钢沿所述转子的径向分层。

10.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述分段设计包括对所述磁钢沿所述转子的轴向和/或所述转子的周向分段。

11.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述电机模型中，距离所述气隙较近的部分的网格剖分比距离所述气隙较远的部分的网格剖分更细。

12.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2还包括，在短路工况下，进行电磁场有限元仿真，计算得到所述磁极的去磁分布。

13.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2还包括，在负载工况下，进行电磁场有限元仿真，计算得到所述磁极的温度分析结果。

14.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，各所述磁钢单元沿所述电机转子的周向分布为多列，每一列的各所述磁钢单元的尺寸相同且沿所述电机转子的轴向分布，所述步骤S2中将同一列的各所述磁钢单元分段设计为尺寸不完全相同的磁钢。

15.一种电机转子，所述电机转子包括磁轭、磁极，所述磁极包括多个磁钢单元，所述磁钢单元固定在所述磁轭上，其特征在于，每个所述磁钢单元分层和/或分段为多块尺寸相同的磁钢，所述磁极的各所述磁钢单元分层和/或分段成的磁钢的尺寸不完全相同，其中每一所述磁钢单元的分层数量与所述磁极分层前的实际去磁分布相关；每一所述磁钢单元的分段数量与所述磁极分段前的实际热源分布相关。

16.如权利要求15所述的电机转子，其特征在于，在同一个所述磁钢单元中，不同分层的磁钢的剩余磁感应强度相同；并且在同一个所述磁钢单元中，距离所述磁轭越近，所述分层的磁钢的磁感应矫顽力逐渐降低，所述分层的磁钢的最高工作温度逐渐降低。

17.如权利要求15所述的电机转子，其特征在于，所述磁极分层前的实际去磁分布通过有限元仿真计算出未分层的所述磁极的去磁分布得到。

18.如权利要求15所述的电机转子，其特征在于，每一所述磁钢单元在所述电机转子径向分层成多块磁钢。

19.如权利要求15所述的电机转子，其特征在于，在同一个所述磁钢单元中，不同分层的磁钢的采用不同牌号的磁钢。

20.如权利要求19所述的电机转子，其特征在于，距离所述磁轭越近，所述磁钢的牌号越低。

21.如权利要求19所述的电机转子，其特征在于，所述磁钢单元分为三层，距离所述磁轭最远的为上层磁钢，距离所述磁轭最近的为下层磁钢，介于所述上层磁钢与所述下层磁钢之间的为中间层磁钢，所述上层磁钢为高牌号磁钢，从所述上层磁钢到所述下层磁钢，所采用磁钢的牌号逐渐降低。

22.如权利要求15所述的电机转子，其特征在于，所述磁极分段前的实际热源分布通过有限元仿真计算出未分段的所述磁极的温度分布得到。

23.如权利要求15所述的电机转子，其特征在于，每一所述磁钢单元在所述电机转子的轴向方向上和/或周向方向上分段成多块磁钢。

24.如权利要求15所述的电机转子，其特征在于，各所述磁钢单元沿所述电机转子的周向分布为多列，每一列的各所述磁钢单元尺寸相同且沿所述电机转子的轴向分布，同一列的各所述磁钢单元所分段成的磁钢的尺寸不完全相同。

25.一种电机，其特征在于，包括如权利要求15-24中任意一项所述的电机转子。

26.如权利要求25所述的电机，其特征在于，所述电机还设有散热通道，所述散热通道通入散热流体，所述散热流体用于所述电机散热。

27.如权利要求26所述的电机，其特征在于，所述散热流体的流向为从所述电机的中间流向所述电机的两端，位于所述电机转子的轴向中间部位的所述磁钢的体积大于位于所述电机转子的轴向两端部位的所述磁钢的体积。

28.如权利要求26所述的电机，其特征在于，所述散热流体的流向为从所述电机的两端流向所述电机的中间，位于所述电机转子的轴向中间部位的所述磁钢的体积小于位于所述电机转子的轴向两端部位的所述磁钢的体积。