CN102412644B - 一种永磁电机用转子磁极结构 - Google Patents

Abstract

一种永磁电机用转子磁极结构，包括每块磁极扇形块由扇形磁极冲片顺次叠压，在两端夹上端板组成，扇形磁极冲片和端板上冲制有铆钉孔和螺杆孔，扇形磁极冲片冲有销孔，销孔与定位销配合；铆钉连接扇形磁极冲片和端板，拉紧螺杆紧固扇形磁极冲片和端板；磁极扇形块均布在隔磁套外表面，隔磁套镶嵌在转子卷筒外表面，转子卷筒、转子支架和电机轴焊接固定，紧固螺钉将转子卷筒、隔磁套和磁极扇形块固定连接；相邻两磁极扇形快之间安装有永磁体，挡片紧固在相邻两磁极扇形块的对角拉紧螺杆上。本发明所述永磁电机用转子磁极结构制造工艺简单、机械性能可靠、实用性高，可以广泛应用于永磁电机中，有效提高了电机运行性能、可靠性和使用寿命。

Description

一种永磁电机用转子磁极结构

技术领域

本发明属于一种电气工程技术领域，涉及一种电机转子结构，尤其涉及一种永磁电机转子结构。

背景技术

随着永磁电机技术的成熟，其低速大转矩的特点倍受青睐。目前，永磁电机已经成功应用到矿山机械、石油机械、电动汽车等多种工业领域。转子作为永磁电机的重要组成部分，其结构设计与装配的合理性对于永磁电机稳定高效运行具有重要影响。传统永磁电机转子分为两种磁路结构，即表贴式转子磁路结构和切向式转子磁路结构。

表贴式转子磁路结构制造工艺简单、成本低，安装方便。表贴式转子磁极的安装方法主要是在圆弧形磁钢上钻螺钉孔，通过螺钉将磁钢整齐紧固在转子卷筒外表面形成磁极，磁钢安装完成后涂胶，将磁钢进一步黏贴固定在卷筒外表面。目前表贴式永磁电机已得到广泛应用。然而表贴式永磁电机也存在许多不足，主要体现在以下几个方面：

（1）对于表贴式永磁电机，电机转速不能过高也无法做高，主要原因有两点：考虑其机械强度问题，由于磁钢贴在转子外表面，电机转速较高，将会产生较大的离心力，对转子安全稳定的运行将产生威胁，如果转速过高、离心力超出转子机械强度所能承受的极限值，转子磁钢将会脱落，导致电机损毁；其次，表贴式永磁电机磁钢贴在转子卷筒外表面，由于转子卷筒周长尺寸限制，表贴式永磁电机无法做成多级，在一些场合表贴式磁极结构无法提供足够高的每极磁通。

（2）表贴式永磁电机在高速运行时磁钢存在严重的发热问题。对于表贴式永磁电机，当电机转子旋转时，由于电磁感应，会在磁钢表面产生涡流损耗，该涡流损耗直接对磁钢进行加热，导致电机转子磁钢发热出现退磁现象，甚至永久失磁，严重影响了永磁电机的性能。

（3）磁钢加工工艺复杂、成本高。虽然表贴式磁路结构转子制造工艺简单、成本低，安装方便，但表贴式永磁电机磁钢贴在转子卷筒外表面，磁钢内表面和外表面均为弧形，加工困难，并且磁钢材料脆，磁钢钻螺钉孔时易破碎，因此弧形磁钢废料率高，增加了制造成本。磁钢加工完成后，需要对磁钢进行充磁，充磁方向N、S各占二分之一，充磁方向不同，磁钢安装时容易混淆。

传统切向式转子磁路结构由于永磁体和极靴的固定方式不同，通常分为切向套环式转子磁路结构、切向槽楔式转子磁路结构和内置切向式转子磁路结构等。切向式转子磁路结构其转子机械强度高，电机额定转速可以做高，并且切向式磁路一个极下的磁通由相邻的两个磁极并联提供，当电机极数较多、表贴式磁路结构不能提供足够的每极磁通时，这种结构的优势显得尤为突出。但传统切向式磁路结构也存在许多不足之处。

（1）切向套环式转子磁路结构，套环由高强度、高电阻率的磁性金属材料和非磁性金属材料交替组合焊接而成，套环制造工艺复杂；转子内部由许多零件类似“积木”的方式组合而成，静止安装时需采用过盈配合，转子安装困难，并且对零件加工精度要求较高。

（2）切向槽楔式转子磁路结构，永磁体用槽楔固定，工艺和结构比较简单，但槽楔机械强度较低，电机高速运行时存在安全隐患，另外极靴与非导磁性衬套、转轴之间的的固定存在机械强度差等问题。

（3）内置切向式转子磁路结构，转子冲片制造工艺复杂，冲片利用率低。切向式磁路结构漏磁较大需采取隔磁措施，转子冲片除冲制永磁体槽外还需要采用隔磁桥结构，转子冲片结构比较复杂，对模具要求较高，因此内置切向式磁路结构转子冲片制造成本较高。另外内置切向转子磁路结构，转子冲片大多采用整体加工的方法，冲片利用率低。

切向式转子磁钢安装存在工艺问题。传统切向式磁路结构转子冲片尺寸较大，冲片加工精度低，转子永磁体槽不能与磁钢精确配合。转子冲片永磁体槽尺寸过大，电机旋转时磁钢会与永磁体槽产生碰撞，严重时甚至导致磁钢碎裂损坏；转子冲片永磁体槽尺寸太小，又会给磁钢安装带来麻烦，甚至磁钢无法嵌入。此外，切向式转子结构还存在磁钢轴向窜动等问题。

切向式磁路一个极下的磁通由相邻的两个磁极并联提供，能够保证足够的每极磁通，但较表贴式磁路结构，切向式磁路结构漏磁较大，致使永磁体材料利用率较低。永磁体价格昂贵，永磁体利用率低变相的增加了电机的制造成本，不利于永磁电机的推广和使用。

无论是表贴式磁路结构或是切向式磁路结构，电机运行时都存在转矩脉动问题。在需要平滑运行的场合，特别是在低速情况下，转矩脉动都是我们不想遇到的，永磁电机转矩脉动常常成为引起震动、噪声和影响控制精度的主要原因。

为解决上述诸多问题，国内外有过一些探索，而且申报了一些专利。在加强表贴式转子机械强度、降低磁钢涡流损耗方面，专利号：200580044565.9，名称是用于永磁电机的转子结构提出，在壳体结构与磁钢之间安装磁性复合材料，通过壳体结构加强转子机械强度，通过磁钢外表面的磁性复合材料降低涡流损耗。专利号201110061587.3，名称是永磁电机磁极机械固定结构同样提出一种用于加强表贴式永磁电机转子机械强度的结构。但上述两种方案都存在结构复杂，加工工艺难度大等不足。在优化永磁电机反电势波形，削弱永磁电机转矩脉动方面，专利号200920112928.3，名称是采用不等厚磁钢的永磁电机提出，将表贴式永磁电机转子磁钢做成不等厚结构，以改善气隙磁密波形，进而起到优化永磁电机反电势波形作用。专利号200920112927.9，名称是具有转子磁钢倾斜结构的永磁电机提出，将表贴式永磁电机转子磁钢相对于转子转轴方向倾斜设置，通过转子磁极倾斜以削弱反电势谐波，起到优化反电势波形作用，但所述磁钢形状特殊，磁钢加工工艺难度较大，加工成本较高。

发明内容

本发明提供一种永磁电机用转子磁极结构，具有以下特点：采用切向式磁路机构，冲片叠压的磁极扇形块，有效降低转子涡流损耗，避免表贴式磁路结构转子发热而导致的永磁体退磁问题；采用隔磁套结构以减小永磁体漏磁，提高磁钢利用率；将较大的转子冲片分成较小的扇形片，提高冲片利用率的同时降低冲片加工难度，冲片尺寸精度易于控制；用挡片防止永磁体轴向窜动的同时挡片与拉紧螺杆闭合回路，构成阻尼绕组，防止失步和超速；定转子之间采用非均匀气隙以改善永磁电机气隙磁密波形，提高电机运行的平稳度，降低振动和噪声；在扇形磁极冲片上冲制销孔，定位销既用于冲片叠压导向也用于磁极扇形块与隔磁套、转子卷筒之间的固定，结构简单可靠，安装方便。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种永磁电机用转子磁极结构，其特征在于：主要包括M块磁极扇形块、永磁体、挡片、隔磁套和转子卷筒，其中每块磁极扇形块主要由若干个扇形磁极冲片顺次叠压，并在两端夹上端板组成，扇形磁极冲片和端板上均冲制有铆钉孔和螺杆孔，另外扇形磁极冲片上还冲有销孔，销孔与定位销配合将扇形磁极冲片固定连接，铆钉穿过铆钉孔将扇形磁极冲片和端板固定连接，拉紧螺杆穿过螺杆孔将扇形磁极冲片和端板紧固；在磁极扇形块的圆弧底面上开有螺钉孔，深度直至定位销下表面，在定位销上开有螺纹孔，深度贯穿整个定位销；M块磁极扇形块安装在隔磁套外表面，隔磁套镶嵌在转子卷筒外表面，转子卷筒、转子支架和电机轴焊接固定，紧固螺钉依次穿过转子卷筒、隔磁套、磁极扇形块上的螺钉孔和定位销上的螺纹孔，将转子卷筒、隔磁套和磁极扇形块固定连接；定转子之间气隙为非均匀气隙；相邻两磁极扇形块之间安装有永磁体，挡片紧固在相邻两磁极扇形块的对角拉紧螺杆上。

M=电机极数。

所述拉紧螺杆、挡片、隔磁套和紧固螺钉均采用非导磁材料制成。

所述磁极扇形块安装完成后，再整体对转子外表面加工，形成定转子非均匀气隙。

M块磁极扇形块均布在隔磁套外表面，相邻两磁极扇形块之间有间隙。

本发明的有益效果是：

本发明所述永磁电机用转子磁极结构，与表贴式转子磁路结构相比，有以下优点：采用切向式磁路结构，提高转子机械强度，避免由于离心力对电机转速的限制，电机转速可以做高；磁极扇形块采用冲片叠压而成，很大程度上减小转子旋转时所产生的涡流损耗，避免表贴式永磁电机转子磁钢发热退磁问题，保证了磁钢的工作性能；采用切向式磁路结构，转子磁钢加工工艺简单，大大降低磁钢加工成本，且充磁方向唯一。

本发明所述永磁电机用转子磁极结构，与传统切向式磁路结构相比，具有以下优点：将传统圆环型转子冲片分割成均等小扇形片，制造工艺简单、转子磁极安装方便，并且冲片制造公差易于控制，有效提高冲片尺寸精度；转子冲片分割后，提高冲片利用率，降低成本；转子机械结构简单，机械强度高，电机高速运行时，不会出现由于转子冲片太大而引起的转子机械变形问题；转子磁极采用分块结构，磁极分块后，磁极扇形块之间气隙与隔磁套共同隔磁，隔磁结构简单效果明显，减小永磁体漏磁，提高永磁体利用率，降低电机制造成本。

在优化电机反电势波形，削弱电机转矩脉动方面，本发明所述永磁电机用转子磁极结构采用非均匀气隙结构。转子磁极扇形块安装完成后，整体对转子外表面加工，形成非均匀气隙，改善气隙磁密波形，使电机反电势波形得到优化，降低电机转矩脉动。另外转子组装完成后，由非导磁材料拉紧螺杆与挡片构成的闭合回路，作用等同于阻尼绕组，能够有效抑制永磁电机转速超速和失步。非均匀气隙和阻尼绕组共同保证了电机运行平稳的平稳性，使电机能够满足精度要求高等平滑运行场合的需要。

在电机转子机械结构设计方面，本发明所述永磁电机用转子磁极结构巧妙，使用定位销，定位销既配合冲片上的销孔用于扇形冲片叠装导向，又用于磁极扇形块的安装紧固，定位销上钻有螺孔，通过螺钉将隔磁套和磁极扇形块固定在转子卷筒上，机械结构简单，安装方便，可靠性高。

本发明所述永磁电机用转子磁极结构制造工艺简单、机械性能可靠、实用性高，可以广泛应用于永磁电机中，有效提高了电机运行性能、可靠性和使用寿命。

附图说明：

图1为本发明的磁极扇形块示意图；

图2为本发明的转子结构示意图；

图3为本发明的局部连接剖视图；

附图标记说明：

1.拉紧螺杆、2.端板、3.扇形磁极冲片、4.螺钉孔、5.铆钉、6.磁极扇形块、7.永磁体、8.挡片、9.隔磁套、10.转子卷筒、11.紧固螺钉、12.螺杆孔、13.铆钉孔、14.定位销。15.转子支架、16.电机轴。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明所述永磁电机用转子磁极结构，是将传统圆环型转子分割成均等磁极扇形块，其磁极扇形块数与电机极数相等。转子的具体结构主要包括磁极扇形块6、永磁体7、转子卷筒10、隔磁套9及挡片8。如图1所示，其中每块磁极扇形块6主要由若干个扇形磁极冲片3顺次叠压，并在两端夹上端板2组成，扇形磁极冲片3和端板2上均冲制有用于穿铆钉5的铆钉孔13，以及用于穿拉紧螺杆1的螺杆孔12，另外扇形磁极冲片3上还冲有销孔，在叠装时，由定位销14和销孔配合导向，将若干扇形磁极冲片3顺次叠压，最后两端分别夹上端板2，用铆钉5固定成型，再穿上拉紧螺杆1，组成磁极扇形块6。磁极扇形块成型后，在磁极扇形块6圆弧底面上加工数个螺钉孔4，深度直至定位销14下表面；再在定位销14上加工螺纹孔，深度贯穿于定位销。转子卷筒10、转子支架15和电机轴16焊接固定，如图2所示，装配时，将磁极扇形块6均布在隔磁套9外表面，相邻两磁极扇形块6之间有间隙。隔磁套9镶嵌在转子卷筒10外表面，起隔磁作用，以减小永磁体漏磁；之后，在隔磁套9和转子卷筒10上沿径向加工出数个用于穿紧固螺钉11的螺钉孔，深度贯穿于转子卷筒10和隔磁套9。紧固螺钉11依次穿过转子卷筒10、隔磁套9、磁极扇形块6上的螺钉孔4和定位销14上的螺纹孔，将转子卷筒10、隔磁套9和磁极扇形块6固定连接。拉紧螺杆1、挡片8、隔磁套9和紧固螺钉11均采用非导磁材料制成。磁极扇形块6安装完成后，再整体对转子外表面加工，形成定转子非均匀气隙，以改善气隙磁密波形，提高永磁电机反电势波形正弦度，消除永磁电机转矩脉动。最后在相邻两磁极扇形块6之间嵌入永磁体7，并用螺母把挡片8紧固在相邻两磁极扇形块的对角拉紧螺杆1上，防止永磁体轴向窜动。具体连接结构如图3所示。拉紧螺杆1与挡片8构成闭合回路，作用等同于阻尼绕组，抑制转速波动，防止失步，降低振动和噪声。至此永磁电机转子磁极组装完毕。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。在本发明的构思基础上直接导出或联想到的其他改进均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种永磁电机用转子磁极结构，其特征在于：包括M块磁极扇形块（6）、永磁体（7）、挡片（8）、隔磁套（9）和转子卷筒（10），其中每块磁极扇形块（6）由若干个扇形磁极冲片（3）顺次叠压，并在两端夹上端板（2）组成，扇形磁极冲片（3）和端板（2）上均冲制有铆钉孔（13）和螺杆孔（12），另外扇形磁极冲片（3）上还冲有销孔，销孔与定位销（14）配合将扇形磁极冲片（3）固定连接，铆钉（5）穿过铆钉孔（13）将扇形磁极冲片（3）和端板（2）固定连接，拉紧螺杆（1）穿过螺杆孔（12）将扇形磁极冲片（3）和端板（2）紧固；在磁极扇形块（6）的圆弧底面上开有螺钉孔（4），深度直至定位销（14）下表面，在定位销（14）上开有螺纹孔，深度贯穿整个定位销（14）；M块磁极扇形块（6）安装在隔磁套（9）外表面，隔磁套（9）镶嵌在转子卷筒（10）外表面，转子卷筒（10）、转子支架（15）和电机轴（16）焊接固定，紧固螺钉（11）依次穿过转子卷筒（10）、隔磁套（9）、磁极扇形块（6）上的螺钉孔（4）和定位销（14）上的螺纹孔，将转子卷筒（10）、隔磁套（9）和磁极扇形块（6）固定连接；定转子之间气隙为非均匀气隙；相邻两磁极扇形块（6）之间安装有永磁体（7），挡片（8）紧固在相邻两磁极扇形块（6）的对角拉紧螺杆（1）上；

M=电机极数；

所述拉紧螺杆（1）、挡片（8）、隔磁套（9）和紧固螺钉（11）均采用非导磁材料制成；所述磁极扇形块（6）安装完成后，再整体对转子外表面加工，形成定转子非均匀气隙；

M块磁极扇形块（6）均布在隔磁套（9）外表面，相邻两磁极扇形块（6）之间有间隙。