CN102570665A

CN102570665A - 径向式永磁同步电机转子结构

Info

Publication number: CN102570665A
Application number: CN2012100196215A
Authority: CN
Inventors: 马子魁; 方攸同; 黄晓艳; 马吉恩; 卢琴芬; 张建承; 陈威
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-01-22
Filing date: 2012-01-22
Publication date: 2012-07-11

Abstract

径向式永磁同步电机转子结构，包括转轴，转子铁心，永磁体，转子极靴，和左端板和右端板；两个端板之间设有多个由非导磁材料制成的转子隔板，转子极靴之间相互独立，转子极靴与转子隔板间隔分布，转子隔板将转子沿轴向分隔为多个转子单元，每个转子单元中转子极靴的两个端面分别与相邻的转子隔板的端面贴紧，每个转子单元中一个转子极靴对应于一个永磁体；转子隔板上设有允许转子铁心和永磁体贯穿的通孔，左端板、转子极靴、转子隔板和右端板贯穿有拉紧螺栓，拉紧螺栓在轴向锁紧左右端板和左右端板之间的转子极靴与转子隔板。本发明具有机械强度高，适用于高速旋转电机的优点。

Description

径向式永磁同步电机转子结构

技术领域

本发明涉及一种径向式永磁同步电机的转子结构，尤其涉及一种用于高速铁路列车永磁牵引电机的永磁体内置径向式永磁电机转子。

背景技术

电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为了在电机内部建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场，可以有两种方法。一种是在电机绕组内通以电流来产生磁场，例如普通的直流电机和同步电机。这种电励磁的电机既需要有专门的绕组和相应的装置，又需要不断提供给能量以维持电流流动；另一种是由永磁体产生磁场。由于永磁材料的固有特性，它经过预先磁化（充磁）以后，不再需要外加能量就能在其周围空间建立磁场，即所谓的永磁电机。

与传统励磁电机相比，永磁同步电机具有结构简单、损耗小、功率因数高、效率高、功率密度高、起动力矩大、温升低、轻量化等显著特点。随着稀土永磁材料（特别是钕铁硼永磁材料）磁性能的不断提高和完善以及价格的逐步降低，永磁电机研究开发逐步成熟，使永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面获得了越来越广泛的应用。

永磁同步电机是依靠安装在转子上的永久磁铁产生磁场的电动机，定子结构与普通同/异步电动机基本相同，即由硅钢片叠压构成的定子铁心和嵌在定子铁心槽内的定子线圈组成，定子线圈的连接使三相交流电产生旋转磁场。转子由转子铁心和永磁体构成，这是永磁电机与其他类型电机的主要区别，转子磁路结构是永磁电机的关键技术所在。转子磁路结构不同，则电动机的运行性能、控制策略、制造工艺和使用场合也不同。

按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电机的转子磁路一般可分为表面式、内置式和爪极式等三种。表面式转子磁路结构简单、制造成本低，但转子表面无法安放启动绕组，因而无异步启动能力。内置式转子的永磁体位于转子内部，按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内置式转子磁路结构又可分为径向式、切向式和混合式三种。与表面式转子相比，永磁体内置式转子可对机械强度较低的永磁体进行保护。

但上述类型的转子均存在机械强度不足、转子表面涡流损耗严重等缺点，无法满足高转速、大功率、大直径永磁牵引电机转子的要求。

中国专利申请201010513307.3号披露了一种大功率永磁电机转子，采用永磁体内嵌式结构，转子由沿轴向的至少两个转子单元构成，每个转子单元相邻两极永磁体之间的铁心上开设有沿转子轴向的隔磁凹槽，相邻的转子单元之间设有不导磁材料制成的隔板，转子单元两端设有端板，至少两个转子单元通过轴向定位拉紧螺栓进行固定。

这种永磁电机转子存在以下缺点：1、转子极靴受到的离心力由端板、隔板和定位拉紧螺栓共同承担，也就是说固定转子单元的定位拉紧螺栓需要承受弯矩，当转子高速旋转时，离心力很大，容易造成定位拉紧螺栓被离心力折弯，也就是说，该转子不适用于高速旋转的电机。2、虽然在铁心开设有隔磁凹槽，但是相邻的永磁体之间的铁心仍然存在连接部分，相邻两极的永磁体磁场容易通过永磁体之间铁心的连接部分直接连通而造成漏磁，也就是说，该结构无法避免漏磁且漏磁严重。3、隔板设置于相邻的两个转子单元之间，隔板的厚度占用了转子沿轴向的有效长度；当转子采用的转子单元的数目较多且转子隔板较厚时，转子的有效长度将急剧减小，从而影响转子的电磁性能。

发明内容

为克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种机械强度高，适用于高速旋转电机的径向式永磁同步电机转子结构。

径向式永磁同步电机转子结构，包括转轴，固定于转轴的转子铁心，套置于转子铁心外的永磁体，位于永磁体外用于合理分布磁场并对永磁体起到保护作用的转子极靴，和分别位于转子铁心两端的左端板和右端板；

其特征在于：两个端板之间设有多个由非导磁材料制成的转子隔板，转子极靴之间相互独立，转子极靴与转子隔板间隔分布，转子隔板将转子沿轴向分隔为多个转子单元，每个转子单元中转子极靴的两个端面分别与相邻的转子隔板的端面贴紧，每个转子单元中一个转子极靴对应于一个永磁体；转子隔板上设有允许转子铁心和永磁体贯穿的通孔，左端板、转子极靴、转子隔板和右端板贯穿有拉紧螺栓，拉紧螺栓沿轴向锁紧左右端板和左右端板之间的转子极靴与转子隔板。

进一步，永磁体紧贴转子铁心，转子极靴紧贴对应的永磁体；转子隔板上设有与转子铁心适配的铁心通孔，铁心通孔的边缘设有与永磁体对应并允许永磁体穿过的磁体通孔，永磁体被限制在转子铁心和转子隔板限制在磁体通孔内。

进一步，左端板、右端板、转子极靴和转子隔板上均设有允许拉紧螺栓穿过的安装通孔，左、右端板、转子极靴和转子隔板上的通孔分别对位形成允许拉紧螺栓贯穿的安装通道。

本发明的技术构思是：沿转子结构的轴向用转子隔板将转子结构分隔为多个转子单元，相邻的转子单元的转子极靴通过转子隔板隔磁，同一个转子单元内，转子极靴相互独立而不会相互连通，从而避免了漏磁现象的发生。转子结构依靠拉紧螺栓锁紧，转子极靴的两个端面分别贴紧于两个转子隔板，依靠转子极靴与转子隔板之间的摩擦力还克服转子结构高速旋转时转子极靴和永磁体受到的离心力。依靠调节拉紧螺栓的锁紧力来调节转子极靴与转子隔板之间的摩擦力，拉紧螺栓只需要承受轴向的拉力而无需承受由于离心力而产生的弯矩，拉紧螺栓不容易被折断，转子结构的使用寿命长。

本发明的有益效果是：1、依靠转子极靴与隔板之间的摩擦力来克服转子结构旋转时的离心力，拉紧螺栓不受弯矩、不易折断，转子结构的使用寿命长。2、永磁体和转子铁心分别贯穿转子隔板，即转子隔板的厚度不占用转子结构的轴向有效长度。3、转子极靴之间相互独立，避免发生漏磁现象。

附图说明

图1是永磁体内置径向式永磁电机转子结构的示意图。

图2是以永磁体内置径向式永磁电机转子隔板作为剖切面得到的转子横截面剖视图。

图3是以永磁体内置径向式永磁电机转子极靴作为剖切面得到的转子横截面剖视图。

图4是永磁体内置径向式永磁电机转子隔板结构和永磁体定位面示意图。

图5是永磁体内置径向式永磁电机转子磁路分析示意图。

图6是永磁体内置径向式永磁电机转子分解示意图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

如图1所示，径向式永磁同步电机转子结构，包括转轴1，固定于转轴1的转子铁心9，转子铁心9与转轴1键连接，套置于转子铁心9外的永磁体8，位于永磁体8外的转子极靴6，和分别位于转子铁心9两端的左端板51和右端板52；

两个端板51、52之间设有多个由非导磁材料制成的转子隔板7，转子极靴6之间相互独立，转子极靴6与转子隔板7间隔分布，转子隔板7将转子沿轴向分隔为多个转子单元，每个转子单元中转子极靴6的两个端面分别与相邻的转子隔板7的端面贴紧，每个转子单元中一个转子极靴6对应于一个永磁体6；转子隔板7上设有允许转子铁心9和永磁体8贯穿的通孔，左端板51、转子极靴6、转子隔板7和右端板52贯穿有拉紧螺栓2，拉紧螺栓2在轴向锁紧左右端板51、52和左右端板51、52之间的转子极靴6与转子隔板7。

永磁体8由铝镍钴、铁氧体、稀土等永磁材料制成，用于产生转子磁场。转子极靴6由铁磁物质如硅钢片叠合而成，用于合理分布磁场，并可对永磁体8起到保护作用。转子隔板7和左端板51及右端板52均由非导磁或导磁率非常低的高强度奥氏体不锈钢等材料制成，用于承受转子极靴6和永磁体8在转子转动时的离心力。转子铁心9采用铁磁材料制成，其结构可采用整体式，也可采用贴片式，用于在两相邻永磁体8之间构成磁场回路。拉紧螺栓2采用高强度奥氏体不锈钢材料制成，将转子极靴6、左端板5、右端板52和转子隔板7联接为一体。

永磁体8紧贴转子铁心9，转子极靴6紧贴对应的永磁体8；转子隔板7上设有与转子铁心9适配的铁心通孔71，铁心通孔71的边缘设有与永磁体8对应并允许永磁体8穿过的磁体通孔72，永磁体8被转子铁心9和转子隔板7限制在磁体通孔72内。

转子铁心9、永磁体8和转子极靴6之间的位置关系如图4所示。永磁体8的内表面紧贴在转子铁心9之上，永磁体8的内表面则紧贴在转子极靴6的内表面之上。永磁体8受到的离心力由永磁体8和转子极靴6之间的接触面传递到转子极靴6之上。转子极靴6由沿转子轴向布置的硅钢片叠合而成，并在拉紧螺栓2的轴向拉力作用下紧紧顶靠在转子隔板7和左端板51及右端板52之上。

转子隔板7结构如图2和图4所示。转子隔板7的内表面1′用于承受永磁体受到的离心力；转子隔板7的内表面2′与转子铁心9的外表面相接触，用于转子隔板7自身相对转子轴线的径向位置；转子隔板7的两内侧表面3′分别与永磁体8的两外侧表面相接触，用于永磁体8绕转子结构的轴线的轴向定位，并用于传递永磁体8受到的磁场扭矩。转子隔板7与极靴6之间存在摩擦，从而在拉紧螺栓2的拉力作用下将永磁体8和极靴6受到的离心力传递到转子隔板7之上。

左端板51、右端板52、转子极靴6和转子隔板7上均设有允许拉紧螺栓2穿过的安装通孔，左、右端板51、52、转子极靴6和转子隔板7上的通孔分别对位形成允许拉紧螺栓2贯穿的安装通道。拉紧螺栓2依次穿过左端板、转子极靴6、转子隔板7和右端板5，并采用紧固螺母3将拉紧螺栓2固定在左端板和右端板上。紧固螺母3与端板5之间装有放松垫圈4，以防止紧固螺母3在转子运转情况下发生松脱。

本发明的技术构思是：沿转子结构的轴向用转子隔板7将转子结构分隔为多个转子单元，相邻的转子单元的转子极靴6通过转子隔板7隔磁，同一个转子单元内，转子极靴6相互独立而不会相互连通，从而避免了漏磁现象的发生。转子结构依靠拉紧螺栓2锁紧，转子极靴6的两个端面分别贴紧于两个转子隔板7，依靠转子极靴6与转子隔板7之间的摩擦力还克服转子结构高速旋转时转子极靴6和永磁体8受到的离心力。依靠调节拉紧螺栓2的锁紧力来调节转子极靴6与转子隔板7之间的摩擦力，拉紧螺栓2只需要承受轴向的拉力而无需承受由于离心力而产生的弯矩，拉紧螺栓2不容易被折断，转子结构的使用寿命长。

本发明的有益效果是：1、依靠转子极靴与隔板之间的摩擦力来克服转子结构旋转时的离心力，拉紧螺栓不受弯矩、不易折断，转子结构的使用寿命长。2、永磁体和转子铁心分别贯穿转子隔板，即转子隔板的厚度不占用转子结构的轴向长度。3、转子极靴之间相互独立，避免发生漏磁现象。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims

1.径向式永磁同步电机转子结构，包括转轴，固定于转轴的转子铁心，套置于转子铁心外的永磁体，位于永磁体外用于合理分布磁场并对永磁体起到保护作用的转子极靴，和分别位于转子铁心两端的左端板和右端板；

其特征在于：两个端板之间设有多个由非导磁材料制成的转子隔板，转子极靴之间相互独立，转子极靴与转子隔板间隔分布，转子隔板将转子沿轴向分隔为多个转子单元，每个转子单元中转子极靴的两个端面分别与相邻的转子隔板的端面贴紧，每个转子单元中一个转子极靴对应于一个永磁体；转子隔板上设有允许转子铁心和永磁体贯穿的通孔，左端板、转子极靴、转子隔板和右端板贯穿有拉紧螺栓，拉紧螺栓在轴向锁紧左右端板和左右端板之间的转子极靴与转子隔板。

2.如权利要求1所述的径向式永磁同步电机转子结构，其特征在于：永磁体紧贴转子铁心，转子极靴紧贴对应的永磁体；转子隔板上设有与转子铁心适配的铁心通孔，铁心通孔的边缘设有与永磁体对应并允许永磁体穿过的磁体通孔，永磁体被限制在转子铁心和转子隔板限制在磁体通孔内。

3.如权利要求1或2所述的径向式永磁同步电机转子结构，其特征在于：左端板、右端板、转子极靴和转子隔板上均设有允许拉紧螺栓穿过的安装螺孔，左、右端板、转子极靴和转子隔板上的螺孔分别对位形成允许拉紧螺栓贯穿的安装通道。