CN102931744B - 一种表面式永磁同步直驱电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面式永磁同步直驱电机转子，包括转子轴、盲孔轴、前转子轮毂、后转子轮毂和笼形永磁体安装筒；其特征是：所述前转子轮毂和后转子轮毂分别固定套装在转子轴的前部和后部；笼形永磁体安装筒由前转子轮毂和后转子轮毂支撑，与转子轴成为一体。所述笼形永磁体安装筒，沿筒体圆周等距排布多个永磁体轴向定位槽，相邻两个永磁体轴向定位槽之间，沿轴向均开有异型孔，异型孔成“喇叭口”端面形状，且形成在所述转子的最高输出时通过笼形永磁体安装筒的磁链为稀疏磁链部位。若干永磁体布满笼形永磁体安装筒表面，永磁体由各定位键定位固定。本发明用于低速大扭矩永磁同步直驱电机中，不导致转矩降低及应力集中而能够实现转子轻量化。

Description

一种表面式永磁同步直驱电机转子

技术领域

本发明涉及一种表面式永磁同步直驱电机转子。

背景技术

中国发明专利申请文件（公开号CN102593989A）公开了《一种永磁同步直驱电机的转子结构》，为一种表面式永磁同步电机转子。该电机转子结构，减轻了转子的重量，提高了永磁体安装精度及利用率。 

如图15所示，转子0一体形成有空心结构轴1，空心结构轴的一个环形端面上均匀分布有圆孔2。空心结构轴上套有转子支架3，转子支架沿圆周开均布的孔4，转子支架上套永磁体安装环5；转子支架、永磁体安装环和空心结构轴同轴布置。永磁体安装环的圆环表面沿圆周等距排布有永磁体定位孔6。永磁体安装环的圆环两端的外沿有稍高于表面的挡板7。永磁体10安装在永磁体安装环上。定位销11插入永磁体定位孔中。转子法兰盘8固定在所述的圆孔上，转子法兰盘上沿圆周均匀开有连接负载的孔9。永磁体安装环的圆环表面等距排布有永磁体定位孔6，永磁体定位孔用于装配定位销，定位销轴向成离散排列，定位销为铝制定位销，定位销与挡板分别形成周向安装位置限位及轴向安装位置限位，用于永磁体的装配与固定。转子法兰盘固定在所述的圆孔2上，所述的圆孔均匀分布于空心结构轴的一个环形端面上，转子法兰盘上沿圆周均匀开有连接负载的孔。

这种电机转子结构，若增大永磁体安装环5的内径，则能够实现转子轻量化，但由于永磁体安装环5作为磁路发挥作用，因此当将永磁体安装环内径扩大至一定时，磁路变窄，引起磁通饱和而转矩下降。因此，在确保满足规定的输出转矩并同时实现转子轻量化时，永磁体安装环的内径扩大存在界限，因而轻量化存在界限。永磁体10安装固定方式适用于轴向单列永磁体的转子，若应用于轴向多段并列永磁体的转子中，则严重影响永磁体的装配，如永磁体定位孔6位置及数量设计不合理，则影响永磁体装配，导致永磁体之间发生相对位移，且影响永磁体安装环的导磁性能，进而严重影响电机性能。这样永磁体的转子的长度就受到一定限制，所以此种结构常用于小电机或定转子较短的电机，并不适用于大扭矩电机或转子较长的电机。

若减少转子法兰盘8的厚度，则能够实现转子的轻量化，但由于转子法兰盘作为连接负载作用，因此当转子法兰盘的厚度减少至必要以上时，转子法兰盘所能承受的应力下降，所能连接的负载减小。因此，在确保规定连接负载且能满足应力并同时实现转子的轻量化时，转子法兰盘的厚度存在界限，因而轻量化存在界限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提出了一种表面式永磁同步直驱电机转子，在不导致转矩降低及应力集中的前提下，能够实现进一步的轻量化，且与负载连接简单，永磁体安装工艺方便及精度高。

本发明一种表面式永磁同步直驱电机转子，包括转子轴、盲孔轴、前转子轮毂（以电机转子接负载的一端为前）、后转子轮毂和笼形永磁体安装筒；其特征是：所述前转子轮毂和后转子轮毂分别固定套装在转子轴的前部和后部；笼形永磁体安装筒由前转子轮毂和后转子轮毂支撑，与转子轴成为一体；

所述笼形永磁体安装筒，沿筒体圆周等距排布多个永磁体轴向定位槽，永磁体轴向定位槽中插入非导磁金属材料制成的定位键；相邻两个永磁体轴向定位槽之间，沿轴向均开有异型孔，笼形永磁体安装筒外表面上异型孔宽度小于内表面上异型孔宽度，从轴线方向观察所述异型孔的径向剖面图，异型孔成“喇叭口”端面形状，且形成在所述转子的最高输出时通过笼形永磁体安装筒的磁链为稀疏磁链部位。若干永磁体布满笼形永磁体安装筒表面，永磁体由各定位键定位固定。

永磁体安装筒两端部加工有圆环状凸台，所述永磁体卡在两圆环状凸台之间。

所述转子轴，其前端部设有盲孔，盲孔内设有键槽，用于和负载轴配合连接。因此，所述转子轴又称为盲孔轴。采用盲孔轴，使得转子轴与负载轴之间装配方便并且可靠。

所述前转子轮毂和后转子轮毂，其结构形状相同，毂面上均匀开有多个扇形孔，相邻扇形孔之间形成多个转子异型肋部；前转子轮毂和后转子轮毂，其厚度由轴心向边缘逐渐变薄，异型肋部的宽度逐渐变窄。这种结构，可以防止应力集中，进一步减轻肋部重量，进而进一步减轻转子重量。

本发明可以广泛用于低速大扭矩永磁同步直驱电机中，不导致转矩降低及应力集中而能够实现转子的进一步轻量化，省去轴伸端、连接负载用联轴器及转子法兰盘，简化转子结构，减少成本，提高电机响应速度，改善电机性能。

附图说明

图1是本发明表面式永磁同步直驱电机转子立体示意图（未安装永磁体）。

图2是本发明表面式永磁同步直驱电机转子的转子轴立体示意图。

图3是本发明表面式永磁同步直驱电机转子的转子轴局剖图。

图4是本发明表面式永磁同步直驱电机转子的前转子轮毂和后转子轮毂立体示意图。

图5是本发明表面式永磁同步直驱电机转子的前转子轮毂和后转子轮毂的侧视图。

图6是本发明表面式永磁同步直驱电机转子的前转子轮毂和后转子轮毂正视图。

图7是本发明表面式永磁同步直驱电机转子的前转子轮毂和后转子轮毂的剖面图。

图8是本发明表面式永磁同步直驱电机转子的笼形永磁体安装筒立体示意图。

图9是本发明表面式永磁同步直驱电机转子的笼形永磁体安装筒断面图。

图10是本发明表面式永磁同步直驱电机转子立体示意图（局部有永磁体安装示意）。

图11表示的是线圈未通电时，本发明转子的永磁体产生的磁链示意图。

图12表示的是低负荷相应的电流通过线圈时，本发明转子的磁链示意图。在该情况下，不仅有转子的永磁体产生的磁链，还有q轴电流（产生转矩的电流）的磁链，此时，稀疏磁链部位L向旋转方向前侧移动。

图13表示的是高负荷相应的电流通过线圈时，本发明转子的磁链示意图。在该情况下，由于q轴电流产生的磁链的影响度变高，因此稀疏磁链部位L进一步向旋转方向前侧移动。但是，稀疏磁链部位L即使在与最大负荷相应的电流流过线圈的情况下，也不会移动到永磁体周向定位槽之间的转子铁心处之外的位置。

图14是在高负荷时具有稀疏磁链部位L的磁链示意图，可知在高负荷时，磁链可以沿异型孔形状通过。

图15是现有技术的电机转子立体示意图。

具体实施方式

以下，参照图1至图14，对本发明涉及的表面式永磁同步直驱电机转子进行详细说明。

图1为表面式永磁同步直驱电机转子构成图。如图1所示，该转子具备：盲孔轴101。在所述盲孔轴101套有前转子轮毂102和后转子轮毂（未显示）。如图4、5、6、7所示，前、后转子轮毂结构形状形同，沿圆周均匀开有10个扇形孔103；在所述前、后转子轮毂上套有笼形永磁体安装筒104，笼形永磁体安装筒104两端的外沿加工有圆环状凸台105，表面上开有24个永磁体轴向定位槽108，永磁体轴向定位槽108嵌入24个轴向定位键109。

图2、3为盲孔轴101的示意图，如图2、3所示，盲孔轴101的盲孔内开有两个键槽106，未图示负载轴装入盲孔轴101的盲孔中，省去轴伸端及连接负载用联轴器，与比较例比较，省去转子法兰盘，简化转子结构，减轻转子重量及系统惯量，减少成本。

图4、5、6、7分别为前、后转子轮毂结构示意图，转子轮毂沿圆周均匀开有10个扇形孔103，相邻扇形孔之间形成10个转子异型肋部107，转子异型肋部107沿径向随着半径的增加，异型肋部107的厚度及宽度逐渐减少，防止应力集中，减轻肋部107重量，进而减轻转子重量。

图8、9为笼形永磁体安装筒104结构示意图，如图8、9所示，在所述笼形永磁体安装筒104圆周表面上沿圆周等距排布24个永磁体轴向定位槽108，用于定位键109的装配，位于各相邻两个永磁体轴向定位槽108之间，沿轴向开有三个异型孔110，笼形永磁体安装筒104外表面上异型孔110宽度小于内表面上异型孔110宽度，从轴线方向观察，所述异型孔110的径向剖面图，如图9所示，异型孔110成“喇叭口”形状，且形成在所述转子的最高输出时通过笼形永磁体安装筒104的磁链为稀疏磁链部位L，采用此种方法可以不导致转矩降低而能够实现转子的轻量化，因而能够相应地比比较例中的永磁体安装环轻，减轻转子重量，提高电机响应速度。

接下来研究异型孔110产生机理。

图11至图13是表示不具有异型孔110的转子组装于定子时的磁链进行解析的图，图中细线表示磁链。图中，标记200是定子，线圈202卷绕于多个齿201。转子300配置在定子200的内侧，转子铁心301及永磁体302构成转子300，在向线圈202通电所产生的旋转磁场的作用下绕图中逆时针方向旋转。

图11表示线圈202未通电时，在该情况下，仅有转子300的永磁体302产生的磁链。并且，在转子300的转子铁心301的内周面与永磁体302的周向中央对应的部位上产生稀疏磁链部位L。

图12表示低负荷相应的电流流过线圈202时，在该情况下，不仅有转子300的永磁体302产生的磁链，还有q轴电流（产生转矩的电流）的磁链，此时，稀疏磁链部位L向旋转方向前侧移动。

图13表示高负荷相应的电流流过线圈202时，在该情况下，由于q轴电流产生的磁链的影响度变高，因此稀疏磁链部位L进一步向旋转方向前侧移动。但是，稀疏磁链部位L即使在与最大负荷相应的电流流过线圈202的情况下，也不会移动到永磁体轴向定位槽108之间的转子铁心301处之外的位置。

因此，在转子铁心301的内周面与外周面之间产生几乎未被利用作为磁路的稀疏磁链部位L。因此，只要在保证高密度磁链部位H不产生磁路饱和现象，确认转子铁心301的径向长度，则即使切去稀疏磁链部位L，也不会引起转矩降低，而能够实现转子的进一步轻量化。  

图14是在高负荷时具有稀疏磁链部位L的磁链示意图，可知在高负荷时，磁链可以沿异型孔110形状通过。

需要说明的是，通过实验确认了即使转子铁心存在异型孔110，也不会对电机转矩和磁性能等造成坏影响。

图10为安装了永磁体302及定位键109后的表面式永磁同步直驱电机转子结构示意图。如图8和图10所示，定位键109装入图8所示笼形永磁体安装筒104圆环表面上的永磁体轴向定位槽108中，凸台105和定位键109用于永磁体302的周向及轴向定位。定位键109表面涂高强度结构胶，做防脱处理，定位键109为非导磁金属材料，定位键109突出笼形永磁体安装筒104圆环表面，不高于永磁体302的外表面。永磁体302装配时，笼形永磁体安装筒104圆环表面上涂有高强度结构胶，7片永磁体302沿定位键109轴向依次装配。与现有技术比较，此安装方式即适用于单列永磁体的转子，更加适用于轴向多段并列永磁体的转子中，广泛应用于低速大扭矩电机或转子较长的电机。采用此种方式安装永磁体，工艺简单，定位精度高，充分发挥永磁体的性能。

需要说明的是，本发明并不局限于上述的实施例。例如，键槽106的类型及数量不局限于实施例的形状及数量。而且，肋部107、定位槽108、异型孔110及永磁体302个数及形状也分别不局限于实施例的个数及形状。

Claims (4)

1.一种表面式永磁同步直驱电机转子，包括转子轴、盲孔轴、前转子轮毂、后转子轮毂和笼形永磁体安装筒；其特征是：所述前转子轮毂和后转子轮毂分别固定套装在转子轴的前部和后部；笼形永磁体安装筒由前转子轮毂和后转子轮毂支撑，与转子轴成为一体；

所述笼形永磁体安装筒，沿筒体圆周等距排布多个永磁体轴向定位槽，永磁体轴向定位槽中插入非导磁金属材料制成的定位键；相邻两个永磁体轴向定位槽之间，沿轴向均开有异型孔，笼形永磁体安装筒外表面上异型孔宽度小于内表面上异型孔宽度；若干永磁体布满笼形永磁体安装筒表面，永磁体由各定位键定位固定。

2.根据权利要求1所述一种表面式永磁同步直驱电机转子，其特征是：所述永磁体安装筒两端部加工有圆环状凸台，所述永磁体卡在两圆环状凸台之间。

3.根据权利要求1所述一种表面式永磁同步直驱电机转子，其特征是：所述转子轴，其前端部设有盲孔，盲孔内设有键槽。

4.根据权利要求1所述一种表面式永磁同步直驱电机转子，其特征是：所述前转子轮毂和后转子轮毂，其结构形状相同，毂面上均匀开有多个扇形孔，相邻扇形孔之间形成多个转子异型肋部；前转子轮毂和后转子轮毂，其厚度由轴心向边缘逐渐变薄，异型肋部的宽度逐渐变窄。