CN104009565B - 带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是解决永磁同步电机的电磁性能和机械强度不能兼顾的问题。一种带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统，包括转子铁芯、永磁体条和转轴，所述转子铁芯的轴向开有一个中心轴孔和若干永磁体槽，所述永磁体槽分布在中心轴孔的周围。还包括螺杆、轴套和横梁。所述转子铁芯上具有若干个横梁槽和若干个螺杆孔。所述轴套是空心的圆柱体。所述圆柱体的侧壁上开有若干供螺杆穿出的通孔。所述横梁上具有供螺杆的一端旋入的螺纹孔。将所述轴套插入中心轴孔、横梁插入横梁槽后，让螺杆的一端先穿过通孔，再穿过螺杆孔，最后旋入横梁槽上的螺纹孔中。

Description

带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统

技术领域

本发明涉及属于电机设计制造的技术领域，具体地说，是一种适用于高速大功率内置式永磁同步电机的转子支撑系统。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单、运行可靠性高、功率密度大、电机的形状和尺寸灵活多样等多种显著优点。符合节能减排的经济发展需要，它不仅可以部分替代传统的电励磁电机，而且可以实现电励磁电机难以达到的高效率，在离心压缩机、航空航天、高速电主轴、新能源发电及分布式供电系统等高速直接驱动领域具有广阔的应用前景。

永磁同步电机具有优越性能的同时也存在新的问题。但在高速大功率场合，转子容易受外力而结构发生形变甚至破坏。特别是在隔磁桥等这些薄弱的位置，极容易在高速运行过程中断裂破坏，产生严重的后果。

由于存在上述问题，为保证其机械强度，现有的技术中隔磁桥的厚度往往不能够做得太薄。但是，在内置式永磁同步电机中，较厚的隔磁桥会导致永磁材料利用率过低、漏磁系数过大。影响电机的电磁性能。

发明内容

本发明的目的是解决永磁同步电机的电磁性能和机械强度不能兼顾的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统，包括转子铁芯、永磁体条和转轴，所述转子铁芯的轴向开有一个中心轴孔和若干永磁体槽，所述永磁体槽分布在中心轴孔的周围。

还包括螺杆、轴套和横梁。

所述转子铁芯上具有若干个供横梁插入的横梁槽和若干个供螺杆穿过的螺杆孔。

若干个所述横梁槽分布在永磁体槽的外侧。所述螺杆孔贯穿中心轴孔、永磁体槽和横梁槽。

所述螺杆孔的一端开口在中心轴孔的孔壁上、另一端开口在横梁槽的槽壁上。

所述轴套是空心的圆柱体。所述圆柱体的侧壁上开有若干供螺杆穿出的通孔。

所述横梁上具有供螺杆的一端旋入的螺纹孔。

将所述轴套插入中心轴孔、横梁插入横梁槽后，让螺杆的一端先穿过通孔、再穿过螺杆孔、最后旋入横梁槽上的螺纹孔中。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统，包括转子铁芯、永磁体条和转轴，所述转子铁芯的轴向开有一个中心轴孔和若干永磁体槽，所述永磁体槽分布在中心孔的周围。

还包括螺杆、横梁和燕尾榫。

所述转子铁芯上具有若干个供横梁插入的横梁槽和若干个供螺杆穿过的螺杆孔。

若干个所述横梁槽分布在永磁体槽的外侧。所述螺杆孔贯穿中心轴孔、永磁体槽和横梁槽。

所述螺杆孔的一端开口在中心轴孔的孔壁上、另一端开口在横梁槽的槽壁上。

所述螺杆的尾端连接燕尾榫。

所述转轴的外表面的圆周上，开有若干燕尾槽。

所述横梁上具有供螺杆的一端旋入的螺纹孔。

将所述横梁插入横梁槽后，让螺杆的首端先穿过燕尾榫的通孔中，然后穿过螺杆孔后，最后旋入横梁槽上的螺纹孔中。

所述螺杆的尾端的燕尾榫留在中心轴孔内。将所述转轴插入中心轴孔内，使得所述螺杆尾端的燕尾榫嵌入转轴上的燕尾槽中。

进一步，所述转子铁芯由若干硅钢片Ⅰ和若干硅钢片Ⅱ叠压而成。

所述硅钢片Ⅰ的中央具有供转轴穿过的中心轴孔。所述硅钢片Ⅰ的轴孔周围，分布着若干供永磁体条穿过的永磁体槽。所述永磁体槽的外侧具有供横梁穿过的横梁槽。

所述硅钢片Ⅱ的中央具有供转轴穿过的中心轴孔。所述硅钢片Ⅱ的轴孔周围，分布着若干供永磁体条穿过的永磁体槽。所述永磁体槽的外侧具有供横梁穿过的横梁槽。所述硅钢片Ⅱ上还具有螺杆槽。所述螺杆槽的一端开口在所述轴孔的圆周上、另一端开口在所述横梁槽之中。若干所述硅钢片Ⅱ叠压后，若干所述硅钢片Ⅱ的螺杆槽组合而成供螺杆穿过的螺杆孔。

进一步，所述横梁为导磁材料，螺杆为不导磁材料。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

1)加强筋和隔磁桥共同承担转子高速转动而产生的离心力，保护了转子极靴不因受力过大而变形；

2)在加强筋的辅助受力下，转子上隔磁桥的厚度可以做到较小值，使通过隔磁桥部位磁通达到饱和来起限制漏磁的作用，提高了电机电磁性能；

3)横梁具有导磁性能，螺杆具有不导磁性能，在保证电机安全正常运行的前提下，使电机同时满足结构强度和电磁性能的双重要求；

4)只需在传统转子铁芯上做出横梁槽与螺杆孔，该结构工可行；

5)经过有限元仿真计算，带加强筋的内置式永磁转子能够满足机械结构强度要求且裕量大大增加，电磁性能得到进一步提高，更适合在大功率高转速场合可靠运行。

附图说明

图1是转子铁芯结构截面图；

图2是图1的转子铁芯结构截面图；

图3是A部分是硅钢片Ⅰ结构，B部分是硅钢片Ⅱ(螺孔处)结构；

图4是横梁和螺杆(加强筋)结构；

图5是实施例1的轴套装配方式；

图6是实施例1的截面图；

图7是实施例2的榫卯装配方式；

图8是实施例2的榫头结构；

图9是实施例2的截面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1和图6，一种带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统。如现有电机转子，该电机转子包括转子铁芯3、永磁体条和转轴8，所述转子铁芯3的轴向开有一个中心轴孔和若干永磁体槽2。实施例中，所述永磁体槽2的横截面为“V”形，均匀分布在中心轴孔的周围。所述永磁体槽2与转子铁芯3的外壁之间的部分称为隔磁桥。

还包括螺杆7、轴套11和横梁6。

所述转子铁芯3上具有若干个供横梁6插入的横梁槽1和若干个供螺杆7穿过的螺杆孔4。

若干个所述横梁槽1分布在永磁体槽2的外侧。所述螺杆孔4贯穿中心轴孔、永磁体槽2和横梁槽1。实施例中，所述“V”形永磁体槽2的封闭侧(内侧，字母V的下端)面向中心轴孔、开口侧(外侧，字母V的上端)面向转子铁芯3的外壁。所述横梁槽1位于“V”形永磁体槽2与转子铁芯3的外壁之间。

所述螺杆孔4的一端开口在中心轴孔的孔壁上、另一端开口在横梁槽1的槽壁上。实施例中，所述螺杆孔4均匀分布在中心轴孔的孔壁上。

所述轴套11是空心的圆柱体。所述圆柱体的侧壁上开有若干供螺杆7穿出的通孔13。所述轴套11的两端敞口、用以插入转轴8。

所述横梁6上具有供螺杆7的一端旋入的螺纹孔。

将所述轴套11插入中心轴孔、横梁6插入横梁槽1后，让螺杆7的一端先穿过通孔13、再穿过螺杆孔4、最后旋入横梁槽1上的螺纹孔中。

实施例中，可以减小隔磁桥的厚度，从而达到限制漏磁的效果。特别是采用了“V”形永磁体槽2的设计，可以使得“V”形的开口侧的尖端与转子铁芯3的外壁之间尽可能地薄，及其有效地限制漏磁。同时，“V”形的开口侧内部的空间可以加工出横梁槽1，用以容纳横梁6。横梁6的作用如前所述，保证了转子铁芯3的薄弱处不会变型或断裂。因此，本实施例在保证转子机械强度的基础上，提高了电机的电磁性能。

实施例2：

参见图1和图9，一种带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统，包括转子铁芯3、永磁体条和转轴8，所述转子铁芯3的轴向开有一个中心轴孔和若干永磁体槽2，所述永磁体槽分布在中心孔的周围。实施例中，所述永磁体槽2的横截面为“V”形，均匀分布在中心轴孔的周围。所述永磁体槽2与转子铁芯3的外壁之间的部分称为隔磁桥。

还包括螺杆7、横梁6和燕尾榫12。

所述转子铁芯3上具有若干个供横梁6插入的横梁槽1和若干个供螺杆7穿过的螺杆孔4。

若干个所述横梁槽1分布在永磁体槽2的外侧。所述螺杆孔4贯穿中心轴孔、永磁体槽2和横梁槽1。实施例中，所述“V”形永磁体槽2的封闭侧(内侧)面向中心轴孔、开口侧(外侧)面向转子铁芯3的外壁。所述横梁槽1位于“V”形永磁体槽2与转子铁芯3的外壁之间。

所述螺杆孔4的一端开口在中心轴孔的孔壁上、另一端开口在横梁槽1的槽壁上。实施例中，所述螺杆孔4均匀分布在中心轴孔的孔壁上。

所述螺杆7的尾端连接燕尾榫12。

所述转轴8的外表面的圆周上，开有若干燕尾槽14。

所述横梁6上具有供螺杆7的一端旋入的螺纹孔。

将所述横梁6插入横梁槽1后，让螺杆7的首端先穿过燕尾榫12，然后穿过螺杆孔4后，最后旋入横梁槽1上的螺纹孔中。

所述螺杆7的尾端和燕尾榫12留在中心轴孔内。将所述转轴8插入中心轴孔内，使得所述的燕尾榫12嵌入转轴8上的燕尾槽14中。

实施例中，可以减小隔磁桥的厚度，从而达到限制漏磁的效果。在保证转子机械强度的基础上，提高了电机的电磁性能。

实施例3：

本实施例的主要结构同实施例1或2，所述转子铁芯3由若干硅钢片Ⅰ和若干硅钢片Ⅱ叠压而成。

所述硅钢片Ⅰ的中央具有供转轴8穿过的中心轴孔。所述硅钢片Ⅰ的轴孔周围，分布着若干供永磁体条穿过的永磁体槽2。所述永磁体槽2的外侧具有供横梁6穿过的横梁槽1。

所述硅钢片Ⅱ的中央具有供转轴8穿过的中心轴孔。所述硅钢片Ⅱ的轴孔周围，分布着若干供永磁体条穿过的永磁体槽2。所述永磁体槽2的外侧具有供横梁6穿过的横梁槽1。所述硅钢片Ⅱ上还具有螺杆槽。所述螺杆槽的一端开口在所述轴孔的圆周上、另一端开口在所述横梁槽1之中。

由硅钢片Ⅰ和硅钢片Ⅱ叠压成转子铁芯3后，由这些硅钢片Ⅰ和硅钢片Ⅱ上的中心轴孔、永磁体槽2和横梁槽1组成转子铁芯3的中心轴孔、永磁体槽2和横梁槽1。若干所述硅钢片Ⅱ叠压后，若干所述硅钢片Ⅱ的螺杆槽组合而成供螺杆7穿过的螺杆孔4。

实施例4：

本实施例的主要结构同实施例1或2，进一步，所述横梁6为导磁材料，螺杆7为不导磁材料。

Claims (4)

1.一种带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统，包括转子铁芯(3)、永磁体条和转轴(8)；所述转子铁芯(3)的轴向开有一个中心轴孔和若干永磁体槽(2)，所述永磁体槽分布在中心轴孔的周围；

其特征在于：还包括螺杆(7)、轴套(11)和横梁(6)；

所述转子铁芯(3)上具有若干个供横梁(6)插入的横梁槽(1)和若干个供螺杆(7)穿过的螺杆孔(4)；

若干个所述横梁槽(1)分布在永磁体槽(2)的外侧；所述螺杆孔(4)贯穿中心轴孔、永磁体槽(2)和横梁槽(1)；

所述螺杆孔(4)的一端开口在中心轴孔的孔壁上、另一端开口在横梁槽(1)的槽壁上；

所述轴套(11)是空心的圆柱体；所述圆柱体的侧壁上开有若干供螺杆(7)穿出的通孔(13)；

所述横梁(6)上具有供螺杆(7)的一端旋入的螺纹孔；

将所述轴套(11)插入中心轴孔、横梁(6)插入横梁槽(1)后，让螺杆(7)的一端先穿过通孔(13)、再穿过螺杆孔(4)、最后旋入横梁(6)上的螺纹孔中。

2.一种带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统，包括转子铁芯(3)、永磁体条和转轴(8)，所述转子铁芯(3)的轴向开有一个中心轴孔和若干永磁体槽(2)，所述永磁体槽(2)分布在中心轴孔的周围；

其特征在于：还包括螺杆(7)、横梁(6)和燕尾榫(12)；

所述转子铁芯(3)上具有若干个供横梁(6)插入的横梁槽(1)和若干个供螺杆(7)穿过的螺杆孔(4)；

若干个所述横梁槽(1)分布在永磁体槽(2)的外侧；所述螺杆孔(4)贯穿中心轴孔、永磁体槽(2)和横梁槽(1)；

所述螺杆孔(4)的一端开口在中心轴孔的孔壁上、另一端开口在横梁槽(1)的槽壁上；

所述燕尾榫(12)上开有通孔(13)；

所述螺杆(7)穿入燕尾榫(12)上的通孔(13)，燕尾榫(12)与螺杆(7)尾端连接；

所述转轴(8)的外表面的圆周上，开有若干燕尾槽(14)；

所述横梁(6)上具有供螺杆(7)的一端旋入的螺纹孔；

将所述横梁(6)插入横梁槽(1)后，让螺杆(7)的首端先穿过燕尾榫(12)上的通孔(13)，然后穿过螺杆孔(4)后，旋入横梁槽(1)上的螺纹孔中；

所述螺杆(7)的尾端的燕尾榫(12)留在中心轴孔内；将所述转轴(8)插入中心轴孔内，使得所述燕尾榫(12)嵌入转轴(8)上的燕尾槽(14)中。

3.根据权利要求1或2所述的一种带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统，其特征在于：

所述转子铁芯(3)由若干硅钢片Ⅰ和若干硅钢片Ⅱ叠压而成；

所述硅钢片Ⅰ的中央具有供转轴(8)穿过的中心轴孔；所述硅钢片Ⅰ的中心轴孔周围，分布着若干供永磁体条穿过的永磁体槽(2)；所述永磁体槽(2)的外侧具有供横梁(6)穿过的横梁槽(1)；

所述硅钢片Ⅱ的中央具有供转轴(8)穿过的中心轴孔；所述硅钢片Ⅱ的中心轴孔周围，分布着若干供永磁体条穿过的永磁体槽(2)；所述永磁体槽(2)的外侧具有供横梁(6)穿过的横梁槽(1)；所述硅钢片Ⅱ上还具有螺杆槽；所述螺杆槽的一端开口在所述中心轴孔的圆周上、另一端开口在所述横梁槽(1)之中；若干所述硅钢片Ⅱ叠压后，若干所述硅钢片Ⅱ的螺杆槽组合而成供螺杆(7)穿过的螺杆孔(4)。

4.根据权利要求1或2所述的一种带加强筋的高速大功率内置式永磁同步电机转子支撑系统，其特征在于：所述横梁(6)为导磁材料，螺杆(7)为不导磁材料。