CN104158325B - 外转子电机的永磁体安装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外转子电机的永磁体安装结构，包括筒状的转子壳体和安装在所述转子壳体内壁上的若干永磁体，所述若干永磁体采用相同的瓦形六面体结构且在所述转子壳体内沿周向和轴向两个方向规则排列，所述永磁体的两个周向侧面和两个轴向侧面均呈内侧削角状的斜平面状，所述周向上和轴向上的相邻永磁体之间分别设有轴向延伸的纵压条和周向延伸的横压条，所述纵压条和横压条通过螺钉紧固在所述转子壳体上并将其两侧的永磁体压紧固定住。本发明永磁体安装工艺简单，牢固性和可靠性好，加工成本低，有利于优化转子磁场，减小振动，降低噪音，减小热损耗并控制温升，特别适用于低速大扭矩外转子电动机及依据这种电动机的卷筒直驱的起重机起升机构等。

Description

外转子电机的永磁体安装结构

技术领域

本发明涉及一种外转子电机的永磁体安装结构，特别是低速大扭矩外转子永磁同步电机。

背景技术

外转子电动机的外转子通常由筒状的转子壳体以及位于所述转子壳体内侧的永磁体组成，所述永磁体通过粘结或螺钉紧固的方式固定在转子壳体的内壁上，由此形成转子的励磁磁场，当需要电动机具有低速大扭矩输出时，往往需要增加永磁体的个数，以优化永磁体的分布，消除或减小脉动转矩，降低铜损和铁损，在此情况下，仅仅通过粘结进行永磁体的安装固定，粘结的牢固性差，可靠性低，不利于保证质量，而通过对永磁体进行螺钉紧固，不仅永磁体的安装作业量大，而且由于永磁体可加工性差，也在很大程度上提高了生产成本，降低了可靠性，难以保证质量。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种外转子电机的永磁体安装结构，以简化永磁体的安装工艺，提高永磁体的牢固性和可靠性，并降低生产成本。

本发明所采用的技术方案：一种外转子电机的永磁体安装结构，包括筒状的转子壳体和安装在所述转子壳体内壁上的若干永磁体，所述若干永磁体采用相同的瓦形六面体结构且在所述转子壳体内沿周向和轴向两个方向规则排列，所述永磁体的两个周向侧面呈内侧削角状的斜平面状，所述周向上的相邻永磁体之间设有轴向延伸的纵压条，所述纵压条通过螺钉紧固在所述转子壳体上，所述纵压条的周向两侧分别压紧在相邻永磁体的周向侧面上。

本发明的有益效果：由于采用了在周向和轴向上规则排列的若干柱形的永磁体，并将永磁体的周向侧面设置成斜平面，通过轴向延伸的纵压条就可以同时将若干永磁体紧压，由此不仅简化了安装工艺，方便了安装作业，而且可以采用适宜的非磁性材料制成纵压条（以及后面提及的横压条），以减小加工难度，降低工艺要求，保证永磁体安装的质量，同时还避免了因在永磁体上打孔等产生的负面影响，有助于改善电动机的电磁性能。

附图说明

图1是本发明涉及永磁体安装结构示意图；

图2（a）、2（b）和2（c）分别为本发明涉及永磁体横截面形状的三种实施例的示意图。

具体实施方式

参见图1和2，本发明提供的外转子电机的永磁体安装结构包括筒状的转子壳体1和安装在所述转子壳体内壁上的若干永磁体2，所述若干永磁体采用相同的瓦形六面体结构且在所述转子壳体内沿周向（沿圆周的方向）和轴向(平行于定子主轴轴线的方向)两个方向规则排列，所述永磁体的两个周向侧面呈内侧削角状的斜平面状，所述周向上的相邻永磁体之间设有轴向延伸的纵压条3，所述纵压条通过螺钉4紧固在所述转子壳体上，所述纵压条的周向两侧分别压紧在相邻永磁体的周向侧面上，由此实现了永磁体的安装和固定。

优选地，为提高永磁体在转子筒体上的牢固性，也可以在永磁体的径向外侧面与转子筒体之间设置粘接层，进行粘结，由此也有助于减小振动噪音。

优选地，任一周向上和任一轴向上排列的所述永磁体数量都是多个，由此可以根据需要选择永磁体的大小、形状以及在相应方向上多个永磁体的分布方式进行磁场优化。

优选地，所述若干永磁体在周向上和轴向上的规则分布方式为在周向上沿圆周对齐且均匀分布，在轴向上沿直线对齐且均匀分布，由此不仅便于加工制造，而且还有利于避免或减小磁场畸变。

根据工艺上的便利，纵压条可以沿轴向从转子永磁体区域的一端延伸到另一端，压紧相应的全部永磁体，也可以设置多个纵压条，也可以将沿轴向从转子永磁体区域的一端延伸到另一端的全部长度分成若干段，每段设置一个纵压条。

优选地，所述纵压条的横截面呈矩形或梯形，矩形截面易于加工，而梯形截面可以使两侧与相应永磁体的相应侧面密切贴合，有利于提高牢固性和可靠性。所称梯形包括几何学所称的梯形和轮廓近似于几何学所称梯形的形状，由四条边组成，其上底和下底边缘线可以呈弧形，各线连接处可以呈角状，也可以呈平滑的过渡曲线状，同样，所述矩形包括几何学所称的梯形和轮廓近似于几何学所称矩形的形状。

优选地，所述周向上的相邻永磁体之间设有间距，由此在永磁体间形成截面为梯形间隙，由此有利于优化磁场和便于安装，允许采用相对较宽的压条，以保证压条强度，避免因形变导致永磁体松动。

优选地，所述永磁体周向侧面的削角角度θ为5-35度，采用这种永磁体结构，可以大幅度减小磁场畸变，根据申请人的实验，相对于现有技术下的常规设计，采用上述永磁体结构并结合其他优化设计，气隙磁场波形的畸变率可降低了50%—80%，使气隙磁场波形畸变率控制在15%或10%以下，反电动势波形的畸变率控制在10%或8%以下，由此大幅度提高了电机的运行平稳性、降低了噪音、减小了转矩脉动且有助于增加转矩输出，特别适用于卷筒直驱（以外转子作为卷筒）的起重机起升机构及其他类似场合。

优选地，所述永磁体的两个轴向侧面也呈内侧削角状的斜平面状，所述轴向上相邻的永磁体之间留有间距，所述轴向上相邻的永磁体之间的间距内设有周向延伸的横压条，所述横压条的横截面呈矩形或梯形，并通过螺钉紧固在所述转子壳体上，所述横压条的轴向侧面紧压相应永磁体的相应侧面。通过这种纵横交织的压条，将永磁体的各个方向都紧固住，由此可以进一步提高安装的牢固性并进一步优化磁场。

优选地，所述纵压条和所述横压条与所述转子壳体的内壁之间均留压条紧固间隙，所述压条紧固间隙内填充有非导磁的粘结剂，或者所述压条紧固间隙内设有非导磁的垫5，通过紧固间隙的设置可以保证螺钉的紧固力全部压在相应永磁体上，通过粘接剂、垫和粘结剂的设置，可以提高压条的牢固性，并有利于减少振动噪音。

所述永磁体横截面（垂直于定子主轴轴线方向上的截面）在径向上的外边缘21（径向上远离定子主轴的边缘）呈圆心位于所述转子壳体的轴线上（在永磁体横截面所在平面上，所述转子壳体的轴线表现为一个点，下同）的圆弧线形，所述永磁体横截面在径向上的内边缘22（径向上靠近定子主轴的边缘）呈单一的圆弧形或者为由多段圆弧相互连接成的曲线，通过这些曲线表面的优化设计，可以明显地改善气隙磁场波形，减小畸变率。

图2（a）-（c）给出涉及永磁体横截面在径向上的内边缘形状的几个实施例：

图2（a）给出的实施例中：所述永磁体横截面在径向上的内边缘呈单一的圆弧形，其圆心位于所述转子壳体的轴线在该横截面上的点，外边缘和内边缘的半径分别为R1和R2，形成在径向上等厚的永磁体，使各永磁体径向内、外表面分别位于与所述转子壳体同轴的相应圆柱面上，并使永磁体在径向上的内表面与定子的外表面之间间距相等；

图2（b）给出的实施例中：所述永磁体横截面在径向上的内边缘呈单一的圆弧形，其半径与所述永磁体横截面在径向上的外边缘的半径相等，均为R1，其圆心位于所述永磁体横截面外边缘中点与所述转子壳体的轴线在该横截面上的点所确定的直线上，由此形成永磁体中央厚两侧薄的结构，有利于消除边缘谐波；

图2（c）的实施例中，所述永磁体横截面在径向上的内边缘可以采用图2（a）实施例的形状，也可以采用图2（b）实施例的形状，其特殊之处在于将图2（a）实施例和图2（b）实施例中永磁体横截面在径向上的内边缘与永磁体横截面的周向侧边通过一个小的凹圆弧线（半径为R3）连接，而不是通常情况下的直接连接或者通过凸形圆角连接，由此可以更有效地减小边缘谐波。两边圆弧的设置起到了类似“削角”的效果，有利于进一步减小转矩脉动，优化磁场，明显地消除或减小高次谐波的作用力，为电机在低速/超低速、大扭矩下稳定工作提供基础保证。

优选地，所述永磁体的长度（轴向长度）在30-95mm之间，所述永磁体的厚度（当永磁体为不等厚结构时，指最大厚度）在8-18mm之间，由此在保证机械强度和磁场强度的前提下，可以明显地减小高次谐波的影响。

由于周向上永磁体的分布为环形分布，没有首尾之分，因此每个纵压条的两侧都有永磁体，而轴向两端的横压条的轴向外侧没有永磁体，除两端之外的其他横压条的两侧都有永磁体。

本发明所称瓦形六面体是指其主体部分呈类似于瓦的柱体，包括两个径向的表面、两个周向的表面和两个轴向的表面，其中径向的两个表面和周向的两个表面相互间隔两两连接形成柱体的侧面，轴向的两个表面构成该柱体的顶和底，呈近似扇形。柱体的任一棱边既可以是平面相交、曲面相交、平面和曲面相交形成的棱边，也可以是平滑过渡的曲面或其他任意适宜的结构。

本发明所称的永磁体上某个表面呈内侧削角状的斜平面状是指其径向的内侧向永磁体径向内表面中间倾斜的状态。该表面可以通过机加工在毛坯上的相应侧面上对内侧棱边进行切削形成，故称为内侧削角状的斜平面，也可以采用其他成型方式成型。

本发明所称的所述永磁体的两个周向侧面的削角角度是指以永磁体横截面的外边缘两端点与转子壳体的轴线在该横截面上的点的连线为度量基准，永磁体横截面的周向侧边与相应侧的上述连线的夹角。

本发明所称的凹圆弧线是指相对于其所在的实体来说，其弯曲方向使所述实体的体积或面积变小的圆弧线。

Claims (8)

1.一种外转子电机的永磁体安装结构，其特征在于包括筒状的转子壳体和安装在所述转子壳体内壁上的若干永磁体，所述若干永磁体采用相同的瓦形六面体结构且在所述转子壳体内沿周向和轴向两个方向规则排列，所述永磁体的两个周向侧面呈内侧削角状的斜平面状，所述周向上的相邻永磁体之间设有轴向延伸的纵压条，所述纵压条通过螺钉紧固在所述转子壳体上，所述纵压条的周向两侧分别压紧在相邻永磁体的周向侧面上，所述永磁体周向侧面的削角角度为5-35度，所述永磁体横截面在径向上的外边缘呈圆心位于所述转子壳体的轴线上的圆弧线形，所述永磁体横截面在径向上的内边缘采用以下任意一种结构形式：

（1）所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述转子壳体的轴线在该横截面上的点；

（2）所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述永磁体横截面外边缘中点与所述转子壳体的轴线在该横截面上的点所确定的直线上，且其半径等于所述外边缘的半径；

（3）所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述转子壳体的轴线在该横截面上的点，永磁体横截面在径向上的内边缘与永磁体横截面的周向侧边通过一个凹圆弧线连接；

（4）所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述永磁体横截面外边缘中点与所述转子壳体的轴线在该横截面上的点所确定的直线上，且其半径等于所述外边缘的半径，永磁体横截面在径向上的内边缘与永磁体横截面的周向侧边通过一个凹圆弧线连接。

2.如权利要求1所述的外转子电机的永磁体安装结构，其特征在于任一周向上和任一轴向上排列的所述永磁体数量都是多个。

3.如权利要求2所述的外转子电机的永磁体安装结构，其特征在于所述若干永磁体在周向上和轴向上的规则分布方式为在周向上沿圆周对齐且均匀分布，在轴向上沿直线对齐且均匀分布。

4.如权利要求3所述的外转子电机的永磁体安装结构，其特征在于所述纵压条的横截面呈矩形或梯形。

5.如权利要求4所述的外转子电机的永磁体安装结构，其特征在于所述周向上的相邻永磁体之间设有间距，由此在永磁体间形成截面为梯形间隙。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的外转子电机的永磁体安装结构，其特征在于所述永磁体的两个轴向侧面也呈内侧削角状的斜平面状，所述轴向上相邻的永磁体之间留有间距，所述轴向上相邻的永磁体之间的间距内设有周向延伸的横压条，所述横压条的横截面呈矩形或梯形，并通过螺钉紧固在所述转子壳体上，所述横压条的轴向侧面紧压相应永磁体的相应侧面。

7.如权利要求6所述的外转子电机的永磁体安装结构，其特征在于所述纵压条和所述横压条与所述转子壳体的内壁之间均留压条紧固间隙，所述压条紧固间隙内填充有非导磁的粘结剂，或者所述压条紧固间隙内设有非导磁的垫。

8.如权利要求7所述的外转子电机的永磁体安装结构，其特征在于所述永磁体的长度在30-95mm之间，所述永磁体的厚度在8-18mm之间。