CN108092428A - 模块化表贴式永磁体转子 - Google Patents
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Abstract
一种模块化表贴式永磁体转子，它解决了永磁同步电机转子的永磁体加工困难、成本高，转子套表贴永磁体固定不牢，不能承受大转矩等技术问题，它包括主轴及组装在主轴上的转子模块单元，其技术要点是：主轴上至少组装有一个转子模块单元，转子模块单元的扣片外周设置有楔形卡爪的圆锥形挡台，其内锥面与永磁体弧形面端部的斜面相吻合，固定在转子套两端的扣片将永磁体表贴在转子套圆柱面上，扣片圆锥形挡台的内锥面压紧永磁体的斜面，使扣片挡台上的楔形卡爪卡紧在相邻两个永磁体之间。其结构设计合理，零部件加工简单、永磁休固定牢固，组成的转子套模块单元装配方便，容易满足电机大转矩的调整要求，运行既可靠稳定，又降低了生产、维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机转子，特别是一种用于大转矩内转子永磁同步电机的模块化表贴式永磁体转子。适用于油田、冶金、矿山等技术领域。
背景技术
随着科技的不断进步，永磁同步电机不断的应用到油田、冶金、矿山等领域，这些领域的电机特点为大转矩，如果电机转子仍使用传统的永磁体内嵌式结构，将会大量使用转子冲片，增加生产制造成本。随着永磁同步电机要求输出的转矩越来越大，表贴永磁体固定的牢固性将对电机运行的可靠性和稳定性的影响成为极为突出的问题。
为了解决上述问题，专利公告号为CN 104779725B的“一种表贴式永磁电机转子及电机”，公开的技术方案：包括永磁体和径向嵌件，永磁体包括至少两块或者两块以上的永磁体Ⅰ和至少一块永磁体Ⅱ，永磁体Ⅱ的两侧面形成的锥楔锥度为小锥径向向外，径向嵌件设置在永磁体和铁芯之间，径向嵌件的一端与永磁体固定在一起，径向嵌件的另一端为大端朝内的阶梯状，在铁芯相匹配的位置设有与径向嵌件相匹配的阶梯状槽，径向嵌件的另一端活动置于与阶梯状槽内，护套位于永磁体外侧。由于上述径向嵌件为工字状，在永磁体和铁芯之间需要加工T型槽才能保证径向嵌件的装配，因永磁体脆性很大，在加工过程中易损坏，所以在永磁体上加工T型槽时很困难；在铁芯上加工T型槽时也不方便，且需要成型刀具。在装配的过程中，径向嵌件与铁芯、永磁体上的T型槽如果是间隙配合，虽然容易装配但是装配后会导致永磁体固定不牢固，沿径向方向会窜动；如果是过盈配合，径向嵌件不易装入二者之间，且在装配径向嵌件时易损坏永磁体。护套位于永磁体外侧，减少了永磁体与定子之间的气隙，在转子工作过程中永磁体易碰到定子，损坏永磁体。
专利公布号为CN 105429412 A的“表贴式内转子永磁同步电机”，公开的结构特点是：包括转子铁芯及定子铁芯、多个均匀设置于转子铁芯的外周壁的磁钢，磁钢的内表面与转子铁芯的外表面相贴合，转子铁芯的外表面与磁钢的内表面之间具有凹凸配合结构，其包括设置于转子铁芯外表面上的磁钢卡槽及设置于磁钢的内表面上的凸台；磁钢卡槽的数量与磁钢的数量相同，且一一对应，凸台位于磁钢内表面的中间部分。这种结构虽然通过转子铁心外表面的磁钢卡槽定位磁钢的周向运动，但是磁钢卡槽与磁钢凸台的配合关系，无论是过盈，还是间隙配合都会影响电机的装配和使用性能，且磁钢凸台也不便于加工。该结构在径向方向也没有固定，转子高速旋转时，磁钢受到离心力作用，易导致磁钢脱离转子铁心，损坏电机。
专利公布号为CN 106253521 A的“一种永磁电机表贴转子”， 公开的转子包括：转子铁芯和永磁体，永磁体设置于转子铁芯的周壁，使用时，可以通过转子铁芯和永磁体之间形成的容置间隙容纳胶水，通过使用胶水可以牢固的粘连转子铁芯和永磁体。该结构特点是在常温下胶水能够牢固的粘住转子铁心和永磁体，但是电机在正常工作时，定子线包会散发出大量的热，使转子铁心和永磁体温度升高，进而导致胶水的温度升高，最终造成胶水粘接力下降，永磁体在离心力的作用下脱离转子铁心，损坏电机。
另外，专利公布号为CN 102130554 A的“永磁电机磁极机械固定结构”， 记载的固定结构包括：转轴和转子轭，转子轭套接在转轴的外圆表面上，外环表面分别冲有P个限位销和P对凸销的两个圆环形转子压板和 P 个磁极，两个圆环形转子压板分别固定连接在转子轭的两端。每个限位销的两侧对称分布的一对凸销形成V字形，用于压固与其相邻的磁极的端部。该固定结构的凸销虽然能够压固与其相邻的磁极端部，但是，如果不增加转子轭的长度（转子轭与定子铁心长度相同），这种结构就会增加了转子轭的高度，将减少转子轭与定子铁心之间的气隙，极易导致磁极“扫膛”’；要是增加转子轭的长度（转子轭比定子铁心长），虽然不易导致磁极“扫膛”，但是容易增加转子轭以及磁极的长度。这不仅浪费材料，而且增加生产成本。另外，转子压板为冲压件，冲压制成的限位销为长方体，磁极装配到转子轭的外表面需要磁极的两侧面都要加工成“V字形”斜面，以保证磁极装配后相邻两磁极的侧面平行，才能与长方体状的限位销相吻合。这样将导致磁极的“V字形”斜面加工成本提高，降低磁极材料的利用率，进而增加了制造成本；如果磁极两侧面为平行面，装配到转子轭表面后，磁极相邻的两侧面之间会产生夹角，与长方体状的限位销为线接触，会导致应力集中，损坏磁极。因此，结构复杂的转子压板，不易冲压，导致了生产成本的升高。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化表贴式永磁体转子，它解决了永磁同步电机转子的永磁体加工困难、成本高，转子套表贴永磁体固定不牢，不能承受大转矩等技术问题，其结构设计合理，零部件加工简单、永磁休固定牢固，组成的转子套模块单元装配方便，容易满足电机大转矩的调整要求，运行既可靠稳定，又降低了生产、维护成本。
本发明所采用的技术方案是：该模块化表贴式永磁体转子包括主轴及组装在主轴上的转子模块单元，其技术要点是：所述主轴上至少组装有一个转子模块单元，每个转子模块单元由组装在一起的转子套、永磁体、扣片和紧固件构成一体式结构，扣片外周设置均匀分布有楔形卡爪的圆锥形挡台，圆锥形挡台的内锥面与永磁体弧形面端部的斜面相吻合，利用紧固件固定在转子套两端的扣片将永磁体表贴在转子套光滑圆柱面上，此时扣片圆锥形挡台的内锥面压紧永磁体弧形面端部的斜面，并使扣片圆锥形挡台上的楔形卡爪卡紧在相邻两个永磁体之间。
所述扣片圆锥形挡台上的楔形卡爪横截面为梯形，外侧面宽，内侧面窄。
固定在所述转子套光滑圆柱面两端的扣片外周面低于贴附在转子套外周的永磁体外弧面，大于转子套光滑圆柱体外径。
本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明是针对现有永磁体加工不便、生产制造成本高、转子套表贴永磁体不能承受大转矩、永磁体固定不牢等技术问题而进行改进设计的，所以很容易实现。因它的主轴上至少组装有一个转子模块单元，每个转子模块单元由组装在一起的转子套、永磁体、扣片和紧固件构成一体式结构，每一个模块单元可输出一定值的转矩，根据电机转矩值大小可任意增加模块单元的个数，直至满足电机大转矩值要求，所以其结构设计合理，零部件加工简单、永磁休固定牢固。另外，组成的转子套模块单元装配方便，容易满足电机大转矩的调整要求，运行既可靠稳定，又降低了生产、维护成本。因外周设置均匀分布有楔形卡爪的圆锥形挡台的扣片，将永磁体牢牢的固定在转子套的光滑圆柱面上，阻挡了永磁体由于离心力的作用而导致永磁体脱离转子套，故也避免了由于永磁体温度高而可能导致胶水粘接力下降的潜在风险，满足了电机需要大转矩无法实现牢固固定表贴永磁体的技术难题。因此，本发明解决了永磁同步电机转子的永磁体加工困难、成本高，转子套表贴永磁体固定不牢，不能承受大转矩等技术问题。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是图1沿A-A线的剖视图；
图3是图1的一种扣片的结构示意图；
图4是图3沿B-B线的剖视图；
图5是图3的一种立体结构示意图；
图6是图1的一种永磁体的立体结构示意图；
图7是图1的一种转子套的立体结构示意图。
图中序号说明：1主轴、2扣片、2-1卡爪、3平键、4转子套、5永磁体、6紧固件、7锁紧螺母。
具体实施方式
根据图1～7详细说明本发明的具体结构。该模块化表贴式永磁体转子包括主轴1及利用平键3和锁紧螺母7组装在主轴1上的转子模块单元等零部件。其中主轴1上至少组装有一个转子模块单元。每个转子模块单元可由组装在一起的一个转子套4、多片永磁体5、二个扣片2和紧固件6等构成一体式结构。由此，可根据电机的大转矩，任意装配转子模块单元的个数，提高电机输出转矩，解决了由于电机需要大转矩无法实现牢固固定表贴永磁体的技术难题。紧固件6可由沉头螺钉构成。扣片2外周设置均匀分布有楔形卡爪2-1的圆锥形挡台。本实施例中的扣片2圆锥形挡台上的楔形卡爪2-1横截面为梯形，外侧面宽，内侧面窄。圆锥形挡台的内锥面与永磁体5弧形面端部的斜面相吻合，利用紧固件6固定在转子套4两端的扣片2将永磁体5表贴在转子套4光滑圆柱面上。此时，扣片2圆锥形挡台的内锥面压紧永磁体5弧形面端部的斜面，阻挡了永磁体5由于离心力的作用而导致的永磁体5脱离转子套4。通过紧固件6固定扣片2，使扣片2圆锥形挡台上的楔形卡爪2-1卡紧在相邻两个永磁体5之间。且该永磁体5的固定方式采用机械固定，没有使用胶水，避免了由于永磁体5温度高而导致胶水粘接力下降的问题。
为了便于扣片2的装配以及扣片2上的楔形卡爪2-1与永磁体5间的良好接触，扣片2上的楔形卡爪2-1边缘可以设置成有倒角的结构。扣片2可以是整体结构，也可以采用分体结构拼接成一个环形的整体扣片2，从而便于扣片2的制作和装配。
由于永磁体5和定子冲片之间的间隙比较小，为了避免与定子冲片发生干涉，固定在转子套4光滑圆柱面两端的扣片2外周面，低于贴附在转子套4外周的永磁体5外弧面，大于转子套4光滑圆柱体外径。
由于转子模块单元之间采用串联，突出在扣片2外侧的紧固件6会与串联的扣片发生干涉，为了避免发生干涉，紧固件也可采用销子/螺栓等件固定扣片2，使紧固件6头部完全沉入扣片2内。为了便于装配以及磁路的优化，制作扣片2的材料选用不锈钢、铝、铝合金、铸铝、尼龙、铜、合金铜、塑料、有机材料等非导磁性材料。制作转子套4的材料选用铸铁、碳素钢等导磁性材料。
Claims (3)
1.一种模块化表贴式永磁体转子，包括主轴及组装在主轴上的转子模块单元，其特征在于：所述主轴上至少组装有一个转子模块单元，每个转子模块单元由组装在一起的转子套、永磁体、扣片和紧固件构成一体式结构，扣片外周设置均匀分布有楔形卡爪的圆锥形挡台，圆锥形挡台的内锥面与永磁体弧形面端部的斜面相吻合，利用紧固件固定在转子套两端的扣片将永磁体表贴在转子套光滑圆柱面上，此时扣片圆锥形挡台的内锥面压紧永磁体弧形面端部的斜面，并使扣片圆锥形挡台上的楔形卡爪卡紧在相邻两个永磁体之间。
2.根据权利要求1所述的模块化表贴式永磁体转子，其特征在于：所述扣片圆锥形挡台上的楔形卡爪横截面为梯形，外侧面宽，内侧面窄。
3.根据权利要求1所述的模块化表贴式永磁体转子，其特征在于：固定在所述转子套光滑圆柱面两端的扣片外周面低于贴附在转子套外周的永磁体外弧面，大于转子套光滑圆柱体外径。
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