CN108462270A - 一种无护套的高速永磁电机转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无护套的高速永磁电机转子结构，该转子结构包括转轴、永磁体及转子轭，转轴设有从左至右依次排列的第一非导磁区域、导磁区域及第二非导磁区域，转轴的导磁区域设有永磁体槽；转子轭上设有转轴槽；永磁体安装于永磁体槽内，转轴安装于转轴槽内，永磁体充磁方向为指向转轴。本发明提供的转子结构，通过将永磁体安装在转轴内，保证转子结构的机械强度的同时省去护套结构，降低气隙，提高电机输出转矩，提升电机性能；同时省去护套安装，简化电机转子结构的装配工艺。

Description

一种无护套的高速永磁电机转子结构

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种无护套的高速永磁电机转子结构。

背景技术

在能源危机与环境保护政策的双重压力下，新能源汽车的发展十分迅猛。燃料电池被认为是燃油汽车最好的替代动力源之一。空气压缩机是燃料电池系统中必不可少的一个部件。而应用于汽车上的部件都希望具有轻量化、低成本的特征。为减小体积，压缩机一般都采用高速电机直接驱动。在现有高速电机中，转子高速旋转，为了保证转子的机械强度，都会在转子上加装高强度的护套。目前高强度护套主要是纤维复合材料和金属材料。纤维复合材料缠绕厚度大，由此增大了电机电磁气隙，降低了气隙磁密，相同转速下功率密度将减小。而且纤维复合材料导热性能差，容易导致转子过热。金属材料强度高，厚度可做的比纤维材料小，但金属材料电导率高，在高频磁场谐波的作用下，将感应出很大的涡流损耗，同样也会使得转子过热，甚至导致磁钢高温失磁。护套与转子之间的过盈装配也是一个十分复杂的工序。若过盈量取得太小，则在高速旋转的离心力下，护套无法可靠的保护磁钢，并有可能与转子分离，影响转子运行可靠性。若过盈量取得过大，热套时为了使护套有足够大的变形量，加热温度将会很高，一方面是对能源的浪费，增加了成本，另一方面高温护套与磁钢接触时，有可能使得磁钢高温退磁甚至破裂。总之，护套的存在降低了电机的功率密度、增加了电机重量、成本和工艺复杂性。

高速电机中，为保证转子机械强度的可靠性，现有方案都会在转子上安装高强度护套，护套与转子过盈配合。一方面，过盈配合加工难度大成本高，导致批量生产效率低下；另一方面，若护套为纤维复合材料，则导致电机电磁气隙过大，降低功率密度，若护套为金属材料，则护套内将感应出很大的涡流损耗，降低了效率，增大了温升。因此，本发明为了解决现有技术方案加工困难、电磁气隙大、功率密度低的问题，提出一种无护套的高速永磁电机转子结构。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高速永磁电机转子结构，其目的在于解决现有的高速永磁电机转子结构采用护套的结构降低高速永磁电机的性能的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种无护套的高速永磁电机转子结构，包括：

转轴、永磁体及转子轭，转轴设有从左至右依次排列的第一非导磁区域、导磁区域及第二非导磁区域，转轴的导磁区域设有永磁体槽；转子轭上设有转轴槽；永磁体安装于永磁体槽内，转轴安装于转轴槽内，永磁体充磁方向为指向转轴。

进一步地，转子轭上的转轴槽包括呈十字型排布的转轴装配区域和永磁体装配区域。

进一步地，永磁体截面呈六边形，永磁体装配区域中与永磁体接触的面为斜切面。

进一步地，转子轭上的隔磁桥宽度根据转子轭的机械强度和电机输出转矩确定。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提供的转子结构，通过将永磁体安装在转轴内，保证转子结构的机械强度的同时省去护套结构，降低气隙，提高电机输出转矩，提升电机性能。

2、本发明提供的转子结构，通过将永磁体安装在转轴内，能够缩小转子的体积，使得转子的质量变轻，同时无需护套加工和装配，使得转子结构的加工工艺简单，提高转子结构的生产效率。

附图说明

图1为本发明提供的无护套的高速永磁电机转子结构中转子轭结构图；

图2为本发明提供的无护套的高速永磁电机转子结构中转轴结构图；

图3为本发明提供的无护套的高速永磁电机转子结构中永磁体结构图；

图4为本发明提供的无护套的高速永磁电机转子结构中转子装配图横截面；

图5为本发明提供的无护套的高速永磁电机转子结构中转轴和永磁体的装配图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提出了一种无护套的高速永磁电机转子结构，该转子结构包括转子轭，转轴及永磁体，依次如图1、图2及图3所示。

图1为转子轭的结构图，呈圆柱形，内部留有十字型的转轴槽，转轴槽设置有呈十字形排列的转轴装配区域和永磁体装配区域，转轴装配区域用于与转轴配合，永磁体装配区域用于与永磁体配合，永磁体装配区域中与永磁体配合的面为斜切面。转子轭由高强度导磁材料冲片叠压而成，能减小转子涡流损耗。图1中隔磁桥1部分的厚度选取较小时，可减小永磁体漏磁，增加电机输出能力，但是会导致该部分机械应力过大，因此隔磁桥厚度应根据电机输出能力和转子轭的机械强度折中选取。

图2为转轴的结构图，转轴为三段式结构，转轴包括从左至右依次排列的第一非导磁区域2、导磁区域3及第二非导磁区域4，其中，第一非导磁区域2和第二非导磁区域4均为非导磁材料，导磁区域3为导磁材料，第一非导磁区域2、导磁区域3及第二非导磁区域4通过焊接连成一个整体，第一非导磁区域2和第二非导磁区域4能防止永磁体端部漏磁。

图3为永磁体的结构图，整个电机只有一块永磁体，永磁体形状为切去四个角的长方形，形成了两条平行边6和四条斜边5。永磁体的充磁方向垂直于两条平行边。

图4为转子结构中转子装配图横截面，转轴7与转子轭8的转轴槽中转轴配合区域配合，永磁体9与转子轭8的转轴槽中永磁体配合区域配合。

图5为转子结构中转轴和永磁体的装配图。转子装配时，先将永磁体10装入转轴11中间，永磁体10的平行边6与转轴槽中平面重合，再与转轴11一起套入转子轭。此时，永磁体10的四条斜边与转子轭的四条斜边重合，永磁体的斜边结构不仅能对永磁体安装进行定位，并且能防止电机高速运行时永磁体的径向滑动，增强转子机械可靠性。

相比于加装护套的高速电机，本申请中通过将永磁体置于转轴中，省去了护套安装的成本，缩小了转子体积，减轻了电机重量，大幅简化了工艺流程，提高电机生产效率。省去护套之后，电机电磁气隙减小，能有效提高电机功率密度，减小电机重量、体积；电机体积减小之后，转子外径减小，风磨损耗也可大幅降低，有益于电机效率的提高和温升的降低。永磁体斜边结构与转子轭斜边结构贴合，高速运行时，转子轭部斜边能对永磁体提供支撑作用，使得永磁体受力更加均匀，增强转子机械可靠性，能减小永磁体应力；转子轭部采用冲片叠压而成，减小了转子涡流损耗。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无护套的高速永磁电机转子结构，其特征在于，包括：

转轴、永磁体及转子轭，转轴设有从左至右依次排列的第一非导磁区域、导磁区域及第二非导磁区域，转轴的导磁区域设有永磁体槽；转子轭上设有转轴槽；永磁体安装于永磁体槽内，转轴安装于转轴槽内，永磁体充磁方向为指向转轴。

2.如权利要求1所述的高速永磁电机转子结构，其特征在于，转子轭上的转轴槽包括呈十字型排布的转轴装配区域和永磁体装配区域。

3.如权利要求1或2所述的高速永磁电机转子结构，其特征在于，永磁体截面呈六边形，永磁体装配区域中与永磁体接触的面为斜切面。

4.如权利要求1至3任一项所述的高速永磁电机转子结构，其特征在于，转子轭上的隔磁桥宽度根据转子轭的机械强度和电机输出转矩确定。