CN108890538A - 降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率的喷砂工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在不影响电机转子机械强度的前提下，使磁桥部位磁导率下降，使转子极间漏磁通减少，进而提升电机有效转矩输出，改善电机性能的降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率的喷砂工艺方法，电机转子叠片叠压完毕之后，采用喷砂工艺对转子铁芯侧面轴向进行喷砂处理。优点：一是可以方便地在电机生产阶段，降低内置式永磁同步电机、同步磁阻电机或永磁辅助式同步磁阻电机横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率；二是本方法容易移植到目前普遍的电机转子生产线中，对成型的转子磁桥部位做加工处理，且对转子总体的机械强度无影响。

Description

降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率的喷砂工艺方法

技术领域

本发明涉及一种在不影响电机转子机械强度的前提下，使磁桥部位磁导率下降，使转子极间漏磁通减少，进而提升电机有效转矩输出，改善电机性能的降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率的喷砂工艺方法，属电机制造领域。

背景技术

早在1923年，同步磁阻电机就被提出并加以研究，近些年来由于稀土材料价格的上涨，而交流同步磁阻电机（SynRM）或永磁体辅助式同步磁阻电机（PMSynRM）在转子中只需要很少甚至不需要稀土永磁材料，因此在近些年来得到了越来越多的关注。考虑到加工复杂度和机械应力问题，转子常采用横向叠压式加工方法，通过在转子硅钢片中冲压多个空气磁障来产生d轴与q轴磁阻差异。为了保证转子冲片的整体性，磁障之间需要用磁桥连接，同时也带来了一个很大的工程难题，即引入磁桥、增加磁桥宽度可以提升转子的机械完整性，为电机的转速提升带来空间，但同时也会给漏磁通提供通路，使电机的输出转矩降低，故制约了高速电机性能的进一步提升。因此，电磁性能和机械性能的两方面权衡，是磁桥设计和电机设计的关键所在。

目前解决这个两难问题通常采用的方法是重新设计转子几何结构或调整磁桥相关参数，主要包含以下几个方面：

1. 在磁桥的位置和数量上进行优化。《同步磁阻电机分析与设计（连载之八）转子磁桥分析》（《微电机》2017年1期）针对多层磁障的转子结构，分析了径向磁桥的位置与数量对电机电磁性能和机械性能的影响.对于多层磁障的转子，磁障中间的径向连接磁桥可提高转子机械强度。径向磁桥越多，电机电磁性能越弱，机械性能越强。同时，选择靠近轴的径向磁桥，有利于提高机械强度。

2. 在磁桥形状上进行优化。《Mechanical design and analysis of apermanent magnet rotors used in high-speed synchronous motor》（《EEA》 2014年62期）一文中比较了不同磁桥形状对应的机械应力分布。《同步磁阻电机分析与设计（连载之八）转子磁桥分析》（《微电机》2017年1期）也研究了不同周向磁桥形状对电机性能的影响，指出尖角型磁桥能减小q轴漏磁，但电机的机械强度被削弱。同时对于磁障层数较低的转子，圆弧型磁桥转矩脉动更小；而对于磁障层数较大的转子，尖角型磁桥转矩脉动更小。

3. 在磁桥宽度和磁障角参数组合上进行优化。《Permanent magnet synchronousreluctance machine-bridge design for two-layer applications》（2013 IEEE IEMDC）这一文章探讨了双层磁障结构转子磁障角和磁鞘宽度参数的不同组合对电机电磁和机械性能的不同的影响。较小的磁障角会带来较大的同步转矩和较小的磁阻转矩，而较大的磁障角则会带来较小的同步转矩和较大的磁阻转矩，因此最大的总转矩是在这一区间中达到的。随着磁桥宽度增加，由于漏磁增加，会导致同步转矩和磁阻转矩降低相比于磁阻转矩部分而言，同步转矩部分对磁桥宽度的变化更敏感。而磁桥宽度越大，所耐受的机械应力就越高。

4. 采用燕尾式转子结构。《Synchronous reluctance motor with form blockedrotor》（《IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION》2010年25期）一文提出了一种比传统的固定磁桥式设计机械稳定性更为优越的燕尾式磁障设计。这种重新设计后的几何结构能够将磁桥中的拉应力和剪应力转变为压应力施加在磁障中的环氧树脂填充体以及铁芯做的磁路上，实现一个鲁棒性很强的架构。这种新结构对电磁性能基本不会产生削弱作用。

通过上述分析可知，目前现有的解决磁桥结构引起的电磁性能和机械性能的两方面权衡问题的方法主要都是从几何结构、参数上入手。但因为这些方法都是从机械的角度入手解决问题，这些改进实际上对性能的提升作用是有限的。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种在不影响电机转子机械强度的前提下，使磁桥部位磁导率下降，使转子极间漏磁通减少，进而提升电机有效转矩输出，改善电机性能的降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率的喷砂工艺方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。本发明在电机的结构和方法设计上，以降低磁桥磁导率为目的，包含以下步骤：电机转子叠片叠压完毕之后采用喷砂工艺对转子铁芯侧面轴向进行处理，具体处理方法为：用金属工装或其它防护手段将转子铁芯侧面非磁桥部分遮挡，只暴露出磁桥结构，作为喷砂前的处理工作；采用与该转子铁芯尺寸相配合的喷砂压缩机，选用与磁桥结构尺寸相适应的砂丸，对转子铁芯磁桥结构侧面进行轴向喷砂加工；喷砂完毕后，清除工件表面的砂粒，将金属工装或其他防护件取下，即完成加工处理。

技术方案：一种降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率的喷砂工艺方法，电机转子叠片叠压完毕之后，采用喷砂工艺对转子铁芯侧面轴向进行喷砂处理。

本发明与背景技术相比，一是可以方便地在电机生产阶段，降低内置式永磁同步电机、同步磁阻电机或永磁辅助式同步磁阻电机横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率；二是本方法容易移植到目前普遍的电机转子生产线中，对成型的转子磁桥部位做加工处理，且对转子总体的机械强度无影响。

附图说明

图1是电机转子对应于径向磁桥2的喷砂处理区域3。

图2表示喷砂处理时的具体操作方法以及保护工装的作用，保护工装4的作用是保护非磁桥区域不受喷砂处理的影响，通过喷砂机喷头5对转子铁芯轴向处理区域进行喷砂处理。

图3是一种典型的采用横向叠压式转子设计的同步磁阻电机转子结构。在这个结构下，该转子存在周向磁桥1和径向磁桥2。

具体实施方式

实施例1：参照附图1和2。一种降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率的喷砂工艺方法，电机转子叠片叠压完毕之后，采用喷砂工艺对转子铁芯侧面轴向进行喷砂处理。

喷砂前：用金属工装或防护装置将转子铁芯侧面非磁桥部分遮挡，只暴露出磁桥结构；喷砂加工：采用与该转子铁芯尺寸相配合的喷砂压缩机，选用与磁桥结构尺寸相适应的砂丸，对转子铁芯磁桥结构侧面进行轴向喷砂加工，喷砂完毕后，清除工件表面的砂粒，将金属工装或其他防护件取下，即完成加工处理。

当转子铁芯轴向长度为10mm，磁桥宽度为5mm，磁桥厚度为1mm的结构，喷砂作用时间为5至10秒，其他几何尺寸可以此为基准成比例地调整喷砂作用时间。

例：图3是同步磁阻电机经常采用的一种典型的转子结构，该结构采用横向叠压式转子设计，在硅钢片上冲压空气磁障，磁障之间通过硅钢片连接的地方即为磁桥。图示电机转自结构中存在两种类型的磁桥：周向磁桥1和径向磁桥2，因为本工艺的处理位置位于叠压成型的转子铁芯的侧面，因此仅能够处理周向磁桥1，对于径向磁桥2不做处理。

对于图1所示的电机，首先使用如图3所示金属工装4（仅用于示意），将转子铁芯的侧面非磁桥区域遮挡，免于受到后续步骤的加工处理影响；

采用1m³/min排气量的空气压缩机，气压选用0.7MPa，喷砂磨料采用号码为100的金刚砂，用人工喷砂的方式，对转子铁芯磁桥结构侧面用喷枪5进行轴向喷砂加工，处理区域见图1中的喷砂处理区域2；喷砂完毕后，清除工件表面的砂粒，将金属工装取下，即完成加工处理。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明 的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明 设计思路的简单文字描述，而不是对本发明 设计思路的限制，任何不超出本发明 设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明 的保护范围内。

Claims (3)

1.一种降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率的喷砂工艺方法，其特征是：电机转子叠片叠压完毕之后，采用喷砂工艺对转子铁芯侧面轴向进行喷砂处理。

2.根据权利要求1所述的降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率的喷砂工艺方法，其特征是：喷砂前：用金属工装或防护装置将转子铁芯侧面非磁桥部分遮挡，只暴露出磁桥结构；喷砂加工：采用与该转子铁芯尺寸相配合的喷砂压缩机，选用与磁桥结构尺寸相适应的砂丸，对转子铁芯磁桥结构侧面进行轴向喷砂加工，喷砂完毕后，清除工件表面的砂粒，将金属工装或其他防护件取下，即完成加工处理。

3.根据权利要求1所述的降低横向叠压式转子结构中磁桥部位磁导率的喷砂工艺方法，其特征是：当转子铁芯轴向长度为10mm，磁桥宽度为5mm，磁桥厚度为1mm的结构，喷砂作用时间为5至10秒，其他几何尺寸可以此为基准成比例地调整喷砂作用时间。