CN110048575B - 一种适用于高速永磁同步电机的复合结构永磁转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高速永磁同步电机的复合结构永磁转子。转子轴由导磁的高强度合金钢加工而成，轴上表贴多块径向充磁或平行充磁的永磁体形成一对永磁磁极，磁极间用不导磁材料填充，粘贴永磁体和磁极间填充物后形成的圆柱经磨床精磨达到尺寸精度要求，将环形硅钢片铁心屏蔽紧固套过盈配合套装在精磨的永磁磁极圆柱上，再采用直接在其外圆以一定的预拉力绑扎涂胶的多层碳纤维带后再烘干固化的方式形成碳纤维紧固套，或采用已固化成型的碳纤维管过盈套装。对永磁体而言，环形硅钢片铁心屏蔽紧固套既对气隙谐波磁场起到屏蔽作用，减少转子上损耗，又对永磁体产生一定预压力。而碳纤维紧固管对转子电磁有效部分起到整体紧固保护作用。

Description

一种适用于高速永磁同步电机的复合结构永磁转子

技术领域

本发明属于电气工程领域，涉及一种适用于高速永磁同步电机的复合结构永磁转子。

背景技术

在储能飞轮、高速磨床、制冷、燃料电池、天然气输送、航空航天和分布式发电系统等领域高速电机得到广泛，而且大多选用高速永磁同步电机。高速永磁同步电机永磁转子多为表贴结构，转速偏低时极对数多为一对极或二对极，转速较高时多为一对极。由于烧结而成的永磁材料不能承受高速旋转产生的拉应力，必须对永磁体采取保护措施。

目前多采用三种措施保护永磁体。一是采用不导磁的高强度金属护套，二是采用碳纤维绑扎永磁体，三是在永磁体外先加不导磁的导电性好的薄金属护套，再在薄金属护套外绑扎碳纤维。

当高速永磁同步电机运行时，气隙中存在许多谐波磁场，如由定子铁心开槽引起的永磁齿谐波磁场，定子三相基波电流产生的空间谐波磁场，定子三相谐波电流产生的时间谐波磁场。除部分时间谐波磁场以同步转速旋转而与永磁转子保持相对静止外，其它谐波磁场都与永磁转子间存在相对运动，当永磁转子上既导磁又导电的永磁体、不导磁却导电的护套内有谐波磁场穿过且发生变化，在它们内部会感应出涡流，并产生涡流损耗，导致永磁转子发热，严重时还会造成永磁体退磁。

当高速永磁同步电机永磁转子采用不导磁的高强度金属护套时，谐波磁场会在金属护套内感应出涡流而产生一定的涡流损耗，造成永磁转子温度升高。当仅采用碳纤维绑扎永磁体时谐波磁场会在永磁体内感应出涡流而产生一定的涡流损耗，同样会造成永磁转子温度升高。若在永磁体外先加导电性好的薄金属护套再在薄金属护套外绑扎碳纤维方式，虽然对永磁体能起一定的屏蔽作用，并减小转子上总的涡流损耗，但这些损耗也会造成永磁转子温度有一定的升高。

当高速永磁同步电机应用于储能飞轮时，永磁转子采用磁悬浮技术支撑，为了减小风摩损，电机内腔还要抽真空，永磁转子散热非常困难。因此，必须采取技术措施尽量降低转子上由谐波磁场造成的涡流损耗。

发明内容

为了解决上述技术难题，本发明提出了一种适用于高速永磁同步电机的复合结构永磁转子。

本发明提出的一种适用于高速永磁同步电机的复合结构永磁转子，其结构是：在该复合结构永磁转子的电磁有效部分的横截面径向上由里至外依次为转子轴、由永磁体与极间填充物构成的一对永磁磁极、环形硅钢片铁心屏蔽紧固套和碳纤维紧固套；在该复合结构永磁转子的轴向上由左至右依次为转子轴左侧轴伸、左压板、电磁有效部分、右压板和转子轴右侧轴伸。

所述转子轴是由具有导磁能力的合金钢加工而成，所述转子轴上，在与表贴永磁体和极间填充物轴向位置对应的轴段区域是先加工成一圆柱体，再在该轴段区域的圆柱体表面上铣出与转子轴轴心线两侧对称的两个平行平面；垂直于所述两个平行平面且通过转子轴轴心线的平面是所述永磁转子的磁极轴线所在平面。

从所述电磁有效部分的横截面看：由与复合结构永磁转子的整体外圆直径一样的永磁体和不导磁的极间填充物构成的一对永磁磁极是由外圆直径一样的二块面包形永磁体、多块形状一样的扇形永磁体和二块形状一样的扇形的极间填充物组成，而且面包形永磁体的两侧形状一样的扇形永磁体的块数相同，它们依次粘贴在转子轴上铣出的二个平行平面以及该轴段区域的圆柱表面上。

所述面包形永磁体的前后二个平面的法线均是与所述转子轴的轴心线平行，面包形永磁体的径向对，称中心线与永磁磁极的轴线重合，面包形永磁体的底部平面的切向宽度与转子轴上铣出的平面的切向宽度相同，面包形永磁体的左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在的平面左右对称，且面包形永磁体的左右两侧平面的延伸平面的交叉线与转子轴的轴心线重合，面包形永磁体的顶部外圆表面的轴心线与转子轴的轴心线重合，面包形永磁体的顶部外圆表面直径与扇形永磁体顶部外圆表面直径相同。

所述扇形永磁体的前后二个平面的法线均是与所述转子轴的轴心线平行，扇形永磁体的左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在的平面左右对称，且扇形永磁体的左右两侧平面的延伸平面的交叉线与转子轴的轴心线重合，扇形永磁体的底部内圆表面和顶部外圆表面的中心线均与转子轴的轴心线重合，扇形永磁体的底部内圆表面内径与转子轴表贴永磁体的区域圆柱外径相同。

所述扇形极间填充物由不导磁的材料制成，扇形极间填充物的前后二个平面法线都是与转子轴轴心线平行，扇形极间填充物的左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在平面左右对称，且扇形极间填充物的左右两侧平面的延伸平面的交叉线与转子轴的轴心线重合，扇形极间填充物的底部内圆表面和顶部外圆表面的中心线均与转子轴的轴心线同轴，扇形极间填充物的底部内圆表面的内径与转子轴的表贴永磁体轴段区域的外径相同。

在所述电磁有效部分轴向长度之内，将所述面包形永磁体、所述扇形永磁体和所述扇形极间填充物在轴向分割成数块。

所述的每一块面包形永磁体和扇形永磁体是径向充磁或是平行充磁，平行充磁的充磁方向与每块永磁体的径向对称中心线平行；其中，N极下每块永磁体的充磁方向是由底部平面或底部内圆表面指向顶部外圆表面，S极下每块永磁体的充磁方向是由顶部外圆表面指向底部平面或底部内圆表面。

本发明中，所述永磁体和极间填充物粘贴在所述转子轴上，而且所述永磁体和极间填充物构成的一对永磁磁极为一圆柱体，该圆柱体的轴心线与所述转子轴的轴心线重合。

所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套由硅钢片经冲剪和叠压而成，环形硅钢片铁心屏蔽紧固套的内圆柱表面和外圆柱表面的轴心线均与所述转子轴的轴心线重合，所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套的内圆柱表面与由所述一对永磁磁极的圆柱外表面之间为过盈配合。

所述碳纤维紧固套的内圆柱表面与所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套的外圆柱表面之间为过盈配合，所述碳纤维紧固套的内圆柱表面和外圆柱表面的轴心线均与所述转子轴的轴心线重合，所述碳纤维紧固套采用在所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套的外圆柱表面上以具有预拉力绑扎且涂胶的多层碳纤维带，然后烘干固化获得，或是采用固化成型的碳纤维管。

所述左压板和所述右压板对电磁有效部分起轴向压固作用，所述左压板和右压板由不导磁的金属材料加工制成，所述左压板和右压板均为有中心孔的圆盘，所述左压板和右压板的中心孔的轴心线和圆盘外回转面的轴心线均与转子轴的轴心线重合；所述左压板和右压板的圆盘外回转面的直径与所述碳纤维紧固套的外圆柱表面的直径相同，所述左压板和右压板的中心孔与所述转子轴之间为过盈配合。

本发明所述的复合结构永磁转子，其中，在电磁有效部分横截面处，每个永磁磁极下所述面包形永磁体底部平面粘贴在转子轴的一个铣出平面上，在面包形永磁体两侧粘贴的所述扇形永磁体的块数相同，扇形永磁体底部内圆表面粘贴在转子轴的圆柱表面上，所述扇形极间填充物底部内圆表面粘贴在二个永磁磁极之间所空出的转子轴圆柱表面上；面包形永磁体与扇形永磁体之间、扇形永磁体与扇形永磁体之间、扇形永磁体与扇形极间填充物之间的所有侧面都要紧密地用胶粘贴一起；在转子轴上粘贴完二块面包形永磁体、多块扇形永磁体和二块扇形极间填充物后，所形成的该永磁转子电磁有效部分的外表面是一个完整的圆柱表面；在轴向上，相邻的面包形永磁体之间、相邻的扇形永磁体之间、相邻的扇形极间填充物之间均采用胶粘贴。

本发明中，在所述转子轴上的电磁有效部分粘贴完所有的面包形永磁体、扇形永磁体和极间填充物后是该复合结构永磁转子的半成品，且电磁有效部分的外表面为圆柱表面，对该圆柱表面磨床精磨加工至尺寸精度要求后，再在电磁有效部分的外表面上安装所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的复合结构永磁转子中，用环形硅钢片铁心屏蔽紧固套替代了较厚的合金钢护套或较薄的导电金属屏蔽套后，含有齿谐波的永磁磁场进入导磁率很高的环形硅钢片铁心屏蔽紧固套到达永磁体时已经趋于平稳不再时变；定子三相基波电流和谐波电流产生的各种谐波磁场绝大部分只经过环形硅钢片铁心屏蔽紧固套，而只要极少的电枢反应谐波磁场通过永磁体，永磁体上的涡流损耗很小，幅值不大的谐波磁场在环形硅钢片铁心屏蔽紧固套产生的涡流损耗也远远低于较厚的合金钢护套或较薄的导电金属屏蔽套内的涡流损耗；极大地降低了永磁转子上的总损耗。而碳纤维紧固套对转子电磁有效部分起到整体紧固保护作用。

附图说明

图1是复合结构永磁转子的侧视示意图。

图2是复合结构永磁转子电磁有效部分的横截面示意图。

图中，1-转子轴，2-永磁体，2-1-面包形永磁体，2-2-扇形永磁体，3-扇形极间填充物，4-环形硅钢片铁心屏蔽紧固套，5-碳纤维紧固套，6-左压板，7-右压板。

具体实施方式

结合图1～图2对本发明一种适用于高速永磁同步电机的复合结构永磁转子的实施方式给予说明。

如图1和图2所示，本发明提出的一种适用于高速永磁同步电机的复合结构永磁转子，在该复合结构永磁转子的电磁有效部分的横截面径向上由里至外依次为转子轴1、由永磁体2与极间填充物构成的一对永磁磁极、环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4和碳纤维紧固套5；在该复合结构永磁转子的轴向上由左至右依次为转子轴左侧轴伸、左压板6、电磁有效部分、右压板7和转子轴左侧轴伸。

所述永磁体2和极间填充物粘贴在所述转子轴1上，而且所述永磁体2和极间填充物构成的一对永磁磁极为一圆柱体，该圆柱体的轴心线与所述转子轴1的轴心线重合。

所述转子轴1是由具有导磁能力的合金钢加工而成，所述转子轴1上，在与表贴的永磁体2和极间填充物的轴向位置对应的轴段区域是先加工成一圆柱体，再在该轴段区域的圆柱体表面上铣出与转子轴轴心线两侧对称的两个平行平面；垂直于所述两个平行平面且通过转子轴轴心线的平面是所述永磁转子的磁极轴线所在平面。

所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4由硅钢片经冲剪和叠压而成，环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的内圆柱表面和外圆柱表面的轴心线均与所述转子轴1的轴心线重合，所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的内圆柱表面与由所述一对永磁磁极的圆柱外表面之间为过盈配合。

所述碳纤维紧固套5的内圆柱表面与所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的外圆柱表面之间为过盈配合，所述碳纤维紧固套5的内圆柱表面和外圆柱表面的轴心线均与所述转子轴1的轴心线重合，所述碳纤维紧固套5采用在所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的外圆柱表面上以具有预拉力绑扎且涂胶的多层碳纤维带，然后烘干固化获得，或是采用固化成型的碳纤维管。

所述左压板6和所述右压板7对电磁有效部分起轴向压固作用，所述左压板6和右压板7均由不导磁的金属材料加工制成，所述左压板6和右压板7均为有中心孔的圆盘，所述左压板6和右压板7的中心孔的轴心线和圆盘外回转面的轴心线均与转子轴1的轴心线重合；所述左压板6和右压板7的圆盘外回转面的直径与所述碳纤维紧固套5的外圆柱表面的直径相同，所述左压板6和右压板7的中心孔与所述转子轴1之间为过盈配合。

如图2所示，从所述电磁有效部分的横截面看：由与复合结构永磁转子的整体外圆直径一样的永磁体2和不导磁的极间填充物3构成的一对永磁磁极是由外圆直径一样的二块面包形永磁体2-1、多块形状一样的扇形永磁体2-2和二块形状一样的扇形极间填充物3组成，而且面包形永磁体2-1的两侧形状一样的扇形永磁体2-2的块数相同，它们依次粘贴在转子轴上铣出的二个平行平面以及该轴段区域的圆柱表面上。

所述面包形永磁体2-1的前后二个平面的法线均是与所述转子轴1的轴心线平行，面包形永磁体2-1的径向对称中心线与永磁磁极的轴线重合，面包形永磁体2-1的底部平面的切向宽度与转子轴1上铣出的平面的切向宽度相同，面包形永磁体2-1的左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在的平面左右对称，且面包形永磁体2-1的左右两侧平面的延伸平面的交叉线与转子轴1的轴心线重合，面包形永磁体2-1的顶部外圆表面的轴心线与转子轴1的轴心线重合，面包形永磁体2-1的顶部外圆表面直径与扇形永磁体2-2顶部外圆表面直径相同。

所述扇形永磁体2-2的前后二个平面的法线均是与所述转子轴1的轴心线平行，扇形永磁体2-2的左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在的平面左右对称，且扇形永磁体2-2的左右两侧平面的延伸平面的交叉线与转子轴1的轴心线重合，扇形永磁体2-2的底部内圆表面和顶部外圆表面的中心线均与转子轴1的轴心线重合，扇形永磁体2-2的底部内圆表面内径与转子轴1表贴的永磁体2的区域圆柱外径相同。

扇形极间填充物3由不导磁的材料制成，扇形极间填充物3的前后二个平面法线都是与转子轴1的轴心线平行，扇形极间填充物3的左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在平面左右对称，且扇形极间填充物3的左右两侧平面的延伸平面的交叉线与转子轴1的轴心线重合，扇形极间填充物3的底部内圆表面和顶部外圆表面的中心线均与转子轴1的轴心线同轴，扇形极间填充物3的底部内圆表面的内径与转子轴1的表贴的永磁体2轴段区域的外径相同。

在所述电磁有效部分轴向长度之内，将所述面包形永磁体2-1、所述扇形永磁体2-2和所述扇形极间填充物3在轴向上分割成数块；在轴向上，相邻的面包形永磁体2-1之间、相邻的扇形永磁体2-2之间、相邻的扇形极间填充物3之间均采用胶粘贴。

所述的每一块面包形永磁体2-1和扇形永磁体2-2是径向充磁或是平行充磁，平行充磁的充磁方向与每块永磁体的径向对称中心线平行；其中，N极下每块永磁体的充磁方向是由底部平面或底部内圆表面指向顶部外圆表面，S极下每块永磁体的充磁方向是由顶部外圆表面指向底部平面或底部内圆表面。

在电磁有效部分横截面处，每个永磁磁极下所述面包形永磁体2-1底部平面粘贴在转子轴1的一个铣出平面上，在面包形永磁体2-1两侧粘贴的所述扇形永磁体2-2的块数相同，扇形永磁体2-2底部内圆表面粘贴在转子轴1的圆柱表面上，所述扇形极间填充物3底部内圆表面粘贴在二个永磁磁极之间所空出的转子轴圆柱表面上；面包形永磁体2-1与扇形永磁体2-2之间、扇形永磁体2-2与扇形永磁体2-2之间、扇形永磁体2-2与扇形极间填充物3之间的所有侧面都要紧密地用胶粘贴一起；在转子轴1上粘贴完二块面包形永磁体2-1、多块扇形永磁体2-2和二块扇形极间填充物3后，所形成的该复合结构永磁转子电磁有效部分的外表面是一个完整的圆柱表面。

在所述转子轴1上的电磁有效部分粘贴完所有的面包形永磁体2-1、扇形永磁体2-2和扇形极间填充物3后是该复合结构永磁转子的半成品，且电磁有效部分的外表面为圆柱表面，对该圆柱表面磨床精磨加工至尺寸精度要求后，再在电磁有效部分的外表面上安装所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4。

由于高速永磁同步电机的应用场合非常广泛，转子轴1的两个轴伸端的形式各种各样，在此结合图1和图2仅对高速永磁同步电机的复合结构永磁转子最为核心的电磁部分的实施方式给予说明。

本发明中的转子轴被用作转子磁路的一部分，起到转子轭部的作用，其导磁性能要好；为了保证转子能够在高速下可靠运转，转子轴1还应具有很好的机械性能。因此，选用具有较好导磁能力的高强度合金钢材料来加工转子轴1。转子轴1需进行必要的机加工，且将表贴永磁体2和极间填充物的区域车削成圆柱，最后在表贴永磁体2的圆柱区域转子轴1轴心线两侧对称地铣出两个平行平面，垂直于所铣出的两个平行平面且通过转子轴1轴心线的平面所处位置就是永磁转子磁极轴线所在平面。

从永磁体的安装形式来说，当电磁有效部分转子轴表面全部粘贴完外圆直径一样的面包形永磁体2-1、扇形永磁体2-2和扇形极间填充物3，而未安装环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4之前，复合结构永磁转子是属于表贴式的。当所有的面包形永磁体2-1、扇形永磁体2-2和扇形极间填充物3都粘贴完毕，所得到的永磁转子半成品径向上对外呈现出一对永磁磁极，且外表面为圆柱状。

高速永磁同步电机永磁转子永磁体2可选用烧结钕铁硼或烧结钐钴这两类稀土永磁材料来加工。虽然钐钴永磁材料的磁性能略低于钕铁硼永磁材料，价格也高一些，但是钐钴永磁材料的居里温度高，对于运行时转子温度较高的高速永磁同步电机，优先选用烧结钐钴永磁材料；若永磁转子具备较好的散热条件，也可以选用烧结钕铁硼永磁材料。

将永磁材料加工成各种尺寸、形状和数量满足尺寸要求的面包形永磁体2-1和扇形永磁体2-2，并按要求进行充磁。面包形永磁体2-1和扇形永磁体2-2，既可以径向充磁，也可以平行充磁。N极下每块永磁体的充磁方向是由底部平面或底部内圆表面指向顶部外圆表面，S极下每块永磁体的充磁方向是由顶部外圆表面指向底部平面或底部内圆表面。平行充磁时充磁方向与永磁体的径向对称中心线平行。依据目前永磁材料生产厂家的生产加工工艺和充磁设备状况，工程实践中永磁体多为平行充磁。

将面包形永磁体2-1加工成这样的形状：面包形永磁体2-1的前后二个平面法线都是与转子轴轴心线平行，面包形永磁体的径向对称中心线与复合结构永磁转子的永磁磁极轴线重合，面包形永磁体2-1的底部平面的切向宽度与转子轴上铣出平面的切向宽度相同，面包形永磁体2-1左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在平面左右对称，且转子轴1的轴心线都处于假想的斜面延长面上，面包形永磁体2-1的顶部外圆表面是轴心线与转子轴1的轴心线重合的圆柱面的一部分，面包形永磁体2-1的顶部外圆表面直径与扇形永磁体2-2顶部外圆表面直径相同。

将扇形永磁体2-2加工成这样的形状：扇形永磁体2-2的前后二个平面法线都是与转子轴1的轴心线平行，扇形永磁体2-2左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在平面左右对称，且转子轴轴心线都处于假想的斜面延长面上，扇形永磁体2-2的底部内圆表面和顶部外圆表面是轴心线与转子轴轴心线重合的圆筒内圆表面和外圆表面的一部分，扇形永磁体2-2的底部内圆表面内径与转子轴表贴永磁体的区域圆柱外径相同。

为了加强环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的紧固效果，使得环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4上所受到的应力比较均匀，电磁有效部分转子轴表面不粘贴永磁体的极间区域再表贴上扇形极间填充物3。扇形极间填充物3由不导磁的材料加工而成，如铝合金、不锈钢表或高强度塑料等。极端情况下，扇形极间填充物3在空间所占的空间角度为零，而不设置扇形极间填充物3，转子轴圆柱表面处全部表贴扇形永磁体。

将扇形极间填充物3加工成这样的形状：扇形极间填充物3的前后二个平面法线都是与转子轴轴心线平行，扇形极间填充物3左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在平面左右对称，且转子轴1的轴心线都处在假想的斜面延长面上，扇形极间填充物3的底部内圆表面和顶部外圆表面是轴心线与转子轴轴心线重合的圆筒内圆表面和外圆表面的一部分，扇形极间填充物3的底部内圆表面圆筒内径与转子轴表贴永磁体的区域圆柱外径相同。

在复合结构永磁转子电磁有效部分轴向长度之内，可以将面包形永磁体2-1、扇形永磁体2-2和扇形极间填充物3在轴向分成长度相同或不同的数段，数段轴向长度相同或不同的面包形永磁体2-1、扇形永磁体2-2和扇形极间填充物3各自轴向长度之和等于复合结构永磁转子电磁有效部分轴向长度。

按下述方法粘贴面包形永磁体2-1、扇形永磁体2-2和扇形极间填充物3：先在转子轴1上电磁有效部分涂上胶；同时，将需要粘贴在永磁转子电磁有效部分轴向两端的永磁体2和扇形极间填充物3除外圆面和一个前或后平面外的其余四个面都涂上胶；将其余的永磁体2和扇形极间填充物3除外圆面外的其余五个面也都涂上胶。然后，将每一永磁磁极下的面包形永磁体2-1的底部为平面依次与转子轴1上铣出的同一个平面粘贴；扇形永磁体2-2底部内圆表面依次与转子轴1的圆柱表面粘贴；扇形永磁体2-2两侧还依次与其两侧的面包形永磁体2-1、其它的扇形永磁体2-2、扇形极间填充物3的侧面紧密地粘贴在一起，而且在复合结构永磁转子电磁有效部分横截面处面包形永磁体2-1两侧形状一样的扇形永磁体2-2的块数相同；扇形极间填充物3底部内圆表面依次与转子轴1的圆柱表面粘贴；每块扇形极间填充物3两侧紧密地粘贴在两侧的二个永磁磁极两端的二块扇形永磁体2-2上。

当转子轴1上电磁有效部分粘贴完所有面包形永磁体2-1、扇形永磁体2-2和扇形极间填充物3后，所形成的这一永磁转子电磁有效部分的外表面是一个完整的圆柱表面。

当转子轴1上电磁有效部分粘贴完所有面包形永磁体2-1、扇形永磁体2-2和扇形极间填充物3后，所得到的永磁转子半成品径向上对外呈现出一对永磁磁极，且所得到的永磁转子半成品电磁有效部分的外表面为圆柱状。所得到的永磁转子半成品电磁有效部分的外表面为圆柱状的外圆还需要通过磨床精磨而达到尺寸精度要求。

选用低损耗、高机械强度的薄硅钢片冲剪和叠压成环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4。环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的内圆表面和外圆表面轴心线与转子轴1的轴心线重合。采油压机将环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4压装在外圆已经经过磨床精磨的永磁转子半成品电磁有效部分的外表面为圆柱之外。实现环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的内圆表面与由外圆直径一样的永磁体和极间填充物构成的一对永磁磁极的圆柱外表面之间的过盈安装配合。

选用不导磁的高强度的金属材料加工制作在复合结构永磁转子电磁有效部分轴向两侧起轴向压固作用的左压板6和右压板7。左压板6和右压板7为有中心孔的圆盘，左压板6和右压板7的中心孔轴心线和圆盘外圆面轴心线都与转子轴1的轴心线重合，左压板6和右压板7的圆盘外圆面直径与碳纤维紧固套5的外圆面直径相同。

当选用已经固化成型的碳纤维管直接用作碳纤维紧固套5时，需将碳纤维管压装到已经压装完环形硅钢片铁心屏蔽紧固套的永磁转子的硅钢片铁心屏蔽套4之外，实现碳纤维紧固套5内圆表面与环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的外圆表面之间的过盈配合，且碳纤维紧固套5的内圆表面和外圆表面轴心线与转子轴1的轴心线重合；然后，再在转子轴1的两侧安装对永磁转子电磁有效部分起轴向压固作用的左压板6和右压板7，左压板6和右压板7的中心孔内表面轴心线与转子轴1之间为过盈安装配合形式。于是，得到本发明所提出的复合结构永磁转子。

当采用直接在环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的外圆表面上以一定的预拉力绑扎涂胶的碳纤维带多层后、再烘干固化的方式而获得碳纤维紧固套5时，先在转子轴1的两侧安装对永磁转子电磁有效部分起轴向压固作用的左压板6和右压板7，再直接在环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的外圆表面上以一定的预拉力绑扎涂胶的碳纤维带多层形成碳纤维紧固层，然后排除碳纤维紧固层绑扎过程中挤出的多余的胶，最后经过长时间高温下的旋转烘干，这样以一定的预拉力过盈绑扎的碳纤维紧固层固化成碳纤维紧固套5，实现了碳纤维紧固套5的内圆表面与环形硅钢片铁心屏蔽紧固套5的外圆表面之间的过盈配合，且碳纤维紧固套5的内圆表面和外圆表面轴心线与转子轴1的轴心线重合。于是，也得到本发明所提出的复合结构永磁转子。

高速永磁同步电机的气隙比较大，各种谐波磁场的磁密不是很高。在本发明中，只要环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4的径向厚度设计合适，使得气隙中各种谐波磁场绝大部分只在环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4内和定子铁心内进出，进入永磁体的谐波磁场极少，谐波磁场在环形硅钢片铁心屏蔽紧固套内产生的铁耗较低，永磁体内的铁耗极低。对于永磁体而言，环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4起到了将大部分气隙谐波磁场屏蔽在永磁体之外的作用，既减少了转子上的损耗，又对永磁体产生一定预压力，对永磁体起到一定的机械紧固作用，而碳纤维紧固套5对转子电磁有效部分起到整体紧固保护作用。

虽然，环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4对永磁磁场造成一部分漏磁，但是，由于高速永磁同步电机的气隙永磁磁密一般都设计的偏低，以避免定子铁耗太高，因此，环形硅钢片铁心屏蔽紧固套4对永磁磁场造成的漏磁对电机性能影响不大，主要是造成永磁体的用量略有增加，但却从源头上减少了永磁转子的损耗，解决了高速永磁同步电机永磁转子发热和散热困难的难题。

尽管上面结合附图针对永磁磁极为一对极的复合结构永磁转子对本发明描述的，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，如永磁磁极由一对极变为二对极等各种变形，或将极间填充物去掉而用永磁体来取代，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种适用于高速永磁同步电机的复合结构永磁转子，其特征在于：在该复合结构永磁转子的电磁有效部分的横截面径向上由里至外依次为转子轴(1)、由永磁体(2)与极间填充物构成的一对永磁磁极、环形硅钢片铁心屏蔽紧固套(4)和碳纤维紧固套(5)；在该复合结构永磁转子的轴向上由左至右依次为转子轴左侧轴伸、左压板(6)、电磁有效部分、右压板(7)和转子轴右侧轴伸；

所述转子轴(1)是由具有导磁能力的合金钢加工而成，所述转子轴(1)上，在与表贴的永磁体(2)和极间填充物轴向位置对应的轴段区域是先加工成一圆柱体，再在该轴段区域的圆柱体表面上铣出与转子轴轴心线两侧对称的两个平行平面；垂直于所述两个平行平面且通过转子轴轴心线的平面是该复合结构永磁转子的磁极轴线所在平面；

从所述电磁有效部分的横截面看：由与复合结构永磁转子的整体外圆直径一样的永磁体(2)和不导磁的极间填充物构成的一对永磁磁极是由外圆直径一样的二块面包形永磁体(2-1)、多块形状一样的扇形永磁体(2-2)和二块形状一样的扇形极间填充物(3)组成，而且面包形永磁体(2-1)的两侧形状一样的扇形永磁体(2-2)的块数相同，它们依次粘贴在转子轴(1)上铣出的二个平行平面以及该轴段区域的圆柱表面上；

所述面包形永磁体(2-1)的前后二个平面的法线均是与所述转子轴(1)的轴心线平行，面包形永磁体(2-1)的径向对称中心线与永磁磁极的轴线重合，面包形永磁体(2-1)的底部平面的切向宽度与转子轴(1)上铣出的平面的切向宽度相同，面包形永磁体(2-1)的左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在的平面左右对称，且面包形永磁体(2-1)的左右两侧平面的延伸平面的交叉线与转子轴的轴心线重合，面包形永磁体(2-1)的顶部外圆表面的轴心线与转子轴(1)的轴心线重合，面包形永磁体(2-1)的顶部外圆表面直径与扇形永磁体(2-2)顶部外圆表面直径相同；

所述扇形永磁体(2-2)的前后二个平面的法线均是与所述转子轴(1)的轴心线平行，扇形永磁体(2-2)的左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在的平面左右对称，且扇形永磁体(2-2)的左右两侧平面的延伸平面的交叉线与转子轴(1)的轴心线重合，扇形永磁体(2-2)的底部内圆表面和顶部外圆表面的中心线均与转子轴(1)的轴心线重合，扇形永磁体(2-2)的底部内圆表面内径与转子轴(1)的表贴永磁体的区域圆柱外径相同；

所述扇形极间填充物(3)由不导磁的材料制成，扇形极间填充物(3)的前后二个平面法线都是与转子轴轴心线平行，扇形极间填充物(3)的左右两侧平面相对于其径向对称中心线所在平面左右对称，且扇形极间填充物(3)的左右两侧平面的延伸平面的交叉线与转子轴(1)的轴心线重合，扇形极间填充物(3)的底部内圆表面和顶部外圆表面的中心线均与转子轴(1)的轴心线同轴，扇形极间填充物(3)的底部内圆表面的内径与转子轴(1)的表贴永磁体轴段区域的外径相同；

在所述电磁有效部分轴向长度之内，将所述面包形永磁体(2-1)、所述扇形永磁体(2-2)和所述扇形极间填充物(3)在轴向上分割成数块；

所述的每一块面包形永磁体(2-1)和扇形永磁体(2-2)是径向充磁或是平行充磁，平行充磁的充磁方向与每块永磁体的径向对称中心线平行；其中，N极下每块永磁体的充磁方向是由底部平面或底部内圆表面指向顶部外圆表面，S极下每块永磁体的充磁方向是由顶部外圆表面指向底部平面或底部内圆表面。

2.根据权利要求1所述的复合结构永磁转子，其特征在于：所述永磁体(2)和极间填充物粘贴在所述转子轴(1)上，而且所述永磁体(2)和极间填充物构成的一对永磁磁极为一圆柱体，该圆柱体的轴心线与所述转子轴(1)的轴心线重合。

3.根据权利要求2所述的复合结构永磁转子，其特征在于：所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套(4)由硅钢片经冲剪和叠压而成，环形硅钢片铁心屏蔽紧固套(4)的内圆柱表面和外圆柱表面的轴心线均与所述转子轴(1)的轴心线重合，所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套(4)的内圆柱表面与由所述一对永磁磁极的圆柱外表面之间为过盈配合。

4.根据权利要求1所述的复合结构永磁转子，其特征在于：所述碳纤维紧固套(5)的内圆柱表面与所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套(4)的外圆柱表面之间为过盈配合，所述碳纤维紧固套(5)的内圆柱表面和外圆柱表面的轴心线均与所述转子轴(1)的轴心线重合，所述碳纤维紧固套(5)采用在所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套(4)的外圆柱表面上以具有预拉力绑扎且涂胶的多层碳纤维带，然后烘干固化获得，或是采用固化成型的碳纤维管。

5.根据权利要求1所述的复合结构永磁转子，其特征在于：所述左压板(6)和所述右压板(7)对电磁有效部分起轴向压固作用，所述左压板(6)和右压板(7)均由不导磁的金属材料加工制成，所述左压板(6)和右压板(7)均为有中心孔的圆盘，所述左压板(6)和右压板(7)的中心孔的轴心线和圆盘外回转面的轴心线均与转子轴(1)的轴心线重合；所述左压板(6)和右压板(7)的圆盘外回转面的直径与所述碳纤维紧固套(5)的外圆柱表面的直径相同，所述左压板(6)和右压板(7)的中心孔与所述转子轴(1)之间为过盈配合。

6.根据权利要求1所述的复合结构永磁转子，其特征在于：在电磁有效部分横截面处，每个永磁磁极下所述面包形永磁体(2-1)底部平面粘贴在转子轴的一个铣出平面上，在面包形永磁体(2-1)两侧粘贴的所述扇形永磁体(2-2)的块数相同，扇形永磁体(2-2)底部内圆表面粘贴在转子轴(1)的圆柱表面上，所述扇形极间填充物(3)的底部内圆表面粘贴在二个永磁磁极之间所空出的转子轴圆柱表面上；面包形永磁体(2-1)与扇形永磁体(2-2)之间、扇形永磁体(2-2)与扇形永磁体(2-2)之间、扇形永磁体(2-2)与扇形极间填充物(3)之间的所有侧面都要紧密地用胶粘贴一起；在转子轴(1)上粘贴完二块面包形永磁体(2-1)、多块扇形永磁体(2-2)和二块扇形极间填充物(3)后，所形成的该永磁转子电磁有效部分的外表面是一个完整的圆柱表面；在轴向上，相邻的面包形永磁体(2-1)之间、相邻的扇形永磁体(2-2)之间、相邻的扇形极间填充物(3)之间均采用胶粘贴。

7.根据权利要求6所述的复合结构永磁转子，其特征在于：在所述转子轴(1)上的电磁有效部分粘贴完所有的面包形永磁体(2-1)、扇形永磁体(2-2)和扇形极间填充物(3)后是该复合结构永磁转子的半成品，且电磁有效部分的外表面为圆柱表面，对该圆柱表面磨床精磨加工至尺寸精度要求后，再在电磁有效部分的外表面上安装所述环形硅钢片铁心屏蔽紧固套(4)。

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