CN112737177A - 一种表贴式高速永磁同步转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表贴式高速永磁同步转子，包括转子轴(1)、若干组永磁铁(2)、若干组硅钢片(3)以及转子铁芯护套(4)，若干组所述永磁铁(2)和若干组所述硅钢片(3)分别沿所述转子轴(1)的轴线方向粘贴于转子轴(1)的表面，所述永磁铁(2)和硅钢片(3)在所述转子轴(1)的环向方向上间隔分布，所述永磁铁(2)与硅钢片(3)的外径相同，所述转子铁芯护套(4)套装于所述永磁铁(2)和硅钢片(3)的外周。该表贴式高速永磁同步转子可同时满足高转速、常功率范围宽的要求且转子铁芯护套不存在应力集中。

Description

一种表贴式高速永磁同步转子

技术领域

本发明涉及高速永磁电机/发电机技术领域，特别是涉及一种表贴式高速永磁同步转子。

背景技术

高速永磁电机因其功率密度高、体积小、效率高等优点成为高速电机的重要发展方向，已成为国内外高速电机领域的研究热点。

新能源汽车、实验台、轨道交通等驱动系统的电机/发电机需同时满足高转速和常功率范围宽的要求。高转速一般定义为转子铁芯的线速度大于100m/s。常功率范围宽即电机/发电机的功率在额定转速与最高转速间保持不变，这种类型的电机/发电机通常具有很宽的转速变化区间，其最高转速通常为额定转速的3倍以上，主要应用于无齿轮箱驱动系统。

现有技术中，广泛应用于新能源汽车驱动系统的内置式永磁同步电机/发电机可以满足常功率范围宽的要求，但因其硅钢片材料屈服强度较小导致不能满足高转速要求。

表贴式高速永磁电机/发电机因具备高强的非导磁合金护套/复合材料护套抵抗永磁铁的离心力而可以满足高转速要求。

目前，主要有如下两种常用的表贴式高速永磁电机转子：

第一种如图1所示，由无加强筋的转子轴1、永磁铁2、转子铁芯护套4构成，这种转子的优点是转子轴1、永磁铁2在预紧力、旋转载荷、热膨胀载荷作用下变形均匀，转子铁芯护套4没有应力集中；缺点是仅存在永磁转矩，不存在磁阻转矩，导致其弱磁区较小，也即不能满足常功率范围宽的要求。

第二种如图2所示，由具备加强筋的转子轴1、永磁铁2、转子铁芯护套4构成，这种转子的优点是转子轴1的加强筋可提高转子的抗弯刚度、临界转速、减小转子长度，同时转子轴1的加强筋可以形成磁阻转矩，因此可满足常功率范围宽的要求；缺点是转子轴1的加强筋、永磁铁2因材料弹性模量、热膨胀系数不同而导致在预紧力、旋转载荷、热膨胀载荷作用下变形不均匀，转子铁芯护套4存在严重的应力集中、不满足强度使用要求。

因此，开发一种表贴式高速永磁电机转子，可同时满足高转速、常功率范围宽的要求且转子铁芯护套不存在应力集中，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种表贴式高速永磁同步转子，该表贴式高速永磁同步转子可同时满足高转速、常功率范围宽的要求且转子铁芯护套不存在应力集中。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种表贴式高速永磁同步转子，包括转子轴、若干组永磁铁、若干组硅钢片以及转子铁芯护套，若干组所述永磁铁和若干组所述硅钢片沿所述转子轴的轴线方向粘贴于转子轴的表面，所述永磁铁和硅钢片在所述转子轴的环向方向上间隔分布，所述永磁铁与硅钢片的外径相同，所述转子铁芯护套套装于所述永磁铁和硅钢片的外周。

优选地，所述转子铁芯护套为金属套，所述永磁铁和硅钢片与所述金属套通过过盈装配。

优选地，所述转子铁芯护套为通过复合材料丝线预紧力缠绕于所述永磁铁和硅钢片的复合材料护套。

优选地，所述复合材料护套的材质为树脂和增强纤维的混合材料。

优选地，所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、氰酸酯、苯并恶嗪或者氰基树脂，所述增强纤维为碳纤维、凯夫拉或玻璃纤维。

优选地，所述永磁铁和硅钢片与转子轴的贴合面为平面或者弧形曲面。

优选地，所述硅钢片的组数2n，n为自然数。

本发明所提供的表贴式高速永磁同步转子，包括转子轴、若干组永磁铁、若干组硅钢片以及转子铁芯护套，每组永磁铁包块若干块永磁铁块，若干块永磁铁块在转子轴的轴线方向上依次首尾连接。每组硅钢片3包含多片硅钢片体，多片硅钢片体在转子轴的轴线方向上依次叠压。转子轴为光轴，若干组永磁铁和若干组硅钢片沿转子轴的轴向粘贴于转子轴1的表面，每组永磁铁和每组硅钢片的轴线方向与转子轴的轴线方向相同。永磁铁和硅钢片在转子轴的环向方向间隔分布，永磁铁的两侧面与硅钢片的两侧面接触。永磁铁与硅钢片的外径相同，转子铁芯护套套装于永磁铁和硅钢片的外周，转子铁芯护套将永磁铁和硅钢片套装于其中，转子铁芯护套满足高转速要求。

应用本发明实施例所提供的技术方案，高速永磁同步转子采用表贴式结构，增加硅钢片，硅钢片的导磁系数大于转子轴的导磁系数，转子轴上的硅钢片可形成磁阻转矩；硅钢片与转子轴为非刚性连接，因此在预紧力、旋转载荷、热膨胀载荷作用下变形均匀，转子铁芯护套不存在应力集中。综上，本发明提出的表贴式高速永磁同步转子可同时满足高转速、弱磁区小、常功率范围宽的要求，对于新能源汽车、实验台、轨道交通等驱动系统的高速永磁电机转子设计具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中第一种典型的表贴式高速永磁同步转子铁芯的横截面示意图；

图2为现有技术中第二种典型的表贴式高速永磁同步转子铁芯的横截面示意图；

图3为本发明中一种具体实施方式所提供的表贴式高速永磁同步转子的结构示意图；

图4为图3中C-C横截面的示意图；

图5为表贴式高速永磁同步转子的爆炸图。

附图中标记如下：

转子轴1、永磁铁2、硅钢片3、转子铁芯护套4。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种表贴式高速永磁同步转子，该表贴式高速永磁同步转子可同时满足高转速、常功率范围宽的要求且转子铁芯护套不存在应力集中。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图3至图5，图3为本发明中一种具体实施方式所提供的表贴式高速永磁同步转子的结构示意图；图4为图3中C-C横截面的示意图；图5为表贴式高速永磁同步转子的爆炸图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的表贴式高速永磁同步转子，包括转子轴1、若干组永磁铁2、若干组硅钢片3以及转子铁芯护套4，若干组永磁铁2和若干组硅钢片3分别沿转子轴1的轴线方向粘贴于转子轴1的表面，永磁铁2和硅钢片3在转子轴1的环向方向上间隔分布，永磁铁2与硅钢片3的外径相同，转子铁芯护套4套装于永磁铁2和硅钢片3的外周。

上述结构中，表贴式高速永磁同步转子包括转子轴1、若干组永磁铁2、若干组硅钢片3以及转子铁芯护套4，转子轴1、永磁铁2、硅钢片3以及转子铁芯护套4的尺寸和强度等参数满足高速永磁电机/发电机的使用要求。

每组永磁铁2包块若干块永磁铁块，若干块永磁铁块在转子轴1的轴线方向上依次首尾连接。每组硅钢片3包含多片硅钢片3体，多片硅钢片3体在转子轴1的轴线方向上依次叠压。

转子轴1为光轴，若干组永磁铁2和若干组硅钢片3沿转子轴1的轴向粘贴于转子轴1的表面，每组永磁铁2和每组硅钢片3的轴线方向与转子轴1的轴线方向相同。

优选地，永磁铁2与硅钢片3通过胶水粘贴于转子轴1的表面，连接方便，易于操作，粘贴较为牢固，不易松动。进一步地，永磁铁2的侧面与硅钢片3的侧面之间通过胶水连接，将永磁铁2的侧面与硅钢片3的侧面粘贴起来，转子轴1、硅钢片3、永磁铁2粘结为一个整体，进一步增强整体的连接强度。当硅钢片3或者永磁铁2与转子轴1之间具有分离的情况下，分离部分的硅钢片3或者永磁铁2与相邻的永磁铁2或者硅钢片3依然连接，硅钢片3和永磁铁2也不会与转子轴1脱离。

永磁铁2和硅钢片3在转子轴1的环向方向间隔分布，也就是，永磁铁2和硅钢片3之间具有间隙，硅钢片3设置于间隙中，依次间隔设置，永磁铁2的两侧面与硅钢片3的两侧面接触。

当永磁铁2与硅钢片3粘贴于转子轴1的表面，装配完成后通过转子铁芯两端的端板压紧永磁铁2和硅钢片3的两端端面，对永磁铁2和硅钢片3进行固定。优选地，端板为钢板，强度较高，成本较低。

永磁铁2与硅钢片3的外径相同，转子铁芯护套4套装于永磁铁2和硅钢片3的外周，转子铁芯护套4将永磁铁2和硅钢片3套装于其中，转子铁芯护套4满足高转速要求。优选地，永磁铁2与硅钢片3在安装完成之后，磁铁2与硅钢片3通过机加工处理，将安装后的永磁铁2与硅钢片3的外壁进行切削，使永磁铁2与硅钢片3的外径相等，消除因加工误差、安装误差的影响，保证在预紧力、旋转载荷、热膨胀载荷作用下变形均匀，转子铁芯护套4不存在应力集中。

应用本发明实施例所提供的技术方案，高速永磁同步转子采用表贴式结构，增加硅钢片3，硅钢片3的导磁系数大于转子轴1的导磁系数，转子轴1上的硅钢片3可形成磁阻转矩；硅钢片3与转子轴1为非刚性连接，因此在预紧力、旋转载荷、热膨胀载荷作用下变形均匀，转子铁芯护套4不存在应力集中。综上，本发明提出的表贴式高速永磁同步转子可同时满足高转速、弱磁区小、常功率范围宽的要求，对于新能源汽车、实验台、轨道交通等驱动系统的高速永磁电机转子设计具有重要意义。

上述转子铁芯护套4内容包括至少两种方案，第一种转子铁芯护套4为金属护套，如非导磁合金套，具体可以为钛合金、镍铬合金，高强度，抗腐蚀性满足表贴式高速永磁同步转子的性能要求。永磁铁2和硅钢片3与金属套为过盈配合，永磁铁2和硅钢片3与金属套通过热套的方式装配，连接强度较高。

第二种转子铁芯护套4为复合材料护套，复合材料护套通过预紧力将单纱/预浸料缠绕于永磁铁2和硅钢片3的外圆，连接方便。

复合材料护套由树脂和增强纤维构成，树脂可以为环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、氰酸酯、苯并恶嗪、氰基树脂，增强纤维可以为碳纤维、凯夫拉或玻璃纤维，树脂和增强纤维可以任意组合，具体组合方式较多，都在本发明的保护范围内。

进一步优化上述技术方案，本领域的技术人员可以根据具体场合的不同对上述具体实施方式进行若干改变，永磁铁2和硅钢片3与转子轴1的贴合面可以为平面，也可以为弧形曲面，以此可以满足不同的电磁性能，使用范围较广。

在上述具体实施方式的基础上，硅钢片3的组数2n，n为自然数，均匀分布，轴对称设置，保证高速永磁电机均匀旋转，在圆周方向上能量一致，动平衡性一致。需要说明的是，永磁铁2的环向比例大于硅钢片3的环向比例，比如设置三组永磁铁2，设置一组硅钢片3，满足表贴式高速永磁同步转子的性能使用要求。具体设置永磁铁2和硅钢片3的数量、比例不受限制，可以根据实际应用情况而定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的表贴式高速永磁同步转子进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种表贴式高速永磁同步转子，其特征在于，包括转子轴(1)、若干组永磁铁(2)、若干组硅钢片(3)以及转子铁芯护套(4)，若干组所述永磁铁(2)和若干组所述硅钢片(3)分别沿所述转子轴(1)的轴线方向粘贴于转子轴(1)的表面，所述永磁铁(2)和硅钢片(3)在所述转子轴(1)的环向方向上间隔分布，所述永磁铁(2)与硅钢片(3)的外径相同，所述转子铁芯护套(4)套装于所述永磁铁(2)和硅钢片(3)的外周。

2.根据权利要求1所述的表贴式高速永磁同步转子，其特征在于，所述转子铁芯护套(4)为金属套，所述永磁铁(2)和硅钢片(3)与所述金属套通过过盈装配。

3.根据权利要求1所述的表贴式高速永磁同步转子，其特征在于，所述转子铁芯护套(4)为通过复合材料丝线预紧力缠绕于所述永磁铁(2)和硅钢片(3)的复合材料护套。

4.根据权利要求3所述的表贴式高速永磁同步转子，其特征在于，所述复合材料护套的材质为树脂和增强纤维的混合材料。

5.根据权利要求4所述的表贴式高速永磁同步转子，其特征在于，所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、氰酸酯、苯并恶嗪或者氰基树脂，所述增强纤维为碳纤维、凯夫拉或玻璃纤维。

6.根据权利要求1-5任一项所述的表贴式高速永磁同步转子，其特征在于，所述永磁铁(2)和硅钢片(3)与转子轴(1)的贴合面为平面或者弧形曲面。

7.根据权利要求1-5任一项所述的表贴式高速永磁同步转子，其特征在于，所述硅钢片(3)的组数2n，n为自然数。

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