CN116054446A - 一种内置式高速永磁电机转子结构 - Google Patents

一种内置式高速永磁电机转子结构 Download PDF

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CN116054446A CN202310201299.6A CN202310201299A CN116054446A CN 116054446 A CN116054446 A CN 116054446A CN 202310201299 A CN202310201299 A CN 202310201299A CN 116054446 A CN116054446 A CN 116054446A
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谢颖
王泽兵
蔡蔚
张燚
杨艳会
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Abstract

本发明公开了一种内置式高速永磁电机转子结构，属于高速永磁电机领域。解决了内置式永磁转子高速运行时转子冲片强度不足，通过增加隔磁桥的宽度可以提高转子机械强度，但会增大电机漏磁等的问题。本发明中转子铁心为内置式V形转子磁极结构，将辅隔磁桥处替换成波浪形结构的不锈钢加强筋，应力最大处全部由加强筋部分承担，通过弯曲结构设计，将应力最大处由主要承受离心力的两个倒角处分担至加强筋整体，使加强筋更高效地承担拉应力；利用不锈钢非导磁的特性，来阻断漏磁磁路，降低转子损耗，提升电机电磁性能；极靴上设有减重极靴孔，主隔磁桥附近设有辅助槽，改变主隔磁桥处受力；转子铁心外表面设有碳纤维保护套，保证高速下转子的安全运行。

Description

一种内置式高速永磁电机转子结构
技术领域
本发明属于高速永磁电机领域。
背景技术
高速永磁电机具有结构简单、体积小、高效率和高功率密度等优点，同时可直接与工作机或负载相连，省去了传统的机械变速装置，可减小噪声，提高传动系统的效率，因此广泛应用于高速磨床、高速泵、飞轮储能、离心式压缩机等领域。为了追求更高的功率密度和转矩密度，提升电机的转速成为一个行之有效的方案。但是高速电机受到了诸多限制而不能使电机转速无尽的提升，比如高速运行时转子冲片强度不足的限制。
对于内置式永磁同步电机，电机不仅要满足电磁性能，还要满足机械性能。内置式永磁转子高速运行时产生的离心力作用于转子隔磁桥，若隔磁桥设计不当，严重情况下会使隔磁桥处发生断裂，导致电机的损坏。增加隔磁桥宽度可以增强隔磁桥的机械强度，但是随着隔磁桥宽度的增加电机漏磁增大，永磁电机电磁性能下降。因此，研究在保持电磁性能的同时，如何减少内置式永磁同步电机转子最大应力具有普遍的意义。
发明内容
本发明旨在解决内置式永磁转子高速运行时转子冲片强度不足，通过增加隔磁桥的宽度可以提高转子机械强度，但会增大电机漏磁、使电机电磁性能下降等的问题。
高速内置式永磁电机转子，包括：转子铁心、永磁体、加强筋、碳纤维保护套。
具体的，所述转子铁心为内置式V形转子磁极结构。
进一步的，所述转子冲片的极靴上设有减重极靴孔，在不影响电机电磁性能的前提下有助于减小转子机械应力。
进一步的，所述转子冲片主隔磁桥附近开设有三角形辅助槽，改变主隔磁桥处受力，为避免辅助槽尖角处应力集中，对辅助槽的尖角作倒圆角处理。
具体的，将辅隔磁桥处替换成波浪形结构的不锈钢加强筋，应力最大处全部由加强筋部分承担，通过弯曲结构设计，使加强筋更高效、均匀地承担拉应力，降低了转子最大应力，提高了转子的机械强度，从而解决了内置式永磁转子高速运行时隔磁桥可能会断裂的问题。
进一步的，所述加强筋通过过盈配合嵌入转子冲片。
进一步的，所述加强筋的上下两头与磁钢贴合在一起，为避免加强筋尖角处应力集中，对加强筋与转子铁心接触的尖角作倒圆角处理。
进一步的，对加强筋进行弯曲结构设计，通过优化调整主要承受离心力的两个倒角和多段过渡曲线的圆弧半径和角度，将应力最大处由主要承受离心力的两个倒角处分担至加强筋整体，更高效地发挥加强筋的抗拉作用。
进一步的，所述加强筋采用奥氏体不锈钢1Cr18Ni9,且利用不锈钢非导磁的特性，来阻断漏磁磁路，降低转子损耗，提升电机电磁性能。
具体的，所述碳纤维保护套设于转子铁心外表面，碳纤维保护套缠绕在转子铁心上，保证高速下转子的安全运行。
本发明的优点在于：1、将辅隔磁桥处替换成波浪形结构的不锈钢加强筋，应力最大处全部由加强筋部分承担，通过弯曲结构设计，使加强筋更高效、均匀地承担拉应力，降低了转子最大应力，提高了转子的机械强度，从而解决了内置式永磁转子高速运行时隔磁桥可能会断裂的问题；2、利用不锈钢非导磁的特性，来阻断漏磁磁路，降低转子损耗，提升电机电磁性能；3、主隔磁桥附近开设辅助槽，改变主隔磁桥处受力，从而使主隔磁桥厚度变薄，减小漏磁，提升电机电磁性能；4、极靴上开设减重极靴孔，在不影响电机电磁性能的前提下有助于减小转子机械应力；5、在转子铁心外表面设有轻质高强的碳纤维保护套，保证高速下转子的安全运行。
附图说明
图1为本发明的内置式高速永磁电机转子的径向截面示意图；
图2为加强筋的径向截面示意图；
图3为本发明的转子结构等效应力云图；
图4为本发明的加强筋结构等效应力云图；
图5为本发明的转子铁心结构等效应力云图；
图6为本发明的碳纤维保护套结构切向应力云图；
图7为本发明的改进前的内置式高速永磁电机转子的径向截面示意图；
图8为本发明的改进前的转子铁心结构等效应力云图；
图9为本发明的改进前的转子碳纤维保护套结构切向应力云图。
附图中各部件的标注如下：1、转子铁心；2、辅助槽；3、极靴孔；4、加强筋；4-1–4-7、加强筋结构细节特征；5、永磁体；6、碳纤维保护套。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例来详细说明本发明的实施方式。
参见图1，为本实施方案所述的一种内置式高速永磁电机转子径向截面示意图，包括转子铁心1、辅助槽2、极靴孔3、加强筋4、永磁体5、碳纤维保护套6。
所述三角形辅助槽开设在转子冲片主隔磁桥附近，为避免辅助槽尖角处应力集中，对辅助槽的尖角作倒圆角处理。所述辅助槽可以改变主隔磁桥处受力，从而使主隔磁桥厚度变薄，减小漏磁，提升电机电磁性能。
所述减重极靴孔开设在转子冲片的极靴上，在不影响电机电磁性能的前提下有助于减小转子机械应力。
参见图1和图2，将辅隔磁桥处替换成波浪形结构的不锈钢加强筋，应力最大处全部由加强筋部分承担，通过弯曲结构设计，使加强筋更高效、均匀地承担拉应力，降低了转子最大应力，提高了转子的机械强度，从而解决了内置式永磁转子高速运行时隔磁桥可能会断裂的问题。
所述加强筋通过过盈配合嵌入转子冲片，所述加强筋的上下两头与磁钢贴合在一起，为避免加强筋尖角处应力集中，对加强筋与转子铁心接触的尖角4-1和4-2处作倒圆角处理。
对所述加强筋进行弯曲结构设计，对主要承受离心力的两个倒角4-3和4-4处进行圆弧半径和角度的优化调整，通过不断仿真优化4-3、4-4处圆弧半径和角度和4-5、4-6、4-7处过渡圆弧的圆弧半径和角度，将应力最大处由主要承受离心力的两个倒角4-3和4-4处分担至加强筋整体，比如4-6、4-5、4-7处，更加高效地发挥加强筋的抗拉作用，降低了转子最大应力，提高了转子的机械强度，从而解决了内置式永磁转子高速运行时隔磁桥可能会断裂的问题。
所述加强筋采用奥氏体不锈钢1Cr18Ni9,且利用不锈钢非导磁的特性，可以阻断漏磁磁路，降低转子损耗，提升电机电磁性能。
所述碳纤维保护套主要是将浸胶的碳纤维丝束按规律缠绕到芯模表面，固化脱模后通过过盈装配到转子铁心外表面，保证高速下转子的安全运行。

Claims (6)

1.一种内置式高速永磁电机转子结构，包括：转子铁心(1)、辅助槽(2)、极靴孔(3)、加强筋(4)、加强筋结构细节特征(4-1–4-7)、永磁体(5)、碳纤维保护套(6)。
其特征在于，转子铁心(1)为内置式V形转子磁极结构；辅助槽(2)开设在转子冲片主隔磁桥附近，可以改变主隔磁桥处受力；极靴孔(3)开设在转子冲片的极靴上，在不影响电机电磁性能的前提下有助于减小转子机械应力；将辅隔磁桥处替换成波浪形结构的不锈钢加强筋(4)，应力最大处全部由加强筋部分承担，通过弯曲结构设计，使加强筋更高效、均匀地承担拉应力，降低了转子最大应力，提高了转子的机械强度，从而解决了内置式永磁转子高速运行时隔磁桥可能会断裂的问题。
2.根据权利要求1所述的三角形辅助槽开设在转子冲片主隔磁桥附近，为避免辅助槽尖角处应力集中，对辅助槽的尖角作倒圆角处理。所述辅助槽可以改变主隔磁桥处受力，从而使主隔磁桥厚度变薄，减小漏磁，提升电机电磁性能
3.根据权利要求1所述的加强筋通过过盈配合嵌入转子冲片，加强筋的上下两头与磁钢贴合在一起，为避免加强筋尖角处应力集中，对加强筋与转子铁心接触的尖角4-1和4-2处作倒圆角处理。
4.根据权利要求1对所述加强筋进行弯曲结构设计，对主要承受离心力的两个倒角4-3和4-4处进行圆弧半径和角度的优化调整，通过不断仿真优化4-3、4-4处圆弧半径和角度和4-5、4-6、4-7处过渡圆弧的圆弧半径和角度，将应力最大处由主要承受离心力的两个倒角4-3和4-4处分担至加强筋整体，比如4-6、4-5、4-7处，更加高效地发挥加强筋的抗拉作用，降低了转子最大应力，提高了转子的机械强度，从而解决了内置式永磁转子高速运行时隔磁桥可能会断裂的问题。
5.根据权利要求1所述的加强筋利用不锈钢非导磁的特性，来阻断漏磁磁路，降低转子损耗，提升电机电磁性能。
6.根据权利要求1所述的碳纤维保护套设于转子铁心外表面，所述碳纤维保护套主要是将浸胶的碳纤维丝束按规律缠绕到芯模表面，固化脱模后通过过盈装配到转子铁心外表面，保证高速下转子的安全运行。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117154978A (zh) * 2023-08-30 2023-12-01 哈尔滨理工大学 高速内置式永磁电机转子结构

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