CN116526710A - 一种永磁同步电机转子设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种永磁同步电机转子设计方法，包括：获取转子铁芯，该转子铁芯设有多个用于安装磁钢的安装部；根据转子铁芯的极数，将转子铁芯平均划分为多个相同形状的小单元转子模块，每个小单元转子模块均包含对应的安装部；根据小单元转子模块的形状制备对应的小单元模具，从而在硅钢片钢带上制备得到多个转子分块铁芯；根据将各个转子分块铁芯依次组合得到的环状结构的最外侧形状，制备钢套，用于套设在环状结构的外侧。与现有技术相比，本发明将传统的转子铁芯根据极数分开为多个转子分块铁芯，可以使得模具成本大大减小、硅钢片钢带的利用率大大提升以及生产效率的大幅提升。

Description

一种永磁同步电机转子设计方法
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种永磁同步电机转子设计方法。
背景技术
随着永磁材料、电力电子等技术的发展，永磁同步电机越来越多的出现在各种自动化设备和军工等特殊领域的设备里；
而随着自动化行业的高速发展，各终端设备厂家(尤其是一些机器人、特种作业设备和军工装备等高端装备)对电机产品的性能要求越来越高，比如：电机动态响应高、功率密度高和齿槽转矩小等；与此同时，目前企业纷纷推出永磁同步电机产品，市场竞争也越来越激烈。这些都要求电机厂家研发和生产效率越来越高，成本也要得到有效的控制；
为了提高电机产品在市场上的竞争力，设计方案时要考虑电机主要物料(比如定转子铁芯、磁钢、铜线、机壳和端盖等物料)的方案成本。
对于转子铁芯，如图1-3所示，为表贴式转子铁芯、一字型嵌入式转子铁芯和V字型嵌入式转子铁芯的结构以及装配过程示意图，现有的设计方案为首先生产一体成型的整体转子铁芯，整体的转子铁芯设计为整圆形状，在此基础上根据磁钢形状设计、减小惯量设计和磁路走向设计来设计避空；
生产时依据磁路回路，在相邻的磁钢槽中依次插入N、S极磁钢；磁钢安装时需要考虑好磁钢的极性，不然很容易放置错误，引起电机无法运行的情况；而且表贴式(spm)转子在安装磁钢时容易被相邻磁钢吸引过去碰撞在一起导致磁钢的破裂情况；
如图4-6所示，为表贴式转子铁芯、一字型嵌入式转子铁芯和V字型嵌入式转子铁芯在硅钢片钢带上的冲压状态示意图，图中1、2、3、4和5所示圆形区域硅钢片为无法利用的空间，硅钢片在冲压时浪费较大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高硅钢片的材料利用率，节约转子铁芯成本的永磁同步电机转子设计方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种永磁同步电机转子设计方法，包括以下步骤：
S1：获取转子铁芯，该转子铁芯设有多个用于安装磁钢的安装部；
S2：根据转子铁芯的极数，将转子铁芯平均划分为多个相同形状的小单元转子模块，每个小单元转子模块均包含对应的所述安装部；
S3：根据所述小单元转子模块的形状制备对应的小单元模具，从而在硅钢片钢带上制备得到多个转子分块铁芯；
S4：根据将各个转子分块铁芯依次组合得到的环状结构的最外侧形状，制备钢套，用于套设在所述环状结构的外侧。
进一步地，每个所述硅钢片钢带对应多个小单元模具，各个所述小单元模具依次沿直线排列，相邻两个小单元模具之间通过侧面相互衔接，并且在位置上相邻两个小单元模具首尾互换。
进一步地，所述小单元转子模块的形状为转子铁芯的最小重复单元。
进一步地，若所述转子铁芯为表贴式转子铁芯，该表贴式转子铁芯的外侧均匀设有多个磁钢固定凸块，
则以各个所述磁钢固定凸块的中心线作为分隔线，该分隔线经过表贴式转子铁芯的中心，得到多个相同形状的小单元转子模块。
进一步地，若所述转子铁芯为一字型嵌入式转子铁芯，该一字型嵌入式转子铁芯均匀设有多个一字型通孔，
则以相邻两个一字型通孔之间的中心线作为分隔线，该分隔线经过一字型嵌入式转子铁芯的中心，得到多个相同形状的小单元转子模块。
进一步地，若所述转子铁芯为V字型嵌入式转子铁芯，该V字型嵌入式转子铁芯均匀设有多个V字型通孔，
则以相邻两个V字型通孔之间的中心线作为分隔线，该分隔线经过V字型嵌入式转子铁芯的中心，得到多个相同形状的小单元转子模块。
进一步地，所述转子铁芯的组装过程包括：在各个转子分块铁芯上的安装部内装配磁钢，将装配有磁钢的各个转子分块铁芯沿圆周依次排布，在排布后的整体结构外侧套设钢套。
进一步地，所述钢套与排布后的转子分块铁芯整体结构紧配合。
进一步地，所述钢套与排布后的各个转子分块铁芯相互套设、粘接或焊接连接。
进一步地，通过小单元模具，在硅钢片钢带上采用冲压的方式制备得到转子分块铁芯。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明设计了一种旋转永磁同步电机转子铁芯方案，通过将传统的转子铁芯根据极数分开冲压和生产，可以使得模具成本大大减小、硅钢片钢带的利用率大大提升以及生产效率的大幅提升。
(2)本发明将转子铁芯分为多个相同结构的转子分块铁芯，加工时可在硅钢片钢带上直接加工转子分块铁芯，各个转子分块铁芯彼此间可通过斜面相互嵌合，硅钢片钢带上的废料区域少，硅钢片的材料利用率高，相当于节约了转子铁芯的成本。
(3)由于采用更小单元的转子分块铁芯，其模具开模难度降低，模具成本也低。
(4)本发明单个转子模块比较小，便于工厂批量化和自动化生产(贴磁钢或者插磁钢)；根据产线整机生产的任务量来进行转子模块的配料制供应，也减少了生产现场的物料堆放面积与空间，有利于现场的5S管理。
附图说明
图1为本发明背景技术中提供的一种表贴式转子铁芯的装配过程示意图，图中箭头表示贴磁钢；
图2为本发明背景技术中提供的一种一字型嵌入式转子铁芯的装配过程示意图，图中箭头表示插磁钢；
图3为本发明背景技术中提供的一种V字型嵌入式转子铁芯的装配过程示意图，图中箭头表示插磁钢；
图4为本发明背景技术中提供的一种表贴式转子铁芯在硅钢片钢带上的冲压状态示意图；
图5为本发明背景技术中提供的一种一字型嵌入式转子铁芯在硅钢片钢带上的冲压状态示意图；
图6为本发明背景技术中提供的一种V字型嵌入式转子铁芯在硅钢片钢带上的冲压状态示意图；
图7为本发明实施例中提供的一种表贴式转子铁芯的转子分块铁芯装配过程结构变化示意图；
图8为本发明实施例中提供的一种一字型嵌入式转子铁芯的转子分块铁芯装配过程结构变化示意图；
图9为本发明实施例中提供的一种V字型嵌入式转子铁芯的转子分块铁芯装配过程结构变化示意图；
图10为本发明实施例中提供的一种表贴式转子铁芯的转子分块铁芯在硅钢片钢带上的冲压状态示意图；
图11为本发明实施例中提供的一种一字型嵌入式转子铁芯的转子分块铁芯在硅钢片钢带上的冲压状态示意图；
图12为本发明实施例中提供的一种V字型嵌入式转子铁芯的转子分块铁芯在硅钢片钢带上的冲压状态示意图；
图13为本发明实施例中提供的一种永磁同步电机转子设计方法的流程示意图；
图中，1、转子铁芯，11、表贴式转子铁芯，111、磁钢固定凸块，12、一字型嵌入式转子铁芯，121、一字型通孔，13、V字型嵌入式转子铁芯，131、V字型通孔，101、转子分块铁芯，102、安装部，2、磁钢，3、钢套。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
实施例1
如图13所示，本实施例提供一种永磁同步电机转子设计方法，包括以下步骤：
S1：获取转子铁芯1，该转子铁芯1设有多个用于安装磁钢2的安装部102；
S2：根据转子铁芯1的极数，将转子铁芯1平均划分为多个相同形状的小单元转子模块，每个小单元转子模块均包含对应的安装部102；
S3：根据小单元转子模块的形状制备对应的小单元模具，从而在硅钢片钢带上制备得到多个转子分块铁芯101；
S4：根据将各个转子分块铁芯101依次组合得到的环状结构的最外侧形状，制备钢套3，用于套设在环状结构的外侧。
具体地，每个硅钢片钢带对应多个小单元模具，各个小单元模具依次沿直线排列，相邻两个小单元模具之间通过侧面相互衔接，并且在位置上相邻两个小单元模具首尾互换。
转子铁芯1的组装过程包括：在各个转子分块铁芯101上的安装部102内装配磁钢2，将装配有磁钢2的各个转子分块铁芯101沿圆周依次排布，在排布后的整体结构外侧套设钢套3。
本发明将转子铁芯1分为多个相同结构的转子分块铁芯101，加工时可在硅钢片钢带上直接加工转子分块铁芯101，各个转子分块铁芯101彼此间可通过斜面相互嵌合，硅钢片钢带上的废料区域少，硅钢片的材料利用率高，相当于节约了转子铁芯1的成本。
另外，由于采用更小单元的转子分块铁芯101，其模具开模难度降低，模具成本也低；
单个转子模块比较小，便于工厂批量化和自动化生产贴磁钢或者插磁钢；根据产线整机生产的任务量来进行转子模块的配料制供应，也减少了生产现场的物料堆放面积与空间，有利于现场的5S管理。
具体地，转子分块铁芯101为转子铁芯1的均分结构，安装部102位于转子分块铁芯101内，并优选以转子分块铁芯101的中心轴对称分布，转子分块铁芯101的形状优选为整体转子铁芯1的最小重复单元。
钢套3与组合成环状结构的转子分块铁芯101整体的最外侧面的形状和大小相配合，钢套3与转子分块铁芯101构成的环状结构之间通过直接套设，或者进一步相互粘接，或者进一步相互焊接等实现整体连接；并且，优选的，钢套3与排布后的转子分块铁芯101整体结构紧配合。
本方案适用的转子结构可以为现有各种对称式的转子铁芯结构，包括表贴式转子结构(包括但不限于表面突出结构与表面嵌入结构等)、嵌入式转子结构(包括但不限于u型转子结构、v型转子结构和w型转子结构等)。
下面对三种结构形式的转子铁芯，对应提出三种永磁同步电机转子结构。
1、如图7所示，转子铁芯1为表贴式转子铁芯11，表贴式转子铁芯11的外侧均匀设有多个磁钢固定凸块111，相邻两个转子分块铁芯101的分隔线为磁钢固定凸块111的中心线，该中心线经过原表贴式转子铁芯11的中心。
表贴式转子铁芯11对应的转子分块铁芯101的装配过程包括：首先对各个转子分块铁芯101贴磁钢2，然后将各个转子分块铁芯101依次排列构成圆环状结构，并在最外侧套入钢套3固定，完成整体装配。
如图10所示，表贴式转子铁芯11对应的转子分块铁芯101的在硅钢片钢带上的冲压分布，相邻两个表贴式转子铁芯11之间侧面相互衔接，并且在位置上首尾互换，整体上以直线形排布，该冲压布局下，仅有上下两侧些许硅钢片浪费，相比于现有的方案，大幅减少了浪费的材料，提高了硅钢片的材料利用率。
2、如图8所示，转子铁芯1为一字型嵌入式转子铁芯12，一字型嵌入式转子铁芯12均匀设有多个一字型通孔121，相邻两个转子分块铁芯101的分隔线为相邻两个一字型通孔121之间的中心线，该中心线经过原一字型嵌入式转子铁芯12的中心。
一字型嵌入式转子铁芯12对应的转子分块铁芯101的装配过程包括：首先对各个转子分块铁芯101插磁钢2，然后将各个转子分块铁芯101依次排列构成圆环状结构，并在最外侧套入钢套3固定，完成整体装配。
如图11所示，一字型嵌入式转子铁芯12对应的转子分块铁芯101的在硅钢片钢带上的冲压分布，相邻两个一字型嵌入式转子铁芯12之间侧面相互衔接，并且在位置上首尾互换，整体上以直线形排布，该冲压布局下，仅有上下两侧些许硅钢片浪费，相比于现有的方案，大幅减少了浪费的材料，提高了硅钢片的材料利用率。
3、如图9所示，转子铁芯1为V字型嵌入式转子铁芯13，V字型嵌入式转子铁芯13均匀设有多个V字型通孔131，相邻两个转子分块铁芯101的分隔线为相邻两个V字型通孔131之间的中心线，该中心线经过原V字型嵌入式转子铁芯13的中心。
V字型嵌入式转子铁芯13对应的转子分块铁芯101的装配过程包括：首先对各个转子分块铁芯101插磁钢2，然后将各个转子分块铁芯101依次排列构成圆环状结构，并在最外侧套入钢套3固定，完成整体装配。
如图12所示，V字型嵌入式转子铁芯13对应的转子分块铁芯101的在硅钢片钢带上的冲压分布，相邻两个V字型嵌入式转子铁芯13之间侧面相互衔接，并且在位置上首尾互换，整体上以直线形排布，该冲压布局下，仅有上下两侧些许硅钢片浪费，相比于现有的方案，大幅减少了浪费的材料，提高了硅钢片的材料利用率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机转子设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取转子铁芯(1)，该转子铁芯(1)设有多个用于安装磁钢(2)的安装部(102)；
S2：根据转子铁芯(1)的极数，将转子铁芯(1)平均划分为多个相同形状的小单元转子模块，每个小单元转子模块均包含对应的所述安装部(102)；
S3：根据所述小单元转子模块的形状制备对应的小单元模具，从而在硅钢片钢带上制备得到多个转子分块铁芯(101)；
S4：根据将各个转子分块铁芯(101)依次组合得到的环状结构的最外侧形状，制备钢套(3)，用于套设在所述环状结构的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子设计方法，其特征在于，每个所述硅钢片钢带对应多个小单元模具，各个所述小单元模具依次沿直线排列，相邻两个小单元模具之间通过侧面相互衔接，并且在位置上相邻两个小单元模具首尾互换。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子设计方法，其特征在于，所述小单元转子模块的形状为转子铁芯(1)的最小重复单元。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子设计方法，其特征在于，
若所述转子铁芯(1)为表贴式转子铁芯(11)，该表贴式转子铁芯(11)的外侧均匀设有多个磁钢固定凸块(111)，
则以各个所述磁钢固定凸块(111)的中心线作为分隔线，该分隔线经过表贴式转子铁芯(11)的中心，得到多个相同形状的小单元转子模块。
5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子设计方法，其特征在于，
若所述转子铁芯(1)为一字型嵌入式转子铁芯(12)，该一字型嵌入式转子铁芯(12)均匀设有多个一字型通孔(121)，
则以相邻两个一字型通孔(121)之间的中心线作为分隔线，该分隔线经过一字型嵌入式转子铁芯(12)的中心，得到多个相同形状的小单元转子模块。
6.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子设计方法，其特征在于，
若所述转子铁芯(1)为V字型嵌入式转子铁芯(13)，该V字型嵌入式转子铁芯(13)均匀设有多个V字型通孔(131)，
则以相邻两个V字型通孔(131)之间的中心线作为分隔线，该分隔线经过V字型嵌入式转子铁芯(13)的中心，得到多个相同形状的小单元转子模块。
7.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子设计方法，其特征在于，所述转子铁芯(1)的组装过程包括：在各个转子分块铁芯(101)上的安装部(102)内装配磁钢(2)，将装配有磁钢(2)的各个转子分块铁芯(101)沿圆周依次排布，在排布后的整体结构外侧套设钢套(3)。
8.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机转子设计方法，其特征在于，所述钢套(3)与排布后的转子分块铁芯(101)整体结构紧配合。
9.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机转子设计方法，其特征在于，所述钢套(3)与排布后的各个转子分块铁芯(101)相互套设、粘接或焊接连接。
10.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子设计方法，其特征在于，通过小单元模具，在硅钢片钢带上采用冲压的方式制备得到转子分块铁芯(101)。
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