CN220043083U - 一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，属于永磁电机技术领域，包括转轴和固定在转轴轴向方向上的转子组件，转子组件形成两段斜极，两段斜极呈相反的倾斜方向；转子冲片为圆盘型，冲片本体具有轴孔，外圆周方向上分布有磁槽，磁槽的内部放置有磁钢，形成转子磁场；冲片本体的外圆周为不规则圆，第一圆弧与第二圆弧之间不同心设置；本发明内嵌式转子可以更有利于工艺加工装配及改善退磁性能；单元磁极分段，相对于整块磁极结构强度更好，不易断裂；具有转矩波动小、气隙磁场正弦化程度高；可以抵消轴向电磁力，优化电机振动性能，减小噪音；本发明的转子与定子之间能够形成非均匀气隙，优化气隙磁阻的分布，提高气隙磁场的正弦性。

Description

一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子。

背景技术

变桨电机应用于风力发电的变桨系统，变桨电机通过带动减速器驱动风电叶片绕自身轴线转动，使得风电机可以根据风力大小调整叶片的桨距角，保证风电机的正常运行。变桨电机通常可以采用永磁同步电机和交流异步电机两种方式，而永磁同步电机因为体积小、效率高等优势在变桨电机领域得到了广泛的应用。

永磁同步变桨电机大多使用表贴式转子的方案，参见说明书附图1，然而表贴式转子方案具有装配工艺困难、工艺要求较高等缺陷；同时，转子发热高，在恶劣的环境下运行可能会导致效率低、输出转矩不够的不良后果，长时间运行甚至会危害电机的绝缘性能，不利于电机的运行安全；另外，转矩波动大，造成电机振动大，对于结构性能有损害，也会造成噪音高等不良后果；因此亟需一种适用于永磁同步变桨电机用的内嵌式转子。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术中标贴式转子装配工艺困难以及内嵌式转子输出转矩不够的不足，提供一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，采用内嵌式转子设计使得装配工艺简单，同时，采用特有的分段斜极结构，磁路设计优化谐波磁场，降低电机附加损耗，解决转子发热高的问题。

技术方案：本发明一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，包括转轴和固定在转轴轴向方向上的转子组件，转子组件由六段单元磁极沿轴向呈V形布置组成，六个单元磁极形成两段斜极，两段斜极呈相反的倾斜方向；单元磁极由一组转子冲片叠压而成；转子冲片为圆盘型，包括冲片本体，冲片本体的中心部位具有固定在转轴上的轴孔，冲片本体的外圆周方向上均匀分布有八个磁槽，每个磁槽的内部放置有磁钢，磁槽的作用为固定磁钢及构成转子磁路；每相邻两个磁钢的N、S极交替放置，形成转子磁场；冲片本体的外圆周为不规则圆，由一组第一圆弧和一组第二圆弧交替组成，第一圆弧与第二圆弧之间不同心设置；磁槽与冲片本体的外圆之间形成磁桥，磁桥作用是减少漏磁，降低漏磁系数，充分利用永磁体的性能，同时也保证了转子强度。

轴孔上设置有卡扣装置，轴孔通过卡扣装置与转轴固定连接。

进一步地，第一圆弧和第二圆弧的数量分别为八段，第一圆弧的半径为78.2mm，第二圆弧的半径为65mm 。

进一步地，第一圆弧与轴孔同心设置。

进一步地，第二圆弧与轴孔偏心设置。

第一圆弧与第二圆弧的不同心设置，使得本发明的转子与定子之间能够形成非均匀气隙，这样可以优化气隙磁阻的分布，提高气隙磁场的正弦性，从而有效降低齿槽转矩，提高电机的运行性能。

进一步地，轴孔与每个磁槽之间设置有减重孔，减重孔不影响整体磁路，起到降低转子转动惯量的作用，有利于电机控制的响应性能。

进一步地，卡扣装置包括位于轴孔上的向内凸起的凸键，凸键的相邻位置设置有向外凸起的记号槽。

进一步地，转轴上设置有与凸键相应的凹槽。

进一步地，磁钢的材料采用钕铁硼，牌号可以选择N35UH。合理地选用磁钢牌号及磁钢的尺寸设计可以在保证电机性能的同时降低磁钢用量，降低成本。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）表贴式永磁同步电机的转子磁钢通常采用瓦片式结构表，固定磁钢工艺多采用的是无纬带绑扎固定、粘结剂粘结固定及不锈钢钢套固定等，工艺复杂；表贴式永磁同步电机的转子磁钢直接接触气隙，退磁风险高，相比内嵌结构可靠性较差，而内嵌结构仅需将磁钢安装至磁槽内即可，故采用内嵌式转子可以更有利于工艺加工装配及改善退磁性能；

（2）本发明中单元磁极分段，相对于整块磁极结构强度更好，不易断裂；

（3）本发明通过六段单元磁极成V型斜极分布，具有转矩波动小、气隙磁场正弦化程度高，同时，可以抵消轴向电磁力，优化电机振动性能，减小噪音；

（4）本发明通过第一圆弧与第二圆弧的不同心设置，使得本发明的转子与定子之间能够形成非均匀气隙，优化气隙磁阻的分布，提高气隙磁场的正弦性，从而有效降低齿槽转矩，提高电机的运行性能；同时优化谐波磁场，解决转子发热高的问题。

附图说明

图1是背景技术中提到的表贴式转子的结构示意图；

图2是本发明中转子组件的结构示意图；

图3是本发明中转子冲片的结构示意图；

图4是本发明中转轴的剖视图；

图5是本发明中磁钢的截面示意图；

图6是实施例1中各结构尺寸；

图7是实施例1的气隙磁密波形图；

图8是实施例1的在工作状态下的示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图2所示的一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，包括转轴1和固定在转轴轴向方向上的转子组件2；

如图2所示，本实施例中转子组件2由六段单元磁极沿轴向呈V形布置组成，分别为第一单元磁极21、第二单元磁极22、第三单元磁极23、第四单元磁极24、第五单元磁极25和第六单元磁极26；第一单元磁极21、第二单元磁极22和第三单元磁极23形成一段斜极，第四单元磁极24、第五单元磁极25和第六单元磁极26形成另一段斜极，两段斜极两段斜极呈相反的倾斜方向；每段斜极中，每相邻两个单元斜极的偏转角度设为3.75度，因此形成偏转7.5度的6段“V”型斜极结构。

单元磁极由一组转子冲片3叠压而成；如图3所示，转子冲片3为圆盘型，包括冲片本体，冲片本体的中心部位具有固定在转轴1上的轴孔35，冲片本体的外圆周方向上均匀分布有八个磁槽31；如图5所示，每个磁槽31的内部放置有磁钢32，每相邻两个磁钢32的N、S极交替放置，形成转子磁场，图中箭头方向为磁场方向；冲片本体的外圆周为不规则圆，由八段第一圆弧38和八段第二圆弧39交替组成；第一圆弧38与轴孔35同心设置，在相应磁极的中心线上。磁槽31与冲片本体的外圆之间形成磁桥33；磁桥33位于转子冲片上第一圆弧与磁槽所夹的位置，磁桥厚度越小电磁性能越好，机械强度越差；轴孔35与每个磁槽31之间设置有减重孔34。

如图4所示，轴孔35上的向内凸起的凸键36，凸键36的相邻位置设置有向外凸起的记号槽37；转轴上设置有与凸键36相应的第一凹槽11和第二凹槽12，第一凹槽11和第二凹槽12之间的夹角呈180+3.75度。在装配时，第一磁极单元21和第六磁极单元26的凸键36与转轴的第一凹槽11卡扣，第二磁极单元22和第五磁极单元25的凸键36与转轴的第二凹槽12卡扣，第三磁极单元和第四磁极单元的凸键36与第一凹槽11卡扣，从而形成V型结构。记号槽37用于装配时确认转子状态，防止反面安装导致极性错误。

如图6所示，本实施例中，第一圆弧38的半径为78.2mm，第二圆弧39的半径为65mm，第一圆弧与第二圆弧的圆心距为13.2mm，第一圆弧与第二圆弧圆心连线与竖直方向夹角为22.5度，转子冲片中磁桥厚度为1mm，宽度为2.5mm，每相邻两个磁槽的间距为6mm，磁钢厚度为4.6mm，宽度为37mm，平行充磁，极弧系数为0.8。每个单元磁极的高度为36mm，转子总高度198mm

振动和噪声是电机性能重要的指标，因此气隙磁密波形的改善是电机设计的重点之一。本发明提供的转子方案应用在变桨电机上，对于气隙磁密波形的优化有着明显的效果，通常用气隙磁密波形的畸变率来衡量气隙磁密波形的正弦化程度。如图7所示。本实施例中电机气隙磁密波形的畸变率为18%，而其他电机的气隙磁密波形的畸变率为25%左右。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，包括转轴（1）和固定在转轴轴向方向上的转子组件（2），其特征在于：所述转子组件（2）由六段单元磁极沿轴向呈V形布置组成，所述六个单元磁极形成两段斜极，所述两段斜极呈相反的倾斜方向；

所述单元磁极由一组转子冲片（3）叠压而成；

所述转子冲片（3）为圆盘型，包括冲片本体，所述冲片本体的中心部位具有固定在转轴（1）上的轴孔（35），所述冲片本体的外圆周方向上均匀分布有八个磁槽（31），每个磁槽（31）的内部放置有磁钢（32），每相邻两个磁钢（32）的N、S极交替放置，形成转子磁场；所述冲片本体的外圆周为不规则圆，由一组第一圆弧（38）和一组第二圆弧（39）交替组成，所述第一圆弧与第二圆弧不同心设置；所述磁槽（31）与冲片本体的外圆之间形成磁桥（33）；

所述轴孔（35）上设置有卡扣装置，所述轴孔（35）通过卡扣装置与转轴（1）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，其特征在于：所述第一圆弧（38）和第二圆弧（39）的数量分别为八段，所述第一圆弧（38）的半径为78.2mm，所述第二圆弧（39）的半径为65mm 。

3.根据权利要求2所述的一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，其特征在于：所述第一圆弧（38）与所述轴孔（35）同心设置。

4.根据权利要求3所述的一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，其特征在于：第二圆弧（39）与所述轴孔（35）偏心设置。

5.根据权利要求1所述的一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，其特征在于：所述轴孔（35）与每个磁槽（31）之间设置有减重孔（34）。

6.根据权利要求1所述的一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，其特征在于：所述卡扣装置包括位于轴孔（35）上的向内凸起的凸键（36），所述凸键（36）的相邻位置设置有向外凸起的记号槽（37）。

7.根据权利要求6所述的一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，其特征在于：所述转轴上设置有与所述凸键（36）相应的凹槽。

8.根据权利要求1所述的一种永磁同步变桨电机用内嵌式转子，其特征在于：所述磁钢的材料采用钕铁硼。