一种永磁同步电动机磁钢内嵌式转子斜极结构及制造工艺的制作方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电动机技术领域，具体涉及一种永磁同步电动机磁钢内嵌式转子斜极结构及制造工艺。

背景技术：

据统计测算，我国电机保有量约17亿千瓦，总耗电量约3万亿千瓦时，占全社会总用电量的64%，其中工业领域的电机总用电量为2.6万亿千瓦时，约占工业用电的75%，国家在推进节能减排、组织实施“十大节能工程”时，把电机系统节能工程列入其中，实施中，首先推进标准平台建设，使我国中小型异步电动机的能效限定值及能效等级向国际电机行业标准体系靠拢，在GB18613-2012标准中，能效2级被确认为高效电机，相当于IEC60034-30标准中IE3等级，比GB18613-2006标准提升了1级。

随即国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会于2012年6月29日发布、2012年11月1日实施GB/T28575-2012《YE3系列（1P55）超高效率三相异步电动机技术条件（机座号80-355）》，该文件中规定的效率值与GB18613-2012中的2级能效限定值相同。

这样，新设计的电动机要达到GB18613-2012标准2级能效和GB/T28575-2012标准中规定的能效限定值的就有了一定难度，为此，在设计YE3系列时，设计技术、制造工艺和材料成本等方面有了较大提高，还需要通过调整铁心和槽形尺寸、绕组数据来平衡电动机的各项损耗和性能来达到高效2级，即使这样，要整个系列要达到1级能效几乎不可能。

而永磁电动机的能效值，普遍能达到1级，甚至高于1级，为此，在我国中小电机行业把产品开发的目标倾斜到永磁电机，并把永磁电机列为我国二十一世纪中小电机研发的领头羊。

我国广大的电机用户在国家政策的引领和惠民工程的激动下，采用高效电机的积极性日益提高，永磁电机的市场日益得到拓展，用户需要的永磁电机的类型和品种也日益增多。

从电机设计角度，为优化气隙磁场波形，削弱齿槽转矩最有效的方法通常采用斜槽的做法。如Y及Y2系列三相异步电动机中定子采用直槽，而转子阻尼笼的阻尼杆就采用斜槽。由于条件限制，永磁电动机设计时，在一些特定条件下，不允许采用常规的定子电枢斜槽，这必然迫使转子采用斜槽，但一旦转子采用斜槽，磁钢槽及磁钢必然呈S形，如图1所示。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种转子斜极且转子中内嵌的磁钢可正常安放的永磁同步电动机磁钢内嵌式转子斜极结构。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种永磁同步电动机磁钢内嵌式转子斜极结构，包括主轴、套设在所述主轴上的转子铁心和内嵌在所述转子铁心中的磁钢，所述转子铁心包括沿其轴线延伸方向依次顺序设置的多段单元铁心，相邻两段所述单元铁心的相邻端面之间紧密接触，每段所述单元铁心上均设有与永磁同步电动机的极数成整数倍的多个放置所述磁钢的直槽，多个所述直槽沿所述转子铁心的圆周方向间隔分布，所述直槽分别贯穿每段所述单元铁心的轴线方向上的两端面，所述直槽的长度延伸方向与所述转子铁心的轴线延伸方向相平行，每段所述单元铁心上的所述直槽数量相等，沿所述转子铁心的轴线延伸方向，相邻两段所述单元铁心上的所述直槽一一对应设置，且相邻两段所述单元铁心对应位置处的所述直槽向同一方向错开一角度或距离，所述磁钢嵌设在所述直槽中。

优选地，相邻两段所述单元铁心对应位置处的所述直槽错开的角度或距离相同。

进一步地，相邻两段所述单元铁心对应位置处的所述直槽错开的角度为：（360/转子槽数）/（单元铁心的数量-1）。

进一步地，相邻两段所述单元铁心对应位置处的所述直槽错开的距离为：（（转子槽数×转子齿距）/（转子槽数+电机极对数））/（单元铁心的数量-1）。

优选地，每段所述单元铁心相同，所述单元铁心处于分离状态时，相邻两段所述单元铁心内嵌设的所述磁钢的极性相反，多段所述单元铁心均套装在所述主轴上时，相邻两段所述单元铁心内嵌设的所述磁钢的极性相同。

优选地，所述转子还包括用于对所述转子铁心进行周向定位的定位件，所述主轴包括分别与多段所述单元铁心相配合的多段轴体，所述定位件分别设置在每段所述单元铁心与每段所述轴体之间，每段所述单元铁心上设有与所述定位件相配合的第一定位槽，每段所述轴体上设有与所述定位件相配合的第二定位槽。

进一步地，沿所述主轴的轴线延伸方向，相邻两个所述第二定位槽的中心线之间错开一距离，两个所述第二定位槽的中心线之间错开的方向和距离与相邻两段所述单元铁心对应位置处的所述直槽错开的方向和距离相同。

进一步地，每段所述单元铁心上均设有用于安装第一紧固件的第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装孔和所述第二安装孔沿所述单元铁心的圆周方向间隔设置，所述第一定位槽有两个，两个所述第一定位槽沿所述单元铁心的圆周方向间隔设置，两个所述第一定位槽之间间隔的角度与所述第一安装孔和所述第二安装孔之间间隔的角度相对应。

优选地，所述转子还包括用于对所述转子铁心进行轴向定位的第一隔磁板、第二隔磁板和卡簧，所述第一隔磁板和所述第二隔磁板分别设置在所述转子铁心的轴线方向上的两端，所述卡簧卡紧在所述第二隔磁板与所述主轴之间。

本发明还提供如上述任一项所述的永磁同步电动机磁钢内嵌式转子斜极结构制造工艺，该制造工艺如下：

（1）制造各段所述单元铁心：每段所述单元铁心均包括多张转子铁心冲片，多张所述转子铁心冲片叠压在一起后通过第一紧固件固定连接在一起；

（2）加工所述主轴：所述主轴主体加工完成后，在所述主轴上加工出用于对各段所述单元铁心进行定位的第二定位槽；

（3）所述转子的组装：所述转子组装时，先将所述磁钢按照极性分别嵌放在各段所述单元铁心的所述直槽中，然后按照所述单元铁心的安装位置要求将各段所述单元铁心依次压入所述主轴。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的永磁同步电动机磁钢内嵌式转子斜极结构通过将转子铁心分隔成沿轴线方向顺序设置的多段单元铁心，并在每一段单元铁心上设置直槽后内嵌磁钢，各段单元铁心对应位置处的直槽错开一定距离或角度组装后形成斜极，通过转子斜极实现转子斜槽的目的，这样，减少了永磁电动机力矩脉动和高次谐波，减少了杂散损耗，从而提高了永磁电动机的效率。

附图说明

附图1为现有技术中永磁电动机转子斜槽后的结构示意图；

附图2为本发明的永磁同步电动机磁钢内嵌式转子的结构示意图；

附图3为本发明的转子铁心的结构示意图；

附图4为本发明的主轴的结构示意图；

附图5为本发明的转子铁心嵌放磁钢后的结构示意图之一；

附图6为本发明的转子铁心嵌放磁钢后的结构示意图之二；

附图7为本发明的转子铁心冲片的结构示意图；

附图8为本发明的压装各段单元铁心时压装工具的结构示意图。

其中：1、主轴；11、轴体；111、第二定位槽；12、第一轴肩；13、第二轴肩；2、转子铁心；21、单元铁心；21a、转子铁心冲片；211、直槽；212、第一定位槽；213a、第一安装孔；213b、第二安装孔；3、磁钢；4、第一隔磁板；5、第二隔磁板；6、卡簧；

100、下压板；200、上压板；300、芯轴；400、上压块；500、第二紧固件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

如图2所示，本发明的永磁同步电动机磁钢内嵌式转子斜极结构包括主轴1、套设在主轴1上的转子铁心2和内嵌在转子铁心2中的磁钢3。

如图3所示，转子铁心2包括沿其轴线延伸方向依次顺序设置的多段单元铁心21，相邻两段单元铁心21的相邻端面之间紧密接触，每段单元铁心21上均设有与永磁同步电动机的极数成整数倍的多个直槽211，多个直槽211沿转子铁心2的圆周方向间隔分布，每个直槽211均贯穿转子铁心2的轴线方向上的两端面，直槽211的延伸方向与转子铁心2的轴线延伸方向相平行，每段单元铁心21上的直槽211的数量均相同，且沿转子铁心2的轴线延伸方向，相邻两段单元铁心21上的直槽211一一对应设置，沿转子铁心2的轴线延伸方向，相邻两段单元铁心21对应位置处的直槽211在转子铁心2的圆周方向上向同一方向稍微错开一距离或角度，该直槽211用于嵌放磁钢3，这样就形成了斜极式结构的转子铁心2，从而实现了使整个转子斜槽的结构，使得可以正常地嵌放磁钢3，解决了转子斜槽后，转子磁钢槽呈S状，使得磁钢3也必须为S状，使磁钢3不能内嵌这一技术问题。

优选地，沿转子铁心2的轴线延伸方向，相邻两段单元铁心21对应位置处的直槽211在转子铁心2的圆周方向上错开的距离或角度的数值都相同。

本实施例中，以15kw-4永磁电机为例，转子铁心2包括6段单元铁心21，该电机的转子为28槽，整个转子斜槽的距离用角度表示为：

,

将该转子斜槽的距离分配到6段单元铁心21上，相邻两段单元铁心21对应位置处的直槽211错开的角度为：

；

整个转子斜槽的距离tsk用距离表示为：

,

其中：

为转子槽数，为28；

为电机极对数，为2；

为转子齿距，，此处为转子外径，为167.6mm，计算，所以

，

将该转子斜槽的距离分配到6段单元铁心21上，相邻两段单元铁心21对应位置处的直槽211错开的距离为：

。

各段单元铁心21与主轴1之间均通过定位件来进行周向定位。具体的，各段单元铁心21上均设有与定位件相配合的第一定位槽212，主轴1包括与各段单元铁心21分别相配合的多段轴体11，每段轴体11上也均设有用于放置定位件的第二定位槽111，各第二定位槽111均沿主轴1的轴线方向延伸。本实施例中，定位件采用键，如图4所示。

沿主轴1的轴线延伸方向，相邻两个第二定位槽111的中心线之间偏离一定距离，该距离的数值与相邻两段单元铁心21对应位置处的直槽211错开的距离的数值相同，并向同一方向偏离，这样，通过连接在各段单元铁心21与主轴1之间的定位件还可以实现对该转子斜极的精确定位。

主轴1上的第二定位槽111通过铣削加工而成，在加工过程中，在铣削与上一个第二定位槽111相邻的下一个第二定位槽111时，使主轴1转动一定角度，该角度数值即为主轴1上的相邻两个第二定位槽111的中心线之间偏离的距离。本实施例中，以15kw-4永磁电机为例，在铣削与上一个第二定位槽111相邻的下一个第二定位槽111时，使主轴1转动2.57°，即相当于使相邻两第二定位槽111的中心线之间的偏距为3.51mm。

如图5~图7所示，各段单元铁心21上的第一定位槽212均设有两个，各段单元铁心21上还设有用于安装第一紧固件的第一安装孔213a和第二安装孔213b，第一安装孔213a和第二安装孔213b沿单元铁心21的圆周方向间隔一定角度设置，本实施例中，第一安装孔213a和第二安装孔213b均为圆孔，且第二安装孔213b的直径大于第一安装孔213a的直径。两个定位槽212也沿单元铁心21的圆周方向间隔一定角度设置，且两个定位槽212之间间隔的角度与第一安装孔213a和第二安装孔213b之间的间隔角度相同，本实施例中，第一安装孔213a和第二安装孔213b之间间隔90度，两个定位槽212之间也间隔90度。

该转子还包括用于对转子铁心2进行轴向定位的第一隔磁板4、第二隔磁板5和卡簧6，第一隔磁板4和第二隔磁板5分别套设在主轴1上，且分别与转子铁心2的轴线方向上的两端面相抵，第一隔磁板4同时抵设在主轴1的第一轴肩12上，卡簧6卡紧在第二隔磁板5与主轴1的第二轴肩13之间。

将磁钢3嵌放在各段单元铁心21中时要根据各段单元铁心21的安装位置考虑磁钢3的极性，本实施例中，当各段单元铁心21处于分离状态时，相邻两段单元铁心21中嵌放的磁钢3的极性相反，如图5和图6所示，这样可以保证当各段单元铁心21均套装在主轴1上后，相邻两段单元铁心21内嵌设的磁钢3的极性相同，即，沿转子2的同一斜极延伸方向，各个磁钢3的极性均相同，如图3所示。

该转子的制造工艺如下：

1.制造各段单元铁心21：

（1）每段单元铁心21的结构

每段单元铁心21均由多张转子铁心冲片21a叠压在一起制成，转子铁心冲片21a结构如图7所示。转子铁心冲片21a采用低损耗硅钢片冲制而成，本实施例中，转子铁心冲片21a采用低损耗硅钢片50W350；

（2）制造用于压装每段单元铁心21的压装工具，如图8所示，压装工具包括下压板100、上压板200、芯轴300和上压块400。转子铁心冲片21a套设在芯轴300的中部，芯轴300的两端部分别与上压板200和下压板100连接，为减小芯轴300在压紧后从单元铁心21的轴孔中拔出时摩擦力偏大，将芯轴300设计成三段式：芯轴中部和两端部，其两端部的直径小于中部的直径；

（3）每段单元铁心21的压装：

A．首先将芯轴300的一端部固定连接在下压板100上，将组成每段单元铁心21的多张转子铁心冲片21a依次套入芯轴300；

B．套片完成后，采用槽样棒检测直槽211能否通过，如不能通过，调理转子铁心冲片21a的位置使槽样棒能够顺利通过；

C．将上压板200套在芯轴300上，并压在叠压在一起的多张转子铁心冲片21a上，在上压板200上安装上压块400；

D．在上压块400上施加压力，在压力作用下通过第二紧固件500使上压板200、多张转子铁心冲片21a、下压板100和芯轴300固定在一起，然后在第二紧固件500处于拧紧的状态下将第一紧固件穿过单元铁心21上的第一安装孔213a将多张转子铁心冲片21a固定连接在一起；

E．松开第二紧固件500，撤压力后取下上压块400和上压板200，取出叠压在一起的成型的单元铁心21；

F．采用磁钢槽通规对成型的单元铁心21的直槽211进行检测；

G．依上述压装工序将各段单元铁心21压装完成。

2.主轴1的加工：

主轴1的主体加工完成后，铣削主轴1上的第二定位槽111，在铣削与上一个第二定位槽111相邻的下一个第二定位槽111时，使主轴1转动一定角度，该角度数值即为主轴1上相邻两个第二定位槽111的中心线之间偏离的距离。

3.转子的组装：

A．将主轴1的轴伸端向上立式固定；

B．将第一隔磁板4套入主轴1并通过主轴1上的第一轴肩12对第一隔磁板4进行定位；

C．在各段单元铁心21的直槽内嵌放磁钢3，放置时，根据第一安装孔213a和第二安装孔213b的位置注意各段单元铁心21中磁钢3的极性，以使各段单元铁心21均安装在主轴1上后，转子沿同一斜极方向上的各磁钢3的极性相同，本实施例中，各段单元铁心21处于分离状态时，相邻两段单元铁心21中磁钢3的极性相反，如第一段单元铁心21中磁钢3的极性如图5所示设置时，第二段单元铁心21中磁钢3的极性就如图6所示设置，依此类推。

D．在放置第一段单元铁心21的第一段轴体11上的第二定位槽111内放置键；

E．以步骤D中的键为导向，采用冷挤压的工艺将第一段单元铁心21压入主轴1，直至第一段单元铁心21的一端面紧靠第一隔磁板4；

F．在放置第二段单元铁心21的第二段轴体11上的第二定位槽111内放置键；

G．以步骤F中的键为导向将第二段单元铁心21采用冷挤压的工艺压入主轴1，直至第二段单元铁心21的一端面紧靠第一段单元铁心21的另一端面，在将第二段单元铁心21压入主轴1时，为了使第一段单元铁心21和第二段单元铁心21相邻的一端面紧密接触，此时第一段单元铁心21上的第一紧固件露出第一段单元铁心21的一端伸入第二段单元铁心21上的第二安装孔213b中，即在安装第二段单元铁心21时，使图6中B孔位置对准图5中A孔位置，此时第二段单元铁心21安装完成后，第一段单元铁心21和第二段单元铁心21对应位置处的磁钢3的极性相同；

H．在放置第三段单元铁心21的第三段轴体11上的第二定位槽111内放置键；

I．以步骤H中的键为导向将第三段单元铁心21采用冷挤压的工艺压入主轴1，直至第三段单元铁心21的一端面紧靠第二段单元铁心21的另一端面，在将第三段单元铁心21压入主轴1时，为了使第二段单元铁心21和第三段单元铁心21相邻的一端面紧密接触，此时第二段单元铁心21上的第一紧固件露出第二段单元铁心21的一端伸入第三段单元铁心21上的第二安装孔213b中，即在安装第三段单元铁心21时，使图5中A孔位置对准图6中B孔位置. 此时第三段单元铁心21安装完成后，第二段单元铁心21和第三段单元铁心21对应位置处的磁钢3的极性相同；

J．依上述步骤将剩余的单元铁心21依次全部采用冷挤压的工艺压入主轴1；

K．将第二隔磁板5套入主轴1并使其压在最后一段单元铁心21上，然后在第二隔磁板5上施加压力后，在第二隔磁板5与主轴1的第二轴肩13之间的空隙内装入卡簧6，去除施加在第二隔磁板5上的压力，卡簧6便被卡紧在第二隔磁板5与主轴1的第二轴肩13之间，从而将转子铁心2与主轴1固定在一起。

这样就完成了转子的制造，这样设计的转子结构可减少永磁电动机力矩脉动和高次谐波，减少杂散损耗，提高永磁电动机的效率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。