一种永磁同步电动机磁钢表贴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表贴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材料和槽形尺寸、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，根据IEC已批准IE5效率限定值，随之，我国电机1级能效还将再提升，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，普通能达到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励下，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，有时由于种种条件限制，不允许采用常规的定子斜槽，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，即使磁钢采用表贴式，磁钢要斜槽，也因磁钢表面扭曲而难以实现。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种永磁同步电动机磁钢表贴式转子斜极结构，通过将磁钢贴设在转子铁心的外圆周面上从而形成转子斜极结构，并通过转子斜极达到了转子斜槽。

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表贴式转子斜极结构，转子包括主轴、套设在所述主轴上的转子铁心、设置在所述转子铁心上并与永磁同步电动机的极数成整数倍的多个磁钢，每个所述磁钢均贴设在所述转子铁心的外圆周面上，多个所述磁钢沿所述转子铁心的圆周方向间隔分布，每个所述磁钢均包括沿所述转子铁心的轴线延伸方向依次顺序设置的多段单元磁钢，同一极所述磁钢的相邻两段所述单元磁钢的相邻的一端面紧密接触，沿所述转子铁心的轴线延伸方向，同一极所述磁钢的相邻两段所述单元磁钢在所述转子铁心的圆周方向上向同一方向错开一角度或距离。

优选地，相邻两段所述单元磁钢在所述转子铁心的圆周方向上错开的角度或距离相同，且错开的角度为：（360/转子槽数）/（单元磁钢的数量-1）；或者，错开的距离为：（（转子槽数×转子齿距）/（转子槽数+电机极对数））/（单元磁钢的数量-1）。

优选地，每个所述磁钢均呈瓦片形结构，每个所述磁钢均包括呈弧形的外边缘和内边缘。

进一步地，所述外边缘和所述内边缘的半径尺寸相同，圆心位于不同的位置处。

进一步地，所述外边缘和所述内边缘的半径尺寸不同，圆心位于同一位置处。

优选地，每个所述磁钢均包括沿所述转子铁心的圆周方向依次顺序设置的多个磁条，相邻两段所述磁条的相邻的一端面紧密接触。

优选地，沿所述转子铁心的圆周方向，相邻两个所述磁钢之间设有2~4mm的间距。

优选地，所述转子铁心的外圆周面上对应贴设所述磁钢的位置处设置有开槽，所述开槽沿所述转子铁心的轴线方向延伸并贯穿所述转子铁心的轴线方向上的两端。

优选地，所述转子还包括套设在所述磁钢的外部的护套，所述护套由具有隔磁作用的材料制成。

本发明还提供一种如上述任一项所述的永磁同步电动机磁钢表贴式转子斜极结构制造工艺，制造工艺如下：

（1）制造组成所述转子铁心的多张转子铁心冲片；

（2）将步骤（1）中的多张所述转子铁心冲片压装在一起并固定连接形成所述转子铁心；

（3）将所述转子铁心套设在所述主轴上；

（4）对套设在所述主轴上的所述转子铁心的外圆周面进行精加工；

（5）在所述转子铁心的外圆周面上贴设所述磁钢；

（6）在贴设所述磁钢后的所述转子铁心的外部套设具有隔磁作用的护套；

（7）在所述转子铁心的轴线方向上的两端分别安装隔磁板，并与所述转子铁心固定连接在一起。

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表贴式转子斜极结构通过将贴设在转子铁心的外圆周面上的每个磁钢均沿转子铁心的轴线延伸方向分割成多段单元磁钢，且使同一极磁钢的相邻两段单元磁钢在转子铁心的圆周方向上错开一定距离或角度后形成斜极式的转子结构，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表贴式转子的结构示意图；

附图3为本发明的永磁同步电动机的磁钢的结构示意图之一；

附图4为本发明的永磁同步电动机的磁钢的结构示意图之二；

附图5为本发明的永磁同步电动机的磁钢贴设在转子铁心的外圆周面上的结构示意图；

附图6为本发明的永磁同步电动机的贴设在转子铁心的外圆周面上后展开后的结构示意图；

附图7为本发明的转子铁心冲片的结构示意图；

附图8为本发明的压装转子铁心的压装设备的结构示意图。

其中：1、主轴；2、转子铁心；21、转子铁心冲片；211、安装孔；3、磁钢；31、单元磁钢；32、磁条；33、磁块；4、护套；5、隔磁板；

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表贴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、设置在转子铁心2上并与永磁同步电动机的极数成整数倍的多个的磁钢3。

每个磁钢3均贴设在转子铁心2的外圆周面上，多个磁钢3沿转子铁心2的圆周方向间隔分布，每个磁钢3均包括沿转子铁心2的轴线延伸方向依次顺序设置的多段单元磁钢31，同一极磁钢3的相邻两段单元磁钢31的相邻的一端面紧密接触，沿转子铁心2的轴线延伸方向，同一极磁钢3的相邻两段单元磁钢31在转子铁心2的圆周方向上向同一方向稍微错开一角度或距离，这样，就形成斜极式转子结构，通过转子斜极达到了转子斜槽的目的。

优选地，沿转子铁心2的轴线延伸方向，同一极磁钢3的相邻两段单元磁钢31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132M-4 7.5kw永磁电机为例，每个磁钢3包括5段单元磁钢31，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5段单元磁钢31上，相邻两段单元磁钢31在转子铁心2的圆周方向错开的角度为：

；

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134mm，计算，所以

，

将该转子斜槽的距离分配到5段单元磁钢31上，相邻两段单元磁钢31错开的距离为：

。

如图5和图6所示，每个磁钢3均包括沿转子铁心2的圆周方向依次顺序设置的多段磁条32，相邻两段磁条32的相邻端面之间紧密接触，这样，每个磁钢3就被分割成多个小磁块33，沿转子铁心2的轴线方向及圆周方向，相邻两个磁块33的相邻端面之间均紧密接触，在同一磁条32上的相邻的两个小磁块33在转子铁心2的圆周方向上向同一方向稍微错开一角度或距离。

如图5所示，沿转子铁心2的圆周方向，相邻的两个磁钢3之间可以采用2~4mm的小间隙的结构，该间隙起隔磁的作用，以防止极间磁短路，从而减弱每极磁钢3的磁通量。

每个磁钢3均呈瓦片形结构，如图3和图4所示，每个磁钢3均包括呈弧形的外边缘和内边缘，外边缘和内边缘的圆心可以设置在同一位置处，即外边缘和内边缘同心设置，此时外边缘和内边缘的半径尺寸不同，如图3所示；也可以使外边缘和内边缘的半径尺寸相同，而圆心不在同一位置处，二者之间具有一距离L，如图4所示，外边缘和内边缘等半径而不同心设置的磁钢3由于带有极弧而使电压波形、电流波形及正弦度都较好。

磁钢3通过粘接剂贴设在转子铁心2的外圆周面上，为了增加磁钢3粘接后的牢固度，在转子铁心2的外圆周面上粘接磁钢3的位置处设有开槽，该开槽用于存放粘接剂，从而增加了磁钢3和转子铁心2的外圆周面的粘贴面积，开槽贯穿转子铁心2的轴线方向上的两端。

该转子还包括当磁钢3贴设在转子铁心2的外圆周上后用于对磁钢3进行防护的护套4，护套4呈圆筒形结构，热套在贴设磁钢3后的转子铁心2的外部。护套4由具有隔磁作用的材料制成，本实施例中，护套4采用1Cr18Ni9不锈钢材料制成。

转子还包括设置在转子铁心2的轴线方向上的两端部的隔磁板5，转子铁心2的轴线方向上的两端面分别紧靠对应一侧的隔磁板5，转子铁心2与两侧的隔磁板5固定连接。

该转子的制造工艺如下：

（1）制造组成转子铁心2的多张转子铁心冲片21：

转子铁心2由多张转子铁心冲片21叠压在一起制成，转子铁心冲片21的结构如图7所示。本实施例中，转子铁心冲片21采用低损耗硅钢50W350冲制而成，该转子铁心2共包括290张转子铁心冲片21。

（2）转子铁心2的压装：

A．制造用于压装转子铁心2的压装设备，如图8所示，压装设备包括下压板100、上压板200、芯轴300和上压块400。转子铁心冲片21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在压紧后从转子铁心2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；

B．将芯轴300的一端部固定连接在下压板100上，将多张转子铁心冲片21依次套入芯轴300；

C．每张转子铁心冲片21上设有安装第一紧固件的安装孔211，当套设一定数量的转子铁心冲片21后，采用试样棒检测安装孔211能否通过，如不能通过，调节转子铁心冲片21的位置使试样棒能够顺利通过，依此将剩余的多张转子铁心冲片21依次套入芯轴300。本实施例以132M-4 7.5kw永磁电机为例，转子铁心2的高度为145mm，当在芯轴300上套设一定数量的转子铁心冲片21使叠片高度达到50mm、100mm和145mm时分别采用试样棒对安装孔211进行检测；

D．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21上，在上压板200上安装上压块400，通过第二紧固件500使上压板200、多张转子铁心冲片21、下压板100和芯轴300固定在一起；

E．在上压块400上施加压力，在压力作用下当转子铁心2的高度达到要求的高度时，本实施例中，转子铁心2 的高度达到145mm时，将第二紧固件500再度拧紧，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步骤C中的安装孔211中，并拧紧，这样就把多张转子铁心冲片21固定连接在一起了；

F．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转子铁心2。

（3）将转子铁心2套设在主轴1上：

将步骤（2）中成型的转子铁心2整体放入烘箱，逐步升温至250℃，且恒温保持两小时，然后取出转子铁心2将其热套在主轴1上。

（4）对套设在主轴1上的转子铁心2的外圆周面进行精加工到要求的尺寸。

（5）在转子铁心2的外圆周面上贴设磁钢3：

在转子铁心2的外圆周面上粘接磁钢3时，要使相邻的两个单元磁钢31在转子铁心2的圆周方向上向同一方向错开一角度和距离，以此形成斜极式转子结构，从而达到转子斜槽的目的。

采用粘接剂将磁钢3粘接在转子铁心2的外圆周面上，本实施例中，粘接剂采用KDS04A2型厌氧胶。粘接时，将粘接剂放置于转子铁心2的外圆周面上的开槽中，本实施例中，开槽的宽度为5mm，深度为4mm。

（6）在贴设磁钢3后的转子铁心2的外部套设护套4：

将护套4加热，然后热套在贴设磁钢3后的转子铁心2的外部，护套4冷却后过盈收紧，过盈量为8~10um，从而将磁钢3固定在护套4与转子铁心2之间，以防止转子铁心2转动时磁钢3与转子铁心2之间的粘接剂失效后磁钢3飞出。

（7）在转子铁心2的轴线方向上的两端分别安装隔磁板5，安装时，使转子铁心2的轴线方向上的两端面分别紧靠对应一侧的隔磁板5，然后将两侧的隔磁板5与转子铁心2固定连接在一起。

这样，就完成了转子的加工制造，然后对加工完成后的转子进行动平衡试验，满足试验要求该转子即可使用。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。