一种高速永磁电机内置式转子磁极结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机工程技术领域，特别涉及一种高速永磁电机内置式转子磁极结构。
【背景技术】
[0002]本专利受国家863项目(2012AA061303)及国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQ05024207)资助。高速永磁电机具有体积小、功率密度大、响应快、调速范围宽、能直接驱动高速负载等优点，可被应用于航空航天、飞轮蓄能、精密仪器制造等领域。高速电机运行时，其转速在10000r/min以上，高转速在电机转子内部会产生极大的离心力，而转子中永磁材料抗拉强度较低，因此对磁极结构的合理设计尤为重要。
[0003]目前高速永磁电机采用的磁极结构主要为表贴式转子磁极结构和内置式转子磁极结构。表贴式转子磁极结构制造工艺成本低、漏磁少，但当转子转速较高时，转子机械强度较差，磁极所受离心力较大，需采取转子护套对磁极进行保护，其制作工艺较为复杂，成本较高。内置式转子磁极结构漏磁系数小、极弧系数易于控制，其永磁体直接嵌入在转子铁心内，无需转子护套，但其中内置切向式转子磁极结构永磁体利用率较低，变相增加了电机制造成本，另一种内置径向式转子磁极结构，永磁体径向长度较长，转子高速运行时产生的弯应力易使永磁体断裂，且在极靴和永磁体上产生的离心力由转子中的隔磁桥承担，为保证隔磁性能，隔磁桥一般较薄，因此机械强度相对脆弱。
[0004]针对上述存在的诸多问题，国内外进行了一些研究，并申请了一些专利。在加强高速永磁电机表贴式转子机械强度方面，专利号:201510267300.0，名称是一种表贴式高速永磁电机的永磁体固定结构，提出在转子表面设置限位凸台，在相邻凸台之间放置永磁体，并在永磁体外部采用非导磁金属保护套固定，进一步加强转子的机械强度。专利号:201310451701.2，名称是中大型高速稀土永磁电机的磁钢紧固结构，提出在转子铁芯外表面上设置凸棱并在凸棱间设置T型槽和楔块来在径向和圆周方向上固定磁极，加强转子机械结构的同时省去了转子护套。但上述两种方案都存在结构复杂，加工工艺难度大等不足。在加强高速永磁电机内置式转子机械强度方面，专利号:201420434523.2，名称是一种高速永磁电主轴内装电机转子冲片结构，提出将永磁电机内置径向式转子磁极结构的永磁体分为两块或两块以上，在每块永磁体间设置隔磁桥，并将隔磁桥底部设计为凸台结构，增加了隔磁桥及转子磁极的机械强度，但所述转子冲片结构特殊，加工工艺难度较大，且永磁体分块后仍存在极间漏磁，增加了永磁体用量，变相增加了成本。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明是一种高速永磁电机内置式转子磁极结构，其目的在于解决现有技术中存在的转子转速较高时，转子机械强度较差;永磁体利用率较低;转子高速运行时产生的弯应力易使永磁体断裂等问题。
[0006]技术方案: 一种高速永磁电机内置式转子磁极结构，其特征在于:该结构包括转子铁芯;沿圆周方向排布在所述转子铁芯上的多段永磁体;插入在所述多段永磁体各段磁极间的加强筋;沿铆钉孔盖在所述转子铁芯上的挡板，所述挡板通过铆钉与转子铁芯铆接;所述转子铁芯上冲有隔磁桥，所述隔磁桥中插有加强筋;所述转子铁芯焊接固定在电机转轴上;所述加强筋为非导磁合金钢制成的加强筋。
[0007]所述的高速永磁电机内置式转子磁极结构，其特征在于:所述的多段永磁体中的每段永磁体的宽度为其厚度的一倍以上。
[0008]所述的高速永磁电机内置式转子磁极结构，其特征在于:所述的转子铁芯为不均匀气隙结构，由若干个外边缘凸起的转子冲片顺次叠压于电机转轴组成。
[0009]所述的高速永磁电机内置式转子磁极结构，其特征在于:所述转子冲片上冲有沿圆周方向所分多段永磁体及加强筋的放置槽;所述转子冲片上冲有隔磁桥及铆钉孔。
[0010]优点及效果:本发明所述高速永磁电机内置式转子磁极结构制造工艺简单、机械性能可靠、实用性高，可以广泛应用于高速永磁电机中，有效提高了电机高速运行时的可靠性和使用寿命，并降低了加工制作成本。
[0011]【附图说明】:
图1为本发明的转子结构示意图；
图2为本发明的挡板结构示意图；
图3为加强筋不意图；
图4为转子铁芯示意图。
[0012]图中标注:
1.转子铁芯、2.多段永磁体、3.加强筋、4.隔磁桥、5.电机转轴、6.铆钉孔、7.铆钉、8、挡板。
[0013]【具体实施方式】:本发明是一种高速永磁电机内置式转子磁极结构，本发明的技术思想是:将内置径向式磁极结构的每极永磁体沿圆周方向分为多段，减小转子离心力分布载荷的力臂长度，减轻永磁体以及隔磁桥所承受的弯应力;在每两段的永磁体间插入哑铃形状的非导磁合金钢作为加强筋，改变转子应力分布，使最大应力点转移到抗拉强度很高的非导磁合金钢上，提高转子机械强度及高速运行时的安全性；由于非导磁合金刚属于非导磁材料，因此消除了永磁体分段后产生的极间漏磁，提高了永磁体的利用率，哑铃形状的非导磁合金钢在不影响主磁路的同时起到固定永磁体和转子冲片的作用。在相邻两磁极的隔磁桥间也插入相同的非导磁合金钢，增强隔磁桥的隔磁能力和抗拉强度;转子铁芯采用转子冲片叠压而成，避免涡流损耗产生的热量造成永磁体发生不可逆退磁;转子冲片外边缘凸起，叠压成转子铁芯后，形成不均匀气隙结构，以提高电机运行平稳度，并在转子冲片上冲有铆钉孔，用于在转子两端安装非导磁材料制成的挡板，以固定永磁体及冲片，结构便于安装且安全可靠。
[0014]本发明的具体结构，是将高速永磁电机常采用的内置径向式磁极结构的永磁体沿圆周分为多段，永磁体总段数为电机极数乘以每极永磁体沿圆周所分段数，每两段永磁体间插入哑铃形状的非导磁合金钢作为加强筋3，并在相邻两磁极的隔磁桥间也插入同样的加强筋3。转子的具体结构主要包括转子铁芯1、沿圆周方向所分多段永磁体2、非导磁合金钢制成的哑铃形状加强筋3、非导磁材料制成的挡板8。如图1所示，其中转子铁芯1采用不均匀气隙结构(所述转子铁芯为不均匀气隙结构，具体为由若干个如图1所示的转子冲片沿轴向叠压于电机转轴组成，组成后的转子铁芯1其外表面向外凸起，使定转子间的气隙不均匀。)，由若干个外边缘凸起的转子冲片顺次叠压于电机转轴5而成，转子冲片上面冲有隔磁桥4及铆钉孔6，将沿圆周方向所分多段永磁体2插入转子铁芯1，在每一极的多段永磁体2间以及相邻两磁极隔磁桥4间插入非导磁合金钢制成的哑铃形状加强筋3，用来承担转子高速运转时产生的拉应力，在不影响磁路的同时起到固定多段永磁体2和转子冲片的作用，提高转子机械结构强度，并起到减小漏磁的效果，提高永磁体的利用率，非导磁材料制成的挡板8在与转子冲片上铆钉孔6对应的位置上也钻有铆钉孔，沿铆钉孔6盖上两端挡板8，且两端用铆钉7铆死以固定好多段永磁体2和转子铁芯1后，将整体结构焊接固定在电机转轴5上。至此高速永磁电机内置式转子磁极组装完毕。
[0015]上述结构中所述的沿圆周将内置于高速永磁电机转子中的每极永磁体分段，所分段数应尽可能多，但须保证每段永磁体的宽度为其厚度的一倍以上，并在每两段永磁体间插入独立于转子铁芯的加强筋，在相邻两磁极的隔磁桥间也插入相同的加强筋，所述加强筋采用非导磁合金钢制成，形状为哑铃状，挡板及铆钉均采用非导磁材料制成。
[0016]本发明的有益效果是:
本发明所述高速永磁电机内置式转子磁极结构，相比于目前高速永磁电机采用较多的表贴式转子磁极结构，其漏磁系数小、极弧系数易于控制，提高了永磁体的利用率，且永磁体直接嵌入在转子铁心中，无需转子护套，降低了加工制作成本，减小了电机等效气隙长度，电机的功率转矩密度比得以提高，插入加强筋将每极永磁体沿圆周分为多段后，转子机械结构强度及电机的最大安全运行转速也得到较大提高。
[0017]本发明所述高速永磁电机内置式转子磁极结构，相对于内置切向式磁极结构，减小了漏磁，缩减了永磁体用量;相对于内置径向式磁极结构，将永磁体沿圆周分为多段，避免转子高速运行时产生的离心力使永磁体损坏，同时将大部分施加于隔磁桥上的弯应力，转移到插入在每两段永磁体间非导磁合金钢制成的哑铃形状加强筋上，提高了转子铁芯的抗拉能力，且加强筋为非导磁材料，消除了永磁体的极间漏磁，提高了永磁体的利用率，哑铃形状的加强筋在不影响磁路的同时还起到了固定永磁体和转子冲片的作用。在相邻两磁极的隔磁桥间插入相同的加强筋，增强隔磁桥的隔磁能力及抗拉强度，转子铁芯采用非均匀气隙结构，提高了电机运行的平稳度，减小了振动和噪声。
[0018]本发明所述高速永磁电机内置式转子磁极结构制造工艺简单、机械性能可靠、实用性高，可以广泛应用于高速永磁电机中，有效提高了电机高速运行时的可靠性和使用寿命，并降低了加工制作成本。
【主权项】
1.一种高速永磁电机内置式转子磁极结构，其特征在于:该结构包括转子铁芯(1);沿圆周方向排布在所述转子铁芯(1)上的多段永磁体(2);插入在所述多段永磁体(2)各段磁极间的加强筋(3);沿铆钉孔(6)盖在所述转子铁芯(1)上的挡板(8)，所述挡板(8)通过铆钉(7)与转子铁芯(1)铆接;所述转子铁芯(1)上冲有隔磁桥(4)，所述隔磁桥(4)中插有加强筋(3);所述转子铁芯(1)焊接固定在电机转轴(5)上;所述加强筋(3)为非导磁合金钢制成的加强筋。2.根据权利要求1所述的高速永磁电机内置式转子磁极结构，其特征在于:所述的多段永磁体(2 )中的每段永磁体的宽度为其厚度的一倍以上。3.根据权利要求1所述的高速永磁电机内置式转子磁极结构，其特征在于:所述的转子铁芯(1)为不均匀气隙结构，由若干个外边缘凸起的转子冲片顺次叠压于电机转轴(5)组成。4.根据权利要求3所述的高速永磁电机内置式转子磁极结构，其特征在于:所述转子冲片上冲有沿圆周方向所分多段永磁体(2)及加强筋(3)的放置槽;所述转子冲片上冲有隔磁桥(4)及铆钉孔(6)。
【专利摘要】一种高速永磁电机内置式转子磁极结构，包括采用不均匀气隙结构的转子铁芯，由若干个外边缘凸起的转子冲片顺次叠压于转轴组成，转子冲片上面冲有沿圆周方向所分多段永磁体及非导磁合金钢制成的哑铃形状加强筋的放置空间，同时冲有隔磁桥及铆钉孔，将沿圆周方向所分多段永磁体插入转子铁芯，在每一极的多段永磁体间以及相邻两磁极的隔磁桥间插入非导磁合金钢制成的哑铃形状加强筋，并沿铆钉孔盖上非导磁材料制成的两端挡板，将整体结构焊接固定在电机转轴上。本发明所述高速永磁电机内置式转子磁极结构制造工艺简单、机械性能可靠、实用性高，可以广泛应用于高速永磁电机中，有效提高了电机高速运行时的可靠性和使用寿命，并降低了加工制作成本。
【IPC分类】H02K1/27
【公开号】CN105471142
【申请号】CN201610001250
【发明人】张炳义, 陈亚千, 冯桂宏
【申请人】沈阳工业大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2016年1月5日