专利名称：一种径向式永磁同步电机转子结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种径向式永磁同步电机的转子结构，尤其涉及ー种用于高速铁路列车永磁牵弓I电机的永磁体内置径向式永磁电机转子。
背景技术：
电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为了在电机内部建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场，可以有两种方法。ー种是在电机绕组内通以电流来产生磁场，例如普通的直流电机和同步电机。这种电励磁的电机既需要有专门的绕组和相应的装置，又需要不断提供给能量以维持电流流动；另一种是由永磁体产生磁场。由于永磁材料的固有特性，它经过预先磁化(充磁)以后，不再需要外加能量就能在其周围空间建 立磁场，即所谓的永磁电机。与传统励磁电机相比，永磁同步电机具有结构简单、损耗小、功率因数高、效率高、功率密度高、起动カ矩大、温升低、轻量化等显著特点。随着稀土永磁材料(特别是钕铁硼永磁材料)磁性性能的不断提高和完善以及价格的逐步降低，永磁电机研究开发逐步成熟，使永磁电机在国防、エ农业生产和日常生活等方面获得了越来越广泛的应用。永磁同步电机是依靠安装在转子上的永久磁铁产生磁场的电动机，定子结构与普通同/异步电动机基本相同，即由硅钢片叠压构成的定子铁心和嵌在定子铁心槽内的定子线圈组成，定子线圈的连接使三相交流电产生旋转磁场。转子由转子铁心和永磁体构成，这是永磁电机与其他类型电机的主要区别，转子磁路结构是永磁电机的关键技术所在。转子磁路结构不同，则电动机的运行性能、控制策略、制造エ艺和使用场合也不同。按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电机的转子磁路一般可分为表面式、内置式和爪极式等三种。表面式转子磁路结构简单、制造成本低，但转子表面无法安放启动绕组，因而无异步启动能力。内置式转子的永磁体位于转子内部，按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内置式转子磁路结构又可分为径向式、切向式和混合式三种。与表面式转子相比，永磁体内置式转子可对机械强度较低的永磁体进行保护。但上述类型的转子均存在机械强度低不足、转子表面涡流损耗严重等缺点，无法满足高转速、大功率、大直径永磁牵引电机转子的要求。中国专利申请201010513307. 3号披露了ー种大功率永磁电机转子，采用永磁体内嵌式结构，转子由沿轴向的至少两个转子单元构成，每个转子単元相邻两极永磁体之间的鉄心上开设有沿转子轴向的隔磁凹槽，相邻的转子単元之间设有不导磁材料制成的隔板，转子单元两端设有端板，至少两个转子单元通过轴向定位拉紧螺栓进行固定。这种永磁电机转子存在以下缺点1、转子极靴受到的离心カ由端板、隔板和定位拉紧螺栓共同承担，也就是说固定转子单元的定位拉紧螺栓需要承受弯矩，当转子高速旋转时，离心カ很大，容易造成定位拉紧螺栓被离心力折断，也就是说，该转子不适用于高速旋转的电机。2、虽然在铁心开设有隔磁凹槽，但是相邻的永磁体之间的铁心仍然存在连接部分，相邻两极的永磁体磁场容易通过永磁体之间铁心的连接部分直接连通而造成漏磁，也就是说，该结构无法避免漏磁且漏磁量严重。3、隔板设置于相邻的两个转子単元之间，隔板的厚度占用了转子沿轴向的有效长度；当转子采用的转子单元的数目较多且转子隔板较厚时，转子的有效长度将急剧减小，从而影响转子的电磁性能。
实用新型内容为克服现有技术的上述缺点，本实用新型提供了一种机械強度高，适用于高速旋转电机的径向式永磁同步电机转子结构。一种径向式永磁同步电机转子结构，包括转轴，与转轴固定连接的转子铁心，套置于转子鉄心外的永磁体，位于永磁体外用于合理分布磁场并对永磁体起到保护作用的转子极靴，和分别位于转子铁心两端的左端板和右端板；其特征在干两个端板之间设有多个由非导磁材料制成的转子隔板，转子极靴之间相互独立，转子极靴与转子隔板间隔分布，转子隔板将转子沿轴向分隔为多个转子単元， 每个转子単元中转子极靴的两个端面分别与相邻的转子隔板的端面贴紧，每个转子单元中一个转子极靴对应于ー个永磁体；转子隔板呈圆环形，转子铁心和永磁体穿过转子隔板中的圆形通孔，转子铁心的外侧面均匀分布有多个支撑翼板，支撑翼板与转子隔板间隙配合；左端板、转子极靴、转子隔板和右端板贯穿有拉紧螺栓，拉紧螺栓沿轴向锁紧左右端板和左右端板之间的转子极靴与转子隔板。进ー步，支撑翼板的顶面呈与转子隔板适配的圆弧形，所有支撑翼板的顶面位于同一个圆周上。进一歩，转子铁心呈棱柱体，一个永磁体紧贴于转子铁心的一个侧面上，永磁体与支撑翼板间隔设置，永磁体与支撑翼板之间有间隙，支撑翼板与转子铁心之间通过圆弧过渡。进一歩，转子铁心内均匀地分布有多个减重通孔。进ー步，永磁体紧贴转子鉄心，转子极靴紧贴对应的永磁体；永磁体与转子隔板间隙配合。永磁体和转子铁心限制在转子隔板内，只要拉紧螺栓将转子极靴和转子隔板沿轴向贴靠锁紧即可将转子结构连为一体。进ー步，永磁体与转子极靴之间设有金属胶层，金属胶将永磁体和转子极靴粘结固定。进ー步，左端板、右端板、转子极靴和转子隔板上均设有允许拉紧螺栓穿过的安装通孔，左、右端板、转子极靴和转子隔板上的通孔分别对位形成允许拉紧螺栓贯穿的安装通道。本实用新型的技术构思是沿转子结构的轴向用转子隔板将转子结构分隔为多个转子单元，相邻的转子単元的转子极靴通过转子隔板隔磁，同一个转子単元内，转子极靴相互独立而不会相互连通，从而避免了漏磁现象的发生。转子结构依靠拉紧螺栓锁紧，转子极靴的两个端面分别贴紧于两个转子隔板，依靠转子极靴与转子隔板之间的摩擦力来克服转子结构高速旋转时转子极靴和永磁体受到的离心力。依靠调节拉紧螺栓的锁紧カ来调节转子极靴与转子隔板之间的摩擦力，拉紧螺栓只需要承受轴向的拉カ而无需承受由于离心カ而产生的弯矩，拉紧螺栓不容易被折断，转子结构的使用寿命长。本实用新型的有益效果是1、依靠转子极靴与隔板之间的摩擦力来克服转子结构旋转时的离心力，拉紧螺栓不受弯矩、不易折断，转子结构的使用寿命长。2、永磁体和转子鉄心分别贯穿转子隔板，即转子隔板的厚度不占用转子结构的轴向有效长度。3、转子极靴之间相互独立，避免发生漏磁现象。
图I是永磁体内置式永磁电机转子整体结果示意图。图2是永磁体内置式永磁电机转子结构的分解示意图。图3是永磁体内置式永磁电机转子隔板结构示意图。图4是永磁体内置式永磁电机转子永磁体结构示意图。图5是永磁体内置式永磁电机转子极靴结构示意图。图6是永磁体内置式永磁电机转子铁心结构示意图。 图7是永磁体内置式永磁电机转子磁场分析不意图。
具体实施方式
參照附图，进ー步说明本实用新型如图I所示，一种径向式永磁同步电机转子结构，包括转轴1，与转轴I固定连接的转子铁心9，套置于转子铁心9外的永磁体，位于永磁体7外用于合理分布磁场并对永磁体起到保护作用的转子极靴6，和分别位于转子铁心9两端的左端板41和右端板42 ;转子铁心9与转轴I之间键连接。两个端板41、42之间设有多个由非导磁材料制成的转子隔板8，转子极靴6之间相互独立，转子极靴6与转子隔板8间隔分布，转子隔板8将转子沿轴向分隔为多个转子单元，每个转子単元中转子极靴6的两个端面分别与相邻的转子隔板8的端面贴紧，每个转子単元中ー个转子极靴6对应于一个永磁体7 ;转子隔板8呈圆环形，转子铁心9和永磁体7穿过转子隔板8中的圆形通孔81，转子铁心9的外侧面均匀分布有多个支撑翼板91，支撑翼板91与转子隔板8间隙配合。转子隔板8的结构如图3所示。转子隔板8的内表面4'与永磁体7之间保留一定间隙，以便于装配。转子隔板8与极靴6之间存在摩擦，从而在拉紧螺栓5的拉力作用下将永磁体7和极靴6受到的离心カ传递到转子隔板7之上。左端板41、转子极靴6、转子隔板8和右端板42贯穿有拉紧螺栓5，拉紧螺栓5在轴向锁紧左右端板41、42和左右端板41、42之间的转子极靴6与转子隔板8。拉紧螺栓5与转子极靴6和转子隔板8之间均采用间隙配合，确保拉紧螺栓5主要承受轴向拉カ的作用，避免拉紧螺栓5承受弯矩作用，以改善拉紧螺栓的受力状态。永磁体7紧贴转子鉄心9，转子极靴6紧贴对应的永磁体7 ;永磁体7与转子隔板8间隙配合。永磁体7和转子铁心9限制在转子隔板8内，只要拉紧螺栓5将转子极靴6和转子隔板8沿轴向贴靠锁紧即可将转子结构连为一体。转子铁心9、永磁体7和转子极靴6之间的位置关系如图2所示。转子铁心9呈棱柱体，一个永磁体7紧贴于转子铁心9的一个侧面上，永磁体7与支撑翼板91间隔设置，永磁体7与支撑翼板91之间有间隙,支撑翼板91与转子铁心9之间通过圆弧过渡。本实施例以永磁体7为长方体，永磁体7有4块举例说明，永磁体7均勻地分布于转子铁心9外围，转子极靴6与永磁体7贴紧的内侧表面为平面，转子极靴6的外侧面为圆弧面且转子极靴6的外侧表面的圆心偏离转子鉄心8的中心，以形成变化的气隙。永磁体7的内侧表面V (如图4所示)贴靠在转子铁心9的外侧表面10丨(如图6所示)之上，永磁体7的内侧表面7'与转子铁心9的外侧表面10'之间采用金属胶粘合，用以传递永磁体7受到的磁场扭矩。永磁体7的外侧表面6'则贴靠在转子极靴6的内侧表面9'(如图5所不)之上,永磁体7的外侧表面6'与转子极靴6的内侧表面9'之间采用金属胶粘合，用以传递永磁体7受到的磁场扭矩。永磁体7受到的离心カ由永磁体7和转子极靴6之间的接触面传递到转子极靴6之上。转子极靴6在拉紧螺栓5的轴向拉力作用下紧紧顶靠在转子隔板8和左、右端板4之上。由图2和图4可知，永磁体7沿转子结构的轴线依次贯穿所有转子隔板8，且转子隔板8为非导磁材料(如奥氏体不锈钢)制成，因而在转子中等间隔地插入转子隔板8不会对转子的磁性能产生显著影响，转子隔板8的厚度不会占用转子结构的轴向长度。永磁体8由铝镍钴、铁氧体、稀土等永磁材料制成，用于产生转子磁场。转子极靴·6由铁磁物质如硅钢片叠合而成，用于合理分布磁场，并可对永磁体8起到保护作用。转子隔板7和左端板51及右端板52均由非导磁或导磁率非常低的高強度奥氏体不锈钢等材料制成，用于承受转子极靴6和永磁体8在转子转动时的离心力。转子铁心9采用铁磁材料制成，其结构可采用整体式，也可采用贴片式、如由铁磁物质(如硅钢片)叠合而成，用于在两相邻永磁体8之间构成磁场回路。拉紧螺栓2采用高強度奥氏体不锈钢材料制成，将转子极靴6、左端板5、右端板52和转子隔板7联接为一体。支撑翼板91的顶面2'呈与转子隔板8适配的圆弧形，所有支撑翼板91的顶面2，位于同一个圆周上。转子隔板8套接在支撑翼板91上，便于安装。转子铁心9内均匀地分布有多个减重通孔3'。左端板41、右端板42、转子极靴6和转子隔板8上均设有允许拉紧螺栓5穿过的安装通孔，左、右端板41、42、转子极靴6和转子隔板8上的通孔分别对位形成允许拉紧螺栓5贯穿的安装通道。转子铁心的左右两端分别装有左端板4和右端板，拉紧螺栓5依次穿过左端板41、转子极靴6、转子隔板8和右端板42，并采用紧固螺母2将拉紧螺栓5固定在转子前后端板4之上。紧固螺母2与端板4之间装有放松垫圈3，以防止紧固螺母2在转子运转情况下发生松脱。如图6所示，转子铁心9采用导磁性能良好的铁磁材料制成，即可以采用整体式，也可采用叠片式。转子铁心具有4个侧平面，支撑翼板位于相邻侧平面之间，支撑翼板分别通过圆弧与侧平面连接。转子铁心9之上的四个轴向通孔3'用于转子的轻量化。转子铁心9的4个支撑翼板I'的外侧表面2'为圆弧形，其圆心位于转子轴I的轴线之上，支撑翼板P的外侧表面2'分别与转子隔板8的内侧表面4'相接触，从而实现转子隔板8相对转子轴线I的轴线的径向定位。另外，可在转子的表面上的空隙处填充环氧树脂，防止电机在高速运转时在转子表面不平处形成空气涡流，以减小转子在高速运转时的空气阻力。转子磁路分析如图7所示，转子磁场磁力线从某极永磁体7的N极出发，经过转子极靴6和转子与定子之间的气隙进入定子部分(图中未画出)，在定子中经过齿部、轭部、齿部，接着从气隙进入相邻极的极靴6，然后穿过相邻极的永磁体7进入转子鉄心9，最后回到永磁体7的S极。[0042]本实用新型的技术构思是沿转子结构的轴向用转子隔板将转子结构分隔为多个转子单元，相邻的转子単元的转子极靴6通过转子隔板8隔磁，同一个转子単元内，转子极靴6相互独立而不会相互连通，从而避免了漏磁现象的发生。转子结构依靠拉紧螺栓5锁紫，转子极靴6的两个端面分别贴紧于两个转子隔板8，依靠转子极靴6与转子隔板8之间的摩擦力来克服转子结构高速旋转时转子极靴6和永磁体7受到的离心カ。依靠调节拉紧螺栓5的锁紧カ来调节转子极靴6与转子隔 板8之间的摩擦力，拉紧螺栓5只需要承受轴向的拉カ而无需承受由于离心カ而产生的弯矩，拉紧螺栓5不容易被折断，转子结构的使用寿命长。本实用新型的有益效果是1、依靠转子极靴与隔板之间的摩擦力来克服转子结构旋转时的离心力，拉紧螺栓不受弯矩、不易折断，转子结构的使用寿命长。2、永磁体和转子鉄心分别贯穿转子隔板，即转子隔板的厚度不占用转子结构的轴向长度。3、转子极靴之间相互独立,避免发生漏磁现象。本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求1.一种径向式永磁同步电机转子结构，包括转轴，与转轴固定连接的转子铁心，套置于转子铁心外的永磁体，位于永磁体外用于合理分布磁场并对永磁体起到保护作用的转子极靴，和分别位于转子铁心两端的左端板和右端板； 其特征在干两个端板之间设有多个由非导磁材料制成的转子隔板，转子极靴之间相互独立，转子极靴与转子隔板间隔分布，转子隔板将转子沿轴向分隔为多个转子単元，每个转子单元中转子极靴的两个端面分别与相邻的转子隔板的端面贴紧，每个转子单元中ー个转子极靴对应于一个永磁体；转子隔板呈圆环形，转子铁心和永磁体穿过转子隔板中的圆形通孔，转子铁心的外侧面均匀分布有多个支撑翼板，支撑翼板与转子隔板间隙配合；左端板、转子极靴、转子隔板和右端板贯穿有拉紧螺栓，拉紧螺栓在轴向锁紧左右端板和左右端板之间的转子极靴与转子隔板。
2.如权利要求I所述的径向式永磁同步电机转子结构，其特征在于支撑翼板的顶面呈与转子隔板适配的圆弧形，所有支撑翼板的顶面位于同一个圆周上。
3.如权利要求2所述的径向式永磁同步电机转子结构，其特征在于转子铁心呈棱柱体，一个永磁体紧贴于转子铁心的一个侧面上，永磁体与支撑翼板间隔设置，永磁体与支撑翼板之间有间隙，支撑翼板与转子铁心之间通过圆弧过渡。
4.如权利要求1-3之一所述的径向式永磁同步电机转子结构，其特征在于转子铁心内均匀地分布有多个减重通孔。
5.如权利要求4所述的径向式永磁同步电机转子结构，其特征在于永磁体紧贴转子鉄心，转子极靴紧贴对应的永磁体；永磁体与转子隔板间隙配合。
6.如权利要求5所述的径向式永磁同步电机转子结构，其特征在于永磁体与转子极靴之间设有金属胶层，金属胶将永磁体和转子极靴粘结固定。
7.如权利要求6所述的径向式永磁同步电机转子结构，其特征在于左端板、右端板、转子极靴和转子隔板上均设有允许拉紧螺栓穿过的安装螺孔，左、右端板、转子极靴和转子隔板上的螺孔分别对位形成允许拉紧螺栓贯穿的安装通道。
专利摘要径向式永磁同步电机转子结构，包括转轴，转子铁心，永磁体，转子极靴和左端板和右端板；两个端板之间设有多个转子隔板，转子极靴之间相互独立，转子极靴与转子隔板间隔分布，转子隔板将转子沿轴向分隔为多个转子单元，每个转子单元中转子极靴的两个端面分别与相邻的转子隔板的端面贴紧，每个转子单元中一个转子极靴对应于一个永磁体；转子隔板呈圆环形，转子铁心和永磁体穿过转子隔板中的圆形通孔，转子铁心的外侧面均匀分布有多个支撑翼板，支撑翼板与转子隔板间隙配合；左端板、转子极靴、转子隔板和右端板贯穿有拉紧螺栓，拉紧螺栓在轴向锁紧左右端板和左右端板之间的转子极靴与转子隔板。本实用新型具有机械强度高，适用于高速旋转电机的优点。
文档编号H02K1/27GK202634110SQ20122002849
公开日2012年12月26日 申请日期2012年1月22日 优先权日2012年1月22日
发明者方攸同, 马子魁, 卢琴芬, 黄晓艳, 马吉恩, 张建承, 陈威 申请人:浙江大学