一种永磁电机转子分段的设计方法与流程

本发明涉及永磁电机转子技术领域，尤其涉及一种永磁电机转子分段的设计方法。

背景技术：

齿槽转矩是电机的固有特性，不论是交流电机还是永磁电机，齿槽转矩总是存在的，交流电机的齿槽转矩在电机运行，绕组发生电枢反应时才表现出来，而永磁电机的齿槽转矩在不通电、未发生电枢反应的情况下就表现出来，而且非常明显。永磁电机的齿槽转矩比交流电机大很多。齿槽转矩的存在会使电机出现转矩波动，噪音增加，大的齿槽转矩，甚至会使电机无法启动。消除齿槽转矩的方法有很多，但最有效的方法是采用定子斜槽或转子斜极。定子斜槽在工艺上不利于绕组嵌线，特别是自动嵌线机嵌线时，无法操作，转子斜极对交流电机尚可，但对永磁电机，要生产加工斜极磁钢，叠转子斜极冲片，难度极大，不可行。通常，取代转子斜极的方法是转子分段，转子分段包含了转子冲片分段和磁钢分段。转子分段对消除齿槽转矩的效果是：分段的数量越多，效果越好，一般来说，分两段的效果不太好，分三段的效果一般，分四段或四段以上基本上接近定子斜槽或转子斜极的效果。采用转子分段后，磁钢就可以加工成方形，工艺简单得多，转子冲片可以叠成直形，叠片方便。但是，转子分段多了会使转子冲片外形尺寸多种多样，因为转子的段与段之间的磁极位置是不相同的，每一段转子都需要一个转子冲片模，如果分四段，就要开四个转子冲片模，大大增加了模具的投资成本，同时转子冲片的型号增加后，管理难度增加，管理起来越加困难。因此，如何利用一个型号的转子冲片达到转子分四段的目的，以降低高昂的转子模具成本成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种永磁电机转子分段的设计方法，解决现有技术转子分段需要多个型号的转子冲片，则需要多套转子冲片制作模具，存在工艺复杂、制作成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种永磁电机转子分段的设计方法，该永磁电机上设有定子和转子，所述定子上安装有定子冲片，所述定子冲片的槽数为n个，每槽的机械角度为：α＝360÷n；所述转子的轴向高度是h，所述转子分为四段，每段的高度是h'＝h/4，四段转子以转子的圆心为中心点叠放，从第二段开始，每段要向同一方向旋转一个角度，该角度为：β＝α×2÷2×4＝α/4，即每相邻的两段转子冲片之间的磁极位置的机械角度按同一个旋转方向旋转β；

所述转子包括转子轴和转子冲片，所述转子冲片套装在所述转子轴上，所述转子冲片的结构包括第一凸键、第二凸键、第一磁极中线和第二磁极中线，所述转子冲片与定子冲片配合使用，四段转子冲片共用一个冲片的具体设计方法步骤如下：

1)将转子冲片的第一凸键、第二凸键设计为规格一样的凸键，第一凸键与第一磁极中线的角度为0.5β，方向偏向左边；第二凸键与第二磁极中线的角度为β+0.5β＝1.5β，方向偏向右边；

2)将第一序的转子冲片叠做四段，每段高度h'＝h/4；

3)具体叠放的方式为：将第一序的转子冲片作为第一段；将第一序的转子冲片左右翻转后作为第二段；将第一序的转子冲片旋转180°后作为第三段；将第一序的转子冲片旋转180°后再左右翻转后作为第四段；

4)将转子轴对称方向开两个凹键槽，上方的第一凹键槽宽度为a，下方的第二凹键槽的宽度为b；

5)将第一段、第二段、第三段、第四段转子冲片的上方的凸键对准所述转子轴的第一凹键槽，依次压入安装到转子轴上，安装完成后第一段和第四段的转子冲片的夹角为3β。

进一步的，所述转子冲片等间距安装在所述转子轴上。

再进一步的，所述第一凹键槽的宽度a与所述转子冲片的凸键的尺寸相匹配，所述第二凹键槽的宽度大于所述第一凹键槽的宽度，具体设计为b＝1.5a。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明一种永磁电机转子分段的设计方法，通过合理计算旋转的角度，一个转子冲片通过旋转或翻转的方式衍生出多段转子冲片，且转子冲片上设计出两个凸键，转子轴上设计出两个不同规格的凹键槽，保证了转子冲片第一段和第四段均能顺利安装到转子轴上，从而仅需要一套模具就能够实现多段转子的制作；若采用常规制作方法，四段转子装在一根转子轴上而又要保持段与段之间的角度不变，每段转子的键槽位也要相差一定的度数，就需要四个型号的转子冲片，四个转子冲片则需要四套模具，工艺复杂，成本高昂。本发明设计构思巧妙，解决了大功率永磁电机转子分段工艺中的难题，将现有的需要多个型号的转子冲片改为一个型号的转子冲片，简化了生产工艺，便于操作；节省了高昂的模具制作成本。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为永磁同步电机定子冲片示意图；

图2为永磁同步电机现有技术的转子冲片示意图；

图3为本发明永磁同步电机转子冲片示意图；

图4为本发明转子分段后的转子第2段冲片示意图；

图5为本发明转子分段后的转子第3段冲片示意图；

图6为本发明转子分段后的转子第4段冲片示意图；

图7为本发明转子轴截面图；

图8为本发明四段转子装配后的示意图(局部透视)；

附图标记说明：1、第一凸键；2、第二凸键；3、第一磁极中线；4、第二磁极中线；5、转子轴；5-1、第一凹键槽；5-2、第二凹键槽。

具体实施方式

如图1所示，一种永磁电机转子分段的设计方法，该永磁电机上设有定子和转子，所述定子上安装有定子冲片，所述定子冲片的槽数为n个，每槽的机械角度为α＝360÷n；所述转子的轴向高度是h，所述转子分为四段，每段的高度是h'＝h/4，四段转子以转子的圆心为中心点叠放，从第二段开始，每段要向同一方向旋转一个角度，该角度为：β＝α×2÷2×4＝α/4，即每相邻的两段转子冲片之间的磁极位置的机械角度按同一个旋转方向旋转β；

所述转子包括转子轴5和转子冲片，所述转子冲片套装在所述转子轴5上，所述转子冲片的结构包括第一凸键1、第二凸键2、第一磁极中线3和第二磁极中线4，所述转子冲片与定子冲片配合使用，四段转子冲片共用一个冲片的具体设计方法步骤如下：

1)将转子冲片的第一凸键1、第二凸键2设计为规格一样的凸键，第一凸键1与第一磁极中线3的角度为0.5β，方向偏向左边；第二凸键2与第二磁极中线4的角度为β+0.5β＝1.5β，方向偏向右边；

2)将第一序的转子冲片叠做四段，每段高度h'＝h/4；

3)具体叠放的方式为：将第一序的转子冲片作为第一段；将第一序的转子冲片左右翻转后作为第二段；将第一序的转子冲片旋转180°后作为第三段；将第一序的转子冲片旋转180°后再左右翻转后作为第四段；

4)将转子轴5对称方向开两个凹键槽，上方的第一凹键槽5-1宽度为a，下方的第二凹键槽5-2的宽度为b；

5)将第一段、第二段、第三段、第四段转子冲片的上方的凸键对准所述转子轴5的第一凹键槽5-1，依次压入安装到转子轴5上，安装完成后第一段和第四段的转子冲片的夹角为3β。

所述转子冲片等间距安装在所述转子轴5上。

所述第一凹键槽5-1的宽度a与所述转子冲片的凸键的尺寸相匹配，所述第二凹键槽5-2的宽度大于所述第一凹键槽5-1的宽度，具体设计为b＝1.5a。

本发明的实施例：

设计原理，在永磁同步电机中不论是利用定子斜槽、转子斜极，还是转子分段来消除齿槽转矩，所斜的角度等于定子一个槽的机械角度。

图1是一台48槽8极的永磁同步电机定子冲片，48槽定子冲片，其每槽的机械角度为α＝360°÷48＝7.5°；

图2是该台电机的转子冲片，设定电机的转子的轴向高度是h＝100mm，将转子分四段，则每段的高度是100÷4＝25mm；四段转子以转子的圆心为中点把它叠起来，从第二段开始，每段要向同一方向旋转一个角度，这个角度β为：β＝7.5°×2÷(2×4)＝1.875°，即段与段之间的磁极位置的机械角度按同一个旋转方向旋转1.875°。

具体设计方法步骤如下：

1)如图3所示，转子冲片上设计有两个规格一样的凸键，即第一凸键1和第二凸键2；其中第一凸键1与第一磁极中线3的角度为0.5β＝0.9375°，方向偏向左边，第二凸键2与第二磁极中线4的角度为1.5β＝2.8125°，方向偏向右边；

2)将第一序的转子冲片叠做四段，每段高度h'＝h/4＝25mm；

3)将图3所示的转子冲片作为第一段；如图4所示，将第一段转子冲片左右翻边后作为第二段；如图5所示，将第一段转子冲片旋转180°后作为第三段；如图6所示，将第一段转子冲片旋转180°后再左右翻边作为第四段；

4)转子轴5的截面如图7所示，其对称方向加工有两个凹键槽，上方的第一凹键槽5-1的宽度与转子冲片的凸键宽度相同，可设计为5mm，下方第二凹键槽5-2的宽度要大于上方的第一凹键槽5-1，可设计为7mm，多出的空间用于与第二段、第三段和第四段的转子冲片的安装；

5)按图3、图4、图5、图6所示的方向，将第一段、第二段、第三段、第四段转子冲片的上方的凸键对准所述转子轴5的第一凹键槽5-1，依次压入安装到转子轴5上，如图8所示，这样就完成了四段转子冲片的分段装配；安装完成后第一段和第四段的转子磁极中线旋转了5.6250°，第四段转子冲片磁极中点的连线至转子两端面旋转了7.5°。

上述设计方案中，采用一种型号的转子冲片，将转子分做四段，达到了本发明的目的。根据本发明转子分段的方法，也可以将转子分做三段，如果分三段，每段的旋转角度a＝7.5°÷×2(2×3)＝2.5°，重复以上步骤即可实现一个转子冲片分三段的目的。

为了批量生产，在组装时不容易出现混淆，可以在转子冲片的表面选择一个不对称的点做上标记，例如在一段转子冲片上标记序号1，二段转子冲片上标记序号2，三段转子冲片上标记序号3，四段转子冲片上标记序号4，便于安装时准确快速的区分每一段转子的顺序和方位。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。