[發(fā)明專利]一種永磁電機(jī)用轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110370198.9
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102412644A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮桂宏;張炳義;于建英
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K1/24
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著永磁電機(jī)技術(shù)的成熟，其低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)倍受青睞。目前，永磁電機(jī)已經(jīng)成功應(yīng)用到礦山機(jī)械、石油機(jī)械、電動汽車等多種工業(yè)領(lǐng)域。轉(zhuǎn)子作為永磁電機(jī)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝配的合理性對于永磁電機(jī)穩(wěn)定高效運(yùn)行具有重要影響。傳統(tǒng)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子分為兩種磁路結(jié)構(gòu)，即表貼式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)和切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。

表貼式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)制造工藝簡單、成本低，安裝方便。表貼式轉(zhuǎn)子磁極的安裝方法主要是在圓弧形磁鋼上鉆螺釘孔，通過螺釘將磁鋼整齊緊固在轉(zhuǎn)子卷筒外表面形成磁極，磁鋼安裝完成后涂膠，將磁鋼進(jìn)一步黏貼固定在卷筒外表面。目前表貼式永磁電機(jī)已得到廣泛應(yīng)用。然而表貼式永磁電機(jī)也存在許多不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）對于表貼式永磁電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速不能過高也無法做高，主要原因有兩點(diǎn)：考慮其機(jī)械強(qiáng)度問題，由于磁鋼貼在轉(zhuǎn)子外表面，電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，將會產(chǎn)生較大的離心力，對轉(zhuǎn)子安全穩(wěn)定的運(yùn)行將產(chǎn)生威脅，如果轉(zhuǎn)速過高、離心力超出轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度所能承受的極限值，轉(zhuǎn)子磁鋼將會脫落，導(dǎo)致電機(jī)損毀；其次，表貼式永磁電機(jī)磁鋼貼在轉(zhuǎn)子卷筒外表面，由于轉(zhuǎn)子卷筒周長尺寸限制，表貼式永磁電機(jī)無法做成多級，在一些場合表貼式磁極結(jié)構(gòu)無法提供足夠高的每極磁通。

（2）表貼式永磁電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)磁鋼存在嚴(yán)重的發(fā)熱問題。對于表貼式永磁電機(jī)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于電磁感應(yīng)，會在磁鋼表面產(chǎn)生渦流損耗，該渦流損耗直接對磁鋼進(jìn)行加熱，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼發(fā)熱出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，甚至永久失磁，嚴(yán)重影響了永磁電機(jī)的性能。

（3）磁鋼加工工藝復(fù)雜、成本高。雖然表貼式磁路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子制造工藝簡單、成本低，安裝方便，但表貼式永磁電機(jī)磁鋼貼在轉(zhuǎn)子卷筒外表面，磁鋼內(nèi)表面和外表面均為弧形，加工困難，并且磁鋼材料脆，磁鋼鉆螺釘孔時(shí)易破碎，因此弧形磁鋼廢料率高，增加了制造成本。磁鋼加工完成后，需要對磁鋼進(jìn)行充磁，充磁方向N、S各占二分之一，充磁方向不同，磁鋼安裝時(shí)容易混淆。

傳統(tǒng)切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)由于永磁體和極靴的固定方式不同，通常分為切向套環(huán)式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)、切向槽楔式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)和內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)等。切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)其轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速可以做高，并且切向式磁路一個(gè)極下的磁通由相鄰的兩個(gè)磁極并聯(lián)提供，當(dāng)電機(jī)極數(shù)較多、表貼式磁路結(jié)構(gòu)不能提供足夠的每極磁通時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢顯得尤為突出。但傳統(tǒng)切向式磁路結(jié)構(gòu)也存在許多不足之處。

（1）切向套環(huán)式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，套環(huán)由高強(qiáng)度、高電阻率的磁性金屬材料和非磁性金屬材料交替組合焊接而成，套環(huán)制造工藝復(fù)雜；轉(zhuǎn)子內(nèi)部由許多零件類似“積木”的方式組合而成，靜止安裝時(shí)需采用過盈配合，轉(zhuǎn)子安裝困難，并且對零件加工精度要求較高。

（2）切向槽楔式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，永磁體用槽楔固定，工藝和結(jié)構(gòu)比較簡單，但槽楔機(jī)械強(qiáng)度較低，電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)存在安全隱患，另外極靴與非導(dǎo)磁性襯套、轉(zhuǎn)軸之間的的固定存在機(jī)械強(qiáng)度差等問題。

（3）內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子沖片制造工藝復(fù)雜，沖片利用率低。切向式磁路結(jié)構(gòu)漏磁較大需采取隔磁措施，轉(zhuǎn)子沖片除沖制永磁體槽外還需要采用隔磁橋結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子沖片結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對模具要求較高，因此內(nèi)置切向式磁路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子沖片制造成本較高。另外內(nèi)置切向轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子沖片大多采用整體加工的方法，沖片利用率低。

切向式轉(zhuǎn)子磁鋼安裝存在工藝問題。傳統(tǒng)切向式磁路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子沖片尺寸較大，沖片加工精度低，轉(zhuǎn)子永磁體槽不能與磁鋼精確配合。轉(zhuǎn)子沖片永磁體槽尺寸過大，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)磁鋼會與永磁體槽產(chǎn)生碰撞，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致磁鋼碎裂損壞；轉(zhuǎn)子沖片永磁體槽尺寸太小，又會給磁鋼安裝帶來麻煩，甚至磁鋼無法嵌入。此外，切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)還存在磁鋼軸向竄動等問題。

切向式磁路一個(gè)極下的磁通由相鄰的兩個(gè)磁極并聯(lián)提供，能夠保證足夠的每極磁通，但較表貼式磁路結(jié)構(gòu)，切向式磁路結(jié)構(gòu)漏磁較大，致使永磁體材料利用率較低。永磁體價(jià)格昂貴，永磁體利用率低變相的增加了電機(jī)的制造成本，不利于永磁電機(jī)的推廣和使用。

無論是表貼式磁路結(jié)構(gòu)或是切向式磁路結(jié)構(gòu)，電機(jī)運(yùn)行時(shí)都存在轉(zhuǎn)矩脈動問題。在需要平滑運(yùn)行的場合，特別是在低速情況下，轉(zhuǎn)矩脈動都是我們不想遇到的，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動常常成為引起震動、噪聲和影響控制精度的主要原因。