[实用新型]一种永磁电机用转子磁极结构

说明书

技术领域

本实用新型属于一种电气工程技术领域，涉及一种电机转子结构，尤其涉及一种永磁电机转子结构。

背景技术

随着永磁电机技术的成熟，其低速大转矩的特点倍受青睐。目前，永磁电机已经成功应用到矿山机械、石油机械、电动汽车等多种工业领域。转子作为永磁电机的重要组成部分，其结构设计与装配的合理性对于永磁电机稳定高效运行具有重要影响。传统永磁电机转子分为两种磁路结构，即表贴式转子磁路结构和切向式转子磁路结构。

表贴式转子磁路结构制造工艺简单、成本低，安装方便。表贴式转子磁极的安装方法主要是在圆弧形磁钢上钻螺钉孔，通过螺钉将磁钢整齐紧固在转子卷筒外表面形成磁极，磁钢安装完成后涂胶，将磁钢进一步黏贴固定在卷筒外表面。目前表贴式永磁电机已得到广泛应用。然而表贴式永磁电机也存在许多不足，主要体现在以下几个方面：

（1）对于表贴式永磁电机，电机转速不能过高也无法做高，主要原因有两点：考虑其机械强度问题，由于磁钢贴在转子外表面，电机转速较高，将会产生较大的离心力，对转子安全稳定的运行将产生威胁，如果转速过高、离心力超出转子机械强度所能承受的极限值，转子磁钢将会脱落，导致电机损毁；其次，表贴式永磁电机磁钢贴在转子卷筒外表面，由于转子卷筒周长尺寸限制，表贴式永磁电机无法做成多级，在一些场合表贴式磁极结构无法提供足够高的每极磁通。

（2）表贴式永磁电机在高速运行时磁钢存在严重的发热问题。对于表贴式永磁电机，当电机转子旋转时，由于电磁感应，会在磁钢表面产生涡流损耗，该涡流损耗直接对磁钢进行加热，导致电机转子磁钢发热出现退磁现象，甚至永久失磁，严重影响了永磁电机的性能。

（3）磁钢加工工艺复杂、成本高。虽然表贴式磁路结构转子制造工艺简单、成本低，安装方便，但表贴式永磁电机磁钢贴在转子卷筒外表面，磁钢内表面和外表面均为弧形，加工困难，并且磁钢材料脆，磁钢钻螺钉孔时易破碎，因此弧形磁钢废料率高，增加了制造成本。磁钢加工完成后，需要对磁钢进行充磁，充磁方向N、S各占二分之一，充磁方向不同，磁钢安装时容易混淆。

传统切向式转子磁路结构由于永磁体和极靴的固定方式不同，通常分为切向套环式转子磁路结构、切向槽楔式转子磁路结构和内置切向式转子磁路结构等。切向式转子磁路结构其转子机械强度高，电机额定转速可以做高，并且切向式磁路一个极下的磁通由相邻的两个磁极并联提供，当电机极数较多、表贴式磁路结构不能提供足够的每极磁通时，这种结构的优势显得尤为突出。但传统切向式磁路结构也存在许多不足之处。

（1）切向套环式转子磁路结构，套环由高强度、高电阻率的磁性金属材料和非磁性金属材料交替组合焊接而成，套环制造工艺复杂；转子内部由许多零件类似“积木”的方式组合而成，静止安装时需采用过盈配合，转子安装困难，并且对零件加工精度要求较高。

（2）切向槽楔式转子磁路结构，永磁体用槽楔固定，工艺和结构比较简单，但槽楔机械强度较低，电机高速运行时存在安全隐患，另外极靴与非导磁性衬套、转轴之间的的固定存在机械强度差等问题。

（3）内置切向式转子磁路结构，转子冲片制造工艺复杂，冲片利用率低。切向式磁路结构漏磁较大需采取隔磁措施，转子冲片除冲制永磁体槽外还需要采用隔磁桥结构，转子冲片结构比较复杂，对模具要求较高，因此内置切向式磁路结构转子冲片制造成本较高。另外内置切向转子磁路结构，转子冲片大多采用整体加工的方法，冲片利用率低。

切向式转子磁钢安装存在工艺问题。传统切向式磁路结构转子冲片尺寸较大，冲片加工精度低，转子永磁体槽不能与磁钢精确配合。转子冲片永磁体槽尺寸过大，电机旋转时磁钢会与永磁体槽产生碰撞，严重时甚至导致磁钢碎裂损坏；转子冲片永磁体槽尺寸太小，又会给磁钢安装带来麻烦，甚至磁钢无法嵌入。此外，切向式转子结构还存在磁钢轴向窜动等问题。

切向式磁路一个极下的磁通由相邻的两个磁极并联提供，能够保证足够的每极磁通，但较表贴式磁路结构，切向式磁路结构漏磁较大，致使永磁体材料利用率较低。永磁体价格昂贵，永磁体利用率低变相的增加了电机的制造成本，不利于永磁电机的推广和使用。

无论是表贴式磁路结构或是切向式磁路结构，电机运行时都存在转矩脉动问题。在需要平滑运行的场合，特别是在低速情况下，转矩脉动都是我们不想遇到的，永磁电机转矩脉动常常成为引起震动、噪声和影响控制精度的主要原因。